化學(xué)氣相沉積方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體工藝控制領(lǐng)域，具體地，涉及一種化學(xué)氣相沉積方法和一種實(shí)施該化學(xué)氣相沉積方法的化學(xué)氣相沉積裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展，不斷縮小的器件尺寸對材料的制備技術(shù)及材料的性能都提出了極大的挑戰(zhàn)。例如，動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器需要深寬比高達(dá)100:1的電容器，溝槽內(nèi)需要沉積厚度為Inm至3nm的均勻介質(zhì)層。為了滿足上述要求，目前常采用的工藝方法為原子層沉積工藝。
[0003]原子層沉積也成為原子層外延，是一種基于有序、自限制性反應(yīng)的化學(xué)氣相沉積薄膜的方法。與傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉積不同的是，在進(jìn)行原子層沉積工藝時(shí)，前驅(qū)體彼此在氣相里不相遇，并在沉積基底表面完成單層飽和吸附反應(yīng)。反應(yīng)具有自限制性，即，當(dāng)一種前驅(qū)體與沉積基底表面基團(tuán)反應(yīng)達(dá)到飽和時(shí)，反應(yīng)自動(dòng)終止?；谧韵拗菩缘奶攸c(diǎn)，利用原子層沉積工藝制備的薄膜具有優(yōu)異的均勻性、無真空、厚度精確可控、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]美國專利US6723642B1中公開了一種等離子體增強(qiáng)原子層沉積工藝，一個(gè)工藝周期包括兩個(gè)交替的脈沖過程一一種前驅(qū)體源的脈沖和另一種前驅(qū)體源的等離子體暴露脈沖，沖洗氣體一直存在于整個(gè)工藝周期內(nèi)。通過控制交替脈沖次數(shù)可以實(shí)現(xiàn)薄膜厚度的精確控制。
[0005]但是，上述方法需要產(chǎn)生等離子體的等離子體電源具有脈沖起輝功能，一個(gè)等離子體增強(qiáng)原子層沉積工藝往往需要頻繁起輝幾百次至幾千次，容易使電極在射頻電壓的作用下受到轟擊并產(chǎn)生顆粒污染基片。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種化學(xué)氣相沉積方法和一種化學(xué)氣相沉積裝置，該化學(xué)氣相沉積方法不需要利用等離子體電源頻繁起輝，從而會(huì)避免由頻繁起輝產(chǎn)生的污染基片的顆粒。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，作為本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種化學(xué)氣相沉積方法，該化學(xué)氣相沉積方法包括向設(shè)置有基片的反應(yīng)腔內(nèi)通入金屬源前驅(qū)體和非金屬源前驅(qū)體，其中，所述金屬源前驅(qū)體和所述非金屬源前驅(qū)體均經(jīng)過在化學(xué)氣相沉積過程中始終開啟的等離子體發(fā)生裝置，且所述金屬源前驅(qū)體脈沖地通入所述反應(yīng)腔中。
[0008]優(yōu)選地，脈沖地向所述反應(yīng)腔內(nèi)通入所述非金屬源前驅(qū)體。
[0009]優(yōu)選地，所述化學(xué)氣相沉積方法包括連續(xù)地向所述反應(yīng)腔內(nèi)通入所述非金屬源前驅(qū)體。
[0010]優(yōu)選地，所述化學(xué)氣相沉積方法還包括在通入所述金屬源前驅(qū)體和所述非金屬源前驅(qū)體的同時(shí)，向所述反應(yīng)腔內(nèi)通入承載氣體。
[0011]優(yōu)選地，所述化學(xué)氣相沉積方法包括連續(xù)地向所述反應(yīng)腔內(nèi)通入所述承載氣體。
[0012]作為本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種化學(xué)氣相沉積裝置，該化學(xué)氣相沉積裝置包括提供金屬源前驅(qū)體的金屬源前驅(qū)體源、提供非金屬源前驅(qū)體的非金屬源前驅(qū)體源、控制器、反應(yīng)腔和等離子體發(fā)生裝置，所述金屬源前驅(qū)體源和所述非金屬源前驅(qū)體源均與所述反應(yīng)腔相通，且所述金屬源前驅(qū)體和所述非金屬源前驅(qū)體均經(jīng)過所述等離子體發(fā)生裝置，所述控制器與所述等離子體發(fā)生裝置電連接，其中，所述控制器能夠控制所述等離子體發(fā)生裝置在所述化學(xué)氣相沉積過程中始終開啟。
