专利名称：新型原子层沉积设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种新型原子层沉积设备。
背景技术：
原子层沉积(Atomic Layer D印osition，ALD)，又称原子层外延(Atomic Layer Epitaxy)，最初是由芬兰科学家提出并用于多晶荧光材料SiS = Mn以及非晶Al2O3绝缘膜的研制，前述材料大多应用于平板显示器。由于这一工艺涉及复杂的表面化学过程和低沉积速度，在上世纪80年代中后期，该技术并没有取得实质性突破。直到20世纪90年代中期， 随着微电子和深亚微米芯片技术的发展要求器件和材料的尺寸不断降低，而器件中的高宽比不断增加，这样所使用的材料厚度降低至几个纳米的数量级。因此，原子层沉积技术的优势得以体现，如单原子层逐次沉积，沉积层极均勻的厚度，以及优异的一致性等，沉积速度慢的不足也不再重要了。目前，原子层沉积设备大都需要在真空条件下反应。为了实现真空条件，反应腔体的除舱门之外的其他部分由于不需要经常开启，因而可以采用焊接等大气难以泄露的方式实现密封；对于需要经常开启的舱门，一般采用一层弹性密封体如胶圈等来实现密封。但是，该密封方式效果较差，大气中的氧气、水蒸气等气体容易通过舱门进入反应腔体，使得制备的非氧化物薄膜中含有氧元素而无法保证薄膜的纯度，从而影响薄膜的质量和功能。其次，还可以将反应腔体或舱门密封在隔绝空气的一个手套箱或者腔体内，以防止大气进入该反应腔体。但是，增加额外的手套箱或腔体会大大提高设备的成本，造成设备结构复杂而难以维护，还增加了设备的占地空间。再次，还可以采用金属密封来实现舱门的密封。但是，金属密封圈仅为一次性的。 安装十分不便，还造成材料以及时间上的极大浪费。此外，在沉积很大宽深比(> 1 100)的复杂三维结构时，一般需要将真空抽气系统与反应腔体之间断开，抽气系统断开后反应源会停留在反应腔体内从而增加反应时间，同时腔体内压强变大提高了反应源向深孔沟槽等大宽深比结构内部扩散的能力从而实现三维结构的完全包覆。但是，这种方式由于断开了抽气系统会导致反应源的倒流，同时会在阀门管路之间聚集，长时间使用会导致阀门堵塞影响设备的使用寿命。并且，在截止阀开关的过程中由于气流变化很大将会导致抽气速率的波动，从而影响薄膜沉积质量。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种新型原子层沉积设备，能够提供良好的密封性能，对于高宽深比的复杂三维结构具有良好的沉积效果。为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的一种新型原子层沉积设备，包括载气管路、反应源管路、反应腔体、抽气管路及真空泵，所述载气管路与反应源相连通，所述反应源管路分别与所述反应源及所述反应腔体相连通，所述抽气管路分别与所述反应腔体及所述真空泵相连通；所述反应腔体上设置有闭合状的外层密封圈及内层密封圈，其中，所述外层密封圈、所述内层密封圈、所述反应腔体上位于所述外层密封圈及所述内层密封圈之间的外表面部分、以及所述反应腔体的闭合舱门之间形成密封通道，所述密封通道分别与密封通道进气管路及密封通道抽气管路相连通，所述密封通道抽气管路与所述抽气管路相连通；所述抽气管路上设置有流量调节装置。进一步地，通过所述密封通道进气管路及所述密封通道抽气管路向所述密封通道通入惰性气体或对所述密封通道抽真空。进一步地，所述抽气管路上设置有截止阀，所述流量调节装置与所述截止阀并联。进一步地，所述抽气管路上设置有截止阀，所述流量调节装置与所述截止阀串联， 且所述流量调节装置位于所述反应腔体与所述截止阀之间。进一步地，所述载气管路、所述密封通道进气管路、以及所述密封通道抽气管路上也分别设置有所述流量调节装置。进一步地，所述流量调节装置为手动/自动阀门或者手动/自动质量流量计。进一步地，所述反应腔体上设置有两个闭合状的沟槽，所述外层密封圈及所述内层密封圈分别容置于所述沟槽内。进一步地，所述外层密封圈及所述内层密封圈由弹性材料制成，所述外层密封圈及所述内层密封圈的截面形状为圆形、椭圆形或星型。进一步地，所述抽气管路上还设置有尾气吸附装置，所述尾气吸附装置设置于所述抽气管路的靠近所述反应腔体的一端。进一步地，所述载气管路、所述反应源管路、所述惰性气体进气管路、所述反应腔体、所述抽气管路以及所述惰性气体抽气管路上均设置有温度探头及加热/制冷装置，所述温度探头与所述加热/制冷装置相连接。