一种原子层沉积设备的制作方法

本发明涉及一种原子层沉积设备，属于半导体薄膜沉积应用及制造技术领域。

背景技术：

原子层沉积设备利用两种及多种不同的反应气体交替进入反应腔室并通过表面反应在基片表面生长出原子尺度的连续薄膜，其要求各反应气体交替进入反应腔室。在后一种气体进入之前，前一种气体必须在反应腔室内被彻底地吹扫，通过这种方式来降低反应腔室内化学气相沉积产生的可能。

在原子层沉积中混入化学气相沉积会产生很多不利影响，如使沉积薄膜的均匀性变差，难以控制沉积薄膜的厚度，以及会产生大量的颗粒等。传统的半导体设备使用单层喷淋装置，这种喷淋装置有着易于加工、安装和维护的优点，但在原子层沉积设备上使用这种结构会使反应气体中的残留物质在喷淋装置中相遇并发生反应，一方面有产生颗粒的隐患，另一方面会在喷淋装置内部生长薄膜，有可能严重影响喷淋装置的使用寿命。为了解决这个问题原子层沉积普遍使用一种双层甚至多层通道的喷淋装置，其优点是可以保证反应气体在喷淋装置内部不会相遇，明显降低了颗粒产生的可能，同时可以防止反应气体在喷淋装置内壁上沉积带来的使用寿命问题。然而，双层及多层结构的喷淋装置由于结构复杂、加工困难、对加工工艺中颗粒控制要求高等等原因，制造成本往往极高，而且缺少检测多层结构之间气密性的良好手段，限制了其在原子层沉积乃至半导体制造领域的应用。

综上所述，对于现有的原子层沉积设备所采用的结构设计中，普遍存在着喷淋装置使用寿命和成本等问题，只有将这两个问题解决，才可能进一步提高原子层沉积维护性并降低成本。

技术实现要素：

本发明专利以解决上述问题为目的，主要解决现有的原子层沉积设备喷淋结构复杂，不利于维护及不利于降低设备成本的问题。本发明的原子沉积设备采用顶层喷淋装置和侧壁进气结构相结合，既可以提高喷淋装置的使用寿命，又可以降低原子层沉积设备的整体成本，同时保证了原子层沉积中气体快速切换的功能和颗粒控制功能。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种原子层沉积设备，包括反应腔室、喷淋装置、加热盘，所述加热盘包括加热盘盘面，直柄、加热盘基座；该设备还包括侧壁的进气管路、限流衬套、真空管路及机械泵；所述喷淋装置安装于反应腔室顶部，所述加热盘盘面、直柄与加热盘基座焊接固定后通过加热盘基座使用螺钉安装于反应腔室底部；侧壁的进气管路通过螺钉或焊接连通至反应腔室，限流衬套外沿通过螺钉与反应腔室内侧固定，所述加热盘与限流衬不接触，真空管路的一侧通过螺钉与反应腔室底部连通，其另一侧连接机械泵。

进一步地，所述喷淋装置为单层、双层或多层结构。

进一步地，所述限流衬套为网状结构或多孔介质。

进一步地，所述限流衬套为陶瓷、铝、不锈钢或特氟龙衬套。

进一步地，所述加热盘基座可以加热至550℃。

进一步地，所述加热盘基座与所述反应腔室连接是通过反应腔下方采用螺钉与电机相连接，加热盘基座与电机的基座相连接实现加热盘基座在反应腔室内可以上下移动或者自转。

进一步地，所述加热盘基座为陶瓷或铝。

本发明的有益效果及特点：

本发明采用自反应腔室顶部喷淋装置及侧壁进气管路分别进气的结构，可有效避免反应气体在传输中相遇并产生气相反应，此结构的优点在于降低气相反应的概率可以防止在喷淋系统中形成薄膜，薄膜长时间累积不但会影响设备的工艺表现，更有可能使喷淋装置堵塞，难以清洗维护，进而减少使用寿命。其次，此结构可以有效防止气相反应产生的颗粒问题。原子层沉积由于其生长薄膜均匀致密，台阶覆盖率接近100％等特点广泛用于先进半导体制造领域，而这些应用中对颗粒的十分敏感，颗粒问题会严重影响半导体制造的良率。此外，本发明涉及的原子层沉积设备结构极大的简化了喷淋装置的内部结构，在三元或多元反应中尤其明显。例如，在现有设备中，为满足三元反应需要设计内含三层通道的喷淋装置，这无疑大大提高了部件的制造难度和设备的总成本。在这一点上本发明通过侧壁进气管路的引入极大的简化了喷淋装置的复杂结构，并可以提高设备的通用性和可维护性，并且保证了原子层沉积中气体快速切换的功能和颗粒控制功能。

