CN110527980B - 一种原子层沉积设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种原子层沉积设备及方法，该设备包括反应腔室、溶剂冲刷系统以及多个前驱体传输系统，其中，每个前驱体传输系统均包括前驱体传输管路和与前驱体传输管路可通断性连接的前驱体源瓶，每条前驱体传输管路均连接至反应腔室；溶剂冲刷系统包括溶剂传输管路和与溶剂传输管路可通断性连接的溶剂源瓶，溶剂传输管路与每个前驱体传输系统中的前驱体传输管路选择性连通，以向前驱体传输管路和/或反应腔室通入吹扫溶剂进行吹扫。本发明通过增加溶剂冲刷系统，可以有效清除前驱体传输管道内的残留和腔室内的非预期反应物沉积，不仅可以提高薄膜纯度，改善沉积薄膜的质量，还可以延长腔室和泵的维护周期，并增加管道、腔室和泵的寿命。

Description

一种原子层沉积设备及方法
技术领域
本发明涉及半导体集成电路制造领域，具体地，涉及一种原子层沉积设备及方法。
背景技术
随着集成电路产业的发展，组件的特征尺寸逐渐降低，深宽比逐渐增加，传统的化学或物理气相沉积工艺在高深宽比的基底上沉积共形性好的膜层时面临着严峻的挑战。
原子层沉积(Atomic layer deposition,ALD)是应对这种挑战的一种新的薄膜沉积方法。原子层沉积是通过将反应前驱体独立通入到反应器，反应通过基底表面的催化实现。ALD反应是自限制反应，也就是说，ALD的半反应(half reactions)一直进行到可以获得的反应位置(reaction sites)消耗完，之后没有更多的前驱体进行反应。ALD反应能够在高深宽比的基底上发生共形性沉积就是因为表面反应位置是反应的关键要素，并被反应所消耗。
ALD反应比较难以控制。理想的ALD反应是前驱体在基座表面而不是基座上的空间内反应。因此，在第二种前驱体脉冲注入到腔室前第一种前驱体必须完全从腔室去除。滞留在传输管道和腔室上部空间痕量的前驱体在腔室发生反应后形成化合物，对基底表面就会带来污染并引入杂质。尤其是一些前驱体和管道以及腔室之间吸附性好，将它们从腔室排空比较困难并且费时，从而给工艺控制带来更多挑战。
目前，采用ALD沉积Al2O3的技术已经非常成熟。常用的反应源为三甲基铝(TMA)和水(H2O)或氧气、臭氧等，反应温度200℃～400℃，沉积速率～0.9A/cycle。现有采用TMA作为前驱体的ALD沉积Al2O3的过程步骤如图1所示：第一步，载气如惰性气体氮气携带前驱体TMA蒸气通过PV2、MV2、MV3、PV3和PV5后进入腔室中并吸附在衬底3上；第二步，采用惰性气体吹扫(purge)前驱体TMA管道和腔室，即惰性气体经过PV1、PV5后到达腔室1；第三步，载气携带氧化剂如H2O的蒸气到反应腔室1并与饱和吸附在衬底上的前驱体反应；第四步，采用惰性气体吹扫氧化剂管道。重复以上四步直到达到预期厚度。
现有ALD存在以下缺陷：
1、ALD反应中前驱体TMA脉冲进入腔室后的吹扫时间相对较短，短暂的几秒甚至不到1秒钟的吹扫时间无法将残留的前驱体体完全清除，残留在管道尤其是腔室空间内的前驱体残留发生非预期的ALD反应，产生颗粒物污染腔室和薄膜；
2、ALD反应系统中气路多，控制气路流向的阀门和监测流量的量规也多，尤其是为了节约空间，阀门常组合形成块(block)。在ALD系统中，气路和块的盲端、测量(gauge)支路都是源蒸气停滞甚至冷凝残留形成颗粒的风险点，而普通的吹扫很难彻底将残留源清除。
