一种用于ALD工艺的气体传输装置及其进气方法与流程

本发明涉及进气传输装置，具体涉及一种用于ald工艺的气体传输装置及其进气方法。

背景技术：

原子层沉积(atomiclayerdeposition)是通过将气相前驱体交替地通入反应器并发生化学反应而形成沉积膜的一种技术，该技术可以将物质以单原子层形式一层一层地镀在基底表面。当前驱体到达沉积基体表面，它们会化学吸附在基体表面。在前驱体脉冲之间需要用惰性气体对反应器进行吹扫，以清除未吸附在基体表面的过剩前驱体，以保证化学反应只在基体表面发生。

在ald工艺生长过程中，气体传输系统将一种或是多种前驱体提供给反应腔室。前驱体源分为：气态源、固态源或是液态源。气态源则由气体管路加脉冲阀直接连接反应腔室。固态源和液态源将主要通过惰性气体载入源瓶，并将前驱体以气态形式携带进入反应腔室，参与ald工艺。不同前驱体交替进入反应腔室的ald工艺，主要通过气体传输系统中脉冲阀的开启和关闭实现。在常规的ald装置中，由于前驱体交替地进入反应腔室，因此气流的改变导致工艺腔室气流的稳定性被打乱，最终影响薄膜生长的均匀性，并且增加吹扫时间。在此基础上，业内人士使得前躯体传输除了进反应腔室，其它步骤也通过排气装置输送至尾气处理装置，从而保证反应腔室内的气流保持稳定，但是这样的工艺延长了ald的工艺时间。

现有技术ald装置采用图一所示，包括第一前驱体源110、第二前驱体源120、吹扫气体源130和排气装置140。第一前驱体源110存储第一前驱体a，第一前驱体110连接到腔室喷淋头100。第二前驱体源120存储第二前驱体b，第二前驱体120连接到腔室喷淋头100。两种前驱体进入腔室的管路无交汇。反应腔室150被吹扫气体净化之后，排气装置140排出反应室150中的剩余材料。为此，排气装置140设有泵。

根据ald工艺原理，一个循环周期分以下四步：

第一步：当注入第一前驱体时，第二前驱体被转向通过排气装置140。阀门103关闭，104开启，吹扫气体130进入腔室；

第二步：前驱体注入结束后，为净化腔室内前驱体a，阀门103，104开启，吹扫气体130经喷淋头100进入腔室；

第三步：当注入第二前驱体时，第一前驱体被转向通过排气装置140。阀门103开启，104关闭，吹扫气体130进入腔室；

第四步：前驱体注入结束后，为净化腔室内前驱体b，阀门103，104开启，吹扫气体130经喷淋头100进入腔室；

以上为现技术一个ald循环周期，实现两种前驱体交替进入反应腔室。现有技术的进气方法具有如下缺陷：(1)在ald工艺循环中，前躯体只有两种传输路径，一种参与反应进入腔室，另一种连接排气装置，所以前躯体在工艺循环中一直处于开启状态，导致前躯体利用率低。(2)在ald工艺循环步骤中，两种前躯体进腔室的间隔有一个腔室吹扫步骤，也就是步骤二和步骤四，此时两种前躯体都被转向排气装置-真空泵。导致不同前躯体之间的cvd反应，生成物一般为固态粉末，这一生成物将增加排气装置的负担，影响其正常工作。(3)在前躯体通入腔室的脉冲时间，为了迅速充分地扩散到整个腔室，需要提高前躯体通入腔室总量(流速×脉冲时间)，导致腔室内部前躯体浓度高，腔室净化吹扫耗时长。(4)如前躯体通入腔室总量减少，将导致前躯体腔室内部扩散不充分，生长薄膜的均匀性差。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于ald工艺的气体传输装置及其进气方法，具有前驱体利用率高、充分扩散、腔室气体总流量波动小、气流平稳的优良特性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于ald工艺的气体传输装置，包括主进气单元和副进气单元，所述主进气单元用于传输前驱体a，副进气单元用于传输前驱体b，其中，所述主进气单元包括携带气体源a、储存器a以及和储存器a并联的旁路a，所述副进气单元包括携带气体源b、储存器b以及和储存器b并联的旁路b；在传输前驱体a的过程中，携带气体源a中的携带气体a进入储存器a，并携带前驱体a进入ald反应腔室，同时，携带气体源b中的携带气体b通过旁路b进入ald反应腔室；在传输前驱体b的过程中，携带气体b进入储存器b，并携带前驱体b进入ald反应腔室，同时，携带气体a通过旁路a进入ald反应腔室。

