本技術(shù)涉及半導(dǎo)體制造，尤其涉及一種用于高深寬比結(jié)構(gòu)器件的原子層沉積鍍膜方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、原子層沉積?(atomic?layer?deposition,?ald)是一種基于化學(xué)氣相沉積(cvd)的高精度薄膜沉積技術(shù)，將物質(zhì)材料以單原子膜的形式基于化學(xué)氣相一層一層的沉積在襯底的表面。具體的，將兩種或多種反應(yīng)前驅(qū)體反應(yīng)物一次一種地分別引入反應(yīng)腔內(nèi)，吸附在襯底表面，每個(gè)反應(yīng)前驅(qū)體在襯底表面達(dá)到飽和吸附。在ald的沉積過(guò)程中，反應(yīng)前驅(qū)體是交替沉積，新一層原子膜的化學(xué)反應(yīng)是直接與上一層相關(guān)聯(lián)的，每次反應(yīng)只沉積一層原子，ald反應(yīng)擁有自限性。

2、在原子層沉積工藝過(guò)程中，當(dāng)反應(yīng)前驅(qū)體到達(dá)沉積襯底的表面時(shí)，會(huì)沉積在襯底表面。在不同的反應(yīng)前驅(qū)體脈沖之間還需要用惰性氣體對(duì)反應(yīng)腔進(jìn)行吹掃，以清除未吸附在襯底表面的過(guò)剩反應(yīng)前驅(qū)體，保證化學(xué)反應(yīng)只在襯底表面發(fā)生。

3、隨著科技的進(jìn)步，微小化是微機(jī)電產(chǎn)業(yè)的趨勢(shì)，具有高深寬比結(jié)構(gòu)的元器件得到越來(lái)越多的應(yīng)用，需求量也日益增加。半導(dǎo)體領(lǐng)域中，高深寬比微結(jié)構(gòu)是指在硅片或者其他襯底上通過(guò)光刻結(jié)合刻蝕等工藝形成的深度，深寬比大于10的微結(jié)構(gòu)，通常這類結(jié)構(gòu)以深孔或深槽等形式呈現(xiàn)。相關(guān)技術(shù)采用ald方式在具有高深寬比結(jié)構(gòu)的襯底表面進(jìn)行薄膜沉積，反應(yīng)前驅(qū)體無(wú)法有效擴(kuò)散進(jìn)高深寬比結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，導(dǎo)致材料無(wú)法完全填充入例如深孔，溝道等結(jié)構(gòu)內(nèi)部，進(jìn)而嚴(yán)重影響具有高深寬比結(jié)構(gòu)器件的工作效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供一種用于高深寬比結(jié)構(gòu)器件的原子層沉積鍍膜方法及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有原子層沉積在具有高深寬比結(jié)構(gòu)器件表面進(jìn)行薄膜沉積，反應(yīng)前驅(qū)體不能有效擴(kuò)散進(jìn)高深寬比結(jié)構(gòu)的內(nèi)部的問(wèn)題。

2、第一方面，本技術(shù)提供一種用于高深寬比結(jié)構(gòu)器件的原子層沉積鍍膜方法，所述原子層沉積鍍膜方法包括：

3、將高深寬比結(jié)構(gòu)器件置于反應(yīng)腔內(nèi)，并將所述反應(yīng)腔抽至低真空狀態(tài)；

4、向所述反應(yīng)腔內(nèi)通入第一反應(yīng)前驅(qū)體，并在所述第一反應(yīng)前驅(qū)體的通入時(shí)間達(dá)到第一時(shí)間時(shí)，停止通入所述第一反應(yīng)前驅(qū)體；

5、對(duì)所述反應(yīng)腔進(jìn)行增壓擴(kuò)散處理，在所述增壓擴(kuò)散處理的時(shí)間達(dá)到第二時(shí)間時(shí)停止所述增壓擴(kuò)散處理并將所述反應(yīng)腔抽回至低真空狀態(tài)；

