[发明专利]一种原子层沉积设备及其使用方法

说明书

技术领域

 本发明涉及半导体制造技术领域，尤其是涉及一种原子层沉积设备及其使用方法。

背景技术

传统的原子层沉积设备工作步骤一般为：已知待加工器件需要的膜的厚度，沉积工作开始前，计算所需反应时间和通入气体的体积，打开控制阀门通入前驱体气体至预设量，关闭阀门，进行反应。反应时间到达预设量后，停止沉积，通入清理气体，对设备气路系统和沉积室进行清洗。即在设备工作过程中，沉积反应过程都是依靠预先设定的时间进行控制，而时间的设置则依赖于工作人员的经验估计。这种经验依赖于工作年限，对原子层沉积设备的使用熟练程度，对不同类型的待加工器件性能的把握以及膜层生长规律的总结，是一种比较主观的工作方式，膜层厚度难以得到有效控制，容易变厚或变薄，与实际需求产生一定偏差。现有技术中使用原子层沉积设备制备薄膜的流程如图1所示。

但是，随着半导体工艺技术的不断发展，半导体器件向微型化发展，介质层等膜厚也在不断减小，对膜层厚度的精度要求也越来越高。现有原子层沉积设备都是通过预设沉积反应时间对膜层厚度进行控制，理论上虽然可以做到对膜层厚度的精准控制，但实际生产过程中，往往由于待加工器件的受污染程度以及气相前驱体的纯度，导致膜层的均匀性不好，厚度存在一定量的漂移。因而通过设置反应时间控制膜层厚度，已不能满足现代半导体工艺对器件厚度的精细要求。仅仅依赖计算出的反应时间或工作人员对反应时间的估计，在对膜层厚度及均匀性要求极精准的场合，传统的原子层沉积设备很难达到应用要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种原子层沉积设备，提高了制备薄膜的膜厚控制能力，使得加工出的膜层更加接近所需厚度，有效降低膜层厚度漂移。

本发明的另一目的在于提供一种原子层沉积设备的使用方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种原子层沉积设备，包括真空部件、加热部件、气路部件、等离子体产生部件、控制部件和沉积室；所述沉积室内设有膜厚测量模块，所述膜厚测量模块与所述控制部件电连接。

上述方案中，所述控制部件包括计算机和数据处理模块；所述计算机与所述数据处理模块连接，所述数据处理模块分别与所述膜厚测量模块、真空部件、加热部件、气路部件、等离子体产生部件连接；

其中，所述计算机，用于显示系统操作界面、接收外部命令、显示系统各部件运行中的参数，向数据处理模块发送运行指令和数据和对设备其它部件进行控制，并从数据处理模块接收指令数据，对接收到的指令数据进行分析；所述数据处理模块，用于对所述膜厚测量模块、真空部件、加热部件、气路部件、等离子体产生部件发送的数据进行处理。

上述方案中，所述加热部件中的温控器通过RS232串口与所述数据处理模块连接。

上述方案中，所述真空部件中的压力传感器和真空计分别通过RS232和RS485串口与所述数据处理模块连接。

上述方案中，所述数据处理模块和所述真空部件中的电压电流放大模块连接，所述电压电流放大模块和继电器连接，所述继电器下端为泵组电源。

上述方案中，所述数据处理模块与所述等离子体产生部件中的射频电源连接。

上述方案中，所述数据处理模块与所述气路部件中的质量流量控制器以及各个电磁阀相连。

一种原子层沉积设备的使用方法，包括如下步骤：

（1）向控制部件的计算机输入预计沉积反应时间及需要达到膜层厚度，且在沉积室中对待加工器件做高度标记；

（2）所述计算机向控制部件中的数据处理模块发送开启命令，启动真空部件、气路部件、加热部件和等离子体产生部件，使所述原子层沉积设备工作在稳定的状态；

（3）所述原子层沉积设备在一个反应周期结束后，启动膜厚测量模块，对待加工器件的标记位置进行膜层高度测量，将得到的高度数据的平均值作为此时膜层的高度值，与需要达到的膜层厚度进行比较，判断是否需要继续进行沉积反应；

（4）若需继续进行沉积反应，则重复步骤（3）；否则，结束沉积反应；

（5）吹扫所述原子层沉积设备。