因此，有必要提出一种减少前驱体在管道和腔室内的残留的原子层沉积设备及方法。
公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种原子层沉积设备及方法，其在现有ALD系统的基础上，通过增加溶剂冲刷系统，最大限度地减少了前驱体在管道和腔室内的残留，减少了在腔室内发生的非预期的反应。
根据本发明的一方面，提出一种原子层沉积设备，包括反应腔室、溶剂冲刷系统以及多个前驱体传输系统，其中，
每个所述前驱体传输系统均包括前驱体传输管路和与所述前驱体传输管路可通断性连接的前驱体源瓶，每条所述前驱体传输管路均连接至所述反应腔室；
所述溶剂冲刷系统包括溶剂传输管路和与所述溶剂传输管路可通断性连接的溶剂源瓶，所述溶剂传输管路与每个所述前驱体传输系统中的前驱体传输管路选择性连通，以向所述前驱体传输管路和/或所述反应腔室通入吹扫溶剂进行吹扫。
优选地，所述溶剂冲刷系统还包括相连接的溶剂回收装置和溶剂纯化装置，其中，
所述溶剂回收装置包括第一溶剂回收装置和第二溶剂回收装置，所述前驱体传输管路与所述第一溶剂回收装置可通断性连接，所述反应腔室与所述第二溶剂回收装置可通断性连接。
优选地，所述原子层沉积设备还包括真空泵，所述真空泵经由蝶阀与所述反应腔室的其中一个出口端连接，所述蝶阀的阀芯处于恒角度模式。
优选地，每个所述前驱体传输系统中，所述前驱体源瓶通过第一阀组件实现与所述前驱体传输管路的可通断性连接，其中，
所述第一阀组件包括三个气动阀和三个手动阀，第一气动阀设置在所述前驱体传输管路上；
第二气动阀和第二手动阀串联后设置在所述第一气动阀的入口端与所述前驱体源瓶的入口端之间；
第三气动阀和第三手动阀串联后设置在所述第一气动阀的出口端与所述前驱体源瓶的出口端之间；
第一手动阀的一端连接在所述第二气动阀和所述第二手动阀之间，另一端连接在所述第三气动阀和所述第三手动阀之间。
优选地，所述溶剂源瓶通过第二阀组件实现与所述溶剂传输管路的可通断性连接，其中，
所述第二阀组件包括三个气动阀和两个手动阀，第四气动阀和第四手动阀串联后连接在所述溶剂源瓶的入口端，第五气动阀和第五手动阀串联后连接在所述溶剂源瓶的出口端；
第六气动阀的一端连接在所述第四气动阀和所述第四手动阀之间，另一端连接在所述第五气动阀和所述第五手动阀之间。
优选地，所述原子层沉积设备还包括附加气体传输管路，所述反应腔室的另一个出口端设置有控制阀，所述控制阀的出口与所述附加传输管路连接，在所述附加传输管路的入口处设置有质量流量控制器。
优选地，所述溶剂传输管路和所述前驱体传输管路上均设置有加热装置。
优选地，所述原子层沉积设备还包括腔室压强维持管路，所述腔室压强维持管路与所述前驱体传输管路通过汇入管路共同汇入至所述反应腔室。
根据本发明的另一方面，提出一种原子层沉积方法，该方法包括以下步骤：
步骤1、惰性气体携带第一前驱体进入原子层沉积设备的反应腔室后吸附在衬底的表面；
步骤2、所述惰性气体携带溶剂蒸汽吹扫第一前驱传体输管路；
步骤3、所述惰性气体携带第二前驱体进入所述反应腔室后与所述衬底表面的第一前驱体反应，以在所述衬底上形成薄膜；
步骤4、所述反应腔室进行抽真空；
步骤5、判断所述薄膜是否达到预期厚度，如否，则重复执行所述步骤1至所述步骤4多次；如是，则执行下述步骤6；
步骤6、所述惰性气体携带溶剂蒸汽吹扫所述第一前驱体传输管路和/或所述第二前驱体传输管路和/或所述反应腔室后，所述惰性气体直接吹扫所述第一前驱体传输管路至所述反应腔室。
