CN108603288A - 生产氧化铝和/或氮化铝的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在衬底(1)上生产氧化铝和/或氮化铝(Al2O3或AlN)层(2)的方法，所述方法包括下述一系列连续的步骤a)和b)：a)在沉积室(10)中，在所述衬底(1)上沉积厚度在5至25nm之间的铝基础层(21，22)；b)将所述衬底(1)移动到与所述沉积室(10)分开的处理室(20)中，在其中将所述铝基础层(21，22)氧化或氮化，以产生氧化铝或氮化铝的基础层(21'，22')。循环重复所述一系列连续步骤，直至通过堆叠连续的氧化铝和氮化铝的基础层(21'，22')获得所述氧化铝和/或氮化铝层(2)。

Description

生产氧化铝和/或氮化铝的方法
技术领域
本发明涉及一种用于生产氧化铝和/或氮化铝的方法，以及用于实施这种方法的装置。
背景技术
为了形成氧化铝或氮化铝(Al2O3)或(AIN)层以例如生产半导体材料，已知的是在沉积室中使用原子层沉积或ALD方法。在沉积室中，将铝原子层沉积在衬底上。在所述铝层的沉积后，清理所述沉积室。然后将氧气或氨送到所述沉积室中以氧化或氮化所述铝原子层，以便形成氧化铝或氮化铝层。将所述沉积室再次清理，然后沉积新的铝原子层。对所述铝沉积、氧化或氮化步骤和所述清理进行重复，直至获得所述氧化铝或氮化铝层的所需厚度。
然而，所述原子层沉积方法相对缓慢，因为它涉及一次仅仅沉积一个原子层。因此，为了形成50nm至100nm厚的氧化铝或氮化铝层，所述过程持续几个小时。此外，当实施这种方法时，可能在所述沉积室的壁上形成沉积物，但这种沉积物难以清理。事实上，通过浸泡在蚀刻槽中以清理氧化铝沉积物是已知的，但这种技术不适用于清理沉积室。
为了补偿低的沉积速率，将几个衬底排列在沉积室中以便同时在几个衬底上获得氧化铝层的方法是已知的。然而，几个衬底的同时存在引起所述沉积室气氛的均匀性降低，这对沉积物的品质是不利的，特别是对于所述沉积的层厚度的均匀性而言。
本发明更具体地旨在通过提出一种形成由氧化铝和/或氮化铝构成的层的方法和用于实施这种方法的装置来弥补这些缺点，使得可以在具有相当大的厚度、也就是说通常在20nm至500nm之间的氧化铝层的生产期间便于所述沉积室的清理。
发明内容
就此而言，本发明的目的是提出一种用于在衬底上形成由氧化铝(Al2O3)和/或氮化铝(AlN)构成的层的方法，在所述方法中循环重复下述一系列连续步骤a)和b)：
a)在沉积室中，在所述衬底上方沉积厚度为5nm至25nm的铝基础层，
b)将所述衬底移动到与所述沉积室不同的处理室中，在该处理室中将所述铝基础层氧化或氮化，以分别形成氧化铝或氮化铝的基础层，
直至通过分别堆叠连续的氧化铝或氮化铝的基础层获得所述氧化铝和/或氮化铝的层。
应该注意，除非另有指明，否则术语“在……上方”不应被解释为暗示两个元件之间的直接接触，而是涵盖了在所讨论的两个元件之间可能存在至少一个插入的元件。
根据本发明的其他有利但非必选特点，这种方法可以并入以任何技术上容许的组合选取的一个或多个下述特点：
-在步骤b)期间，所述氧化或氮化通过将氧原子或氮原子扩散通过所述铝基础层来进行；
-在所述沉积室中和所述处理室中，一次只放置一个衬底；
-重复步骤a)和b)，直至所述氧化铝和/或氮化铝层的厚度大于或等于20nm并优选地小于500nm；
-在步骤a)期间，利用物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)方法来沉积所述铝基础层；
-所述方法还包括步骤c)，其中：
·将所述涂有氧化物层和/或氮化铝的衬底移动到与所述沉积室和处理室分开并相对于所述沉积和处理室密封的中间室中，然后
·清理所述沉积室和/或处理室。
