横向流动式原子层沉积装置的制作方法

本实用新型涉及一种横向流动式原子层沉积装置，属于原子层沉积技术领域。

背景技术：

随着IC复杂程度的不断提高，按照著名的摩尔定律和国际半导体行业协会公布的国际半导体技术发展路线图，硅基半导体集成电路中金属-氧化物-半导体场效应晶体管器件的特征尺寸将达到纳米尺度。原子层沉积(Atomic Layer Deposition，ALD)具有优异的三维共形性、大面积的均匀性和精确的亚单层膜厚控制等特点，受到微电子行业和纳米科技领域的青睐。

原子层沉积又称原子层外延(Atomic Layer Epitaxy)，最初是由芬兰科学家提出并用于多晶荧光材料ZnS:Mn以及非晶Al2O3绝缘膜的研制，这些材料是用于平板显示器。由于这一工艺涉及复杂的表面化学过程和低的沉积速度，直至上世纪80年代中后期该技术并没有取得实质性的突破。但是到了20世纪90年代中期，人们对这一技术的兴趣在不断加强，这主要是由于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，这样所使用材料的厚度降低值几个纳米数量级。由于原子层沉积技术原理，使得薄膜的沉积速度比较慢，因此利用原子层沉积技术，快速沉积高质量、膜厚精确可控的氧化物薄膜方法具有非常明显的优势。

原子层沉积(ALD)技术是通过将气相前驱体脉冲交替地通入反应器并在沉积基体上化学吸附并反应形成沉积膜的一种方法，当前驱体达到沉积基体表面，它们会在其表面化学吸附并发生表面反应。原子层沉积技术由于其沉积参数(厚度、成分和结构)的高度可控性，优异的沉积均匀性和一致性，使得其在微纳电子和纳米材料等领域具有广泛的应用前景。目前已经被广泛应用于集成电路、半导体、太阳能电池等领域纳米材料的制备，在薄膜封装应用等领域的应用也逐渐增加。

现有技术中的原子层沉积设备主要是立式原子层沉积装置，存在占地空间大，需要消耗源的量比较多，空间利用效率低等缺点，而且适用范围比较狭窄，不具有广泛的通用性。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种横向流动式原子层沉积装置，其结构巧妙，设计合理，具有反应腔室空间紧凑、源消耗量少、设备生产成本低等优点。

按照本实用新型提供的技术方案：横向流动式原子层沉积装置，包括进样系统、反应系统、抽气系统和控制系统，其特征在于：所述进样系统包括设置在箱体内的流量计、载气管路、原子层沉积阀和进样管路，所述流量计的进口处安装有用于连接载气的进气接头，流量计的出口通过载气管路与若干个并联设置的原子层沉积阀的载气进口连接，所述原子层沉积阀的前驱体接口处安装有用于连接源钢瓶的钢瓶阀门，原子层沉积阀的出口连接进样管路；

所述反应系统包括底座主体和上盖板，所述底座主体固定安装在箱体顶部，底座主体上部设有开口位于顶部的反应腔室，底座主体内设有给反应腔室加热的加热机构，所述上盖板铰连在底座主体上，上盖板盖合时将所述反应腔室密封；所述底座主体上设有进孔和出孔，所述进孔与出孔在底座主体上呈180°对称分布，进孔和出孔的上端均与反应腔室连通，进孔下端与进样管路连接；

所述抽气系统包括吸气管路、真空Y型阀门、吸附过滤器、抽气管路和真空泵，所述吸气管路一端与底座主体上的出孔下端连接，吸气管路另一端连接真空Y型阀门，所述真空Y型阀门的出口与吸附过滤器的进口连接，所述吸附过滤器的出口通过抽气管路与所述真空泵连接；

所述控制系统包括控制柜，所述控制柜安装在箱体内部，控制柜上设有电器开关面板，所述电器开关面板上设有电源开关按钮和紧停按钮。

作为本实用新型的进一步改进，所述加热机构包括加热底板、加热固定支架、加热器和加热丝，所述加热底板固定在箱体顶部，若干个加热固定支架周向均布设置并固定安装在加热底板上；所述底座主体固定安装在加热底板上，底座主体下部设有开口位于底部的中心加热腔和周边加热腔，所述进孔和出孔开设在底座主体上位于中心加热腔与周边加热腔之间的部分；所述加热器设置在中心加热腔内，所述加热丝设置在周边加热腔内，加热器和加热丝均安装在加热固定支架上。

