一种应用原子层沉积技术制备薄膜的实现方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及原子层沉积技术领域，更具体地，涉及一种应用原子层沉积技术制备薄膜的实现方法。
【背景技术】
[0002]原子层沉积(Atomic layer deposit1n，ALD)是通过将气相前驱物交替地通入反应器并在基体的表面发生化学反应而形成沉积薄膜的一种方法(技术)，该技术可以将物质以单原子层薄膜形式一层一层地镀在基底表面。
[0003]在原子层沉积工艺过程中，当前驱物到达沉积基体的表面时，会以化学吸附的形式沉积在基体表面。在不同的前驱物脉冲之间还需要用惰性气体对反应器进行吹扫，以清除未吸附在基体表面的过剩反应源，保证化学反应只在基体表面发生。
[0004]根据对反应源(前驱物)隔离方式的不同，原子层沉积设备(ALD)可以分为时间式设备和空间式设备两种类型。对于时间式ALD设备，两种反应源可以在不同时间出现在同一个反应腔室中，其工艺的每个生长周期可以分为“通入第一种反应源-吹扫-通入第二种反应源-吹扫”四个阶段。对于空间式ALD设备，通常可以利用衬底位置的移动来隔离两种反应源体，以实现ALD工艺。
[0005]以在时间式ALD设备上进行ALD工艺为例，其常规ALD技术通常采用四步工艺，即每个工艺循环过程包括四步:通入第一种反应源-吹扫-通入第二种反应源-吹扫。其中，在进行吹扫时，是采用边进气边抽气的方式，过程中反应腔室内的吹扫气体进气量和抽气时的压力保持不变。这种吹扫方式的优点在于可使得ALD工艺过程相对简单，易实现。
[0006]但是，上述常规ALD技术同时也存在一些缺点:首先在于采用上述吹扫方式，将使得反应腔室内的气流场相对稳定，造成在腔室空间内易存在死区，以致不易将过剩前驱物和反应副产物吹扫干净;其次在于采用上述吹扫方式，会增加吹扫时间和惰性气体的消耗，从而降低了 ALD的产率。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种应用原子层沉积技术制备薄膜的实现方法，以提高对过剩反应源及反应副产物的吹扫效果。
[0008]为实现上述目的，本发明的技术方案如下:
[0009]—种应用原子层沉积技术制备薄膜的实现方法，包括以下步骤:
[0010]步骤一:向反应腔室中通入第一种反应源；
[0011]步骤二:以交替的变流量方式，向反应腔室中通入吹扫气体，进行第一次气体吹扫;
[0012]步骤三:向反应腔室中通入第二种反应源；
[0013]步骤四:以交替的变流量方式，向反应腔室中通入吹扫气体，进行第二次气体吹扫。[0014I优选地，所述变流量方式包括:
[0015]方式A:通入一定流量的吹扫气体；
[0016]方式B:通入零流量的吹扫气体，并使反应腔室处于抽真空状态；
[0017]以方式A、方式B的交替方式，进行第一、二次气体吹扫。
[0018]优选地，方式A、方式B的进行不分先后。
[0019]优选地，方式A、方式B交替进行一至若干次。
[°02°]优选地，所述变流量方式包括:
[0021]方式C:通入第一流量的吹扫气体；
[0022]方式D:通入第二流量的吹扫气体；
[0023]以方式C、方式D的交替方式，进行第一次气体吹扫；以及
[0024]方式E:通入第三流量的吹扫气体；
[0025]方式F:通入第四流量的吹扫气体；
[0026]以方式E、方式F的交替方式，进行第二次气体吹扫。
[0027]优选地，方式C、方式D的进行不分先后，方式E、方式F的进行不分先后。
[0028]优选地，方式C、方式D交替进行一至若干次，方式E、方式F交替进行一至若干次。[0029 ]优选地，第一流量小于第二流量，第三流量小于第四流量。
[0030]优选地，第一流量大于第三流量，第二流量大于第四流量。
[0031]从上述技术方案可以看出，本发明通过以零流量抽真空或变化流量的不同方式改变反应腔室内的吹扫气体进气量，在腔室内形成气流场的扰动，可有效提高对过剩反应源及反应副产物的吹扫效果，降低薄膜生长周期的工艺时间，提高生产效率;在此基础上，可减少寄生CVD反应，并能提高ALD工艺质量，使得薄膜均匀性得到提高。
【附图说明】
[0032]图1是本发明一较佳【具体实施方式】之一中的一种应用原子层沉积技术制备薄膜的实现方法流程图；
[0033]图2是本发明一较佳【具体实施方式】之二中的一种应用原子层沉积技术制备薄膜的实现方法流程图；
[0034]图3是ALD系统的一种气路分布示意图；图中1.臭氧发生器，2.气态三甲基铝发生器，3.反应腔室，4.反应腔室排气口，5.气动阀Vl-V6;
[0035]图4-图10分别是本发明实施例一-实施例七中的ALD工艺周期框图。
【具体实施方式】
