一種原子層沉積設(shè)備及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了原子層沉積設(shè)備及方法，在原子層沉積設(shè)備中設(shè)置了遠程等離子體發(fā)生器，用于產(chǎn)生遠程等離子體；并與之配合在反應(yīng)腔的腔體上設(shè)置了遠程等離子體入口；以及設(shè)置了遠程等離子體管道，將遠程等離子體發(fā)生器和遠程等離子體入口相連通，將從遠程等離子體發(fā)生器出來的遠程等離子體輸送至遠程等離子體入口處。在原子層沉積過程中，使原子層沉積和遠程等離子體去除雜質(zhì)的過程循環(huán)進行，從而使每次沉積的原子層表面均可以得到清潔，從而減少原子層沉積過程中的雜質(zhì)缺陷，提高原子層薄膜的潔凈度；并且，利用遠程等離子體可以避免對原子層以及硅片造成損傷；本發(fā)明原子層沉積設(shè)備，可以在現(xiàn)有的原子層沉積設(shè)備上進行改進，降低了更換設(shè)備的成本。
【專利說明】一種原子層沉積設(shè)備及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種原子層沉積設(shè)備及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著芯片制造技術(shù)向尺寸更小的新工藝技術(shù)節(jié)點邁進，芯片制造商在提供更高性能芯片的同時需要解決日益突出的處理器能耗問題。相比傳統(tǒng)多晶硅氮氧化硅工藝(Poly S1N)，在28納米技術(shù)節(jié)點被廣泛采用的高介電常數(shù)金屬柵極工藝有效地解決了晶體管的柵極漏電流密度(Jg)過大導(dǎo)致的高能耗問題和多晶硅耗盡(Poly Si Deplet1n)問題，同時在重要器件參數(shù)如閾值電壓(Vt)和等效氧化物厚度(EOT, Equivalent OxideThickness)控制方面有顯著的改善。為了提高高介電常數(shù)金屬柵極中介電質(zhì)薄膜的均勻性，原子層沉積(Atomic Layer Deposit1n)技術(shù)被廣泛運用。原子層沉積反應(yīng)速度很快，反應(yīng)溫度不需要太高，多在400°C以下。
[0003]原子層沉積技術(shù)的一個問題是沉積過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)(impurity)，例如，在使用有機物前驅(qū)體時，含碳的有機成分雜質(zhì)，會殘留在所沉積的原子層薄膜中，并阻擋(block)前驅(qū)體(precursor)在所沉積的原子層薄膜上的吸附(adsorpt1n),影響后續(xù)成膜質(zhì)量。
[0004]針對上述問題，一種改進的方法為:在原子層沉積循環(huán)過程中的增加快速熱退火工藝(Rapid Thermal Anneal),以驅(qū)趕沉積過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)(impurity),給下一個沉積周期提供清潔的原子層薄膜界面。但受限于器件熱預(yù)算(thermal budget)，退火工藝溫度不能太高，影響了雜質(zhì)去除效果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服以上問題，本發(fā)明旨在提供一種原子層沉積設(shè)備和原子層沉積方法，從而有效去除所沉積的原子層表面的雜質(zhì)。
[0006]本發(fā)明提供了一種原子層沉積設(shè)備，包括反應(yīng)腔、供氣口和供氣管道、抽真空裝置，所述原子層沉積設(shè)備還包括:
[0007]遠程等離子體發(fā)生器，用于產(chǎn)生遠程等離子體；
[0008]遠程等離子體入口，設(shè)置于所述反應(yīng)腔的腔體上，用于向所述反應(yīng)腔中輸入遠程等離子體；
[0009]遠程等離子體管道，將所述遠程等離子體發(fā)生器和所述遠程等離子體入口相連，用于將從所述遠程等離子體發(fā)生器出來的遠程等離子體輸送至所述遠程等離子體入口處。