优选地，在所述步骤1之前，所述惰性气体由各个前驱体传输管路进入所述反应腔室，以对所述各个前驱体传输管路和所述反应腔室进行吹扫；
所述预设薄膜为Al2O3薄膜。
本发明通过增加溶剂冲刷系统，可以有效清除前驱体传输管道内的残留和腔室内的非预期反应物沉积，不仅可以提高薄膜纯度，改善沉积薄膜的质量，还可以延长腔室和泵的维护周期，并增加管道、腔室和泵的寿命。
本发明的方法具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施例中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述，这些附图和具体实施例共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出现有技术中原子层沉积工艺的流程图；
图2示出根据本发明的示例性实施方案的原子层沉积设备的示意图；
图3示出根据本发明的示例性实施方案的原子层沉积工艺的流程图。
主要附图标记说明：
1反应腔室，2气体混匀装置，3衬底，4基座，5真空泵，6前驱体源，7溶剂源瓶，8载气，9溶剂回收装置，10蝶阀，11溶剂传输管路，13前驱体传输管道，16惰性气体传输管路，17腔室压强维持管路，18附加气体传输管路，19、20、21、22质量流量控制器，30溶剂传输连接点30，31第一前驱体传输支路，32第二前驱体传输支路，33第一惰性气体传输支路，34第二惰性气体传输支路，40腔室注入端，50腔室输出端，91第一溶剂回收装置，92第二溶剂回收装置，101-110控制阀，111第一气动阀，112第二气动阀，113第三气动阀，114第四气动阀，115第五气动阀，116第六气动阀，121第一手动阀，122第二手动阀，123第三手动阀，124第四手动阀，125第五手动阀。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
图2示出根据本发明的示例性实施方案的原子层沉积设备的结构图。该设备主要包括：反应腔室、溶剂冲刷系统以及多个前驱体传输系统。为简化起见，图2仅示出其中一路前驱体传输系统，其他前驱体传输系统未在图中示出，其结构与所示系统相似。
如图2所示，反应腔室1包括设置在顶部的气体混匀装置(showerhead)2和设置在底部的基座4，衬底(wafer)3布置在基座4上，前驱体反应所形成的薄膜沉积在衬底3上。采用气体混匀装置2的目的是使前驱体能够在衬底3上均匀分布，如果是混合气体即使其能够混合均匀。7为携带前驱体进入反应腔室以及进行管路和腔室吹扫的载气，其通常为惰性气体，例如，氩气、氦气、氮气等等。
在根据本发明的原子层沉积设备中，每个前驱体传输系统均包括前驱体传输管路和与所述前驱体传输管路可通断性连接的前驱体源瓶，每条前驱体传输管路均连接至反应腔室；
溶剂冲刷系统包括溶剂传输管路和与溶剂传输管路可通断性连接的溶剂源瓶，该溶剂传输管路与每个前驱体传输系统中的前驱体传输管路选择性连通，以向前驱体传输管路和/或反应腔室通入吹扫溶剂进行吹扫。
如图2所示，该气体传输系统包括前驱体传输管路13以及与前驱体传输管路13可通断性连接的前驱体源瓶6，惰性气体可通过前驱体传输管路13进入反应腔室1。
前驱体源瓶在加热到一定程度时会产生前驱体蒸汽，此时，当前驱体源瓶通入惰性气体时，前驱体蒸汽被惰性气体带出前驱体源瓶。
