用于薄膜沉积设备的源瓶和半导体设备的制作方法

本发明涉及半导体制造设备领域，具体涉及一种用于薄膜沉积设备的源瓶和包括该源瓶的半导体设备。

背景技术：

目前，薄膜沉积反应系统和方法广泛应用于多个领域的设备制造中，例如半导体、集成电路、太阳能电池板、平面显示器、微电子、发光二极管等。利用化学气相沉积(chemicalvapourdeposition，cvd)技术在基底表面形成10μm或小于10μm的薄膜是进行薄膜沉积的一种普遍方法。多数的cvd技术需要提供多种气体或蒸汽沉积生成薄膜，以便获得期望的性能和化学成分，且反应气体一般在反应腔室中先进行混合并在一定条件下进行反应。而另外一些薄膜沉积工艺例如利用原子层沉积(atomiclayerdeposition，ald)技术进行的薄膜沉积工艺中，要求多种反应气体或蒸汽以择一方式相继地、连续地进入反应腔室，并且在进入腔室之前不能发生相互反应。由于ald技术具有可生成具有一定特性的、极薄的薄膜的优点，因此，其在某些应用场合下具有cvd技术不可比拟的应用价值，得以替代cvd技术。

无论是cvd反应，还是ald反应，对于其气态反应前驱物的制备，行业主流方法为向反应源瓶内通入载气(一般为惰性气体)，并由载气携带反应源(包括液态和固态)进入反应腔室内。其中固态反应前驱物，如tacl5、pdmat等的饱和蒸汽压相对较低，除增加载气携带外，还需要在外部增加加热功能以提高其饱和蒸汽压。而从固态源的物理性质来看，其形态无法和液态源进行比较，液态源由于其流体特性，在重力影响下，源瓶内始终会有一平行液面，而固态源在工艺过程中，受到温度、压力等外部因素的影响，会出现千差万别的形态，这种性质导致固态源在气体携带时会出现以下情况：1、固态源的量不能太多，量过多会导致加热边缘先蒸发，但是中间部分无法蒸发，随着时间的增加，会出现固态源凝结现象；2、固态源接触温度不均匀，也会出现凝结现象。因此，在薄膜沉积设备中，固态源的特殊源瓶设计成为行业中通用且很难解决的问题。

图1显示了现有固态源的源瓶结构。如图1所示，固态源106放置在源瓶105底部。源瓶105顶部设有进气口101和出气口102，进气口101和出气口102分别通过管路连通至源瓶105内部，且在两条管路上分别设有入口控制阀门103和出口控制阀门104。源瓶105外部缠有加热带109，内部设有热偶107。热偶107用于测试固态源106的温度，通过热偶107来调控加热带109的温度，以便通过温度的提升来提高固态源106的饱和蒸汽压，从而实现工艺所需的固态源蒸汽体和载气混合气体108的通入腔室。根据固态源的种类不同，其饱和蒸汽压不同，放置的重量也会不同。考虑到利用率，放置的固态源一般小于源瓶容积的10％。

在如图1所示的现有用于薄膜沉积设备的源瓶中，与进气口101与出气口102连通的管路必须位于固态源的固态表面的上部。此外，固态源不能填充得太多，否则会导致加热边缘先蒸发，中间部分无法蒸发，随着时间的增加，会出现固态源凝结的现象。最后，固态源在源瓶内的温度不均匀，源瓶底面和中间的固态源远离加热部件，可能出现凝结现象。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于薄膜沉积设备的源瓶，以克服现有用于薄膜沉积设备的源瓶易于出现固态源凝结的现象。

本发明一方面提出了一种用于薄膜沉积设备的源瓶，包括源瓶本体、设于所述源瓶本体内且相连接的内转动件和用于承载固态源的承载件、设于所述源瓶本体外的外转动件、以及用于驱动所述外转动件转动的驱动组件，其中，所述外转动件能够通过磁力作用驱动所述内转动件转动进而带动所述承载件转动，以搅拌所述固态源。