[0010]優(yōu)選地，所述原子層沉積設(shè)備還包括:遠程等離子體流動方向控制器，用于控制所述遠程等離子體沿硅片表面且與所述硅片表面平行的方向流動。
[0011]優(yōu)選地，所述遠程等離子體流動方向控制器，控制所述遠程等離子體沿水平方向流動。
[0012]本發(fā)明還提供了一種采用上述的原子層沉積設(shè)備進行的原子層沉積方法，其包括:
[0013]步驟01:將硅片置于所述反應(yīng)腔內(nèi)，并利用所述真空裝置將所述反應(yīng)腔抽至真空狀態(tài)；
[0014]步驟02:開始通入所述反應(yīng)氣體，所述反應(yīng)氣體經(jīng)過所述供氣管道和供氣口進入所述反應(yīng)腔內(nèi)，在所述硅片的表面沉積單層或多層原子層；
[0015]步驟03:停止通入所述反應(yīng)氣體，利用所述真空裝置將所述反應(yīng)腔抽至真空狀態(tài)；
[0016]步驟04:開始向所述反應(yīng)腔內(nèi)輸入遠程等離子體，從所述遠程等離子體發(fā)生器出來的遠程等離子體經(jīng)過所述遠程等離子體管道和所述遠程等離子體入口進入到所述反應(yīng)腔內(nèi)；
[0017]步驟05:所述遠程等離子體驅(qū)趕走所述原子層表面所沉積的雜質(zhì)；
[0018]步驟06:停止輸入所述遠程等離子體，并利用所述真空裝置將所述反應(yīng)腔抽至真空狀態(tài)；
[0019]步驟07:重復(fù)循環(huán)所述步驟02至所述步驟06，直至所述原子層達到目標(biāo)厚度。
[0020]優(yōu)選地，所述原子層沉積設(shè)備包括遠程等離子體流動方向控制器；所述步驟05包括:利用遠程等離子體流動方向控制器控制所述遠程等離子體沿所述硅片表面且與所述硅片表面平行的方向流動，從而去除所述原子層表面所沉積的雜質(zhì)。
[0021]優(yōu)選地，所述遠程等離子體流動方向控制器控制所述遠程等離子體沿水平方向流動。
[0022]本發(fā)明的原子層沉積設(shè)備和原子層沉積方法，通過在原子層沉積設(shè)備中設(shè)置遠程等離子體發(fā)生器、以及與之相配合的遠程等離子體管道和在反應(yīng)腔上設(shè)置遠程等離子體入口，在進行原子層沉積的過程中，使原子層沉積和遠程等離子體去除雜質(zhì)的過程循環(huán)進行，從而使每次沉積的單層或多層原子層表面均可以得到清潔，為后續(xù)原子層沉積提供清潔表面，多次循環(huán)沉積之后，可以得到所需厚度的原子層薄膜；進一步地，還可以通過遠程等離子體流動方向控制器，來控制遠程等離子體沿硅片表面平行的方向流動，從而更好的去除原子層表面的雜質(zhì)；并且，利用遠程等離子體來去除原子層表面的雜質(zhì)，可以避免對原子層以及硅片造成損傷；由此可見，通過本發(fā)明，可以減少原子層沉積過程中的雜質(zhì)缺陷，提高原子層薄膜的潔凈度，并減少對原子層和硅片的損傷；本發(fā)明原子層沉積設(shè)備，可以在現(xiàn)有的原子層沉積設(shè)備上進行改進，降低了更換設(shè)備的成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的一個較佳實施例的反應(yīng)腔的結(jié)構(gòu)圖
[0024]圖2為本發(fā)明的一個較佳實施例的原子層沉積方法的流程示意圖

【具體實施方式】
[0025]為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明的內(nèi)容作進一步說明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
[0026]如前所述，現(xiàn)有的原子層沉積過程中，在原子層表面會有雜質(zhì)缺陷，雖然改進工藝來克服此雜質(zhì)缺陷，但是由于受到工藝溫度的限制，從而不能有效去除原子層表面的雜質(zhì)；由此，本發(fā)明對現(xiàn)有的原子層沉積方法和設(shè)備作了改進，從而可以有效地去除原子層表面的雜質(zhì)缺陷，并且避免對原子層和硅片造成損傷。