当前驱体传输管路13与前驱体源瓶6连通时，通入前驱体传输管路13的惰性气体携带出前驱体源瓶6中的前驱体在管路中传输；当前驱体传输管路13与前驱体源瓶6断开时，通入前驱体传输管路13的惰性气体不携带前驱体，直接在管路中传输。对于其他前驱体传输系统也是同样的情况。
溶剂冲刷系统包括溶剂传输管路11和与溶剂传输管路11可通断性连接的溶剂源瓶7，溶剂传输管路11与前驱体传输管路13选择性连通，以向前驱体传输管路13和/或反应腔室1通入吹扫溶剂进行吹扫。
溶剂冲刷系统还包括相连接的溶剂回收装置9和溶剂纯化装置(图3中未示出)，其中，溶剂回收装置9包括第一溶剂回收装置91和第二溶剂回收装置92，前驱体传输管路13与第一溶剂回收装置91可通断性连接，反应腔室1与第二溶剂回收装置92可通断性连接。
通过将冲刷溶剂通入与反应腔室1连接的前驱体传输管路13，可对前驱体传输管路13或者连同反应腔室1一起进行溶剂冲刷，从而减少了在前驱体传输管路13以及反应腔室1内壁发生吸附和脱附以及非预期反应的可能。
通过对冲刷溶剂进行回收，可再采用溶剂纯化装置将回收的溶剂重新纯化。溶剂纯化可以采用物理分离如蒸馏或者化学纯化如催化净化。冲刷溶剂可以根据ALD反应的前驱体性质和反应温度特点进行选择。
冲刷溶剂在溶剂源瓶7中为液态，在溶剂源瓶7与溶剂传输管路11连通时，进入溶剂传输管路11的惰性气体进入溶剂源瓶7，携带出溶剂蒸汽，继续在管路中传输，到达前驱体传输管路13。第一溶剂回收装置91与前驱体传输管路13连接，以回收冲刷管路后的冲刷溶剂。溶剂传输管路11与前驱体传输管路13的连接点被称为溶剂传输连接点30。
该原子层沉积设备中还包括真空泵5，前驱体传输管路13选择性地与反应腔室1连通或与1真空泵5连通。
具体地，可通过以下方式实现前驱体传输管路13与反应腔室1和真空泵的选择性连通。
前驱体传输管路13分为两个支路，分别为第一前驱体传输支路31和第二前驱体传输支路32，第一前驱体传输支路31连接至反应腔室1的入口端，连接点称为腔室注入端40，第二前驱体传输支路32连接至真空泵5的入口端，连接点被称为腔室输出端50。腔室注入端40与反应腔室1之间优选设置控制阀107，腔室输出端50与真空泵5之间优选设置控制阀108。腔室注入端40和腔室输出端50分别与第一溶剂回收装置91和第二溶剂回收装置92连接，并且在连接管路上优选设置控制阀105和控制阀106。
在第一前驱体传输支路31上和第二前驱体传输支路32上分别设有控制阀101和控制阀102。当控制阀101开启，控制阀102关闭，前驱体传输管路13中的气体进入第一前驱体支路31。此时，当控制阀107开启，控制阀105关闭，则气体随后可进入反应腔室1，反之，则进入第一溶剂回收装置91。当控制阀101关闭，控制阀102开启，前驱体传输管路13中的气体进入第二前驱体支路32。此时，当控制阀108开启，控制阀106关闭，则气体被真空泵5抽吸，反之，则进入第二溶剂回收装置92。
在前驱体传输管路13的入口端设置有质量流量控制器19，以控制在管路中传输的气体流量。
基于以上的结构，在溶剂系统向前驱体传输管路通入冲刷溶剂时，可以选择性地仅冲刷传输过前驱体的前驱体传输管路，也可以选择连同反应腔室一同进行冲刷。两种方式冲刷之后，溶剂都将进入溶剂回收装置9进行回收。
在一个示例中，真空泵5经由蝶阀6与反应腔室1的其中一个出口端连接，并且蝶阀的阀芯处于恒角度模式。
该原子层沉积设备还包括惰性气体传输管路16，并且在其入口处设置有质量流量控制器20，以控制在管路中传输的气体流量。设置惰性气体传输管路16的目的是为了充分携带前驱体蒸汽。
