TWI681072B - 進氣系統、原子層沉積設備和方法 - Google Patents

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Abstract

本發明實施例揭露了一種進氣系統、原子層沉積設備和方法，該進氣系統包括進氣管路，用於通過氣體分配裝置向反應腔室通入反應前驅體，且在進氣管路上設置有進氣通斷閥，還包括排氣管路，分別與氣體分配裝置和反應腔室連通；在排氣管路上設置有排氣通斷閥。本發明提供的進氣系統、原子層沉積設備和方法的技術方案，可以提高反應腔室內部的製程壓力的穩定性，便於對腔室內部的總進氣流量和製程壓力進行控制，進而可以有效地降低製程程序中因壓力或流量波動造成的顆粒的產生，從而提高成膜的均勻性，提高成膜良率。

Description

進氣系統、原子層沉積設備和方法
本發明涉及半導體製造技術領域，尤其涉及一種進氣系統、原子層沉積設備和方法。
原子層沉積 (Atomic Layer Deposition，以下簡稱ALD)技術是一種可以將物質以單原子膜形式一層一層的鍍在基底表面的方法，其生長過程具有週期性，一個製備週期（Cycle）一般包括兩個自限制反應（Self-limit reaction）。在一定溫度條件下，通過向反應腔室中通入第一種反應前驅物（Precursor），使該反應前驅物分子吸附（以化學吸附為主）在基底表面上，用作活性劑（Species）。當第一種反應前驅物的吸附達到飽和狀態時，化學吸附反應結束，實現了第一種前驅物同基底表面反應的自限制控制（第一個自限制反應）；在第一個自限制反應結束後，通過一定方法吹掃（Purge）反應腔室中的第一種前驅物（一般還包括第一種前驅物同基底表面反應的副產物），並通入第二種反應前驅物；第二種反應前驅物與已吸附在基底表面的活性劑（第一種前驅物）發生化學反應，在基底表面生成所要製備的薄膜的單分子層，並釋放氣態的副產物。
如第1圖所示，以兩種反應前驅物分別為SiH 4和WF 6為例，進氣系統包括兩條進氣管路（A，B），分別用於通過勻流盤（Showerhead）將SiH 4和WF 6通入反應腔室，且在這兩條氣路（A，B）上分別設置有MFC（Mass Flow Controller，氣體品質流量控制器），用於控制氣體流量。並且，在兩條氣路（A，B）上分別設置有快速切換閥（以下簡稱ALD閥），用於實現氣路的接通或斷開，從而實現兩種反應前驅物交替通入反應腔室。另外，進氣系統還包括兩條排氣管路（C，D），二者分別將進氣管路（A，B）與反應腔室的用於排出殘氣或副產物的前級真空管線連通，且在兩條排氣管路（C，D）上分別設置有快速切換閥，用於實現在兩種反應前驅物交替通入反應腔室的同時，將不通入反應腔室的反應前驅物通過前級真空管線排出。
雖然上述進氣系統通過交替控制ALD閥的通斷，可以實現兩種反應前驅物交替且快速的進入反應腔室，以完成ALD薄膜的製備。但是，上述進氣系統在實際應用中不可避免地存在以下問題： 其一，雖然關閉ALD閥可以使反應前驅物不會進入反應腔室中，但是會造成該ALD閥所在的進氣管路憋壓，當再次開啟該ALD閥時，反應前驅物會以極不穩定的壓力和流量進入到反應腔室中，同時也不利用MFC對氣體流量的控制。 其二，由於反應前驅物在一段時間內通入了前級真空管線中，導致進入反應腔室的氣體總量減少，從而造成腔室內部的製程壓力不穩定，對腔室內部的總進氣流量和製程壓力很難精準的穩定和控制，而且進氣管路中產生的流量變化足以影響腔室內部的壓力變化，會造成腔室內的顆粒增加，從而影響製程效果，尤其成膜的均勻性。
有鑒於此，本發明實施例提供一種用於原子層沉積製程的進氣系統和控制方法。
根據本發明實施例的一個方面，提供一種進氣系統，包括與氣體分配裝置連通的進氣管路，用於通過氣體分配裝置向反應腔室通入反應前驅體，且在該進氣管路上設置有進氣通斷閥，還包括： 排氣管路，分別與該氣體分配裝置和該反應腔室連通，且在該排氣管路上設置有排氣通斷閥。
可選地，該進氣管路為至少兩條，用於通過該氣體分配裝置向該反應腔室通入不同的反應前驅體，且在每條該進氣管路上均設置有該進氣通斷閥。
可選地，在該進氣管路上，且位於該進氣通斷閥的上游設置有能夠儲存預定容量的反應前驅體的緩衝裝置。
可選地，該緩衝裝置包括： 管狀空腔，該管狀空腔的內徑大於該進氣管路的內徑。
可選地，在該進氣管路上還設置有氣體品質流量控制器。
