CN117845193A - 一种多层衬底原子层沉积装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多层衬底原子层沉积装置，包括反应外腔体、反应内腔体、进气扩口、集成进气机构及若干衬底载具。反应外腔体处于横向的两端分别设有进气端盖和固定端盖。反应内腔体设在反应外腔体内，包括内腔主体、分设在内腔主体横向两端的进气栅板、密封端盖。进气扩口的一端与进气端盖连接，另一端罩在进气栅板的外侧。集成进气机构包括机构主体以及可调节喷嘴；机构主体内设有气流通道，气流通道的进气端分别连接有前驱体进气入口、吹扫气入口和吹扫气出口。各衬底载具沿着反应内腔体的高度方向布置。由此可见，本发明结构紧凑，提高了前驱体的利用率，且能够实现多层沉积镀膜，极大地提高沉积镀膜效率。

Description

一种多层衬底原子层沉积装置

技术领域

本发明属于半导体生产制造设备，尤其涉及一种多层衬底原子层沉积装置。

背景技术

原子层沉积（ALD），是一种特殊的化学气相沉积技术，是通过将气相前驱体脉冲交替通入反应室并在沉积基体表面发生化学吸附反应形成薄膜的一种方法，具有优异的三维共形性、大面积的均匀性和精确的亚单层膜厚控制等特点。原子层沉积技术经过四十多年的发展，无论是在前驱体和沉积材料的种类，还是具体沉积方法的扩展与改进上，都已经取得了长足的进步，在众多领域展现出令人期待的商业前景。

目前，市场上主流垂直流动式反应室，也称顶部喷射式或喷淋式反应室。如图1所示，前驱体蒸汽的入口分布在反应室顶部，均匀性由ALD自限制生长机理控制。

具体工作原理如下：前驱体A从反应室顶部垂直进入腔室后，通过喷淋头均匀地喷射到暴露的衬底或膜表面发生化学吸附反应A，吹扫气体从反应室顶部吹扫衬底，把未被表面吸附的多余前驱体A和反应副产物吹扫出反应室；前驱体B从反应室顶部垂直进入腔室后，通过喷淋头均匀地喷射到暴露的衬底或膜表面发生化学吸附反应B，吹扫气体从反应室顶部吹扫衬底，把未被表面吸附的多余前驱体B和反应副产物吹扫出反应室。这样就形成一次ALD循环生长过程，每个循环过程包含了A、B两个半反应，具有自限制和互补性的特点。现有技术存在以下缺点：

（1）现有技术方案由于喷淋头的设计，使得反应腔室体积大，整体的空间利用率低，工艺反应时，不仅极大降低了前驱体利用率，而且增加了清洗脉冲时长；

（2）现有技术方案由于反应腔室结构，每次只能完成一片衬底的ALD沉积镀膜，沉积镀膜效率低。

发明内容

发明目的：针对上述现有存在的问题和不足，本发明的技术目的是提供了一种多层衬底原子层沉积装置，以实现多层沉积镀膜，极大地提高沉积镀膜效率，降低生产成本。同时，所述的多层衬底原子层沉积装置具有结构紧凑、空间利用率以及前驱体利用率高的优点。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种多层衬底原子层沉积装置，包括反应外腔体、反应内腔体、进气扩口、集成进气机构以及若干衬底载具，其中：所述反应外腔体处于横向的两端分别设有进气端盖和固定端盖；

所述反应内腔体设在所述反应外腔体内，包括进气端、内腔主体、排气端，进气端、排气端分设在内腔主体处于横向的两端，所述内腔主体的进气端设有进气栅板，所述内腔主体的排气端设有密封端盖；

所述进气扩口的一端为收口端并与进气端盖连接，另一端为扩口端并罩在进气栅板的外侧；

所述集成进气机构包括机构主体以及可调节喷嘴；所述机构主体固定在所述进气端盖上，且机构主体内设有气流通道，所述气流通道的进气端分别连接有前驱体进气入口、吹扫气入口和吹扫气出口；所述可调节喷嘴装载在进气扩口收口端的中部区域并与进气扩口收口端之间密封，且可调节喷嘴的固定部分与机构主体连接，而可调节喷嘴的喷头朝向进气栅板设置；

所述衬底载具一端滑动连接在所述反应外腔体上，另一端则顺序穿过所述固定端盖、密封端盖并伸入至所述反应内腔体中，所述衬底载具分别与所述固定端盖和所述密封端盖密封连接；

各衬底载具沿着反应内腔体的高度方向布置。

作为优选，所述机构主体包括流道集成块以及喷嘴端；流道集成块布设在反应外腔体的外侧，喷嘴端密封安装在进气端盖上，且喷嘴端的一端与流道集成块密封拼接成一体，另一端则安装所述的可调节喷嘴；

