專利名稱：一種真空多腔原子層沉積設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種原子層氣相沉積的設(shè)備，應(yīng)用于真空下原子層氣相沉積技術(shù)，屬于薄膜涂層領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
原子層沉積(Atomic layer exposition，簡稱ALD)技術(shù)是最前沿的薄膜沉積技術(shù)。它的原理是通過將氣相前驅(qū)體脈沖交替地通入反應(yīng)器并在沉積基體上化學(xué)吸附并反應(yīng)，并以單原子膜的形式一層一層形成沉積膜的一種方法。在沉積過程中，第一種反應(yīng)前驅(qū)體(precursor)輸入到基體材料表面并通過化學(xué)吸附(飽和吸附)保持在表面。當(dāng)?shù)诙N前驅(qū)體通入反應(yīng)器，會首先吸附在第一種前軀體表面，然后提供一種活化能，讓兩種前驅(qū)體發(fā)生反應(yīng)，并產(chǎn)生相應(yīng)的副產(chǎn)物通過真空設(shè)備抽掉，形成一個原子層厚度的反應(yīng)薄膜，重復(fù)該周期，直至形成所需厚度的薄膜。該成膜技術(shù)可以在基體上長非常薄的膜，可以準(zhǔn)確控制薄膜的厚度，可在任何形狀的基體上進(jìn)行接近100%的覆蓋。傳統(tǒng)的ALD設(shè)備在為基體覆膜的過程中，存在如下問題(1)不同前軀體按照時間次序通入反應(yīng)腔，基體在反應(yīng)腔中與順次通入該腔體的前軀體進(jìn)行反應(yīng)，成膜過程耗時比較長；( 成膜過程的所有步驟均在一個反應(yīng)腔內(nèi)完成，一個反應(yīng)腔每次只能為一個腔容量的基體進(jìn)行覆膜，產(chǎn)量低；C3)前軀體通入反應(yīng)腔時需要一定的時間達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，而且控制前軀體的切換、吹掃等步驟還會占用一定的時間，由此延長了整個設(shè)備的覆膜時間；控制前軀體的切換、吹掃等步驟要求設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加大了制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有技術(shù)成膜過程耗時長、產(chǎn)量低、設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜及制造成本高的技術(shù)難題。本發(fā)明調(diào)整了原有的反應(yīng)腔結(jié)構(gòu)，將前軀體按照時間次序通入一個反應(yīng)腔，并在一個反應(yīng)腔內(nèi)完成整個覆膜過程的結(jié)構(gòu)，將其改進(jìn)為每個前軀體擁有一個獨立的反應(yīng)腔，在每個反應(yīng)腔內(nèi)完成一個反應(yīng)步驟，進(jìn)而完成整個覆膜過程的結(jié)構(gòu)。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種真空多腔原子層沉積設(shè)備，包括冷卻裝置和存片裝置。其結(jié)構(gòu)是每個前軀體擁有一個獨立的反應(yīng)腔，每個反應(yīng)腔都擁有一個真空泵，在其中至少一個反應(yīng)腔中設(shè)有能量來源裝置；在另外的反應(yīng)腔中設(shè)有前軀體，上述存片裝置、冷卻裝置及反應(yīng)腔與傳送裝置相接并相通。該設(shè)備還可根據(jù)反應(yīng)需要及產(chǎn)量要求在此基礎(chǔ)上以能夠生成一層原子層厚度薄膜的腔體為一套腔體，可成倍的進(jìn)行加載。