可選地，該進氣通斷閥為電磁閥。
可選地，該排氣通斷閥為電磁閥。
可選地，該進氣管路為兩條，用於通過該氣體分配裝置向該反應腔室通入SiH 4和WF 6。
根據本發明的另一方面，提供一種原子層沉積方法，採用本發明提供的上述原子層沉積設備進行沉積製程；該原子層沉積方法包括： 沉積階段，開啟該進氣通斷閥，同時關閉該排氣通斷閥，以通過該氣體分配裝置向該反應腔室通入反應前驅體； 吹掃階段，關閉該進氣通斷閥，同時開啟該排氣通斷閥，以將該氣體分配裝置中的反應前驅體排入該反應腔室，並通過該前級真空管線排出該反應腔室。
可選地，該進氣管路為兩條，分別為第一進氣管路和第二進氣管路，用於通過該氣體分配裝置向該反應腔室通入第一反應前驅體和第二反應前驅體；該進氣通斷閥為兩個，分別為第一進氣通斷閥和第二進氣通斷閥，二者分別設置在該第一進氣管路和第二進氣管路上； 該原子層沉積方法包括： 第一沉積階段，開啟該第一進氣通斷閥，同時關閉該第二進氣通斷閥和排氣通斷閥，以通過該氣體分配裝置向該反應腔室通入該第一反應前驅體； 第一吹掃階段，關閉該第一進氣通斷閥，同時開啟該排氣通斷閥，以將該氣體分配裝置中的第一反應前驅體排入該反應腔室，並通過該前級真空管線排出該反應腔室； 第二沉積階段，開啟該第二進氣通斷閥，同時關閉該第一進氣通斷閥和排氣通斷閥，以通過該氣體分配裝置向該反應腔室通入該第二反應前驅體； 第二吹掃階段，關閉該第二進氣通斷閥，同時開啟該排氣通斷閥，以將該氣體分配裝置中的第二反應前驅體排入該反應腔室，並通過該前級真空管線排出該反應腔室； 迴圈進行該第一沉積階段、第一吹掃階段、第二沉積階段和第二吹掃階段至少一次。
本發明提供的進氣系統、原子層沉積設備和方法的技術方案中，通過設置與氣體分配裝置和反應腔室連通的排氣管路，可以在進氣管路上的進氣通斷閥關閉時，將氣體分配裝置中的反應前驅體流入反應腔室中，再經由反應腔室的前級真空管線排出，這與先前技術中直接將反應前驅體排入前級真空管線相比，可以避免進氣管路憋壓，同時可以保證進入反應腔室的氣體總量不變，從而可以提高反應腔室內部的製程壓力的穩定性，便於對腔室內部的總進氣流量和製程壓力進行控制，進而可以有效地降低製程程序中因壓力或流量波動造成的顆粒的產生，從而提高成膜的均勻性，提高成膜良率。
本發明實施例附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，這些將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐瞭解到。
下面參照附圖對本發明進行更全面的描述，其中說明本發明的示例性實施例。下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。下面結合圖和實施例對本發明的技術方案進行多方面的描述。
下文為了敘述方便，下文中所稱的“左”、“右”、“上”、“下”與附圖本身的左、右、上、下方向一致。下文中的“第一”、“第二”等，僅用於描述上相區別，並沒有其他特殊的含義。
如第2圖所示，本發明提供一種進氣系統，其用於向反應腔室8提供製程氣體，可應用於原子層沉積製程。具體地，進氣系統包括進氣管路，該進氣管路與氣體分配裝置1連通，用於通過氣體分配裝置7向反應腔室8通入反應前驅體，且在該進氣管路上設置有進氣通斷閥，用於接通或斷開進氣管路。其中，氣體分配裝置7用於對氣體進行分配，並使氣體能夠均勻地流入反應腔室8，對於原子層沉積製程，該氣體分配裝置7能夠將至少兩種反應前驅體隔離。具體地，氣體分配裝置7可以包括相互獨立的至少兩個進氣通道和勻流腔，其中，至少兩個進氣通道一一對應地與至少兩條進氣管路連通，用於將進氣管路中的反應前驅體均勻地輸送至反應腔室8中。
在本實施例中，如第2圖所示，進氣管路為兩條，分別為第一進氣管路1和第二進氣管路2，用於通過氣體分配裝置7向反應腔室8通入不同的兩種反應前驅體，例如，第一進氣管路1和第二進氣管路2分別用於輸送SiH 4和WF 6。並且，在第一進氣管路1上設置有第一進氣通斷閥3；在第二進氣管路2上設置有第二進氣通斷閥5。通過交替接通第一進氣通斷閥3和第二進氣通斷閥5，可以實現兩種反應前驅物交替通入反應腔室8。較佳的，第一進氣通斷閥3和第二進氣通斷閥5均採用快速切換閥，例如電磁閥等。這樣，可以實現兩種反應前驅物交替且快速的進入反應腔室，以完成ALD薄膜的製備。
