CN110055515A - 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1至2个独立设置的真空泵用于分别排出反应前躯体A或/和B，以避免两种前躯体在真空管路中相遇而产生大量颗粒，从而延长了真空泵的使用寿命，降低了设备维护成本；还可通过增加2个独立设置的真空泵用于分别排出反应前躯体A和B，以进一步避免反应源旁路管路通过真空管路与腔室直接连通，从而降低了腔室被污染的概率，维护了腔室的洁净环境。

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

随着集成电路技术的快速发展，电子元器件的尺寸不断缩小，性能也不断得到提高。这对集成电路制备的各工序均提出了更高的要求，尤其是针对薄膜沉积技术。

化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)与物理气相沉积(PhysicalVapor Deposition，PVD)技术由于具有较高的沉积速率、众多的薄膜种类及简单的工艺过程等优点，被广泛应用；而原子层沉积(AtomicLayer Deposition，ALD)技术由于沉积速率慢，无法满足大生产中的产能要求，在一开始被摒弃。但随着器件特征尺寸的逐渐减小，化学气相沉积和物理气相沉积技术在薄膜厚度控制，尤其是台阶覆盖率等方面的劣势越来越显著。而原子层沉积技术由于在精准的厚度控制和优良的台阶覆盖率等方面具有的优势，重新回到人们的视野。

原子层沉积技术通常分为以下四步：

1)向腔室中通入第一种反应前躯体，使其与衬底表面发生充分的化学反应或饱和吸附，多余的反应前躯体将不再发生反应或吸附；

2)向腔室中通入吹扫气体(往往为惰性气体或氮气)，将残留的第一种反应前躯体及其副产物吹扫干净；

3)向腔室中通入第二种反应前躯体，待前驱物分子饱和吸附在衬底表面，多余的前驱体将不再参与反应；

4)向腔室中通入吹扫气体，将残留的第二种反应前躯体及其副产物吹扫干净。

通过以上四步可以发现，原子层沉积技术具有严格的自限制性，即完成以上四步后，将在衬底表面沉积一个单分子层。因此，通过控制沉积的循环次数，即可精确地控制沉积薄膜的厚度，并且具有优良的保形性。

原子层沉积技术的特点决定了两种反应前躯体不能相遇，否则将发生CVD反应，影响薄膜质量。而在原子层沉积设备中，为了保持反应前躯体良好的流通性，防止憋压造成反应前躯体通入量的波动，在反应前躯体不通入腔室时，往往直接被通入真空泵。此时，两种反应前躯体(即第一种反应前躯体和第二种反应前躯体)将有机会直接在真空泵中相遇，发生CVD反应，而产生大量的颗粒。这些颗粒主要存在以下两种危害：

一方面，大量颗粒汇集在真空泵中，将很容易导致真空泵卡死；

另一方面，由于真空泵和腔室是连通系统，将增加腔室被污染的概率，影响沉积薄膜质量。

请参阅图1，图1是现有的一种原子层沉积设备结构示意图。如图1所示，现有的原子层沉积(ALD)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；源瓶5和6分别用于存放反应前躯体A和B；惰性气体14、15和16分别沿不同的管路进行传输；真空泵30用于将反应腔室内的残留物排出和回收。

采用上述原子层沉积设备进行薄膜沉积时的过程，主要分为以下4步：

1)以经过第一质量流量控制器7的一定流量的惰性气体14作为携载气体，携载源瓶5中的反应前躯体A，流经气动阀10和管路17，在腔室1的上方与经过第二质量流量控制器8与管路21作为稀释气体的一定流量的惰性气体15混合流入腔室1，待反应前躯体A饱和吸附在衬底4上；此时，以经过第三质量流量控制器9的一定流量的惰性气体16作为携载气体，携载源瓶6中的反应前躯体B，流经气动阀13和管路20，并直接通过真空管路22进入真空泵30。

2)以经过第一质量流量控制器7的一定流量的惰性气体14，携载反应前躯体A，流经气动阀11和管路18，直接通过真空管路22进入真空泵30；同时，以经过第三质量流量控制器9的一定流量的惰性气体16，携载反应前躯体B，流经气动阀13和管路20，也直接通过真空管路22进入真空泵30；此时，使经过第二质量流量控制器8与管路21的一定流量的惰性气体15流入腔室1，对腔室1进行吹扫。

3)以经过第三质量流量控制器9的一定流量的惰性气体16，携载反应前躯体B，流经气动阀12和管路19，在腔室1的上方与经过第二质量流量控制器8与管路21的一定流量的惰性气体15混合后流入腔室1，待反应前躯体B饱和吸附在衬底4上；此时，使经过第一质量流量控制器7的一定流量的惰性气体14，携载反应前躯体A，流经气动阀11和管路18，直接通过真空管路22进入真空泵30。

4)以经过第三质量流量控制器9的一定流量的惰性气体16，携载反应前躯体B，流经气动阀13和管路20，直接通过真空管路22进入真空泵30；同时，以经过第一质量流量控制器7的一定流量的惰性气体14，携载反应前躯体A，流经气动阀11和管路18，直接通过真空管路22进入真空泵30；此时，使经过第二质量流量控制器8与管路21的一定流量的惰性气体15流入腔室1，对腔室1进行吹扫。

