CN103194736B - 一种气体分配器及原子层沉积设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及原子层沉积设备技术领域，具体涉及一种气体分配器及包括该气体分配器的原子层沉积设备。所述气体分配器，包括进气管道、过渡管道和配气盘，所述配气盘固定设置在所述过渡管道的出气口，所述过渡管道的进气口与所述进气管道连接，所述配气盘上有出气孔，所述配气盘的外表面设有倾斜设置的气体导流板。本发明能够实现前躯体完整地覆盖样品表面，而且由于气体具有水平方向的分速度，使覆盖整个基片变得更为快速，很好地提高薄膜均匀性，有效地降低了成本。
Description
技术领域
本发明涉及原子层沉积设备技术领域，具体涉及一种气体分配器及包括该气体分配器的原子层沉积设备。
背景技术
原子层沉积（ALD）方法的最大特点是表面反应是自限制的，单周期薄膜沉积过程中由以下几个步骤：（1）第一种反应前驱体输入到衬底材料表面并通过化学吸附(饱和吸附)沉积在表面；（2）用惰性气体将多余的前躯体吹扫干净；（3）将当第二种前驱体通入反应腔，就会与己吸附于衬底材料表面的第一种前驱体发生反应。两种前驱体之间会发生置换反应并产生相应的副产物，直到吸附在表面的第一种前驱体提供的反应空位完全消耗，反应会自动停止并形成需要的薄膜；（4）用惰性气体将多余的前躯体和反应副产物吹扫干净。这种自限制性特征正是原子层沉积技术的基础，不断重复这种自限制反应就会形成所需的薄膜。
根据ALD沉积原理，每一个循环在衬底的任何地方都会沉积相同数量的材料且与前驱物的多少无关，只要前驱物的剂量高于饱和表面反应所需即可。由此可见， ALD方法对通过样品表面的前躯体气流浓度的均匀性要求并不高，只需满足整个样品表面都有足够反应的前驱物通过即可，即DOSE进气时间内流过样品表面的剂量高于饱和表面反应所需。因此，对ALD设备进气的要求就是前躯体能快速通过整个样品表面。
为保证上述进气要求，人们设计了不同的进气装置，根据反应气体和载气组成和气流相对于基片的流动方向，可以把进气装置分为两大类：主气流垂直于基片方向的垂直式进气装置和主气流平行与基片方向的平行式进气装置。
使用传统垂直式进气装置，气体垂直于基片表面进入并随即在抽气系统的带动在折转一个角度从反应室侧面或底部排出。这种进气方式很难保证前躯体反应气能通过整个基片表面，将导致局部位置因前躯体流量不足而不能满足饱和反应要求。
使用平行式进气装置，反应气体从基片的一侧流向另一侧或中部时被抽走，这种结构要求通过出气口离样品表面很近，且体积较大。在专利CN 1228470C中，公开了一种有多个孔组成的圆形筛网气体分配器，反应气体从基片的边缘流向中部被抽走，此种结构能很好地为样品供应前躯体，但需要气体分配器直径大于样品尺寸，这样就会加大反应器的体积，造成前躯体和吹扫气体的浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种气体分配器，该气体分配器可以实现前躯体快速覆盖整个样品表面，可以很好地提高薄膜均匀性。
本发明的另一目的在于提供一种原子层沉积设备，包括上述气体分配器。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种气体分配器，包括进气管道、过渡管道和配气盘，所述配气盘固定设置在所述过渡管道的出气口，所述过渡管道的进气口与所述进气管道连接，所述配气盘上有出气孔，所述配气盘的外表面设有倾斜设置的气体导流板。
上述方案中，所述过渡管道为锥筒形。
上述方案中，所述配气盘上的出气孔包括一个中央出气孔和若干个外圈出气孔，所述中央出气孔位于所述配气盘中央，所述外圈出气孔均匀分布的在所述配气盘的外圈。
上述方案中，所述外圈出气孔的个数为8个。
上述方案中，所述出气孔的孔径为1.5mm。
上述方案中，所述出气孔的面积总和小于所述过渡管道的进气口面积。
上述方案中，所述气体导流板倾斜设置的角度为30度-60度。
上述方案中，所述气体导流板倾斜设置的角度为45度。
上述方案中，所述气体导流板为厚度为1mm的不锈钢板。
一种原子层沉积设备，包括上述气体分配器，所述气体分配器设置在所述原子层沉积设备的沉积腔室内，所述沉积腔室的腔室壁上设有进气口和出气口，所述沉积腔室的内部设有样品台，所述气体分配器位于所述样品台的正上方。