可選的，在進氣管路上設置有氣體品質流量控制器（Mass Flow Controller，簡稱MFC），用於控制進氣管路中的氣體流量。
進氣系統還包括排氣管路4，該排氣管路4分別與氣體分配裝置7和反應腔室8連通，具體地，排氣管路4用於將與氣體分配裝置7的勻流腔與反應腔室8連通；並且，在排氣管路4上設置有排氣通斷閥10，用於接通或斷開排氣管路4。
借助排氣管路4，可以在進氣管路上的進氣通斷閥關閉時，將氣體分配裝置7中殘留的反應前驅體流入反應腔室8中，再經由反應腔室8的前級真空管線9（Foreline）排出，這與先前技術中直接將反應前驅體排入前級真空管線9相比，可以避免因反應前驅物自進氣管路直接進入前級真空管線而造成的分流，從而可以避免進氣管路憋壓，同時可以保證進入反應腔室8的氣體總量不變，從而可以提高反應腔室8內部的製程壓力的穩定性，便於對腔室內部的總進氣流量和製程壓力進行控制，進而可以有效地降低製程程序中因壓力或流量波動造成的顆粒的產生，從而提高成膜的均勻性，提高成膜良率。
可選的，排氣通斷閥10為快速切換閥，例如為電磁閥等，以實現排氣管路與進氣管路之間的快速切換。
以採用第2圖示出的進氣系統輸送兩種反應前驅物分別為SiH 4和WF 6為例，如第3圖所示，原子層沉積製程包括以下步驟：
第一沉積階段，開啟該第一進氣通斷閥3，同時關閉第二進氣通斷閥5和排氣通斷閥10，以通過氣體分配裝置7向反應腔室8通入第一反應前驅體（SiH 4）；
第一吹掃階段，關閉第一進氣通斷閥3，同時開啟排氣通斷閥10，以將氣體分配裝置7中殘留的第一反應前驅體排入反應腔室8，並通過前級真空管線9排出反應腔室8；
第二沉積階段，開啟第二進氣通斷閥5，同時關閉第一進氣通斷閥3和排氣通斷閥10，以通過氣體分配裝置7向反應腔室通入第二反應前驅體（WF 6）；
第二吹掃階段，關閉第二進氣通斷閥5，同時開啟排氣通斷閥10，以將氣體分配裝置7中殘留的第二反應前驅體排入反應腔室8並通過前級真空管線9排出反應腔室8；
迴圈進行上述第一沉積階段、第一吹掃階段、第二沉積階段和第二吹掃階段至少一次，從而完成原子層沉積製程。
可選的，在進氣管路上，且位於進氣通斷閥的上游設置有能夠儲存預定容量的反應前驅體的緩衝裝置。在本實施例中，如第2圖所示，在第一進氣管路1和第二進氣管路2上分別設置有第一緩衝裝置11和第二緩衝裝置12。借助緩衝裝置在進氣通斷閥關閉時儲存一定容量的反應前驅體，可以在進氣通斷閥再次開啟時避免進氣管路中產生較大的流量和壓力波動。由於不同進氣通斷閥之間的切換時間非常短，緩衝裝置的設置可以有效平穩反應前驅物的壓力和流量，且不對氣體品質流量控制器的控制造成影響。
可選的，上述緩衝裝置包括管狀空腔，該管狀空腔的內徑大於進氣管路的內徑。當然，在實際應用中，還可以採用其他結構和方式的緩衝裝置，只要能夠有效平穩反應前驅物的壓力和流量即可。 作為另一個技術方案，本發明還提供一種原子層沉積設備，如第2圖所示，其包括反應腔室8、設置在該反應腔室8頂部的氣體分配裝置7、進氣系統和前級真空管線9。其中，進氣系統採用本發明提供的上述進氣系統。
本發明提供的原子層沉積設備，其通過採用本發明提供的上述進氣系統，可以提高反應腔室內部的製程壓力的穩定性，便於對腔室內部的總進氣流量和製程壓力進行控制，進而可以有效地降低製程程序中因壓力或流量波動造成的顆粒的產生，從而提高成膜的均勻性，提高成膜良率。
作為另一個技術方案，本發明還提供一種原子層沉積方法，其採用本發明提供的上述原子層沉積設備進行沉積製程。該原子層沉積方法包括： 沉積階段，開啟進氣通斷閥，同時關閉排氣通斷閥，以通過氣體分配裝置向反應腔室通入反應前驅體； 吹掃階段，關閉進氣通斷閥，同時開啟排氣通斷閥，以將氣體分配裝置中的反應前驅體排入反應腔室，並通過前級真空管線排出反應腔室。
本發明提供的原子層沉積方法，其通過採用本發明提供的上述原子層沉積設備進行沉積製程，可以提高反應腔室內部的製程壓力的穩定性，便於對腔室內部的總進氣流量和製程壓力進行控制，進而可以有效地降低製程程序中因壓力或流量波動造成的顆粒的產生，從而提高成膜的均勻性，提高成膜良率。
具體地，以第2圖示出的原子層沉積設備採用的進氣系統為例，進氣管路為兩條，分別為第一進氣管路1和第二進氣管路2，用於通過氣體分配裝置7向反應腔室8通入第一反應前驅體和第二反應前驅體；進氣通斷閥為兩個，分別為第一進氣通斷閥3和第二進氣通斷閥5，二者分別設置在第一進氣管路1和第二進氣管路2上。