在上述沉积过程中，产生颗粒的方式主要有两种：

第一种：在第1)步(第3)步)中，反应前躯体B(A)与由腔室排出的多余的反应前躯体A(B)经真空管路22在真空泵30中相遇，发生CVD反应，产生相当量的颗粒；

第二种：在第2)步(第4)步)中，反应前躯体B(A)与反应前躯体A(B)直接在真空泵中相遇，发生CVD反应，产生大量颗粒，这将极大影响真空泵的使用寿命。

其中，上述第二种产生颗粒的方式为颗粒产生的主要方式。

由此可见，上述现有技术存在以下缺点：

1)两种前躯体A和B必定会在真空管路相遇，并发生CVD反应，产生大量颗粒，因而将缩短真空泵使用寿命，增加设备成本。

2)真空泵中产生的大量颗粒，又将对腔室的洁净环境带来有害影响，从而不利于腔室颗粒数量的控制。

因此，本发明提出了一种减少ALD设备颗粒产生的改进技术，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，提供一种新型原子层沉积设备的气路系统及其控制方法。

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的气路系统，包括至少两种反应前驱体传输管路和至少两种反应前驱体旁路，其中：

每种所述反应前驱体传输管路均用于向反应腔室通入对应的一种反应前驱体，且每种所述反应前驱体传输管路均与对应的一种所述反应前驱体旁路的进口端连接；

至少一种所述反应前驱体旁路的出口端连接有真空泵，且不同所述反应前驱体旁路之间不连通，以避免不同所述反应前驱体相遇而反应。

优选地，所述气路系统还包括：

稀释管路，连接至所述反应腔室入口，用于向所述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，用于通过第一真空泵将所述反应腔室内的残留物排出；

所述反应前驱体传输管路包括：

反应前躯体A传输管路，连接至所述稀释管路，用于将由携载气体A携带的反应前躯体A通过所述稀释管路汇入所述反应腔室；

反应前躯体B传输管路，连接至所述稀释管路，用于将由携载气体B携带的反应前躯体B通过所述稀释管路汇入所述反应腔室；

所述反应前驱体旁路包括：

反应前躯体A旁路，所述反应前躯体A旁路的进口端连接所述反应前躯体A传输管路，出口端连接第二真空泵；

反应前躯体B旁路，所述反应前躯体B旁路的进口端连接所述反应前躯体B传输管路，出口端通过所述真空管路连接所述第一真空泵。

优选地，所述气路系统还包括：

稀释管路，连接至所述反应腔室入口，用于向所述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，用于通过第一真空泵将所述反应腔室内的残留物排出；

所述反应前驱体传输管路包括：

反应前躯体A传输管路，连接至所述稀释管路，用于将由携载气体A携带的反应前躯体A通过所述稀释管路汇入所述反应腔室；

反应前躯体B传输管路，连接至所述稀释管路，用于将由携载气体B携带的反应前躯体B通过所述稀释管路汇入所述反应腔室；

所述反应前驱体旁路包括：

反应前躯体A旁路，所述反应前躯体A旁路的进口端连接所述反应前躯体A传输管路，出口端通过真空管路连接第一真空泵；

反应前躯体B旁路，所述反应前躯体B旁路的进口端连接所述反应前躯体B传输管路，出口端连接第三真空泵。

优选地，所述气路系统还包括：

稀释管路，连接至所述反应腔室入口，用于向所述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，用于通过第一真空泵将所述反应腔室内的残留物排出；

所述反应前驱体传输管路包括：

反应前躯体A传输管路，连接至所述稀释管路，用于将由携载气体A携带的反应前躯体A通过所述稀释管路汇入所述反应腔室；

反应前躯体B传输管路，连接至所述稀释管路，用于将由携载气体B携带的反应前躯体B通过所述稀释管路汇入所述反应腔室；

所述反应前驱体旁路包括：

反应前躯体A旁路，所述反应前躯体A旁路的进口端连接所述反应前躯体A传输管路，出口端连接第二真空泵；

反应前躯体B旁路，所述反应前躯体B旁路的进口端连接所述反应前躯体B传输管路，出口端连接第三真空泵。

优选地，所述反应前躯体A传输管路中设有用于存放反应前躯体A的第一源瓶，所述第一源瓶通过第一源瓶入口、第一源瓶出口接入所述反应前躯体A传输管路；所述反应前躯体B传输管路中设有用于存放反应前躯体B的第二源瓶，所述第二源瓶通过第二源瓶入口、第二源瓶出口接入所述反应前躯体B传输管路。

优选地，所述反应前躯体A传输管路设有用于控制反应前躯体A通断的第一控制阀，所述反应前躯体A旁路设有用于控制反应前躯体A通断的第二控制阀；所述反应前躯体B传输管路设有用于控制反应前躯体B通断的第三控制阀，所述反应前躯体B旁路设有用于控制反应前躯体B通断的第四控制阀。

本发明还提供了一种原子层沉积设备的气路系统的控制方法，所述控制方法包括：使通入不同反应前驱体旁路中的不同反应前驱体通过各自反应前驱体旁路连接的泵分别排出，以避免不同反应前驱体因相遇而反应。

优选地，所述控制方法包括以下步骤：

步骤S01：携载气体A携载反应前躯体A流经反应前躯体A传输管路，并与通入稀释管路中的稀释气体混合流入反应腔室进行反应；携载气体B携载反应前躯体B流经反应前躯体B传输管路，切换后通过反应前躯体B旁路、真空管路流入第一真空泵；