作为本实用新型的进一步改进，所述底座主体的外周侧面设有环形凹槽，该环形凹槽通过安装在底座主体上的水冷外壳密封，水冷外壳与环形凹槽组成水冷腔室，在水冷外壳上安装有与水冷腔室连通的进出水接头。

作为本实用新型的进一步改进，所述反应腔室为扁圆柱形。

作为本实用新型的进一步改进，所述上盖板侧边处固定安装上铰链，所述底座主体的外壁上焊接固定下铰链，上铰链与下铰链之间通过铰链销相连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述箱体包括箱式框架，在箱式框架的四个侧边上均安装有能够活动打开的侧门，所述控制柜固定安装在其中一个侧门的内壁上。

作为本实用新型的进一步改进，所述控制系统还包括显示器，所述显示器通过安装支架安装在箱体顶部。

作为本实用新型的进一步改进，所述上盖板上设有把手。

作为本实用新型的进一步改进，所述箱体底部设置多功能支撑件，所述多功能支撑件包括支撑体、行走轮和可调支撑脚，所述支撑体固定在箱体底部四角位置处，所述行走轮和可调支撑脚均固定安装在支撑体上。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一通孔的内径小于第二通孔的内径。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：

1)、本实用新型结构设计合理，既适用于2～12英寸大小的样品，也使用于高度低于20mm的三维立体结构的样品，并且有良好的均匀覆盖率以及包形性。

2)、本实用新型减小了反应腔室的空间，减少了设备的生产成本，同时也降低了实验生产过程中对源的消耗。

3)、本实用新型可以沉积多种类型的薄膜，包括氧化物薄膜、氮化物薄膜、金属单质薄膜等。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构主视图。

图2为本实用新型实施例去除部分侧门后的结构侧视图。

图3为图1中的A-A向剖视图。

图4为本实用新型实施例去除部分侧门后的立体结构示意图。

附图标记说明：1-箱体、1.1-箱式框架、1.2-侧门、2-流量计、3-载气管路、4-原子层沉积阀、5-进样管路、6-进气接头、7-钢瓶阀门、8-底座主体、8a-反应腔室、8b-中心加热腔、8c-周边加热腔、8d-环形凹槽、9-上盖板、10-加热底板、11-加热固定支架、12-加热器、13-加热丝、14-水冷外壳、15-进出水接头、16-吸气管路、17-真空Y型阀门、18-吸附过滤器、19-抽气管路、20-真空泵、21-控制柜、22-安装支架、23-显示器、24-电器开关面板、25-上铰链、26-下铰链、27-铰链销、28-把手、29-支撑体、30-行走轮、31-可调支撑脚。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图所示，实施例中公开了一种横向流动式原子层沉积装置，其主要由进样系统、反应系统、抽气系统和控制系统几大部分组成。

如图2、图4所示，所述进样系统主要由设置在箱体1内的流量计2、载气管路3、原子层沉积阀4和进样管路5组成，所述流量计2的进口处安装有用于连接载气的进气接头6，流量计2的出口通过载气管路3与若干个并联设置的原子层沉积阀4的载气进口连接，所述原子层沉积阀4的前驱体接口处安装有用于连接源钢瓶的钢瓶阀门7，原子层沉积阀4的出口连接进样管路5。

如图1～图4所示，所述反应系统主要由底座主体8和上盖板9组成，所述底座主体8固定安装在箱体1顶部，底座主体8上部设有开口位于顶部的反应腔室8a，底座主体8内设有给反应腔室8a加热的加热机构，所述上盖板9铰连在底座主体8上，上盖板9盖合时将所述反应腔室8a密封；所述底座主体8上设有进孔和出孔，所述进孔与出孔在底座主体8上呈180°对称分布，进孔和出孔的上端均与反应腔室8a连通，进孔下端与进样管路5连接。