原子層沉積方法包括： 第一沉積階段，開啟該第一進氣通斷閥3，同時關閉第二進氣通斷閥5和排氣通斷閥10，以通過氣體分配裝置7向反應腔室8通入第一反應前驅體（SiH 4）； 第一吹掃階段，關閉第一進氣通斷閥3，同時開啟排氣通斷閥10，以將氣體分配裝置7中殘留的第一反應前驅體排入反應腔室8，並通過前級真空管線9排出反應腔室8； 第二沉積階段，開啟第二進氣通斷閥5，同時關閉第一進氣通斷閥3和排氣通斷閥10，以通過氣體分配裝置7向反應腔室通入第二反應前驅體（WF 6）； 第二吹掃階段，關閉第二進氣通斷閥5，同時開啟排氣通斷閥10，以將氣體分配裝置7中殘留的第二反應前驅體排入反應腔室8並通過前級真空管線9排出反應腔室8； 迴圈進行上述第一沉積階段、第一吹掃階段、第二沉積階段和第二吹掃階段至少一次，從而完成原子層沉積製程。
綜上所述，本發明提供的進氣系統、原子層沉積設備和方法的技術方案中，通過設置與氣體分配裝置和反應腔室連通的排氣管路，可以在進氣管路上的進氣通斷閥關閉時，將氣體分配裝置中的反應前驅體流入反應腔室中，再經由反應腔室的前級真空管線排出，這與先前技術中直接將反應前驅體排入前級真空管線相比，可以避免進氣管路憋壓，同時可以保證進入反應腔室的氣體總量不變，從而可以提高反應腔室內部的製程壓力的穩定性，便於對腔室內部的總進氣流量和製程壓力進行控制，進而可以有效地降低製程程序中因壓力或流量波動造成的顆粒的產生，從而提高成膜的均勻性，提高成膜良率。
上述本發明所揭露的任一技術方案除另有聲明外，如果其揭露了數值範圍，那麼揭露的數值範圍均為較佳的數值範圍，任何本領域的技術人員應該理解：較佳的數值範圍僅僅是諸多可實施的數值中技術效果比較明顯或具有代表性的數值。由於數值較多，無法窮舉，所以本發明才揭露部分數值以舉例說明本發明的技術方案，並且，上述列舉的數值不應構成對本發明創造保護範圍的限制。
同時，上述本發明如果揭露或涉及了互相固定連接的零部件或結構件，那麼，除另有聲明外，固定連接可以理解為：能夠拆卸地固定連接（例如使用螺栓或螺釘連接），也可以理解為：不可拆卸的固定連接（例如鉚接、焊接），當然，互相固定連接也可以為一體式結構（例如使用鑄造製程一體成形製造出來）所取代（明顯無法採用一體成形製程除外）。
另外，上述本發明揭露的任一技術方案中所應用的用於表示位置關係或形狀的術語除另有聲明外其含義包括與其近似、類似或接近的狀態或形狀。本發明提供的任一部件既可以是由多個單獨的組成部分組裝而成，也可以為一體成形製程製造出來的單獨部件。
以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制；儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解：依然可以對本發明的具體實施方式進行修改或者對部分技術特徵進行等同替換；而不脫離本發明技術方案的精神，其均應涵蓋在本發明請求保護的技術方案範圍當中。
本發明的描述是為了示例和描述起見而給出的，而並不是無遺漏的或者將本發明限於所揭露的形式。很多修改和變化對於本領域的普通技術人員而言是顯然的。選擇和描述實施例是為了更好說明本發明的原理和實際應用，並且使本領域的普通技術人員能夠理解本發明從而設計適於特定用途的帶有各種修改的各種實施例。
1‧‧‧第一進氣管路 2‧‧‧第二進氣管路 3‧‧‧第一進氣通斷閥 4、C、D‧‧‧排氣管路 5‧‧‧第二進氣通斷閥 7‧‧‧氣體分配裝置 8‧‧‧反應腔室 9‧‧‧前級真空管線 10‧‧‧排氣通斷閥 11‧‧‧第一緩衝裝置 12‧‧‧第二緩衝裝置 A、B‧‧‧進氣管路 MFC‧‧‧氣體品質流量控制器
為了更清楚地說明本發明實施例或先前技術中的技術方案，下面將對實施例或先前技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖： 第1圖為先前技術採用的進氣系統的結構示意圖； 第2圖為本發明提供的進氣系統的結構示意圖； 第3圖為採用本發明提供的進氣系統進行原子層沉積製程的流程圖。
1‧‧‧第一進氣管路
2‧‧‧第二進氣管路
3‧‧‧第一進氣通斷閥
4‧‧‧排氣管路
5‧‧‧第二進氣通斷閥
7‧‧‧氣體分配裝置
8‧‧‧反應腔室
9‧‧‧前級真空管線
10‧‧‧排氣通斷閥
11‧‧‧第一緩衝裝置
12‧‧‧第二緩衝裝置

Claims (11)