6、向所述反應(yīng)腔內(nèi)通入第二反應(yīng)前驅(qū)體，并在所述第二反應(yīng)前驅(qū)體的通入時(shí)間達(dá)到第三時(shí)間時(shí)，停止通入所述第二反應(yīng)前驅(qū)體；

7、對(duì)所述反應(yīng)腔進(jìn)行增壓擴(kuò)散處理，在所述增壓擴(kuò)散處理的時(shí)間達(dá)到第二時(shí)間時(shí)停止所述增壓擴(kuò)散處理并將所述反應(yīng)腔抽回至低真空狀態(tài)，完成對(duì)高深寬比結(jié)構(gòu)器件表面的鍍膜。

8、本技術(shù)中的反應(yīng)腔連接有增壓氣體管路，通過(guò)調(diào)節(jié)第一閥門和第二閥門開合，使反應(yīng)腔內(nèi)通入增壓氣體，使得反應(yīng)腔的壓力快速增加和減少，進(jìn)而使反應(yīng)前驅(qū)體快速進(jìn)入高深寬比結(jié)構(gòu)器件的深孔/溝道并有效吸附于高深寬比結(jié)構(gòu)器件內(nèi)。

9、在部分可能的實(shí)現(xiàn)方式中，對(duì)所述反應(yīng)腔進(jìn)行增壓擴(kuò)散處理，在所述增壓擴(kuò)散處理的時(shí)間達(dá)到第二時(shí)間時(shí)停止所述增壓擴(kuò)散處理并將所述反應(yīng)腔抽回至低真空狀態(tài)包括：

10、向所述反應(yīng)腔通入流量恒定的增壓氣體并同時(shí)對(duì)所述反應(yīng)腔停止抽真空，在所述增壓氣體通入的時(shí)間或者對(duì)所述反應(yīng)腔停止抽真空的時(shí)間達(dá)到第二時(shí)間時(shí)停止通入所述增壓氣體并繼續(xù)對(duì)所述反應(yīng)腔抽真空直至將所述反應(yīng)腔抽回至低真空狀態(tài)；

11、或者，

12、使向所述反應(yīng)腔通入的增壓氣體量與對(duì)所述反應(yīng)腔的抽氣量呈反向周期性變化，在所述反向周期性變化的時(shí)間達(dá)到第二時(shí)間時(shí)停止所述反向周期性變化并將所述反應(yīng)腔抽回至低真空狀態(tài)。

13、在部分可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述反應(yīng)腔分別連接有真空泵以及增壓氣體管路，在所述反應(yīng)腔與所述真空泵的連接管路上設(shè)有第一閥門，在與所述反應(yīng)腔連接的所述增壓氣體管路上設(shè)有第二閥門；其中，在向所述反應(yīng)腔通入流量恒定的增壓氣體并同時(shí)對(duì)所述反應(yīng)腔停止抽真空時(shí)，所述第一閥門關(guān)閉，所述第二閥門開啟，在所述增壓氣體通入時(shí)間或者對(duì)所述反應(yīng)腔停止抽真空的時(shí)間達(dá)到第二時(shí)間時(shí)，所述第一閥門開啟，所述第二閥門關(guān)閉，所述真空泵繼續(xù)對(duì)所述反應(yīng)腔抽真空直至所述反應(yīng)腔抽至低真空狀態(tài)。

14、在部分可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述反應(yīng)腔分別連接有真空泵以及增壓氣體管路，在所述反應(yīng)腔與所述真空泵的連接管路上設(shè)有第一閥門和第一蝶閥，所述第一蝶閥位于所述第一閥門與所述反應(yīng)腔之間，在與所述反應(yīng)腔連接的所述增壓氣體管路上設(shè)有第二閥門和第二蝶閥，所述第二蝶閥位于所述第二閥門和所述反應(yīng)腔之間；其中，在向所述反應(yīng)腔通入的增壓氣體量與對(duì)所述反應(yīng)腔的抽氣量呈反向周期性變化時(shí)，所述第一閥門和所述第二閥門開啟，所述第一蝶閥的開度與所述第二蝶閥的開度呈反向周期性變化，在所述反向周期性變化的時(shí)間達(dá)到第二時(shí)間時(shí)，所述第一閥門和所述第二閥門開啟，所述第一蝶閥的開度與所述第二蝶閥的開度停止反向周期性變化。

