一种ALD加工设备的制作方法

一种ald加工设备
技术领域
1.本实用新型涉及半导体纳米薄膜沉积技术领域，特别涉及一种ald加工设备。


背景技术：

2.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。
3.现有技术中，原子层沉积加工的技术方案为：将基体放置在一个密封的反应器中，再通过将气相前驱体源交替地通入反应器，以在基体上化学吸附并反应形成沉积膜。
4.在实现本实用新型的技术方案中，申请人发现现有技术中至少存在以下不足：
5.现有技术中将气相前驱体源交替脉冲地通入反应器的技术方案，难以保证前驱体源对整个基体全面覆盖，容易形成针孔等缺陷，造成前驱体源与基体接触不均匀，导致沉积膜的均匀性差，质量难以保证，同时由于反应不全，前驱体源的大量充入，会造成前驱体源大量残余，成膜效率低，周期长，并且造成前驱体源的浪费。
6.因此，需对现有技术进行改进。


技术实现要素：

7.本实用新型提供一种ald加工设备以及加工方法，解决了或部分解决了现有技术中沉积膜的均匀性差，质量难以保证，且成膜效率低，周期长，造成前驱体源的浪费的技术问题。
8.本实用新型的技术方案为：
9.一方面，本实用新型提供了一种ald加工设备，所述加工设备包括反应器、送料腔室以及输送装置，其中：
10.所述反应器包括真空腔室以及反应腔室，所述反应腔室内置于所述真空腔室内，所述反应腔室的底部开设有进气通道及出气通道，所述进气通道和所述出气通道以所述反应腔室的底部的中心线相对设置，所述反应腔室的侧壁上设置有第一料口，所述真空腔室的侧壁上设置有第二料口，所述第一料口和所述第二料口位于所述反应器的同一侧；
11.所述送料腔室设置在所述反应器的外侧，所述送料腔室的侧面上设置有第三料口和第四料口，所述第三料口和所述第二料口连通，所述第三料口和所述第二料口之间设置有可开启的第三密封门，所述送料腔室上设置有可将所述第四料口开闭的第四密封门；
12.所述输送装置设置在所述送料腔室内，所述输送装置包括输送机构、第一密封门以及第二密封门，通过操作所述输送机构，可推送所述第一密封门以及所述第二密封门移动，以使所述第一密封门以及所述第二密封门穿过所述第三料口，并使所述第一密封门密封所述第一料口，所述第二密封门密封所述第二料口，所述第一密封门背向所述第二密封
门的侧面上设置有用于放置基体的支撑件。
13.进一步地，所述进气通道为孔状，所述进气通道设置有多个，多个所述进气通道设置在所述反应腔室的底部的一侧；
14.所述出气通道为孔状，所述出气通道也设置有多个，多个所述出气通道设置在所述反应腔室的底部的另一侧。
15.更进一步地，所述进气通道设置有多组，多组所述进气通道依次设置，每组所述进气通道均呈弧形，每组所述进气通道的各个进气通道的孔径向靠近所述反应腔室的底部的中心线的方向依次减小；
16.所述出气通道设置有多组，多组所述出气通道依次设置，每组所述出气通道均呈弧形，每组所述出气通道的各个进气通道的孔径向靠近所述反应腔室的底部的中心线的方向依次减小。
17.进一步地，所述反应腔室的底部固定设置有中转腔室，所述中转腔室的顶部敞口，所述反应腔室的底部覆盖在所述中转腔室的顶部上，所述中转腔室内设置有两个隔板，两个所述隔板将所述中转腔室分割成第一腔室、第二腔室以及第三腔室，所述进气通道和所述第一腔室连通，所述出气通道和所述第三腔室连通，所述第一腔室的底部设置有进气主孔，所述第三腔室的底部设置有出气主孔。
18.进一步地，所述反应腔室内设置有两个匀气板，两个所述匀气板以所述反应腔室的底部的中心线相对设置，两个所述匀气板设置在所述进气通道及出气通道之间，两个所述匀气板将所述反应腔室分割成进气腔室、反应腔室以及出气腔室，每个所述匀气板上均设置多个通孔；