惰性气体传输管路16与前驱体传输管路13同样选择性地与反应腔室1连通或与1真空泵连通，可以通过以下方式实现：惰性气体传输管路16在质量流量控制器20的出口端分为第一惰性气体传输支路33和第二惰性气体传输支路34，第一惰性气体传输支路33与第一前驱体传输支路31汇合后连接至腔室注入端40，第二惰性气体传输支路34与第二前驱体传输支路32汇合后连接至腔室输出端50。第一惰性气体传输支路33上和第二惰性气体传输支路34上优选分别设置有控制阀103和控制阀104。
在一个示例中，前驱体源瓶6通过第一阀组件实现与前驱体传输管路13的可通断性连接。
第一阀组件优选利用三个气动阀和三个手动阀组合实现，例如其可以包括第一气动阀111、第二气动阀112、第三气动阀113、第一手动阀121、第二手动阀122、第三手动阀123。其中，第一气动阀111设置在前驱体传输管路13上，第二气动阀112和第二手动阀122串联后设置在第一气动阀111的入口端与前驱体源瓶6的入口端之间，第三气动阀113和第三手动阀123串联后设置在第一气动阀111的出口端与前驱体源瓶11的出口端之间，第一手动阀121的一端连接在第二气动阀112和第二手动阀122之间，另一端连接在第三气动阀113和第三手动阀123之间。
在第一气动阀111开启，第二气动阀112、第三气动阀113关闭的情况下，在前驱体传输管路13中的惰性气体旁通前驱体源瓶6，直接在管路中传输而不携带前驱体；在第一气动阀111关闭，第二气动阀112、第三气动阀113和第二手动阀122、第三手动阀123开启的情况下，惰性气体通过前驱体源瓶6，并携带出前驱体源瓶6中的前驱体在管路中传输。
溶剂传输连接点30优选位于第三气动阀113的出口端。由于前驱体源11的出口端是积累较多前驱体的部位，因此将溶剂传输管路11连接到第三气动阀113的出口端，更有利于彻底冲刷残留在管路中的前驱体。
在一个示例中，溶剂源瓶7通过第二阀组件实现与溶剂传输管路11的可通断性连接。
第二阀组件优选利用三个气动阀和两个手动阀组合实现，例如包括第四气动阀114、第五气动阀115、第六气动阀116、第四手动阀124、第五手动阀125。其中，第四气动阀114和第四手动阀124串联后连接在溶剂源瓶7的入口端；第五气动阀115和第五手动阀125串联后连接在溶剂源瓶7的出口端；第六气动阀116的一端连接在第四气动阀114和第四手动阀124之间，另一端连接在第五气动阀115和第五手动阀125之间。
在第四气动阀114、第五气动阀115、第六气动阀116开启，第四手动阀124、第五手动阀125关闭的情况下，在溶剂传输管路11中的惰性气体旁通溶剂源瓶7，直接在管路中传输而不携带溶剂；在第六气动阀116关闭，第四气动阀114、第五气动阀115和第四手动阀124、第五手动阀125开启的情况下，惰性气体通过溶剂源瓶7，并携带出溶剂源瓶7中的溶剂在管路中传输。
在反应腔室1的其中一个出口端设置有控制阀109，附加气体传输管路18连接在控制阀109的出口端，并且在附加气体传输管路18上设置有质量流量控制器22。
附加气体传输管路18设置的目的是为了减少腔室阀门开关产生的颗粒。其通过增加惰性气体对门阀位置的吹扫，可以降低门阀开关动作带来的颗粒污染。
在一个示例中，溶剂传输管路11和前驱体传输管路13上均设置有加热装置。
从溶剂源瓶7中携带的冲刷溶剂通常为溶剂蒸汽，为了防止溶剂蒸汽重新冷凝，溶剂传输管路11和前驱体传输管路13上都需要增加加热控制装置，例如加热带，以进行适当的加热控温。