吹扫气入口有两个，对应为第一、第二吹扫气入口；

所述的气流通道包括主通道、进气通道、喷射通道以及两条环形气道；其中：

主通道沿着机构主体的中心线布置，且主通道的外侧端部设置有第一吹扫气入口，内侧端部则与可调节喷嘴连通；

喷射通道具有若干条，各喷射通道均贯通喷嘴端设置并周向布置在主通道的外侧，且各喷射通道的前端与可调节喷嘴连通；

进气通道具有若干条，数量与喷射通道的数量匹配；各进气通道均贯通流道集成块设置并周向布置在主通道的外侧，且各进气通道的外侧端部设置有所述的前驱体进气入口，内侧端部则与各喷射通道的尾端一一对接连通；

两条环形气道均设置在流道集成块中，对应为第一环形气道以及第二环形气道；第一环形气道连接有所述的吹扫气出口，且第一环形气道通过第一旁通道与进气通道一一对应连通；第二环形气道连接有所述的第二吹扫气入口，且第二环形气道通过第二旁通道与进气通道一一对应连通。

作为优选，所述流道集成块包括依次叠合的第一法兰体、第二法兰体、第三法兰体，所述第一法兰体、第二法兰体、第三法兰体分别设有若干横向通道，若干所述横向通道分别对应连通并形成若干个进气通道；所述第一法兰体设有第一流通环槽，第二法兰体内设有与所述第一流通环槽连通的若干第一旁通道；第二法兰体设有第二流通环槽，第三法兰体内设有与所述第二流通环槽连通的若干个第二旁通道，所述第一、第二旁通道的数量均与所述进气通道数量相同且对应；

当第一法兰体、第二法兰体、第三法兰体和喷嘴端依次密封叠合时，第一流通环槽形成第一环形气道并通过第一旁通道与进气通道连通；第二流通环槽形成第二环形气道并通过第二旁通道与进气通道连通；所述吹扫气出口与所述第一环形气道连接，所述第二吹扫气入口与第二环形气道连接。

作为优选，所述第一、第二旁通道中，靠近所述进气通道一端的通道口均小于所述进气通道的通道口。

作为优选，主通道通过第一法兰体、第二法兰体、第三法兰体、喷嘴端的中心贯通设有的通道连通形成。

作为优选，所述进气端盖的内侧还设有进气法兰，可调节喷嘴的外周侧通过进气法兰连接；

所述进气扩口的收口端与进气法兰套接，进气扩口的扩口端通过若干周向均布的伸缩密封组件压紧或松开所述进气栅板；

所述伸缩密封组件包括调节螺杆组件以及波纹管；

所述波纹管包括波纹管主体以及分设在波纹管主体两端的波纹管连接端、波纹管挤压端；波纹管连接端位于进气端盖外侧并与进气端盖固定连接，波纹管挤压端与扩口端的一侧固连，扩口端的另一侧与所述进气栅板的边缘位置接触连接；

所述调节螺杆组件包括调节螺杆以及分别与调节螺杆螺纹配合连接的压紧螺母、调节螺母；

调节螺杆设置于波纹管的内腔，且调节螺杆的一端与波纹管挤压端连接，另一端则穿出波纹管连接端后顺序与调节螺母、压紧螺母螺纹配合连接，且调节螺母与波纹管连接端轴向限位连接；

装卸时，通过旋转调节螺母，能够使所述进气扩口与所述进气栅板压紧或松开。

作为优选，所述进气栅板上对应可调节喷嘴的位置还设有导流块。

作为优选，所述反应外腔体上设有若干组滑动组件，每组滑动组件对应一衬底载具，所述滑动组件包括对应固设在所述反应外腔体两端的直线轴承，所述直线轴承内滑动连接有导向轴，所述导向轴与所述衬底载具连接。

作为优选，所述衬底载具包括载具盖板、固定块、耐热压缩弹簧、隔热板以及用于盛放衬底的载具本体；其中：

所述固定端盖上开设有若干竖向设置的第一通口；

所述载具盖板与所述第一通口对应设置，所述载具盖板与所述导向轴固连，所述载具盖板靠近所述反应内腔体一端固连有载具连接法兰；

所述载具连接法兰靠近所述反应内腔体一端固连有载具支撑轴；

所述载具支撑轴依次穿过所述固定块、所述耐热压缩弹簧和所述隔热板与所述载具本体固连，所述固定块与所述载具支撑轴固连，所述耐热压缩弹簧的一端与所述固定块固连，另一端与所述隔热板固连；

所述密封端盖靠近所述固定端盖一端开设有能够使所述载具本体通过的第二通口，所述第二通口与所述隔热板对应设置；

所述载具盖板的两端开设有第三通口，所述固定端盖的两端固连有通过所述第三通口的固定座；

所述固定座上安装有锁扣，所述载具盖板的两端固连有迫紧把手，关闭时，所述迫紧把手与对应端的所述锁扣扣接。

作为优选，所述密封端盖的圆周壁上开设有若干第一排气孔，各第一排气孔的外周还设有与若干所述第一排气孔连通的主气道，所述主气道的底部开设有主排气孔，所述密封端盖的底部固连有与所述主排气孔对应设置的排气底座，所述排气底座的底部与真空抽吸设备连接。

