[发明专利]原子层沉积方法及设备

说明书

本发明公开了一种原子层沉积方法和设备，其将微波和前驱体气体均导入同一喷头，再通过同一喷头导入沉积室，可通过微波增加喷头中的前驱体气体的动能，减少前驱体气体在喷头中的沉积，减轻沉积室中的前驱体气体残留问题，提高前驱体气体利用率，提高沉积效率。且通过喷头对微波的空间限制，可提高微波的集中度，提高微波能量利用率，提高对前驱体气体的加热效果，提高提供至沉积室的前驱体气体的动能，提高系统效能。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体地，涉及原子层沉积方法及设备。

背景技术

传统的二维(2D)存储器在存储容量方面的局限性随着存储需求的增加日趋显著，由三维(3D)存储器带来的行业突破性革新对于满足海量数据存储需求具有重要价值。

在3D存储器中，闪存层数，即存储器结构中的字线(Word Line，简称WL)，其数量的倍增速度一直作为各大厂商闪存技术比拼的重要参数。然而，持续增加的字线堆栈数目又给后续的金属栅深孔填充带来极大的挑战。在现有的栅极金属化生产工艺中，通常会在栅极(材料例如为金属钨(W))填充的前段工艺中增加一层原子层沉积(Atomic LayerDeposition，简称ALD)沉积(DEP)的纳米级厚度的氮化钛(TiN)薄膜作为缓冲层。一方面，氮化钛薄膜可作为粘合层(glue layer)来优化金属栅(一般为W)和绝缘层(例如氧化硅SiO2)之间的接触；另一方面，一定厚度的氮化钛薄膜可作为阻挡层(Barrier layer)来阻挡由金属栅极填充所致的残留(residual)氟(F)对底层氧化硅(SiO2)的侵蚀。

随着存储单元堆栈数目的提升，如何在较大深宽比的条件下均匀沉积一层高质量的TiN薄膜已成为现阶段栅极金属化工艺中的研究热点。

在现有技术中，通过提升ALD DEP过程中前驱体气流量来补偿堆栈层数增加带的沉积量(S/C，单分子层的面密度)不足的问题，但其作用并不显著且易引起沉积过程中杂质含量(例如氯Cl)升高和晶圆移位(Wafer shift)等问题，并且沉积的TiN薄膜结晶性较差，后续需要热处理(thermal)来消除晶格缺陷。

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方法及设备，从而提高沉积效率。

根据本发明的一方面，提供一种原子层沉积方法，包括：

向沉积腔室中提供前驱体气体，所述沉积腔室中设置有放置待处理晶圆的承载平台；

向所述沉积腔室中提供微波，以加热所述前驱体气体；

持续反应预定时间后，获得目标薄膜，

其中，所述微波和所述前驱体气体通过一个喷头导入所述沉积室。

可选地，所述待处理晶圆为三维存储器晶圆，所述目标薄膜为氮化钛薄膜，所述氮化钛薄膜至少沉积在所述三维存储器晶圆的栅孔的底层的绝缘氧化层上。

可选地，所述前驱体气体包括氯化钛和氨气。

可选地，所述喷头包括多个喷出口，所述多个喷出口的覆盖面积与所述待处理晶圆的尺寸相匹配。

可选地，通过至少一个微波发生器提供微波，并通过微波导管将所述至少一个微波发生器提供的微波导入所述喷头。

可选地，所述微波导管包括多个微波导出端口，所述多个微波导出端口连接至所述喷头的位置在所述喷头上均匀分布。

根据本发明的另一方面，提供一种原子层沉积设备，包括：

沉积室，设置有承载平台，所述承载平台用于放置待处理晶圆；

前驱体气体导管，导入所述沉积室，用于向所述沉积室内提供前驱体气体；

微波发生器，用于提供微波，并通过微波导管向所述沉积室提供微波加热所述前驱体气体；