CN109576675B - 原子层沉积装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种原子层沉积装置及方法，原子层沉积装置采用了额外添加吹扫管路的设计，通过将吹扫管路并联在原有的前驱体传输管路中，从而将吹扫气体的流量从前驱体的设定流量中解放出来，可以显著加大吹扫气体的流量，由于吹扫气流的增强，其吹扫工序所消耗的时间可以进一步减小，从而间接提高了整个装置的生产效率，同时还可以更彻底的对反应腔室中喷淋头及喷淋头边缘焊接处进行吹扫，避免了前驱体的残留，提高了生产薄膜的均匀性及薄膜质量。

Description

原子层沉积装置及方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，更具体地，涉及一种原子层沉积装置及方法。

背景技术

随着集成电路技术的不断提高，电子元器件逐渐向着小型化、集成化及精细化的方向发展，这就对电子元器件相关的制备技术提出了更高的要求，尤其是薄膜沉积技术。而传统的薄膜沉积技术，例如：物理气相沉积技术(PVD，Physical Vapor Deposition)、化学气相沉积技术(CVD，Chemical Vapor Deposition)等，均很难满足三维立体结构器件中台阶覆盖率的要求，因此，人们纷纷需求新的薄膜制备技术。

原子层沉积技术(Atomic layer deposition，ALD)是一种以单原子层形式逐层吸附在衬底上的薄膜制备技术。其最大特点是具有自限制性，即衬底上的活性位点反应完成后将不再发生反应，这就决定了采用原子层沉积技术制备的薄膜具有厚度高度可控、均匀性优异、台阶覆盖率高等众多优点，可完全满足三维立体结构器件的薄膜制备要求。

原子层沉积是通过将反应前驱体脉冲交替地通入反应腔室并在衬底上化学吸附并反应而形成沉积膜的一种技术。当反应前驱体到达衬底表面，它们会在其表面化学吸附并发生表面反应从而形成薄膜。

现有的原子层沉积装置具有以下技术问题：现有技术中通常以五(二甲氨基)钽(PDMAT)和NH₃作为反应源，PDMAT为橙色固体，沸点为80℃，所以不仅使用过程中需要加热，而且在使用载流气体携带PDMAT时，不可避免的引入固体颗粒，降低了薄膜质量。

进一步地，为了使前驱体NH₃和PDMAT在进入腔室前不相互接触发生反应，通常使用双层喷淋头，其中拐点多，内部通道复杂，仅通过调节管路本身的流量控制器和阀门进行吹扫，无法将喷淋头内部残余的前驱体吹扫干净，NH₃和PDMAT蒸汽容易储存在喷淋头边缘焊接处，从而导致沉积的薄膜边缘略厚，影响薄膜均匀性和薄膜质量。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种原子层沉积装置，其中，采用了额外添加吹扫管路的设计，在原有设备的基础上，通过将吹扫管路并联在原有的前驱体传输管路中，从而在显著加大吹扫气体的流量的同时，可以更彻底的对反应腔室中喷淋头及喷淋头边缘焊接处进行吹扫，避免了前驱体的残留，提高了生产薄膜的均匀性。

根据本发明的一方面，提供一种原子层沉积装置，其特征在于，包括：

反应腔室；

分别与所述腔室相连接的第一前驱体传输管路和第二前驱体传输管路；

分别与第一前驱体传输管路和第二前驱体传输管路相连接的第一吹扫管路和第二吹扫管路；

其中，所述第一吹扫管路与所述第一前驱体传输管路的至少部分相并联，所述第二吹扫管路与所述第二前驱体传输管路的至少部分相并联，所述第一吹扫管路与所述第二吹扫管路中的流量控制器的量程不小于3000标准毫升/分钟。

优选地，在所述第一吹扫管路与第二吹扫管路上分别设置有第一阀门与第二阀门，以分别控制管路的开启和关闭。

优选地，还包括：

第一吹扫支路，其一端接入第一吹扫管路中第一阀门的上游，另一端与真空泵相连接，所述第一吹扫支路上设有第三阀门；

第二吹扫支路，其一端接入第二吹扫管路中第二阀门的上游，另一端与真空泵相连接，所述第二吹扫支路上设有第四阀门。

优选地，所述第一前驱体传输管路上还设有用于装载第一前驱体的源瓶，所述源瓶通过源瓶进口管路和源瓶出口管路与部分所述第一前驱体传输管路相并联，所述源瓶内的底面设有至少一个柱状结构，所述柱状结构用于对所述源瓶的内部进行加热。