作为优选，位于所述密封端盖顶部的第一排气孔等距间隔设置，位于所述密封端盖两端的第一排气孔等距间隔设置且孔径沿所述主排气孔所在的相反方向依次增加，位于所述密封端盖底部的第一排气孔等距间隔设置且孔径沿两端依次增加。

作为优选，所述进气栅板对应所述进气扩口的扩口端开设有若干主进气口，所述主进气口沿水平或竖直方向对称设置。

作为优选，所述排气底座的底部设置有与真空抽吸设备连接的排气接口，排气接口上开设有若干第二排气孔，第二排气孔与反应内腔体、反应外腔体之间的间壁连通，若干所述第二排气孔的总排气面积小于若干所述第一排气孔的总面积，所述反应外腔体的底部设有气压调节口。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

（1）由于集成进气机构与若干衬底载具采用横向布设的方式，工艺反应时，以吹扫气体作为载气将前驱体从对应的前驱体进气入口通入气流通道，再从可调节喷嘴喷射进入反应内腔体中，均匀沉积于若干竖向设置的衬底载具上的衬底表面，实现了多层沉积镀膜，极大提高了沉积镀膜效率。

（2）本发明设置的集成进气机构不仅能够根据工艺反应的状态动态调节可调节喷嘴相对于进气栅板的距离，进而控制前驱体和吹扫气体的扩散喷射角度。而且集成设置的气流通道极大地缩小了集成进气机构的体积，使得反应内腔体的体积更小，配合反应外腔体和若干衬底载具不仅有效提高了整体的空间利用率以及前驱体的利用率，而且有效降低了清洗脉冲时长，具有结构布局设计紧凑、合理、美观，使用维护方便等优点。

（3）当对集成进气机构进行清扫时，关闭前驱体进气入口和吹扫气出口，于第一、第二吹扫气入口通入吹扫气体，将工艺反应后吸附于气流通道和可调节喷嘴上的前驱体颗粒吹起，随后关闭吹扫气入口和主通道，打开吹扫气出口，将吹起的前驱体颗粒排出，进而能够对气流通道和可调节喷嘴进行清洁处理。

（4）通过设置进气扩口和导流块能够将以吹扫气体作为载气的前驱体打散并均匀的从进气栅板进入反应内腔体中，同时密封端盖圆周壁上设置的若干第一排气孔能够均匀地将吹扫气体和前驱体沿主排气孔排出反应内腔体外，进而确保了前驱体于反应内腔体中均匀沉积。

（5）在安装、拆卸反应内腔体时，通过旋转调节螺母控制进气扩口与进气栅板间的压紧或松动，从而完成对反应内腔体的安装和拆卸，极大地提高了反应内腔体拆装的便捷性。

（6）本发明的多层衬底原子层沉积装置，反应内腔体内部气流流场均匀，提高了衬底ALD反应后每层之间和单片内的均匀性，结构巧妙易于拆卸安装。

附图说明

图1为现有技术垂直流动式反应腔的结构示意图；

图2为本发明所述多层衬底原子层沉积装置的立体结构示意图；

图3为本发明所述多层衬底原子层沉积装置的结构示意图；

图4为图3中集成进气机构的侧向结构示意图；

图5为图3中集成进气机构的横截面结构示意图；

图6为图3中反应内腔体的结构示意图；

图7为图3中反应内腔体的立体结构示意图；

图8为图6的左视图；

图9为图3所示的多层衬底原子层沉积装置的左视图；

图10为图3中衬底载具的结构示意图；

图11为图3中伸缩密封组件的结构示意图；

图12为本发明所述反应内腔体气流速度的仿真图。

其中，反应外腔体100、限位垫块110、进气端盖200、固定端盖300、反应内腔体400、进气端410、内腔主体420、排气端430、进气栅板440、主进气口441、密封端盖450、导流块460、第一排气孔470、主气道480、主排气孔481、排气底座490、第二排气孔491、集成进气机构500、第一法兰体511、第二法兰体512、第三法兰体513、喷嘴端514、横向通道515、前驱体进气入口516、第一环形气道517、第二环形气道518、旁通道519、可调节喷嘴520、吹扫气出口530、第二吹扫气入口540、主通道550、衬底载具600、载具盖板610、固定块620、耐热压缩弹簧630、隔热板640、载具支撑轴650、载具本体660、载具连接法兰670、迫紧把手680、锁扣690、伸缩密封组件700、调节螺杆710、压紧螺母711、调节螺母712、环形限位块713、波纹管主体720、波纹管连接端721、波纹管挤压端722、进气扩口730、扩口端740。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图2-3、图9所示，本发明所述的多层衬底原子层沉积装置，包括：反应外腔体100、反应内腔体400、进气扩口730、集成进气机构500以及若干衬底载具600，其中：

