CN113774359A - 一种化学源瓶保温装置 - Google Patents

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周仁
王新征
龚炳建
黎微明
李翔
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • 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
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—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
    • 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
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45544—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus

Abstract

本发明提供一种化学源瓶保温装置，包括外壳，所述外壳内放置源瓶，所述源瓶具有进入管和排出管，所述进入管和所述排出管穿出所述外壳；所述外壳内安装若干加热器；所述外壳上结合安装与其内部连通的氮气进入管路和氮气排出管路；所述外壳具有真空夹层。所述化学源瓶保温装置有利于源瓶的保温，避免因突然断电降温导致前驱体冷凝导致的管路或阀体的堵塞；通过设置外壳内通氮气，可以在源瓶密封失效时防止前驱体与空气中的氧气或水蒸气发生反应，保证工艺效果；外壳由可拆卸连接的筒体和盖体组成，方便对源瓶进行维护。

Description

一种化学源瓶保温装置
技术领域
本发明涉及半导体制造相关技术领域，更准确的说涉及一种化学源瓶保温装置。
背景技术
原子层沉积(Atomic layer deposition，ALD)技术是将物质以单原子膜形式一层一层的镀在基底表面的技术。工业化ALD技术和装备广泛用于高端微纳器件的制造和加工。ALD技术具体为将气相前驱体交替脉冲通入ALD反应腔并在沉积基体表面发生气固相化学吸附反应形成薄膜。其中，液态或固态的前驱体储存在源瓶中，源瓶通过气路结构与ALD反应腔连通，通过气路结构将源瓶中的前驱体输送至ALD反应腔中。ALD技术对于温度控制的要求较高，需要通过加热结构对ALD反应腔及源瓶进行温度控制，温度控制的精准度直接影响ALD技术的工艺效果。
现有技术中，针对源瓶的加热结构主要实现保温功能。目前主要采用两种方案：一种是在源瓶外表面包裹设置硅胶开模的加热带，另一种是将源瓶放置在真空恒温箱中。采用硅胶开模的加热带，加热温度最高不能超过200℃，温度过高会产生颗粒及异味。真空恒温箱需要使用额外的抽真空装置及外表面冷却装置，成本较高，且不方便对源瓶进行更换、维护等操作。
综上，本领域需要一种保温效果好、成本较低且方便维护的化学源瓶保温装置。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种化学源瓶保温装置，采用具有真空夹层的外壳，源瓶放置在外壳内部，外壳内具有位于源瓶上下部的加热器，外壳内通氮气，确保保温效果，同时能够方便维护源瓶。
为了达到上述目的，本发明提供一种化学源瓶保温装置，包括外壳，所述外壳内放置源瓶，所述源瓶具有进入管和排出管，所述进入管和所述排出管穿出所述外壳；所述外壳内安装若干加热器；所述外壳上结合安装与其内部连通的氮气进入管路和氮气排出管路；所述外壳具有真空夹层。
优选地，所述氮气进入管路上安装压力开关，所述氮气排出管路上安装检测组件。
优选地，所述源瓶、所述进入管、所述排出管、所述加热器上均分别安装热电偶，所述热电偶穿出所述外壳。
优选地，所述源瓶具有阀门，所述阀门位于所述外壳内部。
优选地，所述外壳包括筒体和上盖，且所述筒体和所述上盖均具有真空夹层，所述上盖与所述筒体顶部可拆卸的连接，所述源瓶设置在所述筒体内部；所述进入管和所述排出管穿过所述筒体的侧部。
