CN109402608B - 一种原子层沉积设备的气路系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种原子层沉积设备的气路系统及其控制方法，通过增加氢气尾气处理装置或添加氢气替换管路两种方式，在不需要水反应的循环步骤，改变氢气的流向或进行氢气替代，使水汽发生器不能生成水，从而可有效避免因两种前驱物在真空管路或真空泵相遇而发生CVD反应，因此可延长真空泵维护周期、提高高纯水的利用率，节约成本，同时也有利于设备颗粒数量的控制。

Description

一种原子层沉积设备的气路系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及半导体设备技术领域，更具体地，涉及一种原子层沉积设备的气路系统及其控制方法。

背景技术

随着集成电路逐渐向28nm、18nm、12nm，甚至7nm、5nm等更高技术代发展，电子元器件的工艺制程不断地缩小，进而对集成电路制备中各工序技术提出了更高的要求，首当其冲的便是薄膜沉积技术。而传统的化学气相沉积(CVD，Chemical Vapor Deposition)、物理气相沉积(PVD，Physical Vapor Deposition)技术在薄膜厚度精准控制、台阶覆盖率等方面的劣势将逐渐显现，越来越不能满足技术代的发展要求。原子层沉积(原子层沉积，Atomic Layer Deposition)技术在薄膜沉积方面具有精准厚度控制、优良的台阶覆盖率、化学成分均匀，杂质少等众多优点，有效地弥补了CVD和PVD技术的缺点，被认为是最具潜力的薄膜沉积技术之一。

原子层沉积技术主要分为两个半反应：1)在一定的沉积温度下，向腔室通入第一种反应前驱物，待第一种反应前驱物分子饱和吸附在衬底表面后，通入吹扫气体将第一种反应前驱物及其副产物吹扫干净；2)向腔室通入第二种反应前驱物，待第二种反应前驱物分子饱和吸附在衬底表面后，通入吹扫气体将第二种反应前驱物及其副产物吹扫干净。两个半反应完成后，即在衬底表面沉积了一个分子层。通过控制原子层沉积循环的次数，可以精准地控制沉积薄膜的厚度，且沉积薄膜具有优良的保形性。

在原子层沉积技术中，常常用水作为沉积氧化物型薄膜的反应源(例：氧化铝、氧化铪、氧化锆等)，为了获得高纯度的水汽，往往通过水汽发生器(WVG，Water VaporGenerator)催化氢气和氧气反应生成高纯水，避免了杂质混入，适用于高质量薄膜要求的场合。在薄膜沉积过程中，为了实现两种前驱物的快速切换，WVG内部需要保持持续的气体流通，因此，WVG中会持续生成水。而在原子层沉积工艺中，通过WVG生成的水在不通入腔室时，就需直接通往真空泵。

请参阅图1，图1是现有的一种原子层沉积设备部分气路系统示意图。如图1所示，现有的原子层沉积(原子层沉积)设备设有反应腔室1，在反应腔室内的上方设有喷淋头(Showerhead)2，用于喷射反应前驱物及其载气、吹扫气体等，在反应腔室内喷淋头的下方设有基座(Stageheater)3，基座用于放置待沉积薄膜衬底4；真空泵5用于将反应腔室内的废水和废气排出和回收；水汽发生器(WVG，Water Vapor Generator)6用于催化氢气和氧气反应，生成高纯水。

现仅以原子层沉积技术中的其中一个半反应进行说明，该半反应为：将水汽通入腔室，饱和吸附在衬底表面后，通入吹扫气体去除残留水汽及反应副产物。在薄膜沉积过程中，具体的水汽通入腔室过程如下：

经过质量流量控制器12的一定流量的氧气8，流经氧气管路24和气动阀17后，进入WVG 6；

与此同时，通过质量流量控制器13的一定流量的氢气10，流经氢气管路25和气动阀18后，进入WVG 6，与氧气8反应生成水；通过质量流量控制器14，通入一定流量的携载气体9(一般为氮气、氩气等惰性气体)，经载气管路26，进入WVG 6，携带生成的水，流经气动阀19后，到达腔室上方；

同时，流经质量流量控制器15的一定流量的稀释气体7(一般与携载气体相同)，经稀释管路27和气动阀20后，在反应腔室1上方与WVG 6生成的水及其携载气体9相遇，得到稀释后，进入反应腔室1；腔室中未参与反应的部分水汽经真空管路29，进入真空泵5；此时，通过质量流量控制器16的补偿气体11(一般与携载气体相同)，经补偿管路28与气动阀21后，直接连接真空管路29，进入真空泵5。

