專利名稱：新型原子層沉積設備的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種新型原子層沉積設備。
背景技術(shù)：
原子層沉積(Atomic Layer D印osition，ALD)，又稱原子層外延(Atomic Layer Epitaxy)，最初是由芬蘭科學家提出并用于多晶熒光材料SiS = Mn以及非晶Al2O3絕緣膜的研制，前述材料大多應用于平板顯示器。由于這一工藝涉及復雜的表面化學過程和低沉積速度，在上世紀80年代中后期，該技術(shù)并沒有取得實質(zhì)性突破。直到20世紀90年代中期， 隨著微電子和深亞微米芯片技術(shù)的發(fā)展要求器件和材料的尺寸不斷降低，而器件中的高寬比不斷增加，這樣所使用的材料厚度降低至幾個納米的數(shù)量級。因此，原子層沉積技術(shù)的優(yōu)勢得以體現(xiàn)，如單原子層逐次沉積，沉積層極均勻的厚度，以及優(yōu)異的一致性等，沉積速度慢的不足也不再重要了。目前，原子層沉積設備大都需要在真空條件下反應。為了實現(xiàn)真空條件，反應腔體的除艙門之外的其他部分由于不需要經(jīng)常開啟，因而可以采用焊接等大氣難以泄露的方式實現(xiàn)密封；對于需要經(jīng)常開啟的艙門，一般采用一層彈性密封體如膠圈等來實現(xiàn)密封。但是，該密封方式效果較差，大氣中的氧氣、水蒸氣等氣體容易通過艙門進入反應腔體，使得制備的非氧化物薄膜中含有氧元素而無法保證薄膜的純度，從而影響薄膜的質(zhì)量和功能。其次，還可以將反應腔體或艙門密封在隔絕空氣的一個手套箱或者腔體內(nèi)，以防止大氣進入該反應腔體。但是，增加額外的手套箱或腔體會大大提高設備的成本，造成設備結(jié)構(gòu)復雜而難以維護，還增加了設備的占地空間。再次，還可以采用金屬密封來實現(xiàn)艙門的密封。但是，金屬密封圈僅為一次性的。 安裝十分不便，還造成材料以及時間上的極大浪費。此外，在沉積很大寬深比(> 1 100)的復雜三維結(jié)構(gòu)時，一般需要將真空抽氣系統(tǒng)與反應腔體之間斷開，抽氣系統(tǒng)斷開后反應源會停留在反應腔體內(nèi)從而增加反應時間，同時腔體內(nèi)壓強變大提高了反應源向深孔溝槽等大寬深比結(jié)構(gòu)內(nèi)部擴散的能力從而實現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)的完全包覆。但是，這種方式由于斷開了抽氣系統(tǒng)會導致反應源的倒流，同時會在閥門管路之間聚集，長時間使用會導致閥門堵塞影響設備的使用壽命。并且，在截止閥開關的過程中由于氣流變化很大將會導致抽氣速率的波動，從而影響薄膜沉積質(zhì)量。

實用新型內(nèi)容有鑒于此，本實用新型的主要目的在于提供一種新型原子層沉積設備，能夠提供良好的密封性能，對于高寬深比的復雜三維結(jié)構(gòu)具有良好的沉積效果。為達到上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的一種新型原子層沉積設備，包括載氣管路、反應源管路、反應腔體、抽氣管路及真空泵，所述載氣管路與反應源相連通，所述反應源管路分別與所述反應源及所述反應腔體相連通，所述抽氣管路分別與所述反應腔體及所述真空泵相連通；所述反應腔體上設置有閉合狀的外層密封圈及內(nèi)層密封圈，其中，所述外層密封圈、所述內(nèi)層密封圈、所述反應腔體上位于所述外層密封圈及所述內(nèi)層密封圈之間的外表面部分、以及所述反應腔體的閉合艙門之間形成密封通道，所述密封通道分別與密封通道進氣管路及密封通道抽氣管路相連通，所述密封通道抽氣管路與所述抽氣管路相連通；所述抽氣管路上設置有流量調(diào)節(jié)裝置。進一步地，通過所述密封通道進氣管路及所述密封通道抽氣管路向所述密封通道通入惰性氣體或?qū)λ雒芊馔ǖ莱檎婵?。進一步地，所述抽氣管路上設置有截止閥，所述流量調(diào)節(jié)裝置與所述截止閥并聯(lián)。