步骤S02：将流经所述反应前躯体A传输管路的所述反应前躯体A切换后通过反应前躯体A旁路流入第二真空泵，继续使所述反应前躯体B进入所述第一真空泵；吹扫气体通过所述稀释管路进入所述反应腔室进行吹扫；

步骤S03：将流经所述反应前躯体B旁路的所述反应前躯体B切换后流入所述反应前躯体B传输管路，并与通入稀释管路中的稀释气体混合流入所述反应腔室进行反应；继续使所述反应前躯体A进入所述第二真空泵；

步骤S04：将流经所述反应前躯体B传输管路的所述反应前躯体B再次切换后通过所述反应前躯体B旁路流入所述第一真空泵，继续使所述反应前躯体A进入所述第二真空泵；所述吹扫气体通过所述稀释管路进入所述反应腔室进行吹扫。

优选地，所述控制方法包括以下步骤：

步骤S01：携载气体A携载反应前躯体A流经反应前躯体A传输管路，并与通入稀释管路中的稀释气体混合流入反应腔室进行反应；携载气体B携载反应前躯体B流经反应前躯体B传输管路，切换后通过反应前躯体B旁路流入第三真空泵；

步骤S02：将流经所述反应前躯体A传输管路的所述反应前躯体A切换后经反应前躯体A旁路汇入真空管路再流入第一真空泵，继续使所述反应前躯体B进入所述第三真空泵；吹扫气体通过所述稀释管路进入所述反应腔室进行吹扫；

步骤S03：将流经所述反应前躯体B旁路的反应前躯体B切换后流入所述反应前躯体B传输管路，并与通入稀释管路中的稀释气体混合流入所述反应腔室进行反应；继续使所述反应前躯体A进入所述第一真空泵；

步骤S04：将流经所述反应前躯体B传输管路的所述反应前躯体B再次切换后通过所述反应前躯体B旁路流入所述第三真空泵，继续使所述反应前躯体A进入所述第一真空泵；吹扫气体通过所述稀释管路进入所述反应腔室进行吹扫。

优选地，所述控制方法包括以下步骤：

步骤S01：携载气体A携载反应前躯体A流经反应前躯体A传输管路，并与通入稀释管路中的稀释气体混合流入反应腔室进行反应；携载气体B携载反应前躯体B流经反应前躯体B传输管路，切换后通过反应前躯体B旁路进入第三真空泵；

步骤S02：将流经反应前躯体A传输管路的所述反应前躯体A切换后通过反应前躯体A旁路流入第二真空泵，继续使所述反应前躯体B进入所述第三真空泵；吹扫气体通过所述稀释管路进入所述反应腔室进行吹扫；

步骤S03：将流经所述反应前躯体B旁路的所述反应前躯体B切换后流入所述反应前躯体B传输管路，并与通入稀释管路中的稀释气体混合流入所述反应腔室进行反应；继续使所述反应前躯体A进入所述第二真空泵；

步骤S04：将流经所述反应前躯体B传输管路的所述反应前躯体B再次切换后通过所述反应前躯体B旁路流入所述第三真空泵，继续使所述反应前躯体A进入所述第二真空泵；所述吹扫气体通过稀释管路进入所述反应腔室进行吹扫。

本发明具有以下优点：

1)通过增加1至2个独立设置的真空泵用于分别排出反应前躯体A或/和B，以避免两种前躯体在真空管路中相遇而产生大量颗粒，从而延长了真空泵的使用寿命，降低了设备维护成本。

2)通过增加2个独立设置的真空泵用于分别排出反应前躯体A和B，以避免反应源旁路管路通过真空管路与腔室直接连通，从而降低了腔室被污染的概率，维护了腔室的洁净环境。

附图说明

图1是现有的一种原子层沉积设备结构示意图；

图2是本发明第一较佳实施例的一种原子层沉积设备结构示意图；

图3是本发明第二较佳实施例的一种原子层沉积设备结构示意图；

图4是本发明第三较佳实施例的一种原子层沉积设备结构示意图；

图中1.反应腔室，2.喷淋头，3.基座，4.衬底，5.第一源瓶，6.第二源瓶，7-9.第一质量流量控制器-第三质量流量控制器，10-13.第一控制阀-第四控制阀，14/15/16.惰性气体，17.反应前躯体A传输管路，18.反应前躯体A旁路，19.反应前躯体B传输管路，20.反应前躯体B旁路，21.稀释管路，22.真空管路，30.第一真空泵，31.第二真空泵，32.第三真空泵。

具体实施方式

本发明提供了一种原子层沉积设备的气路系统，包括至少两种反应前驱体传输管路和至少两种反应前驱体旁路，其中：每种反应前驱体传输管路均用于向反应腔室通入对应的一种反应前驱体，且每种反应前驱体传输管路均与对应的一种反应前驱体旁路的进口端连接；至少一种反应前驱体旁路的出口端连接有真空泵，且不同反应前驱体旁路之间不连通，以避免不同反应前驱体相遇而反应。

本发明还提供了一种原子层沉积设备的气路系统的控制方法，包括：使通入不同反应前驱体旁路中的不同反应前驱体通过各自反应前驱体旁路连接的泵分别排出，以避免不同反应前驱体因相遇而反应。

