CN213596393U - 一种原子层沉积装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及半导体集成技术领域，尤其涉及一种原子层沉积装置。所述原子层沉积装置包括作业载台和箱体，作业载台为回转体，作业载台的侧壁上设置有至少两个独立设置的载片腔和用于间隔载片腔的间隔部，载片腔上设置有用于向载片腔内通气的气孔；箱体包括回转体容置部和至少两个独立设置在回转体容置部外侧的供源腔，回转体容置部套设在作业载台外；作业载台能够转动以使载片腔与供源腔相连通便于供源腔向载片腔供给前驱体，或使间隔部遮盖供源腔的开口以隔断供源腔和载片腔便于对载片腔内的基片进行吹扫操作，从而将吹扫操作区和前驱体吸附区隔离开，减少吹扫时间，降低成本；且能够大大减少颗粒污染，提高产品良品率。

Description

一种原子层沉积装置

技术领域

本实用新型涉及半导体集成技术领域，尤其涉及一种原子层沉积装置。

背景技术

采用原子层沉积技术(Atomic Layer Deposition，简称ALD)进行Al₂O₃薄膜工艺研究,获得85℃低温Al₂O₃薄膜ALD的最佳工艺条件。目前，通常可利用原子层沉积装置，例如以三甲基铝(TMA)和H₂O为前驱体以制备Al₂O₃薄膜，在半导体领域或薄膜封装领域均有应用。

然而，现有的原子层沉积装置吹扫清洗时间长，从而造成产品生产周期长，生产成本增加。现有技术中，不同的反应气体源通常是通在一个腔室内，造成成膜反应发生在腔室内壁或者在腔室的交界处，这些成膜积攒到一定程度会发生破碎脱落，产生较多的微纳颗粒，造成产品良率降低。

因此，亟待需要一种原子层沉积装置以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种原子层沉积装置，便于对基片进行吹扫操作，缩短吹扫时间，节约材料，缩短产品生产周期，降低成本；且能够大大减少颗粒污染，提高产品良品率。

为实现上述目的，提供以下技术方案：

一方面，提供了一种原子层沉积装置，包括：

作业载台，其为回转体，所述作业载台的侧壁上设置有至少两个独立设置的载片腔和用于间隔所述载片腔的间隔部，所述载片腔上设置有气孔，所述气孔用于向所述载片腔内通气以对所述载片腔内的基片进行吹扫操作；