优选地，所述柱状结构的高度为所述源瓶高度的五分之一至二分之一

优选地，所述柱状结构为金属，所述柱状结构的一端固定于所述源瓶内的底面上。

根据本发明的另一方面，还提供一种原子层沉积方法，其特征在于，包括以下步骤：

准备衬底；

向反应腔室通入第一前驱体，第一前驱体的基团吸附于衬底表面；

将第一前驱体吹扫至真空泵；

对喷淋头进行第一次吹扫；

向反应腔室通入第二前驱体，第二前驱体与衬底表面的基团反应形成沉积材料；

将第二前驱体吹扫至真空泵；

对喷淋头进行第二次吹扫；

其中，通过第一吹扫管路对喷淋头进行第一次吹扫，以去除第一前驱体；通过第二吹扫管路对喷淋头进行第二次吹扫，以去除第二前驱体。

优选地，

将第一前驱体吹扫至真空泵时，断开源瓶与第一前驱体传输管路之间的连接，将第一前驱体传输管路中处于下游的一端接入真空泵，向第一前驱体传输管路的另一端通入吹扫气体，从而将第一前驱体吹扫至真空泵；

对喷淋头进行第一次吹扫时，所述第一阀门打开，所述第三阀门关闭，将第一吹扫管路接入第一前驱体传输管路，所述第一吹扫管路的气体流量为3000-6000标准毫升/分钟，吹扫气体经第一吹扫管路、第一前驱体传输管路及喷淋头进入反应腔室，吹扫持续时间为1-2秒；

优选地，

将第二前驱体吹扫至真空泵时，断开第二前驱体气源与第二前驱体传输管路之间的连接，将第二前驱体传输管路中处于下游的一端接入真空泵，向第二前驱体传输管路的另一端通入吹扫气体，从而将第二前驱体吹扫至真空泵。

对喷淋头进行第二次吹扫时，所述第二阀门打开，所述第四阀门关闭，将第二吹扫管路接入第二前驱体传输管路，所述第二吹扫管路的气体流量为3000-6000标准毫升/分钟，吹扫气体经第二吹扫管路、第二前驱体传输管路及喷淋头进入反应腔室，吹扫持续时间为1-2秒。

优选地，通过第一次吹扫和第二次吹扫，使吹扫气体流经所述喷淋头的内部及边缘，以去除残余的前驱体。

优选地，所述步骤还可包括沉积厚度检测，如沉积的薄膜厚度满足要求则工艺完成，如不满足要求则重复上述步骤直至厚度满足要求，并记录循环次数，在生产状态稳定的情况下，可根据记录的循环次数进行批量生产，仅对产品抽样进行厚度检测即可。

本发明提供的原子层沉积装置通过额外增添的吹扫管路，使得反应腔室能进行更大流量的吹扫，进一步地，还将吹扫的步骤分为了将前驱体吹扫至真空泵和对喷淋头进行吹扫，使得吹扫效果更好，具有很强的实用性。

由于吹扫气流的增强，吹扫所消耗的时间可以进一步减小，从而间接提高了整个装置的生产效率，吹扫管路增强了吹扫效果，避免了前驱体的残留和堆积，减少了反应腔室中的颗粒源，同时还提高了反应腔室中喷淋头的使用寿命，提高了薄膜的质量。且该原子层沉积装置中各部分均可采用电气控制，可实现自动化生产，减少了对人工的依赖，实现长时间连续生产，提高设备利用率，进一步降低工业化大规模生产的成本。