所述反应外腔体100处于横向的两端分别设有进气端盖200和固定端盖300，附图2-3中，进气端盖200布置在左侧，而固定端盖300则布置在右侧，即反应外腔体100的横向即为附图2-3的左右方向。其中，反应外腔体100内提供反应内腔体400的容纳空间，进气端盖200提供集成进气机构500的安装位置，固定端盖300提供衬底载具600的安装位置。

所述反应内腔体400用于提供前驱体沉积反应的空间。如图3所示，反应内腔体400设在反应外腔体100内，包括进气端410、内腔主体420、排气端430，进气端410、排气端430分设在内腔主体420处于横向的两端。图3中，进气端410布置在内腔主体420的左侧，排气端430布置在内腔主体420的右侧，即内腔主体420的横向即为附图3的左右方向。具体地，如图6-7所示，内腔主体420的进气端410设有进气栅板440，内腔主体420的排气端430设有密封端盖450。为便于限制反应内腔体400在反应外腔体100中的安装位置，在反应外腔体100的底部固设有两个限位垫块110，其中一个限位垫块110用于支撑所述进气栅板440，余下一个则用于支撑所述密封端盖450。

为实现反应内腔体400、反应外腔体100之间气流隔绝，本发明在进气端盖200与进气栅板440之间布置进气扩口730。进气扩口730的一端为收口端并与进气端盖200连接，另一端为扩口端740并罩在进气栅板440的外侧。

为进一步确保进气扩口730与进气栅板440之间的气密性，进气扩口730的扩口端740通过若干周向均布的伸缩密封组件700压紧或松开所述进气栅板440。伸缩密封组件700的具体构成如图11所示，包括调节螺杆组件以及波纹管；所述波纹管包括波纹管主体720以及分设在波纹管主体720两端的波纹管连接端721、波纹管挤压端722；波纹管连接端721位于进气端盖200外侧并与进气端盖200固定连接，波纹管挤压端722与扩口端740的一侧固连，扩口端740的另一侧与所述进气栅板440的边缘位置接触连接；所述调节螺杆组件包括调节螺杆710以及分别与调节螺杆710螺纹配合连接的压紧螺母711、调节螺母712；调节螺杆710设置于波纹管的内腔，且调节螺杆710的一端与波纹管挤压端722连接，另一端则穿出波纹管连接端721后顺序与调节螺母712、压紧螺母711螺纹配合连接，且调节螺母712与波纹管连接端721轴向限位连接，具体地，波纹管连接端721的外侧端面设置有安装嵌槽，调节螺母712的内侧端部嵌装在安装嵌槽中，且调节螺母712在靠近内侧端部的侧壁设置有环形限位槽，环形限位槽中嵌装有环形限位块713，该环形限位块713的外侧边缘与波纹管连接端721连接，从而可以对调节螺母712实现轴向限位，而在径向保持自由旋转；装卸时，通过旋转调节螺母712，能够使所述进气扩口730与所述进气栅板440压紧或松开。

安装时，将反应内腔体400的进气栅板440和密封端盖450放置于限位垫块110上，通过转动调节螺母712将进气扩口730与进气栅板440压紧从而固定反应内腔体400，拆卸时，依次拆除衬底载具600和固定端盖300，并旋转调节螺母712使进气扩口730与进气栅板440松动即可将反应内腔体400取出。伸缩密封组件700的设计一方面避免了维护保养时反应外腔体100左右端盖（即指左侧的进气端盖200、右侧的固定端盖300）都需要拆卸的作业过程，减小了工作量，提高了效率。另一方面进一步地巩固进气扩口730与进气栅板440之间的气密性。

为实现反应内腔体400的匀速进气，本发明所述的进气栅板440对应所述进气扩口730的扩口端740开设有若干主进气口441，所述主进气口441沿水平或竖直方向对称设置，进气栅板440的具体构造可以参考附图8。

为实现反应内腔体400的排气，如图6、图8所示，本发明所述密封端盖450的圆周壁上开设有若干第一排气孔470，各第一排气孔470的外周还设有与若干所述第一排气孔470连通的主气道480，所述主气道480的底部开设有主排气孔481，所述密封端盖450的底部固连有与所述主排气孔481对应设置的排气底座490，所述排气底座490的底部与真空抽吸设备连接。由此可见，本发明采用抽真空排气，反应内腔体400的气流方向是从进气栅板440进入，依次流经第一排气孔470、主气道480、主排气孔481、排气底座490后，通过真空抽吸设备抽出。

所述排气底座490的底部设置有与真空抽吸设备连接的排气接口，排气接口上开设有若干第二排气孔491，第二排气孔491与反应内腔体400、反应外腔体100之间的间壁连通，而反应外腔体100的底部设有气压调节口，以便于反应前通过真空抽吸设备同时排出反应内腔体400以及间壁中的杂质，并使反应内腔体400以及间壁中均充满吹扫气（选用N2气），若干所述第二排气孔491的总排气面积小于若干所述第一排气孔470的总面积，以使得反应过程中，间壁的气压始终高于反应内腔体400内的气压，避免反应内腔体400的气流自由泄露，提高内腔体的密封性。

