CN213824728U

CN213824728U - 反应装置

Info

Publication number: CN213824728U
Application number: CN202022024852.8U
Authority: CN
Inventors: 马红霞
Original assignee: Yangtze Memory Technologies Co Ltd
Current assignee: Yangtze Memory Technologies Co Ltd
Priority date: 2020-09-15
Filing date: 2020-09-15
Publication date: 2021-07-30
Anticipated expiration: 2030-09-15

Abstract

本申请提供了一种反应装置。该装置包括加热设备，具有加热腔，加热设备用于加热源材料形成反应物；第一管路，与加热腔连通，第一管路用于通入载气；第二管路，一端与加热设备连通；反应器，与第二管路的另一端连通，反应器用于采用加热后的反应物制备所需结构；第一流量检测设备，位于第二管路上，第一流量检测设备用于检测第二管路中的气体的流量；PID控制器，输入端与第一流量检测设备通信连接，输出端与加热设备通信连接并根据第二管路中的流量调节所述加热设备的温度以使所述第二管路中的流量处于预设范围内。该反应装置实现流量的反馈调节，进而可以调整进入到反应器的反应物的质量，从而保证了所需结构的稳定沉积，保证了其质量。

Description

反应装置

技术领域

本申请涉及半导体领域，具体而言，涉及一种反应装置。

背景技术

AlCl₃作为沉积氧化铝层的Al源，广泛应用于半导体行业，但AlCl₃是固体材料，需要在加热设备的加热腔中加热AlCl₃，加热后得到的AlCl₃通过Ar等惰性气体携带，在进入反应器之前，先由MFM(Mass Flow Meter，气体质量流量计)来监测管路中气体的流量，检测合格后，才会控制气体进入到反应器以沉积氧化铝层。

一般地，在加热腔加热的一个周期内，随着加热腔内AlCl₃的量逐渐减少，Ar携带出来的AlCl₃持续减少，影响反应器内氧化铝层的厚度；另外，随着3D NAND深宽比的不断增大，在一个ALD(原子层沉积)周期内，需要增加通入AlCl₃的时间来保证S/C(StepCoverage)，但是载气携带AlCl₃的持久性明显不行。

目前，MFM只起到监测作用，并不能做出任何调节其携带均匀性的动作，一旦载气携带铝的流量下降，实际过程中，也无法调整当前流量，也难以控制氧化铝层沉积的过程，也难以保证氧化铝层的质量。

实用新型内容

本申请的主要目的在于提供一种反应装置，以解决现有技术中难以实时调整载气携带反应物的量的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种反应装置，包括：加热设备，具有加热腔，所述加热设备用于加热源材料以形成反应物；第一管路，与所述加热腔连通，所述第一管路用于通入载气；第二管路，一端与所述加热设备连通；反应器，与所述第二管路的另一端连通，所述反应器用于采用加热后的所述反应物制作所需结构；第一流量检测设备，位于所述第二管路上，所述第一流量检测设备用于检测所述第二管路中的气体的流量；PID控制器，输入端与所述第一流量检测设备通信连接，输出端与所述加热设备的温度控制单元通信连接，所述PID控制器根据第二管路中的气体流量调节所述加热设备的温度以使所述第二管路中的气体流量处于预设范围内。

进一步地，所述反应装置还包括：流量控制结构，位于所述第一管路上，所述流量控制结构与所述PID控制器的输出端通信连接，所述流量控制结构用于控制所述第一管路中的流量。

进一步地，所述流量控制结构包括流量控制阀。

进一步地，所述反应装置还包括：第一模数转换器，一端与所述第一流量检测设备通信连接，另一端与所述PID控制器的输入端通信连接，所述第一模数转换器用于获取流量信号并进行模数转换。

进一步地，所述反应装置还包括：第二控制阀，所述第二管路上，并且位于所述加热设备与所述第一流量检测设备之间；检测管路，一端与所述第二管路的位于所述加热设备与所述第二控制阀之间的位置连通；第一控制阀，位于所述检测管路上，用于控制从所述第二管路流向所述检测管路的气体的流量；第二流量检测设备，位于所述检测管路上，所述第二流量检测设备用于检测所述检测管路中的气体的流量。

