ALD 生长技术中臭氧源设备配置

ALD 生长技术中臭氧源设备配置

在原子层沉积 (ALD) 技术中，臭氧作为一种高效的氧化剂，已被广泛应用于各种氧化物薄膜的制备。ALD 系统中的臭氧源设备配置通常包括以下几个部分：

1.臭氧发生器

臭氧发生器是 ALD 系统中产生臭氧的核心设备。在 ALD 工艺中，通常采用高纯度氧气作为原料气，通过电晕放电方法产生臭氧。常用的 ALD 系统专用臭氧发生器包括：

MKS SEMOZON臭氧发生器：这是专为半导体行业设计的高纯度臭氧发生器，可产生浓度高达 335 g/nm³ 的超纯臭氧，支持多种气体输入，包括氧气和氮气。

Atlas H30高浓度臭氧发生器：加拿大Absolute Ozone  Atlas H30高浓度臭氧发生器，为北京同林科技定制款，可以仅从4 LPM氧气产生30克/小时的臭氧，臭氧浓度超200mg/L。

803N臭氧发生器：德国BMT 803N是一种小型风冷冷却臭氧发生器，以氧气为原料气体。臭氧产量为8 g/h或更高。可获得的更大臭氧浓度超过250 g/Nm3，北京同林科技为其中国代理商。

PlasmaBlock® 固态臭氧发生器：如 PTI 的 30g/hr 型号，采用水冷设计，这类发生器具有体积小、可靠性高的特点，适用于空间有限的 ALD 系统。

2.气体输送与控制系统

在 ALD 系统中，臭氧气体需要通过专门的输送系统从发生器传输到反应腔室。这一过程需要精确控制气体流量、压力和混合比例：

质量流量控制器 (MFC)：用于精确控制臭氧和其他反应气体的流量。在 ALD 工艺中，通常需要多个 MFC 来分别控制前驱体、臭氧和载气的流量。

气体混合器：用于将臭氧与其他气体 (如氮气、氩气等) 按一定比例混合，以达到很佳的反应条件。

气体管道与阀门：采用耐腐蚀、抗氧化的材料 (如 316L 不锈钢) 制成，确保高纯度臭氧的安全传输。管道设计需考虑气体流速、压力降和反应活性等因素。

气体分布器：安装在反应腔室内，确保臭氧和其他气体均匀分布在基底表面，提高薄膜的均匀性。

3.反应腔室与辅助设备

ALD 系统的反应腔室是薄膜生长的场所，其设计直接影响薄膜的质量和均匀性：

反应腔室：通常采用不锈钢或铝制成，内部经过特殊处理以减少杂质污染。腔室设计应考虑气体流动模式、温度控制和压力监测等因素。

加热系统：用于控制基底温度，通常采用电阻加热或红外加热方式。在臭氧辅助 ALD 中，基底温度通常控制在 100-400℃之间，具体取决于材料和工艺要求。

真空泵系统：用于维持反应腔室的真空环境，通常由机械泵和涡轮分子泵组成。真空泵的抽速和极限压力应满足 ALD 工艺的要求。

压力监测系统：包括真空计和压力传感器，用于实时监测反应腔室内的压力变化，确保工艺稳定性。

尾气处理系统：由于未反应的臭氧具有强氧化性和毒性，需要通过专门的尾气处理系统（北京同林F2半导体专用臭氧尾气分解器）进行分解和中和处理。常用的尾气处理方法包括热分解、催化分解和化学中和等。