[0036]下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0037]现有在时间式ALD设备上进行ALD工艺时，在进行吹扫过程中反应腔室内的吹扫气体进气量和抽气时的压力保持不变。这种吹扫方式存在的缺点是:I)将使得反应腔室内的气流场相对稳定，造成在腔室空间内易存在死区，以致不易将过剩前驱物和反应副产物吹扫干净;2)会增加吹扫时间和惰性气体的消耗，从而降低ALD的产率。
[0038]针对上述问题，本发明提出了一种变流量吹扫ALD技术，即在吹扫过程中使反应腔室内的吹扫气体进气量发生变化。本发明的一种应用原子层沉积技术制备薄膜的实现方法，包括以下步骤:
[0039]步骤一:向反应腔室中通入第一种反应源；
[0040]步骤二:以交替的变流量方式，向反应腔室中通入吹扫气体，进行第一次气体吹扫;
[0041 ] 步骤三:向反应腔室中通入第二种反应源；
[0042]步骤四:以交替的变流量方式，向反应腔室中通入吹扫气体，进行第二次气体吹扫。
[0043]上述本发明的改进方法，可通过两种方式来实现:一种是保持吹扫气体管路中的流量不变，通过断流抽真空方式实现本发明的ALD技术(抽真空式ALD工艺)；另一种是在吹扫过程中，通过直接调整吹扫气体管路中的流量实现本发明的ALD技术(变流量式ALD工艺)。分别在以下进行详细说明。
[0044]在以下本发明的一【具体实施方式】中，请参阅图1，图1是本发明一较佳【具体实施方式】之一中的一种应用原子层沉积技术制备薄膜的实现方法流程图；同时，请结合参阅图3，图3是ALD系统的一种气路分布示意图。如图1所示，本发明的一种应用原子层沉积技术制备薄膜的实现方法，通过改变气路上阀门的开关实现对腔室进气流量的控制，从而改变腔室内的气流走向，引起腔室内气流场的扰动，提高吹扫效果，使过剩的反应源和反应副产物被吹扫干净(即抽真空式ALD工艺)，方法包括以下阶段:
[0045]阶段一:向反应腔室中通入第一种反应源。
[0046]请参阅图3。以TMA(三甲基铝)作为第一种反应源、臭氧(O3)作为第二种反应源、氮气作为吹扫气体为例，关闭设于反应腔室排气口 4的气动阀(V6)和设于吹扫气体管路的气动阀(￥2、￥3、￥5)5，打开设于气态三甲基铝发生器2管路的气动阀(￥4)5，向反应腔室3中通入 TMA ο
[0047]阶段二:向反应腔室中通入一定流量的吹扫气体，进行第一次气体吹扫。
[0048]在此阶段中，打开阀V6，关闭阀V4，使一定流量的氮气经由阀V2、V3、V5进入反应腔室(即方式A)，对TMA过剩反应源和反应副产物进行吹扫。
[0049]阶段三:停止向反应腔室中通入吹扫气体，并进行抽真空。
[0050]在此阶段中，保持阀V6打开、阀V4关闭，并关闭阀V2、V3、V5，通入零流量的吹扫气体，也就是对吹扫气体进行断流，并对沉积腔室抽真空(即方式B)，使TMA过剩反应源和反应副产物被彻底吹扫干净。
[0051 ]阶段四:向反应腔室中通入第二种反应源。
[0052]在此阶段中，关闭阀V6和阀V2、V3、V5，打开设于臭氧发生器I管路的气动阀(Vl)5，向反应腔室中通入臭氧。
[0053]阶段五:向反应腔室中通入一定流量的吹扫气体，进行第二次气体吹扫。
[0054]在此阶段中，打开阀V6，关闭阀Vl，使一定流量的氮气经由阀V2、V3、V5进入反应腔室(即方式A)，对臭氧过剩反应源和反应副产物进行吹扫。
[0055]阶段六:停止向反应腔室中通入吹扫气体，并进行抽真空。
[0056]在此阶段中，保持阀V6打开、阀Vl关闭，并关闭阀V2、V3、V5，通入零流量的吹扫气体，也就是对吹扫气体进行断流，并对沉积腔室抽真空(即方式B)，使臭氧过剩反应源和反应副产物被彻底吹扫干净。
[0057]此时完成了一个Al2O3薄膜生长周期，可如此循环直到完成一定薄膜厚度的整个原子层沉积过程。
[0058]作为可选的实施方式，上述阶段二和阶段三的执行次序可以互换，阶段五和阶段六的执行次序可以互换，即进行第一、二次气体吹扫时所采用的方式A、方式B的进行可不分先后。并且，阶段二和阶段三在进行第一次气体吹扫的过程中、阶段五和阶段六在进行第二次气体吹扫的过程中可按照交替方式进行一至若干次，即进行第一、二次气体吹扫时所采用的方式A、方式B的交替进行次数可为一至若干次，其组合方式例如可以是:AB，也可以是BA,ABA,BAB……。进一步的，第一、二次气体吹扫时，各自的方式A、方式B的交替进行次数以及先后次序也可以不相同。
[0059]此外，反应源气体也可以采用其他气源，吹扫气体也可以采用惰性气体，在阀V2、V3、V5打开时，吹扫气体的流量可参照现有工艺中的流量执行。
[0060]在以下本发明的另一【具体实施方式】中，请参阅图2，图2是本发明一较佳【具体实施方式】之二中的一种应用原子层沉积技术制备薄膜的实现方法流程图；同时，请结合参阅图3，图3是ALD系统的一种气路分布示意图。如图2所示，本发明的一种应用原子层沉积技术制备薄膜的实现方法，通过改变吹扫气体气路的流量实现对腔室内气流场的扰动，提高吹扫效果，使过剩的反应源和反应副产物被吹扫干净(即变流量式ALD