进一步地，所述反应装置还包括：回收设备，与所述检测管路的另一端连通，用于回收经过第二流量检测设备的气体。

进一步地，所述反应装置还包括：连接支路，一端与所述第一管路连接，另一端另一端与所述第二管路的位于所述加热设备和所述第一流量检测设备之间的位置连接；第三控制阀，位于所述连接支路上，用于控制所述连接支路上的气体流量。

进一步地，所述反应装置还包括：第四控制阀，位于连接所述连接支路与所述加热设备之间的所述第二管路上，用于控制从所述加热设备流出的气体流量。

进一步地，所述加热设备具有温度控制单元，所述PID控制器与所述温度控制单元通信连接并通过所述温度控制单元调节所述加热设备的温度。

进一步地，所述源材料包括固态固态AlCl₃。

上述的装置中，在加热设备的加热腔中加热源材料，源材料经加热后形成反应物，加热设备的加热腔与第一管路连通，载气通过第一管路进入到加热设备中的加热腔中，携带反应物进入到第二管路中，第二管路上设置第一流量检测设备，可以实时检测第二管路中的气体流量，该流量的大小基本可以反映第二管路中单位时间内的固体颗粒的输出量，气体流量较大，携带的固体颗粒较多，气体流量小，携带的固体颗粒较少，将检测到的气体流量信息发送至PID控制器，PID控制器根据检测的流量信息和预定阈值比较，得到控制信号，以控制加热设备的加热温度，以调整加热设备输出的反应物的量(加热温度增加，单位时间内进入到第二管路中的反应物增加，气体流量增加，加热温度减小，单位时间内进入到第二管路中的反应物减少，气体流量减小)，从而可以实时调整载气携带固体材料颗粒的量，实现反馈调节，进而可以调整进入到反应器的反应物的量，保证进入到反应器的反应物的量满足预定条件，从而保证了由反应物形成的化合物层的稳定沉积，进而保证了所需结构的质量。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本申请的一种实施例的反应装置结构示意图；以及

图2示出了根据本申请的另一种实施例的反应装置结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、加热设备；2、第一管路；3、第二管路；4、反应器；5、第一流量检测设备；6、PID控制器；7、流量控制结构；8、第一模数转换器；9、检测管路；10、第一控制阀；11、第二流量检测设备；12、回收设备；13、第二控制阀；14、第三控制阀；15、第四控制阀。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

应该理解的是，当元件(诸如层、膜、区域、或衬底)描述为在另一元件“上”时，该元件可直接在该另一元件上，或者也可存在中间元件。而且，在说明书以及权利要求书中，当描述有元件“连接”至另一元件时，该元件可“直接连接”至该另一元件，或者通过第三元件“连接”至该另一元件。

正如背景技术所介绍的，现有技术中难以实时调整载气携带反应物的质量的问题，为了解决如上问题，本申请的一种典型的实施方式中，提供了一种的反应装置。

根据本申请的实施例，提供了一种的反应装置。如图1和图2所示，该反应装置包括：

加热设备1，具有加热腔，上述加热设备1用于加热源材料形成反应物；

第一管路2，与上述加热腔连通，上述第一管路2用于通入载气；

第二管路3，一端与上述加热设备1连通；

反应器4，与上述第二管路3的另一端连通，上述反应器4用于采用加热后的上述反应物制备所需结构；

第一流量检测设备5，位于上述第二管路3上，上述第一流量检测设备5用于检测上述第二管路3中的气体的流量；

PID控制器6，输入端与上述第一流量检测设备5通信连接，输出端与上述加热设备1通信连接，上述PID控制器根据第二管路中的气体流量调节上述加热设备的温度以使上述第二管路中的气体流量处于预设范围内。

上述的装置中，在加热设备的加热腔中加热源材料，加热设备的加热腔与第一管路连通，载气通过第一管路进入到加热设备中的加热腔中，携带由加热后的源材料变成的反应物进入到第二管路中，第二管路上设置第一流量检测设备，可以实时检测第二管路中的气体流量，该流量的大小基本可以反映第二管路中单位时间内的反应物的输出量，气体流量较大，携带的反应物较多，气体流量小，携带的反应物较少，将检测到的流量信息发送至PID控制器，PID控制器根据检测的流量信息和预定阈值比较，得到控制信号，以控制加热设备的加热温度，以调整加热设备输出的反应物的量。当气体流量低于预设范围时，加热温度增加，单位时间内进入到第二管路中的反应物增加，气体流量增加；当气体流量高于预设范围时，加热温度减小，单位时间内进入到第二管路中的反应物减少，气体流量减小，本申请中，通过监控第二管路的气体流量调整加热设备的加热温度，通过调整加热设备的加热温度来反馈调节第二管路的气体流量，从而调整载气携带反应物的量，实现反馈调节，进而可以调整进入到反应器的反应物的质量，保证进入到反应器的反应物的质量满足预定条件，从而保证了由反应物形成的所需结构的稳定沉积，进而保证了所需结构的质量。