19.所述第一料口以及所述第二料口设置在两个所述匀气板之间。
20.进一步地，所述送料腔室上设置有抽真空孔。
21.进一步地，所述输送机构的输出端可朝向所述第二料口的方向做直线往返移动，所述第二密封门设置在所述输送机构的输出端上，所述第一密封门通过连接件固定连接在所述第二密封门背向所述输送机构的侧面上。
22.进一步地，所述第一密封门面向所述第二密封门的侧面设置有第一加热器；
23.所述反应腔室的顶部和所述真空腔室的顶部之间设置有第二加热器；
24.所述反应腔室的底部和所述真空腔室的底部之间设置有第三加热器；
25.所述反应腔室的侧部和所述真空腔室的侧部之间设置有第四加热器。
26.更进一步地，所述第一加热器和所述第二密封门之间设置有第一热反射组件；
27.所述第二加热器和所述真空腔室的顶部之间设置有第二热反射组件；
28.所述第三加热器和所述真空腔室的底部之间设置有第三热反射组件；
29.所述第四加热器和所述真空腔室的侧部之间设置有第四热反射组件。
30.另一方面，本实用新型提供了一种ald加工方法，所述加工方法是基于上述加工设备进行的，所述加工方法包括：
31.操作第三密封门，使所述第三密封门将所述第三料口密封；
32.提供基体，将提供的所述基体放置在支撑件上；
33.操作第四密封门，使所述第四密封门将所述第三料口密封，使所述送料腔室密封设置；
34.将密封设置的所述送料腔室抽真空设置；
35.操作第三密封门，使所述第三料口打开；
36.操作输送装置，推送所述第一密封门以及所述第二密封门移动，使所述第一密封门密封所述第一料口，所述第二密封门密封所述第二料口；
37.反应腔室的进气通道注入前驱体源，前驱体源在反应腔室内对基体吹扫完毕后，从反应腔室的出气通道排出，进行基体的ald加工；
38.操作输送装置，推送所述第一密封门以及所述第二密封门移动至所述反应器外侧，将加工完毕的基体运输至所述送料腔室内；
39.操作第三密封门以及第四密封门，使所述第三料口关闭，所述第四料口打开，将加工完毕的基体转移至所述送料腔室外部。
40.本实用新型所提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
41.本实用新型中，由于前驱体源是从反应腔室的进气通道注入到反应腔室内的，并从反应腔室的出气通道排出，由于进气通道和出气通道以反应腔室的底部的中心线相对设置，因此，反应腔室内的流体场为层流，且前驱体源的进气和抽气直接与反应腔室连通的，避免了前驱体源在对接处泄露的风险，且前驱体源在反应腔室内流动，不仅可减小反应腔室的体积，还增加了匀气的长度，提高了气流的均匀性，以减少乱气的现象，可保证前驱体源对整个基体全面覆盖，使前驱体源与基体接触均匀，提高沉积膜的均匀性，以保证沉积膜的成型质量和一致性，成膜效率高，周期短，提高前驱体源的利用率，适合批量性生产，具有很好的实用价值。
附图说明
42.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
43.图1为本实施例的一种ald加工设备的结构示意图；
44.图2为本实施例的真空腔室的结构示意图；
45.图3为本实施例的反应腔室的结构示意图；
46.图4为本实施例的反应腔室的俯视示意图；
47.图5为实施例3的反应腔室的结构示意图；
48.图6为本实施例的反应器的剖面示意图；
49.图7为本实施例的ald加工方法的流程示意图。
具体实施方式
50.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
51.实施例1：
52.本实施例公开了一种ald加工设备。