本發(fā)明采用環(huán)形腔體結(jié)構(gòu)、長方形腔體結(jié)構(gòu)和圓環(huán)形的腔體結(jié)構(gòu)。工作原理每個前軀體擁有一個獨立的反應(yīng)腔，在沉積過程中一直保持通入狀態(tài)， 基體(可以是金屬、玻璃、硅片、塑料、模板等材料)通過傳送裝置(可以是機械手、傳送帶、 轉(zhuǎn)盤、螺紋等)在各腔室間循環(huán)運動，并在能量來源裝置(等離子體、加熱器、紫外線、紅外線、光源等)的作用下與不同腔體內(nèi)的前軀體發(fā)生反應(yīng)完成覆膜過程，形成所需薄膜。能量來源裝置可以以獨立的反應(yīng)腔形式存在，也可以加載到反應(yīng)所需的其中一個反應(yīng)腔內(nèi)，根據(jù)前軀體需要達(dá)到的反應(yīng)條件進(jìn)行設(shè)置。本設(shè)備可以擁有多個反應(yīng)腔、多個傳送裝置，根據(jù)反應(yīng)需要進(jìn)行腔體數(shù)量的加載。本發(fā)明較好地解決了傳統(tǒng)ALD設(shè)備存在的問題，并具有下述優(yōu)點(1)具有多個反應(yīng)腔，每個前軀體擁有獨立的反應(yīng)腔，基體可在各反應(yīng)腔內(nèi)與不同前軀體直接反應(yīng)生成所需薄膜，提高了原子層沉積設(shè)備的效率；( 成膜過程的不同步驟在不同的反應(yīng)腔內(nèi)進(jìn)行， 多個基體可順次在各反應(yīng)腔內(nèi)同時進(jìn)行覆膜，極大地提高了產(chǎn)量；(3)每個反應(yīng)腔始終通入一種前軀體，不需要控制前軀體的切換、吹掃等步驟，減少了反應(yīng)時間；(4)不需要加入控制前軀體切換、吹掃等步驟的結(jié)構(gòu)，降低了設(shè)備成本。本發(fā)明可以實現(xiàn)多個基體順次在各反應(yīng)腔內(nèi)同時進(jìn)行覆膜的技術(shù)，成膜速率快、產(chǎn)量高。該原子層沉積設(shè)備在芯片制造、電池、 太陽能、軍事、發(fā)動機、醫(yī)療等方面會有便捷、廣泛的應(yīng)用。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，也是本發(fā)明的實施例一。圖2是本發(fā)明的實施例二。圖3是本發(fā)明的實施例三。
具體實施例方式實施例一參照圖1，該設(shè)備是一個環(huán)形的腔體結(jié)構(gòu)，它包括冷卻系統(tǒng)8、存片裝置7，其中圍繞傳送裝置6分別設(shè)有反應(yīng)腔All、反應(yīng)腔Bl和反應(yīng)腔C3。上述反應(yīng)腔All、反應(yīng)腔Bl和反應(yīng)腔C3分別通過管路與真空泵A10、真空泵B2、真空泵C5相連接。上述反應(yīng)腔All和反應(yīng)腔Bl上還分別設(shè)有前軀體A12和前軀體B13。上述反應(yīng)腔C3內(nèi)裝有能量來源裝置A4。 上述傳送裝置6所在的腔體內(nèi)安裝真空泵D9。上述的反應(yīng)腔都是一個真空的腔體，在每個反應(yīng)腔上傳送裝置從存片裝置中取出基體，將基體先送到反應(yīng)腔A中與前軀體A進(jìn)行反應(yīng)，然后送到反應(yīng)腔B中與前軀體B進(jìn)行反應(yīng)，接下來送到反應(yīng)腔C中在能量來源裝置提供的反應(yīng)條件下發(fā)生反應(yīng)生成一個原子層厚度的薄膜。不斷重復(fù)該步驟，直至生成所需厚度的薄膜，最后將基體送入冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻后放回到存片裝置中。