15、在部分可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述第一蝶閥的開度與所述第二蝶閥的開度呈反向周期性變化包括：

16、所述第一蝶閥的開度變化由預(yù)設(shè)開度減小至0%，再由0%增加至預(yù)設(shè)開度，所述第二蝶閥的開度變化由0%增加至預(yù)設(shè)開度，再由預(yù)設(shè)開度減小至0%。

17、在部分可能的實(shí)現(xiàn)方式中，在對(duì)所述反應(yīng)腔進(jìn)行增壓擴(kuò)散處理時(shí)，所述第一蝶閥的開度與所述第二蝶閥的開度呈連續(xù)同步的反向周期性變化，當(dāng)所述第一蝶閥的開度由預(yù)設(shè)開度減小至0%時(shí)，所述第二蝶閥的開度由0%增加至預(yù)設(shè)開度，當(dāng)所述第一蝶閥的開度由0%增加至預(yù)設(shè)開度時(shí)，所述第二蝶閥的開度由預(yù)設(shè)開度減小至0%。

18、在部分可能的實(shí)現(xiàn)方式中，當(dāng)所述反向周期性變化的時(shí)間達(dá)到第二時(shí)間時(shí)，所述第一蝶閥的開度保持在預(yù)設(shè)開度，所述第二蝶閥的開度保持在0%，所述真空泵將所述反應(yīng)腔抽回至低真空狀態(tài)。

19、本技術(shù)中的第一蝶閥與第二蝶閥開度可控，通過(guò)同時(shí)調(diào)節(jié)第一蝶閥與第二蝶閥的開度，使得反應(yīng)前驅(qū)體能夠有效進(jìn)入高深寬比結(jié)構(gòu)器件的深孔內(nèi)，同時(shí)有效避免了反應(yīng)前驅(qū)體在高深寬比結(jié)構(gòu)器件的結(jié)構(gòu)中擴(kuò)散不充分的弊端，改善反應(yīng)前驅(qū)體在高深寬比結(jié)構(gòu)器件的深孔或溝道等結(jié)構(gòu)中無(wú)法充分沉積的現(xiàn)象。

20、在部分可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述反應(yīng)腔還連接有載氣管路，所述載氣管路上設(shè)有第五閥門，所述載氣管路分別連接有第一源瓶和第二源瓶，所述第一源瓶?jī)?nèi)存儲(chǔ)有第一反應(yīng)前驅(qū)體，所述第二源瓶?jī)?nèi)存儲(chǔ)有第二反應(yīng)前驅(qū)體，所述第一源瓶與所述載氣管路的連接管路上設(shè)置有第三閥門，所述第二源瓶與所述載氣管路的連接管路上設(shè)置有第四閥門；將高深寬比結(jié)構(gòu)器件置于反應(yīng)腔內(nèi)時(shí)，所述真空泵、所述第一閥門、所述第二閥門、所述第三閥門、所述第四閥門、所述第五閥門關(guān)閉；將所述反應(yīng)腔抽至低真空狀態(tài)時(shí)，所述第二閥門、所述第三閥門、所述第四閥門關(guān)閉，所述真空泵、所述第一閥門、所述第五閥門開啟；向所述反應(yīng)腔內(nèi)通入第一反應(yīng)前驅(qū)體時(shí)，所述真空泵、所述第一閥門、所述第三閥門、所述第五閥門開啟，所述第二閥門、所述第四閥門關(guān)閉；在所述第一反應(yīng)前驅(qū)體的通入時(shí)間達(dá)到第一時(shí)間時(shí)，所述真空泵、所述第一閥門、所述第五閥門開啟，所述第二閥門、所述第三閥門、所述第四閥門關(guān)閉；向所述反應(yīng)腔內(nèi)通入第二反應(yīng)前驅(qū)體時(shí)，所述真空泵、所述第一閥門、所述第四閥門、所述第五閥門開啟，所述第二閥門、所述第三閥門關(guān)閉；在所述第二反應(yīng)前驅(qū)體的通入時(shí)間達(dá)到第三時(shí)間時(shí)，所述真空泵、所述第一閥門、所述第五閥門開啟，所述第二閥門、所述第三閥門、所述第四閥門關(guān)閉。