在一个示例中，该装置还包括腔室压强维持管路17，腔室压强维持管路17与前驱体传输管路13通过汇入管路共同汇入至反应腔室1。在前驱体传输管道17上设置有第一质量流量控制器21，以控制在管道中传输的气体流量；还设置有控制阀110，以控制腔室压强维持管路17的通断。
ALD反应对腔室压强有一定要求，通过质量流量控制器21控制在惰性气体传输管路17中惰性气体的流量以及通过控制在腔室底部的蝶阀10的开启角度就可以将腔室压强维持在合适区间内；并且通过调整蝶阀的开启角度，可以改变腔室的压强。
图3示出根据本发明的示例性实施方案的原子层沉积方法的流程图。如图3所示，该方法包括S101～S106。
在步骤S101中，一定流量的惰性气体携带第一前驱体进行原子层沉积设备的反应腔室，并吸附在衬底的表面。
惰性气体作为前驱体的载气，其可以是氩气、氦气、氮气等等。
优选地，在S101之前，采用惰性气体吹扫所有前驱体传输管路以及其他气体管路。ALD工艺开始前进行吹扫预处理以确保提供有利于ALD反应的良好衬底表面。
在步骤S102中，惰性气体携带溶剂蒸汽吹扫第一前驱传体输管路，溶剂在冲刷第一前驱体传输管路后回到溶剂回收装置进行回收。
由于沉积一定厚度的薄膜可能需要经过多达几十甚至几百次的前驱体脉冲进入腔室的循环步骤，可以选择性地在一定脉冲次数的第一前驱体进入腔室后进行第一前驱体传输管路的溶剂冲刷。溶剂冲刷的脉冲次数间隔需要根据工艺而确定。
优选地，在步骤S102之前对第一前驱体传输管路和反应腔室进行抽真空，以去除反应腔室以及管路中残余的第一前驱体。
优选地，在步骤S102之后利用惰性气体吹扫第一前驱体传输管路和反应腔室，并且之后对反应腔室进行抽真空，以抽尽吹扫出来的颗粒物。
在步骤S103中，惰性气体携带第二前驱体进入反应腔室后与衬底表面的第一前驱体反应，以在衬底上形成薄膜。
第一前驱体和第二前驱体的类型基于薄膜的类型来确定，例如为Al2O3薄膜。
在步骤S104中，反应腔室进行抽真空，以去除残余的前驱体。
优选地，在步骤S104之后利用惰性气体吹扫第二前驱体传输管路和反应腔室，并且之后对反应腔室进行抽真空，以抽尽吹扫出来的颗粒物。
在步骤S105中，判断薄膜是否达到预期厚度，如否，则重复执行步骤S101至步骤S104多次；如是，则执行步骤S106。
在步骤S106中，惰性气体携带溶剂蒸汽吹扫第一前驱体传输管路和/或第二前驱体传输管路和/或反应腔室后，惰性气体直接吹扫第一前驱体传输管路至反应腔室。
当薄膜的厚度已经达到预期，在停止工艺前，再次利用溶剂蒸汽吹扫管路和反应腔室，并将冲刷物通过溶剂回装置进行回收，之后再利用惰性气体吹扫前驱体传输管路和反应腔室，以充分降低管路和反应腔室内的前驱体残留。
应用示例
以下以沉积Al2O3薄膜为例，说明图2所示的原子层沉积设备进薄膜沉积的过程。
(1)惰性气体氮气吹扫所有气体管路，进行吹扫预处理。
(2)氮气从前驱体传输管路13携带前驱体TMA蒸汽进入反应腔室1后，吸附在衬底3的表面。
在前驱体传输管路13中，经质量流量控制器19控制的一定量的惰性气体，经过第二气动阀112和第二手动阀122后通入加热控温的前驱体TMA的源瓶6(例如加热到80℃)，TMA蒸汽被载气携带后通过第三手动阀123和第三气动阀113，返回前驱体传输管路13后，再经过控制阀101、107进入反应腔室1。前驱体TMA脉冲通过腔室上部的气体分配装置2后均匀地吸附在衬底3表面。
