[发明专利]一种用于ALD工艺的气体传输装置及其进气方法

说明书

本发明公开了一种用于ALD工艺的气体传输装置，在传输前驱体A的过程中，携带气体通过所述携带流量计A和三通脉冲阀A进入储存器A，并携带前驱体A经过供应管路A进入ALD反应腔室，携带气体通过所述携带流量计B、三通脉冲阀B、旁路B和供应管路B进入ALD反应腔室，在传输前驱体B的过程中，携带气体通过所述携带流量计B和三通脉冲阀B进入储存器B，并携带前驱体B经过供应管路B进入ALD反应腔室，携带气体通过所述携带流量计A、三通脉冲阀A、旁路A和供应管路A进入ALD反应腔室。本发明公开的一种用于ALD工艺的气体传输装置及其进气方法，具有前驱体利用率高、充分扩散、腔室气体总流量波动小，气流平稳的优良特性。

技术领域

本发明涉及进气传输装置，具体涉及一种用于ALD工艺的气体传输装置及其进气方法。

背景技术

原子层沉积(Atomic layer deposition)是通过将气相前驱体交替地通入反应器并发生化学反应而形成沉积膜的一种技术，该技术可以将物质以单原子层形式一层一层地镀在基底表面。当前驱体到达沉积基体表面，它们会化学吸附在基体表面。在前驱体脉冲之间需要用惰性气体对反应器进行吹扫，以清除未吸附在基体表面的过剩前驱体，以保证化学反应只在基体表面发生。

在ALD工艺生长过程中，气体传输系统将一种或是多种前驱体提供给反应腔室。前驱体源分为：气态源、固态源或是液态源。气态源则由气体管路加脉冲阀直接连接反应腔室。固态源和液态源将主要通过惰性气体载入源瓶，并将前驱体以气态形式携带进入反应腔室，参与ALD工艺。不同前驱体交替进入反应腔室的ALD工艺，主要通过气体传输系统中脉冲阀的开启和关闭实现。在常规的ALD装置中，由于前驱体交替地进入反应腔室，因此气流的改变导致工艺腔室气流的稳定性被打乱，最终影响薄膜生长的均匀性，并且增加吹扫时间。在此基础上，业内人士使得前躯体传输除了进反应腔室，其它步骤也通过排气装置输送至尾气处理装置，从而保证反应腔室内的气流保持稳定，但是这样的工艺延长了ALD的工艺时间。

现有技术ALD装置采用图一所示，包括第一前驱体源110、第二前驱体源120、吹扫气体源130和排气装置140。第一前驱体源110存储第一前驱体A，第一前驱体110连接到腔室喷淋头100。第二前驱体源120存储第二前驱体B，第二前驱体120连接到腔室喷淋头100。两种前驱体进入腔室的管路无交汇。反应腔室150被吹扫气体净化之后，排气装置140排出反应室150中的剩余材料。为此，排气装置140设有泵。

根据ALD工艺原理，一个循环周期分以下四步：

第一步：当注入第一前驱体时，第二前驱体被转向通过排气装置140。阀门103关闭，104开启，吹扫气体130进入腔室；

第二步：前驱体注入结束后，为净化腔室内前驱体A，阀门103，104开启，吹扫气体130经喷淋头100进入腔室；

第三步：当注入第二前驱体时，第一前驱体被转向通过排气装置140。阀门103开启，104关闭，吹扫气体130进入腔室；

第四步：前驱体注入结束后，为净化腔室内前驱体B，阀门103，104开启，吹扫气体130经喷淋头100进入腔室；

以上为现技术一个ALD循环周期，实现两种前驱体交替进入反应腔室。现有技术的进气方法具有如下缺陷：(1)在ALD工艺循环中，前躯体只有两种传输路径，一种参与反应进入腔室，另一种连接排气装置，所以前躯体在工艺循环中一直处于开启状态，导致前躯体利用率低。(2)在ALD工艺循环步骤中，两种前躯体进腔室的间隔有一个腔室吹扫步骤，也就是步骤二和步骤四，此时两种前躯体都被转向排气装置-真空泵。导致不同前躯体之间的CVD反应，生成物一般为固态粉末，这一生成物将增加排气装置的负担，影响其正常工作。(3)在前躯体通入腔室的脉冲时间，为了迅速充分地扩散到整个腔室，需要提高前躯体通入腔室总量(流速×脉冲时间)，导致腔室内部前躯体浓度高，腔室净化吹扫耗时长。(4)如前躯体通入腔室总量减少，将导致前躯体腔室内部扩散不充分，生长薄膜的均匀性差。

发明内容