与现有技术相比，本实用新型的新型原子层沉积设备采用了双层密封圈(内层密封圈及外层密封圈)，能够为反应腔体提供良好的密封性能，通常采用单层密封圈很难达到的高真空在采用了双层密封圈后很容易达到；双层密封圈之间抽真空或者通入惰性气体保护，大大减少了大气进入反应腔体的机会，提高了沉积薄膜的纯度和质量；与增加一个手套箱或者腔体的密封方式以及采用金属密封的方式相比，双层密封圈简单易行，大大地节约了硬件成本和维护成本。此外，本实用新型的新型原子层沉积设备在抽气管路上设置了流量调节装置，避免了截止阀关闭后反应源倒流、聚集等现象；并且，避免了截止阀开关过程中造成的气流变化，使得抽气速率更稳定，从而提高了薄膜沉积质量。
图1为本实用新型的新型原子层沉积设备的结构示意图；图2为本实用新型的双层密封圈的结构示意图；图3为沿图2中C-C线的剖视示意图。
具体实施方式
有关本实用新型的技术内容及详细说明，现结合附图说明如下。如图1所示，本实用新型提供了一种新型原子层沉积设备，包括流量调节装置1、 4载气管路2、原子层沉积阀3、反应源管路4、密封通道进气管路5、流量调节装置6、外层密封圈7、反应腔体8、内层密封圈9、抽气管路10、流量调节装置11、密封通道抽气管路12、尾气吸附装置13、流量调节装置14、截止阀15及真空泵16。其中载气管路2与反应源a相连通，载气管路2上设置有流量调节装置1，用以调节载气管路2中载气(可为惰性气体)的流量；反应源管路4分别与反应源a及反应腔体8相连通，反应源管路4上设置有原子层沉积阀3，用以控制反应源a通过反应源管路4进入/停止进入反应腔体8 ；原子层沉积阀3与反应源a —一对应，即反应源a为多路，原子层沉积阀3的数量应与反应源a的数量相同；反应腔体8内设置有压强检测装置，用以检测反应腔体内的压强；反应腔体8上还设置有闭合状的外层密封圈7及内层密封圈9，如图2及图3所示，其中，外层密封圈7、内层密封圈9、反应腔体8上位于外层密封圈7及内层密封圈9之间的外表面部分、以及反应腔体8的闭合舱门之间形成密封通道，所述密封通道分别与密封通道进气管路5及密封通道抽气管路12相连通，密封通道进气管路5可以与惰性气体源相连通，密封通道抽气管路 12与抽气管路10相连通；抽气管路10分别与反应腔体8及真空泵16相连通，抽气管路10上设置有截止阀 15，用以控制反应后尾气b通过抽气管路10及真空泵16从反应腔体8中排出/停止排出； 抽气管路10上还设置有流量调节装置14，用以根据所述压强检测装置的检测数值调整反应腔体8的内部压强。进一步地，通过密封通道进气管路5及密封通道抽气管路12向所述密封通道通入惰性气体；还可以对所述密封通道抽真空，均可提高密封性能。进一步地，抽气管路10上的流量调节装置14与截止阀15并联；流量调节装置14 还可以与截止阀15串联，且流量调节装置14位于反应腔体8与截止阀15之间(即抽气管路10上截止阀15的上游)。当沉积很大宽深比的复杂三维结构时，需要关闭截止阀15，则只能采用并联方式，即根据所述压强检测装置的检测数值，通过流量调节装置14调整反应腔体8的内部压强；当沉积一般产品时，可以不关闭截止阀15，则可以采用并联方式或串联方式，在串联时，根据所述压强检测装置的检测数值，通过流量调节装置14及截止阀15调整反应腔体8的内部压强。进一步地，密封通道进气管路5上设置有流量调节装置6，用以调节密封通道进气管路5中惰性气体的流量；密封通道抽气管路12上设置有流量调节装置11，用以调节密封通道抽气管路12中惰性气体的流量。进一步地，流量调节装置1、流量调节装置6、流量调节装置11以及流量调节装置 14可以为手动/自动阀门或者手动/自动质量流量计。进一步地，反应腔体8上设置有两个闭合状的沟槽，外层密封圈7及内层密封圈9 分别容置于所述沟槽内，进而嵌设在反应腔体8上，并不以此为限，外层密封圈7及内层密封圈9还可以通过其他适合的方式设置到反应腔体8上。所述沟槽可以为环形、方形等。进一步地，外层密封圈7及内层密封圈9由弹性材料制成，截面形状可为圆形、椭圆形、星型等。进一步地，抽气管路10上还设置有尾气吸附装置13，尾气吸附装置13设置于抽气管路10的靠近反应腔体8的一端(即抽气管路10上流量调节装置14、截止阀15及真空泵 16的上游)，用以过滤反应后尾气b中含有的反应源a，以防止流量调节装置14、截止阀15 及真空泵16被反应源a腐蚀，实现保护。