專利名稱：基于高精度pid控制溫度的原子層沉積設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及半導體設備技術領域，特別涉及一種基于高精度PID控制溫度的原子層沉積設備。
背景技術：
化學吸附是一個熱活化過程，所以原子層沉積溫度存在一個最小值。在大于最小值的范圍內，要得到穩定的沉積速率，必須保證系統處于一個適當的溫度窗內(即處于兩個溫度值的范圍內)。當溫度不夠高(溫度小于Tl)時，生長速率與溫度的關系表現為如下兩種趨勢(I)
基片吸附前驅體(或與前驅體反應)的速率緩慢，在較短的時間內，吸附不能達到飽和，或者表面反應不完全。隨著溫度的升高，反應速率逐漸加快，導致沉積速率增加。此時生長速率是溫度的增函數；(2)前驅體可能發生冷凝現象，大量前驅體在基片表面上凝結，無法通過惰性氣體將其凈化，致使前驅體參與反應的量大大增加，系統難以維持自限制特性，薄膜生長速率分布不均勻。隨著溫度的進一步降低，冷凝現象趨于嚴重。在這一因素的影響下，沉積速率是溫度的減函數。當溫度過高時(溫度大于T2.)，生長速率與溫度的關系同樣存在兩種趨勢(I)基
片表面上的功能團將可能發生化學鍵斷裂而分解，導致產生類似CVD過程的氣相反應，反應速率過快且難以控制；(2)薄膜可能會因溫度過高而發生解吸現象，使得薄膜的生長速率隨溫度的升高而降低。因此，無論溫度過高還是過低，所有可能的不利因素都會破壞原子層沉積的自限制性，整個沉積過程都不再是我們所`期望的，只能看成是一種類似原子層沉積過程，其沉積速率隨溫度的升高可能增加也可能減小。這將導致沉積速率的不可控，最終影響薄膜的均勻性、純度及厚度控制等性能。綜合上述分析，在原子層沉積設備工作過程中，溫度應該處
于一定的范圍內(即工作溫度屬于[TU T2])o
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種能使沉積腔室中的基片保持在設定的溫度范圍內，且能夠快速的達到預設的溫度值的基于高精度PID控制溫度的原子層沉積設備。為解決上述技術問題，本發明提供了一種基于高精度PID控制溫度的原子層沉積設備，包括沉積腔室、等離子氣體產生系統、射頻電源匹配器、射頻電源、溫度采集電路、PID控制電路、加熱及散熱裝置；所述溫度采集電路采集所述沉積腔室的溫度；所述PID控制電路接收所述溫度采集電路采集的溫度，控制所述加熱及散熱裝置對所述沉積腔室加熱或散熱。進一步地，所述原子層沉積設備還包括抽氣裝置，所述抽氣裝置在所述PID控制電路的控制下對所述沉積腔室抽氣。進一步地，所述抽氣裝置包括電壓電流放大模塊、繼電器、泵組控制器、機械泵、分子泵及手動調節閥；
所述電壓電流放大模塊的輸出端依次通過所述繼電器、泵組控制器、機械泵、分子泵及手動調節閥與所述沉積腔室的輸入端連接；
所述電壓電流放大模塊的輸入端與所述PID控制電路的輸出端連接。進一步地，所述原子層沉積設備還包括充氣裝置，所述充氣裝置在所述PID控制電路的控制下對所述沉積腔室充氣。進一步地，所述充氣裝置還包括兩個質量流量控制器、電磁閥及手動調節閥；其中一所述質量流量控制器的輸入端與所述PID控制電路的輸出端連接，輸出端依次通過所述電磁閥及手動調節閥與所述沉積腔室的輸入端連接，輸出端還與一壓力傳感器連接；另一所述質量流量控制器的輸入端與所述PID控制電路的輸出端連接，輸出端通過所述電磁閥與所述等離子氣體產生系統連接。進一步地，所述PID控制電路包括計算機和數據處理模塊；
所述計算機通過所述數據處理模塊接收所述溫度采集電路采集的溫度，判斷所述沉積腔室的溫度是否處于預設范圍，當所述溫度低于預設范圍時，則控制所述加熱及散熱裝置對所述沉積腔室加熱；
當所述溫度高于預設范圍時，則控制所述加熱及散熱裝置對所述沉積腔室散熱。進一步地，所述充氣裝置還包括惰性氣體源瓶，所述惰性氣體源瓶的輸入端通過一電磁閥與所述一質量流量控制器的輸出端連接，所述惰性氣體源瓶的輸出端與手動電磁閥連接。本發明提供的基于高精度PID控制溫度的原子層沉積設備，采用高精度PID控制算法控制原子層沉積設備的基片溫度，使之保持在設定的溫度范圍內，且能夠快速的達到預設的溫度值，不但能夠使原子層沉積設備迅速進入穩定的工作狀態，而且能夠減少化學試劑的浪費，提高實際利用率，降低殘留試劑對氣體試劑的污染，降低沉積反應周期時間，能夠得到均勻性、純度及厚度控制等性能良好的薄膜。