本发明可以在装置中进行，所述装置包含与铝源相连的密封沉积室、与氧源或氮源相连的密封处理室和与所述沉积室和处理室分开并紧密相连的中间室。
附图说明
在阅读下面参考附图给出的描述后，本发明将被更好地理解，在所述附图中：
-图1A至1E示出了本发明的用于生产氧化铝和/或氮化铝的方法的各个不同阶段；并且
-图2是用于实施生产氧化铝和/或氮化铝的方法的装置的图解。
出于附图可读性的目的，图示的各个不同元件不一定按比例表示。
具体实施方式
所述氧化铝和/或氮化铝层通过在衬底上堆叠氧化铝和/或氮化铝的基础层来形成。
所述衬底的功能是充当待形成的氧化铝和/或氮化铝层的支持物。
每个基础层在两个连续步骤中形成，每个步骤在沉积装置的特定真空室中作出。
在图1A中所示的第一个步骤中，在被称为沉积室的第一区室中，将第一铝基础层21沉积在衬底1上。为此目的，在化学气相沉积(CVD)的情况下，将含有铝原子的分子引入到所述真空室中并与所述衬底的表面反应，以在所述衬底的表面上形成铝层。
这个基础层的厚度被选择成细小得足以允许随后氧原子(在氧化的情况下)或氮(在氮化的情况下)在所述层的整个厚度中扩散。就此而言，据认为所述基础铝层必须具有5至25nm之间、优选地5至20nm之间或甚至5至15nm之间的厚度。
如果所述铝基础层具有更大的厚度，氧化将导致形成氧化铝表面层(从所述基础层的暴露于氧化性气氛的表面向所述衬底延伸)，其由于形成大约10纳米的厚度，将对所述铝基础层的下方部分的氧化形成阻挡。在这些条件下，所述下方部分可能不被氧化，并将获得由表面氧化铝部分和埋藏的铝部分形成的复合材料层。
所述铝基础层的沉积可以利用物理气相沉积(PVD)方法或化学气相沉积(CVD)方法来进行，它们比原子层沉积方法快得多。
这种铝基础层的沉积持续约20秒。
然后将带有所述第一铝基础层的衬底移动到被称为处理室的第二区室中。所述处理室与所述沉积室分开并且不受沉积室的影响。
在所述处理室中注入含有氧或氮的物质以便产生所述铝基础层21的氧化或氮化。在这个处理期间，氧原子或氮原子在所述第一铝基础层21的整个厚度上通过所述层扩散。因此，取决于注入的物质，获得氧化铝或氮化铝的第一基础层21'(参见图1B)。
所述铝基础层的氧化或氮化花费约10秒。
然后，将涂有所述氧化铝或氮化铝的第一基础层21'的衬底1放回到所述沉积室中。
特别优选地，所述衬底的所有移动在真空下或受控气氛中在所述装置内进行，以便避免所述沉积的层的任何污染。
在所述沉积室中，将第二铝基础层22沉积在所述氧化铝或氮化铝的第一基础层21'上(参见图1C)。所述第二铝基础层的这个沉积步骤的特征与所述第一铝基础层的沉积步骤的特征相似。
然后将所述涂有层21'和22的衬底移动到所述处理室中，在那里进行所述第二铝基础层22的氧化或氮化，以便形成氧化铝或氮化铝的第二基础层22'(参见图1D)。
所述第二铝基础层的这个处理步骤的特征与所述第一铝基础层的处理步骤的特征相似。
然后，将涂有所述氧化铝或氮化铝的基础层21'和22'的衬底1放回到所述沉积室中。
取决于目标应用，可以在所述方法的所有处理步骤中进行相同的处理(氧化或氮化)，或者可以交替施加氧化处理和氮化处理以便获得氧化铝和氮化铝的基础层的堆叠物。在后一种情况下，有利地使用包括两个处理室的装置，一个与氧源相连，另一个与氮源相连，并将待处理的涂有铝基础层的衬底根据待进行的处理置于这两个区室之一中。
因此，将铝基础层的沉积和所述铝基础层的氧化或氮化的序列重复几次，直至获得所述氧化铝和/或氮化铝层的所需厚度。
因此，在这个序列的n次实施(n是大于或等于2的整数)结束时，如图1E中所示，在衬底1上获得氧化铝和/或氮化铝的基础层21'、22'、...2n'的堆叠物，这种堆叠物形成所需的氧化铝和/或氮化铝层2。
特别有利情况下，所述层2具有大于或等于20nm并优选地小于500nm的厚度。