与现有技术方案相比，本发明采用的技术方案产生的有益效果如下：
本发明能够实现前躯体完整地覆盖样品表面，而且由于气体具有水平方向的分速度，使覆盖整个基片变得更为快速，有效地降低了成本。
附图说明
图1为本发明实施例提供的气体分配器的结构示意图；
图2为本发明另一实施例提供的气体分配器应用于原子层沉积设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明技术方案进行详细描述。
如图1所示，本实施例提供一种气体分配器，包括进气管道11、过渡管道12和配气盘13，配气盘13焊接在过渡管道12的出气口，过渡管道12的进气口与进气管道11连接，进气管道11与圆筒形，过渡管道12为锥筒形，高度为30mm。配气盘13上有出气孔14，出气孔14包括1个中央出气孔和8个外圈出气孔，1个中央出气孔位于配气盘13中央，8个外圈出气孔均匀分布的在配气盘13的外圈。所有的出气孔14的孔径为1.5mm，出气孔14的面积总和小于过渡管道12的进气口面积。配气盘13的外表面设有倾斜设置的气体导流板15。气体导流板为厚度为1mm的不锈钢板，倾斜设置在配气盘13的角度为30度-60度，优选地倾斜角度为45度。
如图2所示，本实施例提供一种包括上述实施例所述的气体分配器的原子层沉积设备，气体分配器1设置在原子层沉积设备的沉积腔室21内，沉积腔室21的腔室壁上设有进气口和出气口22，气体分配器1的进气管道11与沉积腔室21的进气口相连通。沉积腔室的内部设有8英寸的样品台23，气体分配器1位于样品台23的正上方，气体分配器1最下端距离样品台23高度为30mm。
本发明的工作原理如下：前躯体随载气通过气体分配器1的进气管道11，进入过渡管道12后从配气盘13的中央出气孔和外圈出气孔吹出，载气为氩气或氦气，载气的流量为1sccm-200sccm；来自中央出气孔的气体直接流出到达样品台23上的基片，外圈出气孔吹出的气体，遇到气体导流板15的阻挡，倾转一定角度后斜吹向样品表面，同时有部分气体从气体导流板15外缘流出，流入腔室21中；吹到样品表面的气流沿径向从基片边缘流向排气孔22。在此过程中，进气管道管壁的温度低于原子层沉积反应设备沉积腔室的温度1℃-99℃，同时载气将流经整个样品，满足饱和反应所需。
本发明能够实现前躯体完整地覆盖样品表面，而且由于气体具有水平方向的分速度，使覆盖整个基片变得更为快速，很好地提高薄膜均匀性，有效地降低了成本。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种气体分配器，包括进气管道、过渡管道和配气盘，所述配气盘固定设置在所述过渡管道的出气口，所述过渡管道的进气口与所述进气管道连接，所述配气盘上有出气孔，所述配气盘的外表面设有倾斜设置的气体导流板，其中，所述配气盘上的出气孔包括一个中央出气孔和若干个外圈出气孔，所述中央出气孔位于所述配气盘中央，所述外圈出气孔均匀分布的在所述配气盘的外圈；
所述出气孔的面积总和小于所述过渡管道的进气口面积；
其中，所述气体导流板包括第一板体和第二板体，所述第一板体设置在所述配气盘上，所述第二板体与所述第一板体连接，且所述第二板体使所述外圈出气孔吹出的气体倾转角度后斜吹向样品表面。
2.如权利要求1所述的气体分配器，其特征在于：所述过渡管道为锥筒形。
3.如权利要求1所述的气体分配器，其特征在于：所述外圈出气孔的个数为8个。
4.如权利要求1所述的气体分配器，其特征在于：所述出气孔的孔径为1.5mm。
5.如权利要求1所述的气体分配器，其特征在于：所述气体导流板倾斜设置的角度为30度-60度。
6.如权利要求5所述的气体分配器，其特征在于：所述气体导流板倾斜设置的角度为45度。
7.如权利要求1所述的气体分配器，其特征在于：所述气体导流板为厚度为1mm的不锈钢板。
8.一种原子层沉积设备，包括上述任一权利要求所述的气体分配器，所 述气体分配器设置在所述原子层沉积设备的沉积腔室内，所述沉积腔室的腔室壁上设有进气口和出气口，所述沉积腔室的内部设有样品台，所述气体分配器位于所述样品台的正上方。
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