[发明专利]一种脉冲调制射频等离子体增强原子层沉积装置及方法无效

专利信息
申请号: 201110041566.5 申请日: 2011-02-21
公开(公告)号: CN102127756A 公开(公告)日: 2011-07-20
发明(设计)人: 石建军;刘新坤;黄晓江;梅永丰 申请(专利权)人: 东华大学;无锡迈纳德微纳技术有限公司
主分类号: C23C16/505 分类号: C23C16/505
代理公司: 上海申汇专利代理有限公司 31001 代理人: 翁若莹
地址: 201620 上*** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 一种 脉冲调制 射频 等离子体 增强 原子 沉积 装置 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及一种脉冲调制射频等离子体增强原子层沉积装置及方法,具体地说是一种通过在原子层沉积腔内的单层沉积过程中加入脉冲调制射频等离子体辅助,从而增强前躯体的活性,降低沉积过程所需的温度以达到对温度敏感的高聚物基片等的沉积,且保证沉积薄膜的均匀性,属于等离子体对材料改性的技术领域。

背景技术

原子层沉积(Atomic Layer Deposition,ALD)技术,最初称为原子层外延(Atomic Layer Epitaxy,ALE),也称为原子层化学气相沉积(Atomic Layer Chemical Vapor Deposition)。最初是在20世纪70年代由芬兰科学家提出并用于多晶荧光材料ZnS:Mn以及非晶Al2O3的研制。早期,ALE主要沉积多晶                                               -族化合物以及非晶氧化膜。1985年以后,-族和-族化合物的外延生长引起了人们的关注,但是由于其复杂的表面化学反应,这方面的研究并没有取得实际性突破,而且由于ALD的生长速率慢,限制了它在实际工业中的应用。直到90年代中期,硅半导体技术的发展,掀起了人们对ALD研究的热潮。随着集成电路尺寸向纳米量级的发展,以及集成度的提高,ALD自身存在沉积速率慢的缺点,已逐步得到解决,在目前的原子层沉积技术中,基于原子层沉积过程的自限制反应过程,所沉积的薄膜可以达到单层原子厚度,因为原子层沉积工艺在每个循环周期内精确地沉积一个原子层,所以能够在纳米尺度上对沉积工艺进行完全控制,操作过程简易,与目前的其它镀膜方法相比,具有一定的优越性。沉积薄膜与基底结合强度好,膜层厚度一致,成分均匀性好,是先进的纳米表面处理技术。另外ALD是在低于350℃的温度下进行的,提供了一种能沉积更复杂材料且又不产生交叉污染或内扩散的热沉积工艺。一个基本的原子层沉积过程包括4个步骤:脉冲第一前躯体1,清洗第一前躯体1,脉冲第二前躯体2,清洗第二前躯体2。沉积循环不断重复直至所需的薄膜厚度。原子层沉积的两个限定性特征:自约束的原子逐层生长和高度保形镀膜,为半导体工艺、微机电系统和其他纳米技术应用提供了较多优势。

目前国际上不少国家对ALD都开展了技术研究,美国真空学会已经召开了数届关于ALD的国际学术会议,对ALD在半导体以及薄膜器件制造中的应用,进行了广泛深入地探讨。原子层沉积作为90 nm IC芯片和电子存储器件生产的关键技术正越来越在世界范围内被接受。AIXTRON、Applied Materials、ASM International、Aviza Technology、Oxford Instruments等世界领先的半导体设备供货商,都先后推出了不同类型的原子层沉积设备,最新水平的设备亦也进入原子级。HBT、PHEMT、MESFET、LED、探测器和VCSEL等产品的生产都应用了原子层沉积技术,其生产的元件被广泛应用于光纤通信系统、无线和移动电话应用程序、光纤存储装置、照明、信号和照明设备以及其它广泛的先进系统上。随着半导体向45 nm工艺的深入发展,铜工艺技术不可避免地要发生一些变化。TaN扩散阻障层物理气相沉积(Physical Vapor Deposition: PVD)技术可能将被ALD技术所取代,其发展状况将取决于研究结果的进展程度。

ALD的主要缺点是沉积速率太低。在一些高深宽比的沟槽或堆栈电容的量产上,由于其优异的阶梯覆盖及相对较低的热耗散,的确能提供沉积技术换代的驱动力,然而其过低的沉积速率却成为量产过程上最大的障碍。也有很多因素会影响沉积膜层的质量和生产效率,如基底温度,薄膜结构,脉冲时间,冲洗时间,环境条件等。而对于一种薄膜的沉积,前躯体的质量和基底的温度对于不同的基片有着决定性的影响。此外对于不同的基底会对反应过程的温度有着不同的要求,例如对于高聚物基底,如果反应温度过高的话,高聚物会产生玻璃化现象,这样高温就损坏了基底,失去了原子层沉积的意义。因此我们发明的脉冲调制射频等离子体增强原子层沉积的方法解决了ALD对温度敏感基底的使用限制,把射频等离子体在恰当的脉冲时间加入到反应过程中,既可以降低整个沉积过程的温度要求,又可以加大前躯体粒子的接枝活性。以往PEALD在薄膜沉积过程中等离子体(Plasma)一直开启,一方面等离子体中产生的离子会轰击沉积薄膜,影响沉积薄膜的质量,另一方面,等离子体一直开启会加热整个反应腔体,限制了对温度敏感衬底材料的使用。

发明内容

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