进一步地，载气管路2、反应源管路4、惰性气体进气管路5、反应腔体8、抽气管路 10及惰性气体抽气管路12上均设置有温度探头及加热/制冷装置，所述温度探头与所述加热/制冷装置相连接，用以控制上述管路以及反应腔体8的温度，可使其达到较佳工作状态时的温度条件。本实用新型中的各个组成部分均为市售成熟产品，其结构及使用易于被本领域的技术人员所理解及掌握，在此不再赘述。本实用新型原子层沉积设备在使用时，将待沉积产品放入反应腔体8后，关闭反应腔体8的舱门，则外层密封圈7、内层密封圈9、反应腔体8上位于外层密封圈7及内层密封圈9之间的外表面部分、以及舱门之间形成密封通道，对所述密封通道充入惰性气体或者抽真空，可以时限良好的密封效果。根据所述压强检测装置的检测数值，通过流量调节装置14来调整反应腔体8的内部压强，使得抽气速率更稳定，从而提高了薄膜沉积质量。以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种新型原子层沉积设备，包括载气管路、反应源管路、反应腔体、抽气管路及真空泵，所述载气管路与反应源相连通，所述反应源管路分别与所述反应源及所述反应腔体相连通，所述抽气管路分别与所述反应腔体及所述真空泵相连通；其特征在于，所述反应腔体上设置有闭合状的外层密封圈及内层密封圈，其中，所述外层密封圈、所述内层密封圈、 所述反应腔体上位于所述外层密封圈及所述内层密封圈之间的外表面部分、以及所述反应腔体的闭合舱门之间形成密封通道，所述密封通道分别与密封通道进气管路及密封通道抽气管路相连通，所述密封通道抽气管路与所述抽气管路相连通；所述抽气管路上设置有流量调节装置。
2.如权利要求1所述的新型原子层沉积设备，其特征在于，通过所述密封通道进气管路及所述密封通道抽气管路向所述密封通道通入惰性气体或对所述密封通道抽真空。
3.如权利要求1所述的新型原子层沉积设备，其特征在于，所述抽气管路上设置有截止阀，所述流量调节装置与所述截止阀并联。
4.如权利要求1所述的新型原子层沉积设备，其特征在于，所述抽气管路上设置有截止阀，所述流量调节装置与所述截止阀串联，且所述流量调节装置位于所述反应腔体与所述截止阀之间。
5.如权利要求1所述的新型原子层沉积设备，其特征在于，所述载气管路、所述密封通道进气管路、以及所述密封通道抽气管路上也分别设置有所述流量调节装置。
6.如权利要求5所述的新型原子层沉积设备，其特征在于，所述流量调节装置为手动/ 自动阀门或者手动/自动质量流量计。
7.如权利要求1所述的新型原子层沉积设备，其特征在于，所述反应腔体上设置有两个闭合状的沟槽，所述外层密封圈及所述内层密封圈分别容置于所述沟槽内。
8.如权利要求1所述的新型原子层沉积设备，其特征在于，所述外层密封圈及所述内层密封圈由弹性材料制成，所述外层密封圈及所述内层密封圈的截面形状为圆形、椭圆形或星型。
9.如权利要求1所述的新型原子层沉积设备，其特征在于，所述抽气管路上还设置有尾气吸附装置，所述尾气吸附装置设置于所述抽气管路的靠近所述反应腔体的一端。
10.如权利要求1所述的新型原子层沉积设备，其特征在于，所述载气管路、所述反应源管路、所述惰性气体进气管路、所述反应腔体、所述抽气管路以及所述惰性气体抽气管路上均设置有温度探头及加热/制冷装置，所述温度探头与所述加热/制冷装置相连接。
专利摘要本实用新型公开了一种新型原子层沉积设备，包括载气管路、反应源管路、反应腔体、抽气管路及真空泵，载气管路与反应源相连通，反应源管路分别与反应源及反应腔体相连通，抽气管路分别与反应腔体及真空泵相连通；反应腔体上设置有闭合状的外层密封圈及内层密封圈，外层密封圈、内层密封圈、反应腔体上位于外层密封圈及内层密封圈之间的外表面部分、以及反应腔体的闭合舱门之间形成密封通道，密封通道分别与密封通道进气管路及密封通道抽气管路相连通，密封通道抽气管路与抽气管路相连通；抽气管路上设置有流量调节装置。本实用新型的原子层沉积设备，能够提供良好的密封性能，对于高宽深比的复杂三维结构具有良好的沉积效果。
文档编号C23C16/455GK202193841SQ20112027146
公开日2012年4月18日 申请日期2011年7月28日 优先权日2011年7月28日
发明者王东君, 陈宇林 申请人:英作纳米科技(北京)有限公司