箱体，包括回转体容置部和至少两个独立设置在所述回转体容置部外侧的供源腔，所述回转体容置部套设在所述作业载台外，所述供源腔能够向所述载片腔能够供给前驱体；

所述作业载台能够转动，以使所述载片腔与所述供源腔相连通，或使所述间隔部遮盖所述供源腔的开口。

作为所述原子层沉积装置的可选方案，所述载片腔和所述间隔部均为扇形，所述间隔部的圆心角不小于所述载片腔的圆心角。

作为所述原子层沉积装置的可选方案，所述供源腔的开口不大于所述载片腔的开口。

作为所述原子层沉积装置的可选方案，所述供源腔为扇形，所述供源腔的圆心角等于所述载片腔的圆心角。

作为所述原子层沉积装置的可选方案，至少两个所述载片腔均匀间隔设置，且至少两个所述供源腔均匀间隔设置在所述回转体容置部外侧。

作为所述原子层沉积装置的可选方案，所述原子层沉积装置还包括上盖，所述上盖盖设在所述作业载台的顶面上，且所述上盖上设置有与所述气孔相连通的进气管。

作为所述原子层沉积装置的可选方案，所述原子层沉积装置还包括下盖，所述下盖盖设在所述作业载台的底面上，且所述下盖上设置有与所述气孔相连通的出气管。

作为所述原子层沉积装置的可选方案，所述作业载台的底面上设置有转轴，所述下盖上设置有通孔，所述转轴能够从所述通孔处穿出，所述转轴用于与旋转驱动器相连接。

作为所述原子层沉积装置的可选方案，所述上盖上设置有上凹槽，所述上凹槽的底面与所述作业载台的顶面间隔设置。

作为所述原子层沉积装置的可选方案，所述下盖上设置有下凹槽，所述下凹槽的底面与所述作业载台的底面间隔设置。

作为所述原子层沉积装置的可选方案，每个所述供源腔上均设置有进源气管，所述进源气管与外界前驱体源相连接，用于向所述供源腔供给前驱体。

另一方面，提供一种原子层沉积方法，基于上述的原子层沉积装置，所述原子层沉积方法包括如下步骤：

在所述载片腔内放入基片；

旋转所述作业载台，当所述载片腔与所述供源腔连通时，向所述供源腔内通入前驱体，所述载片腔内的基片吸附前驱体；

继续旋转所述作业载台，当所述供源腔的开口被所述间隔部覆盖遮挡时，向所述载片腔内通入气体，以对其内的基片进行吹扫操作。

作为所述原子层沉积方法的可选方案，所述载片腔包括第一载片腔和第二载片腔，所述供源腔包括第一供源腔和第二供源腔，所述原子层沉积方法包括如下步骤：

在所述第一载片腔和所述第二载片腔内放入基片；

旋转所述作业载台，当所述第一载片腔与所述第一供源腔连通时，向所述第一供源腔内通入第一前驱体，所述第一载片腔内的基片吸附第一前驱体；

继续旋转所述作业载台，当所有的所述供源腔的开口被所述间隔部覆盖遮挡时，向所述第一载片腔内通入气体，以对其内的基片进行吹扫操作；

继续旋转所述作业载台，当所述第一载片腔与所述第二供源腔对应连通时，向所述第二供源腔内通入第二前驱体，所述第一载片腔内的基片吸附第二前驱体；在此过程中，所述第二载片腔与所述第一供源腔相连通，所述第二载片腔内的基片吸附第一前驱体；

继续旋转所述作业载台，当所有的所述供源腔的开口被所述间隔部覆盖遮挡时，向所述第一载片腔和所述第二载片腔内通入气体，对所述第一载片腔内的基片和所述第二载片腔内的基片进行吹扫操作；

重复上述步骤，直至完成第二载片腔内的基片吸附第二前驱体以及第二前驱体的吹扫操作。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供的原子层沉积装置，包括作业载台和箱体，作业载台为回转体，作业载台的侧壁上设置有至少两个独立设置的载片腔和用于间隔载片腔的间隔部，载片腔上设置有用于向载片腔内通气的气孔；箱体包括回转体容置部和至少两个独立设置在回转体容置部外侧的供源腔，回转体容置部套设在作业载台外，供源腔能够向载片腔能够供给前驱体；作业载台能够转动以使载片腔与供源腔相连通，从而便于供源腔向载片腔供给前驱体，以便于载片腔内的基片吸附前驱体，或使间隔部遮盖供源腔的开口以隔断供源腔和载片腔，以便于向载片腔内通入气体对载片腔内的基片进行吹扫操作，从而实现了在反应腔中隔离出独立的吹扫操作区和前驱体吸附区，以便于基片吸附前驱体并在吸附前驱体后进行吹扫操作，缩短生产周期，降低成本；且能够大大减少颗粒污染，提高产品良品率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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，还可以根据本实用新型实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例一提供的原子层沉积装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一提供的原子层沉积装置的剖视图；

图3为本实用新型实施例一提供的原子层沉积装置的分解示意图；

图4为本实用新型实施例一提供的第一载片腔与第一供源腔连通的结构示意图一；

图5为本实用新型实施例一提供的第一供源腔和第二供源腔被间隔部遮盖的结构示意图一；

图6为本实用新型实施例一提供的第一载片腔与第二供源腔连通的结构示意图二；

图7为本实用新型实施例一提供的第一供源腔和第二供源腔被间隔部遮盖的结构示意图二；

图8为本实用新型实施例二提供的第一载片腔与第一供源腔连通的结构示意图；

图9为本实用新型实施例二提供的第一供源腔和第二供源腔被间隔部遮盖的结构示意图；

图10为本实用新型实施例三提供的其中一个载片腔与供源腔连通的结构示意图；

图11为本实用新型实施例三提供的供源腔被间隔部遮盖的结构示意图。

附图标记：

100-第一基片；200-第二基片；

1-作业载台；11-第一载片腔；12-第二载片腔；13-间隔部；14-气孔；15-转轴；

2-箱体；21-回转体容置部；22-第一供源腔；23-第二供源腔；24-进源气管；

3-上盖；31-进气管；32-上凹槽；

4-下盖；41-出气管；42-下凹槽。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

实施例一

如图1-图3所示，本实施例提供了一种原子层沉积装置，包括作业载台1、箱体2、上盖3和下盖4。

其中，作业载台1为回转体，作业载台1的侧壁上设置有至少两个独立设置的载片腔和用于间隔载片腔的间隔部13，载片腔上设置有气孔14，气孔14用于向载片腔内通气以对载片腔内的基片进行吹扫操作；箱体2包括回转体容置部21和至少两个独立设置在回转体容置部21外侧的供源腔，回转体容置部21套设在作业载台1外，供源腔能够向载片腔能够供给前驱体；作业载台1能够转动，以使载片腔与供源腔相连通，从而便于供源腔向载片腔供给前驱体，以便于载片腔内的基片吸附前驱体，或使间隔部13遮盖供源腔的开口以隔断供源腔和载片腔，以便于通过气孔向载片腔内通入气体对载片腔内的基片进行吹扫操作。