如图3所示，本实施例的反应系统中，所述反应腔室8a为扁圆柱形，这样的反应腔室8a结构既适用于2～12英寸大小的样品，也使用于高度低于20mm的三维立体结构的样品，并且有良好的均匀覆盖率以及包形性。并且减小了反应腔室8a的空间，减少了设备的生产成本，同时也降低了实验生产过程中对源的消耗。所述第一通孔的内径小于第二通孔的内径，可以使前驱体均匀接触沉积基体表面。

如图3所示，本实施例的反应系统中，所述加热机构主要由加热底板10、加热固定支架11、加热器12和加热丝13组成，所述加热底板10固定在箱体1顶部，若干个加热固定支架11周向均布设置并固定安装在加热底板10上；所述底座主体8固定安装在加热底板10上，底座主体8下部设有开口位于底部的中心加热腔8b和周边加热腔8c，所述进孔和出孔开设在底座主体8上位于中心加热腔8b与周边加热腔8c之间的部分；所述加热器12设置在中心加热腔8b内，所述加热丝13设置在周边加热腔8c内，加热器12和加热丝13均安装在加热固定支架11上。如此设置，加热器12和加热丝13可以根据实际情况单独启动或同时启动，对底座主体8进行加热，使反应腔室8a内的温度保持稳定，有利于提高沉积质量。

如图3所示，本实施例的反应系统中，所述底座主体8的外周侧面设有环形凹槽8d，该环形凹槽8d通过安装在底座主体8上的水冷外壳14密封，水冷外壳14与环形凹槽8d组成水冷腔室，在水冷外壳14上安装有与水冷腔室连通的进出水接头15。如此设置，可以对反应腔室8a内的温度实施更为灵活精确的控制。

如图2、图4所示，所述抽气系统主要由吸气管路16、真空Y型阀门17、吸附过滤器18、抽气管路19和真空泵20组成，所述吸气管路16一端与底座主体8上的出孔下端连接，吸气管路16另一端连接真空Y型阀门17，所述真空Y型阀门17的出口与吸附过滤器18的进口连接，所述吸附过滤器18的出口通过抽气管路19与所述真空泵20连接。

如图1、图4所示，所述控制系统主要由控制柜21和显示器23组成，所述控制柜21安装在箱体1内部，控制柜21上设有电器开关面板24，所述电器开关面板24上设有电源开关按钮和紧停按钮；所述显示器23通过安装支架22安装在箱体1顶部，安装支架22为可调节形式，方便在不同位置观测到显示器23上的数据信息。

本实施例中，所述上盖板9与底座主体8之间的连接结构如2所示，所述上盖板9侧边处固定安装上铰链25，所述底座主体8的外壁上焊接固定下铰链26，上铰链25与下铰链26之间通过铰链销27相连接。如此设置，上盖板9可以方便地进行拆卸，方便后期的维修维护。另外，所述上盖板9上设有把手28，便于将上盖板9打开。

如图1、图4所示，本实施例中，所述箱体1包括箱式框架1.1，在箱式框架1.1的四个侧边上均安装有能够活动打开的侧门1.2，所述控制柜21固定安装在其中一个侧门1.2的内壁上。如此设置，箱体1可以方便地打开进行检修维护。

如图1、图4所示，本实施例中，所述箱体1底部设置多功能支撑件，所述多功能支撑件包括支撑体29、行走轮30和可调支撑脚31，所述支撑体29固定在箱体底部四角位置处，所述行走轮30和可调支撑脚31均固定安装在支撑体29上。如此设置，工作时，可调支撑脚31下降，使行走轮30离地，本实用新型能够保持稳固；需要转移场地时，可调支撑脚31升起，使行走轮30接触地面，本实用新型能够方便地推行。

以上所描述的仅为本实用新型的较佳实施例，上述具体实施例不是对本实用新型的限制。在本实用新型的技术思想范畴内，可以出现各种变形及修改，凡本领域的普通技术人员根据以上描述所做的润饰、修改或等同替换，均属于本实用新型所保护的范围。