附图说明

图1是本发明实施例1的原子层沉积设备的侧视图；

图2是本发明的原子层沉积设备的内部俯视图；

图3是本发明实施例2的原子层沉积设备的侧视图。

具体实施方式

下面结合实施例进一步对本发明进行详细说明，但发明保护内容不局限于所述实施例：

实施例1

参照图1-2，一种原子层沉积设备，包括反应腔室1、喷淋装置2、加热盘3，所述加热盘3包括加热盘盘面5，直柄6和加热盘基座7；该设备还包括侧壁的进气管路4、限流衬套8、真空管路9及机械泵10；所述喷淋装置2安装于反应腔室1顶部，所述加热盘盘面5、直柄6与加热盘基座7焊接固定后通过加热盘基座7使用螺钉安装于反应腔室1底部；侧壁的进气管路4通过螺钉或焊接连通至反应腔室1，限流衬套8外沿通过螺钉与反应腔室1内侧固定，所述加热盘3与限流衬套8不接触，真空管路9的一侧通过螺钉与反应腔室1底部连通，其另一侧连接机械泵10；所述加热盘基座7可以加热至550℃。

所述喷淋装置2为单层、双层或多层结构。

所述限流衬套8为网状结构或多孔介质。

所述限流衬套8为陶瓷、铝、不锈钢或特氟龙衬套。

所述加热盘基座7为陶瓷或铝。

工作时，当机械泵10经过真空管路9将反应腔室1内的气体排出时，会在反应腔体1内部形成真空，此时反应腔室1顶部的喷淋装置2的边沿在压力的作用下会和反应腔室1紧密贴合从而达到密封的作用。首先将一种反应气体通过反应腔室1顶部的喷淋装置2进入反应腔室1，到达加热盘3的加热盘盘面5上的基片表面并通过化学吸附完成表面反应，当反应饱和之后残余的气体利用机械泵10通过真空管路9排出反应腔室1，利用限流衬套8控制反应腔室1内部的流阻以达到增加气流分布均匀性的作用。此过程中可以伴随有惰性气体(如N2、Ar、He)的吹扫。当吹扫完毕后另一反应气体自侧壁的进气管路4进入反应腔室1，到达加热盘3的加热盘盘面5上的基片表面并通过化学吸附完成表面反应，当反应饱和之后残余的气体利用机械泵10通过真空管路9排出反应腔室1，此过程中可以伴随有惰性气体(如N2、Ar、He)的吹扫。至此，一个原子层的沉积的循环结束，由于原子层沉积是自饱和反应，薄膜的厚度由原子层沉积的循环数控制，根据薄膜厚度选择原子层沉积的循环数。

实施例2

参照图2-3，一种原子层沉积设备，与实施例1的不同之处在于所述加热盘基座7与所述反应腔室1连接是通过反应腔下方采用螺钉与电机12相连接，加热盘基座7与电机12的基座11相连接，实现加热盘基座7在反应腔室1内可以上下移动或者自转。工作时，当机械泵10经过真空管路9将反应腔室1内的气体排出时，会在反应腔体1内部形成真空，此时反应腔室1顶部的喷淋装置2的边沿在压力的作用下会和反应腔室1紧密贴合从而达到密封的作用。打开电机12，将所述加热盘3通过加热盘基座7的上升或下降移动至相应的反应位置固定，按照预先设定的速度自转，然后将一种反应气体通过反应腔室1顶部的喷淋装置2进入反应腔室1，到达加热盘3的加热盘盘面5上的基片表面并通过化学吸附完成表面反应，后续操作同实施例1。