所述原子层沉积装置通过作业载台1和箱体2的配合，实现了在反应腔中隔离出独立的吹扫操作区和前驱体吸附区，以便于基片吸附前驱体并在吸附前驱体后进行吹扫操作，缩短生产周期，降低成本；且能够大大减少颗粒污染，提高产品良品率。

可选地，基片可以是硅片。

需要说明的是，在本实施例中，回转体容置部21的内壁与作业载台1的外壁密封配合，既要能够保证作业载台1在回转体容置部21内转动，又要保证两者之间的密封性，保证一个载片腔内的气体不会从回转体容置部21和作业载台1之间的间隙进入其他载片腔。

为了便于驱动作业载台1旋转，作业载台1的底面上设置有转轴15，下盖4上设置有通孔，转轴15能够从通孔处穿出，转轴15用于与旋转驱动器相连接。为了向供源腔内通入前驱体，每个供源腔上均设置有进源气管24，进源气管24与外界前驱体源相连接，用于向供源腔供给前驱体。需要说明的是，根据需要不同的供源腔可通入相同或不同的前驱体，在此不再一一举例说明。

进一步地，上盖3盖设在作业载台1的顶面上，且上盖3上设置有与气孔14相连通的进气管31，进气管31与外界的清洗气体源。下盖4盖设在作业载台1的底面上，且下盖4上设置有与气孔14相连通的出气管41。清洗气体从进气管31、顶部的气孔14进入载片腔，然后从底部的气孔14、出气管41排出。

为了便于进气管31内的气体进入载片腔，上盖3上设置有上凹槽32，上凹槽32的底面与作业载台1的顶面间隔设置，从而能够使清洗气体暂存在上凹槽32中，保证连续不断地向载片腔内供给清洗气体。

进一步地，下盖4上设置有下凹槽42，下凹槽42的底面与作业载台1的底面间隔设置，载片腔内的其他可通过其底部的气孔14进入下凹槽42中，然后通过出气管41排出。

优选地，出气管41的数量为多个。

优选地，载片腔和间隔部13均为扇形，间隔部13的圆心角不小于载片腔的圆心角，以保证间隔部13对载片腔的隔断，避免在进行前驱体吸附操作或吹扫操作时，两个载片腔相互影响。

优选地，供源腔的开口不大于载片腔的开口，保证当供源腔与一个载片腔对应连通时，该供源腔不能与另一个载片腔相连通。

可选地，供源腔为扇形至少两个供源腔形成的虚拟圆形与作业载台1同心设置。示例性地，供源腔的圆心角等于载片腔的圆心角，供源腔的开口与载片腔的开口完全对合。

优选地，至少两个载片腔均匀间隔设置，且至少两个供源腔均匀间隔设置在回转体容置部24外侧。

在本实施例中，供源腔的数量与载片腔的数量相同。

可选地，如图4结合图3所示，载片腔的数量为两个，分别为第一载片腔11和第二载片腔12，间隔部13的数量也为两个，间隔部13用于隔离第一载片腔11和第二载片腔12。供源腔的数量为两个，分别为第一供源腔22和第二供源腔23，第一供源腔22和第二供源腔23设置在回转体容置部21的外侧。

本实施例还提供了一种原子层沉积方法，基于上述的原子层沉积装置，原子层沉积方法包括如下步骤：1)在载片腔内放入基片；2)旋转作业载台1，当载片腔与供源腔连通时，向供源腔内通入前驱体，载片腔内的基片吸附前驱体；3)继续旋转作业载台1，当供源腔的开口被间隔部13覆盖遮挡时，向载片腔内通入气体，以对其内的基片进行吹扫操作。

示例性地，如图4-图7所示，以载片腔包括第一载片腔11和第二载片腔12，供源腔包括第一供源腔22和第二供源腔23为例，对原子层沉积方法进行描述，该原子层沉积方法包括如下步骤：

S1、在第一载片腔11和第二载片腔12内放入基片；

S2、旋转作业载台1，当第一载片腔11与第一供源腔22连通时，向第一供源腔22内通入第一前驱体，第一载片腔11内的基片吸附第一前驱体；

S3、继续旋转作业载台1，当所有的供源腔的开口被间隔部13覆盖遮挡时，向第一载片腔11内通入气体，以对其内的基片进行吹扫操作；

S4、继续旋转作业载台1，当第一载片腔11与第二供源腔23对应连通时，向第二供源腔23内通入第二前驱体，第一载片腔11内的基片吸附第二前驱体；在此过程中，第二载片腔12与第一供源腔22相连通，第二载片腔12内的基片吸附第一前驱体；