傳送裝置可順次輸送幾個基體分別在不同的腔體內(nèi)發(fā)生反應(yīng)，由此實現(xiàn)在每個反應(yīng)腔內(nèi)完成一個反應(yīng)步驟、進(jìn)而完成整個覆膜過程的結(jié)構(gòu)。反應(yīng)腔的數(shù)量可根據(jù)需要以生成一個原子層厚度薄膜的腔體為一套，進(jìn)行成倍的進(jìn)行加載。實施例二參照圖2，該設(shè)備是一個長方形反應(yīng)結(jié)構(gòu)，它包括冷卻系統(tǒng)8、存片裝置7，其中傳送裝置6與反應(yīng)腔All、反應(yīng)腔Bl和反應(yīng)腔C3平行設(shè)置。上述反應(yīng)腔All、反應(yīng)腔Bl和反應(yīng)腔C3分別通過管路與真空泵A10、真空泵B2、真空泵C5相連接。上述反應(yīng)腔All和反應(yīng)腔Bl上還分別設(shè)有前軀體A12和前軀體B13。上述反應(yīng)腔C3內(nèi)裝有能量來源裝置A4。上述每個反應(yīng)腔都是一個真空腔體，傳送裝置從存片裝置中取出基體14，將基體 14先送到反應(yīng)腔All中與前軀體A12進(jìn)行反應(yīng)，然后送到反應(yīng)腔Bl中與前軀體B13進(jìn)行反應(yīng)，接下來送到反應(yīng)腔C3中在能量來源裝置A4提供的反應(yīng)條件下發(fā)生反應(yīng)生成一個原子層厚度的薄膜。傳送裝置6帶動基體不斷在各反應(yīng)腔內(nèi)循環(huán)反應(yīng)，直至生成所需厚度的薄膜，最后將基體送入冷卻系統(tǒng)8進(jìn)行冷卻后放回到存片裝置7中。傳送裝置6可同時輸送幾個基體分別在不同的腔體內(nèi)發(fā)生反應(yīng)，由此實現(xiàn)在每個反應(yīng)腔內(nèi)完成一個反應(yīng)步驟、進(jìn)而完成整個覆膜過程的結(jié)構(gòu)。以現(xiàn)有腔體為一套，該設(shè)備還可根據(jù)反應(yīng)需要及產(chǎn)量要求，以生成一個原子層厚度薄膜的腔體為一套，成倍的進(jìn)行加載。在此基礎(chǔ)上成倍的進(jìn)行腔體的加載。如果反應(yīng)所需的前軀體比較敏感，或兩種前軀體之間容易發(fā)生反應(yīng)，還可以在兩個反應(yīng)腔之間加入一個過渡腔，使基體從反應(yīng)腔All移動到過渡腔進(jìn)行抽真空，去除殘留的前軀體A12之后再移動到反應(yīng)腔Bl中，與前軀體B13發(fā)生反應(yīng)。由此實現(xiàn)在每個反應(yīng)腔內(nèi)完成一個反應(yīng)步驟、進(jìn)而完成整個覆膜過程的結(jié)構(gòu)。實施例三參照圖3，該設(shè)備是一個圓環(huán)形的腔體結(jié)構(gòu)，它包括冷卻系統(tǒng)8、存片裝置7，其中環(huán)繞傳送裝置6與反應(yīng)腔All、反應(yīng)腔Bl、反應(yīng)腔C3、反應(yīng)腔D17、反應(yīng)腔E20和反應(yīng)腔F22。 上述反應(yīng)腔All、反應(yīng)腔Bl、反應(yīng)腔C3、反應(yīng)腔D17、反應(yīng)腔E20和反應(yīng)腔F22分別通過管路與真空泵A10、真空泵B2、真空泵C5、真空泵D9、真空泵E19、真空泵F21相連接。上述反應(yīng)腔All、反應(yīng)腔Bi、反應(yīng)腔D17和反應(yīng)腔E20上還分別設(shè)有前軀體A12、前軀體B13、前軀體 D15、前軀體E18。上述反應(yīng)腔C3內(nèi)裝有能量來源裝置A4 ；反應(yīng)腔F22內(nèi)裝有能量來源裝置 B16。上述反應(yīng)腔排列成圓環(huán)狀，便于基體在各腔體內(nèi)的循環(huán)。