优选地，所述筒体外侧穿出所述进入管和所述排出管的位置安装进出加热器。
优选地，所述源瓶上部设置上加热器，所述源瓶下部设置下加热器；所述上加热器和所述上盖之间设置上反射板，所述下加热器和所述筒体之间设置下反射板。
优选地，所述外壳包括筒体和侧盖，且所述筒体及所述侧盖均具有真空夹层，所述侧盖与所述筒体侧部可拆卸的连接，所述源瓶设置在所述筒体内部，所述进入管和所述排出管穿过所述筒体的顶部。
优选地，所述源瓶上部设置上加热器，所述源瓶下部设置下加热器；所述下加热器采用晶圆加热器的形式。
优选地，所述筒体的内壁及所述侧盖的内壁为反射板。
与现有技术相比，本发明公开的一种化学源瓶保温装置的优点在于：外壳具有真空夹层，有利于源瓶的保温，在加热器突然断电时，保温装置可在一定时间内维持工艺温度，最终缓慢降温，进而避免因突然断电降温导致前驱体冷凝导致的管路或阀体的堵塞；通过设置外壳内通氮气，可以在源瓶密封失效时防止前驱体与空气中的氧气或水蒸气发生反应，保证工艺效果；外壳由可拆卸连接的筒体和盖体组成，方便对源瓶进行维护。
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，下面将对实施例或现有技术描述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。
如图1所示为本发明一种化学源瓶保温装置的原理图。
如图2所示为本发明一种化学源瓶保温装置第一个较佳实施例的正向剖视图。
如图3所示为本发明一种化学源瓶保温装置第一个较佳实施例的左视图。
如图4所示为本发明一种化学源瓶保温装置第二个较佳实施例的正向剖视图。
如图5所示为本发明一种化学源瓶保温装置第二个较佳实施例的左视图。
如图6所示为本发明一种化学源瓶保温装置第二个较佳实施例的后视图。
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。
如图1所示，本申请一种化学源瓶保温装置包括外壳2，源瓶1放置在外壳2内部，源瓶1具有进入管11和排出管12，且进入管11及排出管12穿出外壳2，外壳2内具有分别位于源瓶1上下部的上加热器51和下加热器52。具体的，源瓶1、进入管11、排出管12、上加热器51、下加热器52上均分别安装热电偶13、111、121、511、521，通过热电偶来精准控制温度，使源瓶1的温度保持在工艺要求范围内，热电偶穿出外壳2。
外壳2上结合安装与其内部连通的氮气进入管路3和氮气排出管路4。外壳2内部通入氮气，可以在源瓶1密封失效时防止前驱体与空气中的氧气或水蒸气发生反应，以保证工艺效果。氮气进入管路3上安装手动阀31、空气阀32、针阀33以及压力开关34，氮气排出管路4上安装检测组件41，检测组件包括单向阀和压力开关。当外壳2内部的气压大于设计气压时，氮气进入管路3上的压力开关34关闭，防止因压力过高出现危险情况。
进一步的，外壳2具有真空夹层。由于真空是热的不良导体，设置外壳2具有真空夹层可以提高对源瓶1的保温效果，即使在上下加热器突然断电的情况下，所述化学源瓶保温装置也可以在一段时间内维持工艺温度，最终缓慢降温，还可以避免突然断电降温导致前驱体冷凝导致的管路或阀体的堵塞。此外，由于外壳2具有真空夹层，外壳2的外壁温度较低，能够有效防止对操作者造成烫伤等危害。
参见图2和图3，为本申请一种化学源瓶保温装置的第一个较佳实施例，外壳2包括筒体21和上盖22，且筒体21具有真空夹层211，上盖22具有真空夹层221，上盖22与筒体21顶部可拆卸的连接。上盖22与筒体21的连接处采用O-ring或金属密封垫形式进行密封。
源瓶1设置在筒体21内部，进入管11和排出管12穿过筒体21的侧部。当需要更换或维护源瓶1时，在筒体21内部松开源瓶1与进入管11和排出管12的接头，即可拿出源瓶1。
进入管11和排出管12穿过筒体21的位置会因筒体21的热传导造成热量损失。因此，筒体21外侧穿出进入管11和排出管12的位置安装进出加热器25，进出加热器25中具有若干加热管251，加热管251包围进入管11和排出管12。通过设置进出加热器25可以防止在穿出位置温度降低导致前驱体凝结的情况，保证管道的通畅。因为设置了进出加热器25，为了防止烫伤操作者，可在穿出筒体21的进入管11和排出管12上设置非金属保温层。