之后，具体的吹扫水汽及其副产物过程如下：

在水汽通入腔室及上述各管路流向的基础上，关闭气动阀19，打开气动阀22，将WVG 6生成的水及其携载气体9直接通入真空管路29，进入真空泵5；与此同时，为了保持腔室流经气体总流量的恒定，减小腔室压力的波动，将气动阀21关闭，打开气动阀23，补偿气体11流经腔室上方与稀释气体7混合后，通入反应腔室1，对残留的水汽及其副产物进行吹扫。

在上述原子层沉积过程中，WVG生成的水主要有两种流向途径：1)流经反应腔室1，吸附在衬底表面；2)流经真空管路29，进入真空泵5。当另一种反应前驱物流经腔室与吹扫过程中，均有部分该反应前驱物直接流经真空管路29，进入真空泵5。此时，当吹扫气体将另一种反应前驱物及其副产物驱除出腔室时，就会在真空泵与水相遇发生CVD反应，从而产生大量的粉末。这不仅不利于设备颗粒数量的控制，还很容易导致真空泵卡死，由此缩短真空泵的维护周期，增加了工业化成本。此外，WVG仅能生成一定体积的水，使WVG持续工作，也将降低高纯水的利用率。

因此，需要提出一种原子层沉积工艺中新型进气方式的实现方法，以解决上述问题。

发明内容

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设备的气路系统及其控制方法，通过增加氢气尾气处理装置或添加氢气替换管路两种方式，在不需要水反应的循环步骤，改变氢气的流向或进行氢气替代，使水汽发生器(WVG)不能生成水，从而可有效避免因两种前驱物在真空管路或真空泵相遇而发生CVD反应。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种原子层沉积设备气路系统，包括：

稀释管路，连接至原子层沉积设备的反应腔室入口，用于向反应腔室内通入稀释气体；

真空管路，连接至反应腔室出口，用于通过真空泵将反应腔室内的废水和废气排出；

供水管路，供水管路包括，氧气管路和氢气管路、载气管路和水汽管路，氧气管路和氢气管路分别连接至水汽发生器，用于向水汽发生器内通入氧气和氢气，并通过水汽发生器生成水汽；载气管路，连接至水汽发生器，用于向水汽发生器内通入携载气体，以携带水汽；水汽管路，一端连接水汽发生器，另一端连接稀释管路，用于将携载气体携带的水汽通过稀释管路汇入反应腔室；

及氢气尾气处理管路，一端连接氢气管路，另一端连接氢气尾气处理装置，用于将氢气管路中的氢气尾气通入氢气尾气处理装置；

还包括氧气尾气处理管路，一端连接水汽发生器，另一端连接真空管路，用于将由水汽发生器流出的携载气体和氧气尾气通过真空管路汇入真空泵；

优选地，还包括补偿管路，补偿管路包括第一补偿支路和第二补偿支路，第一补偿支路连接至真空管路，用于将补偿气体通过真空管路汇入真空泵，第二补偿支路连接至稀释管路，用于将补偿气体通过稀释管路汇入反应腔室。

优选地，稀释管路设有第一质量流量控制器和第一气动阀，氧气管路设有第二质量流量控制器和第二气动阀，氢气管路设有第三质量流量控制器和第三气动阀，氢气尾气处理管路连接在第三质量流量控制器和第三气动阀之间，其设有第四气动阀，载气管路设有第四质量流量控制器，水汽管路设有第五气动阀。

优选地，氧气尾气处理管路设有第六气动阀，补偿管路设有第五质量流量控制器，第一补偿支路设有第七气动阀，第二补偿支路设有第八气动阀。

本发明还提供了一种上述的原子层沉积设备气路系统的控制方法，包括：

水汽通入反应腔室的步骤，其包括：

关闭氢气尾气处理管路，通过氧气管路向水汽发生器通入一定流量的氧气，并通过氢气管路向水汽发生器通入一定流量的氢气，使氢气与氧气反应生成水汽，通过载气管路向水汽发生器通入一定流量的携载气体，以继续通过水汽管路携带水汽，到达反应腔室上方汇入稀释管路；