53.图1为本实施例的一种ald加工设备的结构示意图，结合图1，本实施例的ald加工
设备包括反应器、送料腔室以及输送装置。
54.结合图1，本实施例的反应器包括真空腔室1以及反应腔室2，反应腔室2内置于真空腔室1内。
55.图2为本实施例的真空腔室的结构示意图，图3为本实施例的反应腔室的结构示意图，结合图1
‑
图3，本实施例的反应腔室2的侧壁上设置有第一料口3，真空腔室1的侧壁上设置有第二料口4，第一料口3和第二料口4位于反应器的同一侧。
56.结合图1，本实施例的送料腔室设置在反应器的外侧，送料腔室的侧面上设置有第三料口和第四料口，第三料口和第二料口4连通，第三料口和第二料口4之间设置有可开启的第三密封门34，送料腔室上设置有可将第四料口开闭的第四密封门35，这样可以将基体通过开启的第四料口转移至送料腔室内，并可通过操作第三密封门34以及第四密封门35，将送料腔室密封，以对送料腔室抽真空，使装有基体的送料腔室处于真空状态。
57.结合图1，本实施例的输送装置设置在送料腔室内，该输送装置包括输送机构5、第一密封门6以及第二密封门7，通过操作输送机构，可推送第一密封门6以及第二密封门7移动，以使第一密封门5密封第一料口3，第二密封门7密封第二料口4，第一密封门6背向第二密封门7的侧面上设置有用于放置基体的支撑件8。
58.在实施时，先将第四料口打开，第三料口关闭，通过第四料口将基体放置在支撑件8上后，通过第四密封门35将第四料口关闭，将处于密封状态的送料腔室抽真空，随后打开第三料口，通过操作输送机构，可推送第一密封门6以及第二密封门7移动，使第一密封门5密封第一料口3，第二密封门7密封第二料口4，此时，真空腔室1以及反应腔室2均处于一个封闭环境，放置有基体的支撑件8即位于反应腔室2中，以待进行基体的ald加工。基体加工完毕后，再次操作输送机构，即可推送第一密封门6以及第二密封门7再次移动复位，再通过第三密封门34将第三料口密封，操作第四密封门35将第四料口打开，将加工完毕的基体输送至送料腔室外部，进行下一基体的加工。
59.本实施例不需要对反应器进行抽真空处置，而只对送料腔室进行抽真空，在实际使用中，送料腔室的容积小于反应器的容积，这样可提高抽真空的速度，提高基体的ald的加工效率，另外，整个操作过程中，反应器均处于真空状态，还可以进一步提高反应器的反应腔室内的真空纯度，提高基体的ald的加工质量。
60.实施例2：
61.本实施例提供了一种反应腔室，适用于实施例1所示的ald加工设备。
62.图4为本实施例的反应腔室的俯视示意图，结合图3以及图4，本实施例的反应腔室2的底部开设有进气通道9及出气通道10，进气通道9和出气通道10以反应腔室2的底部的中心线相对设置。
63.具体实施时，前驱体源是从反应腔室2的进气通道9注入到反应腔室2内的，并从反应腔室2的出气通道10排出，由于进气通道9和出气通道10以反应腔室2的底部的中心线相对设置，因此，反应腔室2内的流体场为层流，且前驱体源的进气和抽气直接与反应腔室连通的，避免了前驱体源在对接处泄露的风险，另外，前驱体源在反应腔室2内流动，不仅可减小反应腔室的体积，还增加了匀气的长度，提高了气流的均匀性，以减少乱气的现象，可保证前驱体源对整个基体全面覆盖，使前驱体源与基体接触均匀，提高沉积膜的均匀性，以保证沉积膜的成型质量和一致性，成膜效率高，周期短，提高前驱体源的利用率，适合批量性
生产，具有很好的实用价值。
64.结合图4，本实施例中的进气通道9为孔状，进气通道9设置有多个，多个进气通道9设置在反应腔室2的底部的一侧，相应地，出气通道10也为孔状，出气通道10也设置有多个，多个出气通道10设置在反应腔室2的底部的另一侧。
