[发明专利]一种原子层沉积设备及沉积方法

说明书

本发明提供一种原子层沉积设备及沉积方法，沉积设备设置有反应腔室及退火腔室，其中反应腔室设置有多个加热器，待沉积外延层的衬底可以通过传输装置在不同的加热器之间传输，每一个加热器均可以独立调节加热温度。不同的加热器对应不同的原子层沉积，加热器的数量可以根据沉积的薄膜或者晶体材料的组成元素数量进行设置，由于本发明的加热器能够针对不同的反应气体源进行温度的优化调节，因此能够获得期望厚度的外延层，并且外延层的质量得以大大提高。同时由于独立调节温度还能够大大提高生产效率。另外，本发明的ALD设备采用水平进气+垂直进气的方式，能够得到更加均匀的气流场，有利于形成高质量的外延层。

技术领域

本发明涉及半导体器件及半导体设备领域，特别是涉及一种原子层沉积设备及沉积方法。

背景技术

原子层沉积(Atomic layer deposition，ALD)是通过将气相前驱体脉冲交替地通入反应器并在沉积基体上化学吸附并反应而形成沉积膜的一种方法。ALD可以通过顺序地、自限性的表面反应满足原子层控制和保形沉积的需求。ALD的优点是通过ALD的自限性方面，可以在埃米级或单层水平上进行精确的厚度控制，并在高深宽比的结构上具有出色的台阶覆盖和共形沉积。表面反应的自限性和温度还会导致前驱体流量的不可预测的消失，从而导致非统计沉积。结果，ALD膜保持极其光滑并与原始基底保形，但不一定与晶体基底对准。

大多数ALD工艺基于二元反应序列，其中发生两个表面反应并沉积二元化合物膜。腔室的温度和压力针对表面反应进行了优化，通常低于基材的熔点。由于只有有限数量的表面部位，因此反应只能沉积有限数量的表面物质。如果这两个表面反应中的每一个都是自限性的，则这两个反应可以以顺序方式进行以沉积具有原子能级控制的薄膜。

现有技术中，ALD装置通常通过旋转衬底分别与两种反应源气体在高温下接触，但仍会导致缺陷，尤其对于单晶质量要求较高的外延层，导致的缺陷尤为明显。因此需要一种具有更好的控制装置及控制方法实现高质量晶体外延的ALD方法及设备。

发明内容

鉴于现有技术中ALD技术的上述缺陷，本发明提供一种原子层沉积设备及沉积方法，该原子层沉积设备设置有反应腔室及退火腔室，其中反应腔室设置有多个加热器，待沉积外延层的衬底可以通过传输装置在不同的加热器之间传输，每一个加热器均可以独立调节温度。不同的加热器对应不同的原子层沉积，加热器的数量可以根据沉积的薄膜或者晶体材料的组成元素数量进行设置，例如二元化合物晶体对应两个加热器，三元化合物晶体对应三个加热器，以此类推。本发明的ALD设备采用水平进气+垂直进气的方式，能够得到更加均匀的气流场。本发明的ALD设备及方法能够得到高质量的晶体外延层。

为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供了一种原子层沉积设备，该设备包括：

反应腔室，所述反应腔室内设置有多个可独立控制的加热器，所述加热器位于所述反应腔室的底部，所述加热器用于承载并加热待沉积薄膜的基板；

传输装置，设置在所述加热器之间，用于在所述加热器之间传输所述基板；

供气装置，与所述反应腔室连接，用于向所述反应腔室提供反应气体。

可选地，所述加热器的数量与待沉积的薄膜的元素组成数量相同。

可选地，还包括退火腔室，所述传输装置在所述反应腔室及所述退火腔室之间传输所述基板。

可选地，所述供气装置包括：

水平进气部，设置在所述反应腔室的顶部，位于所述反应腔室顶部的中间位置，所述水平进气部包括多个进气管，所述进气管的出气口位于所述反应腔室内，并且所述出气口垂直于所述反应腔室的轴线；

垂直进气部，设置在所述反应腔室的顶部，所述垂直进气部包括多个设置在所述反应腔室顶部的进气口，所述进气口平行于所述反应腔室的轴线。