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结构以便于说明，特对附图中的结构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。

在以下本发明的具体实施方式中，请参阅图2，图2是本发明第一较佳实施例的一种原子层沉积设备结构示意图。如图2所示，本发明第一较佳实施例提供的一种原子层沉积设备的气路系统，包括稀释管路、真空管路、反应前驱体传输管路、反应前驱体旁路等主要气路。其中，反应前驱体传输管路可包括反应前躯体A传输管路和反应前躯体A旁路；反应前驱体旁路可包括反应前躯体B传输管路和反应前躯体B旁路。

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，基座可采用升降式，用于放置待沉积薄膜衬底4；第一真空泵30用于将反应腔室内的残留物排出和回收。

稀释管路21的末端连接至反应腔室1的入口，并与喷淋头2连通；在稀释管路的首端上可设置第二质量流量控制器8。稀释管路21用于由其首端经第一质量流量控制器向反应腔室1内通入一定流量的惰性气体15作为稀释气体或吹扫气体，并通过喷淋头2均匀喷出。

真空管路22的首端连接至反应腔室1的出口(排气口)，另一端连接第一真空泵30，可通过第一真空泵30将反应腔室1内的残留物进行排出。

反应前躯体A传输管路17的末端在反应腔室入口上方连接稀释管路21，用于将由携载气体A携带的反应前躯体A通过稀释管路汇入反应腔室。反应前躯体A传输管路中可设有用于存放反应前躯体A的第一源瓶5；第一源瓶通过第一源瓶入口、第一源瓶出口接入反应前躯体A传输管路。这样，可通过反应前躯体A传输管路的首端通入一定流量的惰性气体14作为携载气体A，携载第一源瓶内的反应前躯体A的饱和蒸气进入反应腔室进行反应。

在第一源瓶入口侧的反应前躯体A传输管路的首端上可设有第一质量流量控制器7，在第一源瓶出口侧的反应前躯体A传输管路上还可设有第一控制阀10。

反应前躯体B传输管路19的末端在反应腔室入口上方同样连接稀释管路21，用于将由携载气体B携带的反应前躯体B通过稀释管路汇入反应腔室。反应前躯体B传输管路中可设有用于存放反应前躯体B的第二源瓶6；第二源瓶通过第二源瓶入口、第二源瓶出口接入反应前躯体B传输管路。这样，可通过反应前躯体B传输管路的首端通入一定流量的惰性气体16作为携载气体B，携载第二源瓶内的反应前躯体B的饱和蒸气进入反应腔室进行反应。

在第二源瓶入口侧的反应前躯体B传输管路的首端上可设有第三质量流量控制器9，在第二源瓶出口侧的反应前躯体B传输管路上还可设有第三控制阀12。

反应前躯体A旁路18的进口端连接反应前躯体A传输管路，其连接点可位于第一源瓶出口与第一控制阀10之间；反应前躯体A旁路18的出口端连接独立设置的第二真空泵31。反应前躯体A旁路上可设有第二控制阀11。

反应前躯体B旁路20的进口端连接反应前躯体B传输管路，其连接点可位于第二源瓶出口与第三控制阀12之间；反应前躯体B旁路20的出口端通过真空管路22连接至第一真空泵30。反应前躯体B旁路上可设有第四控制阀13。

第一控制阀-第四控制阀可采用气动阀。

本发明还提供了一种基于上述第一较佳实施例的一种原子层沉积设备的气路系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤S01：以经过第一质量流量控制器7的一定流量的惰性气体14作为携载气体A，携载第一源瓶5内的反应前躯体A的饱和蒸气，流经反应前躯体A传输管路17上的第一控制阀10，并在反应腔室入口上方与经过第二质量流量控制器8通入稀释管路21中的一定流量的作为稀释气体的惰性气体15混合后，流入反应腔室1进行反应，待反应前躯体A饱和吸附在衬底4上；同时，以经过第三质量流量控制器9的一定流量的惰性气体16作为携载气体B，携载第二源瓶6内的反应前躯体B的饱和蒸气，流经反应前躯体B传输管路，此时，将第三控制阀12关闭、第四控制阀13打开，对反应前躯体B的传输路径进行切换，使反应前躯体B通过反应前躯体B旁路20进入真空管路22，以直接流入第一真空泵30；

步骤S02：将第一控制阀10关闭、第二控制阀11打开，对反应前躯体A的传输路径进行切换，使流经反应前躯体A传输管路的反应前躯体A经切换后流入反应前躯体A旁路18，使其流入第二真空泵31，并继续使反应前躯体B进入第一真空泵30；同时，以经过第二质量流量控制器8的一定流量的惰性气体15作为吹扫气体，通过稀释管路21进入反应腔室1，对腔室1进行吹扫；

步骤S03：将第四控制阀13关闭、第三控制阀12打开，对反应前躯体B的传输路径进行切换，使流经反应前躯体B旁路20的反应前躯体B切换流入反应前躯体B传输管路19，并在反应腔室入口上方与经过第二质量流量控制器8通入稀释管路21中的一定流量的作为稀释气体的惰性气体15混合后，流入反应腔室进行反应，待反应前躯体B饱和吸附在衬底4上；同时，继续使反应前躯体A进入第二真空泵31；