  1. 一種進氣系統，包括與一氣體分配裝置連通的一進氣管路，用於通過該氣體分配裝置向一反應腔室通入反應前驅體，且在該進氣管路上設置有一進氣通斷閥，其特徵在於，還包括： 一排氣管路，分別與該氣體分配裝置和該反應腔室連通，且在該排氣管路上設置有一排氣通斷閥。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的進氣系統，其中，該進氣管路為至少兩條，用於通過該氣體分配裝置向該反應腔室通入不同的反應前驅體，且在每條該進氣管路上均設置有該進氣通斷閥。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的進氣系統，其中，在該進氣管路上，且位於該進氣通斷閥的上游設置有能夠儲存預定容量的反應前驅體的一緩衝裝置。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的進氣系統，其中，該緩衝裝置包括： 一管狀空腔，該管狀空腔的內徑大於該進氣管路的內徑。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的進氣系統，其中，在該進氣管路上還設置有一氣體品質流量控制器。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的進氣系統，其中，該進氣通斷閥為一電磁閥。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的進氣系統，其中，該排氣通斷閥為一電磁閥。
  8. 如申請專利範圍第2項所述的進氣系統，其中，該進氣管路為兩條，用於通過該氣體分配裝置向該反應腔室通入SiH 4和WF 6。
  9. 一種原子層沉積設備，包括一反應腔室、設置在該反應腔室頂部的一氣體分配裝置、一進氣系統和一前級真空管線，其中，該進氣系統採用申請專利範圍第1項至第8項任一項所述的進氣系統。
  10. 一種原子層沉積方法，其特徵在於，採用申請專利範圍第9項所述的原子層沉積設備進行沉積製程；該原子層沉積方法包括： 一沉積階段，開啟該進氣通斷閥，同時關閉該排氣通斷閥，以通過該氣體分配裝置向該反應腔室通入反應前驅體； 一吹掃階段，關閉該進氣通斷閥，同時開啟該排氣通斷閥，以將該氣體分配裝置中的反應前驅體排入該反應腔室，並通過該前級真空管線排出該反應腔室。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的原子層沉積方法，其中，該進氣管路為兩條，分別為一第一進氣管路和一第二進氣管路，用於通過該氣體分配裝置向該反應腔室通入一第一反應前驅體和一第二反應前驅體；該進氣通斷閥為兩個，分別為一第一進氣通斷閥和一第二進氣通斷閥，二者分別設置在該第一進氣管路和第二進氣管路上； 該原子層沉積方法包括： 一第一沉積階段，開啟該第一進氣通斷閥，同時關閉該第二進氣通斷閥和排氣通斷閥，以通過該氣體分配裝置向該反應腔室通入該第一反應前驅體； 一第一吹掃階段，關閉該第一進氣通斷閥，同時開啟該排氣通斷閥，以將該氣體分配裝置中的第一反應前驅體排入該反應腔室，並通過該前級真空管線排出該反應腔室； 一第二沉積階段，開啟該第二進氣通斷閥，同時關閉該第一進氣通斷閥和排氣通斷閥，以通過該氣體分配裝置向該反應腔室通入該第二反應前驅體； 一第二吹掃階段，關閉該第二進氣通斷閥，同時開啟該排氣通斷閥，以將該氣體分配裝置中的第二反應前驅體排入該反應腔室，並通過該前級真空管線排出該反應腔室； 迴圈進行該第一沉積階段、第一吹掃階段、第二沉積階段和第二吹掃階段至少一次。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111364020B (zh) * 2020-04-10 2022-01-28 南昌航空大学 一种气溶胶传输辅助装置及输送方法
CN111560605A (zh) * 2020-06-18 2020-08-21 北京北方华创微电子装备有限公司 原子层沉积设备的前驱体传输装置和前驱体传输方法
KR102310908B1 (ko) * 2021-04-30 2021-10-08 (주) 리노닉스 질소 가스의 단독 사용이 가능한 캐리어 가스 공급장치
CN116288264A (zh) * 2022-08-29 2023-06-23 厦门韫茂科技有限公司 原子层沉积设备和原子层沉积设备的定温定量输气装置