65.进一步地，结合图4，本实施例的进气通道9设置有多组，多组进气通道9依次设置，每组进气通道9均呈弧形，每组进气通道9的各个进气通道9的孔径向靠近反应腔室2的底部的中心线的方向依次减小，相应地，出气通道10设置有多组，多组出气通道10依次设置，每组出气通道10均呈弧形，每组出气通道10的各个进气通道4的孔径向靠近反应腔室2的底部的中心线的方向依次减小，这样可进一步提高前驱体源对基体吹扫的均匀性，提高沉积膜的成型质量。
66.当然，本实施例中的进气通道9和出气通道10也可以为其他形状，例如条状以及方形等，在条状的前提下，进气通道9设置有多个，多个进气通道9设置在反应腔室2的底部的一侧，出气通道10也设置有多个，多个出气通道10设置在反应腔室2的底部的另一侧，而为了保证吹扫的均匀性，本实施例的进气通道9的尺寸向靠近反应腔室2的底部的中心线的方向依次减小，出气通道10的尺寸向靠近反应腔室2的底部的中心线的方向依次减小。
67.实施例3：
68.本实施例提供了一种反应腔室，适用于实施例1或2所示的ald加工设备。
69.图5为实施例3的反应腔室的结构示意图，本实施例所示的反应腔室和实施例2所示的反应腔室的区别在于：该反应腔室2内设置有两个匀气板11，两个匀气板11以反应腔室2的底部的中心线相对设置，两个匀气板11设置在进气通道9及出气通道10之间，两个匀气板11将反应腔室分割成进气腔室、反应腔室以及出气腔室，每个匀气板11上均设置多个通孔。
70.前驱体源可通过进气通道9进入到进气腔室中，再通过和进气腔室同一侧的匀气板11进入到反应腔室中，对基体进行吹扫，随后通过和出气腔室同一侧的匀气板11排至出气腔室中，并通过出气通道10排出，设置的两个匀气板11可进一步提高前驱体源流动的均匀性。
71.另外，本实施例中，两个匀气板11上的通孔的中心轴可倾斜设置，可形成对称的八字形，这样吹扫效果会更好。
72.需要说明的是，在反应腔室2内设置有两个匀气板11的情况下，第一料口3以及第二料口4设置在两个匀气板11之间，即输送机构的输送方向和两个匀气板11之间的连线垂直，以将基体输送至两个匀气板11之间的反应腔室2内。
73.实施例4：
74.本实施例提供了一种反应腔室，适用于实施例1
‑
3的ald加工设备。
75.图6为本实施例的反应器的剖面示意图，结合图1、图3以及图6，本实施例中，反应腔室2的底部固定设置有中转腔室12，中转腔室12的顶部敞口，反应腔室2的底部覆盖在中转腔室12的顶部上，以使中转腔室12形成一个密封腔体，中转腔室12内设置有两个隔板13，两个隔板13将中转腔室12分割成第一腔室121、第二腔室122以及第三腔室123，进气通道9和第一腔室121连通，出气通道10和第三腔室123连通，第一腔室121的底部设置有进气主孔14，第三腔室123的底部设置有出气主孔15。
76.在具体实施时，进气装置可通过进气主孔14将前驱体源注入到第一腔室121内，再通过第一腔室121中转输入到反应腔室2内，前驱体源在反应腔室2内吹扫后，进入到第三腔室123内中转至出气主孔15，并通过抽气装置引出，这样可增加前驱体源的匀气时间，提高吹扫效率。
77.本实施例中，第一腔室121和第三腔室123的俯视截面可以呈扇形，当然，其也可以为其他形状，例如方形、椭圆形等，本实施例对此不作限制，而第二腔室122可为实心，提高中转腔室12的强度。
78.进一步地，结合图3以及图6，本实施例中，两个隔板13设置在进气通道9及出气通道10之间，进气主孔14设置在进气通道9和同侧的隔板13之间，出气主孔15设置在出气通道10和同侧的隔板13之间，进气主孔14和出气主孔15以反应腔室2的底部的中心线相对设置，即本实施例的进气主孔14和出气主孔15之间的距离小于进气通道9及出气通道10之间的距离，这样可进一步增加前驱体源的匀气时间，提高吹扫效率。