步骤S04：将第三控制阀12关闭、第四控制阀13打开，对反应前躯体B的传输路径进行切换，使流经反应前躯体B传输管路的反应前躯体B经再次切换后流入反应前躯体B旁路20，使其流入第一真空泵30，并继续使反应前躯体A进入第二真空泵31；同时，以经过第二质量流量控制器8的一定流量的惰性气体15作为吹扫气体，通过稀释管路21进入反应腔室1，对腔室1进行吹扫。

上述控制过程都是通过设置的第一质量流量控制器-第三质量流量控制器和第一控制阀-第四控制阀，来控制各管路的流量和开闭。

上述控制过程主要应用于避免背景技术部分指出的第二种颗粒产生方式，即颗粒的主要产生方式，可以避免因两种前躯体A和B在真空管路中相遇而产生大量颗粒，因此可明显提高真空泵的使用寿命，降低设备维护成本。

请参阅图3，图3是本发明第二较佳实施例的一种原子层沉积设备结构示意图。如图3所示，本发明第二较佳实施例提供的一种原子层沉积设备的气路系统，包括稀释管路、真空管路、反应前驱体传输管路、反应前驱体旁路等主要气路。其中，反应前驱体传输管路可包括反应前躯体A传输管路和反应前躯体A旁路；反应前驱体旁路可包括反应前躯体B传输管路和反应前躯体B旁路。

请参阅图3。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，基座可采用升降式，用于放置待沉积薄膜衬底4；第一真空泵30用于将反应腔室内的残留物排出和回收。

稀释管路21的末端连接至反应腔室1的入口，并与喷淋头2连通；在稀释管路的首端上可设置第二质量流量控制器8。稀释管路21用于由其首端经第一质量流量控制器向反应腔室1内通入一定流量的惰性气体15作为稀释气体或吹扫气体，并通过喷淋头2均匀喷出。

真空管路22的首端连接至反应腔室1的出口(排气口)，另一端连接第一真空泵30，可通过第一真空泵30将反应腔室1内的残留物进行排出。

反应前躯体A传输管路17的末端在反应腔室入口上方连接稀释管路21，用于将由携载气体A携带的反应前躯体A通过稀释管路汇入反应腔室。反应前躯体A传输管路中可设有用于存放反应前躯体A的第一源瓶5；第一源瓶通过第一源瓶入口、第一源瓶出口接入反应前躯体A传输管路。这样，可通过反应前躯体A传输管路的首端通入一定流量的惰性气体14作为携载气体A，携载第一源瓶内的反应前躯体A的饱和蒸气进入反应腔室进行反应。

在第一源瓶入口侧的反应前躯体A传输管路的首端上可设有第一质量流量控制器7，在第一源瓶出口侧的反应前躯体A传输管路上还可设有第一控制阀10。

反应前躯体B传输管路19的末端在反应腔室入口上方同样连接稀释管路21，用于将由携载气体B携带的反应前躯体B通过稀释管路汇入反应腔室。反应前躯体B传输管路中可设有用于存放反应前躯体B的第二源瓶6；第二源瓶通过第二源瓶入口、第二源瓶出口接入反应前躯体B传输管路。这样，可通过反应前躯体B传输管路的首端通入一定流量的惰性气体16作为携载气体B，携载第二源瓶内的反应前躯体B的饱和蒸气进入反应腔室进行反应。

在第二源瓶入口侧的反应前躯体B传输管路的首端上可设有第三质量流量控制器9，在第二源瓶出口侧的反应前躯体B传输管路上还可设有第三控制阀12。

反应前躯体A旁路18的进口端连接反应前躯体A传输管路，其连接点可位于第一源瓶出口与第一控制阀10之间；反应前躯体A旁路18的出口端通过真空管路22连接至第一真空泵30。反应前躯体A旁路上可设有第二控制阀11。

反应前躯体B旁路20的进口端连接反应前躯体B传输管路，其连接点可位于第二源瓶出口与第三控制阀12之间；反应前躯体B旁路20的出口端连接独立设置的第三真空泵32。反应前躯体B旁路上可设有第四控制阀13。

第一控制阀-第四控制阀可采用气动阀。

本发明还提供了一种基于上述第二较佳实施例的一种原子层沉积设备的气路系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤S01：以经过第一质量流量控制器7的一定流量的惰性气体14作为携载气体A，携载第一源瓶5内的反应前躯体A的饱和蒸气，流经反应前躯体A传输管路17上的第一控制阀10，并在反应腔室入口上方与经过第二质量流量控制器8通入稀释管路21中的一定流量的作为稀释气体的惰性气体15混合后，流入反应腔室1进行反应，待反应前躯体A饱和吸附在衬底4上；同时，以经过第三质量流量控制器9的一定流量的惰性气体16作为携载气体B，携载第二源瓶6内的反应前躯体B的饱和蒸气，流经反应前躯体B传输管路，此时，将第三控制阀12关闭、第四控制阀13打开，对反应前躯体B的传输路径进行切换，使反应前躯体B通过反应前躯体B旁路20流入第三真空泵32；