(3)反应腔室抽真空，以去除腔室以及管路中残余的前驱体TMA。
(4)氮气携带溶剂蒸汽吹扫TMA体输管路，溶剂在冲刷TMA传输管路后回到溶剂回收装置进行回收。
氮气经过第四气动阀114、第四手动阀124后通入加热控温的溶剂源瓶7，携带出冲刷溶剂蒸汽通过溶剂源瓶7出口处的第五手动阀125和第五气动阀115，经过溶剂传输管路11，在溶剂传输连接点30进入溶剂传输管路13，以对溶剂传输管路13进行冲刷。
可以通过开启控制阀101、105，使冲刷溶剂蒸汽吹扫前驱体传输管路13后进入溶剂回收装置91；也可以通过开启控制阀102、108，使冲刷溶剂蒸汽吹扫前驱体传输管路13后进入溶剂回收装置92。
由于沉积一定厚度的Al2O3薄膜需要经过多达几十甚至几百次的TMA脉冲进入反应腔室的循环步骤，可以选择性地在一定脉冲次数的TMA进入腔室后进行TMA传输管路的溶剂冲刷。
(5)氮气吹扫前驱体TMA传输管路和反应腔室。
在第一气动阀111开启，第二气动阀112、第三气动阀113关闭的情况下，氮气不通过前驱体源瓶6，即不携带前驱体直接通入反应腔室，以对前驱体传输管路和反应腔室进行吹扫。
可以通过开启控制阀101、107，使用于吹扫的氮气吹扫前驱体传输管路13以及反应腔室1，也可以通过开启控制阀102、108，使吹扫气体仅吹扫前驱体传输管路13，而不进入反应腔室1。
(6)反应腔室抽真空，以抽尽吹扫出来的颗粒物。
(7)氮气携带H2O进入反应腔室后与衬底表面的前驱体TMA反应，以在衬底上形成Al2O3薄膜。
(8)反应腔室进行抽真空，以去除残余的前驱体。
(9)氮气吹扫H2O传输管路和反应腔室。该步骤与步骤(5)的过程相似。
(10)反应腔室进行抽真空，以抽尽吹扫出来的颗粒物。
(11)重复上述过程直至氧化铝层厚度达到要求。
(12)利用溶剂蒸汽吹扫管路和反应腔室，并将冲刷物通过溶剂回装置进行回收。该步骤与步骤(4)的过程相似。
(13)氮气吹扫前驱体传输管路和反应腔室，以充分降低管路和反应腔室内的前驱体残留。该步骤与步骤(5)、(9)的过程相似。
在以上所述的原子层沉积方法中，除了工艺步骤中采用溶剂冲刷前驱体传输管路和反应腔室外，工艺过程中多次进行抽真空和吹扫是为了降低管路和腔室空间内的前驱体残留，以及降低吸附在腔室壁上的前驱体TMA和H2O之间非预期反应。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种原子层沉积设备，其特征在于，包括反应腔室、溶剂冲刷系统、真空泵以及多个前驱体传输系统，其中，
每个所述前驱体传输系统均包括前驱体传输管路和与所述前驱体传输管路可通断性连接的前驱体源瓶，每条所述前驱体传输管路均连接至所述反应腔室；
所述溶剂冲刷系统包括溶剂传输管路和与所述溶剂传输管路可通断性连接的溶剂源瓶，所述溶剂传输管路与每个所述前驱体传输系统中的前驱体传输管路选择性连通，以向所述前驱体传输管路和所述反应腔室通入吹扫溶剂进行吹扫；
所述溶剂传输管路与所述前驱体传输管路的连接点为溶剂传输连接点，所述溶剂传输连接点位于所述前驱体源瓶的出口端；
所述前驱体传输管路包括位于所述溶剂传输连接点的下游，且并联的第一前驱体传输支路和第二前驱体传输支路，所述第一前驱体传输支路连接至所述反应腔室的入口端；所述第二前驱体传输支路连接至所述真空泵的入口端，所述反应腔室的出口端与所述真空泵的入口端连通；所述第一前驱体传输支路和所述第二前驱体传输支路分别设有第一控制阀和第二控制阀。
