[发明专利]化学气相沉积方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体工艺控制领域，具体地，涉及一种化学气相沉积方法和一种实施该化学气相沉积方法的化学气相沉积装置。

背景技术

随着半导体工业的发展，不断缩小的器件尺寸对材料的制备技术及材料的性能都提出了极大的挑战。例如，动态随机存取存储器需要深宽比高达100:1的电容器，沟槽内需要沉积厚度为1nm至3nm的均匀介质层。为了满足上述要求，目前常采用的工艺方法为原子层沉积工艺。

原子层沉积也成为原子层外延，是一种基于有序、自限制性反应的化学气相沉积薄膜的方法。与传统的化学气相沉积不同的是，在进行原子层沉积工艺时，前驱体彼此在气相里不相遇，并在沉积基底表面完成单层饱和吸附反应。反应具有自限制性，即，当一种前驱体与沉积基底表面基团反应达到饱和时，反应自动终止。基于自限制性的特点，利用原子层沉积工艺制备的薄膜具有优异的均匀性、无真空、厚度精确可控、重复性好等优点。

美国专利US6723642B1中公开了一种等离子体增强原子层沉积工艺，一个工艺周期包括两个交替的脉冲过程---一种前驱体源的脉冲和另一种前驱体源的等离子体暴露脉冲，冲洗气体一直存在于整个工艺周期内。通过控制交替脉冲次数可以实现薄膜厚度的精确控制。

但是，上述方法需要产生等离子体的等离子体电源具有脉冲起辉功能，一个等离子体增强原子层沉积工艺往往需要频繁起辉几百次至几千次，容易使电极在射频电压的作用下受到轰击并产生颗粒污染基片。

发明内容

本发明的目的在于提供一种化学气相沉积方法和一种化学气相沉积装置，该化学气相沉积方法不需要利用等离子体电源频繁起辉，从而会避免由频繁起辉产生的污染基片的颗粒。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供一种化学气相沉积方法，该化学气相沉积方法包括向设置有基片的反应腔内通入金属源前驱体和非金属源前驱体，其中，所述金属源前驱体和所述非金属源前驱体均经过在化学气相沉积过程中始终开启的等离子体发生装置，且所述金属源前驱体脉冲地通入所述反应腔中。

优选地，脉冲地向所述反应腔内通入所述非金属源前驱体。

优选地，所述化学气相沉积方法包括连续地向所述反应腔内通入所述非金属源前驱体。

优选地，所述化学气相沉积方法还包括在通入所述金属源前驱体和所述非金属源前驱体的同时，向所述反应腔内通入承载气体。

优选地，所述化学气相沉积方法包括连续地向所述反应腔内通入所述承载气体。

作为本发明的另一个方面，提供一种化学气相沉积装置，该化学气相沉积装置包括提供金属源前驱体的金属源前驱体源、提供非金属源前驱体的非金属源前驱体源、控制器、反应腔和等离子体发生装置，所述金属源前驱体源和所述非金属源前驱体源均与所述反应腔相通，且所述金属源前驱体和所述非金属源前驱体均经过所述等离子体发生装置，所述控制器与所述等离子体发生装置电连接，其中，所述控制器能够控制所述等离子体发生装置在所述化学气相沉积过程中始终开启。

优选地，所述等离子体发生装置设置在所述反应腔内，且所述等离子体发生装置包括射频电源、下电极和中空的上电极，所述金属源前驱体源、所述非金属源前驱体源和所述反应腔均与所述上电极的内部相通，所述射频电源与所述控制器电连接。

优选地，所述上电极的下部设置有气体匀流板，该气体匀流板上设置有多个均匀分布的通孔，所述金属源前驱体和所述非金属源前驱体经过所述气体匀流板上的所述通孔进入所述反应腔内。

优选地，所述化学气相沉积装置还包括承载气体源，该承载气体源经过所述等离子体发生装置与所述反应腔相通。

优选地，所述金属源前驱体源通过第一管道与所述反应腔相通，所述非金属源前驱体源通过所述第二管道与所述反应腔相通，所述承载气体源通过第三管道与所述反应腔相通，所述第一管道上设置有第一开关阀，所述第二管道上设置有第二开关阀，所述第三管道上设置有第三开关阀，所述第一开关阀和所述第二开关阀均与所述控制器电连接。

在整个化学气相沉积的过程中等离子体发生装置始终开启有如下优点：第一，避免了等离子体发生装置的电极频繁起辉，降低了所述电极在射频高压作用下受轰击而产生颗粒的风险，因此也降低了颗粒污染基片的风险，从而可以提高沉积在基片上的薄膜的纯度；第二，由于所述等离子体发生装置在整个化学气相沉积的过程中始终开启，无需频繁开关射频电源，从而延长了射频电源的使用寿命。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：