CN115773471A (zh) * 2022-11-24 2023-03-10 江苏微导纳米科技股份有限公司 原子层沉积设备及其方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6858062B2 (en) * 2001-01-18 2005-02-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Residual gas removing device and method thereof

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100497748B1 (ko) * 2002-09-17 2005-06-29 주식회사 무한 반도체소자 제조용 원자층 증착 장치 및 원자층 증착 방법
US7273526B2 (en) 2004-04-15 2007-09-25 Asm Japan K.K. Thin-film deposition apparatus
US20070264427A1 (en) 2005-12-21 2007-11-15 Asm Japan K.K. Thin film formation by atomic layer growth and chemical vapor deposition
KR20070066945A (ko) * 2005-12-21 2007-06-27 에이에스엠 저펜 가부시기가이샤 원자층 성장 및 화학증기 증착에 의한 박막형성 방법
US8673394B2 (en) * 2008-05-20 2014-03-18 Sundew Technologies Llc Deposition method and apparatus
CN102312221A (zh) * 2011-09-06 2012-01-11 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种采用均匀进气系统的原子层沉积装置
US20130125818A1 (en) * 2011-11-22 2013-05-23 Intermolecular, Inc. Combinatorial deposition based on a spot apparatus
CN103943534B (zh) * 2013-01-18 2017-10-24 北京北方华创微电子装备有限公司 进气系统及基片处理设备
JP5764228B1 (ja) 2014-03-18 2015-08-12 株式会社日立国際電気 基板処理装置、半導体装置の製造方法、プログラム及び記録媒体
JP5800957B1 (ja) 2014-06-17 2015-10-28 株式会社日立国際電気 基板処理装置、半導体装置の製造方法、プログラムおよび記録媒体
US20170002463A1 (en) 2015-06-30 2017-01-05 Epistar Corporation Showerhead and a thin-film deposition apparatus containing the same
JP2017123425A (ja) 2016-01-08 2017-07-13 株式会社日立国際電気 基板処理装置、半導体装置の製造方法、プログラム及び記録媒体
CN106401901B (zh) * 2016-09-15 2019-03-12 江苏师范大学 一种基于溶剂挥发效应的自驱动微泵
CN209292475U (zh) * 2018-09-29 2019-08-23 北京北方华创微电子装备有限公司 用于原子层沉积工艺的进气系统

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6858062B2 (en) * 2001-01-18 2005-02-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Residual gas removing device and method thereof

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