進一步地，所述抽氣管路上設置有截止閥，所述流量調(diào)節(jié)裝置與所述截止閥串聯(lián)， 且所述流量調(diào)節(jié)裝置位于所述反應腔體與所述截止閥之間。進一步地，所述載氣管路、所述密封通道進氣管路、以及所述密封通道抽氣管路上也分別設置有所述流量調(diào)節(jié)裝置。進一步地，所述流量調(diào)節(jié)裝置為手動/自動閥門或者手動/自動質(zhì)量流量計。進一步地，所述反應腔體上設置有兩個閉合狀的溝槽，所述外層密封圈及所述內(nèi)層密封圈分別容置于所述溝槽內(nèi)。進一步地，所述外層密封圈及所述內(nèi)層密封圈由彈性材料制成，所述外層密封圈及所述內(nèi)層密封圈的截面形狀為圓形、橢圓形或星型。進一步地，所述抽氣管路上還設置有尾氣吸附裝置，所述尾氣吸附裝置設置于所述抽氣管路的靠近所述反應腔體的一端。進一步地，所述載氣管路、所述反應源管路、所述惰性氣體進氣管路、所述反應腔體、所述抽氣管路以及所述惰性氣體抽氣管路上均設置有溫度探頭及加熱/制冷裝置，所述溫度探頭與所述加熱/制冷裝置相連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的新型原子層沉積設備采用了雙層密封圈(內(nèi)層密封圈及外層密封圈)，能夠為反應腔體提供良好的密封性能，通常采用單層密封圈很難達到的高真空在采用了雙層密封圈后很容易達到；雙層密封圈之間抽真空或者通入惰性氣體保護，大大減少了大氣進入反應腔體的機會，提高了沉積薄膜的純度和質(zhì)量；與增加一個手套箱或者腔體的密封方式以及采用金屬密封的方式相比，雙層密封圈簡單易行，大大地節(jié)約了硬件成本和維護成本。此外，本實用新型的新型原子層沉積設備在抽氣管路上設置了流量調(diào)節(jié)裝置，避免了截止閥關閉后反應源倒流、聚集等現(xiàn)象；并且，避免了截止閥開關過程中造成的氣流變化，使得抽氣速率更穩(wěn)定，從而提高了薄膜沉積質(zhì)量。

圖1為本實用新型的新型原子層沉積設備的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型的雙層密封圈的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為沿圖2中C-C線的剖視示意圖。
具體實施方式
有關本實用新型的技術(shù)內(nèi)容及詳細說明，現(xiàn)結(jié)合附圖說明如下。如圖1所示，本實用新型提供了一種新型原子層沉積設備，包括流量調(diào)節(jié)裝置1、 4載氣管路2、原子層沉積閥3、反應源管路4、密封通道進氣管路5、流量調(diào)節(jié)裝置6、外層密封圈7、反應腔體8、內(nèi)層密封圈9、抽氣管路10、流量調(diào)節(jié)裝置11、密封通道抽氣管路12、尾氣吸附裝置13、流量調(diào)節(jié)裝置14、截止閥15及真空泵16。其中載氣管路2與反應源a相連通，載氣管路2上設置有流量調(diào)節(jié)裝置1，用以調(diào)節(jié)載氣管路2中載氣(可為惰性氣體)的流量；反應源管路4分別與反應源a及反應腔體8相連通，反應源管路4上設置有原子層沉積閥3，用以控制反應源a通過反應源管路4進入/停止進入反應腔體8 ；原子層沉積閥3與反應源a —一對應，即反應源a為多路，原子層沉積閥3的數(shù)量應與反應源a的數(shù)量相同；反應腔體8內(nèi)設置有壓強檢測裝置，用以檢測反應腔體內(nèi)的壓強；反應腔體8上還設置有閉合狀的外層密封圈7及內(nèi)層密封圈9，如圖2及圖3所示，其中，外層密封圈7、內(nèi)層密封圈9、反應腔體8上位于外層密封圈7及內(nèi)層密封圈9之間的外表面部分、以及反應腔體8的閉合艙門之間形成密封通道，所述密封通道分別與密封通道進氣管路5及密封通道抽氣管路12相連通，密封通道進氣管路5可以與惰性氣體源相連通，密封通道抽氣管路 12與抽氣管路10相連通；抽氣管路10分別與反應腔體8及真空泵16相連通，抽氣管路10上設置有截止閥 15，用以控制反應后尾氣b通過抽氣管路10及真空泵16從反應腔體8中排出/停止排出； 抽氣管路10上還設置有流量調(diào)節(jié)裝置14，用以根據(jù)所述壓強檢測裝置的檢測數(shù)值調(diào)整反應腔體8的內(nèi)部壓強。