CN205874535U - 真空镀膜装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及真空镀膜装置，所述装置由喷淋板、连通真空的反应腔、脉冲阀组成，所述喷淋板同时是反应腔顶盖，所述顶盖内部设置气体管，每一种气体管由外部气体进气管和内部气体分布管组成，并且每一种气体管为相互独立的气体管。采用本实用新型技术方案，进入喷淋板的反应气体的进气管和气体分布管是完全独立的，保证了不同反应气体在进入反应腔前相互隔离，完全避免了CVD的产生,缩短了残余气体反应物及气体反应产物的清洗时间,提高了沉积速度.另一方面,本实用新型使气流进入反应腔分布均匀,确保了反应气体在反应腔的任何部位的气体浓度相同,完美解决了影响薄膜沉积厚度的气体浓度差异问题。

Description

真空镀膜装置

技术领域

本实用新型涉及真空镀膜技术领域，具体涉及基于原子层沉积的真空镀膜装置。

背景技术

原子层沉积(Atomic layer deposition，ALD)技术是一个以表面化学气相反应为基础的薄膜沉积技术。如图1所示，它通过将两种以上的化学气体前驱物分开导入反应腔，使得每一种前驱物在基地表面分别发生充分饱和的表面化学反应，其间对饱和表面反应后的气相反应产物及未反应的气体吹扫干净，因此可以将物质以单原子膜形式镀在基底表面，并对所沉积的薄膜的厚度及均匀度精确控制在原子层厚度范围内。ALD技术最早称为Atomic Layer Epitaxy,(ALE),是由芬兰科学家在1970年代提出(US 4058430)，主要用于制备电致发光薄膜的应用。但是由于时代的局限性，该技术的其它应用在较长一段时间内受到限制。另一方面，半导体产业正在遵循摩尔定律的指导不断朝高性能、小型化发展。到1990年代末，随着半导体工艺技术持续推进，功能的提升成为半导体制造业技术的关键。芯片尺寸及线宽的不断缩小和器件结构的深宽比不断增加，使得对于薄膜工艺的厚度均匀性及质量的要求日渐升高。传统的薄膜沉积技术，包括物理气相沉积(Physical VaporDeposition,PVD)、化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition)等已无法在一些关键生产步骤有效地精确控制薄膜特性及满足日益严苛的工艺技术要求。因此ALD在非平面复杂结构及三维结构表面形成高质量、无针孔、保形性薄膜等独特性能就体现出来。从2000年代开始,ALD技术成功 用于45nm技术结点的高介电金属闸极，使得在国际尖端半导体行业逐渐形成工业化,并成为半导体工业进一步发展所必需的关键技术，促使了微电子制造的一次革命。

当前,原子层沉积(ALD)技术作为最先进的薄膜沉积技术之一，已广泛应用于先进的微电子、显示器、MEMS、感应器、光伏电池等制造业。随着现代科学技术的不断发展在不远的将来将会发现其越来越多的应用。

值得强调的是，传统的真空镀膜装置技术方案，如专利201010258877.2、201310198956.2、201310198956.2均记载了化学气相沉积技术的气体喷淋组件，但是其与原子层沉积技术从原理以及方法上存在根本不同，具体如下：

ALD技术有别于化学气相沉积技术(Chemical Vapor Deposition，CVD)。传统CVD技术，是利用两种以上化学气体前驱物同时导入反应腔，并在反应腔内发生化学气相反应，其反应产物以物理和化学方式沉积在基底上。CVD反应腔内的反应是很复杂的，有很多必须考虑的因素，而且沉积参数的变化范围是很宽的：反应腔内的压力、基底的温度、反应时间、前驱物的流动速率、前驱物通过基底的路径、前驱物的化学成份、一种前驱物相对于另一种前驱物的比率、反应的中间产物起的作用、以及是否需要其它反应室外的外部能量来源加速或诱发反应等等，都会对镀膜结果有很大影响。

因此ALD技术相比传统CVD技术有以下主要不同之处：

1.ALD中使用的多个化学前驱物在进入反应腔前及在反应腔内都是分离开的，这样才能保证饱和式表面化学反应的发生；CVD中的化学前驱物则是在反应腔内发生反应，以复杂的物理化学方式沉积在基 底表面。

2.ALD的成膜不受化学前驱物之间比例的影响，由于前驱物分别导入反应腔，因此每种前驱物在基底表面达到饱和表面化学反应，而多余的前驱物则用惰性气体吹扫干净；CVD中一种前驱物相对于另一种前驱物的比率主导薄膜的成分和质量，比例严重失调甚至无法成膜。

3.ALD的成膜速度受控于饱和表面化学反应，每一个表面化学反应循环确定了一个原子层厚度的薄膜沉积的发生。因此薄膜厚度与表面化学反应循环次数成正比；CVD的成膜速度受控于很多复杂因素，包括反应腔内的压力、基底的温度、反应时间、前驱物的流动速率、前驱物的化学成份、一种前驱物相对于另一种前驱物的比率、反应的中间产物起的作用、以及是否需要其它反应室外的外部能量来源加速或诱发反应等。