同时，通过稀释管路向反应腔室通入一定流量的稀释气体，在反应腔室上方与汇入的携载气体及其携带的水汽相遇，经稀释后，进入反应腔室；未参与反应的部分水汽通过真空管路进入真空泵；

和吹扫水汽及其副产物的步骤，其包括：

在上述过程完毕之后，打开氢气尾气处理管路，使氢气通入氢气尾气处理管路，并进入氢气尾气处理装置；

优选地，水汽通入反应腔室的步骤还包括，关闭第二补偿支路，通过第一补偿支路向真空管路通入一定流量的补偿气体，汇入真空泵；

优选地，吹扫水汽及其副产物的步骤还包括，关闭水汽管路，打开氧气尾气处理管路，将流经水汽发生器的氧气和携载气体通入真空管路，汇入真空泵；同时，关闭第一补偿支路，打开第二补偿支路，将补偿气体通入反应腔室上方的稀释管路，与稀释气体混合后，进入反应腔室，对残留的水汽及其副产物进行吹扫，以维持反应腔室压力平衡；

优选地，补偿气体的流量等于氧气、氢气和携载气体流量的总和。

优选地，通过设置质量流量控制器和气动阀，以控制各管路的流量和开闭。

本发明还提供了一种原子层沉积设备气路系统，包括：

稀释管路，连接至原子层沉积设备的反应腔室入口，用于向反应腔室内通入稀释气体；

真空管路，连接至反应腔室出口，用于通过真空泵将反应腔室内的废水和废气排出；

供水管路，供水管路包括，氧气管路和氢气管路、载气管路和水汽管路，氧气管路和氢气管路分别连接至水汽发生器，用于向水汽发生器内通入氧气和氢气，并通过水汽发生器生成水汽；载气管路，连接至水汽发生器，用于向水汽发生器内通入携载气体，以携带水汽；水汽管路，一端连接水汽发生器，另一端连接稀释管路，用于将携载气体携带的水汽通过稀释管路汇入反应腔室；

及氢气替换管路，连接氢气管路，用于向氢气管路中通入氢气的替代气体；

本发明还提供了一种上述的原子层沉积设备气路系统的控制方法，包括：

将水汽通入反应腔室的过程，其包括：

关闭氢气替换管路，通过氧气管路向水汽发生器通入一定流量的氧气，并通过氢气管路向水汽发生器通入一定流量的氢气，使氢气与氧气反应生成水汽；

通过载气管路向水汽发生器通入一定流量的携载气体，以继续通过水汽管路携带水汽，到达反应腔室上方汇入稀释管路；

同时，通过稀释管路向反应腔室通入一定流量的稀释气体，在反应腔室上方与汇入的携载气体及其携带的水汽相遇，经稀释后，进入反应腔室；未参与反应的部分水汽通过真空管路进入真空泵；和

吹扫水汽及其副产物的过程，其包括：

在上述过程完毕之后，停止向氢气管路中通入氢气，同时打开氢气替换管路，通过氢气替换管路向水汽发生器通入氢气的替代气体，与氧气、携载气体一起继续通过水汽管路到达反应腔室上方汇入稀释管路，并与稀释气体混合后，进入反应腔室，对残留的水汽及其副产物进行吹扫。

优选地，氢气的替代气体的流量等于氢气的流量。

本发明具有以下优点：

1)通过改变氢气流向或进行氢气替换，避免发生CVD反应，可延长真空泵维护周期，降低工业化成本。

2)WVG非持续性工作，提高了高纯水的利用率，节约了成本。

3)真空管路或真空泵更加洁净，有利于设备颗粒数量的控制。

附图说明

图1是现有的一种原子层沉积设备部分气路系统示意图；

图2是本发明第一实施例的一种原子层沉积设备气路系统示意图；

图3是本发明第二实施例的一种原子层沉积设备气路系统示意图；

图中1.反应腔室，2.喷淋头，3.基座，4.待沉积薄膜衬底，5.真空泵，6.水汽发生器，7.稀释气体，8.氧气，9.携载气体，10.氢气，11.补偿气体，12-16.质量流量控制器，17-23、30、33、34.气动阀，24.氧气管路，25.氢气管路，26.载气管路，27.稀释管路，28.补偿管路，29.真空管路，31.氢气尾气处理装置，32.氢气的替代气体。