进一步地，所述原子层沉积装置中还包括吹扫支路，吹扫支路的设置使得吹扫气体的输入流量更加平稳，通过阀门控制切换即可实现吹扫步骤，也进一步提高了吹扫管路的响应速度。

所述原子层沉积装置还包括内部具有柱状结构的源瓶，该柱状结构可作为加热柱，使得该源瓶可在底部、顶部、侧面及内部同时进行加热，使其内部的第一前驱体受热均匀，该柱状结构为源瓶内部提供了热源，使得源瓶内部固态的第一前驱体与蒸汽之间保持平面接触，防止载气在携带第一前驱体蒸汽的同时携带一部分固体微粒，从而减少所生产的薄膜中的颗粒，进一步提高薄膜质量。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出了现有技术的原子层沉积装置的结构示意图；

图2示出了现有技术的原子层沉积装置的工艺流程图；

图3示出了现有技术的原子层沉积装置的源瓶的示意图；

图4示出了现有技术的原子层沉积装置制备的薄膜厚度分布图；

图5示出了本发明实施例的原子层沉积装置的源瓶的示意图；

图6示出了本发明实施例的原子层沉积装置的结构示意图；

图7示出了本发明实施例的原子层沉积装置的工艺流程图。

附图标记列表

100 反应腔室

110 基座

120 喷淋头

130 衬底

140 排气管路

20 第一前驱体

200 源瓶

210 柱状结构

310 第一前驱体传输管路

311 第一稀释管路

320 第二前驱体传输管路

321 第二稀释管路

330 第一吹扫管路

331 第一吹扫支路

340 第二吹扫管路

341 第二吹扫支路

350 载气及吹扫气体管路

D1 碟阀

MFC1 第一流量控制器

MFC2 第二流量控制器

MFC3 第三流量控制器

MFC4 第四流量控制器

MFC5 第五流量控制器

MFC6 第六流量控制器

MV1-MV7 手动阀门

P1-P11 气动阀门

PV1、PV2、PV5-PV8、PV10-PV12、PV14、PV15 气动阀门

PV9 第一阀门

PV3 第二阀门

PV13 第三阀门

PV4 第四阀门

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

图1示出了现有技术的原子层沉积装置的结构示意图，如图1所示，原子层沉积装置包括：反应腔室100，源瓶200、真空泵(未示出)以及连接各部分的气体传输管路。

各气体传输管路包括：第一前驱体传输管路310、第二前驱体传输管路320、第一稀释管路311、第二稀释管路321以及载气及吹扫气体管路350。

其中，MFC1-MFC4为流量控制器，分别控制第一前驱体传输管路310、第二前驱体传输管路320、第一稀释管路311、第二稀释管路321的气体流量，P1-P11为气动阀门，MV1-MV6是手动阀门，用于控制管路的通断，其中MV1、MV5、MV6经过管路与真空泵(图中未示出)相连，PDMAT为第一前驱体(钽源前驱体)，NH₃为第二前驱体(氮源前驱体)，管路中的吹扫气体以及第一前驱体的载气均为高纯氮气。第一前驱体与第二前驱体的反应温度通常为200℃-300℃，薄膜沉积速率为每循环0.5埃米左右，其主要用于形成半导体器件中的扩散阻挡层。

其中，第一前驱体传输管路310和第二前驱体传输管路320分别用于向反应腔室100中通入第一前驱体和第二前驱体，第一稀释管路311和第二稀释管路321用于提供氮气对前驱体进行稀释，以便于前驱体在反应腔室100中的扩散。载气及吹扫气体管路350用于提供氮气，氮气即可作为吹扫气体也可作为第一前驱体的载气。反应腔室100包括基座110，喷淋头120和衬底130，衬底130位于基座110上，第一前驱体、第二前驱体、载气及吹扫气体均通过喷淋头120进入反应腔室100中。

图2示出了现有技术的原子层沉积装置的工艺流程图，结合图1所示的结构示意图，工艺流程如下：

S01准备衬底130，将衬底130设置在基座110上；

S02输入第一前驱体，第一前驱体(PDMAT)蒸汽以脉冲形式由N₂经过第一流量控制器MFC1、气动阀门P8、手动阀门MV3、源瓶200、手动阀门MV4、气动阀门P9和PV10，并经过喷淋头120进入反应腔室100，经化学吸附吸附在衬底130表面；