进一步地，所述主进气单元还包括携带流量计a、三通脉冲阀a、供应管路a，所述三通脉冲阀a连接所述储存器a、携带流量计a和旁路a，携带流量计a的另一端连接携带气体源a，旁路a和储存器a的另一端均连接所述供应管路a；所述副进气单元还包括携带流量计b、三通脉冲阀b、供应管路b，所述三通脉冲阀b连接所述储存器b、携带流量计b和旁路b，携带流量计b的另一端连接携带气体源b，旁路b和储存器b的另一端均连接所述供应管路b；在传输前驱体a的过程中，携带气体a通过所述携带流量计a和三通脉冲阀a进入储存器a，并携带前驱体a经过供应管路a进入ald反应腔室，携带气体b通过所述携带流量计b、三通脉冲阀b、旁路b和供应管路b进入ald反应腔室；在传输前驱体b的过程中，携带气体a通过所述携带流量计b和三通脉冲阀b进入储存器b，并携带前驱体b经过供应管路b进入ald反应腔室，携带气体b通过所述携带流量计a、三通脉冲阀a、旁路a和供应管路a进入ald反应腔室。

进一步地，所述三通脉冲阀的导通状态通过plc系统控制。

进一步地，所述主进气单元并联稀释管路a，所述稀释管路a一端连接稀释流量计a，另一端连接所述供应管路a；所述副进气单元并联稀释管路b，所述稀释管路b一端连接稀释流量计b，另一端连接所述供应管路b；稀释流量计a和稀释流量计b的另一端分别连接稀释气体源a和稀释气体源b。

进一步地，所述稀释气体源a和稀释气体源b均为氮气。

进一步地，所述携带流量计a、携带流量计b、稀释流量计a和稀释流量计b中的流速保持不变。

进一步地，所述稀释流量计a的气体流速大于所述携带流量计a中的气体流速，所述稀释流量计b的气体流速大于所述携带流量计b中的气体流速。

进一步地，，所述携带气体源a和携带气体源b均为氮气。

一种进行ald工艺气体传输的方法，包括以下步骤：

s01：前驱体a进入腔室：携带气体a进入储存器a，并携带前驱体a进入ald反应腔室，携带气体b通过旁路b进入ald反应腔室；

s02：前驱体a的吹扫：携带气体a通过旁路a进入ald反应腔室，同时携带气体b通过旁路b进入ald反应腔室；

s03：前驱体b进入腔室：携带气体b进入储存器b，并携带前驱体b进入ald反应腔室，携带气体a通过旁路a进入ald反应腔室；

s04：前驱体b的吹扫：携带气体b通过旁路b进入ald反应腔室，同时携带气体a通过旁路a进入ald反应腔室。

本发明的有益效果为：增加了旁路a和旁路b，使得前驱体的利用率提高，同时避免了现有技术中两种前驱体在排气管路中发生化学反应，影响排气装着的现象；增加了稀释管路a和稀释管路b，并且稀释管路中的气体流速比携带管路中气体流速大，有利于前驱体充分迅速地扩散到整个反应腔室中；携带流量计a、携带流量计b、稀释流量计a和稀释流量计b中的气体流速始终保持一致，这就使得反应腔室中的气体总量保持一致，气流平稳，使得成膜更加均匀。