优选地，所述内转动件包括沿所述源瓶本体的内周设置的至少一个从动磁体；

所述外转动件包括沿所述源瓶本体的外周设置的至少一个主动磁体；

所述主动磁体和所述从动磁体均能绕所述源瓶本体的轴线转动。

优选地，每个所述从动磁体均为弧形永磁铁，多个所述从动磁体能对接形成空心柱状结构，且多个所述从动磁体的磁极交替设置；

每个所述主动磁体均为弧形永磁铁，多个所述主动磁体能对接形成空心柱状结构，且多个所述主动磁体的磁极交替设置；

每个所述从动磁体的n极对应一个所述主动磁体的s极，每个所述从动磁体的s极对应一个所述主动磁体的n极。

优选地，所述承载件包括多个承载片，多个所述承载片沿所述源瓶本体的轴线间隔设置；

每个所述承载片上均设有多个通孔。

优选地，所述通孔的轴线与所述源瓶本体的轴线所形成的夹角范围为15°～60°。

优选地，沿所述源瓶本体的轴线方向，相邻两个所述承载片的间距在10mm～40mm之间；

每个所述通孔的孔径在2mm～10mm之间。

优选地，每个所述承载片均为曲面，且每个所述承载片的中心区域相对于边缘区域向所述源瓶本体的顶部凸出。

优选地，所述源瓶本体的侧壁内设有第一加热器，所述源瓶本体的内部设有第二加热器。

优选地，还包括：基座，所述源瓶本体连接于所述基座，所述外转动件通过轴承与所述源瓶本体连接。

本发明另一方面提出一种半导体设备，包括所述用于薄膜沉积设备的源瓶。

本发明的有益效果在于：

1、外转动件能够通过磁力作用驱动内转动件转动进而带动承载件转动，以搅拌固态源，从而可以防止固态源凝结；

2、利用外转动件和内转动件组成磁力驱动结构，避免内转动件的转动轴密封处产生泄露的可能，简化了密封设计；

3、通过多个承载件分别承载少量固态源，可以避免将整块固态源设于源瓶本体内时固态源的边缘先蒸发、中间部分无法蒸发而导致的凝结现象，而且能够提高用于薄膜沉积设备的源瓶容纳的固态源量，提高用于薄膜沉积设备的源瓶的空间利用率；

4、承载件上设置倾斜通孔，利于对固态源进行搅拌，进一步保证固态源蒸发过程中不会凝结；

5、在源瓶本体内设置加热器，保证源瓶本体内的温度均匀分布。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的附图标记通常代表相同部件。

图1显示现有固态源的源瓶结构；

图2显示根据本发明示例性实施例的用于薄膜沉积设备的源瓶的纵向剖视图；

图3显示根据本发明示例性实施例的用于薄膜沉积设备的源瓶的横向剖视图；

图4显示根据本发明示例性实施例的用于薄膜沉积设备的源瓶的局部纵向剖视图；

图5显示根据本发明示例性实施例的用于薄膜沉积设备的源瓶的承载件的纵向剖视图。

附图标记说明：

101-进气口，102-出气口，103-入口控制阀门，104-出口控制阀门，105-源瓶，106-固态源，107-热偶，108-混合气体，109-加热带；

1-进气管路，2-出气管路，3-进气控制阀，4-出气控制阀，5-第二加热器，6-第二加热器，7a-主动磁体，7b-主动磁体，8-源瓶本体，9a-从动磁体，9b-从动磁体，10-固态源，11-承载件，12-第一加热器，13-驱动电机，14-皮带，15-轴承，16-基座，17-漏液托盘，18-加热器安装孔，19-加热器安装管，20-通孔。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

根据本发明示例性实施例的用于薄膜沉积设备的源瓶，包括源瓶本体、设于源瓶本体内且相连接的内转动件和用于承载固态源的承载件、设于源瓶本体外的外转动件、以及用于驱动外转动件转动的驱动组件，其中，外转动件能够通过磁力作用驱动内转动件转动进而带动承载件转动，以搅拌固态源。

对于根据实施例的用于薄膜沉积设备的源瓶，外转动件能够通过磁力作用驱动内转动件转动进而带动承载件转动，以搅拌固态源，从而可以防止固态源凝结。此外，利用外转动件和内转动件组成磁力驱动结构时，源瓶本体采用非磁性材料(例如无磁不锈钢、铝合金等)制成，源瓶本体对外转动件和内转动件进行隔离，内转动件在源瓶本体内的真空环境下转动，外转动件在源瓶本体外的非真空环境下转动，与通过电机直接驱动内转动件相比，这种设置方式可以避免内转动件的转动轴密封处产生泄露的可能，简化了密封设计。