79.结合图1、图3以及图6，本实施例中，中转腔室12的底部和真空腔室1的底部之间可设置有进气管16以及出气管17，其中，进气管16的上端和进气主孔14接通，进气管16的下端穿过真空腔室1的底部，并和进气装置接通，以向反应腔室2注入前驱体源，而出气管17的上端和出气主孔15连通，出气管17的下端穿过真空腔室1的底部，并和抽气装置接通，以用于将吹扫后的前驱体源从反应腔室2中抽出。
80.实施例5：
81.本实施例提供了一种输送装置，适用于实施例1
‑
4的ald加工设备。
82.结合图1，本实施例中，输送机构5的输出端可朝向第二料口4的方向做直线往返移动，第二密封门7设置在输送机构5的输出端上，第一密封门6通过连接件19固定连接在第二密封门7背向输送机构5的侧面上。
83.本实施例中，输送装置可包括底座20，底座20固定设置在反应器的外侧，底座20的顶部为平面，底座20上设置有反力座21，输送机构5的固定端即固定设置在该反力座21上。本实施例的输送机构5可设置有多个，多个输送机构5共同作用在第二密封门7上，以提高第二密封门7以及第一密封门6输送的可靠性以及输送效率。
84.本实施例的输送机构5可选用气缸或者电机等，本实施例对此不作限制。
85.本实施例中，连接件19可以为板件，其可以固定设置在第二密封门7以及第一密封门6的底部之间，当然，连接件19也可以呈方形或环状，以固定连接在第二密封门7以及第一密封门6的周边之间，提高第二密封门7以及第一密封门6连接的可靠性。
86.本实施例的支撑件8为板件，其最好固定设置在第一密封门6的底部，以用于提高待加工的基体的数量。另外，本实施例在支撑件8的底部和第一密封门6之间可设置有斜撑，以提高支撑件8的可靠性。
87.实施例6：
88.本实施例适用于实施例1
‑
5的ald加工设备。
89.结合图1，本实施例的加工设备还包括第一加热器22、第二加热器23、第三加热器24以及第四加热器25，其中，第一密封门6面向第二密封门7的侧面设置有第一加热器22，反应腔室2的顶部和真空腔室1的顶部之间设置有第二加热器23，反应腔室2的底部和真空腔室1的底部之间设置有第三加热器24，反应腔室2的侧部和真空腔室1的侧部之间设置有第
四加热器25。
90.当第一密封门6将第一料口3密封时，第一加热器22的输出端作用在该第一密封门6，第一加热器22同第二加热器23、第三加热器24以及第四加热器25配合，可实现反应腔室2的顶部、侧部及底部三个区域独立辐射加热和控温，在大空间内形成均匀温度场，以使前驱体源的加热温度快速升温至需求温度，加热效率高。
91.本实施例的加热组件包括加热丝，加热丝可呈同心波纹设置。
92.另外，结合图1，本实施例的加工设备还包括第一热反射组件26、第二热反射组件27、第三热反射组件28以及第四热反射组件29，第一加热器22和第二密封门7之间设置有第一热反射组件26，第二加热器23和真空腔室1的顶部之间设置有第二热反射组件27，第三加热器24和真空腔室1的底部之间设置有第三热反射组件28，第四加热器25和真空腔室1的侧部之间设置有第四热反射组件29。
93.本实施例的热反射组件用于将对应的加热器工作时的热量反射至反应容器2上，以进一步提高前驱体源的加热速率。
94.本实施例中，各个热反射组件均包括若干依次设置的热反射板，相邻的两个热反射板的接触形式为多点接触，具有热反射效率高，节约能源，提高温度场的均匀性的特点。
95.优选地，本实施例的各个热反射板的厚度可以为0.04
‑
1mm，每两个相邻的所述热反射板之间的间距为0.05
‑
0.1mm，以减小空间尺寸。