S5、继续旋转作业载台1，当所有的供源腔的开口被间隔部13覆盖遮挡时，向第一载片腔11和第二载片腔12内通入气体，对第一载片腔11内的基片和第二载片腔12内的基片进行吹扫操作，

S6、继续旋转作业载台1，当第二载片腔12与第二供源腔23对应连通时，第二载片腔12内的基片完成第二前驱体的吸附，重复步骤S4，对第二载片腔12内的基片进行吹扫操作。

简而言之，载片腔内的基片吸附一种前驱体后，需要进行吹扫操作然后再进行另一种前驱体的吸附操作，如此循环，直至完成产品加工。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于：作业载台1的结构不同。

具体地，如图8-图9所示，本实施例提供的作业载台1上设置有两个独立设置的载片腔(第一载片腔11和第二载片腔12)和间隔两个载片腔的间隔部13，间隔部13包括直线段和圆弧段，其中直线段用于将两个载片腔分隔开来，圆弧段用于缩小载片腔的开口，同时圆弧段能够遮盖供源腔(第一供源腔22和第二供源腔23)的开口，以便于将供源腔与载片腔分隔开来。

实施例三

本实施例与实施例二的区别在于：作业载台1中载片腔的数量为四个。

具体地，如图10-图11所示，本实施例提供的作业载台1上设置有四个独立设置的载片腔和用于间隔四个载片腔的间隔部13。间隔部13包括直线段和圆弧段，圆弧段能够遮盖供源腔(第一供源腔22和第二供源腔23)的开口，以便于将供源腔和载片腔分隔开来。

示例性地，在本实施例中，供源腔为扇形，供源腔的圆心角为45°，间隔部13中的圆弧段也为扇形，间隔部13的圆弧段的圆心角为45°，圆弧段能够遮盖供源腔的开口。

当然，在其他实施例中，作业载台1还可以是其他结构，只要能够实现载片腔和供源腔的连通和隔断即可，缩短设备purge的时间，降低成本。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所说的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种原子层沉积装置，其特征在于，包括：

作业载台(1)，其为回转体，所述作业载台(1)的侧壁上设置有至少两个独立设置的载片腔和用于间隔所述载片腔的间隔部(13)，所述载片腔上设置有气孔(14)，所述气孔(14)用于向所述载片腔内通气以对所述载片腔内的基片进行吹扫操作；

箱体(2)，包括回转体容置部(21)和至少两个独立设置在所述回转体容置部(21)外侧的供源腔，所述回转体容置部(21)套设在所述作业载台(1)外，所述供源腔能够向所述载片腔能够供给前驱体；

所述作业载台(1)能够转动，以使所述载片腔与所述供源腔相连通，或使所述间隔部(13)遮盖所述供源腔的开口。

2.根据权利要求1所述的原子层沉积装置，其特征在于，所述载片腔和所述间隔部(13)均为扇形，所述间隔部(13)的圆心角不小于所述载片腔的圆心角。

3.根据权利要求2所述的原子层沉积装置，其特征在于，所述供源腔的开口不大于所述载片腔的开口。

4.根据权利要求3所述的原子层沉积装置，其特征在于，所述供源腔为扇形，所述供源腔的圆心角等于所述载片腔的圆心角。

5.根据权利要求1-4任一项所述的原子层沉积装置，其特征在于，至少两个所述载片腔均匀间隔设置，且至少两个所述供源腔均匀间隔设置在所述回转体容置部(21)外侧。

6.根据权利要求1所述的原子层沉积装置，其特征在于，所述原子层沉积装置还包括上盖(3)，所述上盖(3)盖设在所述作业载台(1)的顶面上，且所述上盖(3)上设置有与所述气孔(14)相连通的进气管(31)。

7.根据权利要求6所述的原子层沉积装置，其特征在于，所述原子层沉积装置还包括下盖(4)，所述下盖(4)盖设在所述作业载台(1)的底面上，且所述下盖(4)上设置有与所述气孔(14)相连通的出气管(41)。

8.根据权利要求7所述的原子层沉积装置，其特征在于，所述作业载台(1)的底面上设置有转轴(15)，所述下盖(4)上设置有通孔，所述转轴(15)能够从所述通孔处穿出，所述转轴(15)用于与旋转驱动器相连接。

9.根据权利要求7所述的原子层沉积装置，其特征在于，所述上盖(3)上设置有上凹槽(32)，所述上凹槽(32)的底面与所述作业载台(1)的顶面间隔设置；和/或

所述下盖(4)上设置有下凹槽(42)，所述下凹槽(42)的底面与所述作业载台(1)的底面间隔设置。

10.根据权利要求1所述的原子层沉积装置，其特征在于，每个所述供源腔上均设置有进源气管(24)，所述进源气管(24)与外界前驱体源相连接，用于向所述供源腔供给前驱体。

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