4.ALD的成膜无方向性，只要是化学前驱物所经过的表面均可发生表面化学反应，因此无论是在非平面复杂结构及三维结构表面都可形成高质量、无针孔、保形性薄膜等独特性能。CVD的成膜则受控于前驱物通过基底的路径和方向，对于基底位置在前驱物流动路径以外及基底背对流动路径的表面无法有效形成薄膜。

5.ALD的成膜通过对不同前驱物进行分隔脉冲和清洗完成，是间断式化学反应成膜方式；而CVD则是连续性成膜，不允许任何一种前驱物在导入反应腔时间断或缺失。

6.ALD的成膜过程中前驱物的脉冲时间短,但脉冲次数与所需薄膜厚度相关，并呈线性关系。为了保持高质量ALD薄膜的形成，要求每一次反应物脉冲完成后的清洗步骤必须有效和充分，以避免一种前驱物与另一种前驱物在反应器的任何部分相遇，产生CVD反应，累积造成交叉污染和低质量CVD薄膜的产生。而CVD成膜时前驱物的脉冲时间决定了所需薄膜厚度，并且必须保证各种前驱物在反应器中充分混合才能达到预期薄膜。

综上所述，原子层沉积(ALD)技术和传统化学气相沉积(CVD)技术是两种不同技术，因此CVD镀膜装置不适用于ALD成膜。

本实用新型通过对喷淋板及脉冲阀的连接的方式的设计，可以解决现有ALD技术中反应气体分布的不均匀性以及完全避免CVD现象产生的问题。另外,本实用新型中的喷淋板可与不同方式的反应腔体搭配，提高了ALD设备对不同应用的适用性。

实用新型内容

1、本实用新型所要解决的技术问题.

主流ALD反应腔采用真空装置，至少需要有一个反应腔和反应气体供应系统。有些也采用双腔体，即内部反应腔外加有真空腔。其反应气体引导至反应腔大多采用顶流式或侧流式。顶流式即反应气体垂直于衬底表面，侧流式即反应气体平行于衬底表面。然而反应气体以及吹扫用的惰性气体在反应腔内的浓度和气流流体分布均性会影响生成的薄膜厚度，成份，密度，材料性能等。相对于侧流式反应器，顶流式反应器由于气体通过衬底表面的路径相对较短，理论上薄膜均 匀度较好。

但是现有顶流式设计都采用的喷淋头，两种以上的反应气体需经过喷淋头内部。这样会在喷淋头内表面也产生镀膜，并且反应后的气体产物不易吹扫干净，混合在衬底上所需要的薄膜中，造成化学气相沉积(CVD)式的混合膜，从而影响到ALD成膜质量。另外，US2004216665A1公开了一种插指式喷淋管，由于气体可以扩散到喷淋管的背面，造成无法快速清洗反应前驱物，形成部分CVD反应，影响成膜质量，并且其结构造成喷淋管背面及相邻反应腔内壁成膜，不易进行维护。另外，其装置气体回吸装置依靠压差完成，无法有效控制气体扩散造成的二次污染所形成的CVD反应。

2、本实用新型提供的技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提出了一种新型喷淋板的设计，以及适合喷淋板与控制反应气体脉冲阀的连接方式。可以有效解决现有ALD技术中反应气体分布的不均匀的问题以及提高惰性气体吹扫效率，有效避免CVD现象产生的技术方案。另外本实用新型中的喷淋板可与不同方式的反应腔体搭配，提高了ALD设备对不同应用的适用性。

真空镀膜装置，喷淋板同时是反应腔顶盖，所述顶盖内部嵌置气体管，所述每一种气体管由外部气体进气管和内部气体分布管组成，并且每一种气体管为相互独立，所述内部气体分布管上设有若干个喷淋孔组。

气体管分别连接脉冲阀，脉冲阀控制反应气体及吹扫用惰性气体进入内部气体分布管；控制不同气体管的脉冲阀不允许同时打开,不允许两种以上的反应气 体同时进入内部气体分布管及反应腔。

所述内部气体分布管交叉布置；所述的内部气体分布管均设有喷淋孔组，所述每一个喷淋孔组由若干与反应腔连通的喷淋孔组成,反应气体从喷淋孔喷出进入反应腔；所述的喷淋孔的孔径大小及孔间距离可以调节。

喷淋孔组的孔径大小及孔间距离均相同,或者是孔径大小按气流方向逐渐扩大,孔间距离按气流方向逐渐减小，以更好的满足在设定真空条件下气体通过每一个喷淋孔的流量相同。

本实用新型的一个技术方案中外部气体进气管有二个：所述气体管设有两个外部气体进气管，所述外部气体进气管相互独立，相对设于喷淋板的两侧；每一个外部气体进气管可允许一种或两种不同反应气体分别从两端进入；每一个外部气体进气管连接有若干个气体分布管；一种反应物的内部气体分布管和另一种反应物的内部气体分布管相互平行，交叉间隔设置。