步骤S02：将第一控制阀10关闭、第二控制阀11打开，对反应前躯体A的传输路径进行切换，使流经反应前躯体A传输管路的反应前躯体A经切换后流入反应前躯体A旁路18，使其进入真空管路22，以直接进入第一真空泵30，并继续使反应前躯体B进入第三真空泵32；同时，以经过第二质量流量控制器8的一定流量的惰性气体15作为吹扫气体，通过稀释管路21进入反应腔室1，对腔室1进行吹扫；

步骤S03：将第四控制阀13关闭、第三控制阀12打开，对反应前躯体B的传输路径进行切换，使流经反应前躯体B旁路20的反应前躯体B切换流入反应前躯体B传输管路19，并在反应腔室入口上方与经过第二质量流量控制器8通入稀释管路21中的一定流量的作为稀释气体的惰性气体15混合后，流入反应腔室进行反应，待反应前躯体B饱和吸附在衬底4上；同时，继续使反应前躯体A进入第一真空泵30；

步骤S04：将第三控制阀12关闭、第四控制阀13打开，对反应前躯体B的传输路径进行切换，使流经反应前躯体B传输管路的反应前躯体B经再次切换后流入反应前躯体B旁路20，使其进入第三真空泵32，并继续使反应前躯体A进入第一真空泵30；同时，以经过第二质量流量控制器8的一定流量的惰性气体15作为吹扫气体，通过稀释管路21进入反应腔室1，对腔室1进行吹扫。

上述控制过程都是通过设置的第一质量流量控制器-第三质量流量控制器和第一控制阀-第四控制阀，来控制各管路的流量和开闭。

上述控制过程与第二较佳实施例相似，也是主要应用于避免背景技术部分指出的第二种颗粒产生方式，即颗粒的主要产生方式，因此同样可极大地提高真空泵的使用寿命。

请参阅图4，图4是本发明第三较佳实施例的一种原子层沉积设备结构示意图。如图4所示，本发明第三较佳实施例提供的一种原子层沉积设备的气路系统，包括稀释管路、真空管路、反应前驱体传输管路、反应前驱体旁路等主要气路。其中，反应前驱体传输管路可包括反应前躯体A传输管路和反应前躯体A旁路；反应前驱体旁路可包括反应前躯体B传输管路和反应前躯体B旁路。

请参阅图4。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，基座可采用升降式，用于放置待沉积薄膜衬底4；第一真空泵30用于将反应腔室内的残留物排出和回收。

稀释管路21的末端连接至反应腔室1的入口，并与喷淋头2连通；在稀释管路的首端上可设置第二质量流量控制器8。稀释管路21用于由其首端经第一质量流量控制器向反应腔室1内通入一定流量的惰性气体15作为稀释气体或吹扫气体，并通过喷淋头2均匀喷出。

真空管路22的首端连接至反应腔室1的出口(排气口)，另一端连接第一真空泵30，可通过第一真空泵30将反应腔室1内的残留物进行排出。

反应前躯体A传输管路17的末端在反应腔室入口上方连接稀释管路21，用于将由携载气体A携带的反应前躯体A通过稀释管路汇入反应腔室。反应前躯体A传输管路中可设有用于存放反应前躯体A的第一源瓶5；第一源瓶通过第一源瓶入口、第一源瓶出口接入反应前躯体A传输管路。这样，可通过反应前躯体A传输管路的首端通入一定流量的惰性气体14作为携载气体A，携载第一源瓶内的反应前躯体A的饱和蒸气进入反应腔室进行反应。

在第一源瓶入口侧的反应前躯体A传输管路的首端上可设有第一质量流量控制器7，在第一源瓶出口侧的反应前躯体A传输管路上还可设有第一控制阀10。

反应前躯体B传输管路19的末端在反应腔室入口上方同样连接稀释管路21，用于将由携载气体B携带的反应前躯体B通过稀释管路汇入反应腔室。反应前躯体B传输管路中可设有用于存放反应前躯体B的第二源瓶6；第二源瓶通过第二源瓶入口、第二源瓶出口接入反应前躯体B传输管路。这样，可通过反应前躯体B传输管路的首端通入一定流量的惰性气体16作为携载气体B，携载第二源瓶内的反应前躯体B的饱和蒸气进入反应腔室进行反应。

在第二源瓶入口侧的反应前躯体B传输管路的首端上可设有第三质量流量控制器9，在第二源瓶出口侧的反应前躯体B传输管路上还可设有第三控制阀12。

反应前躯体A旁路18的进口端连接反应前躯体A传输管路，其连接点可位于第一源瓶出口与第一控制阀10之间；反应前躯体A旁路18的出口端连接独立设置的第二真空泵31。反应前躯体A旁路上可设有第二控制阀11。

反应前躯体B旁路20的进口端连接反应前躯体B传输管路，其连接点可位于第二源瓶出口与第三控制阀12之间；反应前躯体B旁路20的出口端连接独立设置的第三真空泵32。反应前躯体B旁路上可设有第四控制阀13。

第一控制阀-第四控制阀可采用气动阀。

本发明还提供了一种基于上述第三较佳实施例的一种原子层沉积设备的气路系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤S01：以经过第一质量流量控制器7的一定流量的惰性气体14作为携载气体A，携载第一源瓶5内的反应前躯体A的饱和蒸气，流经反应前躯体A传输管路17上的第一控制阀10，并在反应腔室入口上方与经过第二质量流量控制器8通入稀释管路21中的一定流量的作为稀释气体的惰性气体15混合后，流入反应腔室1进行反应，待反应前躯体A饱和吸附在衬底4上；同时，以经过第三质量流量控制器9的一定流量的惰性气体16作为携载气体B，携载第二源瓶6内的反应前躯体B的饱和蒸气，流经反应前躯体B传输管路，此时，将第三控制阀12关闭、第四控制阀13打开，对反应前躯体B的传输路径进行切换，使反应前躯体B通过反应前躯体B旁路20流入第三真空泵32；