[0027]本發(fā)明的原子層沉積設(shè)備，可以包括現(xiàn)有的原子層沉積設(shè)備的任何結(jié)構(gòu)；比如，反應(yīng)腔、供氣口和供氣管道、抽真空裝置；本發(fā)明的原子層沉積設(shè)備還包括:遠程等離子體發(fā)生器、遠程等離子體入口和遠程等離子體管道；遠程等離子體發(fā)生器，用于產(chǎn)生遠程等離子體；遠程等離子體入口，設(shè)置于反應(yīng)腔的腔體上，用于向反應(yīng)腔中輸入遠程等離子體；遠程等離子體管道，將遠程等離子體發(fā)生器和遠程等離子體入口相連，用于將從遠程等離子體發(fā)生器出來的遠程等離子體輸送至遠程等離子體入口處。
[0028]以下將結(jié)合附圖1和具體實施例對本發(fā)明的原子層沉積設(shè)備作進一步詳細說明。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式、使用非精準(zhǔn)的比例，且僅用以方便、清晰地達到輔助說明本實施例的目的。
[0029]本實施例中，請參閱圖1，為本發(fā)明的一個較佳實施例的反應(yīng)腔的結(jié)構(gòu)圖；
[0030]本實施例的原子層沉積設(shè)備，包括反應(yīng)腔00、硅片夾持裝置03、供氣口 01和供氣管道、抽真空裝置、真空出口 04、遠程等離子體發(fā)生器、遠程等離子體入口 02和遠程等離子體管道；其中，
[0031 ] 硅片W放置于硅片夾持裝置03上；
[0032]供氣口 01用于通入原子層沉積的反應(yīng)氣體，其可以設(shè)置于反應(yīng)腔00的腔體的任何位置，本實施例中，設(shè)置于反應(yīng)腔00的側(cè)壁中，如圖1所示；供氣管道上可以設(shè)置有啟閉供氣管道的裝置；
[0033]真空出口 04，設(shè)置于反應(yīng)腔00的側(cè)壁上，與供氣口 01相對，以便于將反應(yīng)氣體抽出。
[0034]遠程等離子體發(fā)生器，用于產(chǎn)生遠程等離子體；
[0035]這里，遠程等離子體發(fā)生器可以采用現(xiàn)有的遠程等離子體發(fā)生器，由于遠程等離子體發(fā)生器的原理可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知曉，在這里不再贅述。
[0036]遠程等離子體入口 02，設(shè)置于反應(yīng)腔00的腔體上，用于向反應(yīng)腔00中輸入遠程等離子體；
[0037]這里，遠程等離子體入口 02的位置可以設(shè)置于反應(yīng)腔00的上部、下部或側(cè)壁，在本實施例中，遠程等離子體入口 02選擇設(shè)置于反應(yīng)腔00的上部的腔體中，如圖1所示；原子層沉積的反應(yīng)氣體從反應(yīng)腔00的側(cè)壁進入，遠程等離子體從反應(yīng)腔00的上部進入；這樣，通過交替循環(huán)通入反應(yīng)氣體和遠程等離子體，可以交替循環(huán)進行原子層沉積和雜質(zhì)去除過程，從而得到潔凈的原子層表面。
[0038]為了更加有效地去除所沉積的原子層表面雜質(zhì)缺陷，可以在原子層沉積設(shè)備中設(shè)置遠程等離子體流動方向控制器，用于控制遠程等離子體沿與硅片W表面且與硅片W表面平行的方向流動，例如，硅片W水平放置于反應(yīng)腔中，則控制遠程等離子體沿硅片W表面且為水平方向流動。
[0039]遠程等離子體流動方向控制器可以利用磁場或電場來使遠程等離子體發(fā)生偏轉(zhuǎn)，并以一定的速度流動；遠程等離子體的流速應(yīng)以不損傷原子層和硅片為宜。
[0040]遠程等離子體管道，將遠程等離子體發(fā)生器和遠程等離子體入口 02相連，用于將從遠程等離子體發(fā)生器出來的遠程等離子體輸送至遠程等離子體入口 02處。
[0041]這里，遠程等離子體管道的一端與遠程等離子體發(fā)生器相連，另一端與反應(yīng)腔上的遠程等離子體入口 02相連，也即是遠程等離子體管道將遠程等離子體發(fā)生器與遠程等離子體入口 02相連通。遠程等離子體管道設(shè)置可以有多種方法，比如，采用管狀物作為遠程等離子體管道，在原子層沉積設(shè)備中設(shè)置孔隙形成遠程等離子體管道等。遠程等離子體管道上可以設(shè)置有啟閉遠程等離子體管道的裝置，比如閥門等。