21、在部分可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述反應(yīng)腔還連接有載氣管路，所述載氣管路上設(shè)有第五閥門，所述載氣管路分別連接有第一源瓶和第二源瓶，所述第一源瓶?jī)?nèi)存儲(chǔ)有第一反應(yīng)前驅(qū)體，所述第二源瓶?jī)?nèi)存儲(chǔ)有第二反應(yīng)前驅(qū)體，所述第一源瓶與所述載氣管路的連接管路上設(shè)置有第三閥門，所述第二源瓶與所述載氣管路的連接管路上設(shè)置有第四閥門；將高深寬比結(jié)構(gòu)器件置于反應(yīng)腔內(nèi)時(shí)，所述真空泵、所述第一閥門、所述第二閥門、所述第三閥門、所述第四閥門、所述第五閥門關(guān)閉，所述第一蝶閥的開度和所述第二蝶閥的開度為0%；將所述反應(yīng)腔抽至低真空狀態(tài)時(shí)，所述第三閥門、所述第四閥門關(guān)閉，所述真空泵、所述第一閥門、所述第二閥門、所述第五閥門開啟，所述第一蝶閥的開度調(diào)整至預(yù)設(shè)開度，所述第二蝶閥的開度為0%；向所述反應(yīng)腔內(nèi)通入第一反應(yīng)前驅(qū)體時(shí)，所述真空泵、所述第一閥門、所述第二閥門、所述第三閥門、所述第五閥門開啟，所述第四閥門關(guān)閉，所述第一蝶閥的開度為預(yù)設(shè)開度，所述第二蝶閥的開度為0%；在所述第一反應(yīng)前驅(qū)體的通入時(shí)間達(dá)到第一時(shí)間時(shí)，所述真空泵、所述第一閥門、所述第二閥門、所述第五閥門開啟，所述第三閥門、所述第四閥門關(guān)閉，所述第一蝶閥的開度為預(yù)設(shè)開度，所述第二蝶閥的開度為0%；向所述反應(yīng)腔內(nèi)通入第二反應(yīng)前驅(qū)體時(shí)，所述真空泵、所述第一閥門、所述第二閥門、所述第四閥門、所述第五閥門開啟，所述第三閥門關(guān)閉，所述第一蝶閥的開度為預(yù)設(shè)開度，所述第二蝶閥的開度為0%；在所述第二反應(yīng)前驅(qū)體的通入時(shí)間達(dá)到第三時(shí)間時(shí)，所述真空泵、所述第一閥門、所述第二閥門、所述第五閥門開啟，所述第三閥門、所述第四閥門關(guān)閉，所述第一蝶閥的開度為預(yù)設(shè)開度，所述第二蝶閥的開度為0%。

22、在部分可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述預(yù)設(shè)開度為70~90%。

23、在部分可能的實(shí)現(xiàn)方式中，低真空狀態(tài)下所述反應(yīng)腔內(nèi)的壓力為1~2torr，所述真空泵的抽速為500?~800m3/h，所述載氣通過(guò)第五閥門前的氣體流量為40~60sccm，所述第一時(shí)間為0.1~10s，所述第二時(shí)間為1~20s，所述第三時(shí)間為0.1~15s，所述增壓氣體通過(guò)第二閥門前的流量為800~1500sccm。

24、在部分可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述增壓氣體或載氣為氮?dú)?、氬氣、氦氣、氖氣中的任意一種。

