[发明专利]原子层沉积设备

说明书

本发明公开了一种原子层沉积设备，包括反应腔室和连接反应腔室的主进气管道、分别接入主进气管道的供给源瓶和回收源瓶、以及用于控制供给源瓶和回收源瓶的温度的控制装置，主进气管道开启时，供给源瓶提供第一前驱体，载气携带第一前驱体经主进气管道通入反应腔室；主进气管道关闭时，供给源瓶和回收源瓶经回收管路连通，回收源瓶对供给源瓶提供的第一前驱体进行冷凝回收，实现前驱体的回收和储存。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，更具体地涉及一种原子层沉积设备。

背景技术

氮化钽(Tantalum nitride，TaN)因具有较高的热稳定性、高熔点、优异的导电性及粘附性等特点，使其成为IC领域的一种良好的阻挡层材料，诸如应用于铜扩散阻挡层(copper diffusion barrier)。

物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)和化学气相沉积(ChemicalVapor Deposition，CVD)是沉积TaN薄膜的主要方法。但是与传统的薄膜沉积技术相比，原子层沉积技术(ALD)因具有精准的薄膜控制、优异的均匀性、台阶覆盖率高以及薄膜致密等众多优点而受到人们的关注。尤其是随着器件特征尺寸的减小，孔洞深宽比不断提高的技术发展趋势下，原子层沉积的TaN薄膜具有更广的应用前景。

原子层沉积是通过将反应前驱体脉冲交替地通入反应腔室并在衬底上化学吸附并反应而形成沉积膜的一种技术。当反应前驱体到达衬底表面，它们会在其表面化学吸附并发生表面反应。

原子层沉积制备TaN的前驱体主要包括钽的卤化物，例如五氟化钽(TaF5)、五氯化钽(TaCl5)等，或者有机金属钽化物，例如叔丁基亚氨三(二乙氨基)钽(TBTDET)、五(二甲氨基)钽(PDMAT)和五(二乙氨基)钽(PDEAT)等。同时采用NH3、N2/H2混合气体等作为氮源，将反应温度和沉积压力分别控制在200℃～300℃以及1～8torr进行反应。

现有的原子层沉积设备具有以下的不足：ALD沉积反应中，为了保证前驱体具有良好的流动性，以及防止因气流憋压导致通入反应腔室中的前驱体的量出现较大的波动，影响制备薄膜的质量。工艺中往往采用在需要前驱体沉积时将前驱体通入反应腔室，不需要前驱体沉积时直接将其排入真空泵的工艺方式，极大地增加了前驱体的消耗，提高了工业生产的成本。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种原子层沉积设备，可将未通入反应腔室的前驱体回收，提高前驱体的利用率，降低工业生产成本。

根据本发明实施例提供的一种原子层沉积设备，包括：反应腔室和连接所述反应腔室的主进气管道；供给源瓶和回收源瓶，分别接入所述主进气管道；以及控制装置，用于控制所述供给源瓶和所述回收源瓶的温度，其中，所述主进气管道开启时，载气携带第一前驱体经所述主进气管道通入所述反应腔室，所述供给源瓶提供所述第一前驱体，所述主进气管道关闭时，所述供给源瓶和所述回收源瓶经回收管路连通，所述回收源瓶对所述供给源瓶提供的所述第一前驱体进行冷凝回收。

优选地，所述供给源瓶经第一传输管道接入所述主进气管道，所述回收源瓶经第二传输管道接入所述主进气管道，所述第一传输管道、所述第二传输管道和所述主进气管道的开启和关闭分别受控于第一至第三阀门。

优选地，当所述供给源瓶中的所述第一前驱体的含量低于设定阈值时，所述供给源瓶和所述回收源瓶功能互换。

优选地，所述控制装置包括：第一温度模块，用于控制所述供给源瓶的温度，使得所述第一前驱体在所述供给源瓶中呈气态；以及第二温度模块，用于控制所述回收源瓶的温度，使得所述第一前驱体在所述回收源瓶中呈液态或固态。

优选地，所述控制装置还包括：第三温度模块，用于控制所述主进气管道、所述第一传输管道以及所述第二传输管道的温度，使得所述主进气管道、所述第一传输管道和所述第二传输管道传输气态物质。