CN107400878A - 一种原子层沉积设备的进气系统及其方法 - Google Patents

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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
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    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45544—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus
    • C23C16/45548—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus having arrangements for gas injection at different locations of the reactor for each ALD half-reaction

Abstract

本发明公开了一种原子层沉积设备的进气系统，包括相互独立的第一反应腔室和第二反应腔室，第一反应腔室设有第一进气口和第二进气口，第二反应腔室设有第三进气口和第四进气口，第一进气口和第三进气口通过管道连接有一第一气源，第二进气口和第四进气口通过管道连接有一第二气源，第一反应腔室和第二反应腔室分别设有一排气口，两个排气口通过管道连接有真空泵。本发明可提高第一气源和第二气源的利用率，减少气源的闲置时间，提高整体的成膜效率。

Description

一种原子层沉积设备的进气系统及其方法
技术领域
本发明涉及原子层沉积技术领域，特别是涉及一种原子层沉积设备的进气系统及其方法。
背景技术
原子层沉积(Atomic layer deposition，简称ALD)是一种可以将物质以单原子膜形式一层一层的镀在基底表面的方法。
原子层沉积是通过将气相前驱体脉冲交替地通入反应器并在沉积基体上化学吸附并反应而形成沉积膜的一种方法。第一种前驱体输入到基体材料表面并通过化学吸附(饱和吸附)保持在表面。当第二种前驱体通入反应器，就会与已吸附于基体材料表面的第一前驱体发生反应。两个前驱体之间会发生置换反应并产生相应的副产物，直到表面的第一前驱体完全消耗，反应会自动停止并形成需要的原子层。不断重复这种反应即可再基体表面形成所需的薄膜。
但是，现阶段的原子层沉积设备均是以单台为主，在交替向原子层沉积设备中通入前驱体时，第一种前驱体提供设备在通入时第二前驱体提供设备处于待机闲置状态，而当第二种前驱体提供设备在通入时第一前驱体提供设备处于待机闲置状态。这就使得前驱体提供设备的利用率较低，且原子层沉积设备生产效率不高。
发明内容
本发明的目的是提供一种原子层沉积设备的进气系统及其方法，以解决上述现有技术存在的问题，以在不增加前驱体气源的基础上，提高气源的利用效率，并提高设备的整体成膜效率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种原子层沉积设备的进气系统，包括相互独立的第一反应腔室和第二反应腔室，所述第一反应腔室设有第一进气口和第二进气口，所述第二反应腔室设有第三进气口和第四进气口，所述第一进气口和所述第三进气口通过管道连接有一第一气源，所述第二进气口和所述第四进气口通过管道连接有一第二气源，所述第一反应腔室和所述第二反应腔室分别设有一排气口，两个所述排气口通过管道连接有真空泵。
优选地，与所述第一进气口、所述第二进气口、所述第三进气口和所述第四进气口相连的管道上分别设有一进气开关阀。
优选地，所述进气开关阀设置于第一进气口、所述第二进气口、所述第三进气口或所述第四进气口的前端。
优选地，两个所述排气口通过管道分别连接一所述真空泵。
优选地，两个所述排气口与所述真空泵之间的管道上分别设有一排气开关阀。
优选地，所述排气开关阀设置于所述排气口的后端。