圖1為本發明實施例提供的基于高精度PID控制溫度的原子層沉積設備的溫度控制電路原理圖。圖2為本發明實施例提供的基于高精度PID控制溫度的原子層沉積設備的溫度控制流程圖。圖3為本發明實施例提供的基于高精度PID控制溫度的原子層沉積設備的結構示意圖。 其中，1-質量流量控制器、2-電磁閥、8-惰性氣體源瓶、10-手動調節閥、12-射頻電源、13-射頻電源匹配器、14-等離子體產生系統、15-沉積腔室、16-分子泵、17-機械泵、18-泵組控制器、20-溫控器、21-計算機、22-數據處理模塊、23-壓力傳感器、24-繼電器、25-電壓電流放大模塊、26-氣體。
具體實施例方式根據本發明公開的原子層沉積設備是基于高精度PID溫度控制算法，該算法實現的電路圖如圖1所示。在一定的控制系統中，首先將需要控制的溫度參數由溫度傳感器轉換成一定的信號后再與預先設定的值進行比較，把比較得到的差值信號經過一定規律的計算后得到相應的控制值，將控制量送給控制系統進行相應的控制，沉積過程中，不斷進行上述工作，從而達到自動調節的目的。本發明中采用按差值信號的比例、積分和微分進行計算控制量的方法，即PID方法。其控制規律的數學模型為
權利要求
1.一種基于高精度PID控制溫度的原子層沉積設備，包括沉積腔室、等離子氣體產生系統、射頻電源匹配器及射頻電源，其特征在于，還包括 溫度采集電路、PID控制電路、加熱及散熱裝置； 所述溫度采集電路采集所述沉積腔室的溫度； 所述PID控制電路接收所述溫度采集電路采集的溫度，控制所述加熱及散熱裝置對所述沉積腔室加熱或散熱。
2.根據權利要求1所述的原子層沉積設備，其特征在于，還包括 抽氣裝置，所述抽氣裝置在所述PID控制電路的控制下對所述沉積腔室抽氣。
3.根據權利要求2所述的原子層沉積設備，其特征在于，所述抽氣裝置包括 電壓電流放大模塊、繼電器、泵組控制器、機械泵、分子泵及手動調節閥； 所述電壓電流放大模塊的輸出端依次通過所述繼電器、泵組控制器、機械泵、分子泵及手動調節閥與所述沉積腔室的輸入端連接； 所述電壓電流放大模塊的輸入端與所述PID控制電路的輸出端連接。
4.根據權利要求1所述的原子層沉積設備，其特征在于，還包括 充氣裝置，所述充氣裝置在所述PID控制電路的控制下對所述沉積腔室充氣。
5.根據權利要求4所述的原子層沉積設備，其特征在于，所述充氣裝置還包括 兩個質量流量控制器、電磁閥及手動調節閥； 其中一所述質量流量控制器的輸入端與所述PID控制電路的輸出端連接，輸出端依次通過所述電磁閥及手動調節閥與所述沉積腔室的輸入端連接，輸出端還與一壓力傳感器連接; 另一所述質量流量控制器的輸入端與所述PID控制電路的輸出端連接，輸出端通過所述電磁閥與所述等離子氣體產生系統連接。
6.根據權利要求5所述的原子層沉積設備，其特征在于，所述充氣裝置還包括 惰性氣體源瓶，所述惰性氣體源瓶的輸入端通過一電磁閥與所述一質量流量控制器的輸出端連接，所述惰性氣體源瓶的輸出端與手動電磁閥連接。
7.根據權利要求1-6任一項所述的原子層沉積設備，其特征在于，所述PID控制電路包括 計算機和數據處理模塊； 所述計算機通過所述數據處理模塊接收所述溫度采集電路采集的溫度，判斷所述沉積腔室的溫度是否處于預設范圍，當所述溫度低于預設范圍時，則控制所述加熱及散熱裝置對所述沉積腔室加熱； 當所述溫度高于預設范圍時，則控制所述加熱及散熱裝置對所述沉積腔室散熱。
全文摘要
本發明公開了一種基于高精度PID控制溫度的原子層沉積設備，包括沉積腔室、等離子氣體產生系統、射頻電源匹配器及射頻電源、溫度采集電路、PID控制電路、加熱及散熱裝置；所述溫度采集電路采集所述沉積腔室的溫度；所述PID控制電路接收所述溫度采集電路采集的溫度，控制所述加熱及散熱裝置對所述沉積腔室加熱或散熱。本發明提供的基于高精度PID控制溫度的原子層沉積設備，能使沉積腔室中的基片保持在設定的溫度范圍內，且能夠快速的達到預設的溫度值。
文檔編號C23C16/52GK103046028SQ201110309540
公開日2013年4月17日 申請日期2011年10月13日 優先權日2011年10月13日
發明者王燕, 李勇滔, 夏洋, 趙章琰, 石莎莉 申請人:中國科學院微電子研究所