驱动组件例如是驱动电机，驱动电机的输出轴可通过传动部件与外转动件连接。

在一个示例中，内转动件包括沿源瓶本体的内周设置的至少一个从动磁体；外转动件包括沿源瓶本体的外周设置的至少一个主动磁体；主动磁体和从动磁体均能绕源瓶本体的轴线转动。

主动磁体可以是永磁铁或电磁铁，从动磁铁也可以是永磁铁或电磁铁。主动磁体和从动磁体均可为多个，优选地为2-5个。当没有外力作用时，主动磁体和从动磁体上不同极性的磁极相互吸合在一起。当外转动件在外力作用下转动时，内转动件由于惯性及负载的作用保持静止，外转动件上的主动磁体和内转动件上的从动磁体发生错位，此时，主动磁体和从动磁体中的异性磁极产生相互吸引力，同性磁极产生相互排斥力。吸引力和排斥力共同形成推拉作用力，从而带动内转动件转动，进而带动承载件及其上的固态源转动，对固态源起到搅拌作用，从而可以防止固态源凝结。

外转动件和内转动件可由稀土永磁材料制成，利用稀土永磁材料的高磁能积、高矫顽力的特性把不同极性的磁体密集排列在一起，形成主动磁体和从动磁体。

在一个示例中，每个从动磁体均为弧形永磁铁，多个从动磁体能对接形成空心柱状结构，且多个从动磁体的磁极交替设置，即两个相邻的从动磁体的异性磁极对接；每个主动磁体均为弧形永磁铁，多个主动磁体能对接形成空心柱状结构，且多个主动磁体的磁极交替设置，即两个相邻的主动磁体的异性磁极对接；每个从动磁体的n极对应一个主动磁体的s极，每个从动磁体的s极对应一个主动磁体的n极。从动磁体和主动磁体的异性磁极相对应，有利于主动磁体稳定地驱动从动磁体转动。

在一个示例中，承载件包括多个承载片，多个承载片沿源瓶本体的轴线间隔设置；每个承载片上均设有多个通孔。

每个承载件均可承载固态源，在工艺过程中，最先消耗掉的是最上方的承载件上的固态源，然后依次消耗下方承载件的固态源。下方承载件上的固态源蒸发后通过承载件上的通孔上行，进而通过用于薄膜沉积设备的源瓶的出口流出。在该示例中，通过多个承载件分别承载少量固态源，可以避免将整块固态源设于源瓶本体内时固态源的边缘先蒸发、中间部分无法蒸发而导致的凝结现象，而且能够提高用于薄膜沉积设备的源瓶容纳的固态源量，提高用于薄膜沉积设备的源瓶的空间利用率。

具体地，承载件的数量可由源瓶本体的体积确定，承载件的数量一般可为2-10个，沿源瓶本体的轴线方向，相邻两个承载件之间的距离可为10-40mm。每个承载件上的通孔的数量可为3-20个，通孔的孔径可为2-10mm。

在一个示例中，通孔的轴线与源瓶本体的轴线所形成的夹角范围为15°～60°。通孔的轴线相对于与源瓶本体的轴线倾斜便于对承载片承载的固态源进行搅拌，避免其粘结在一起，保证固态源蒸发过程中不会凝结。

在一个示例中，每个承载片均为曲面，且每个承载片的中心区域相对于边缘区域向源瓶本体的顶部凸出。

由于蒸发过程中位于承载件边缘区域的固态源颗粒蒸发得更快，使每个承载片的中心区域相对于边缘区域向源瓶本体的顶部凸出有利于固态源颗粒在重力作用下向边缘区域滑落，从而利于固态源颗粒快速蒸发。

在一个示例中，源瓶本体的侧壁内设有第一加热器，源瓶本体的内部设有第二加热器。根据固态源种类的不同，第一加热器的数量可为2-8个。第二加热器优选地设于源瓶本体中心，在源瓶本体内部设置第二加热器可以避免靠近源瓶本体侧壁的固态源蒸发过快，有利于维持源瓶本体内的温度均匀分布。