所述两个外部气体进气管分别设有进气脉冲阀用以控制反应气体及吹扫用惰性气体进入反应腔室。

所述进气脉冲阀为三通脉冲阀，所述三通脉冲阀分别连接反应气体通道、惰性气体通道和外部气体进气管，吹扫用惰性气体通道处于常开状态而反应气体通道处于常闭状态；在脉冲时，反应气体通道打开直至脉冲时间结束；在一个三通脉冲阀反应气体通道打开状态下，其它三通脉冲阀反应气体通道处于关闭状态。

所述进气脉冲阀由两个二通脉冲阀组组成，控制反应气体通道的脉冲阀处于常闭状态，在脉冲时反应气体通道打开直至脉冲时间结束；另一个控制吹扫用惰性气体通道的脉冲阀，可处于常开状态，脉冲阀组所控制的气体在进入喷淋板前在气体管内汇合；在一个控制反应气体通道的脉冲阀打开状态下，其它控制反应 气体通道的脉冲阀处于关闭状态。

所述每一个气体进气管两端口分别设有功能不同的脉冲阀，其中一端为进气脉冲阀，允许反应气体及吹扫用惰性气体进入反应腔室，另一端为回吸脉冲阀，允许部分反应气体及吹扫用惰性气体回吸至真空泵；所述的回吸脉冲阀在气体进气管上前置气体流量控制器，所述的回吸脉冲阀可以为常开状态，也可以在进气脉冲阀打开时为关闭状态，进气脉冲阀关闭时回吸脉冲阀为打开状态。所述的前置气体流量控制器例如微孔式流量控制器或针阀，只允许一小部分反应气体及吹扫用惰性气体回吸至真空泵，起到增强惰性气体吹扫功能。回吸气体流量范围为反应气体及吹扫用惰性气体总流量的0-10％。

本实用新型的另一个技术方案是设有四个外部气体进气管：所述外部气体进气管分为反应物A进气管、反应物B进气管、反应物C进气管和反应物D进气管，所述反应物A进气管、反应物B进气管、反应物C进气管和反应物D进气管相互独立，两两相对设于喷淋板的四侧；所述反应物A进气管、反应物B进气管、反应物C进气管和反应物D进气管分别连接内部气体分布管；所述的四种内部气体分布管分别由喷淋板外侧向内侧回旋间隔设置，且在喷淋板的每一侧的相互平行；所述四种内部气体分布管末端在喷淋板的中部分别连接反应物A’进气管、反应物B’进气管、反应物C’进气管和反应物D’进气管。

反应物A进气管、反应物B进气管、反应物C进气管和反应物D进气管与反应物A’进气管、反应物B’进气管、反应物C’进气管和反应物D’进气管相对应；其分别是一种反应物进气管的两端，其中反应物A’进气管、反应物B’进气管、反应物C’进气管和反应物D’进气管设置在喷淋板的中部，内部气体分布管沿喷淋板向内回旋截止的末端，反应物A’进气管、反应物B’进气管、反应物C’进气 管和反应物D’进气管分别与喷淋板垂直设置。

所述的每一个气体进气管两端分别设有功能不同的脉冲阀，反应物A进气管、反应物B进气管、反应物C进气管和反应物D进气管连接进气脉冲阀，允许反应气体及吹扫用惰性气体进入反应腔室，反应物A’进气管、反应物B’进气管、反应物C’进气管和反应物D’进气管连接回吸脉冲阀，允许部分反应气体及吹扫用惰性气体回吸至真空泵；回吸脉冲阀可以为常开状态，也可以在进气脉冲阀打开时为关闭状态，进气脉冲阀关闭时回吸脉冲阀为打开状态。所述的前置气体流量控制器，回吸脉冲阀前置气体流量控制器，例如微孔式流量控制器或针阀，只允许一小部分反应气体及吹扫用惰性气体回吸至真空泵，起到增强惰性气体吹扫功能。回吸气体流量范围为反应气体及吹扫用惰性气体总流量的0-10％。

本实用新型的第三种技术方案为所述装置设有若干个进气单元，每一个进气单元包括一个进气脉冲阀、外部气体进气管、惰性气体通道和一个内部气体分布管；每一个进气脉冲阀连接一个外部气体进气管、惰性气体通道和一个内部气体分布管。

所述的两种反应气体的进气单元分别设置在喷淋板的两侧，两种反应气体的进气单元的内部气体分布管交叉间隔设置。

所述的每种反应气体的进气单元分别设置在喷淋板的两侧，且两种不同的反应气体进气单元在喷淋板的每一侧均交叉间隔设置。

所述内部气体分布管的末端设有孔，其孔与回吸管路及回吸脉冲阀连接；所述回吸管路连接抽真空装置，所述回吸脉冲阀前设置有回吸流量控制器。例如微孔式流量控制器或针阀，只允许一小部分反应气体及吹扫用惰性气体回吸至真空 泵，起到增强惰性气体吹扫功能。回吸气体流量范围为反应气体及吹扫用惰性气体总流量的0-10％。