附图说明

图1为现有技术中的进气装置。

图2为实施例1一种用于ald工艺的气体传输装置。

图3为实施例2一种用于ald工艺的气体传输装置。

图4为实施例3一种用于ald工艺的气体传输装置。

图中：201气体分配器，200反应腔室，203真空排气装置，204尾气处理装置，202样品工艺平台，205供应管路a，206供应管路b，212储存器a，221携带流量计a，223稀释流量计a，214前躯体a携带气体管路，213三通脉冲阀a，215储存器a进气管路，216储存器a出气管路，225前躯体a输出管路，219旁路a，217稀释管路a，207储存器b，222携带流量计b，224稀释流量计b，209前躯体b携带气体管路，208三通脉冲阀b，210储存器b进气管路，211储存器b出气管路，226前躯体b输出管路，220旁路b，218稀释管路b，230携带气体源a，231携带气体源b。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

本发明的核心思想：

一种用于ald工艺的气体传输装置，包括主进气单元和副进气单元，主进气单元用于传输前驱体a，副进气单元用于传输前驱体b，其中，主进气单元包括携带气体源a、储存器a以及和储存器a并联的旁路a，副进气单元包括携带气体源b、储存器b以及和储存器b并联的旁路b；在传输前驱体a的过程中，携带气体源a中的携带气体a进入储存器a，并携带前驱体a进入ald反应腔室，同时，携带气体源b中的携带气体b通过旁路b进入ald反应腔室；在传输前驱体b的过程中，携带气体b进入储存器b，并携带前驱体b进入ald反应腔室，同时，携带气体a通过旁路a进入ald反应腔室。

以下用具体实施例来解释本发明：

实施例1

如图1所示，一种用于ald工艺的气体传输装置包括主进气单元和副进气单元，主进气单元包括携带气体源a(230)、储存器a(212)以及和储存器a(212)并联的旁路a(219)，携带气体源a同时连接储存器a和旁路a，且储存器a和旁路a并联，储存器a和旁路a同时连接供应管路a(205)。

副进气单元包括携带气体源b(231)、储存器b(207)以及和储存器b(207)并联的旁路b(220)，携带气体源b同时连接储存器b和旁路b，且储存器b和旁路b并联，储存器b和旁路b同时连接供应管路b(206)。

反应腔室的上表面安装有气体分配器(201)，用于将前驱体分配到反应腔室种，下表面安装真空排气装置(203)和尾气处理装置(204)，用于将反应腔室中的气体排出。

本实施例中一种用于ald工艺的气体传输方法，包括以下步骤：

s01：前驱体a进入腔室：携带气体源a(230)中的气体通过储存器a(212)中，并携带前驱体a通过供应管路a(205)进入气体分配器(201)，同时，携带气体源b(207)中的气体通过旁路b(220)和供应管路b(206)进入气体分配器(201)。

s02：前驱体a的吹扫：携带气体源a(230)中的气体通过旁路a(212)和供应管路a(219)进入气体分配器(201)，同时，携带气体源b(207)中的气体通过旁路b(220)和供应管路b(206)进入气体分配器(201)。

s03：前驱体b进入腔室：携带气体源b(231)中的气体通过储存器b(207)中，并携带前驱体b通过供应管路b(206)进入气体分配器(201)，同时，携带气体源a(230)中的气体通过旁路a(212)和供应管路a(219)进入气体分配器(201)。

s04：前驱体b的吹扫：携带气体源b(207)中的气体通过旁路b(220)和供应管路b(206)进入气体分配器(201)，同时，携带气体源a(230)中的气体通过旁路a(212)和供应管路a(219)进入气体分配器(201)。

其中携带气体可以为氮气、氩气等惰性气体。

针对现有技术前躯体在工艺循环中一直处于开启状态，利用率低的缺陷，本实施例中的气体传输装置增加了旁路a和旁路b，使得前驱体的利用率提高，同时避免了现有技术中两种前驱体在排气管路中发生化学反应，影响排气装着的现象。

