[发明专利]原子层沉积设备

说明书

技术领域

本发明涉及半导体设备制造领域，具体地，涉及一种原子层沉积设备。

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。

US 20110124199 A1中公开了一种气体悬浮式空间隔离原子层沉积设备，该原子层沉积设备用于沉积Al₂O₃薄膜。其中，铝源为Al（CH₃）₃（TMA），氧源为H₂O。如图1所示，所述原子层沉积设备的反应腔包括依次排列的TMA区、冲洗N₂区、H₂O区、冲洗N₂区，沉积基底依次通过TMA区、冲洗N₂区、H₂O区、冲洗N₂区。

反应腔内没有加热装置，沉积基底在进入反应腔之前首先经过预热腔，通过预加热使沉积基底达到所需的反应温度，以为原子层沉积反应提供反应所需的活化能。沉积温度一般在100至350℃之间，这严重地制约了薄膜沉积的范围，例如，大部分金属及其氮化物很难在低温下生长；并且沉积基底的类型也受到了限制，例如，对温度敏感的聚合物材料将不能用作沉积基底。

因此，如何降低原子层沉积工艺的沉积温度成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种原子层沉积设备，利用该原子层沉积设备进行原子层沉积工艺时需要较低的沉积温度。

为了实现上述目的，本发明提供一种原子层沉积设备，所述原子层沉积设备包括至少一个工艺腔室、多个前驱体源和用于承载并运输沉积基底的传送带，所述传送带穿过所述工艺腔室，多个所述前驱体源包括第一前驱体源，其中，所述原子层沉积设备还包括第一等离子处理装置，每个所述工艺腔室都包括等离子体辅助反应段，所述第一等离子处理装置能够对所述第一前驱体源提供的第一前驱体进行等离子解离，并且所述第一等离子处理装置将所述第一前驱体源与所述等离子体辅助反应段连通。

优选地，所述工艺腔室还包括位于所述等离子体辅助反应段上游的热反应段，多个所述前驱体源还包括第二前驱体源，所述热反应段与所述第二前驱体源连通，所述热反应段中设置有反应加热装置。

优选地，所述热反应段设置有与所述第二前驱体源连通的布气喷头，该布气喷头朝向所述传送带的一端形成有多个均匀分布的喷孔。

优选地，所述工艺腔室还包括位于所述热反应段与所述等离子体辅助反应段之间的第一冲洗段，所述原子层沉积设备还包括与所述第一冲洗段连通的冲洗气体源，所述第一冲洗段与所述热反应段之间以及所述第一冲洗段与所述等离子体辅助反应段之间均设置有第一排气孔。

优选地，所述工艺腔室还包括设置在所述等离子体辅助反应段下游的第二冲洗段，该第二冲洗段与所述冲洗气体源连通，该第二冲洗段两侧设置有第二排气孔。

优选地，所述第一等离子处理装置包括介质阻挡放电等离子装置。

优选地，该原子层沉积设备还包括位于最上游的所述工艺腔室上游的预处理腔室，该预处理腔室与所述工艺腔室相通，所述传送带穿过所述预处理腔室进入所述工艺腔室，所述预处理腔室包括预热段，该预热段能够对所述沉积基底进行预热。

优选地，所述预处理腔室还包括位于所述预热段下游的激活段以及位于该激活段下游的隔离段，所述原子层沉积设备还包括第二等离子处理装置和隔离气体源，所述第二等离子处理装置连通在所述隔离气体源和所述激活段之间，所述隔离段两侧设置有第三排气孔，且所述隔离气体源与所述隔离段连通。

优选地，所述隔离气体源能够提供惰性气体。

优选地，所述原子层沉积设备还包括冷却腔室，该冷却腔室位于最下游的所述工艺腔室的下游，所述冷却腔室与所述工艺腔室连通，所述传送带穿过所述工艺腔室进入所述冷却腔室，该冷却腔室能够提供冷却气体。