该种技术方案与第一种和第二种技术方案相比，其每一个外部气体进气管都由一个进气脉冲阀控制，其设置有多个脉冲阀组成脉冲阀组，通过真空密封式连接,紧密设置在喷淋板两侧，脉冲阀与喷淋板共同构成反应腔顶盖。该种技术方案脉冲阀与内部气体分布之间无进气管路，使反应气体零距离直接通过内部气体分布管进入反应腔，进气及气体分布速度更快，吹扫时间更短，效率更高，可以更加快速完成ALD循环，提高ALD沉积速度和镀膜质量。

本实用新型的技术方案中的喷淋板既可以应用于侧流式ALD反应腔，又可以应用于顶流式ALD反应腔。

所述喷淋板溢出的反应气体流动方向平行于衬底表面的方向布置。

所述的内置气体管的喷淋板的侧流式ALD反应腔适用于批量型反应器，大批量的衬底一次装载于反应腔内，所有衬底一次同时镀膜。

所述喷淋板溢出的反应气体流动方向垂直于衬底表面的方向布置。

所述的内嵌气体管的喷淋板的顶流式ALD反应腔适用于单片型反应器，单片衬底由机械手通过真空腔闸门装载于反应腔内。

3、采用本实用新型提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

本实用新型的喷淋板反应气体的气体管和分布管是完全独立的，保证了反应气体在进入反应腔前完全独立，完全避免了CVD的产生。本实用新型的反应气体分布管内嵌于反应腔体顶盖内，避免了反应气体途径的任何死角，充分有效地 缩短了残余气体反应物及气体反应产物的清洗时间,提高了沉积速度.。本实用新型中设置的回吸脉冲阀功能大大增强了对反应气体分布管的快速高效清洗功能。另一方面,本实用新型使气流进入反应腔分布均匀,确保了反应气体在反应腔的任何部位的气体浓度相同,完美解决了影响薄膜沉积厚度的气体浓度差异问题,保证了ALD过程中的饱和表面反应,确保ALD对高深宽比和复杂三维基底的成膜的保型性及均匀性。以上两点保证了高质量ALD薄膜的生成，这种喷淋板可与不同方式的反应腔体搭配，大大提高了ALD设备对不同应用的适用性。

附图说明

图1为ALD原理图。

图2为真空镀膜装置的示意图。

其中，100-喷淋板，110-喷淋孔组；201-三通脉冲阀，202-反应气体A；203-惰性气体；201-三通脉冲阀，202-反应气体B；203-惰性气体；120-反应腔，130-衬底；140-真空泵。

图3A为真空镀膜装置中的喷淋板结构1。

其中，100-喷淋板，102/105/103/104-内部气体分布管；200-外部气体进气管

201-三通脉冲阀；202-反应气体A；203-惰性气体。

图3B为真空镀膜装置中的喷淋板结构2。

其中，100-喷淋板，102/105/103/104-内部气体分布管；200-外部气体进气管

211-反应气体二通脉冲阀；212-惰性气体二通脉冲阀；202-反应气体A；203-惰性气体。

图3C为真空镀膜装置中的喷淋板结构3。

其中，100-喷淋板；102-内部气体分布管；200-外部气体进气管；201-三通 脉冲阀；202-反应气体；203-惰性气体；400-回吸气体管路；404-回吸脉冲阀；405-流量限制器；406-气体回吸出口。

图4A为真空镀膜装置中的喷淋板结构4。

其中，100-喷淋板；102-内部气体分布管；200-外部气体进气管；201-三通脉冲阀；202-反应气体；203-惰性气体。

图4B为真空镀膜装置中的喷淋板结构4的侧视图。

其中，100-喷淋板；101-内部气体分布管喷淋孔；102-内部气体分布管；

200-外部气体进气管；201-三通脉冲阀；202-反应气体；203-惰性气体；206-两通脉冲阀；205-流量限制器；207-连接真空泵气体回吸出口；204/304/404/504气体回吸管路。

图5A为气体分布管上的喷淋孔组上的反应气体分布孔的结构1。

图5B为为气体分布管上的喷淋孔组上的反应气体分布孔结构2。

图5C为流体力学计算优化后的的气体分布图。

图6A为真空镀膜装置中的喷淋板结构5。

其中，100-喷淋板；201-三通脉冲阀组；200-外部气体进气管；102-内部气体分布管

图6B为带有抽真空装置的喷淋板结构5。

其中，301-反应物A气体进口；302-反应物B气体进口；502-回吸流量控制器；601-反应物B真空回吸管；602-反应物A真空回吸管；603-回吸管。

图6C喷淋板结构5的集成脉冲阀组结构侧视图。

其中：100-喷淋板；101-内部气体分布管喷淋孔；102-内部气体分布管；200-外部气体进气管；201-三通脉冲阀组；203-惰性气体。

图7为侧流式ALD反应腔。

图8为顶流式ALD反应腔。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例，对本实用新型作详细描述。

图1为本实用新型专利的真空镀膜装置的原理图，横坐标为反应时间，纵坐标为反应气体和载气流量，随着反应时间，反应物A和反应物B以脉冲形式交替进入反应腔体，一种反应物在进入腔体前，有惰性气体对前一种反应物进行吹扫。