具体实施方式

本发明提出了一种原子层沉积工艺新型氢气进气方式的实现方法，并相应提供了一种原子层沉积设备气路系统及其控制方法，通过增加氢气尾气处理装置或添加氢气替换管路两种方式，在原子层沉积工艺过程的不需要水反应的循环步骤，改变氢气的流向或进行氢气替代，使水汽发生器(WVG)不能生成水，从而可有效避免因两种前驱物(水汽和另一种反应前驱物)在真空管路或真空泵相遇而发生CVD反应，从而可延长真空泵维护周期，提高高纯水的利用率，降低工业化成本，同时也有利于设备颗粒数量的控制。

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。

需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的系统以便于说明，特对附图中的系统不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。

第一实施例

在以下本发明的具体实施方式中，请参阅图2，图2是本发明第一实施例的一种原子层沉积设备气路系统示意图。如图2所示，本发明的一种原子层沉积设备气路系统，包括直接或间接与反应腔室相连通的氧气管路24、氢气管路25、载气管路26、水汽管路40稀释管路27、真空管路29、补偿管路28、氢气尾气处理管路41、氧气尾气处理管路42等主要气路。

请参阅图2。原子层沉积(ALD)设备通常设有反应腔室1，在反应腔室内的上方设有喷淋头(Showerhead)2，用于喷射反应前驱物及其载气、吹扫气体等，在反应腔室内喷淋头的下方设有基座(Stageheater)3，基座用于放置待沉积薄膜衬底4；真空泵5用于将反应腔室内的废水和废气排出和回收；水汽发生器(WVG，Water Vapor Generator)6用于催化氢气和氧气反应，生成高纯水。

稀释管路27的末端连接至反应腔室1的入口，并与喷淋头2连通；在稀释管路27上可依次设置第一质量流量控制器15和第一气动阀20。稀释管路27用于由其首端经第一质量流量控制器15和第一气动阀20向反应腔室1内通入一定流量的稀释气体7，并通过喷淋头2均匀喷出。真空管路29的首端连接至反应腔室1出口(排气口)，另一端连接有真空泵5，可通过真空泵5将反应腔室1内的废水和废气进行排出。

氧气管路24的末端连接至水汽发生器6；在氧气管路24上可依次设置第二质量流量控制器12和第二气动阀17。氧气管路24用于由其首端经第二质量流量控制器12和第二气动阀17向水汽发生器6内通入一定流量的氧气8。氢气管路25的末端连接至水汽发生器6；在氢气管路25上可依次设置第三质量流量控制器13和第三气动阀18。氢气管路25用于由其首端经第三质量流量控制器13和第三气动阀18向水汽发生器6内通入一定流量的氢气10。通过水汽发生器对进入的氢气和氧气进行催化，发生反应，生成水汽。

载气管路26的末端也连接至水汽发生器；在载气管路26上设有第四质量流量控制器14。载气管路26用于由其首端经第四质量流量控制器14向水汽发生器内通入一定流量的携载气体9，以携带出水汽发生器中的水汽。携载气体一般为氮气、氩气等惰性气体。水汽管路40的首端连接水汽发生器6，末端在反应腔室1的上方位置与稀释管路27连接合并；在水汽管路40上设有第五气动阀19。水汽管路40用于将携载气体携带的水汽输送至其与稀释管路27的接口，然后再与稀释管路27中的稀释气体混合，经稀释后，一起汇入反应腔室1进行工艺。稀释气体通常采用与携载气体相同的气体。

补偿管路28包括第一补偿支路43和第二补偿支路44；在补偿管路上设有第五质量流量控制器16，在第五质量流量控制器16之后分出第一补偿支路和第二补偿支路。第一补偿支路43的末端连接至真空管路29；在第一补偿支路43上设有第七气动阀21。第一补偿支路用于由补偿管路首端经第五质量流量控制器16和第七气动阀将一定流量的补偿气体11送至其与真空管路的接口，然后再通过真空管路汇入真空泵。第二补偿支路44的末端在反应腔室的上方位置与稀释管路连接合并；在第二补偿支路44上设有第八气动阀23。第二补偿支路用于由补偿管路首端经第五质量流量控制器16和第八气动阀将一定流量的补偿气体11送至其与稀释管路的接口，然后再与稀释管路中的稀释气体混合，一起通过稀释管路汇入反应腔室，对残留的水汽及反应副产物进行吹扫。补偿气体通常采用与稀释气体相同的气体。