[0042]本發(fā)明的原子層沉積設(shè)備，可以在現(xiàn)有的原子層沉積設(shè)備上進行改進，避免了更換設(shè)備造成的成本增加。
[0043]以下將結(jié)合附圖2和具體實施例對本發(fā)明的原子層沉積方法作進一步詳細說明。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式、使用非精準(zhǔn)的比例，且僅用以方便、清晰地達到輔助說明本實施例的目的。
[0044]請參閱圖2，為本發(fā)明的一個較佳實施例的原子層沉積方法的流程示意圖；本實施例的原子層沉積方法采用本發(fā)明的原子層沉積設(shè)備，其包括以下步驟:
[0045]步驟01:將硅片置于反應(yīng)腔內(nèi)，并利用抽真空裝置將反應(yīng)腔抽至真空狀態(tài)；
[0046]具體的，抽真空裝置可以采用真空泵等現(xiàn)有的抽真空設(shè)備，這里不再贅述。抽真空時，氣體可以從反應(yīng)腔上的空氣出口排出；真空狀態(tài)應(yīng)為現(xiàn)有的原子層沉積所需要的真空條件，例如在KT4-KT6Pa之間。
[0047]步驟02:開始通入反應(yīng)氣體，反應(yīng)氣體經(jīng)過供氣管道和供氣口進入反應(yīng)腔內(nèi)，在硅片的表面沉積單層或多層原子層；
[0048]具體的，可以通過打開供氣管道的供氣閥或者打開反應(yīng)氣體源來通入反應(yīng)氣體；在硅片表面沉積的原子層可以為單層或多層，這要根據(jù)實際工藝中原子層的目標(biāo)厚度來設(shè)置沉積的層數(shù)，當(dāng)然，這里的多層原子層的厚度遠遠小于目標(biāo)厚度，否則，只能將原子層最表面的雜質(zhì)去除，而又雜質(zhì)包裹在原子層內(nèi)部就不能有效達到多次循環(huán)去除原子層雜質(zhì)缺陷的目的。
[0049]步驟03:停止通入反應(yīng)氣體，利用真空裝置將反應(yīng)腔抽至真空狀態(tài)；
[0050]具體的，可以通過關(guān)閉供氣管道的供氣閥或關(guān)閉反應(yīng)氣體源來停止通入反應(yīng)氣體；這里的真空狀態(tài)可以在10_4_10_6Pa之間。
[0051]步驟04:開始向反應(yīng)腔內(nèi)輸入遠程等離子體，從遠程等離子體發(fā)生器出來的遠程等離子體經(jīng)過遠程等離子體管道和遠程等離子體入口進入到反應(yīng)腔內(nèi)；
[0052]具體的，可以在此時開啟遠程等離子體發(fā)生器，如果遠程等離子體管道上設(shè)置有閥門等控制啟閉的裝置，則可以相應(yīng)地將其開啟；
[0053]步驟05:遠程等離子體驅(qū)趕走原子層表面所沉積的雜質(zhì)；
[0054]具體的，為了更好地去除所沉積的原子層表面的雜質(zhì)缺陷，可以利用遠程等離子體流動方向控制器控制所述遠程等離子體沿硅片表面且與硅片表面平行的方向流動，從而去除原子層表面所沉積的雜質(zhì)；例如，硅片水平放置，則可以控制遠程等離子體沿硅片表面且為水平方向流動。遠程等離子體的流速應(yīng)當(dāng)適當(dāng)，應(yīng)以不損壞原子層和硅片為宜。
[0055]步驟06:停止輸入遠程等離子體，并利用真空裝置將反應(yīng)腔抽至真空狀態(tài)；
[0056]具體的，可以通過關(guān)閉遠程等離子體管道上的啟閉裝置比如閥門，或者關(guān)閉遠程等離子體發(fā)生器來停止輸入遠程等離子體。
[0057]步驟07:重復(fù)循環(huán)步驟02至步驟06,直至原子層達到目標(biāo)厚度。
[0058]具體的，為了使原子層達到目標(biāo)厚度，需要不斷重復(fù)地進行原子層沉積；為了在下一循環(huán)中的原子層沉積時具有潔凈的原子層表面，遠程等離子體的去除過程也交替夾雜于每一個循環(huán)的原子層沉積過程中，也即是重復(fù)循環(huán)步驟02至步驟06 ；目標(biāo)厚度可以根據(jù)實際工藝要求來設(shè)定。