实施例2

本实施例中携带气体和稀释气体均采用氮气。

如图3所示，一种用于ald工艺的气体传输装置包括主进气单元和副进气单元，主进气单元包括储存器a(212)、携带流量计a(221)、三通脉冲阀a(213)、供应管路a(205)以及和储存器a(212)并联的旁路a(219)，三通脉冲阀a(213)连接储存器a(212)、携带流量计a(221)和旁路a(219)，携带流量计a(221)的另一端连接携带气体源a，旁路a(219)和储存器a(212)的另一端均连接所述供应管路a(205)。携带流量计a(221)和三通脉冲阀a(213)通过前驱体a携带气体管路(214)连接，储存器a(212)和三通脉冲阀a(213)之间通过储存器a进气管路(215)连接，储存器a(212)和供应管路a(205)之间通过储存器a出气管路(216)和前躯体a输出管路(225)连接，其中储存器a进气管路(215)、储存器和储存器a出气管路(216)和旁路a(219)并联。

副进气单元包括储存器b(207)、携带流量计b(222)、三通脉冲阀b(208)、供应管路b以及和储存器b(207)并联的旁路b(220)，三通脉冲阀b(208)连接储存器b(207)、携带流量计b(222)和旁路b(220)，携带流量计b(222)的另一端连接携带气体源b，旁路b(220)和储存器b(207)的另一端均连接所述供应管路b。携带流量计b(222)和三通脉冲阀b(208)通过前驱体b携带气体管路连接，储存器b(207)和三通脉冲阀b(208)之间通过储存器b进气管路(210)连接，储存器b(207)和供应管路b之间通过储存器b出气管路(211)和前躯体b输出管路(226)连接，其中储存器b进气管路(210)、储存器和储存器b出气管路(211)和旁路b(220)并联。

其中携带流量计a(221)和携带流量计b(222)用于分别控制携带气体a和携带气体b的流速，流量计mfc不能在短时间内响应流速变化，因此保持其流速在进气过程中不变。

反应腔室的上表面安装有气体分配器(201)，用于将前驱体分配到反应腔室种，下表面安装真空排气装置(203)和尾气处理装置(204)，用于将反应腔室中的气体排出。

本实施例中一种用于ald工艺的气体传输方法，包括以下步骤：

s01：前驱体a进入腔室：采用plc系统控制三通脉冲阀a(213)，使得前躯体a携带气体管路(214)和储存器a进气管路(215)开启。氮气通过携带流量计a(221)，并且经过前躯体a携带气体管路(214)进入储存器a(212)，携带前驱体a出来，经由储存器a出气管路(216)和前躯体a输出管路(225)，再通过供应管路a(205)进入气体分配器(201)。

与此同时，采用plc系统控制三通脉冲阀b(208)，使得前躯体b携带气体管路(209)和旁路b(220)开启，氮气通过携带流量计b(222)，并且经过前躯体b携带气体管路(209)、旁路b(220)、前躯体b输出管路(226)，再通过供应管路b(206)进入气体分配器(201)。

s02：前驱体a的吹扫：采用plc系统控制三通脉冲阀a(213)，使得前躯体a携带气体管路(214)和旁路a(219)开启，氮气通过携带流量计a(221),并且经过前躯体a携带气体管路(214)、旁路a(219)、前躯体a输出管路(225)，再通过供应管路a(205)进入气体分配器(201)。

与此同时，采用plc系统控制三通脉冲阀b(208)，使得前躯体b携带气体管路(209)和旁路b(220)开启，氮气通过携带流量计b(222)，并且经过前躯体b携带气体管路(209)、旁路b(220)、前躯体b输出管路(226)，再通过供应管路b(206)进入气体分配器(201)。

s03：前驱体b进入腔室：采用plc系统控制三通脉冲阀b(208)，使得前躯体b携带气体管路(209)和储存器b进气管路(210)开启。氮气通过携带流量计b(222)，并且经过前躯体b携带气体管路(209)进入储存器b(207)，携带前驱体b出来，经由储存器b出气管路(211)和前躯体b输出管路(226)，再通过供应管路b(206)进入气体分配器(201)。

