一种原子层沉积前驱体输出装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种原子层沉积前驱体输出装置，该输出装置由装载前驱体的钢瓶（101），缓存腔（103），连接所述钢瓶（101）与缓存腔（103）的第一开关阀（102），位于所述缓存腔腔体内且与所述缓存腔腔体气密性良好的运动活塞（104），以及控制输出主管路的第二开关阀（105）构成。本发明通过固定空间的气体体积变化，每次稳定的排出等量前驱体，保证定量输出前驱体，能够更好的适应于前驱体用量优化分析及在线监测系统分析。
【专利说明】一种原子层沉积前驱体输出装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于气相沉积的前驱体输出装置，更具体地说，用于原子层沉积的稳定定量输出并适用于广泛环境的前驱体输出装置。
【背景技术】 [0002]近十几年来，随着半导体集成电路的不断发展，特别是芯片尺寸不断缩小、性能不断提升，原子层沉积技术得到的长足的进步和成熟的发展，日益满足了工业上高精度、纳米级厚度等特性薄膜的要求。如今薄膜技术如化学气相沉积、原子层沉积等技术均已在工业应用中成熟使用，相关设备装置亦应用于工业生产，而在薄膜技术的研究领域，大量相关设备被研制和开发。原子层沉积技术具有薄膜厚度纳米可控，均匀性好等特点，广泛应用于微纳米电子器件，太阳能电池等领域，其原理是将前驱体通入真空腔体中与基底表面(一般为硅基底)发生化学吸附，伴随惰性气体清洗腔体之后，另一前驱体通入腔体与上阶段生成物发生化学反应。这两个阶段组成一个原子层沉积反应循环也即一层单层薄膜生长，通过控制循环的次数来确定薄膜的厚度。原子层沉积的前驱体消耗量是关键影响因素，特别是昂贵的有机金属源的优化高效利用，是工业应用中优化的重点，特别是在应用领域广泛后需要适用更广泛的沉积环境。而在薄膜技术研究领域，定量检测分析与在线监测也日益成为科学研究的热点和重点。传统前驱体输送系统在满足针对最新原子层沉积技术的需求上有诸多缺点。
[0003]传统装置中，原子层沉积所需的气相沉积分子由前驱体钢瓶中饱和蒸汽压扩散至主流管路，再由惰性气体传输至反应腔。输出动力来自于钢瓶中前驱体的饱和蒸汽压与管路中的压力差，因此需要反应腔体和管路保持真空状态，而当两者压力差变化时亦无法保证前驱体扩散输出量稳定。针对低饱和蒸汽压的前驱体分子，此类输出装置非常低效。而前驱体稳定的定量输出既有利于工业应用的剂量优化，同时对定量分析和在线监测有重要作用。因此传统的前驱体输出装置在工业应用及定量研究方面存在较大瓶颈。
【发明内容】
[0004]综上，为满足原子层沉积技术应用和研究领域最新需求，需要设计一种新型的前驱体输送装置，其能够稳定输出定量，同时能够适用于更广泛的外界压力环境。
[0005]本发明拟提供的高效前驱体输出装置，通过固定体积的活动塞每个循环推进排出定量前驱体分子，动力来自于外部的机械力，且每次排出量为固定空间体积。当机械活塞将气体分析完全排除空间时，前驱体被输出至主流管路，随之进入腔体，因此不受腔体或气路中压力限制。这种主动式输出方式使前驱体输出可不受外界压力条件限制，无论真空条件或常压/高压氛围均可有效输出，使原子层沉积技术不受传统真空工艺限制，而广泛应用于诸多领域。
[0006]为实现上述目的，本发明提供了一种原子层沉积前驱体高效输出装置，所述输出装置由装载前驱体的钢瓶，缓存腔，连接所述钢瓶与缓存腔的第一开关阀，位于所述缓存腔腔体内且与所述缓存腔腔体气密性良好的运动活塞，控制输出主管路的第二开关阀构成。
[0007]本发明还提供一种原子层沉积前驱体输出装置，所述输出装置由装载前驱体的钢瓶，位于所述钢瓶内的缓存腔，与所述缓存腔腔体气密性良好的运动活塞，所述钢瓶外连通所述缓存腔的第一开关阀，控制输出主管路的第二开关阀构成。
[0008]本发明还提供一种原子层沉积前驱体输出装置，所述输出装置包括装载前驱体的钢瓶，位于所述钢瓶内的缓存腔，与所述缓存腔腔体气密性良好的运动活塞，所述钢瓶外与所述缓存腔连通的第一开关阀，与主流管路连接的输出腔，连接所述钢瓶与所述输出腔的第二开关阀，与所述输出腔连接的真空泵。
[0009]本发明的工作原理是:前驱体输出过程中，先将所有缓存腔或输出腔体积排空，由机械活塞构建固定体积的空间并致前驱体气体分子自由扩散入其中，开启缓存腔与外界的连接阀并由活塞将空间内气体全部排出而实现定量输出。由于主动力来自于活塞的机械力，确保前驱体分子输出入主流管路而不受管路中压力条件约束。
[0010]通过本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果:
