一种二级加热反应腔体装置

1.本实用新型涉及原子层沉积技术领域，尤其涉及一种二级加热反应腔体装置。


背景技术：

2.近年来，随着集成电路、半导体装备制造的快速发展，原子层沉积装备(ald)引起了广泛的关注。在原子层沉积过程中，一个完整的反应被打断成两个半反应，只有当表面的活性位点被消耗殆尽后，第一个半反应才会停止，然后进行另一个半反应，由于这样的自限制化学反应，不仅所制造薄膜的厚度能被精确控制，在复杂形貌基底上的薄膜的均匀性也能很好地被保持，同时由于对过量的前驱体不敏感，所以具有很高的可重复性。因此，原子层沉积在集成电路、半导体和传感器等领域，具有重要的应用价值。
3.原子层的沉积过程是通过循环次数控制的，每一个循环次数包括两个或多个前驱体源的反应和清洗，其中，反应过程需要高温来提供能量，清洗过程是不需要高温环境的。但是，传统的原子层沉积反应腔体，采用电加热的单级加热方式提供高温环境，由于电加热效率低，往往需要进行提前加热，并且由于一个原子层沉积的循环时长较短，一般几秒到几十秒，为了给下一个循环的反应过程做好准备，需要在清洗过程中，反应腔也维持高温。这样造成了成倍的能源浪费。
4.因此，如何降低能源的消耗，成为需要研究的问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的实施例提供一种二级加热反应腔体装置，能够降低能源的消耗。
6.为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：
7.进气端密封法兰(1)、第一级加热装置(2)、第二级加热装置(3)、压力表(4)、真空泵(5)、出气端密封法兰(6)、反应腔体(8)、气动阀ⅱ(9)和气动阀ⅰ(10)；反应腔体(8)的出气端和进气端，分别安装有出气端密封法兰(6)和进气端密封法兰(1)，进气端密封法兰(1)和出气端密封法兰(6)用于对反应腔体(8)进行密封；第一级加热装置(2)和第二级加热装置(3)构成二级加热结构，第二级加热装置(3)采用激光器；气动阀ⅱ(9)和气动阀ⅰ(10)安装于反应腔体(8)外，并分别通过输气管穿过进气端密封法兰(1)伸入反应腔体(8)。
8.真空泵(5)通过输气管连接出气端密封法兰(6)，用于将反应腔体(8)内抽真空；出气端密封法兰(6)处还安装有压力表(4)。
9.第一级加热装置(2)采用电阻丝加热方式。第二级加热装置(3)，采用激光加热方式；第二级加热装置(3)与通断开关连接，所述通断开关用于触发第二级加热装置(3)的供电断开或闭合，从而控制第二级加热装置(3)所发出激光的通断。
10.本实用新型实施例提供的二级加热反应腔体装置，将传统反应腔体加热装置的全工艺流程加热，转变为反应过程实时加热，大大降低了高温加热的持续时间，从而节约能源。同时，避免长时间高温环境，也将延长反应腔体两端密封法兰的使用寿命，减小零部件的更换频率，降低设备成本。另外，反应靠激光来提供能量，可以更方便地控制反应过程，提
供了可行的硬件基础以便于在此基础上进一步实现更高进精度反映过程控制方案。
附图说明
11.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它的附图。
12.图1为本实用新型实施例提供的二级加热反应腔体的结构示意图，其中包括：1.进气端密封法兰，2.第一级加热装置，3.第二级加热装置，4.压力表，5.真空泵，6.出气端密封法兰，7.待沉积样品，8.反应腔体，9.气动阀ⅱ，10.气动阀ⅰ。
具体实施方式
13.为使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。下文中将详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