与此同时，采用plc系统控制三通脉冲阀a(213)，使得前躯体a携带气体管路(214)和旁路a(219)开启，氮气通过携带流量计a(221)，并且经过前躯体a携带气体管路(214)、旁路a(219)、前躯体a输出管路(225)，再通过供应管路a(205)进入气体分配器(201)。

s04：前驱体b的吹扫：采用plc系统控制三通脉冲阀a(213)，使得前躯体a携带气体管路(214)和旁路a(219)开启，氮气通过携带流量计a(221)，并且经过前躯体a携带气体管路(214)、旁路a(219)、前躯体a输出管路(225)，再通过供应管路a(205)进入气体分配器(201)。

与此同时，采用plc系统控制三通脉冲阀b(208)，使得前躯体b携带气体管路(209)和旁路b(220)开启，氮气通过携带流量计b(222)，并且经过前躯体b携带气体管路(209)、旁路b(220)、前躯体b输出管路(226)，再通过供应管路b(206)进入气体分配器(201)。

本实施例中的用于ald成膜的气体传输装置增加了旁路a和旁路b，使得前驱体的利用率提高，同时避免了现有技术中两种前驱体在排气管路中发生化学反应，影响排气装着的现象；携带流量计a和携带流量计b中的气体流速始终保持一致，这就使得反应腔室中的气体总量保持一致，气流平稳，使得成膜更加均匀。

实施例3

本实施例中携带气体和稀释气体均采用氮气。

如图4所示，一种用于ald工艺的气体传输装置包括主进气单元和副进气单元，主进气单元包括储存器a(212)、携带流量计a(221)、三通脉冲阀a(213)、供应管路a(205)以及和储存器a(212)并联的旁路a(219)，三通脉冲阀a(213)连接储存器a(212)、携带流量计a(221)和旁路a(219)，携带流量计a(221)的另一端连接携带气体源a，旁路a(219)和储存器a(212)的另一端均连接所述供应管路a(205)。携带流量计a(221)和三通脉冲阀a(213)通过前驱体a携带气体管路(214)连接，储存器a(212)和三通脉冲阀a(213)之间通过储存器a进气管路(215)连接，储存器a(212)和供应管路a(205)之间通过储存器a出气管路(216)和前躯体a输出管路(225)连接，其中储存器a进气管路(215)、储存器和储存器a出气管路(216)和旁路a(219)并联。稀释流量计a(223)和供应管路a(205)通过稀释管路a(217)连接。

副进气单元包括储存器b(207)、携带流量计b(222)、三通脉冲阀b(208)、供应管路b以及和储存器b(207)并联的旁路b(220)，三通脉冲阀b(208)连接储存器b(207)、携带流量计b(222)和旁路b(220)，携带流量计b(222)的另一端连接携带气体源b，旁路b(220)和储存器b(207)的另一端均连接所述供应管路b。携带流量计b(222)和三通脉冲阀b(208)通过前驱体b携带气体管路连接，储存器b(207)和三通脉冲阀b(208)之间通过储存器b进气管路(210)连接，储存器b(207)和供应管路b之间通过储存器b出气管路(211)和前躯体b输出管路(226)连接，其中储存器b进气管路(210)、储存器和储存器b出气管路(211)和旁路b(220)并联。稀释流量计b(224)和供应管路b通过稀释管路b(218)连接。

其中携带流量计a(221)和携带流量计b(222)用于分别控制携带气体a和携带气体b的流速，稀释流量计a(223)和稀释流量计b(224)用于分别控制稀释气体a和稀释气体b的流速，流量计mfc不能在短时间内响应流速变化，因此保持其流速在进气过程中不变。

反应腔室的上表面安装有气体分配器(201)，用于将前驱体分配到反应腔室种，下表面安装真空排气装置(203)和尾气处理装置(204)，用于将反应腔室中的气体排出。

本实施例中一种用于ald工艺的气体传输方法，包括以下步骤：

s01：前驱体a进入腔室：氮气经过稀释流量计a(223)进入稀释管路a(217)，同时，采用plc系统控制三通脉冲阀a(213)，使得前躯体a携带气体管路(214)和储存器a进气管路(215)开启。氮气通过携带流量计a(221)，并且经过前躯体a携带气体管路(214)进入储存器a(212)，携带前驱体a出来，经由储存器a出气管路(216)和前躯体a输出管路(225)，与稀释管路a(217)中的氮气汇合后，通过供应管路a(205)进入气体分配器(201)。