96.本实施例利用各个热反射组件可限制对应的加热器的加热方向，这样只对反应腔室2进行加热，而真空腔室1的温度可保持常温，不需要采用水冷等降温设施对真空腔室1进行降温，以精简结构，具有很好的实用性。
97.结合图1，本实施例中，第一密封门6面向第二密封门7的侧面上可固定设置有第一安装板30，第一安装板30可为第一加热器22以及第一热反射组件26提供安装载体，反应腔室1的顶部可固定设置有第二安装板31，第二安装板31可为第二加热器23以及第二热反射组件27提供安装载体，反应腔室1的底部设置有第三安装板32，第三安装板32可为第三加热器24以及第三热反射组件28提供安装载体，反应腔室1的外侧部设置有第四安装板33，第四安装板33可为第四加热器25以及第四热反射组件29提供安装载体，且第四安装板33上需设置有供第一密封门6穿过的缺口。
98.进一步地，本实施例中，各个安装板的边缘均设置有向反应腔室延伸的翻板，可对对应的加热器的加热方向进行限制，以提高对应加热器的加热效率。
99.实施例7：
100.本实施例公开了一种送料腔室，适用于实施例1
‑
6的加工设备。
101.结合图1，本实施例中，送料腔室可以为一罩体18，该罩体18的底部密封在底座20上，第三料口以及第四料口分别设置在罩体的两侧，第三密封门34设置在第三料口和第二料口4之间，第四密封门35设置在第四料口外侧，通过操作第三密封门34以及第四密封门35，可分别将第三料口和第四料口开启或关闭。
102.本实施例中，第三密封门以及第四密封门为插板阀，其为外购件，本实施例对其具体结构不作限制。
103.本实施例中，可以在送料腔室的罩体上设置有气孔，该气孔用于和抽真空装置连通，以用于将送料腔室抽真空处理。
104.实施例8：
105.本实施例公开了一种ald加工方法，该加工方法是在基于实施例1
‑
7的ald加工设备进行的。
106.图7为本实施例的ald加工方法的流程示意图，结合图7，该加工方法包括：
107.s1：操作第三密封门34，使第三密封门34将第三料口密封；
108.s2：提供基体，将提供的基体放置在支撑件8上；
109.s3：操作第四密封门35，使第四密封门35将第三料口密封，使送料腔室密封设置；
110.s4：将密封设置的送料腔室抽真空设置；
111.s5：操作第三密封门34，使第三料口打开；
112.s6：操作输送装置，推送第一密封门6以及第二密封门7移动，使第一密封门6密封第一料口，第二密封门7密封第二料口；
113.s7：从反应腔室1的进气通道9注入前驱体源，前驱体源在反应腔室1内对基体吹扫完毕后，从反应腔室1的出气通道10排出，进行基体的ald加工；
114.s8：操作输送装置，推送第一密封门6以及第二密封门7移动至反应器外侧，将加工完毕的基体运输至送料腔室内；
115.s9：操作第三密封门34以及第四密封门35，使第三料口关闭，第四料口打开，将加工完毕的基体转移至送料腔室外部。
116.本实施例的s2中，基体可放置在一个框架上，通过机械手等自动化设备将装有基体的框架放置在支撑件8上。
117.本实施例中，s7还包括对反应腔室2进行加热，加热温度可根据加工需求进行设定，本实施例对此不作限制。
118.本实施例的s7具体包括：
119.依次交替脉冲从反应腔室2的进气通道9向反应腔室2内注入前驱体源，前驱体源在反应腔室2内在基体表面依次交替发生化学吸附反应，多余前驱体源及反应副产物经吹扫完毕后，从反应腔室2的出气通道排出，重复上述依次脉冲通入前驱体源完成表面自限制化学吸附反应，通过控制重复次数得到精确厚度的膜层，即完成基体的ald加工。
120.最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。