专利名称：基于高精度pid控制温度的原子层沉积设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体设备技术领域，特别涉及一种基于高精度PID控制温度的原子层沉积设备。
背景技术：
化学吸附是一个热活化过程，所以原子层沉积温度存在一个最小值。在大于最小值的范围内，要得到稳定的沉积速率，必须保证系统处于一个适当的温度窗内(即处于两个温度值的范围内)。当温度不够高(温度小于Tl)时，生长速率与温度的关系表现为如下两种趋势(I)
基片吸附前驱体(或与前驱体反应)的速率缓慢，在较短的时间内，吸附不能达到饱和，或者表面反应不完全。随着温度的升高，反应速率逐渐加快，导致沉积速率增加。此时生长速率是温度的增函数；(2)前驱体可能发生冷凝现象，大量前驱体在基片表面上凝结，无法通过惰性气体将其净化，致使前驱体参与反应的量大大增加，系统难以维持自限制特性，薄膜生长速率分布不均匀。随着温度的进一步降低，冷凝现象趋于严重。在这一因素的影响下，沉积速率是温度的减函数。当温度过高时(温度大于T2.)，生长速率与温度的关系同样存在两种趋势(I)基
片表面上的功能团将可能发生化学键断裂而分解，导致产生类似CVD过程的气相反应，反应速率过快且难以控制；(2)薄膜可能会因温度过高而发生解吸现象，使得薄膜的生长速率随温度的升高而降低。因此，无论温度过高还是过低，所有可能的不利因素都会破坏原子层沉积的自限制性，整个沉积过程都不再是我们所`期望的，只能看成是一种类似原子层沉积过程，其沉积速率随温度的升高可能增加也可能减小。这将导致沉积速率的不可控，最终影响薄膜的均匀性、纯度及厚度控制等性能。综合上述分析，在原子层沉积设备工作过程中，温度应该处
于一定的范围内(即工作温度属于[TU T2])o
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能使沉积腔室中的基片保持在设定的温度范围内，且能够快速的达到预设的温度值的基于高精度PID控制温度的原子层沉积设备。为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于高精度PID控制温度的原子层沉积设备，包括沉积腔室、等离子气体产生系统、射频电源匹配器、射频电源、温度采集电路、PID控制电路、加热及散热装置；所述温度采集电路采集所述沉积腔室的温度；所述PID控制电路接收所述温度采集电路采集的温度，控制所述加热及散热装置对所述沉积腔室加热或散热。进一步地，所述原子层沉积设备还包括抽气装置，所述抽气装置在所述PID控制电路的控制下对所述沉积腔室抽气。进一步地，所述抽气装置包括电压电流放大模块、继电器、泵组控制器、机械泵、分子泵及手动调节阀；
所述电压电流放大模块的输出端依次通过所述继电器、泵组控制器、机械泵、分子泵及手动调节阀与所述沉积腔室的输入端连接；
所述电压电流放大模块的输入端与所述PID控制电路的输出端连接。进一步地，所述原子层沉积设备还包括充气装置，所述充气装置在所述PID控制电路的控制下对所述沉积腔室充气。进一步地，所述充气装置还包括两个质量流量控制器、电磁阀及手动调节阀；其中一所述质量流量控制器的输入端与所述PID控制电路的输出端连接，输出端依次通过所述电磁阀及手动调节阀与所述沉积腔室的输入端连接，输出端还与一压力传感器连接；另一所述质量流量控制器的输入端与所述PID控制电路的输出端连接，输出端通过所述电磁阀与所述等离子气体产生系统连接。进一步地，所述PID控制电路包括计算机和数据处理模块；
所述计算机通过所述数据处理模块接收所述温度采集电路采集的温度，判断所述沉积腔室的温度是否处于预设范围，当所述温度低于预设范围时，则控制所述加热及散热装置对所述沉积腔室加热；
当所述温度高于预设范围时，则控制所述加热及散热装置对所述沉积腔室散热。进一步地，所述充气装置还包括惰性气体源瓶，所述惰性气体源瓶的输入端通过一电磁阀与所述一质量流量控制器的输出端连接，所述惰性气体源瓶的输出端与手动电磁阀连接。本发明提供的基于高精度PID控制温度的原子层沉积设备，采用高精度PID控制算法控制原子层沉积设备的基片温度，使之保持在设定的温度范围内，且能够快速的达到预设的温度值，不但能够使原子层沉积设备迅速进入稳定的工作状态，而且能够减少化学试剂的浪费，提高实际利用率，降低残留试剂对气体试剂的污染，降低沉积反应周期时间，能够得到均匀性、纯度及厚度控制等性能良好的薄膜。