图2为真空镀膜装置的示意图，其中反应腔120的上盖为喷淋板100，喷淋板100同时兼做反应腔120的上盖，反应腔120内设有衬底130，所述喷淋板100的气体进气管设有三通脉冲阀201/301，所述三通脉冲阀的一个端口连接反应物和惰性气体，另一端口连接惰性气体，第三个端口与气体进气管连接；反应腔120与真空泵140连接，真空泵140抽取反应腔120内的气体，使反应腔120内保持真空状态。

实施例一：

图3A为本实用新型专利的第一个实施例，喷淋板100内部气体分布管102/105/103/104；气体分布管102/105分别与反应气体的气体管200/500连接；气体分布管103/104分别与反应气体的气体管300/400连接，气体进气管200/300/400/500分别连接三通脉冲阀201；三通脉冲阀的一个端口连接反应气体202，另一端口连接惰性气体203，第三个端口与气体进气管200/300/400/500连接。

本实施例中，气体进气管200/300/400/500及三通脉冲阀对称分布，喷淋板 100的内部气体分布管102/105/103/104交叉布置；所述气体管设有两个气体进气管200/500和300/400，气体进气管200/500为一个管道，其管道两端口可以分别进入相同或者不同的反应气体或者惰性气体，所述气体进气管200/500与300/400相互独立，相对设于喷淋板100的两侧；每一个气体进气管200/500或300/400可允许一种或两种不同反应气体分别从两端进入；每一个气体进气管设有若干个气体分布管102/105或103/104；气体分布管与气体进气管连通，气体由气体进气管进入到喷淋板，再进入内部气体分布管102，由气体分布管上的喷淋孔组进入到反应腔内。反应物气体分布管和另一种反应物气体分布管相互平行，交叉间隔设置。

如图5A和图5B所示，喷淋板100内部气体分布管均设有喷淋孔组，所述每一个喷淋孔组由若干与反应腔连通的内部气体分布管喷淋孔101组成,反应气体从内部气体分布管喷淋孔101喷出进入反应腔120内；所述的喷淋孔的孔径大小及孔间距离可以调节。

如图5A所示，在气体分布管内沿着气流的方向，喷淋孔组的孔径逐渐增大，以更好的满足在设定真空条件下气体通过每一个喷淋孔的流量相同。

如图5B所示，在气体分布管内沿着气流的方向，喷淋孔组的孔间距逐渐减小，以更好的满足在设定真空条件下气体通过每一个喷淋孔的流量相同。

如图5C所示，图5A和图5B设计的喷淋孔组的孔径及孔间距经流体力学计算优化后的气体分布，可以看出气体分布均匀。

所述两个气体进气管分别设有进气脉冲阀用以控制反应气体及吹扫用惰性气体进入反应腔室。

所述进气脉冲阀为三通脉冲阀201，所述三通脉冲阀201分别连接反应气体 通道、惰性气体通道和气体进气管，吹扫用惰性气体通道处于常开状态而反应气体通道处于常闭状态；在脉冲时，反应气体通道打开直至脉冲时间结束；在一个三通脉冲阀201反应气体通道打开状态下，其它三通脉冲阀反应气体通道处于关闭状态。

实施例二：

如图3B所示，本实施例二与实施例一的区别在于，进气脉冲阀由两个二通脉冲阀组组成，其包括反应气体二通脉冲阀211和惰性气体二通脉冲阀212；控制反应气体通道的反应气体二通脉冲阀211处于常闭状态，在脉冲时反应气体通道打开直至脉冲时间结束；另一个控制吹扫用的惰性气体二通脉冲阀212，可处于常开状态，脉冲阀组所控制的反应气体与惰性气体在进入喷淋板100前在外部气体进气管内汇合；在一个控制反应气体通道的脉冲阀打开状态下，其它控制反应气体通道的脉冲阀处于关闭状态。

本实施例中，反应气体二通脉冲阀211、311、411和511结构相同，惰性气体二通脉冲阀212、312、412和512结构相同。

实施例三

如图3C所示，本实施例与实施例一和二的区别在于，其在每一个气体进气管两端口分别设有功能不同的脉冲阀，其中一端为三通脉冲阀301，允许反应气体及吹扫用惰性气体进入反应腔室，另一端为回吸脉冲阀404，回吸脉冲阀404一端连接气体进气管，另一端连接气体回收口406，回吸脉冲阀404允许部分反应气体及吹扫用惰性气体回吸至真空泵。

所述的回吸脉冲阀404在气体进气管上前置气体流量控制器405，所述的回吸脉冲阀404为可以为常开状态，也可以在进气脉冲阀打开时为关闭状态，进气 脉冲阀关闭时回吸脉冲阀为打开状态。