步骤S02：将第一控制阀10关闭、第二控制阀11打开，对反应前躯体A的传输路径进行切换，使流经反应前躯体A传输管路的反应前躯体A经切换后流入反应前躯体A旁路18，使其进入第二真空泵31，并继续使反应前躯体B进入第三真空泵32；同时，以经过第二质量流量控制器8的一定流量的惰性气体15作为吹扫气体，通过稀释管路21进入反应腔室1，对腔室1进行吹扫；

步骤S03：将第四控制阀13关闭、第三控制阀12打开，对反应前躯体B的传输路径进行切换，使流经反应前躯体B旁路20的反应前躯体B切换流入反应前躯体B传输管路19，并在反应腔室入口上方与经过第二质量流量控制器8通入稀释管路21中的一定流量的作为稀释气体的惰性气体15混合后，流入反应腔室进行反应，待反应前躯体B饱和吸附在衬底4上；同时，继续使反应前躯体A进入第二真空泵31；

步骤S04：将第三控制阀12关闭、第四控制阀13打开，对反应前躯体B的传输路径进行切换，使流经反应前躯体B传输管路的反应前躯体B经再次切换后流入反应前躯体B旁路20，使其进入第三真空泵32，并继续使反应前躯体A进入第二真空泵31；同时，以经过第二质量流量控制器8的一定流量的惰性气体15作为吹扫气体，通过稀释管路21进入反应腔室1，对腔室1进行吹扫。

上述控制过程都是通过设置的第一质量流量控制器-第三质量流量控制器和第一控制阀-第四控制阀，来控制各管路的流量和开闭。

上述控制过程可主要应用于避免背景技术部分指出的第一种和第二种颗粒产生方式，通过增加2个独立设置的真空泵用于分别排出反应前躯体A和B，不但可以避免两种前躯体在真空管路中相遇而产生大量颗粒，而且可以避免反应源旁路管路通过真空管路与腔室直接连通而污染腔室，因此可全面避免颗粒的产生，防止真空泵的卡死，从而可最大化地提高真空泵的使用寿命，并降低了腔室被污染的概率，维护了腔室的洁净环境。

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结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种原子层沉积设备的气路系统，其特征在于，包括至少两种反应前驱体传输管路和至少两种反应前驱体旁路，其中：

每种所述反应前驱体传输管路均用于向反应腔室通入对应的一种反应前驱体，且每种所述反应前驱体传输管路均与对应的一种所述反应前驱体旁路的进口端连接；

至少一种所述反应前驱体旁路的出口端连接有真空泵，且不同所述反应前驱体旁路之间不连通，以避免不同所述反应前驱体相遇而反应。

2.根据权利要求1所述的原子层沉积设备的气路系统，其特征在于，所述气路系统还包括：

稀释管路，连接至所述反应腔室入口，用于向所述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，用于通过第一真空泵将所述反应腔室内的残留物排出；

所述反应前驱体传输管路包括：

反应前躯体A传输管路，连接至所述稀释管路，用于将由携载气体A携带的反应前躯体A通过所述稀释管路汇入所述反应腔室；

反应前躯体B传输管路，连接至所述稀释管路，用于将由携载气体B携带的反应前躯体B通过所述稀释管路汇入所述反应腔室；

所述反应前驱体旁路包括：

反应前躯体A旁路，所述反应前躯体A旁路的进口端连接所述反应前躯体A传输管路，出口端连接第二真空泵；

反应前躯体B旁路，所述反应前躯体B旁路的进口端连接所述反应前躯体B传输管路，出口端通过所述真空管路连接所述第一真空泵。

3.根据权利要求1所述的原子层沉积设备的气路系统，其特征在于，所述气路系统还包括：

稀释管路，连接至所述反应腔室入口，用于向所述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，用于通过第一真空泵将所述反应腔室内的残留物排出；

所述反应前驱体传输管路包括：

反应前躯体A传输管路，连接至所述稀释管路，用于将由携载气体A携带的反应前躯体A通过所述稀释管路汇入所述反应腔室；

反应前躯体B传输管路，连接至所述稀释管路，用于将由携载气体B携带的反应前躯体B通过所述稀释管路汇入所述反应腔室；

所述反应前驱体旁路包括：

反应前躯体A旁路，所述反应前躯体A旁路的进口端连接所述反应前躯体A传输管路，出口端通过真空管路连接第一真空泵；

反应前躯体B旁路，所述反应前躯体B旁路的进口端连接所述反应前躯体B传输管路，出口端连接第三真空泵。

4.根据权利要求1所述的原子层沉积设备的气路系统，其特征在于，所述气路系统还包括：

稀释管路，连接至所述反应腔室入口，用于向所述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，用于通过第一真空泵将所述反应腔室内的残留物排出；