本申请的一种实施例中，如图1和图2所示，上述反应装置还包括流量控制结构7，流量控制结构7位于上述第一管路2上，用于控制第一管路2上的载气流量，上述流量控制结构7与上述PID控制器6的输出端通信连接，PID控制器输出的控制信号控制上述流量控制结构7的工作，从而控制上述第一管路2中的流量。

本申请中的流量控制结构可以为本领域中任何可行的流量控制结构，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的结构来调整第一管路中的气体的流量。

本申请的另一种实施例中，上述流量控制结构包括流量控制阀，使用流量控制阀控制第一管路中的流量，这样使得反应装置的结构更简单。

本申请的再一种实施例中，如图2所示，上述反应装置还包括第一模数转换器8，第一模数转换器8一端与上述第一流量检测设备5通信连接，另一端与上述PID控制器6的输入端通信连接。第一流量检测设备5检测到的流量信息为模拟信号，第一模数转换器8将模拟信号转换为数字信号，并传输至PID控制器6，方便PID控制器对数据的处理运算。

本申请的又一种实施例中，上述第一流量检测设备包括流量检测器和第二模数转换器，上述第二模数转换器的一端与上述流量检测器通信连接，上述第二模数转换器与上述PID控制器的输入端通信连接。第一流量检测设备中包括流量检测器和第二模数转换器，流量检测器用于检测所通过的气体流量且检测到的流量信号为模拟信号，第二模数转换器将检测到的模拟信号进行模数转换以后，输出到PID控制器中，进一步方便了PID控制器对数据的处理运算。

本申请的另一种实施例中，PID控制器中包括第三模数转换器，第一流量检测设备输出的气体流量模拟信号直接传输至PID控制器，PID控制器中的第三模数转换器将模拟信号转换为数字信号，再传输至PID控制器的运算单元进行运算。

本申请的一种实施例中，如图1和图2所示，上述反应装置还包括检测管路9、第一控制阀10、第二控制阀13和第二流量检测设备11，第二控制阀13位于上述第二管路3上，并且位于上述加热设备1与上述第一流量检测设备5之间；检测管路9的一端与上述第二管路3的位于上述加热设备1与上述第二控制阀13之间的位置连通，第一控制阀10位于上述检测管路9上，用于控制从上述第二管路流向上述检测管路的气体的流量，第二流量检测设备11位于上述检测管路9上，上述第二流量检测设备11用于检测上述检测管路中的气体的流量。第二流量检测设备11控制向反应器4通气之前，进行检测，当检测合格之后，再控制第二管路中的气体通入反应器4中，进一步保证了该制造系统的稳定性。具体的，可关闭第二控制阀13、打开第一控制阀10，使气体进入检测管路9。当第二流量检测设备11检测合格之后，第二控制阀13打开，气体就可以流至第一流量检测设备5。

本申请的另一种实施例中，如图1和图2所示，上述反应装置还包括回收设备12，回收设备12与上述检测管路9的另一端连通。回收设备12用于回收经过第二流量检测设备检测的废气。

本申请的又一种实施例中，如图1和图2所示，上述反应装置还包括连接支路和第三控制阀14，连接支路的一端与上述第一管路2连接，另一端与上述第二管路3的位于上述加热设备1和上述第一流量检测设备5之间的位置连接，具体与第四控制阀15背离加热设备1一侧的第二管路3连接，第三控制阀14位于上述连接支路上。在停止向反应器4中通携带颗粒反应的载气后，可以将第三控制阀14打开，通过第一管路2和连接支路向第二管路3中通气，将管壁上的残留物吹扫出去，保证了气体传输的有效性。

具体的，本申请的另一种实施例中，如图1和图2所示，上述反应装置还包括第四控制阀15，第四控制阀15位于连接上述连接支路与上述加热设备1之间的上述第二管路3上，用于控制从上述加热设备1流出的气体流量。