25、第二方面，本技術(shù)提供一種用于高深寬比結(jié)構(gòu)器件的原子層沉積鍍膜系統(tǒng)，用于第一方面所述的原子層沉積鍍膜方法；

26、其中，所述原子層沉積鍍膜系統(tǒng)包括：

27、反應(yīng)腔、與反應(yīng)腔連接的真空泵、增壓氣體管路以及載氣管路；

28、在所述反應(yīng)腔與所述真空泵的連接管路上設(shè)有第一閥門，在與所述反應(yīng)腔連接的所述增壓氣體管路上設(shè)有第二閥門；

29、所述載氣管路上設(shè)有第五閥門，所述載氣管路分別連接有第一源瓶和第二源瓶，所述第一源瓶?jī)?nèi)存儲(chǔ)有第一反應(yīng)前驅(qū)體，所述第二源瓶?jī)?nèi)存儲(chǔ)有第二反應(yīng)前驅(qū)體，所述第一源瓶與所述載氣管路的連接管路上設(shè)置有第三閥門，所述第二源瓶與所述載氣管路的連接管路上設(shè)置有第四閥門。其中，載氣管路分別連接存儲(chǔ)有反應(yīng)前驅(qū)體的第一源瓶和第二源瓶，第一源瓶?jī)?nèi)存儲(chǔ)有第一反應(yīng)前驅(qū)體，第二源瓶?jī)?nèi)存儲(chǔ)有第二反應(yīng)前驅(qū)體。

30、在部分可能的實(shí)現(xiàn)方式中，在所述反應(yīng)腔與所述真空泵的連接管路上設(shè)有第一蝶閥，所述第一蝶閥位于所述第一閥門與所述反應(yīng)腔之間；

31、在與所述反應(yīng)腔連接的所述增壓氣體管路上設(shè)有第二蝶閥，所述第二蝶閥位于所述第二閥門和所述反應(yīng)腔之間；其中，所述第一蝶閥與所述第二蝶閥的開度可控。

32、由以上內(nèi)容可知，本技術(shù)提供一種用于高深寬比結(jié)構(gòu)器件的原子層沉積鍍膜方法及系統(tǒng)，該方法包括將高深寬比結(jié)構(gòu)器件置于反應(yīng)腔內(nèi)，并將反應(yīng)腔抽至低真空狀態(tài)；向反應(yīng)腔內(nèi)通入第一反應(yīng)前驅(qū)體，并在第一反應(yīng)前驅(qū)體的通入時(shí)間達(dá)到第一時(shí)間時(shí)，停止通入第一反應(yīng)前驅(qū)體；對(duì)反應(yīng)腔進(jìn)行增壓擴(kuò)散處理，在增壓擴(kuò)散處理的時(shí)間達(dá)到第二時(shí)間時(shí)停止增壓擴(kuò)散處理并將反應(yīng)腔抽回至低真空狀態(tài)；向反應(yīng)腔內(nèi)通入第二反應(yīng)前驅(qū)體，并在第二反應(yīng)前驅(qū)體的通入時(shí)間達(dá)到第三時(shí)間時(shí)，停止通入第二反應(yīng)前驅(qū)體；對(duì)反應(yīng)腔進(jìn)行增壓擴(kuò)散處理，在增壓擴(kuò)散處理的時(shí)間達(dá)到第二時(shí)間時(shí)停止增壓擴(kuò)散處理并將反應(yīng)腔抽回至低真空狀態(tài)，完成對(duì)高深寬比結(jié)構(gòu)器件表面的鍍膜。本技術(shù)通過(guò)第一閥門和第二閥門的配合控制，或者第一蝶閥以及第二蝶閥的開度進(jìn)行反向周期性變化，以使反應(yīng)腔內(nèi)的壓力增加和減小，進(jìn)而使反應(yīng)前驅(qū)體快速或有效進(jìn)入高深寬比結(jié)構(gòu)器件的深孔/溝道，并吸附于高深寬比結(jié)構(gòu)器件內(nèi)。