一種應用原子層沉積技術制備薄膜的實現方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及原子層沉積技術領域，更具體地，涉及一種應用原子層沉積技術制備薄膜的實現方法。
【背景技術】
[0002]原子層沉積(Atomic layer deposit1n，ALD)是通過將氣相前驅物交替地通入反應器并在基體的表面發生化學反應而形成沉積薄膜的一種方法(技術)，該技術可以將物質以單原子層薄膜形式一層一層地鍍在基底表面。
[0003]在原子層沉積工藝過程中，當前驅物到達沉積基體的表面時，會以化學吸附的形式沉積在基體表面。在不同的前驅物脈沖之間還需要用惰性氣體對反應器進行吹掃，以清除未吸附在基體表面的過剩反應源，保證化學反應只在基體表面發生。
[0004]根據對反應源(前驅物)隔離方式的不同，原子層沉積設備(ALD)可以分為時間式設備和空間式設備兩種類型。對于時間式ALD設備，兩種反應源可以在不同時間出現在同一個反應腔室中，其工藝的每個生長周期可以分為“通入第一種反應源-吹掃-通入第二種反應源-吹掃”四個階段。對于空間式ALD設備，通常可以利用襯底位置的移動來隔離兩種反應源體，以實現ALD工藝。
[0005]以在時間式ALD設備上進行ALD工藝為例，其常規ALD技術通常采用四步工藝，即每個工藝循環過程包括四步:通入第一種反應源-吹掃-通入第二種反應源-吹掃。其中，在進行吹掃時，是采用邊進氣邊抽氣的方式，過程中反應腔室內的吹掃氣體進氣量和抽氣時的壓力保持不變。這種吹掃方式的優點在于可使得ALD工藝過程相對簡單，易實現。
[0006]但是，上述常規ALD技術同時也存在一些缺點:首先在于采用上述吹掃方式，將使得反應腔室內的氣流場相對穩定，造成在腔室空間內易存在死區，以致不易將過剩前驅物和反應副產物吹掃干凈;其次在于采用上述吹掃方式，會增加吹掃時間和惰性氣體的消耗，從而降低了 ALD的產率。

【發明內容】

[0007]本發明的目的在于克服現有技術存在的上述缺陷，提供一種應用原子層沉積技術制備薄膜的實現方法，以提高對過剩反應源及反應副產物的吹掃效果。
[0008]為實現上述目的，本發明的技術方案如下:
[0009]—種應用原子層沉積技術制備薄膜的實現方法，包括以下步驟:
[0010]步驟一:向反應腔室中通入第一種反應源；
[0011]步驟二:以交替的變流量方式，向反應腔室中通入吹掃氣體，進行第一次氣體吹掃;
[0012]步驟三:向反應腔室中通入第二種反應源；
[0013]步驟四:以交替的變流量方式，向反應腔室中通入吹掃氣體，進行第二次氣體吹掃。[0014I優選地，所述變流量方式包括:
[0015]方式A:通入一定流量的吹掃氣體；
[0016]方式B:通入零流量的吹掃氣體，并使反應腔室處于抽真空狀態；
[0017]以方式A、方式B的交替方式，進行第一、二次氣體吹掃。
[0018]優選地，方式A、方式B的進行不分先后。
[0019]優選地，方式A、方式B交替進行一至若干次。
[°02°]優選地，所述變流量方式包括:
[0021]方式C:通入第一流量的吹掃氣體；
[0022]方式D:通入第二流量的吹掃氣體；
[0023]以方式C、方式D的交替方式，進行第一次氣體吹掃；以及
[0024]方式E:通入第三流量的吹掃氣體；
[0025]方式F:通入第四流量的吹掃氣體；
[0026]以方式E、方式F的交替方式，進行第二次氣體吹掃。
[0027]優選地，方式C、方式D的進行不分先后，方式E、方式F的進行不分先后。
[0028]優選地，方式C、方式D交替進行一至若干次，方式E、方式F交替進行一至若干次。[0029 ]優選地，第一流量小于第二流量，第三流量小于第四流量。
[0030]優選地，第一流量大于第三流量，第二流量大于第四流量。
[0031]從上述技術方案可以看出，本發明通過以零流量抽真空或變化流量的不同方式改變反應腔室內的吹掃氣體進氣量，在腔室內形成氣流場的擾動，可有效提高對過剩反應源及反應副產物的吹掃效果，降低薄膜生長周期的工藝時間，提高生產效率;在此基礎上，可減少寄生CVD反應，并能提高ALD工藝質量，使得薄膜均勻性得到提高。
【附圖說明】
[0032]圖1是本發明一較佳【具體實施方式】之一中的一種應用原子層沉積技術制備薄膜的實現方法流程圖；
[0033]圖2是本發明一較佳【具體實施方式】之二中的一種應用原子層沉積技術制備薄膜的實現方法流程圖；
[0034]圖3是ALD系統的一種氣路分布示意圖；圖中1.臭氧發生器，2.氣態三甲基鋁發生器，3.反應腔室，4.反應腔室排氣口，5.氣動閥Vl-V6;
[0035]圖4-圖10分別是本發明實施例一-實施例七中的ALD工藝周期框圖。
【具體實施方式】