位于所述密封端盖450顶部的第一排气孔470等距间隔设置，位于所述密封端盖450两端的第一排气孔470等距间隔设置且孔径沿所述主排气孔481所在的相反方向依次增加，位于所述密封端盖450底部的第一排气孔470等距间隔设置且孔径沿两端依次增加。本发明中，第一排气孔470在密封端盖450不同侧边上的孔径分布的不同，目的是为了促使反应内腔体400的内部速度场更加均匀，以致于ALD反应后每层衬底载具600上的衬底膜层厚度更加均匀。

为将各前驱体逐一通过同一汇聚位置导入反应内腔体400，本发明提供了一集成进气机构500，如图3-5所示，包括机构主体以及可调节喷嘴520。所述机构主体固定在所述进气端盖200上，可调节喷嘴520装载在进气扩口730收口端的中部区域并与进气扩口730收口端之间密封，且可调节喷嘴520的固定部分通过螺纹连接的方式与机构主体连接，而可调节喷嘴520的喷头朝向进气栅板440设置。由此可见，通过旋转可调节喷嘴520，即可以调整可调节喷嘴520的喷头与进气栅板440之间的间距，进而实现控制前驱体和载气的扩散喷射角度的目的。当然，本发明中，为调整可调节喷嘴520的喷头与进气栅板440之间的间距，也可以将可调节喷嘴520的固定部分与机构主体的连接方式更换其它可伸缩调节方式，比如常见的定位槽-定位销安装方式。

机构主体内设有气流通道，所述气流通道的进气端分别连接有前驱体进气入口516、吹扫气入口和吹扫气出口530。附图4中，气流通道的进气端连接有8路前驱体进气入口516，8路前驱体进气入口516圆周均匀布置，可以实现8种不同类型的前驱体镀膜，节约了空间。另外，本发明所述的进气扩口730与进气栅板440之间围成的区域，可以为集成进气机构500通过可调节喷嘴520喷出的气流（前驱体+载气）提供均匀分布的空间，为后续镀膜的均匀性提供保障。并在进气栅板440上对应可调节喷嘴520的位置设有导流块460，以打散可调节喷嘴520喷出的气流，进一步提高前驱体流入反应内腔体400的均匀性。

本发明所述的反应内腔体400，基于上述的进气扩口730、进气栅板440以及进气栅板440中部位置处的导流块460，可以确保流体均匀地流入，而基于上述的密封端盖450上各排气孔（第一、第二排气孔491）的分布，可以确保流体从反应内腔体400均匀地流出，即反应内腔体400在流体流向前、后端的特定构成，可以有效地确保反应内腔体400中流场的均匀，进而有效地确保ALD反应后每层载具上的衬底膜层厚度更加均匀。图12公开了本发明所述反应内腔体400的速度场仿真结果。

所述机构主体包括流道集成块以及喷嘴端514；流道集成块配设的目的是为了给吹扫气/载气的输入输出、多种前驱体的输入提供集成空间，而喷嘴端514配设的目的则是为了实现各前驱体均在汇聚后经可调节喷嘴520输出，有效地确保各种前驱体输入条件的同一性，进一步提高后续成膜的均匀性。

具体地，如图3所示，流道集成块布设在反应外腔体100的外侧，喷嘴端514密封安装在进气端盖200上，且喷嘴端514的一端与流道集成块密封拼接成一体，另一端则安装所述的可调节喷嘴520；吹扫气入口有两个，对应为第一吹扫气入口、第二吹扫气入口540。所述的气流通道包括主通道550、进气通道、喷射通道以及两条环形气道；其中：主通道550沿着机构主体的中心线布置，且主通道550的外侧端部设置有第一吹扫气入口，内侧端部则与可调节喷嘴520连通；喷射通道具有若干条，各喷射通道均贯通喷嘴端514设置并周向布置在主通道550的外侧，且各喷射通道的前端与可调节喷嘴520连通，各喷射通道在主通道550外侧的分布情况通常为均匀布置，也可以选择为非均匀布置；进气通道具有若干条，数量与喷射通道的数量匹配；各进气通道均贯通流道集成块设置并周向布置在主通道550的外侧，且各进气通道的外侧端部设置有所述的前驱体进气入口516，内侧端部则与各喷射通道的尾端一一对接连通，各进气通道在主通道550外侧的分布情况通常为均匀布置，也可以选择为非均匀布置；两条环形气道均设置在流道集成块中，对应为第一环形气道517以及第二环形气道518；第一环形气道517连接有所述的吹扫气出口530，且第一环形气道517通过第一旁通道与进气通道一一对应连通，即针对每一个进气通道，均配设一个第一旁通道与第一环形气道517连通；第二环形气道518连接有所述的第二吹扫气入口540，且第二环形气道518通过第二旁通道519与进气通道一一对应连通，即针对每一个进气通道，均配设一个第二旁通道519与第二环形气道518连通。

