[发明专利]一种原子层沉积前驱体输出装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于气相沉积的前驱体输出装置，更具体地说，用于原子层沉积的稳定定量输出并适用于广泛环境的前驱体输出装置。 

背景技术

近十几年来，随着半导体集成电路的不断发展，特别是芯片尺寸不断缩小、性能不断提升，原子层沉积技术得到的长足的进步和成熟的发展，日益满足了工业上高精度、纳米级厚度等特性薄膜的要求。如今薄膜技术如化学气相沉积、原子层沉积等技术均已在工业应用中成熟使用，相关设备装置亦应用于工业生产，而在薄膜技术的研究领域，大量相关设备被研制和开发。原子层沉积技术具有薄膜厚度纳米可控，均匀性好等特点，广泛应用于微纳米电子器件，太阳能电池等领域，其原理是将前驱体通入真空腔体中与基底表面（一般为硅基底）发生化学吸附，伴随惰性气体清洗腔体之后，另一前驱体通入腔体与上阶段生成物发生化学反应。这两个阶段组成一个原子层沉积反应循环也即一层单层薄膜生长，通过控制循环的次数来确定薄膜的厚度。原子层沉积的前驱体消耗量是关键影响因素，特别是昂贵的有机金属源的优化高效利用，是工业应用中优化的重点，特别是在应用领域广泛后需要适用更广泛的沉积环境。而在薄膜技术研究领域，定量检测分析与在线监测也日益成为科学研究的热点和重点。传统前驱体输送系统在满足针对最新原子层沉积技术的需求上有诸多缺点。 

传统装置中，原子层沉积所需的气相沉积分子由前驱体钢瓶中饱和蒸汽压扩散至主流管路，再由惰性气体传输至反应腔。输出动力来自于钢瓶中前驱体的饱和蒸汽压与管路中的压力差，因此需要反应腔体和管路保持 真空状态，而当两者压力差变化时亦无法保证前驱体扩散输出量稳定。针对低饱和蒸汽压的前驱体分子，此类输出装置非常低效。而前驱体稳定的定量输出既有利于工业应用的剂量优化，同时对定量分析和在线监测有重要作用。因此传统的前驱体输出装置在工业应用及定量研究方面存在较大瓶颈。 

发明内容

综上，为满足原子层沉积技术应用和研究领域最新需求，需要设计一种新型的前驱体输送装置，其能够稳定输出定量，同时能够适用于更广泛的外界压力环境。 

本发明拟提供的高效前驱体输出装置，通过固定体积的活动塞每个循环推进排出定量前驱体分子，动力来自于外部的机械力，且每次排出量为固定空间体积。当机械活塞将气体分析完全排除空间时，前驱体被输出至主流管路，随之进入腔体，因此不受腔体或气路中压力限制。这种主动式输出方式使前驱体输出可不受外界压力条件限制，无论真空条件或常压/高压氛围均可有效输出，使原子层沉积技术不受传统真空工艺限制，而广泛应用于诸多领域。 

为实现上述目的，本发明提供了一种原子层沉积前驱体高效输出装置，所述输出装置由装载前驱体的钢瓶，缓存腔，连接所述钢瓶与缓存腔的第一开关阀，位于所述缓存腔腔体内且与所述缓存腔腔体气密性良好的运动活塞，控制输出主管路的第二开关阀构成。 

本发明还提供一种原子层沉积前驱体输出装置，所述输出装置由装载前驱体的钢瓶，位于所述钢瓶内的缓存腔，与所述缓存腔腔体气密性良好的运动活塞，所述钢瓶外连通所述缓存腔的第一开关阀，控制输出主管路的第二开关阀构成。 

本发明还提供一种原子层沉积前驱体输出装置，所述输出装置包括装 载前驱体的钢瓶，位于所述钢瓶内的缓存腔，与所述缓存腔腔体气密性良好的运动活塞，所述钢瓶外与所述缓存腔连通的第一开关阀，与主流管路连接的输出腔，连接所述钢瓶与所述输出腔的第二开关阀，与所述输出腔连接的真空泵。 

本发明的工作原理是：前驱体输出过程中，先将所有缓存腔或输出腔体积排空，由机械活塞构建固定体积的空间并致前驱体气体分子自由扩散入其中，开启缓存腔与外界的连接阀并由活塞将空间内气体全部排出而实现定量输出。由于主动力来自于活塞的机械力，确保前驱体分子输出入主流管路而不受管路中压力条件约束。 

通过本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果： 

1、通过固定空间的气体体积变化，每次稳定的排除等量前驱体，保证定量输出前驱体，更好的适应于前驱体用量优化分析及在线监测系统分析。 

2、通过机械力将气体分子从缓存腔排入气路，可不受外部环境约束，从真空到常压或高压等不同压力环境均可使用。 

附图说明

图1是本发明的第一种实施方式的结构示意图。 

图2是本发明的第二种实施方式的结构示意图。 

图3是本发明的第三种实施方式的结构示意图。 

具体实施方式