例如微孔式流量控制器或针阀，只允许一小部分反应气体及吹扫用惰性气体回吸至真空泵，起到增强惰性气体吹扫功能。回吸气体流量范围为反应气体及吹扫用惰性气体总流量的0-10％。

实施例四：

如图4A和图4B所示，所述气体进气管分别为反应物A进气管200、反应物B进气管300、反应物C进气管400和反应物D进气管500，所述反应物A进气管200、反应物B进气管300、反应物C进气管400和反应物D进气管500相互独立，两两相对设于喷淋板100的四侧；所述反应物A进气管200、反应物B进气管300、反应物C进气管400和反应物D进气管500分别设有气体分布管102、103、104、105；所述的上述四种气体分布管分别由喷淋板100外侧向内侧回旋间隔设置，且在喷淋板的每一侧的相互平行，成“回”字型。

反应物A进气管200、反应物B进气管300、反应物C进气管400和反应物D进气管500与反应物A’进气管204、反应物B’进气管304、反应物C’进气管404和反应物D’进气管504相对应；其分别是一种反应物进气管的两端，本实施例中其中反应物A’进气管204、反应物B’进气管304、反应物C’进气管404和反应物D’进气管504作为气体回吸管路，设置在喷淋板的中部，内部气体分布管沿喷淋板向内回旋截止的末端，反应物A’进气管204、反应物B’进气管304、反应物C’进气管404和反应物D’进气管504分别与喷淋板垂直设置。

所述的每一个气体进气管两端分别设有功能不同的脉冲阀，反应物A进气管200、反应物B进气管300、反应物C进气管400和反应物D进气管500分别连接进气脉冲阀201、301、401、501，允许反应气体及吹扫用惰性气体进入反 应腔室，反应物A’进气管204、反应物B’进气管304、反应物C’404进气管和反应物D’进气管504分别连接回吸脉冲阀206、306、406、506，允许部分反应气体及吹扫用惰性气体回吸至真空泵；回吸脉冲阀可以为常开状态，也可以在进气脉冲阀打开时为关闭状态，进气脉冲阀关闭时回吸脉冲阀为打开状态。所述的前置气体流量控制器，回吸脉冲阀前置气体流量控制器，例如微孔式流量控制器或针阀，只允许一小部分反应气体及吹扫用惰性气体回吸至真空泵，起到增强惰性气体吹扫功能。回吸气体流量范围为反应气体及吹扫用惰性气体总流量的0-10％。

实施例五

如图6A所示，本实施例与上述实施例一至四的区别在于，每一个外部进气管都由一个进气脉冲阀控制，进气脉冲阀与外部进气管和内部气体分布管是一对一设置的，一个喷淋板上设有若干个进气脉冲阀组成脉冲阀组,脉冲阀组与喷淋板真空密封连接。

所述装置设有若干个进气单元，每一个进气单元包括一个进气脉冲阀201/501、外部气体进气管202/502、惰性气体通道和一个内部气体分布管102/105；每一个进气脉冲阀201/501连接一个外部气体进气管、惰性气体通道和一个内部气体分布管；所述的两种反应气体的进气单元分别设置在喷淋板100的两侧，两种反应气体的进气单元的内部气体分布管交叉间隔设置。

实施例六

如图6B，所示，该实施例在实施例五的基础上，在每个内部气体分布管的尾端增加了气体回吸管204/504，反应物B气体回吸管204设置在反应物A的气 体进气管一侧；反应物A气体回吸管504设置在反应物B的气体进气管的一侧，在回吸管204/504上设有回吸流量控制器205/505。

通过设置真空回吸管，可以使反应气体或者惰性气体更快的在反应腔内流通，缩短了反应气体布气和惰性气体吹扫的时间，同时也是反应气体更加快速均匀地分布在反应腔内。

实施例七

如图6C所示，反应物A的三通脉冲阀201分别在设置在喷淋板100的两侧；同样的，反应物B的三通脉冲阀501也分别设置在喷淋板100的两侧；且反应物A的三通脉冲阀201与反应物B的三通脉冲阀501在喷淋板100的每一侧均是相互间隔交叉设置；反应物A气体进气管202与反应物A的三通脉冲阀201连接；反应物B气体进气管502与反应物B的三通脉冲阀501连接，所述喷淋板内设有为内部气体分布管102、105。

在反应腔内通入反应气体A时，喷淋板100的两侧同时进入反应气体A，同样，在反应腔内通入反应气体B时，喷淋板100的两侧同时进入反应气体B。与实施例6相比，进一步提高了反应气体分布均匀性，缩短了气体进入反应腔内的时间；

实施例八：

如图7所示，为侧流式ALD反应腔，该反应腔设置有喷淋板100，真空腔门106，反应腔120，衬底130，真空腔150，加热器160，真空泵140(图中未示出)，气体线路200，固态、液态反应物220，气态反应物230，惰性气体载气240，该实施例中内置有气体分布管的喷淋板100，其气体溢出的方向与衬底平行，所述的内置气体管的喷淋板的侧流式ALD反应腔适用于批量型反应器，大 批量的衬底一次装载于反应腔内，所有衬底一次同时镀膜。