[0011]1、通过固定空间的气体体积变化，每次稳定的排除等量前驱体，保证定量输出前驱体，更好的适应于前驱体用量优化分析及在线监测系统分析。
[0012]2、通过机械力将气体分子从缓存腔排入气路，可不受外部环境约束，从真空到常压或高压等不同压力环境均可使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明的第一种实施方式的结构示意图。
[0014]图2是本发明的第二种实施方式的结构示意图。
[0015]图3是本发明的第三种实施方式的结构示意图。
【具体实施方式】`
[0016]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0017]如图1所示为本发明的第一种实施方式的结构，由装载前驱体(固态/液态/气态) 的钢瓶101，连接钢瓶与缓存腔的开关阀102，带有机械运动活塞的缓存腔103，与腔体气密性良好的运动活塞104，控制输出主管路的开关阀105五部分整体构成前驱体输出装置。 最初由开关阀102开，钢瓶101中前驱体分子自由扩散至缓存腔103中并维持固定空间的体积，关闭102阀并开启105阀，活塞104运动将缓存腔内气体分子经由105阀推进主流管路。
[0018]图2所示为同原理结构的第二实施方式，其中，装载前驱体(固态/液态/气态)的钢瓶201，钢瓶内的缓存腔202，与腔体气密性良好的运动活塞203，钢瓶外连通缓存腔的开关阀204，控制输出主管路的开关阀205，五部分整体构成前驱体输出装置。输出原理和输出方法均与图1相似，首先由204阀开启，前驱体扩散入缓存腔202，关闭204阀开启205 阀，由活塞203运动将缓存腔202排入主流管路。
[0019]如图3所示为同原理结构的第三种实施方式，其中，装载前驱体(固态/液态/气态)的钢瓶301，钢瓶内的缓存腔302，与腔体气密性良好的运动活塞303，钢瓶外连通缓存腔的开关阀304，连接钢瓶与输出腔的开关阀305，直接连接主流管路的输出腔306，连接输出腔的真空泵307，七部分整体构成前驱体输出装置。与前述不同，先关闭输出腔306连接的除泵外所有阀305并开启机械泵307保持输出腔内真空，再按前述前驱体输出方式排入输出腔后，开启主流管路的阀并将前驱体分子带走。
[0020]上述方案中涉及的活塞部分在真空领域已属成熟结构，可有效保证运动过程中腔内与外界的气体泄漏，因此可行性较强。
[0021]此上三种实施方式中，都是通过机械结构设计可有效控制活塞每次循环运动的间距，可有效控制每次缓存和排出的前驱体体积，即可保证定量输出。同时最后通过活塞的推进将前驱体分子从缓存腔排入主流管路，依靠的机械力而非传统装置依靠气体自主扩散， 故不限于主流管路中的压力环境。
[0022]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明保护的范围并不局限于此， 任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种原子层沉积前驱体输出装置，其特征在于:所述输出装置由装载前驱体的钢瓶 (101)，缓存腔(103)，连接所述钢瓶(101)与缓存腔(103)的第一开关阀(102)，位于所述缓存腔腔体内且与所述缓存腔腔体气密性良好的运动活塞(104)，以及控制输出主管路的第二开关阀(105)构成；开启第一开关阀(102)后，所述钢瓶(101)中前驱体分子自由扩散至所述缓存腔(103)中并维持固定空间的体积，然后关闭所述第一开关阀(102)并开启第二开关阀(105)，所述活塞(104)运动将所述缓存腔内气体分子经由所述第二开关阀(105)推进主管路。
2.一种原子层沉积前驱体输出装置，其特征在于:所述输出装置由装载前驱体的钢瓶 (201)，位于所述钢瓶内的缓存腔(202)，与所述缓存腔腔体气密性良好的运动活塞(203)， 所述钢瓶外连通所述缓存腔的第一开关阀(204)，控制输出主管路的第二开关阀(205)构成。
3.一种原子层沉积前驱体输出装置，其特征在于:所述输出装置包括装载前驱体的钢瓶(301)，位于所述钢瓶内的缓存腔(302)，与所述缓存腔腔体气密性良好的运动活塞(303)，所述钢瓶外与所述缓存腔连通的第一开关阀(304)，与主流管路连接的输出腔(30 6)，连接所述钢瓶与所述输出腔的第二开关阀(305)，与所述输出腔连接的真空泵 (307)。
【文档编号】C23C16/455GK103602959SQ201310585179
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月19日 优先权日:2013年11月19日
【发明者】陈蓉, 邓章, 曹坤, 单斌, 文艳伟 申请人:华中科技大学