[发明专利]原子层沉积装置及方法

说明书

本申请公开了一种原子层沉积装置及方法，该原子层沉积装置包括：反应腔室，分别经由第一前驱体传输管路和第二前驱体传输管路通入第一前驱体和第二前驱体；供给气缸和回收气缸，两气缸分别连接至第二前驱体传输管路，并且经由连通管路彼此连接；其中，通过对所述供给气缸与所述回收气缸的容积进行控制，从而经由所述回收气缸回收至少部分所述第二前驱体并通过连通管路将其导回至供给气缸中。通过对第二前驱体的回收利用，减少了第二前驱体的浪费，也防止了其与第一前驱体在真空泵中发生反应，延长了真空泵的使用寿命。

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装置及方法。

背景技术

随着集成电路技术的不断提高，电子元器件逐渐向着小型化、集成化及精细化的方向发展，这就对电子元器件相关的制备技术提出了更高的要求，尤其是薄膜沉积技术。而传统的薄膜沉积技术，例如：物理气相沉积技术(PVD，Physical Vapor Deposition)、化学气相沉积技术(CVD，Chemical Vapor Deposition)等，均很难满足三维立体结构器件中台阶覆盖率的要求，因此，人们纷纷需求新的薄膜制备技术。

原子层沉积技术是一种以单原子层形式逐层吸附在衬底上的薄膜制备技术。其最大特点是具有自限制性，即衬底上的活性位点反应完成后将不再发生反应，这就决定了采用原子层沉积技术制备的薄膜具有厚度高度可控、均匀性优异、台阶覆盖率高等众多优点，可完全满足三维立体结构器件的薄膜制备要求。

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。

现有的原子层沉积装置具有以下技术问题：以TiCl₄和NH₃为反应源制备TiN薄膜为例，当工艺气体NH₃不参与反应时，为了实现反应源的连续性以及气路之间快速切换，工艺气体NH₃被直接排入真空泵，导致工艺气体浪费，增加生产成本。同时，过剩的反应前驱体经过反应腔室排入真空泵与NH₃相遇，发生CVD反应，产生大量颗粒，影响真空泵的寿命。因此，亟需对现有的设计进行进一步改进，以解决工艺气体大量浪费，以及两种反应源直接在真空泵相遇，发生CVD反应，导致真空泵寿命受损的问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种原子层沉积装置，其采用了双气缸设计，在原有设备基础上，通过两个气缸实现了对工艺气体的回收及再利用，在提高工艺气体的利用率的同时，也避免将工艺气体直接排入真空泵，延长了真空泵的使用寿命，降低了工业化大生产的成本。

根据本发明的一方面，提供一种原子层沉积装置，其特征在于，包括：

反应腔室，其通过排气管路连接真空泵；

第一前驱体传输管路，其一端连接反应腔室，另一端与载气管路的一端对接，所述载气管路与第一前驱体传输管路接口的两端之间还并联设有用于装载第一前驱体的源瓶；其中，所述源瓶通过源瓶进口管路接入载气管路，并通过源瓶出口管路接入第一前驱体传输管路；

载气管路，其一端分别连接第一前驱体传输管路和源瓶，另一端连接载气气源；

第二前驱体传输管路，其一端连接反应腔室，另一端分别连接供给管路和回收管路；

供给管路，其一端连接供给气缸，所述供给气缸用于为所述反应腔室提供第二前驱体，另一端连接第二前驱体传输管路；

回收管路，其一端连接回收气缸，另一端连接第二前驱体传输管路；

连通管路，其一端连接供给气缸，另一端连接回收气缸；