氮气进入管路3和氮气排出管路4均穿过上盖22。上盖22还穿设热电偶接口26，热电偶通过热电偶接口26穿过上盖22。上盖22及筒体21上分别穿设加热器接口27。
上加热器51和下加热器52可采用加热棒、铠装加热器、铸铝加热器等形式。上加热器51和上盖22之间设置上反射板23，下加热器52和筒体21之间设置下反射板24。通过设置上反射板23和下反射板24可以实现加热器与外壳2的隔热供能。
参见图4、图5和图6，为本申请一种化学源瓶保温装置的第二个较佳实施例，外壳2包括筒体21A和侧盖22A，且筒体21A及侧盖22A均具有真空夹层，侧盖22A与筒体21A侧部可拆卸的连接。源瓶1设置在筒体21A内部。此实施例中通过拆下侧盖22A可直接对源瓶1进行维护，无需取出源瓶1，操作更加方便快捷。
进入管11和排出管12穿过筒体21的顶部，筒体21外侧穿出进入管11和排出管12的位置安装进出加热器25。
源瓶1具有阀门14，阀门14位于外壳2内部。通过将阀门14设置在所述化学源瓶保温装置内部，可以缩短阀门14与源瓶1之间的距离，从而缩短了前驱体进入反应腔的时间，提升了镀膜效率；还可以避免因传统的阀门加热带保温失效或者冷点问题造成前驱体冷凝，进而造成阀门堵塞的情况。阀门14连接CDA管141，CDA管141通过一个接口28穿过筒体21A的侧部。
氮气进入管路3A穿过筒体21A侧部，氮气排出管路4均穿过筒体21A顶部。筒体21A顶部还穿设热电偶接口26A，热电偶通过热电偶接口26A穿过筒体21A。筒体21A上穿设加热器接口27A。
下加热器52A可采用晶圆加热器的形式，使用晶圆加热器可以精确控温，防止因温度过高化学源分解，或温度过低不能得到理想的饱和蒸汽压的情况。下加热器52A和筒体21A之间安装陶瓷垫片，减少下加热器52A与筒体21A之间的热传导，提高隔热效果。
进一步的，筒体21A内壁及侧盖22A内壁可设置为反射板，进一步提高保温隔热的效果。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种化学源瓶保温装置，其特征在于，包括外壳，所述外壳内放置源瓶，所述源瓶具有进入管和排出管，所述进入管和所述排出管穿出所述外壳；所述外壳内安装若干加热器；所述外壳上结合安装与其内部连通的氮气进入管路和氮气排出管路；所述外壳具有真空夹层。
2.如权利要求1所述的化学源瓶保温装置，其特征在于，所述氮气进入管路上安装压力开关，所述氮气排出管路上安装检测组件。
3.如权利要求1所述的化学源瓶保温装置，其特征在于，所述源瓶、所述进入管、所述排出管、所述加热器上均分别安装热电偶，所述热电偶穿出所述外壳。
4.如权利要求1所述的化学源瓶保温装置，其特征在于，所述源瓶具有阀门，所述阀门位于所述外壳内部。
5.如权利要求1所述的化学源瓶保温装置，其特征在于，所述外壳包括筒体和上盖，且所述筒体和所述上盖均具有真空夹层，所述上盖与所述筒体顶部可拆卸的连接，所述源瓶设置在所述筒体内部；所述进入管和所述排出管穿过所述筒体的侧部。
6.如权利要求5所述的化学源瓶保温装置，其特征在于，所述筒体外侧穿出所述进入管和所述排出管的位置安装进出加热器。
7.如权利要求5所述的化学源瓶保温装置，其特征在于，所述源瓶上部设置上加热器，所述源瓶下部设置下加热器；所述上加热器和所述上盖之间设置上反射板，所述下加热器和所述筒体之间设置下反射板。
8.如权利要求1所述的化学源瓶保温装置，其特征在于，所述外壳包括筒体和侧盖，且所述筒体及所述侧盖均具有真空夹层，所述侧盖与所述筒体侧部可拆卸的连接，所述源瓶设置在所述筒体内部，所述进入管和所述排出管穿过所述筒体的顶部。
9.如权利要求8所述的化学源瓶保温装置，其特征在于，所述源瓶上部设置上加热器，所述源瓶下部设置下加热器；所述下加热器采用晶圆加热器的形式。
10.如权利要求8所述的化学源瓶保温装置，其特征在于，所述筒体的内壁及所述侧盖的内壁为反射板。
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