S03采用N₂吹扫管路和腔室，将残余未发生反应的第一前驱体和副产物吹扫出反应腔室100，吹扫时P8和P9关闭，P7打开，为保证将管路和腔室内的第一前驱体吹扫干净，控制第一流量控制器MFC1的N₂流量300-500标准毫升/分钟(标准状态为0℃，1大气压)，并吹扫2-3秒；

S04输入第二前驱体，NH₃气体以脉冲形式经过第二流量控制器MFC2、气动阀门P4，并经过喷淋头120进入反应腔室100，与吸附在衬底130表面的第一前驱体蒸汽反应生成TaN；

S05采用N₂吹扫管路和腔室，将残余未发生反应的前驱体和副产物吹扫出腔室，吹扫时P1关闭，P2打开，P4关闭，P3打开，为保证将管路和腔室内的第二前驱体吹扫干净，控制第四流量控制器MFC4的N₂流量1000标准毫升/分钟，并吹扫3-5秒。

最终，判断薄膜厚度是否满足要求，如不满足要求则重复上述的S02至S05，直至薄膜厚度满足要求，取出衬底130。

图3示出了现有技术的原子层沉积装置的源瓶的示意图，由于第一前驱体20选用PDMAT，其常温下是固体，对于圆柱形的源瓶200，一般采用在源瓶200底部、顶部和侧面进行加热，PDMAT作为第一前驱体20一般需要加热到90℃左右，但源瓶200侧壁和底面温度达到90℃时，第一前驱体20中心处达不到设定温度(90℃)，因此，第一前驱体20一般从边缘靠近源瓶200侧壁处开始气化，使用一段时间后，第一前驱体20在源瓶200内呈小山状存在。当第一前驱体20在源瓶内呈小山状分布时，靠近源瓶200侧壁的第一前驱体20在载气(N₂)的作用下容易携带一部固态的第一前驱体进入管路，这部分第一前驱体难以吹扫干净，会成为薄膜的颗粒源，从而影响薄膜的质量。

图4示出了现有技术的原子层沉积装置制备的薄膜厚度分布图，图中"+"号表示薄膜厚度高于平均值，"-"号表示薄膜厚度低于平均值，图中可见，其生产的薄膜的边缘部分明显略厚于中心部分。

现有的ALD技术制备TaN薄膜时，为了使前驱体NH₃和PDMAT在进入腔室前不相互接触发生反应，通常使用双层喷淋头，其中拐点多，内部通道复杂，不利于将喷淋头内部残余的前驱体吹扫干净，NH₃气体和PDMAT蒸汽容易储存在喷淋头边缘焊接处，从而导致沉积的薄膜边缘略厚，进一步影响薄膜均匀性。

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

图5示出了本发明实施例的原子层沉积装置的源瓶的示意图，源瓶200中包括柱状结构210，所述柱状结构210为具有良好导热性和稳定性的金属，例如为不锈钢，通过焊接的方式将柱状结构210的一端与源瓶200的内部底面相连接。通过对源瓶200以及源瓶200内的柱状结构210进行加热，使源瓶200内具有一个热源，使该源瓶200可在底部、顶部、侧面及内部同时进行加热，使第一前驱体受热均匀，避免其在使用一段时间后形成小山状，使得源瓶200内部作为第一前驱体的PDMAT固态源与PDMAT蒸汽之间保持平面接触，防止载气(N₂)在携带第一前驱体蒸汽的同时携带一部分固体微粒，从而减少所生产的薄膜中的颗粒，提高薄膜质量。

进一步地，所述源瓶200内的柱状结构210的高度为源瓶200内部空间高度的五分之一至二分之一之间，优选地，所述柱状结构210的高度为源瓶200内部空间高度的三分之一，当然地，所述柱状结构210可以为多个，例如通过焊接的方式均匀的设置在所述源瓶中，当然地，柱状结构210也不应局限于设置在源瓶200的内部底面上。

图6示出了本发明实施例的原子层沉积装置的结构示意图，图中所示的原子层沉积装置主要由多条气体管路、第一前躯体源瓶200以及反应腔室100组成，反应腔室100通过排气管路连接真空泵(图中未示出)。

