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，涉及一种以自扩散式的原子层沉积 技术制备薄膜的实现方法。
【背景技术】
[0002] 原子层沉积(Atomic layer deposition，ALD)是通过将气相前驱体交替地通入反 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，当前驱体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。在不同的前驱体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(前驱体），保证化学反应只在基体表面发生。
[0004] 根据对反应源隔离方式的不同，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气体， 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ALD 工艺过程中，反应腔室的出气端处于一直有气体流出的状态，腔室内压力是通过阀门系统 维持在一定的数值范围内。这种工艺过程的优点在于可以提高ALD反应的速率。
[0006] 但是，上述现有的ALD工艺同时也存在一些缺点，一是增加了对压力控制系统的精 度要求，从而提高了设备的生产成本;另外，由于反应源气体连续流动，导致有大量的反应 源被直接携带出反应腔室，从而造成了浪费，在一定程度上也提高了工艺成本。
【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，提供一种原子层沉积技术制备 薄膜的实现方法，以提高反应源的利用率，降低工艺及设备成本。
[0008] 为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
[0009] -种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S1:减小反应腔室的出气阀门开度，通入第一种反应源，形成向反应腔室充气 的过程，使反应腔室压力逐渐升高，以增加第一种反应源的有效扩散时间；
[0011] 步骤S2:将出气阀门完全打开，并通入吹扫气体进行吹扫，将反应腔室内残留的第 一种反应源抽出；
[0012] 步骤S3:减小反应腔室的出气阀门开度，通入第二种反应源，形成向反应腔室充气 的过程，使反应腔室压力逐渐升高，以增加第二种反应源的有效扩散时间；
[0013] 步骤S4:将出气阀门完全打开，并通入吹扫气体进行吹扫，将反应腔室内残留的第 二种反应源抽出。
[0014] 优选地，步骤S1包括：
[0015] 步骤S11:减小反应腔室的出气阀门开度，通入第一种反应源；
[0016] 步骤S12:停止第一种反应源通入，并通入稀释气体，形成向反应腔室充气的过程， 使反应腔室压力逐渐升高，以增加第一种反应源的有效扩散时间。
[0017] 优选地，步骤S3包括：
[0018]步骤S31:减小反应腔室的出气阀门开度，通入第二种反应源；
[0019] 步骤S32:停止第二种反应源通入，并通入稀释气体，形成向反应腔室充气的过程， 使反应腔室压力逐渐升高，以增加第二种反应源的有效扩散时间。
[0020] 优选地，将反应腔室的出气阀门开度减小至零，即处于完全关闭状态。
[0021] 优选地，在形成向反应腔室充气的过程中，使反应腔室的压力逐渐升高到0.5-10Torr〇
[0022] 优选地，使反应腔室的压力逐渐升高到l-5T〇rr。
[0023] 优选地，所述稀释气体采用反应源载气或吹扫气体。
[0024] 优选地，所述稀释气体为氮气或惰性气体。
[0025] 从上述技术方案可以看出，本发明提出了一种自扩散式ALD技术，利用反应腔室出 气阀门的开闭，来控制反应源在反应腔室内的扩散，通过在通入反应源进行工艺过程中减 小出气阀门开度或将其关闭，以增加反应腔室内压力，从而增加反应源的有效扩散时间，并 通过在工艺循环过程中通入稀释气体来促进反应源的扩散，一方面可提高反应源的利用 率，降低工艺成本，另一方面也可降低对反应腔室压力控制系统的要求，从而可降低设备成 本;同时，由于反应源有更长时间可以在反应腔室里扩散，还可提高所制备薄膜的均匀性。
【附图说明】
[0026] 图1是本发明一较佳【具体实施方式】之一中的一种原子层沉积技术制备薄膜的实现 方法流程图；
[0027] 图2是本发明一较佳【具体实施方式】之二中的一种原子层沉积技术制备薄膜的实现 方法流程图；
[0028]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.水蒸气发生器，3.气 态三甲基铝发生器，4.气动阀VI-V9，5.反应腔室，6.反应腔室排气口。
【具体实施方式】
[0029]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。
[0030] 现有在时间式ALD设备上进行ALD工艺时，在ALD工艺过程中，反应腔室的出气端处 于一直有气体流出的状态，反应腔室内压力是通过阀门系统维持在一定的数值范围内。这 种工艺过程的缺点在于，一是增加了对压力控制系统的精度要求，从而提高了设备的生产 成本;另外，由于反应源气体连续流动，导致有大量的反应源被直接携带出反应腔室，从而 造成了浪费，在一定程度上也提高了工艺成本。
[0031] 针对上述问题，本发明提出了一种自扩散式ALD技术制备薄膜的实现方法，利用反 应腔室出气阀门的开闭，并通过在工艺循环过程中，以增加反应源的有效扩散时间以及增 加反应腔室内压力的方式，来控制反应源在反应腔室内的扩散。该方法可以用于沉积多种 纳米级薄膜。
[0032] 本发明的核心思想是:在通入反应源进行工艺过程中，通过减小出气阀门开度，形 成向反应腔室充气的过程，使反应腔室压力逐渐升高，从而增加反应源的有效扩散时间，提 尚反应源的利用率。
[0033] 在以下本发明的【具体实施方式】中，以工业上较为常用的氧化铝薄膜沉积为例进行 说明。先请参阅图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，本发明的原子层沉积技术制备薄膜的实现方法，可包括以下四阶段：
[0034] 阶段一:减小反应腔室的出气阀门开度，通入第一种反应源，形成向反应腔室充气 的过程，使反应腔室压力逐渐升高，以增加第一种反应源的有效扩散时间。
[0035] 请参阅图3。在ALD工艺开始时，首先，关闭相应的气动阀4,包括将设于稀释气体管 路的气动阀VI、V8、设于吹扫气体管路的气动阀V2、V4、V5以及设于水蒸气发生器2管路的气 动阀V6、设于臭氧发生器1管路的气动阀V7关闭；并将设于反应腔室排气口 6处的气动阀V9 (即出气阀门）的开度减小，例如可将出气阀门的开度减小到最大开度的1/3以下。然后，打 开设于气态三甲基铝发生器3管路的气动阀V3,向反应腔室5中通入TMA(三甲基铝）作为第 一种反应源。在此过程中，由于出气阀门的开度明显减小，使气体的排出量小于进气量，从 而形成向反应腔室充气的过程，并使反应腔室中的压力逐渐升高;这样，可以增加 TMA的扩 散时间。同时，TMA处于不断升高的压力状态下，相比现有压力在一定数值范围内维持不变 的状态，可更好地进行自扩散，从而提高了 TMA的利用率。
[0036] 根据不同的工艺要求，作为一可选的实施方式，可在此过程中使反应腔室内的压 力逐渐升高至0.5-lOTorr，优选为l-5T 〇rr。可以通过阀门系统来对反