这种方法的一个优点在于通过在不接收氧或氮的用于沉积目的的区室中进行铝的沉积，避免在沉积室的内壁上形成难以清理的氧化铝或氮化铝沉积物。
这种方法的另一个优点在于每个氧化铝或氮化铝基础层的形成非常快速(至多约30秒)，这使得可以在几分钟内获得厚的氧化铝和/或氮化铝层，比现有方法快得多。
因此，即使通过在所述方法的每个阶段在所述沉积室中或处理室中放置单个衬底——这有利地使得可以将氧化铝和/或氮化铝层的不均匀性降至最低，所述方法仍然在经济上具有竞争力。
现在，我们将描述用于按照上面描述的方法形成氧化铝和/或氮化铝层的装置的实例。
参考图2，所述装置包含可以放置在真空下的与铝源(未示出)相连的密封沉积室10，以及与氧或氮源(未示出)相连的密封处理室。所述装置可以包含两个处理室，一个与氧源相连，另一个与氮源相连。
所述装置还包含入口/出口气锁40，通过它将必须在其上形成氧化铝和/或氮化铝层的衬底引入，并将其上已形成所述氧化铝和/或氮化铝层的衬底取出。
所述入口/出口气锁40开口到密封中间室30中，所述中间室可以分开地与沉积室10并与处理室20相连。将衬底操作和运输系统(未示出)安排在所述装置内部，以允许所述衬底从一个区室移动到另一个区室。
区室30中的气氛受到控制，以便避免在不同区室之间流动的衬底的污染。
因此，在所述氧化铝和/或氮化铝层形成期间，所述衬底在中间室30、沉积室10和处理室20之间移动，所述区室在执行所述方法的步骤期间彼此流体隔绝。因此，避免了区室的任何相互污染,所述相互污染可以在区室的内壁上产生难以清理的沉积物。
在一个或几个衬底已被所述氧化铝和/或氮化铝层涂层后，将所述衬底通过中间室30、然后通过入口/出口气锁室40从所述装置取出，并且可以进行所述装置的至少一个区室的清理。
由于在所述区室的壁上没有形成由铝与氧或氮之间的反应产生的沉积物，因此这种清理容易使用本领域技术人员可以获得的技术例如通过Cl2+BCl3类型的氯化学来执行。
因此，所述装置的清理相对快并且不影响所述方法的生产率。

Claims (6)

1.一种用于在衬底(1)上形成由氧化铝(Al2O3)和/或氮化铝(AlN)构成的层的方法，其中循环重复下述一系列连续步骤a)和b)：
a)在沉积室中，在所述衬底上沉积厚度为5nm至25nm的铝基础层(21，22)，
b)将所述衬底移动到与所述沉积室分开的处理室中，在所述处理室中将所述铝基础层(21，22)氧化和/或氮化，以分别形成氧化铝或氮化铝的基础层(21'，22')，
直至通过分别堆叠连续的氧化铝或氮化铝的基础层(21'，22')获得所述氧化铝和/或氮化铝层。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于在步骤b)期间，所述氧化或氮化通过分别将氧原子或氮原子扩散通过所述铝基础层(21，22)来进行。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于在所述沉积室(10)中和在所述处理室(20)中一次只放置一个衬底(1)。
4.根据权利要求1至3任一项的方法，其特征在于重复步骤a)和b)，直至所述氧化铝和/或氮化铝层的厚度大于或等于20nm并优选地小于500nm。
5.根据权利要求1至4任一项的方法，其特征在于在步骤a)期间，利用物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)方法来沉积所述铝基础层(21，22)。
6.根据权利要求1至5任一项的方法，其特征在于它还包括步骤c)，其中：
-将所述涂有氧化铝和/或氮化铝层(2)的衬底(1)移动到与所述沉积室(10)和所述处理室(20)分开并相对于所述沉积室和处理室密封的中间室(30)中，然后
-清理所述沉积室(10)和/或处理室(20)。
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