多条气体管路包括：第一前驱体传输管路310、第二前驱体传输管路320、第一稀释管路311、第二稀释管路321、第一吹扫管路330、第一吹扫支路331、第二吹扫管路340、第二吹扫支路341以及载气及吹扫气体管路350。

以第一前驱体为PDMAT和第二前驱体为NH₃制备TaN薄膜为例，则NH₃为氮源前驱体，PDMAT为钽源前驱体，气源包括第二前驱体气源和载气及吹扫气体气源，管路中的稀释气体、吹扫气体以及第一前驱体的载气均为高纯氮气，由载气及吹扫气体气源通过载气及吹扫气体管路350提供。

图中明显可见分别由第一至第六流量控制器MFC1-MFC6控制流量的六条管路，

第一前驱体传输管路310，由第一流量控制器MFC1控制其流量，第一流量控制器MFC1的量程例如为200-600标准毫升/分钟，用于向反应腔室100提供第一前驱体，第一前驱体传输管路310的一端接入载气及吹扫气体管路350以获取载气，另一端分别与反应腔室100和真空泵相连接，两端之间还设有用于装载第一前驱体的源瓶200，源瓶200通过源瓶进口管路和源瓶出口管路与部分第一前驱体传输管路310相并联。在源瓶200的下游设置有气动阀门PV14、PV15以及手动阀门MV6以控制与反应腔室100及真空泵之间的连通与否。进一步地，可对所述

第一前驱体传输管路310进行加热，防止第一前驱体在管路上沉积。

第二前驱体传输管路320，由第二流量控制器MFC2控制其流量，第二流量控制器MFC2的量程例如为1000-2500标准毫升/分钟，用于向反应腔室100提供第二前驱体，其一端分别与第二前驱体气源和载气及吹扫气体管路350相连接，另一端分别与反应腔室100和真空泵相连接；两端之间设有流量控制器MFC1以控制管路中气体的流量，其与反应腔室100之间的连接通过气动阀门PV6控制，与真空泵之间的连接通过气动阀门PV5和手动阀门MV1控制。

第一稀释管路311，由第三流量控制器MFC3控制其流量，第三流量控制器MFC3的量程例如为500-1200标准毫升/分钟，用于稀释携带有第一前驱体的载气，使其在反应腔室内散布更加均匀，第一稀释管路311的一端与载气及吹扫气体管路350相连接，另一端接入第一前驱体传输管路310中源瓶200的下游，两端之间依次设置有流量控制器MFC4和阀门PV8。

第二稀释管路321，由第四流量控制器MFC4控制其流量，第四流量控制器MFC4的量程同样例如为500-1200标准毫升/分钟，用于稀释第二前驱体，使其在反应腔室内散布更加均匀。第二稀释管路321的一端与载气及吹扫气体管路350相连接，另一端与第二前驱体传输管路320相连接，两端之间依次设置有流量控制器MFC3和阀门PV7。

第一吹扫管路330，由第五流量控制器MFC5控制其流量，第五流量控制器MFC5的量程不小于3000标准毫升/分钟，用于向第一前驱体管路310以及反应腔室提供大流量吹扫气体。其一端接入载气及吹扫气体管路350，另一端接入第一前驱体传输管路310中源瓶200的上游，两端之间设有第一阀门PV9以控制通断。

第一吹扫支路331，其一端接入第一吹扫管路330中第一阀门PV9的上游，另一端与真空泵相连接，所述第一吹扫支路331上设有第三阀门PV13，其中，当所述第一阀门PV9关闭时，所述第三阀门PV13开启，吹扫气体经第三阀门PV13导入真空泵中。

第二吹扫管路340，由第六流量控制器MFC6控制其流量，第六流量控制器MFC6的量程不小于3000标准毫升/分钟，用于向第二前驱体管路320以及反应腔室提供大流量吹扫气体。其一端接入载气及吹扫气体管路350，另一端与第二前驱体传输管路320相连接，两端之间设有第二阀门PV3以控制通断。

第二吹扫支路341，其一端接入第二吹扫管路340中第二阀门PV3的上游，另一端与真空泵相连接，第二吹扫支路341上设有第四阀门PV4及手动阀门MV2。其中，当所述第二阀门PV3关闭时，第四阀门PV4开启，吹扫气体经第四阀门PV4导入真空泵中。