优选地，所述第一进气口、所述第三进气口和所述第一气源通过管道连接有一第一三通阀，所述第二进气口、所述第四进气口和所述第二气源通过管道连接有一第二三通阀。
优选地，所述第一进气口和所述第三进气口与所述第一三通阀之间分别设有一进气开关阀，所述第二进气口和所述第四进气口与所述第二三通阀之间分别设有一进气开关阀。
优选地，所述第一气源用于向所述第一反应腔室和所述第二反应腔室内供给气态有机源，所述第二气源用于向所述第一反应腔室和所述第二反应腔室内供给气态水或氧气或臭氧。
本发明还提供了一种原子层沉积设备的进气方法，包括如下步骤：
真空泵对第一反应腔室和第二反应腔室做抽真空处理；
第一气源通过第一进气口向所述第一反应腔室内通入气体Ⅰ，同时，第二气源通过第四进气口向所述第二反应腔室内通入气体Ⅱ；
所述真空泵对所述第一反应腔室和所述第二反应腔室做抽真空处理；
所述第二气源通过第二进气口向所述第一反应腔室内通入气体Ⅱ，同时，所述第一气源通过第三进气口向所述第二反应腔室内通入气体Ⅰ；
重复以上步骤即可完成对原子层沉积设备的进气操作。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明利用了原子层沉积设备需要利用至少两种气源，且只能交替通入反应腔室的特性，提出了本发明原子层沉积设备的进气系统及其方法，通过设置两个反应腔室，使得第一气源在向其中一个反应腔室通入第一前驱体时第二气源向另一个反应腔室通入第二前驱体，使气源的利用率提高了一倍，降低了气源的闲置时间。且使用第一气源和第二气源同时供给两个反应腔室时，无需增加气源的数量，成倍的提高了成膜工艺的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明原子层沉积设备的进气系统的一种结构示意图；
图2为本发明原子层沉积设备的进气系统的另一种结构示意图；
其中：1-第一反应腔室，2-第二反应腔室，3-第一气源，4-第二气源，5-第一进气口，6-第二进气口，7-第三进气口，8-第四进气口，9-排气口，10-真空泵，11-进气开关阀，12-排气开关阀，13-第一三通阀，14-第二三通阀。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种原子层沉积设备的进气系统及其方法，以解决上述现有技术存在的问题，使在不增加前驱体气源数量的基础上，提高设备的整体成膜效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：如图1所示，本实施例提供了一种原子层沉积设备的进气系统，包括相互独立的第一反应腔室1和第二反应腔室2。第一反应腔室1设有第一进气口5和第二进气口6，第二反应腔室2设有第三进气口7和第四进气口8，第一进气口5和第三进气口7通过管道连接有一第一气源3，第一气源3用于向第一反应腔室1和第二反应腔室2内供给气态有机源(如三甲基铝)。第二进气口6和第四进气口8通过管道连接有一第二气源4，第二气源4用于向第一反应腔室1和第二反应腔室2内供给气态水，(也可匹配其他的气态有机源选为氧或臭氧)。与第一进气口5、第二进气口6、第三进气口7和第四进气口8相连的管道上分别设有一进气开关阀11，且进气开关阀11设置于第一进气口5、第二进气口6、第三进气口7或第四进气口8的前端。第一反应腔室1和第二反应腔室2分别设有一排气口9，两个排气口9通过管道分别连接有一真空泵10，两个排气口9与真空泵10之间的管道上分别设有一排气开关阀12，且排气开关阀12设置于排气口9的后端。
本实施例还提供了一种原子层沉积设备的进气方法，包括如下步骤：
真空泵10对第一反应腔室1和第二反应腔室2做抽真空处理，以第一反应腔室1和第二反应腔室2内的气压不高于50Pa为准，时间小于50S；
第一气源3通过第一进气口5向第一反应腔室1内通入气体Ⅰ，气体Ⅰ优选为气态有机源(如三甲基铝)，同时，第二气源4通过第四进气口8向第二反应腔室2内通入气体Ⅱ，(如气态水)；
真空泵10对第一反应腔室1和第二反应腔室2做抽真空处理；以第一反应腔室1和第二反应腔室2内的气压不高于50Pa为准，时间小于50S；