[0013]優(yōu)選地，所述等離子體發(fā)生裝置設(shè)置在所述反應(yīng)腔內(nèi)，且所述等離子體發(fā)生裝置包括射頻電源、下電極和中空的上電極，所述金屬源前驅(qū)體源、所述非金屬源前驅(qū)體源和所述反應(yīng)腔均與所述上電極的內(nèi)部相通，所述射頻電源與所述控制器電連接。
[0014]優(yōu)選地，所述上電極的下部設(shè)置有氣體勻流板，該氣體勻流板上設(shè)置有多個(gè)均勻分布的通孔，所述金屬源前驅(qū)體和所述非金屬源前驅(qū)體經(jīng)過所述氣體勻流板上的所述通孔進(jìn)入所述反應(yīng)腔內(nèi)。
[0015]優(yōu)選地，所述化學(xué)氣相沉積裝置還包括承載氣體源，該承載氣體源經(jīng)過所述等離子體發(fā)生裝置與所述反應(yīng)腔相通。
[0016]優(yōu)選地，所述金屬源前驅(qū)體源通過第一管道與所述反應(yīng)腔相通，所述非金屬源前驅(qū)體源通過所述第二管道與所述反應(yīng)腔相通，所述承載氣體源通過第三管道與所述反應(yīng)腔相通，所述第一管道上設(shè)置有第一開關(guān)閥，所述第二管道上設(shè)置有第二開關(guān)閥，所述第三管道上設(shè)置有第三開關(guān)閥，所述第一開關(guān)閥和所述第二開關(guān)閥均與所述控制器電連接。
[0017]在整個(gè)化學(xué)氣相沉積的過程中等離子體發(fā)生裝置始終開啟有如下優(yōu)點(diǎn):第一，避免了等離子體發(fā)生裝置的電極頻繁起輝，降低了所述電極在射頻高壓作用下受轟擊而產(chǎn)生顆粒的風(fēng)險(xiǎn)，因此也降低了顆粒污染基片的風(fēng)險(xiǎn)，從而可以提高沉積在基片上的薄膜的純度；第二，由于所述等離子體發(fā)生裝置在整個(gè)化學(xué)氣相沉積的過程中始終開啟，無需頻繁開關(guān)射頻電源，從而延長了射頻電源的使用壽命。
【附圖說明】
[0018]附圖是用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的【具體實(shí)施方式】一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中:
[0019]圖1是本發(fā)明所提供的化學(xué)氣相沉積方法的一種實(shí)施方式的工藝過程示意圖；
[0020]圖2是本發(fā)明所提供的化學(xué)氣相沉積方法的另一種實(shí)施方式的工藝過程示意圖；
[0021]圖3是本發(fā)明所提供的化學(xué)氣相沉積裝置的示意圖；
[0022]圖4是本發(fā)明所提供的化學(xué)氣相沉積裝置的控制原理圖。
[0023]附圖標(biāo)記說明
[0024]10:第一開關(guān)閥11:第一管道
[0025]12:金屬源前驅(qū)體源 20:第二開關(guān)閥
[0026]21:第二管道22:非金屬源前驅(qū)體源
[0027]30:第三開關(guān)閥 31:第三管道
[0028]32:承載氣體源 40:射頻電源
[0029]41:隔直電容50:上電極
[0030]51:氣體勻流板 60:反應(yīng)腔
[0031]70:基片80:下電極
[0032]90:抽氣管100:控制器
【具體實(shí)施方式】
[0033]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的【具體實(shí)施方式】僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0034]如圖1至圖3所示，作為本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種化學(xué)氣相沉積方法，該化學(xué)氣相沉積方法包括向設(shè)置有基片70的反應(yīng)腔60內(nèi)通入金屬源前驅(qū)體和非金屬源前驅(qū)體，其中，所述金屬源前驅(qū)體和所述非金屬源前驅(qū)體均經(jīng)過在化學(xué)氣相沉積過程中始終開啟的等離子體發(fā)生裝置，且所述金屬源前驅(qū)體脈沖地通入反應(yīng)腔60中。