图中PV1-PV15为气动阀门，MV1-MV7是手动阀门，D1为碟阀设置在排气管路140中，以控制反应腔室100中的气压，其中手动阀门MV1、MV2、MV6、MV7与真空泵340相连的管路均加热到120℃。

其中，第一吹扫管路330与第一前驱体传输管路310上的第一流量控制器MFC1相并联，所述第二吹扫管路340与第二前驱体传输管路320上的第二流量控制器MFC2相并联，以分别向第一前驱体传输管路310、第二前驱体传输管路320、反应腔室100及喷淋头120提供大流量的吹扫气体进行吹扫。

当然地，所述反应腔室100包括喷淋头120，所述第一前驱体传输管路310和第二前驱体传输管路320提供的气体经喷淋头120进入所述反应腔室，通常喷淋头120为双层设计，其中拐点多，内部通道复杂，不利于将内部残余的前驱体吹扫干净，前驱体容易储存在喷淋头的边缘焊接处，但本发明中的两条吹扫管路提供了更大的吹扫流量，使吹扫气流更加强劲，使吹扫气体可以吹扫喷淋头内部及喷淋头边缘，防止前驱体的残留和堆积，进而减少了反应腔室中的颗粒源，同时还提高了喷淋头120的使用寿命，提高了薄膜的质量。

图中管路走向仅为示意，实际管路设置的朝向和方位并非一定如图所示，其连接关系如图即可实现技术效果。

图7示出了本发明实施例的原子层沉积装置的工艺流程图，结合图6，描述其具体步骤、气体流向及阀门变动情况。

本发明实施例的原子城沉积装置的具体沉积工艺如下：

S10准备衬底，具体地，将所述衬底放入所述反应腔室100的基座110上，在工艺开始前，源瓶200预热至90℃左右，并采用高纯N₂吹扫反应腔室100和管路并保持腔室内压强为1托。

S20向反应腔室中通入第一前驱体(蒸汽)，控制第一流量控制器MFC1的N₂流量为300-500标准毫升/分钟，经过PV11、MV4、源瓶200、MV5、PV12、PV14，然后经过喷淋头120，进入到反应腔室100并吸附在衬底130表面，持续0.3秒-0.5秒。第一稀释管路311控制MFC3的气体流量800-1000标准毫升/分钟，经过PV8和携带有第一前驱体蒸汽的载气混合后一起经过喷淋头120进入反应腔室100，第一稀释管路311的流量不大于第一前驱体传输管路310的流量，否则PV8后端的压力高于PV14后端的压力会阻碍前驱体蒸汽流通，使得第一前驱体蒸汽不能全部通过PV14进入反应腔室100。第一吹扫管路330中的第五流量控制器MFC5控制的气体经过PV13直接进入真空泵；

S30将第一前驱体吹扫至真空泵，吹扫第一前驱体PDMAT途径管路，在步骤S20的基础上，关闭PV11和PV12打开PV10，关闭PV14打开PV15，其余阀门保持不变，此时，将PV10到PV14的一段管路内的残余第一前驱体蒸汽吹扫到真空泵，持续0.3秒-0.5秒；

S40对喷淋头进行第一次吹扫，吹扫气体通过第一吹扫管路330，经第一前驱体传输管路310、喷淋头120通入反应腔室100中，在步骤S30的基础上，打开第一阀门PV9，关闭PV13，打开PV14关闭PV15，控制第五流量控制器MFC5的气体流量为4000-5000标准毫升/分钟，吹扫气体经过第一阀门PV9、PV10、PV14后进入喷淋头120，虽然在喷淋头120中从其中心到边缘会有压降，但使用大流量的气体(4000-5000标准毫升/分钟)就可以达到将喷淋头120边缘焊接处的残余前驱体吹扫干净的效果，吹扫持续1秒-1.5秒；