進一步地，通過密封通道進氣管路5及密封通道抽氣管路12向所述密封通道通入惰性氣體；還可以對所述密封通道抽真空，均可提高密封性能。進一步地，抽氣管路10上的流量調(diào)節(jié)裝置14與截止閥15并聯(lián)；流量調(diào)節(jié)裝置14 還可以與截止閥15串聯(lián)，且流量調(diào)節(jié)裝置14位于反應腔體8與截止閥15之間(即抽氣管路10上截止閥15的上游)。當沉積很大寬深比的復雜三維結(jié)構(gòu)時，需要關閉截止閥15，則只能采用并聯(lián)方式，即根據(jù)所述壓強檢測裝置的檢測數(shù)值，通過流量調(diào)節(jié)裝置14調(diào)整反應腔體8的內(nèi)部壓強；當沉積一般產(chǎn)品時，可以不關閉截止閥15，則可以采用并聯(lián)方式或串聯(lián)方式，在串聯(lián)時，根據(jù)所述壓強檢測裝置的檢測數(shù)值，通過流量調(diào)節(jié)裝置14及截止閥15調(diào)整反應腔體8的內(nèi)部壓強。進一步地，密封通道進氣管路5上設置有流量調(diào)節(jié)裝置6，用以調(diào)節(jié)密封通道進氣管路5中惰性氣體的流量；密封通道抽氣管路12上設置有流量調(diào)節(jié)裝置11，用以調(diào)節(jié)密封通道抽氣管路12中惰性氣體的流量。進一步地，流量調(diào)節(jié)裝置1、流量調(diào)節(jié)裝置6、流量調(diào)節(jié)裝置11以及流量調(diào)節(jié)裝置 14可以為手動/自動閥門或者手動/自動質(zhì)量流量計。進一步地，反應腔體8上設置有兩個閉合狀的溝槽，外層密封圈7及內(nèi)層密封圈9 分別容置于所述溝槽內(nèi)，進而嵌設在反應腔體8上，并不以此為限，外層密封圈7及內(nèi)層密封圈9還可以通過其他適合的方式設置到反應腔體8上。所述溝槽可以為環(huán)形、方形等。進一步地，外層密封圈7及內(nèi)層密封圈9由彈性材料制成，截面形狀可為圓形、橢圓形、星型等。進一步地，抽氣管路10上還設置有尾氣吸附裝置13，尾氣吸附裝置13設置于抽氣管路10的靠近反應腔體8的一端(即抽氣管路10上流量調(diào)節(jié)裝置14、截止閥15及真空泵 16的上游)，用以過濾反應后尾氣b中含有的反應源a，以防止流量調(diào)節(jié)裝置14、截止閥15 及真空泵16被反應源a腐蝕，實現(xiàn)保護。進一步地，載氣管路2、反應源管路4、惰性氣體進氣管路5、反應腔體8、抽氣管路 10及惰性氣體抽氣管路12上均設置有溫度探頭及加熱/制冷裝置，所述溫度探頭與所述加熱/制冷裝置相連接，用以控制上述管路以及反應腔體8的溫度，可使其達到較佳工作狀態(tài)時的溫度條件。本實用新型中的各個組成部分均為市售成熟產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)及使用易于被本領域的技術(shù)人員所理解及掌握，在此不再贅述。本實用新型原子層沉積設備在使用時，將待沉積產(chǎn)品放入反應腔體8后，關閉反應腔體8的艙門，則外層密封圈7、內(nèi)層密封圈9、反應腔體8上位于外層密封圈7及內(nèi)層密封圈9之間的外表面部分、以及艙門之間形成密封通道，對所述密封通道充入惰性氣體或者抽真空，可以時限良好的密封效果。根據(jù)所述壓強檢測裝置的檢測數(shù)值，通過流量調(diào)節(jié)裝置14來調(diào)整反應腔體8的內(nèi)部壓強，使得抽氣速率更穩(wěn)定，從而提高了薄膜沉積質(zhì)量。