[0059]本發(fā)明的原子層沉積方法可以應(yīng)用于任何薄膜沉積工藝中，比如，原子層沉積工藝用來制備金屬柵中的介質(zhì)薄膜等。
[0060]綜上所述，通過本發(fā)明，可以減少原子層沉積過程中的雜質(zhì)缺陷，提高原子層薄膜的潔凈度，并減少對原子層和硅片的損傷；本發(fā)明原子層沉積設(shè)備，可以在現(xiàn)有的原子層沉積設(shè)備上進行改進，降低了更換設(shè)備的成本。
[0061]雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭示如上，然所述實施例僅為了便于說明而舉例而已，并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下可作若干的更動與潤飾，本發(fā)明所主張的保護范圍應(yīng)以權(quán)利要求書所述為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種原子層沉積設(shè)備，包括反應(yīng)腔、供氣口和供氣管道、抽真空裝置，其特征在于，所述原子層沉積設(shè)備還包括: 遠程等離子體發(fā)生器，用于產(chǎn)生遠程等離子體； 遠程等離子體入口，設(shè)置于所述反應(yīng)腔的腔體上，用于向所述反應(yīng)腔中輸入遠程等離子體； 遠程等離子體管道，將所述遠程等離子體發(fā)生器和所述遠程等離子體入口相連，用于將從所述遠程等離子體發(fā)生器出來的遠程等離子體輸送至所述遠程等離子體入口處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原子層沉積設(shè)備，其特征在于，所述原子層沉積設(shè)備還包括:遠程等離子體流動方向控制器，用于控制所述遠程等離子體沿硅片表面且與所述硅片表面平行的方向流動。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的原子層沉積設(shè)備，其特征在于，所述遠程等離子體流動方向控制器，控制所述遠程等離子體沿水平方向流動。
4.一種采用權(quán)利要求1所述的原子層沉積設(shè)備進行的原子層沉積方法，其特征在于，包括: 步驟Ol:將硅片置于所述反應(yīng)腔內(nèi)，并利用所述真空裝置將所述反應(yīng)腔抽至真空狀態(tài)； 步驟02:開始通入所述反應(yīng)氣體，所述反應(yīng)氣體經(jīng)過所述供氣管道和供氣口進入所述反應(yīng)腔內(nèi)，在所述硅片的表面沉積單層或多層原子層； 步驟03:停止通入所述反應(yīng)氣體，利用所述真空裝置將所述反應(yīng)腔抽至真空狀態(tài)；步驟04:開始向所述反應(yīng)腔內(nèi)輸入遠程等離子體，從所述遠程等離子體發(fā)生器出來的遠程等離子體經(jīng)過所述遠程等離子體管道和所述遠程等離子體入口進入到所述反應(yīng)腔內(nèi)； 步驟05:所述遠程等離子體驅(qū)趕走所述原子層表面所沉積的雜質(zhì)； 步驟06:停止輸入所述遠程等離子體，并利用所述真空裝置將所述反應(yīng)腔抽至真空狀態(tài)； 步驟07:重復(fù)循環(huán)所述步驟02至所述步驟06，直至所述原子層達到目標(biāo)厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的原子層沉積方法，其特征在于，所述原子層沉積設(shè)備包括遠程等離子體流動方向控制器；所述步驟05包括:利用遠程等離子體流動方向控制器控制所述遠程等離子體沿所述硅片表面且與所述硅片表面平行的方向流動，從而去除所述原子層表面所沉積的雜質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的原子層沉積方法，其特征在于，所述遠程等離子體流動方向控制器控制所述遠程等離子體沿水平方向流動。
【文檔編號】C23C16/455GK104233227SQ201410487817
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月23日
【發(fā)明者】鐘斌 申請人:上海華力微電子有限公司