S50向反应腔室100中通入第二前驱体，第二前驱体例如为NH₃，关闭第一阀门PV9，打开第三阀门PV13，使气体流量恢复到步骤S20，防止反应腔室100内气流量太高影响第二前驱体NH₃的吸附和反应。打开PV1，控制第二流量控制器MFC2的气体流量1500-2000标准毫升/分钟，第二前驱体经过PV6和喷淋头120进入反应腔室100，与吸附在衬底表面的第一前驱体反应生成薄膜，第二前驱体持续通入0.5秒-1秒，同时控制第四流量控制器MFC4的气体流量1000标准毫升/分钟，作为稀释气体，经过PV7和第二前驱体混合后一起进入腔室。此时，第六流量控制器MFC6控制的第二吹扫管路340中的气体经过第四阀门PV4直接进入真空泵；

S60将第二前驱体吹扫至真空泵，吹扫第二前驱体途径管路，在S50的基础上，关闭PV1，打开PV2，关闭PV6，打开PV5，持续0.3秒-0.5秒，将PV1到PV6的一段管路内的残余的第二前驱体吹扫到真空泵340中；

S70对喷淋头进行第二次吹扫，吹扫气体通过第二吹扫管路340，经第二前驱体传输管路320、喷淋头120通入反应腔室100中，在步骤S60的基础上，打开PV3，关闭PV4，打开PV6关闭PV5，控制第六流量控制器MFC6的气体流量为4000-5000标准毫升/分钟，气体经过PV3、PV6后进入喷淋头120，使用大流量的吹扫气体(4000-5000标准毫升/分钟)将喷淋头120内部拐点处残余的第二前驱体以及反应腔室100中的第二前驱体吹扫到真空泵中，吹扫持续1-2秒；

沉积厚度检测，如沉积的薄膜厚度满足要求则工艺完成，如不满足要求则重复上述步骤S20至S70直至厚度满足要求。

当然地，上述工艺流程中的部分步骤的顺序可以进行互换，类似的方法其同样应纳入本发明的保护范围，进一步地，上述工艺流程中的所有步骤均可实现电气控制，如阀门由电磁阀组进行控制，流量控制器MFC1-MFC6的反馈由PLC控制，实现自动化生产。

综上所述，本发明提供的原子层沉积装置通过额外增添的吹扫管路，使得反应腔室能进行更大流量的吹扫，进一步地，还将吹扫的步骤分为了将前驱体吹扫至真空泵和对喷淋头进行吹扫，使得吹扫效果更好，具有很强的实用性。

由于吹扫气流的增强，吹扫所消耗的时间可以进一步减小，从而间接提高了整个装置的生产效率，吹扫管路增强了吹扫效果，避免了前驱体的残留和堆积，减少了反应腔室中的颗粒源，同时还提高了反应腔室中喷淋头的使用寿命，提高了薄膜的质量。且该原子层沉积装置中各部分均可采用电气控制，可实现自动化生产，减少了对人工的依赖，实现长时间连续生产，提高设备利用率，进一步降低工业化大规模生产的成本。

进一步地，所述原子层沉积装置中还包括吹扫支路，吹扫支路的设置使得吹扫气体的输入流量更加平稳，通过阀门控制切换即可实现吹扫步骤，也进一步提高了吹扫管路的响应速度。

所述原子层沉积装置还包括内部具有柱状结构的源瓶，该柱状结构可作为加热柱，使得该源瓶可在底部、顶部、侧面及内部同时进行加热，使其内部的第一前驱体受热均匀，该柱状结构为源瓶内部提供了热源，使得源瓶内部固态的第一前驱体与蒸汽之间保持平面接触，防止载气在携带第一前驱体蒸汽的同时携带一部分固体微粒，从而减少所生产的薄膜中的颗粒，进一步提高薄膜质量。

依照本发明的实施例如上文所述，图示中为突出本发明技术方案的细节，各部件比例并非按照真实比例绘制，其附图中所示的比例及尺寸并不应限制本发明的实质技术方案，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种原子层沉积装置，其特征在于，包括：