为便于流道集成块中环形气道的成型，本发明所述流道集成块包括依次叠合的第一法兰体511、第二法兰体512、第三法兰体513，所述第一法兰体511、第二法兰体512、第三法兰体513分别设有若干横向通道515，若干所述横向通道515分别对应连通并形成若干个进气通道；所述第一法兰体511设有第一流通环槽，第二法兰体512内设有与所述第一流通环槽连通的若干第一旁通道；第二法兰体512设有第二流通环槽，第三法兰体513内设有与所述第二流通环槽连通的若干个第二旁通道519，所述第一旁通道、第二旁通道519的数量均与所述进气通道数量相同且对应，且第一旁通道、第二旁通道519中，靠近所述进气通道一端的通道口均小于所述进气通道的通道口。当第一法兰体511、第二法兰体512、第三法兰体513和喷嘴端514依次密封叠合时，第一流通环槽形成第一环形气道517并通过第一旁通道与进气通道连通；第二流通环槽形成第二环形气道518并通过第二旁通道519与进气通道连通；所述吹扫气出口530和所述第一环形气道517连接，第二吹扫气入口540与第二环形气道518连接；主通道、进气通道、喷射通道、第一环形气道517、第二环形气道518和第一旁通道、第二旁通道519组成所述气流通道。主通道550通过第一法兰体511、第二法兰体512、第三法兰体513、喷嘴端514的中心贯通设有的通道连通形成。

进气端盖200的内侧还设有进气法兰，可调节喷嘴520的外周侧通过进气法兰连接；所述进气扩口730的收口端与进气法兰套接。

本发明中，如图3、图9所示，各衬底载具600沿着反应内腔体400的高度方向（即为附图3、9中的上下方向）布置。所述衬底载具600一端滑动连接在所述反应外腔体100上，另一端则顺序穿过所述固定端盖300、密封端盖450并伸入至所述反应内腔体400中，所述衬底载具600分别与所述固定端盖300和所述密封端盖450密封连接。

具体地，所述反应外腔体100上设有若干组滑动组件，如图2所示，每组滑动组件对应一衬底载具600，附图中，衬底载具600一共有三套，故滑动组件一共有三组，两者一一对应。所述滑动组件包括对应固设在所述反应外腔体100两端的直线轴承，所述直线轴承内滑动连接有导向轴，所述导向轴与所述衬底载具600连接。由此可见，本发明所述的衬底载具600通过滑动组件装载到反应外腔体100上，便于抽拉衬底载具600。

所述衬底载具600，其具体构造如图10所示，包括载具盖板610、固定块620、耐热压缩弹簧630、隔热板640以及用于盛放衬底的载具本体660；其中：所述固定端盖上开设有若干竖向设置的第一通口；所述载具盖板610与所述第一通口对应设置，所述载具盖板610与所述导向轴固连，所述载具盖板610靠近所述反应内腔体400一端固连有载具连接法兰670；所述载具连接法兰670靠近所述反应内腔体400一端固连有载具支撑轴650；所述载具支撑轴650依次穿过所述固定块620、所述耐热压缩弹簧630和所述隔热板640与所述载具本体660固连，具体地，载具本体660与载具支撑轴650是螺纹连接，拆卸更换方便，一方面载具本体660保养维护方便，二是载具本体660可根据需要匹配不同尺寸晶圆所需要的载具，所述固定块620与所述载具支撑轴650固连，所述耐热压缩弹簧630的一端与所述固定块620固连，另一端与所述隔热板640固连，因此，耐热压缩弹簧630的预紧力能够很好地确保隔热板640压紧反应内腔体400的外侧壁面，提高所在安装位点的密封效果；所述密封端盖450靠近所述固定端盖一端开设有能够使所述载具本体660通过的第二通口，所述第二通口与所述隔热板640对应设置；所述载具盖板610的两端开设有第三通口，所述固定端盖300的两端固连有通过所述第三通口的固定座；所述固定座上安装有锁扣690，所述载具盖板610的两端固连有迫紧把手680，关闭时，所述迫紧把手680与对应端的所述锁扣690扣接。