需要说明的是，本申请的第一流量检测设备和第二流量检测设备可以为现有技术中的任何流量检测设备，本申请的一种具体的实施例中，这两个流量检测设备均为气体质量流量计MFM。

本申请的一种具体的实施例中，上述加热设备具有温度控制单元，上述PID控制器与所属温度控制单元通信连接并通过所属温度控制单元调节上述加热设备的温度。

需要说明的是，本申请中的上述源材料可以为现有技术中任何加热形成可由载气携带至反应器中的固体材料，本申请中的一种具体实施例中，上述源材料包括固态铝源，具体为固态AlCl₃。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

本申请的上述的装置中，在加热设备的加热腔中加热源材料，加热设备的加热腔与第一管路连通，载气通过第一管路进入到加热设备中的加热腔中，携带由加热后的源材料变成的反应物进入到第二管路中，第二管路上设置第一流量检测设备，可以实时检测第二管路中的气体流量，该流量的大小基本可以反映第二管路中单位时间内的反应物的输出量，气体流量较大，携带的反应物较多，气体流量小，携带的反应物较少，将检测到的气体流量信息发送至PID控制器，PID控制器根据检测的流量信息和预定阈值比较，得到控制信号，以控制加热设备的加热温度，以调整加热设备输出的固体材料颗粒的量(加热温度增加，单位时间内进入到第二管路中的反应物增加，加热温度减小，单位时间内进入到第二管路中的反应物减少)，从而可以实时调整载气携带反应物的量，实现反馈调节，进而可以调整进入到反应器的反应物的量，保证进入到反应器的反应物的量满足预定条件，从而保证了由反应物形成的化合物层的稳定沉积，进而保证了化合物层的质量。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种反应装置，其特征在于，包括：

加热设备，具有加热腔，所述加热设备用于加热源材料形成反应物；

第一管路，与所述加热腔连通，所述第一管路用于通入载气；

第二管路，一端与所述加热设备连通；

反应器，与所述第二管路的另一端连通，所述反应器用于采用加热后的所述反应物制备所需结构；

第一流量检测设备，位于所述第二管路上，所述第一流量检测设备用于检测所述第二管路中的气体的流量；

PID控制器，输入端与所述第一流量检测设备通信连接，输出端与所述加热设备通信连接，所述PID控制器根据第二管路中的气体流量调节所述加热设备的温度以使所述第二管路中的气体流量处于预设范围内。

2.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述反应装置还包括：

流量控制结构，位于所述第一管路上，所述流量控制结构与所述PID控制器的输出端通信连接，所述流量控制结构用于控制所述第一管路中的流量。

3.根据权利要求2所述的反应装置，其特征在于，所述流量控制结构包括流量控制阀。

4.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述反应装置还包括：

第一模数转换器，一端与所述第一流量检测设备连接，另一端与所述PID控制器的输入端通信连接，所述第一模数转换器用于获取流量信号并进行模数转换。

5.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述反应装置还包括：

第二控制阀，位于所述第二管路上，并且位于所述加热设备与所述第一流量检测设备之间；

检测管路，一端与所述第二管路的位于所述加热设备与所述第二控制阀之间的位置连通；

第一控制阀，位于所述检测管路上，用于控制从所述第二管路流向所述检测管路的气体的流量；

第二流量检测设备，位于所述检测管路上，所述第二流量检测设备用于检测所述检测管路中的气体的流量。

6.根据权利要求5所述的反应装置，其特征在于，所述反应装置还包括：

回收设备，与所述检测管路的另一端连通，用于回收经过第二流量检测设备的气体。

7.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述反应装置还包括：

连接支路，一端与所述第一管路连接，另一端与所述第二管路的位于所述加热设备和所述第一流量检测设备之间的位置连接；

第三控制阀，位于所述连接支路上，用于控制所述连接支路上的气体流量。

8.根据权利要求7所述的反应装置，其特征在于，所述反应装置还包括：

第四控制阀，位于连接所述连接支路与所述加热设备之间的所述第二管路上，用于控制从所述加热设备流出的气体流量。

9.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述加热设备具有温度控制单元，所述PID控制器与所述温度控制单元通信连接并通过所述温度控制单元调节所述加热设备的温度。

10.根据权利要求1至9任一项所述的反应装置，其特征在于，所述源材料包括固态AlCl₃。