图1为本发明实施例提供的基于高精度PID控制温度的原子层沉积设备的温度控制电路原理图。图2为本发明实施例提供的基于高精度PID控制温度的原子层沉积设备的温度控制流程图。图3为本发明实施例提供的基于高精度PID控制温度的原子层沉积设备的结构示意图。 其中，1-质量流量控制器、2-电磁阀、8-惰性气体源瓶、10-手动调节阀、12-射频电源、13-射频电源匹配器、14-等离子体产生系统、15-沉积腔室、16-分子泵、17-机械泵、18-泵组控制器、20-温控器、21-计算机、22-数据处理模块、23-压力传感器、24-继电器、25-电压电流放大模块、26-气体。
具体实施例方式根据本发明公开的原子层沉积设备是基于高精度PID温度控制算法，该算法实现的电路图如图1所示。在一定的控制系统中，首先将需要控制的温度参数由温度传感器转换成一定的信号后再与预先设定的值进行比较，把比较得到的差值信号经过一定规律的计算后得到相应的控制值，将控制量送给控制系统进行相应的控制，沉积过程中，不断进行上述工作，从而达到自动调节的目的。本发明中采用按差值信号的比例、积分和微分进行计算控制量的方法，即PID方法。其控制规律的数学模型为
权利要求
1.一种基于高精度PID控制温度的原子层沉积设备，包括沉积腔室、等离子气体产生系统、射频电源匹配器及射频电源，其特征在于，还包括 温度采集电路、PID控制电路、加热及散热装置； 所述温度采集电路采集所述沉积腔室的温度； 所述PID控制电路接收所述温度采集电路采集的温度，控制所述加热及散热装置对所述沉积腔室加热或散热。
2.根据权利要求1所述的原子层沉积设备，其特征在于，还包括 抽气装置，所述抽气装置在所述PID控制电路的控制下对所述沉积腔室抽气。
3.根据权利要求2所述的原子层沉积设备，其特征在于，所述抽气装置包括 电压电流放大模块、继电器、泵组控制器、机械泵、分子泵及手动调节阀； 所述电压电流放大模块的输出端依次通过所述继电器、泵组控制器、机械泵、分子泵及手动调节阀与所述沉积腔室的输入端连接； 所述电压电流放大模块的输入端与所述PID控制电路的输出端连接。
4.根据权利要求1所述的原子层沉积设备，其特征在于，还包括 充气装置，所述充气装置在所述PID控制电路的控制下对所述沉积腔室充气。
5.根据权利要求4所述的原子层沉积设备，其特征在于，所述充气装置还包括 两个质量流量控制器、电磁阀及手动调节阀； 其中一所述质量流量控制器的输入端与所述PID控制电路的输出端连接，输出端依次通过所述电磁阀及手动调节阀与所述沉积腔室的输入端连接，输出端还与一压力传感器连接; 另一所述质量流量控制器的输入端与所述PID控制电路的输出端连接，输出端通过所述电磁阀与所述等离子气体产生系统连接。
6.根据权利要求5所述的原子层沉积设备，其特征在于，所述充气装置还包括 惰性气体源瓶，所述惰性气体源瓶的输入端通过一电磁阀与所述一质量流量控制器的输出端连接，所述惰性气体源瓶的输出端与手动电磁阀连接。
7.根据权利要求1-6任一项所述的原子层沉积设备，其特征在于，所述PID控制电路包括 计算机和数据处理模块； 所述计算机通过所述数据处理模块接收所述温度采集电路采集的温度，判断所述沉积腔室的温度是否处于预设范围，当所述温度低于预设范围时，则控制所述加热及散热装置对所述沉积腔室加热； 当所述温度高于预设范围时，则控制所述加热及散热装置对所述沉积腔室散热。
全文摘要
本发明公开了一种基于高精度PID控制温度的原子层沉积设备，包括沉积腔室、等离子气体产生系统、射频电源匹配器及射频电源、温度采集电路、PID控制电路、加热及散热装置；所述温度采集电路采集所述沉积腔室的温度；所述PID控制电路接收所述温度采集电路采集的温度，控制所述加热及散热装置对所述沉积腔室加热或散热。本发明提供的基于高精度PID控制温度的原子层沉积设备，能使沉积腔室中的基片保持在设定的温度范围内，且能够快速的达到预设的温度值。
文档编号C23C16/52GK103046028SQ201110309540
公开日2013年4月17日 申请日期2011年10月13日 优先权日2011年10月13日
发明者王燕, 李勇滔, 夏洋, 赵章琰, 石莎莉 申请人:中国科学院微电子研究所