14.本实用新型实施例提供一种二级加热反应腔体装置，如图1所示，所述装置的组成部分包括：
15.进气端密封法兰(1)、第一级加热装置(2)、第二级加热装置(3)、压力表(4)、真空泵(5)、出气端密封法兰(6)、反应腔体(8)、气动阀ⅱ(9)和气动阀ⅰ(10)；
16.反应腔体(8)的出气端和进气端，分别安装有出气端密封法兰(6)和进气端密封法兰(1)，进气端密封法兰(1)和出气端密封法兰(6)用于对反应腔体(8)进行密封，保证必要的真空度和避免反应物外泄；
17.第一级加热装置(2)和第二级加热装置(3)构成二级加热结构，第二级加热装置(3)采用激光器；
18.气动阀ⅱ(9)和气动阀ⅰ(10)安装于反应腔体(8)外，并分别通过输气管穿过进气端密封法兰(1)伸入反应腔体(8)。
19.其中，真空泵(5)通过输气管连接出气端密封法兰(6)，用于将反应腔体(8)内抽真空；出气端密封法兰(6)处还安装有压力表(4)。在实际应用中，可以通过压力表(4)来监控反应腔体(8)内的压强，保证反应所需的真空度；真空泵(5)则用来提供反应腔体(8)内的真空环境；气动阀ⅱ(9)和气动阀ⅰ(10)则用来控制前驱体源的通断。
20.在优选方案中，第一级加热装置(2)的加热温度低于第二级加热装置(3)；第一级加热装置(2)的加热温度为20～100摄氏度；用来对前驱体源路进行预加热，使流经参与反应的前驱体源满足一定的温度要求，激发其活性。第二级加热装置(3)的加热温度为200～500摄氏度，用来为原子层沉积反应提供能量。
21.其中，第一级加热装置(2)，其结构不做具体要求，只要能满足将前驱体源，加热到所需温度即可第一级加热装置(2)采用电阻丝加热方式。
22.第二级加热装置(3)，采用激光加热方式，通过控制激光的通断，来对待沉积样品(7)进行灵活加热，既能满足反应效率，又能满足反应所需的能量；第二级加热装置(3)与通断开关连接，所述通断开关用于触发第二级加热装置(3)的供电断开或闭合，从而控制第二级加热装置(3)所发出激光的通断。
23.实际应用中，制造反应腔体(8)的材料为石英或蓝宝石。
24.本实施例的工作原理包括：将待沉积样品(7)放入反应腔体(8)；气动阀ⅱ(9)和气动阀ⅰ(10)交替通断，将原子层沉积反应的前驱体输送入反应腔体(8)；当前驱体源流经第一级加热装置(2)时，第一级加热装置(2)对源路中的前驱体源进行预加热，激发其活性；然后，第二级加热装置(3)中激光打开，对待沉积样品(7)完成瞬间加热，使其达到反应工艺所需的温度，前驱体源在待沉积样品(7)表面发生反应，生成所需薄膜材料；关闭第二级加热装置(3)中激光，避免持续加热，节约能源，待沉积样品(7)冷却，完成原子层沉积。反应腔体(8)中反应残余物被真空泵(5)抽排掉，压力表(4)实时监控反应腔体(8)中的压强。
25.本实施例提出一种用于原子层沉积的二级加热反应腔体，与现有全时长高温加热反应腔体相比，降低了高温加热的持续时间，节约能源，延长零件使用寿命，降低设备成本，同时，可以提高设备自动化和智能化。其结构包括：进气端密封法兰，第一级加热装置，第二级加热装置，压力表，真空泵，出气端密封法兰，反应腔体，气动阀ⅱ，气动阀ⅰ。所述的进气端密封法兰和出气端密封法兰，用来对反应腔体进行密封，保证必要的真空度和避免反应物外泄。所述的第一级加热装置，采用电加热方式，用来对前驱体源路进行预加热，使流经参与反应的前驱体源满足一定的温度要求，激发其活性。所述第二级加热装置，采用激光加热方式，通过控制激光的通断，来对待沉积样品进行灵活加热，既能满足反应效率，又能满足反应所需的具有能量。
26.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。