氢气尾气处理管路41的首端连接氢气管路，具体为连接在第三质量流量控制器13和第三气动阀18之间，另一端连接氢气尾气处理装置31；在氢气尾气处理管路41上设有第四气动阀30。氢气尾气处理管路用于在吹扫水汽及其副产物过程中，改变氢气管路中仍在通入的氢气的流向，将这些氢气尾气经第四气动阀通入氢气尾气处理装置进行处理。这样，WVG由于在此阶段没有氢气通入，从而不能生成水，使WVG能够非持续性地工作，因而提高了高纯水的利用率，节约了成本。

氧气尾气处理管路42的首端连接水汽发生器6，末端连接真空管路29；在氧气尾气处理管路42上设有第六气动阀22。氧气尾气处理管路用于在吹扫水汽及其副产物过程中，将由水汽发生器流出的携载气体和氧气尾气(即氧气管路中仍在通入的氧气)经第六气动阀送至其与真空管路的接口，然后再通过真空管路汇入真空泵。由于此时WVG已因缺少氢气流入而不能生成水，就可避免两种前驱物(即水汽和另一种反应前驱物)在真空管路或真空泵相遇，也就避免了发生CVD反应及所产生的大量粉末，从而延长了真空泵的维护周期，降低了工业化成本。同时，真空管路或真空泵中没有了粉末，使得真空管路或真空泵更加洁净，这也有利于对设备颗粒数量的控制。

以下通过具体实施方式及图2，对本发明一种上述的原子层沉积设备气路系统的控制方法进行详细说明。

现仅以原子层沉积技术中的一个半反应进行说明，该半反应为：将水汽通入反应腔室，饱和吸附在衬底表面后，通入吹扫气体去除残留水汽及反应副产物。

本发明的原子层沉积设备气路系统的控制方法，包括将水汽通入反应腔室的过程和吹扫水汽及其副产物的过程两个步骤。

在薄膜沉积过程中，保持腔室温度为250℃～400℃，优选300℃；保持各管路温度为80～150℃，优选120℃；并将WVG加热到特定的反应温度，例如200℃～400℃，优选350℃。

请参阅图2。将水汽通入反应腔室的过程具体可包括：

首先，关闭第四气动阀30，使氢气尾气处理管路41处于关闭状态；然后，打开第二质量流量控制器12和第二气动阀17，通过氧气管路24向水汽发生器6通入一定流量的氧气8。与此同时，打开第三质量流量控制器13和第三气动阀18，通过氢气管路25向水汽发生器6通入一定流量的氢气10。氢气与氧气在水汽发生器6中相遇并被催化，发生反应，生成水。水汽发生器6中生成的水作为原子层沉积反应中两种前驱物之一的水汽。

此时，关闭第六气动阀22，使氧气尾气处理管路42处于关闭状态，并打开第五气动阀19，使水汽管路40处于导通状态；接着，打开第四质量流量控制器14，通过载气管路26向水汽发生器通入一定流量的携载气体9，一般为氮气、氩气等惰性气体。携载气体进入水汽发生器后携带水汽，继续通过水汽管路到达反应腔室上方，并汇入稀释管路。

同时，打开第一质量流量控制器12和第一气动阀20，通过稀释管路27向反应腔室通入一定流量的稀释气体7。稀释气体在反应腔室1上方与由水汽管路40汇入的携载气体及其携带的水汽相遇，得到稀释后，进入反应腔室进行反应。未参与反应的部分水汽则通过真空管路29进入真空泵排出。此时，关闭第八气动阀23，使第二补偿支路44处于关闭状态，打开第五质量流量控制器16和第七气动阀21，使第一补偿支路43处于导通状态，通过补偿管路28及其第一补偿支路43向真空管路通入一定流量的补偿气体11，并汇入真空泵5。稀释气体、补偿气体与携载气体相同。

请继续参阅图2。吹扫水汽及其副产物的过程具体可包括：

在上述过程完毕之后，首先关闭第三气动阀18，打开第四气动阀30，氢气尾气处理管路41导通；这样就改变了氢气管路25中原有通向水汽发生器6的氢气流向，使氢气10通入氢气尾气处理管路，并进入氢气尾气处理装置31。

同时，关闭第五气动阀19，使水汽管路40截止，并打开第六气动阀22，使氧气尾气处理管路42处于导通状态，将流经水汽发生器6的氧气和携载气体通入真空管路，并汇入真空泵。