第二气源4通过第二进气口6向第一反应腔室1内通入气体Ⅱ，，同时，第一气源3通过第三进气口7向第二反应腔室2内通入气体Ⅰ；气体Ⅰ和气体Ⅱ的通入时间为小于5S；
重复以上步骤即可完成对原子层沉积设备的进气操作，以期在基体表面沉积得到所需的氧化铝薄膜。
本发明利用了原子层沉积设备需要利用两种气源，且只能交替通入反应腔室的特性，提出了本发明原子层沉积设备的进气系统及其方法，通过设置两个反应腔室，使得第一气源3在向其中一个反应腔室通入第一前驱体时第二气源4向另一个反应腔室通入第二前驱体，使成膜工艺效率提高了一倍，降低了气源的闲置时间。且使用第一气源3和第二气源4同时供给两个反应腔室时，无需增加气源的的数量，即可成倍地提高成膜工艺的整体效率。
实施例2：如图2所示，本实施例与实施例1的区别在于：两个所述排气口9通过管道连接有一真空泵10，两个排气口9与真空泵10之间的管道上分别设有一排气开关阀12。第一进气口5、第三进气口7和第一气源3通过管道连接有一第一三通阀13，第一进气口5和第三进气口7与第一三通阀13之间分别设有一进气开关阀11。第二进气口6、第四进气口8和第二气源4通过管道连接有一第二三通阀14，第二进气口6和第四进气口8与第二三通阀14之间分别设有一进气开关阀11。
本实施例使用三通阀连接气源与进气口，减化了气源与进气口之间的管路，且使用了一个真空泵10对第一反应腔体和第二反应腔体进行抽真空操作，可减少系统的建设成本。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种原子层沉积设备的进气系统，其特征在于：包括相互独立的第一反应腔室和第二反应腔室，所述第一反应腔室设有第一进气口和第二进气口，所述第二反应腔室设有第三进气口和第四进气口，所述第一进气口和所述第三进气口通过管道连接有一第一气源，所述第二进气口和所述第四进气口通过管道连接有一第二气源，所述第一反应腔室和所述第二反应腔室分别设有一排气口，两个所述排气口通过管道连接有真空泵。
2.根据权利要求1所述的原子层沉积设备的进气系统，其特征在于：与所述第一进气口、所述第二进气口、所述第三进气口和所述第四进气口相连的管道上分别设有一进气开关阀。
3.根据权利要求2所述的原子层沉积设备的进气系统，其特征在于：所述进气开关阀设置于所述第一进气口、所述第二进气口、所述第三进气口或所述第四进气口的前端。
4.根据权利要求1所述的原子层沉积设备的进气系统，其特征在于：两个所述排气口通过管道分别连接一所述真空泵。
5.根据权利要求1或4所述的原子层沉积设备的进气系统，其特征在于：两个所述排气口与所述真空泵之间的管道上分别设有一排气开关阀。
6.根据权利要求5所述的原子层沉积设备的进气系统，其特征在于：所述排气开关阀设置于所述排气口的后端。
7.根据权利要求1所述的原子层沉积设备的进气系统，其特征在于：所述第一进气口、所述第三进气口和所述第一气源通过管道连接有一第一三通阀，所述第二进气口、所述第四进气口和所述第二气源通过管道连接有一第二三通阀。
8.根据权利要求7所述的原子层沉积设备的进气系统，其特征在于：所述第一进气口和所述第三进气口与所述第一三通阀之间分别设有一进气开关阀，所述第二进气口和所述第四进气口与所述第二三通阀之间分别设有一进气开关阀。
9.根据权利要求1所述的原子层沉积设备的进气系统，其特征在于：所述第一气源用于向所述第一反应腔室和所述第二反应腔室内供给气态有机源，所述第二气源用于向所述第一反应腔室和所述第二反应腔室内供给气态水或氧气或臭氧。
10.一种原子层沉积设备的进气方法，其特征在于：包括如下步骤：
真空泵对第一反应腔室和第二反应腔室做抽真空处理；
第一气源通过第一进气口向所述第一反应腔室内通入气体Ⅰ，同时，第二气源通过第四进气口向所述第二反应腔室内通入气体Ⅱ；
所述真空泵对所述第一反应腔室和所述第二反应腔室做抽真空处理；
所述第二气源通过第二进气口向所述第一反应腔室内通入气体Ⅱ，同时，所述第一气源通过第三进气口向所述第二反应腔室内通入气体Ⅰ；
重复以上步骤即可完成对原子层沉积设备的进气操作。
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