上述多层衬底原子层沉积装置的具体工作原理如下：

沉积反应前，关闭第一吹扫气入口、第二吹扫气入口540以及吹扫气出口530，打开真空抽吸设备、气压调节口以及8路前驱体进气入口516。在真空抽吸设备的作用下，由8路前驱体进气入口516、气压调节口同时输入载气（载气选用氮气），直至反应内腔体400及反应内腔体400、反应外腔体100之间的间壁中的真空度满足要求，关闭其中6路前驱体进气入口516，余下2路前驱体进气入口516常开，以作为后续沉积反应时顺序输入的前驱体A、B的入口。沉积反应过程中，在真空抽吸设备的作用下，前驱体A由对应的前驱体进气入口516输入，通过相应的进气通道、喷射通道（此时通道中流通的气流为载气+前驱体A组成的混合气）后，由可调节喷嘴520喷出，进而通过进气栅板440中心位置的导流块460，均匀地在进气栅板440的筛板面扩散进入反应内腔体400中。前驱体A在载气气流的影响下均匀地吸附在每层衬底上，形成吸附反应A，然后关闭前驱体A的输入并保持该前驱体进气入口中的载气输入，以对该路进气通道、喷射通道进行清洗，此时载气为吹扫气；前驱体B以同样的方式进行沉积反应，完成一次ALD过程。沉积反应过程中，气压调节口用于稳定反应内腔体400和反应外腔体100之间间壁的气压，以使间壁的气压始终高于反应内腔体400内的气压。

结束沉积反应后，取出衬底，关闭真空抽吸设备以及气压调节口。

清扫集成进气机构时，关闭前驱体进气入口516、吹扫气出口530以及真空抽吸设备，分别于第一吹扫气入口、第二吹扫气入口540通入吹扫气体（选用氮气），将工艺反应后吸附于气流通道和可调节喷嘴上的前驱体颗粒吹起，随后关闭第二吹扫气入口540和第一吹扫气入口，打开吹扫气出口530，将吹起的前驱体颗粒排出，进而能够对气流通道和可调节喷嘴进行清洁处理。

Claims (13)

1.一种多层衬底原子层沉积装置，其特征在于：包括反应外腔体、反应内腔体、进气扩口、集成进气机构以及若干衬底载具，其中：所述反应外腔体处于横向的两端分别设有进气端盖和固定端盖；

所述反应内腔体设在所述反应外腔体内，包括进气端、内腔主体、排气端，进气端、排气端分设在内腔主体处于横向的两端，所述内腔主体的进气端设有进气栅板，所述内腔主体的排气端设有密封端盖；

所述进气扩口的一端为收口端并与进气端盖连接，另一端为扩口端并罩在进气栅板的外侧；

所述集成进气机构包括机构主体以及可调节喷嘴；所述机构主体固定在所述进气端盖上，且机构主体内设有气流通道，所述气流通道的进气端分别连接有前驱体进气入口、吹扫气入口和吹扫气出口；所述可调节喷嘴装载在进气扩口收口端的中部区域并与进气扩口收口端之间密封，且可调节喷嘴的固定部分与机构主体连接，而可调节喷嘴的喷头朝向进气栅板设置；

所述衬底载具一端滑动连接在所述反应外腔体上，另一端则顺序穿过所述固定端盖、密封端盖并伸入至所述反应内腔体中，所述衬底载具分别与所述固定端盖和所述密封端盖密封连接；

各衬底载具沿着反应内腔体的高度方向布置。

2.根据权利要求1所述多层衬底原子层沉积装置，其特征在于：所述机构主体包括流道集成块以及喷嘴端；流道集成块布设在反应外腔体的外侧，喷嘴端密封安装在进气端盖上，且喷嘴端的一端与流道集成块密封拼接成一体，另一端则安装所述的可调节喷嘴；

吹扫气入口有两个，对应为第一、第二吹扫气入口；

所述的气流通道包括主通道、进气通道、喷射通道以及两条环形气道；其中：

主通道沿着机构主体的中心线布置，且主通道的外侧端部设置有第一吹扫气入口，内侧端部则与可调节喷嘴连通；

喷射通道具有若干条，各喷射通道均贯通喷嘴端设置并周向布置在主通道的外侧，且各喷射通道的前端与可调节喷嘴连通；

进气通道具有若干条，数量与喷射通道的数量匹配；各进气通道均贯通流道集成块设置并周向布置在主通道的外侧，且各进气通道的外侧端部设置有所述的前驱体进气入口，内侧端部则与各喷射通道的尾端一一对接连通；

两条环形气道均设置在流道集成块中，对应为第一环形气道以及第二环形气道；第一环形气道连接有所述的吹扫气出口，且第一环形气道通过第一旁通道与进气通道一一对应连通；第二环形气道连接有所述的第二吹扫气入口，且第二环形气道通过第二旁通道与进气通道一一对应连通。

3.根据权利要求2所述多层衬底原子层沉积装置，其特征在于：所述流道集成块包括依次叠合的第一法兰体、第二法兰体、第三法兰体，所述第一法兰体、第二法兰体、第三法兰体分别设有若干横向通道，若干所述横向通道分别对应连通并形成若干个进气通道；所述第一法兰体设有第一流通环槽，第二法兰体内设有与所述第一流通环槽连通的若干第一旁通道；第二法兰体设有第二流通环槽，第三法兰体内设有与所述第二流通环槽连通的若干个第二旁通道，所述第一、第二旁通道的数量均与所述进气通道数量相同且对应；