[0035]在整個(gè)化學(xué)氣相沉積的過程中等離子體發(fā)生裝置始終開啟有如下優(yōu)點(diǎn):第一，避免了等離子體發(fā)生裝置的電極頻繁起輝，降低了所述電極在射頻高壓作用下受轟擊而產(chǎn)生顆粒的風(fēng)險(xiǎn)，因此也降低了顆粒污染基片70的風(fēng)險(xiǎn)，從而可以提高沉積在基片70上的薄膜的純度;第二，由于所述等離子體發(fā)生裝置在整個(gè)化學(xué)氣相沉積的過程中始終開啟，無需頻繁開關(guān)射頻電源，從而延長了射頻電源的使用壽命；第三，增加金屬前驅(qū)體源中金屬元素的活性，使其更容易吸附在基片70上，從而擴(kuò)大了金屬前驅(qū)體源的選擇范圍；第四，增加了金屬源前驅(qū)體以及非金屬源前驅(qū)體中參與反應(yīng)的活性粒子的濃度，從而增加了每個(gè)化學(xué)氣相沉積周期中的薄膜沉積速率。
[0036]如圖1和圖2所示，在本發(fā)明中，需要將所述金屬前驅(qū)體源脈沖地通入反應(yīng)腔60中，從而可以控制沉積在基片70上的金屬離子的量，進(jìn)而可以控制沉積在基片70上的薄膜的厚度。
[0037]在本發(fā)明中，對所述非金屬源前驅(qū)體的通入方式并沒有限定。例如，如圖1中所示，可以脈沖地向所述反應(yīng)腔內(nèi)通入所述非金屬源前驅(qū)體。
[0038]或者，如圖2中所示，可以連續(xù)地向所述反應(yīng)腔內(nèi)通入所述非金屬源前驅(qū)體。連續(xù)地向所述反應(yīng)腔內(nèi)通入所述非金屬源前驅(qū)體的優(yōu)點(diǎn)在于，可以使反應(yīng)腔60內(nèi)氣壓更加穩(wěn)定，從而有利于基片70上界面反應(yīng)的進(jìn)行。并且，持續(xù)地通入所述非金屬源前驅(qū)體還可以在反應(yīng)腔60中產(chǎn)生一部分空間反應(yīng)，提高化學(xué)氣相沉積中產(chǎn)生的薄膜的沉積速度
[0039]可以根據(jù)生產(chǎn)需要選擇所述金屬源前驅(qū)體和所述非金屬源前驅(qū)體。例如，當(dāng)在基片70上沉積Al2O3薄膜時(shí)，所述金屬源前驅(qū)體可以為Al (CH3) 3，所述非金屬源前驅(qū)體可以為02。
[0040]優(yōu)選地，本發(fā)明所提供的化學(xué)氣相沉積方法還包括在通入所述金屬源前驅(qū)體和所述非金屬源前驅(qū)體的同時(shí)，向反應(yīng)腔60內(nèi)通入承載氣體。承載氣體可以對所述金屬源前驅(qū)體和所述非金屬源前驅(qū)體進(jìn)行稀釋和沖洗。承載氣體可以為氬氣、氮?dú)獾榷栊詺怏w。
[0041 ] 如圖1和圖2所示，在本發(fā)明中，可以連續(xù)地向所述反應(yīng)腔內(nèi)通入所述承載氣體。
[0042]作為本發(fā)明的另一個(gè)方面，如圖3所示，提供一種化學(xué)氣相沉積裝置，該化學(xué)氣相沉積裝置包括提供金屬源前驅(qū)體的金屬源前驅(qū)體源12、提供非金屬源前驅(qū)體的非金屬源前驅(qū)體源22、控制器(未示出)、反應(yīng)腔60和等離子體發(fā)生裝置，所述金屬源前驅(qū)體源和所述非金屬源前驅(qū)體源均與反應(yīng)腔60相通，且所述金屬源前驅(qū)體和所述非金屬源前驅(qū)體均經(jīng)過所述等離子體發(fā)生裝置，所述控制器與所述等離子體發(fā)生裝置電連接，其中，所述控制器能夠控制所述等離子體發(fā)生裝置在化學(xué)氣相沉積過程中始終開啟。
[0043]上文中已經(jīng)介紹了所述等離子體發(fā)生裝置在化學(xué)氣相沉積過程中始終開啟的優(yōu)點(diǎn)，這里不再贅述。
[0044]在本發(fā)明中，對所述等離子體發(fā)生裝置的設(shè)置方式并沒有特殊限制，只要可以在所述化學(xué)氣相沉積過程中對所述金屬源前驅(qū)體和所述非金屬源前驅(qū)體進(jìn)行解離即可。作為本發(fā)明的一種【具體實(shí)施方式】，如圖3所示，所述等離子體發(fā)生裝置可以設(shè)置在反應(yīng)腔60內(nèi)，且所述等離子體發(fā)生裝置可以包括射頻電源40、下電極80和中空的上電極50，金屬源前驅(qū)體源12、非金屬源前驅(qū)體源22和反應(yīng)腔60均與上電極50的內(nèi)部相通，射頻電源40與所述