反应腔室；

分别与所述腔室相连接的第一前驱体传输管路和第二前驱体传输管路；

分别与第一前驱体传输管路和第二前驱体传输管路相连接的第一吹扫管路和第二吹扫管路；

其中，所述第一吹扫管路与所述第一前驱体传输管路的至少部分相并联，所述第二吹扫管路与所述第二前驱体传输管路的至少部分相并联，所述第一吹扫管路与所述第二吹扫管路中的流量控制器的量程不小于3000标准毫升/分钟，所述第一前驱体传输管路上还设有用于装载第一前驱体的源瓶，所述第一吹扫管路的一端接入吹扫气体，另一端接入第一前驱体传输管路中源瓶的上游。

2.根据权利要求1所述的原子层沉积装置，其特征在于，在所述第一吹扫管路与第二吹扫管路上分别设置有第一阀门与第二阀门，以控制管路的开启和关闭。

3.根据权利要求2所述的原子层沉积装置，其特征在于，还包括：

第一吹扫支路，其一端接入第一吹扫管路中第一阀门的上游，另一端与真空泵相连接，所述第一吹扫支路上设有第三阀门；

第二吹扫支路，其一端接入第二吹扫管路中第二阀门的上游，另一端与真空泵相连接，所述第二吹扫支路上设有第四阀门。

4.根据权利要求1所述的原子层沉积装置，其特征在于，所述第一前驱体传输管路上还设有用于装载第一前驱体的源瓶，所述源瓶通过源瓶进口管路和源瓶出口管路与部分所述第一前驱体传输管路相并联，所述源瓶内的底面设有至少一个柱状结构，所述柱状结构用于对所述源瓶的内部进行加热。

5.根据权利要求4所述的原子层沉积装置，其特征在于，所述柱状结构的高度为所述源瓶高度的五分之一至二分之一。

6.根据权利要求5所述的原子层沉积装置，其特征在于，所述柱状结构为金属，所述柱状结构的一端固定于所述源瓶内的底面上。

7.一种原子层沉积方法，其利用如权利要求1-6中任一项所述的原子层沉积装置进行原子层沉积，其特征在于，包括以下步骤：

准备衬底；

向反应腔室通入第一前驱体，第一前驱体的基团吸附于衬底表面；

将第一前驱体吹扫至真空泵；

对喷淋头及第一前躯体传输管路进行第一次吹扫；

向反应腔室通入第二前驱体，第二前驱体与衬底表面的基团反应形成沉积材料；

将第二前驱体吹扫至真空泵；

对喷淋头及第二前驱体传输管路进行第二次吹扫；

其中，通过第一吹扫管路对喷淋头及第一前躯体传输管路进行第一次吹扫，以去除第一前驱体；通过第二吹扫管路对喷淋头及第二前驱体传输管路进行第二次吹扫，以去除第二前驱体。

8.根据权利要求7所述的原子层沉积方法，其特征在于，

将第一前驱体吹扫至真空泵时，断开源瓶与第一前驱体传输管路之间的连接，将第一前驱体传输管路中处于下游的一端接入真空泵，向第一前驱体传输管路的另一端通入吹扫气体，从而将第一前驱体吹扫至真空泵；

对喷淋头进行第一次吹扫时，所述第一阀门打开，所述第三阀门关闭，将第一吹扫管路接入第一前驱体传输管路，所述第一吹扫管路的气体流量为3000-6000标准毫升/分钟，吹扫气体经第一吹扫管路、第一前驱体传输管路及喷淋头进入反应腔室，吹扫持续时间为1-2秒。

9.根据权利要求7所述的原子层沉积方法，其特征在于，

将第二前驱体吹扫至真空泵时，断开第二前驱体气源与第二前驱体传输管路之间的连接，将第二前驱体传输管路中处于下游的一端接入真空泵，向第二前驱体传输管路的另一端通入吹扫气体，从而将第二前驱体吹扫至真空泵；

对喷淋头进行第二次吹扫时，所述第二阀门打开，所述第四阀门关闭，将第二吹扫管路接入第二前驱体传输管路，所述第二吹扫管路的气体流量为3000-6000标准毫升/分钟，吹扫气体经第二吹扫管路、第二前驱体传输管路及喷淋头进入反应腔室，吹扫持续时间为1-2秒。

10.根据权利要求7所述的原子层沉积方法，其特征在于，通过第一次吹扫和第二次吹扫，使吹扫气体流经所述喷淋头的内部及边缘，以去除残余的前驱体。

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