当第一法兰体、第二法兰体、第三法兰体和喷嘴端依次密封叠合时，第一流通环槽形成第一环形气道并通过第一旁通道与进气通道连通；第二流通环槽形成第二环形气道并通过第二旁通道与进气通道连通；所述吹扫气出口与所述第一环形气道连接，所述第二吹扫气入口与第二环形气道连接。

4.根据权利要求3所述多层衬底原子层沉积装置，其特征在于：所述第一、第二旁通道中，靠近所述进气通道一端的通道口均小于所述进气通道的通道口。

5.根据权利要求3所述多层衬底原子层沉积装置，其特征在于：主通道通过第一法兰体、第二法兰体、第三法兰体、喷嘴端的中心贯通设有的通道连通形成。

6.根据权利要求3所述多层衬底原子层沉积装置，其特征在于：所述进气端盖的内侧还设有进气法兰，可调节喷嘴的外周侧通过进气法兰连接；

所述进气扩口的收口端与进气法兰套接，进气扩口的扩口端通过若干周向均布的伸缩密封组件压紧或松开所述进气栅板；

所述伸缩密封组件包括调节螺杆组件以及波纹管；

所述波纹管包括波纹管主体以及分设在波纹管主体两端的波纹管连接端、波纹管挤压端；波纹管连接端位于进气端盖外侧并与进气端盖固定连接，波纹管挤压端与扩口端的一侧固连，扩口端的另一侧与所述进气栅板的边缘位置接触连接；

所述调节螺杆组件包括调节螺杆以及分别与调节螺杆螺纹配合连接的压紧螺母、调节螺母；

调节螺杆设置于波纹管的内腔，且调节螺杆的一端与波纹管挤压端连接，另一端则穿出波纹管连接端后顺序与调节螺母、压紧螺母螺纹配合连接，且调节螺母与波纹管连接端轴向限位连接；

装卸时，通过旋转调节螺母，能够使所述进气扩口与所述进气栅板压紧或松开。

7.根据权利要求1所述多层衬底原子层沉积装置，其特征在于：所述进气栅板上对应可调节喷嘴的位置还设有导流块。

8.根据权利要求1所述多层衬底原子层沉积装置，其特征在于：所述反应外腔体上设有若干组滑动组件，每组滑动组件对应一衬底载具，所述滑动组件包括对应固设在所述反应外腔体两端的直线轴承，所述直线轴承内滑动连接有导向轴，所述导向轴与所述衬底载具连接。

9.根据权利要求8所述多层衬底原子层沉积装置，其特征在于：所述衬底载具包括载具盖板、固定块、耐热压缩弹簧、隔热板以及用于盛放衬底的载具本体；其中：

所述固定端盖上开设有若干竖向设置的第一通口；

所述载具盖板与所述第一通口对应设置，所述载具盖板与所述导向轴固连，所述载具盖板靠近所述反应内腔体一端固连有载具连接法兰；

所述载具连接法兰靠近所述反应内腔体一端固连有载具支撑轴；

所述载具支撑轴依次穿过所述固定块、所述耐热压缩弹簧和所述隔热板与所述载具本体固连，所述固定块与所述载具支撑轴固连，所述耐热压缩弹簧的一端与所述固定块固连，另一端与所述隔热板固连；

所述密封端盖靠近所述固定端盖一端开设有能够使所述载具本体通过的第二通口，所述第二通口与所述隔热板对应设置；

所述载具盖板的两端开设有第三通口，所述固定端盖的两端固连有通过所述第三通口的固定座；

所述固定座上安装有锁扣，所述载具盖板的两端固连有迫紧把手，关闭时，所述迫紧把手与对应端的所述锁扣扣接。

10.根据权利要求1所述多层衬底原子层沉积装置，其特征在于：所述密封端盖的圆周壁上开设有若干第一排气孔，各第一排气孔的外周还设有与若干所述第一排气孔连通的主气道，所述主气道的底部开设有主排气孔，所述密封端盖的底部固连有与所述主排气孔对应设置的排气底座，所述排气底座的底部与真空抽吸设备连接。

11.根据权利要求10所述多层衬底原子层沉积装置，其特征在于：位于所述密封端盖顶部的第一排气孔等距间隔设置，位于所述密封端盖两端的第一排气孔等距间隔设置且孔径沿所述主排气孔所在的相反方向依次增加，位于所述密封端盖底部的第一排气孔等距间隔设置且孔径沿两端依次增加。

12.根据权利要求10所述多层衬底原子层沉积装置，其特征在于：所述进气栅板对应所述进气扩口的扩口端开设有若干主进气口，所述主进气口沿水平或竖直方向对称设置。

13.根据权利要求10所述多层衬底原子层沉积装置，其特征在于：所述排气底座的底部设置有与真空抽吸设备连接的排气接口，排气接口上开设有若干第二排气孔，第二排气孔与反应内腔体、反应外腔体之间的间壁连通，若干所述第二排气孔的总排气面积小于若干所述第一排气孔的总面积，所述反应外腔体的底部设有气压调节口。