实施例九：

如图8所示，为顶流式ALD反应腔，该反应腔设置有喷淋板100，真空腔门106，反应腔120，衬底130，真空腔150，真空泵140(图中未示出)，气体线路200，样品台180，升降机170，化学源250，所述喷淋板溢出的反应气体流动方向垂直于衬底表面的方向布置，所述的内嵌气体管的喷淋板的顶流式ALD反应腔适用于单片型反应器，单片衬底由机械手通过真空腔闸门装载于反应腔内。

以上示意性地对本实用新型的创造及其实施方式进行了描述，本实用新型的保护范围包括但不限于上述的描述。附图中所示的也只是本实用新型创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受到本实用新型的启示，在不脱离本实用新型的创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与本实用新型的技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。

Claims (22)

1.真空镀膜装置，所述装置由喷淋板、连通真空的反应腔、脉冲阀组成，其特征在于：所述喷淋板同时是反应腔顶盖，所述顶盖内部设置气体管，每一种气体管由外部气体进气管和内部气体分布管组成，并且每一种气体管为相互独立的气体管，所述内部气体分布管上设有若干个喷淋孔组。

2.根据权利要求1所述的真空镀膜装置，其特征在于：气体管分别连接脉冲阀，脉冲阀控制反应气体及吹扫用惰性气体进入内部气体分布管；控制不同气体管的脉冲阀不允许同时打开,不允许两种以上的反应气体同时进入内部气体分布管及反应腔。

3.根据权利要求1所述的真空镀膜装置，其特征在于：所述内部气体分布管交叉布置；所述的内部气体分布管均设有喷淋孔组，所述每一个喷淋孔组由若干个与反应腔连通的喷淋孔组成,反应气体从喷淋孔喷出进入反应腔；所述的喷淋孔的孔径大小及孔间距离可以调节。

4.根据权利要求1至3任一项所述的真空镀膜装置，其特征在于：所述装置设有两个外部气体进气管，所述外部气体进气管相互独立，相对设于喷淋板的两侧；每一个外部气体进气管可允许一种或两种不同反应气体分别从两端进入；每一个外部气体进气管连接若干个内部气体分布管；一种反应物的内部气体分布管和另一种反应物的内部气体分布管相互平行，交叉间隔设置。

5.根据权利要求4所述的真空镀膜装置，其特征在于：所述两个外部气体进气管分别设有进气脉冲阀用以控制反应气体及吹扫用惰性气体进入反应腔室。

6.根据权利要求5所述的真空镀膜装置，其特征在于：所述进气脉冲阀为三通脉冲阀，所述三通脉冲阀分别连接反应气体通道、惰性气体通道和外部气体进气管，吹扫用惰性气体通道处于常开状态而反应气体通道处于常闭状态；在脉冲时，反应气体通道打开直至脉冲时间结束；在一个三通脉冲阀反应气体通道打开状态下，其它三通脉冲阀反应气体通道处于关闭状态。

7.根据权利要求5所述的真空镀膜装置，其特征在于：所述进气脉冲阀由两个二通脉冲阀组组成，控制反应气体通道的脉冲阀处于常闭状态，在脉冲时反应气体通道打开直至脉冲时间结束；另一个控制吹扫用惰性气体通道的脉冲阀，可处于常开状态，脉冲阀组所控制的反应气体在进入喷淋板前与惰性气体在内部气体分布管内汇合；在一个控制反应气体通道的脉冲阀打开状态下，其它控制反 应气体通道的脉冲阀处于关闭状态。

8.根据权利要求5至7任一项所述的真空镀膜装置，所述每一个气体进气管两端口分别设有功能不同的脉冲阀，其中一端为进气脉冲阀，允许反应气体及吹扫用惰性气体进入反应腔室，另一端为回吸脉冲阀，允许部分反应气体及吹扫用惰性气体回吸至真空泵；所述的回吸脉冲阀在气体进气管上前置气体流量控制器用以限制回吸气体流量不大于进气流量；所述的回吸脉冲阀可以为常开状态，也可以在进气脉冲阀打开时为关闭状态，进气脉冲阀关闭时回吸脉冲阀为打开状态。

9.根据权利要求1至3任一项所述的真空镀膜装置，其特征在于：所述外部气体进气管分为反应物A进气管、反应物B进气管、反应物C进气管和反应物D进气管，所述反应物A进气管、反应物B进气管、反应物C进气管和反应物D进气管相互独立，两两相对设于喷淋板的四侧；所述反应物A进气管、反应物B进气管、反应物C进气管和反应物D进气管分别连接内部气体分布管；四种内部气体分布管分别由喷淋板外侧向内侧回旋间隔设置，且在喷淋板的每一侧的相互平行；所述四种内部气体分布管末端在喷淋板的中部分别连接反应物A’进气管、反应物B’进气管、反应物C’进气管和反应物D’进气管。