与此同时，为了保持腔室流经气体总流量的恒定，减小腔室压力的波动，可关闭第七气动阀21，使第一补偿支路43截止，并打开第八气动阀23，使第二补偿支路44导通，通过补偿管路28及其第二补偿支路44将一定流量的补偿气体11通入反应腔室上方的稀释管路，并与稀释气体混合后，进入反应腔室，对残留的水汽及其副产物进行吹扫。

补偿气体的流量等于氧气、氢气和携载气体流量的总和。

第二实施例

在以下本发明的具体实施方式中，请参阅图3，图3是本发明第二实施例的一种原子层沉积设备气路系统示意图。如图3所示，本发明的一种原子层沉积设备气路系统，包括直接或间接与反应腔室相连通的氧气管路24、氢气管路25、载气管路26、水汽管路40、稀释管路27、真空管路29、氢气替换管路45等主要气路。

请参阅图3。原子层沉积(原子层沉积)设备通常设有反应腔室1，在反应腔室内的上方设有喷淋头(Showerhead)2，用于喷射反应前驱物及其载气、吹扫气体等，在反应腔室内喷淋头的下方设有基座(Stageheater)3，基座用于放置待沉积薄膜衬底4；真空泵5用于将反应腔室内的废水和废气排出和回收；水汽发生器(WVG，Water Vapor Generator)6用于催化氢气和氧气反应，生成高纯水。

稀释管路27的末端连接至反应腔室1的入口，并与喷淋头2连通；在稀释管路27上可依次设置第一质量流量控制器15和第一气动阀20。稀释管路用于由其首端经第一质量流量控制器和第一气动阀向反应腔室内通入一定流量的稀释气体7，并通过喷淋头2均匀喷出。真空管路29的首端连接至反应腔室出口，另一端连接有真空泵5，可通过真空泵5将反应腔室内的废水和废气进行排出。

氧气管路24的末端连接至水汽发生器6；在氧气管路24上可依次设置第二质量流量控制器12和第二气动阀17。氧气管路24用于由其首端经第二质量流量控制器12和第二气动阀17向水汽发生器6内通入一定流量的氧气8。

氢气管路25的末端连接至水汽发生器6；在氢气管路25上可依次设置第三质量流量控制器13和第三气动阀18。氢气管路25用于由其首端经第三质量流量控制器13和第三气动阀18向水汽发生器6内通入一定流量的氢气10。通过水汽发生器6对进入的氢气和氧气进行催化，发生反应，生成水汽。

载气管路26的末端也连接至水汽发生器6；在载气管路26上设有第四质量流量控制器14。载气管路26用于由其首端经第四质量流量控制器14向水汽发生器6内通入一定流量的携载气体9，以携带出水汽发生器6中的水汽。携载气体一般为氮气、氩气等惰性气体。水汽管路40的首端连接水汽发生器6，末端在反应腔室1的上方位置与稀释管路27连接合并；在水汽管路40上设有第五气动阀19。水汽管路40用于将携载气体携带的水汽输送至其与稀释管路27的接口，然后再与稀释管路中的稀释气体混合，经稀释后，一起汇入反应腔室1进行工艺。稀释气体通常采用与携载气体相同的气体。

氢气替换管路45末端连接氢气管路25，具体为连接在第三质量流量控制器13之前；氢气替换管路31设有第十气动阀34。在吹扫水汽及其副产物过程中，停止向氢气管路25中通入氢气10，而通过氢气替换管路31向氢气管路25中通入氢气的替代气体32，进入WVG，使WVG不能继续生成水，能够非持续性地工作，因而提高了高纯水的利用率，节约了成本。然后再通过水汽管路40将氢气的替代气体与携载气体的混合气体通过稀释管路汇入反应腔室，对残留的水汽及反应副产物进行吹扫。

氢气的替代气体通常采用与携载气体相同的氮气、氩气等惰性气体。

为了便于在通入氢气10或氢气的替代气体32时进行切换控制，可在氢气替换管路45与氢气管路25接口之前的氢气管路25上设置第九气动阀33。

以下通过具体实施方式及图3，对本发明一种上述的原子层沉积设备气路系统的控制方法进行详细说明。

现仅以原子层沉积技术中的一个半反应进行说明，该半反应为：将水汽通入反应腔室，饱和吸附在衬底表面后，通入吹扫气体去除残留水汽及反应副产物。

本发明的原子层沉积设备气路系统的控制方法，包括将水汽通入反应腔室的过程和吹扫水汽及其副产物的过程两个步骤。

在薄膜沉积过程中，保持腔室温度为250℃～400℃，优选300℃；保持各管路温度为80～150℃，优选120℃；并将WVG加热到特定的反应温度，例如200℃～400℃，优选350℃。