所述反应前驱体传输管路包括：

反应前躯体A传输管路，连接至所述稀释管路，用于将由携载气体A携带的反应前躯体A通过所述稀释管路汇入所述反应腔室；

反应前躯体B传输管路，连接至所述稀释管路，用于将由携载气体B携带的反应前躯体B通过所述稀释管路汇入所述反应腔室；

所述反应前驱体旁路包括：

反应前躯体A旁路，所述反应前躯体A旁路的进口端连接所述反应前躯体A传输管路，出口端连接第二真空泵；

反应前躯体B旁路，所述反应前躯体B旁路的进口端连接所述反应前躯体B传输管路，出口端连接第三真空泵。

5.根据权利要求2-4任意一项所述的原子层沉积设备的气路系统，其特征在于，所述反应前躯体A传输管路中设有用于存放反应前躯体A的第一源瓶，所述第一源瓶通过第一源瓶入口、第一源瓶出口接入所述反应前躯体A传输管路；所述反应前躯体B传输管路中设有用于存放反应前躯体B的第二源瓶，所述第二源瓶通过第二源瓶入口、第二源瓶出口接入所述反应前躯体B传输管路。

6.根据权利要求2-4任意一项所述的原子层沉积设备的气路系统，其特征在于，所述反应前躯体A传输管路设有用于控制反应前躯体A通断的第一控制阀，所述反应前躯体A旁路设有用于控制反应前躯体A通断的第二控制阀；所述反应前躯体B传输管路设有用于控制反应前躯体B通断的第三控制阀，所述反应前躯体B旁路设有用于控制反应前躯体B通断的第四控制阀。

7.一种原子层沉积设备的气路系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：使通入不同反应前驱体旁路中的不同反应前驱体通过各自反应前驱体旁路连接的泵分别排出，以避免不同反应前驱体因相遇而反应。

8.根据权利要求7所述的原子层沉积设备的气路系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S01：携载气体A携载反应前躯体A流经反应前躯体A传输管路，并与通入稀释管路中的稀释气体混合流入反应腔室进行反应；携载气体B携载反应前躯体B流经反应前躯体B传输管路，切换后通过反应前躯体B旁路、真空管路流入第一真空泵；

步骤S02：将流经所述反应前躯体A传输管路的所述反应前躯体A切换后通过反应前躯体A旁路流入第二真空泵，继续使所述反应前躯体B进入所述第一真空泵；吹扫气体通过所述稀释管路进入所述反应腔室进行吹扫；

步骤S03：将流经所述反应前躯体B旁路的所述反应前躯体B切换后流入所述反应前躯体B传输管路，并与通入稀释管路中的稀释气体混合流入所述反应腔室进行反应；继续使所述反应前躯体A进入所述第二真空泵；

步骤S04：将流经所述反应前躯体B传输管路的所述反应前躯体B再次切换后通过所述反应前躯体B旁路流入所述第一真空泵，继续使所述反应前躯体A进入所述第二真空泵；所述吹扫气体通过所述稀释管路进入所述反应腔室进行吹扫。

9.根据权利要求7所述的原子层沉积设备的气路系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S01：携载气体A携载反应前躯体A流经反应前躯体A传输管路，并与通入稀释管路中的稀释气体混合流入反应腔室进行反应；携载气体B携载反应前躯体B流经反应前躯体B传输管路，切换后通过反应前躯体B旁路流入第三真空泵；

步骤S02：将流经所述反应前躯体A传输管路的所述反应前躯体A切换后经反应前躯体A旁路汇入真空管路再流入第一真空泵，继续使所述反应前躯体B进入所述第三真空泵；吹扫气体通过所述稀释管路进入所述反应腔室进行吹扫；

步骤S03：将流经所述反应前躯体B旁路的反应前躯体B切换后流入所述反应前躯体B传输管路，并与通入稀释管路中的稀释气体混合流入所述反应腔室进行反应；继续使所述反应前躯体A进入所述第一真空泵；

步骤S04：将流经所述反应前躯体B传输管路的所述反应前躯体B再次切换后通过所述反应前躯体B旁路流入所述第三真空泵，继续使所述反应前躯体A进入所述第一真空泵；吹扫气体通过所述稀释管路进入所述反应腔室进行吹扫。

10.根据权利要求7所述的原子层沉积设备的气路系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S01：携载气体A携载反应前躯体A流经反应前躯体A传输管路，并与通入稀释管路中的稀释气体混合流入反应腔室进行反应；携载气体B携载反应前躯体B流经反应前躯体B传输管路，切换后通过反应前躯体B旁路进入第三真空泵；

步骤S02：将流经反应前躯体A传输管路的所述反应前躯体A切换后通过反应前躯体A旁路流入第二真空泵，继续使所述反应前躯体B进入所述第三真空泵；吹扫气体通过所述稀释管路进入所述反应腔室进行吹扫；

步骤S03：将流经所述反应前躯体B旁路的所述反应前躯体B切换后流入所述反应前躯体B传输管路，并与通入稀释管路中的稀释气体混合流入所述反应腔室进行反应；继续使所述反应前躯体A进入所述第二真空泵；

步骤S04：将流经所述反应前躯体B传输管路的所述反应前躯体B再次切换后通过所述反应前躯体B旁路流入所述第三真空泵，继续使所述反应前躯体A进入所述第二真空泵；所述吹扫气体通过稀释管路进入所述反应腔室进行吹扫。