2.根据权利要求1所述的原子层沉积设备，其特征在于，所述溶剂冲刷系统还包括相连接的溶剂回收装置和溶剂纯化装置，其中，
所述溶剂回收装置包括第一溶剂回收装置和第二溶剂回收装置，所述前驱体传输管路与所述第一溶剂回收装置可通断性连接，所述反应腔室与所述第二溶剂回收装置可通断性连接。
3.根据权利要求2所述的原子层沉积设备，其特征在于，所述真空泵经由蝶阀与所述反应腔室的其中一个出口端连接，所述蝶阀的阀芯处于恒角度模式。
4.根据权利要求2所述的原子层沉积设备，其特征在于，每个所述前驱体传输系统中，所述前驱体源瓶通过第一阀组件实现与所述前驱体传输管路的可通断性连接，其中，
所述第一阀组件包括三个气动阀和三个手动阀，第一气动阀设置在所述前驱体传输管路上；
第二气动阀和第二手动阀串联后设置在所述第一气动阀的入口端与所述前驱体源瓶的入口端之间；
第三气动阀和第三手动阀串联后设置在所述第一气动阀的出口端与所述前驱体源瓶的出口端之间；
第一手动阀的一端连接在所述第二气动阀和所述第二手动阀之间，另一端连接在所述第三气动阀和所述第三手动阀之间。
5.根据权利要求4所述的原子层沉积设备，其特征在于，所述溶剂源瓶通过第二阀组件实现与所述溶剂传输管路的可通断性连接，其中，
所述第二阀组件包括三个气动阀和两个手动阀，第四气动阀和第四手动阀串联后连接在所述溶剂源瓶的入口端，第五气动阀和第五手动阀串联后连接在所述溶剂源瓶的出口端；
第六气动阀的一端连接在所述第四气动阀和所述第四手动阀之间，另一端连接在所述第五气动阀和所述第五手动阀之间。
6.根据权利要求4所述的原子层沉积设备，其特征在于，所述原子层沉积设备还包括附加气体传输管路，所述反应腔室的另一个出口端设置有控制阀，所述控制阀的出口与所述附加传输管路连接，在所述附加传输管路的入口处设置有质量流量控制器。
7.根据权利要求2所述的原子层沉积设备，其特征在于，所述溶剂传输管路和所述前驱体传输管路上均设置有加热装置。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的原子层沉积设备，其特征在于，还包括腔室压强维持管路，所述腔室压强维持管路与所述前驱体传输管路通过汇入管路共同汇入至所述反应腔室。
9.一种原子层沉积方法，采用权利要求1-8中任一项所述的原子层沉积设备，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、惰性气体携带第一前驱体进入原子层沉积设备的反应腔室后吸附在衬底的表面；
步骤2、所述惰性气体携带溶剂蒸汽吹扫第一前驱传体输管路；
步骤3、所述惰性气体携带第二前驱体进入所述反应腔室后与所述衬底表面的第一前驱体反应，以在所述衬底上形成薄膜；
步骤4、所述反应腔室进行抽真空；
步骤5、判断所述薄膜是否达到预期厚度，如否，则重复执行所述步骤1至所述步骤4多次；如是，则执行下述步骤6；
步骤6、所述惰性气体携带溶剂蒸汽从前驱体源瓶的出口端为吹扫开始点吹扫所述第一前驱体传输管路和/或所述第二前驱体传输管路和所述反应腔室后，所述惰性气体直接吹扫所述第一前驱体传输管路至所述反应腔室。
10.根据权利要求9所述的原子层沉积方法，其特征在于，在所述步骤1之前，所述惰性气体由各个前驱体传输管路进入所述反应腔室，以对所述各个前驱体传输管路和所述反应腔室进行吹扫；
预设薄膜为Al2O3薄膜。
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