在特殊情况下，还可以在源瓶本体上方设置上盖加热器，在源瓶本体底部设置底部加热器，以进一步保证源瓶本体内的温度均匀分布。

在一个示例中，用于薄膜沉积设备的源瓶还包括基座，源瓶本体连接于基座，外转动件通过轴承与源瓶本体连接，从而便于外转动件绕源瓶本体的轴线转动。

实施例

图2和图3分别显示根据本发明示例性实施例的用于薄膜沉积设备的源瓶的纵向剖视图和横向剖视图，图4显示根据本发明示例性实施例的用于薄膜沉积设备的源瓶的局部纵向剖视图，图5显示根据本发明示例性实施例的用于薄膜沉积设备的源瓶的承载件的纵向剖视图。

如图2-5所示，根据示例性实施例的用于薄膜沉积设备的源瓶包括源瓶本体8、设于源瓶本体8内且相连接的内转动件和用于承载固态源10的承载件11、设于源瓶本体8外的外转动件、以及用于驱动外转动件转动的驱动电机13，外转动件能够通过磁力作用驱动内转动件转动进而带动承载件11转动，以搅拌固态源10。

源瓶本体8为密闭结构，其顶部设有连通源瓶本体内部与外部的进气管路1和出气管路2，进气管路1和出气管路2上分别设有进气控制阀3和出气控制阀4，用于进出气的控制。

如图3所示，内转动件包括沿源瓶本体8的内周设置的两个从动磁体9a和9b，每个从动磁体均为半圆弧形永磁铁，两个从动磁体9a和9b对接形成空心柱状结构，且磁极交替设置，即从动磁体9a的n极与从动磁体9b的s极对接，从动磁体9a的s极与从动磁体9b的n极对接；外转动件包括沿源瓶本体8的外周设置的两个主动磁体7a和7b，两个主动磁体7a和7b对接形成空心柱状结构，且磁极交替设置，即主动磁体7a的n极和主动磁体7b的s极对接，主动磁体7a的s极和主动磁体7b的n极对接。

驱动电机13用于驱动外转动件绕源瓶本体8的轴线转动。驱动电机13的输出轴通过皮带14与外转动件连接，带动外转动件转动。其中，源瓶本体8设于基座16上，外转动件通过轴承15与源瓶本体8连接，以便于在皮带14的带动下转动。

承载件11包括多个承载片，多个承载片沿源瓶本体8的轴线间隔设置，且每个承载片上设有多个通孔20。通孔20的轴线与源瓶本体8的轴线形成夹角，夹角范围为15°～60°，优选为30°，通孔的轴线相对于与源瓶本体的轴线倾斜便于对承载片承载的固态源进行搅拌，避免其粘结在一起，保证固态源蒸发过程中不会凝结。每个承载片均为曲面，中心区域相对于边缘区域向源瓶本体8的顶部凸出，优选为近似于伞状，利于固态源颗粒的均匀分布。

源瓶本体8的侧壁内设有两个加热器安装孔18，两个加热器安装孔18内分别设有第一加热器5和6。源瓶本体8的内部设有加热器安装管19，加热器安装管19位于源瓶本体8的中心，其内设有第二加热器12。第一加热器5和6、第二加热器12共同对源瓶本体8内的固态源10进行均匀加热。

此外，基座16的下方还设有漏液托盘17，如果用于薄膜沉积设备的源瓶发生泄漏，漏液托盘17可接住产生的漏液。

在工艺过程中，通过驱动电机13带动外转动件绕源瓶本体8转动，如图3所示，当外转动件转过角度α时，其中角度α根据实际需求设置，内转动件由于惯性及负载的作用保持静止，外转动件的主动磁体和内转动件上的从动磁体发生错位，此时，主动磁体和从动磁体中的异性磁极产生相互吸引力，同性磁极产生相互排斥力。吸引力和排斥力形成了推拉作用力，从而带动内转动件转动，进而带动承载件11及其上的固态源10转动，对固态源10起到搅拌作用，从而可以防止固态源凝结。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。