以上所述，僅為本實用新型的較佳實施例而已，并非用于限定本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種新型原子層沉積設備，包括載氣管路、反應源管路、反應腔體、抽氣管路及真空泵，所述載氣管路與反應源相連通，所述反應源管路分別與所述反應源及所述反應腔體相連通，所述抽氣管路分別與所述反應腔體及所述真空泵相連通；其特征在于，所述反應腔體上設置有閉合狀的外層密封圈及內(nèi)層密封圈，其中，所述外層密封圈、所述內(nèi)層密封圈、 所述反應腔體上位于所述外層密封圈及所述內(nèi)層密封圈之間的外表面部分、以及所述反應腔體的閉合艙門之間形成密封通道，所述密封通道分別與密封通道進氣管路及密封通道抽氣管路相連通，所述密封通道抽氣管路與所述抽氣管路相連通；所述抽氣管路上設置有流量調(diào)節(jié)裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的新型原子層沉積設備，其特征在于，通過所述密封通道進氣管路及所述密封通道抽氣管路向所述密封通道通入惰性氣體或?qū)λ雒芊馔ǖ莱檎婵铡?br> 3.如權(quán)利要求1所述的新型原子層沉積設備，其特征在于，所述抽氣管路上設置有截止閥，所述流量調(diào)節(jié)裝置與所述截止閥并聯(lián)。
4.如權(quán)利要求1所述的新型原子層沉積設備，其特征在于，所述抽氣管路上設置有截止閥，所述流量調(diào)節(jié)裝置與所述截止閥串聯(lián)，且所述流量調(diào)節(jié)裝置位于所述反應腔體與所述截止閥之間。
5.如權(quán)利要求1所述的新型原子層沉積設備，其特征在于，所述載氣管路、所述密封通道進氣管路、以及所述密封通道抽氣管路上也分別設置有所述流量調(diào)節(jié)裝置。
6.如權(quán)利要求5所述的新型原子層沉積設備，其特征在于，所述流量調(diào)節(jié)裝置為手動/ 自動閥門或者手動/自動質(zhì)量流量計。
7.如權(quán)利要求1所述的新型原子層沉積設備，其特征在于，所述反應腔體上設置有兩個閉合狀的溝槽，所述外層密封圈及所述內(nèi)層密封圈分別容置于所述溝槽內(nèi)。
8.如權(quán)利要求1所述的新型原子層沉積設備，其特征在于，所述外層密封圈及所述內(nèi)層密封圈由彈性材料制成，所述外層密封圈及所述內(nèi)層密封圈的截面形狀為圓形、橢圓形或星型。
9.如權(quán)利要求1所述的新型原子層沉積設備，其特征在于，所述抽氣管路上還設置有尾氣吸附裝置，所述尾氣吸附裝置設置于所述抽氣管路的靠近所述反應腔體的一端。
10.如權(quán)利要求1所述的新型原子層沉積設備，其特征在于，所述載氣管路、所述反應源管路、所述惰性氣體進氣管路、所述反應腔體、所述抽氣管路以及所述惰性氣體抽氣管路上均設置有溫度探頭及加熱/制冷裝置，所述溫度探頭與所述加熱/制冷裝置相連接。
專利摘要本實用新型公開了一種新型原子層沉積設備，包括載氣管路、反應源管路、反應腔體、抽氣管路及真空泵，載氣管路與反應源相連通，反應源管路分別與反應源及反應腔體相連通，抽氣管路分別與反應腔體及真空泵相連通；反應腔體上設置有閉合狀的外層密封圈及內(nèi)層密封圈，外層密封圈、內(nèi)層密封圈、反應腔體上位于外層密封圈及內(nèi)層密封圈之間的外表面部分、以及反應腔體的閉合艙門之間形成密封通道，密封通道分別與密封通道進氣管路及密封通道抽氣管路相連通，密封通道抽氣管路與抽氣管路相連通；抽氣管路上設置有流量調(diào)節(jié)裝置。本實用新型的原子層沉積設備，能夠提供良好的密封性能，對于高寬深比的復雜三維結(jié)構(gòu)具有良好的沉積效果。
文檔編號C23C16/455GK202193841SQ20112027146
公開日2012年4月18日 申請日期2011年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月28日
發(fā)明者王東君, 陳宇林 申請人:英作納米科技(北京)有限公司