[实用新型]改善原子层沉积薄膜均匀性的炉管机台

说明书

本实用新型公开了一种改善原子层沉积薄膜均匀性的炉管机台，所述炉管机台具有一反应室，所述反应室内装载有硅片，所述反应室内设有两根进气管，所述进气管上分布有出气孔，其中一根进气管为上进气管，另一根进气管为下进气管。本实用新型的炉管机台中，两根进气管中的一根进气管由下至上进气，另一根进气管则由上至下进气，这样使得炉管机台的反应室中上部硅片和下部硅片表面的吹扫气体流量均匀，硅片表面都可能得到均匀充足的吹扫，各硅片表面的反应条件相近，因此上下部硅片表面沉积的薄膜厚度均匀性提高，从而显著改善炉管机台整批硅片的一致性，而且保证了机台的产能。

技术领域

本实用新型涉及半导体制造技术领域，特别属于一种改善原子层沉积薄膜均匀性的炉管机台。

背景技术

在过去半个世纪里，半导体技术一直遵循“摩尔定律”，在经济效益与科学技术方面取得了重大发展。当器件的特征尺寸缩小到28nm及更小时，需要采用高k栅介质材料/金属栅(HKMG)工艺来提高器件性能。金属栅极的一个关键特性就是它的功函数，所选的金属栅极的功函数必须能满足PMOS和NMOS的需求。氮化钛(TiN)薄膜是目前常用的PMOS功函数调节金属层(P-type Work Function Metal)。在28纳米HKMG工艺整合的考虑下，作为PMOS功函数调节的TiN薄膜要有优异的保型性，因此需要采用原子层沉积(ALD)工艺。原子层沉积的TiN作为调节器件功函数的PWF，其厚度的稳定对于栅极调控阀值电压Vt的能力有至关重要的影响。

原子层沉积(ALD，Atomic layer deposition)利用两种独立的挥发性前驱体，以气体脉冲的形式在不同时间段内通入反应室，先后与基体表面进行化学吸附和化学反应而形成沉积膜。在两个脉冲间隔往反应室内通入氮气或惰性气体，对反应室进行净化，即第一前驱体先在基体表面均匀吸附一层，然后利用氮气或惰性气体净化带走反应室内未吸附的第一前驱体，随后通入第二前驱体，第二前驱体与第一前驱体在基体表面发生化学反应，生成一层沉积膜，副产物再由氮气或惰性气体净化带走，重复上述过程可生成指定原子层数的镀层或薄膜。原子层沉积技术由于其沉积参数的高度可控型(厚度、成份和结构)、优异的沉积均匀性和一致性使得其在微纳电子和纳米材料等领域具有广泛的应用潜力。

在集成电路制造工艺中，原子层沉积通常在原子层沉积的炉管机台中进行。目前沉积PWF TiN使用的是Kitachi KE公司QUIXACE2 ALD炉管机台，如图1所示，反应室1设有两根进气管2、3，吹扫气体(氮气或惰性气体)由下至上通过进气管上的出气孔进入炉管机台的反应室1内。在这种情况下，反应室1下部的吹扫气体流速较大，上部的吹扫气体流速较小，因此位于反应室1上部的硅片表面的多余前驱体无法被及时吹扫干净，这就导致反应室1内上部的硅片wafer沉积的TiN薄膜较厚，而下部的硅片wafer沉积的TiN薄膜较薄，整批硅片wafer的厚度均匀性较差，对整批wafer的电性产生很大影响。

为了改善上述缺陷，可以延长吹扫时间，使反应室内上部的硅片得到充分地吹扫，如图2所示，当吹扫时间延长3倍时，炉管机台的批量硅片均匀性(batch UN)从2.43％降至0.25％，这说明batch UN过大是由于上部wafer表面吹扫不足造成，然而延长吹扫时间势必会造成机台的产能下降。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种改善原子层沉积薄膜均匀性的炉管机台，可以解决原子层沉积工艺中因炉管机台内吹扫气体流速不均而导致不同位置的硅片沉积的薄膜厚度均匀性较差的问题。

为了解决上述问题，本实用新型提供的改善原子层沉积薄膜均匀性的炉管机台，所述炉管机台具有一反应室，所述反应室内装载有硅片，其特征在于，所述反应室内设有两根进气管，所述进气管上分布有出气孔，其中一根进气管为上进气管，另一根进气管为下进气管。

进一步的改进是，所述上进气管的进气口位于所述反应室的上部，所述下进气管的进气口位于所述反应室的下部。