请参阅图3。将水汽通入反应腔室的过程具体可包括：

首先，关闭第十气动阀34，使氢气替换管路45处于截止状态；然后，打开第二质量流量控制器12和第二气动阀17，通过氧气管路24向水汽发生器6通入一定流量的氧气8。同时，打开第三质量流量控制器13和第九气动阀33、第三气动阀18，通过氢气管路25向水汽发生器6通入一定流量的氢气10，使氢气与氧气在水汽发生器6中相遇，反应生成水汽。

此时，打开第五气动阀19，使水汽管路40处于导通状态；接着，打开第四质量流量控制器14，通过载气管路26向水汽发生器6通入一定流量的携载气体9，一般为氮气、氩气等惰性气体。携载气体继续通过水汽管路携带水汽，到达反应腔室上方汇入稀释管路。

同时，打开第一质量流量控制器15和第一气动阀20，通过稀释管路27向反应腔室1通入一定流量的稀释气体7。稀释气体与携载气体相同。稀释气体在反应腔室1上方与汇入的携载气体及其携带的水汽相遇，得到稀释后，进入反应腔室1进行反应。未参与反应的部分水汽通过真空管路29进入真空泵。

请继续参阅图3。吹扫水汽及其副产物的过程具体可包括：

在上述过程完毕之后，关闭第九气动阀33，停止向氢气管路25中通入氢气10；同时打开第十气动阀34，使氢气替换管路45处于导通状态，即可通过氢气替换管路45、经第三质量流量控制器13和第三气动阀18，向水汽发生器6通入氢气的替代气体32。氢气的替代气体与携载气体相同，氢气的替代气体的流量等于氢气的流量。WVG因缺少氢气流入而不能生成水。这样，氢气的替代气体就与氧气、携载气体一起继续通过水汽管路到达反应腔室1上方汇入稀释管路，并与稀释气体混合后，进入反应腔室1，对残留的水汽及其副产物进行吹扫。

因此，在下一个半反应周期中，由于真空管路29或真空泵5中的水已被吹扫干净，同样可避免两种前驱物(即水汽和另一种反应前驱物)在真空管路29或真空泵5相遇，也就避免了在真空管路或真空泵中发生CVD反应。

采用图3的气路系统，仅通过添加氢气替换管路即可实现本发明原子层沉积工艺的新型氢气进气方式，并实现对设备气路的明显简化。

以上的仅为本发明的优选实施例，实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同系统变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种原子层沉积设备的气路系统，其特征在于，包括：

稀释管路，连接至原子层沉积设备的反应腔室入口，用于向反应腔室内通入稀释气体；

真空管路，连接至所述反应腔室出口，用于通过真空泵将所述反应腔室内的废水和废气排出；

供水管路，所述供水管路包括，氧气管路和氢气管路、载气管路和水汽管路，所述氧气管路和氢气管路分别连接至水汽发生器，用于向水汽发生器内通入氧气和氢气，并通过水汽发生器生成水汽；所述载气管路，连接至水汽发生器，用于向水汽发生器内通入携载气体，以携带水汽；所述水汽管路，一端连接水汽发生器，另一端连接稀释管路，用于将携载气体携带的水汽通过稀释管路汇入所述反应腔室；

及氢气尾气处理管路，一端连接氢气管路，另一端连接氢气尾气处理装置，用于将氢气管路中的氢气尾气通入氢气尾气处理装置；还包括，

氧气尾气处理管路，一端连接水汽发生器，另一端连接真空管路，用于将由水汽发生器流出的携载气体和氧气尾气通过真空管路汇入真空泵；

补偿管路，包括第一补偿支路和第二补偿支路，所述第一补偿支路连接至真空管路，用于将补偿气体通过真空管路汇入真空泵，所述第二补偿支路连接至稀释管路，用于将补偿气体通过稀释管路汇入所述反应腔室。

2.根据权利要求1所述的气路系统，其特征在于，所述稀释管路设有第一质量流量控制器和第一气动阀，所述氧气管路设有第二质量流量控制器和第二气动阀，所述氢气管路设有第三质量流量控制器和第三气动阀，所述氢气尾气处理管路连接在第三质量流量控制器和第三气动阀之间，其设有第四气动阀，所述载气管路设有第四质量流量控制器，所述水汽管路设有第五气动阀。