与此同时，氮气经过稀释流量计b(224)进入稀释管路b(218)，采用plc系统控制三通脉冲阀b(208)，使得前躯体b携带气体管路(209)和旁路b(220)开启，氮气通过携带流量计b(222)，并且经过前躯体b携带气体管路(209)、旁路b(220)、前躯体b输出管路(226)，与稀释管路b(218)中的氮气汇合后，通过供应管路b(206)进入气体分配器(201)。

s02：前驱体a的吹扫：氮气经过稀释流量计a(223)进入稀释管路a(217)，采用plc系统控制三通脉冲阀a(213)，使得前躯体a携带气体管路(214)和旁路a(219)开启，氮气通过携带流量计a(221),并且经过前躯体a携带气体管路(214)、旁路a(219)、前躯体a输出管路(225)，与稀释管路a(217)中的氮气汇合后，通过供应管路a(205)进入气体分配器(201)。

与此同时，氮气经过稀释流量计b(224)进入稀释管路b(218)，采用plc系统控制三通脉冲阀b(208)，使得前躯体b携带气体管路(209)和旁路b(220)开启，氮气通过携带流量计b(222)，并且经过前躯体b携带气体管路(209)、旁路b(220)、前躯体b输出管路(226)，与稀释管路b(218)中的氮气汇合后，通过供应管路b(206)进入气体分配器(201)。

s03：前驱体b进入腔室：氮气经过稀释流量计b(224)进入稀释管路b(218)，同时，采用plc系统控制三通脉冲阀b(208)，使得前躯体b携带气体管路(209)和储存器b进气管路(210)开启。氮气通过携带流量计b(222)，并且经过前躯体b携带气体管路(209)进入储存器b(207)，携带前驱体b出来，经由储存器b出气管路(211)和前躯体b输出管路(226)，与稀释管路b(218)中的氮气汇合后，通过供应管路b(206)进入气体分配器(201)。

与此同时，氮气经过稀释流量计a(223)进入稀释管路a(217)，采用plc系统控制三通脉冲阀a(213)，使得前躯体a携带气体管路(214)和旁路a(219)开启，氮气通过携带流量计a(221)，并且经过前躯体a携带气体管路(214)、旁路a(219)、前躯体a输出管路(225)，与稀释管路a(217)中的氮气汇合后，通过供应管路a(205)进入气体分配器(201)。

s04：前驱体b的吹扫：氮气经过稀释流量计a(223)进入稀释管路a(217)，采用plc系统控制三通脉冲阀a(213)，使得前躯体a携带气体管路(214)和旁路a(219)开启，氮气通过携带流量计a(221)，并且经过前躯体a携带气体管路(214)、旁路a(219)、前躯体a输出管路(225)，与稀释管路a(217)中的氮气汇合后，通过供应管路a(205)进入气体分配器(201)。

与此同时，氮气经过稀释流量计b(224)进入稀释管路b(218)，采用plc系统控制三通脉冲阀b(208)，使得前躯体b携带气体管路(209)和旁路b(220)开启，氮气通过携带流量计b(222)，并且经过前躯体b携带气体管路(209)、旁路b(220)、前躯体b输出管路(226)，与稀释管路b(218)中的氮气汇合后，通过供应管路b(206)进入气体分配器(201)。

本实施例中的用于ald成膜的气体传输装置增加了旁路a和旁路b，使得前驱体的利用率提高，同时避免了现有技术中两种前驱体在排气管路中发生化学反应，影响排气装着的现象；增加了稀释管路a和稀释管路b，并且稀释管路中的气体流速比携带管路中气体流速大，有利于前驱体充分迅速地扩散到整个反应腔室中；携带流量计a、携带流量计b、稀释流量计a和稀释流量计b中的气体流速始终保持一致，这就使得反应腔室中的气体总量保持一致，气流平稳，使得成膜更加均匀。

以上所述仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用于限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明所附权利要求的保护范围内。