10.根据权利要求9所述的真空镀膜装置，其特征在于：所述的每一个外部气体进气管两端分别设有功能不同的脉冲阀，外部气体进气管一端连接进气脉冲阀，允许反应气体及吹扫用惰性气体进入反应腔室，外部气体进气管另一端连接回吸脉冲阀，允许部分反应气体及吹扫用惰性气体回吸至真空泵；回吸脉冲阀前置气体流量控制器用以限制回吸气体流量不大于进气流量，所述的回吸脉冲阀可以为常开状态，也可以在进气脉冲阀打开时为关闭状态，进气脉冲阀关闭时回吸脉冲阀为打开状态。

11.根据权利要求1所述的真空镀膜装置，其特征在于：所述装置设有若干个进气单元，每一个进气单元包括一个进气脉冲阀、外部气体进气管、惰性气体通道和一个内部气体分布管；每一个进气脉冲阀连接一个外部气体进气管、惰性气体通道和一个内部气体分布管；每一个进气脉冲阀与喷淋板为真空密封连接方式；进气脉冲阀与喷淋板共同组成反应腔顶盖。

12.根据权利要求11所述的真空镀膜装置，其特征在于：两种反应气体的 进气单元分别设置在喷淋板的两侧，两种反应气体的进气单元的内部气体分布管交叉间隔设置。

13.根据权利要求11所述的真空镀膜装置，其特征在于：每种反应气体的进气单元分别设置在喷淋板的两侧，且两种不同的反应气体进气单元在喷淋板的每一侧交叉间隔设置。

14.根据权利要求11至13任一项所述的真空镀膜装置，其特征在于：所述内部气体分布管的末端设有孔，其孔与回吸管路及回吸脉冲阀连接；所述回吸管路连接抽真空装置，所述回吸脉冲阀设置有回吸流量控制器，用以限制回吸气体流量不大于进气流量，所述的回吸脉冲阀可以为常开状态，也可以在进气脉冲阀打开时为关闭状态，进气脉冲阀关闭时回吸脉冲阀为打开状态。

15.根据权利要求1或11所述的真空镀膜装置，其特征在于：所述装置设有若干个进气单元，每一个进气单元包括一个进气脉冲阀、外部气体进气管、惰性气体通道和一个内部气体分布管；每一个进气脉冲阀连接一个外部气体进气管、惰性气体通道和一个内部气体分布管；每一个进气脉冲阀与喷淋板为真空密封连接方式。

16.根据权利要求15所述的真空镀膜装置，其特征在于：两种反应气体的进气单元同时设置在喷淋板的两侧，两种反应气体的进气单元的内部气体分布管交叉间隔设置。

17.根据权利要求15所述的真空镀膜装置，其特征在于：每种反应气体的进气单元同时设置在喷淋板的两侧，且两种不同的反应气体进气单元在喷淋板的每一侧交叉间隔设置。

18.根据权利要求17所述的真空镀膜装置，其特征在于：所述内部气体分布管的末端设有孔，其孔与回吸管路及回吸脉冲阀连接；所述回吸管路连接抽真空装置，所述回吸脉冲阀设置有回吸流量控制器，用以限制回吸气体流量不大于进气流量，所述的回吸脉冲阀可以为常开状态，也可以在进气脉冲阀打开时为关闭状态，进气脉冲阀关闭时回吸脉冲阀为打开状态。

19.采用内置气体管的喷淋板的侧流式ALD反应腔，其特征在于：反应腔由喷淋板、连通真空的反应腔、脉冲阀组成，所述喷淋板同时是反应腔顶盖，所述顶盖内部设置气体管，每一种气体管由外部气体进气管和内部气体分布管组成， 并且每一种气体管为相互独立的气体管，所述内部气体分布管上设有若干个喷淋孔组；所述喷淋板溢出的反应气体流动方向平行于衬底表面的方向布置。

20.根据权利要求19所述的采用内置气体管的喷淋板的侧流式ALD反应腔，其特征在于：所述的内置气体管的喷淋板的侧流式ALD反应腔适用于批量型反应器，大批量的衬底一次装载于反应腔内，所有衬底一次同时镀膜。

21.采用内置气体管的喷淋板的顶流式ALD反应腔，其特征在于：反应腔由喷淋板、连通真空的反应腔、脉冲阀组成，所述喷淋板同时是反应腔顶盖，所述顶盖内部设置气体管，每一种气体管由外部气体进气管和内部气体分布管组成，并且每一种气体管为相互独立的气体管，所述内部气体分布管上设有若干个喷淋孔组；所述喷淋板溢出的反应气体流动方向垂直于衬底表面的方向布置。

22.根据权利要求21所述的采用内置气体管的喷淋板的顶流式ALD反应腔，其特征在于：内嵌气体管的喷淋板的顶流式ALD反应腔适用于单片型反应器，单片衬底由机械手通过真空腔闸门装载于反应腔内。