3.根据权利要求1所述的气路系统，其特征在于，所述氧气尾气处理管路设有第六气动阀，所述补偿管路设有第五质量流量控制器，所述第一补偿支路设有第七气动阀，所述第二补偿支路设有第八气动阀。

4.一种基于权利要求1所述的气路系统的控制方法，其特征在于，包括：

水汽通入反应腔室的步骤，其包括：

关闭氢气尾气处理管路，通过氧气管路向水汽发生器通入一定流量的氧气，并通过氢气管路向水汽发生器通入一定流量的氢气，使氢气与氧气反应生成水汽，通过载气管路向水汽发生器通入一定流量的携载气体，以继续通过水汽管路携带水汽，到达反应腔室上方汇入稀释管路；

同时，通过稀释管路向反应腔室通入一定流量的稀释气体，在反应腔室上方与汇入的携载气体及其携带的水汽相遇，经稀释后，进入所述反应腔室；未参与反应的部分水汽通过真空管路进入真空泵；

和吹扫水汽及其副产物的步骤，其包括：

在上述过程完毕之后，打开氢气尾气处理管路，使氢气通入氢气尾气处理管路，并进入氢气尾气处理装置。

5.根据权利要求4所述的气路系统的控制方法，其特征在于，

所述水汽通入反应腔室的步骤还包括，关闭第二补偿支路，通过第一补偿支路向真空管路通入一定流量的补偿气体，汇入真空泵；

所述吹扫水汽及其副产物的步骤还包括，关闭水汽管路，打开氧气尾气处理管路，将流经水汽发生器的氧气和携载气体通入真空管路，汇入真空泵；同时，关闭第一补偿支路，打开第二补偿支路，将补偿气体通入反应腔室上方的稀释管路，与稀释气体混合后，进入反应腔室，对残留的水汽及其副产物进行吹扫，以维持所述反应腔室压力平衡；所述补偿气体的流量等于氧气、氢气和携载气体流量的总和。

6.根据权利要求4或5所述的气路系统的控制方法，其特征在于，通过设置质量流量控制器和气动阀，以控制各管路的流量和开闭。

7.一种原子层沉积设备的气路系统，其特征在于，包括：

稀释管路，连接至原子层沉积设备的反应腔室入口，用于向反应腔室内通入稀释气体；

真空管路，连接至所述反应腔室出口，用于通过真空泵将所述反应腔室内的废水和废气排出；

供水管路，所述供水管路包括氧气管路和氢气管路、载气管路和水汽管路，所述氧气管路和氢气管路分别连接至原子层沉积设备的水汽发生器，用于向水汽发生器内通入氧气和氢气，并通过水汽发生器生成水汽；载气管路，连接至水汽发生器，用于向水汽发生器内通入携载气体，以携带水汽；水汽管路，一端连接水汽发生器，另一端连接稀释管路，用于将携载气体携带的水汽通过稀释管路汇入所述反应腔室；

及氢气替换管路，连接氢气管路，用于向氢气管路中通入氢气的替代气体。

8.一种基于权利要求7所述的气路系统的控制方法，其特征在于，包括：

将水汽通入反应腔室的过程，其包括：

关闭氢气替换管路，通过氧气管路向水汽发生器通入一定流量的氧气，并通过氢气管路向水汽发生器通入一定流量的氢气，使氢气与氧气反应生成水汽；

通过载气管路向水汽发生器通入一定流量的携载气体，以继续通过水汽管路携带水汽，到达反应腔室上方汇入稀释管路；

同时，通过稀释管路向反应腔室通入一定流量的稀释气体，在反应腔室上方与汇入的携载气体及其携带的水汽相遇，经稀释后，进入反应腔室；未参与反应的部分水汽通过真空管路进入真空泵；和

吹扫水汽及其副产物的过程，其包括：

在上述过程完毕之后，停止向氢气管路中通入氢气，同时打开氢气替换管路，通过氢气替换管路向水汽发生器通入氢气的替代气体，与氧气、携载气体一起继续通过水汽管路到达反应腔室上方汇入稀释管路，并与稀释气体混合后，进入反应腔室，对残留的水汽及其副产物进行吹扫。

9.根据权利要求8所述气路系统的控制方法，其特征在于，所述氢气的替代气体的流量等于氢气的流量。

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