[0036]下面結合附圖，對本發明的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0037]現有在時間式ALD設備上進行ALD工藝時，在進行吹掃過程中反應腔室內的吹掃氣體進氣量和抽氣時的壓力保持不變。這種吹掃方式存在的缺點是:I)將使得反應腔室內的氣流場相對穩定，造成在腔室空間內易存在死區，以致不易將過剩前驅物和反應副產物吹掃干凈;2)會增加吹掃時間和惰性氣體的消耗，從而降低ALD的產率。
[0038]針對上述問題，本發明提出了一種變流量吹掃ALD技術，即在吹掃過程中使反應腔室內的吹掃氣體進氣量發生變化。本發明的一種應用原子層沉積技術制備薄膜的實現方法，包括以下步驟:
[0039]步驟一:向反應腔室中通入第一種反應源；
[0040]步驟二:以交替的變流量方式，向反應腔室中通入吹掃氣體，進行第一次氣體吹掃;
[0041 ] 步驟三:向反應腔室中通入第二種反應源；
[0042]步驟四:以交替的變流量方式，向反應腔室中通入吹掃氣體，進行第二次氣體吹掃。
[0043]上述本發明的改進方法，可通過兩種方式來實現:一種是保持吹掃氣體管路中的流量不變，通過斷流抽真空方式實現本發明的ALD技術(抽真空式ALD工藝)；另一種是在吹掃過程中，通過直接調整吹掃氣體管路中的流量實現本發明的ALD技術(變流量式ALD工藝)。分別在以下進行詳細說明。
[0044]在以下本發明的一【具體實施方式】中，請參閱圖1，圖1是本發明一較佳【具體實施方式】之一中的一種應用原子層沉積技術制備薄膜的實現方法流程圖；同時，請結合參閱圖3，圖3是ALD系統的一種氣路分布示意圖。如圖1所示，本發明的一種應用原子層沉積技術制備薄膜的實現方法，通過改變氣路上閥門的開關實現對腔室進氣流量的控制，從而改變腔室內的氣流走向，引起腔室內氣流場的擾動，提高吹掃效果，使過剩的反應源和反應副產物被吹掃干凈(即抽真空式ALD工藝)，方法包括以下階段:
[0045]階段一:向反應腔室中通入第一種反應源。
[0046]請參閱圖3。以TMA(三甲基鋁)作為第一種反應源、臭氧(O3)作為第二種反應源、氮氣作為吹掃氣體為例，關閉設于反應腔室排氣口 4的氣動閥(V6)和設于吹掃氣體管路的氣動閥(￥2、￥3、￥5)5，打開設于氣態三甲基鋁發生器2管路的氣動閥(￥4)5，向反應腔室3中通入 TMA ο
[0047]階段二:向反應腔室中通入一定流量的吹掃氣體，進行第一次氣體吹掃。
[0048]在此階段中，打開閥V6，關閉閥V4，使一定流量的氮氣經由閥V2、V3、V5進入反應腔室(即方式A)，對TMA過剩反應源和反應副產物進行吹掃。
[0049]階段三:停止向反應腔室中通入吹掃氣體，并進行抽真空。
[0050]在此階段中，保持閥V6打開、閥V4關閉，并關閉閥V2、V3、V5，通入零流量的吹掃氣體，也就是對吹掃氣體進行斷流，并對沉積腔室抽真空(即方式B)，使TMA過剩反應源和反應副產物被徹底吹掃干凈。
[0051 ]階段四:向反應腔室中通入第二種反應源。
[0052]在此階段中，關閉閥V6和閥V2、V3、V5，打開設于臭氧發生器I管路的氣動閥(Vl)5，向反應腔室中通入臭氧。
[0053]階段五:向反應腔室中通入一定流量的吹掃氣體，進行第二次氣體吹掃。
[0054]在此階段中，打開閥V6，關閉閥Vl，使一定流量的氮氣經由閥V2、V3、V5進入反應腔室(即方式A)，對臭氧過剩反應源和反應副產物進行吹掃。
[0055]階段六:停止向反應腔室中通入吹掃氣體，并進行抽真空。
[0056]在此階段中，保持閥V6打開、閥Vl關閉，并關閉閥V2、V3、V5，通入零流量的吹掃氣體，也就是對吹掃氣體進行斷流，并對沉積腔室抽真空(即方式B)，使臭氧過剩反應源和反應副產物被徹底吹掃干凈。
[0057]此時完成了一個Al2O3薄膜生長周期，可如此循環直到完成一定薄膜厚度的整個原子層沉積過程。
[0058]作為可選的實施方式，上述階段二和階段三的執行次序可以互換，階段五和階段六的執行次序可以互換，即進行第一、二次氣體吹掃時所采用的方式A、方式B的進行可不分先后。并且，階段二和階段三在進行第一次氣體吹掃的過程中、階段五和階段六在進行第二次氣體吹掃的過程中可按照交替方式進行一至若干次，即進行第一、二次氣體吹掃時所采用的方式A、方式B的交替進行次數可為一至若干次，其組合方式例如可以是:AB，也可以是BA,ABA,BAB……。進一步的，第一、二次氣體吹掃時，各自的方式A、方式B的交替進行次數以及先后次序也可以不相同。
[0059]此外，反應源氣體也可以采用其他氣源，吹掃氣體也可以采用惰性氣體，在閥V2、V3、V5打開時，吹掃氣體的流量可參照現有工藝中的流量執行。
[0060]在以下本發明的另一【具體實施方式】中，請參閱圖2，圖2是本發明一較佳【具體實施方式】之二中的一種應用原子層沉積技術制備薄膜的實現方法流程圖；同時，請結合參閱圖3，圖3是ALD系統的一種氣路分布示意圖。如圖2所示，本發明的一種應用原子層沉積技術制備薄膜的實現方法，通過改變吹掃氣體氣路的流量實現對腔室內氣流場的擾動，提高吹掃效果，使過剩的反應源和反應副產物被吹掃干凈(即變流量式ALD