一种高温原子层沉积装置和方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112899653A(43)申请公布日2021.06.04(21)申请号201911136184.3(22)申请日2019.11.19(71)申请人中国科学院微电子研究所地址100029北京市朝阳区北土城西路3号(72)发明人卢维尔明帅强夏洋冷兴龙赵丽莉何萌李楠(74)专利代理机构北京华沛德权律师事务所11302代理人房德权(51)Int.Cl.C23C16/455(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图1页(54)发明名称一种高温原子层沉积装置和方法(57)摘要本发明公开了一种高温原子层沉积装置和方法，通过腔室，所述腔室为柱状管式腔体结构；第一管路，所述第一管路与所述腔室的一端连通，且所述第一管路通入第一前驱体进入所述腔室；第二管路，所述第二管路与所述腔室的一端连通，且所述第二管路通入第二前驱体进入所述腔室；马弗炉，所述马弗炉设置在所述腔室的外侧；抽真空管路，所述抽真空管路的一端与所述腔室的另一端连通。解决现有技术中原子层沉积设备腔室为金属且腔体较大，对于腔室的升温和降温速度缓慢，不适宜活性较低的原子层沉积前驱体的技术问题，达到了前驱体气流的单向流动，缩短工艺吹扫时间，腔室快速升温与降温，实现控温沉积或高温退火，提高所沉积薄膜的结晶性的技术效果。CN112899653ACN112899653A权利要求书1/1页1.一种高温原子层沉积装置，其特征在于，所述装置包括：腔室，所述腔室为柱状管式腔体结构；第一管路，所述第一管路与所述腔室的一端连通，且所述第一管路通入第一前驱体进入所述腔室；第二管路，所述第二管路与所述腔室的一端连通，且所述第二管路通入第二前驱体进入所述腔室；马弗炉，所述马弗炉设置在所述腔室的外侧；抽真空管路，所述抽真空管路的一端与所述腔室的另一端连通。2.如权利要求1所述的高温原子层沉积装置，其特征在于，所述装置包括：真空泵，所述真空泵与所述抽真空管路的另一端连接，且所述真空泵通过所述抽真空管路将所述腔室内抽为真空。3.如权利要求1所述的高温原子层沉积装置，其特征在于，所述装置包括：真空规，所述真空规设置在所述第一管路、所述第二管路或所述抽真空管路上。4.如权利要求1所述的高温原子层沉积装置，其特征在于，所述第一前驱体与所述第二前驱体在所述腔室中沿单向直线流动。5.如权利要求1所述的高温原子层沉积装置，其特征在于，所述腔室的壁厚为1～10mm，所述腔室的长为0.6～3m，所述腔室的内径为2.5～20cm。6.如权利要求1所述的高温原子层沉积装置，其特征在于，所述腔室的耐热温度≤1200℃。7.如权利要求1所述的薄膜材料结晶的装置，其特征在于，所述腔室采用石英管或刚玉管制成。8.如权利要求1所述的高温原子层沉积装置，其特征在于，所述马弗炉的加热温度为25～1200℃。9.一种高温原子层沉积的方法，其特征在于，所述方法包括：将硅片放置在腔室内，所述硅片的表面与第一前驱体、第二前驱体的流动方向一致；开启真空泵与马弗炉，采用所述马弗炉加热所述腔室至第一温度；根据真空规实时检测所述腔室内的气压，当所述腔室内的气压达到预定阈值时，通过第一管路和第二管路向所述腔室交替通入所述第一前驱体或所述第二前驱体；根据所述马弗炉加热所述腔室内的所述第一前驱体和所述第二前驱体至第二温度，通过原子层沉积获得薄膜材料。2CN112899653A说明书1/5页一种高温原子层沉积装置和方法技术领域[0001]本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种高温原子层沉积装置和方法。背景技术[0002]原子层沉积(atomiclayerdeposition，ALD),是一种特殊的化学气相沉积技术，可以实现单原子层沉积的薄膜制备装置，具有优异的保型性、大面积均匀性和精确的膜厚控制性等特点。自从2001年国际半导体行业协会将ALD列入与微电子工艺兼容的候选技术以来，其赢得了来自界和学术界的广泛关注。2007年Inter公司在半导体工业45nm技术节点上，将ALD沉积技术引入产线，使得微处理器功耗降低，运行速度提高。近年来ALD技术在微电子、光电子、光学、纳米技术、微机械系统、能源、催化等领域得到广泛应用。[0003]目前，原子层沉积技术显示出巨大的商业前景，然而也面临着巨大的挑战。首先，ALD前驱体需要具有较高的反应活性，因此目前合适的ALD前驱体还比较匮乏，这直接影响了一些关键材料的沉积及其所获薄膜的质量。其次，目前通过ALD技术得到的薄膜主要以非晶薄膜和单晶薄膜为主，想要获得高结晶性的薄膜材料难以实现，这就限制了ALD技术在这些领域的应用。利用高温ALD技术，可以给前驱体提供更高的能量，从而降低对于反应前驱体的高活性要求，扩大反应前驱体的选择。同时，利用高温可以提高所制备薄膜的结晶