每個反應(yīng)腔都是一個真空腔體，傳送裝置從存片裝置7中取出基體，帶動基體在反應(yīng)腔All、反應(yīng)腔Bl中與前軀體進(jìn)行反應(yīng)，然后將基體移動到裝有能量來源裝置A4的反應(yīng)腔C3中，在能量來源裝置提供的反應(yīng)條件下發(fā)生反應(yīng)生成一個原子層厚度的薄膜。然后移動基體在反應(yīng)腔D17、反應(yīng)腔E20 中與各腔內(nèi)的前軀體進(jìn)行反應(yīng)，接下來基體被送到裝有能量來源裝置B16的反應(yīng)腔F22中， 在能量來源裝置提供的反應(yīng)條件下生成兩個原子層厚度的薄膜。不斷重復(fù)該步驟，直至生成所需厚度的薄膜，最后將基體送入冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻后放回到存片裝置中。傳送裝置可同時輸送幾個基體分別在不同的腔體內(nèi)發(fā)生反應(yīng)，由此實現(xiàn)在每個反應(yīng)腔內(nèi)完成一個反應(yīng)步驟、進(jìn)而完成整個覆膜過程的結(jié)構(gòu)。該設(shè)備還可根據(jù)反應(yīng)需要及產(chǎn)量要求，以生成一個原子層厚度薄膜的腔體為一套，成倍的進(jìn)行加載。在此基礎(chǔ)上以反應(yīng)腔A11、B1和C3為一套腔體，成倍的進(jìn)行加載。如果反應(yīng)所需的前軀體比較敏感，或兩種前軀體之間容易發(fā)生反應(yīng)， 還可以在兩個反應(yīng)腔之間加入一個過渡腔，使基體從裝有前軀體的反應(yīng)腔先移動到過渡腔進(jìn)行抽真空，去除殘留的前軀體之后再移動到裝有另一個前軀體的反應(yīng)腔中，與另一種前軀體發(fā)生反應(yīng)。由此實現(xiàn)在每個反應(yīng)腔內(nèi)完成一個反應(yīng)步驟、進(jìn)而完成整個覆膜過程的結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種真空多腔原子層沉積設(shè)備，包括冷卻裝置和存片裝置，其特征在于每個前軀體擁有一個獨立的反應(yīng)腔，每個反應(yīng)腔都擁有一個真空泵，在其中至少一個反應(yīng)腔中設(shè)有能量來源裝置；在另外的反應(yīng)腔中設(shè)有前軀體，上述存片裝置、冷卻裝置及反應(yīng)腔與傳送裝置相接并相通，該設(shè)備以能夠生成一層原子層厚度薄膜的腔體為一套腔體，可成倍的進(jìn)行加載，上述的反應(yīng)腔都是一個真空的腔體。
2.如權(quán)利要求1所述的真空多腔原子層沉積設(shè)備，其特征在于所述的設(shè)備采用環(huán)形腔體結(jié)構(gòu)、長方形腔體結(jié)構(gòu)和圓環(huán)形的腔體結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求2所述的真空多腔原子層沉積設(shè)備，其特征在于該設(shè)備是一個環(huán)形的腔體結(jié)構(gòu)，它包括冷卻系統(tǒng)和存片裝置，其中圍繞傳送裝置分別設(shè)有反應(yīng)腔A、反應(yīng)腔B和反應(yīng)腔C，上述反應(yīng)腔A、反應(yīng)腔B和反應(yīng)腔C分別通過管路與真空泵A、真空泵B、真空泵C 相連接；上述反應(yīng)腔A和反應(yīng)腔B上還分別設(shè)有前軀體A和前軀體B ；上述反應(yīng)腔C內(nèi)裝有能量來源裝置A ；上述傳送裝置所在的腔體內(nèi)安裝真空泵D。
4.如權(quán)利要求2所述的真空多腔原子層沉積設(shè)備，其特征在于該設(shè)備是一個長方形反應(yīng)結(jié)構(gòu)，它包括冷卻系統(tǒng)和存片裝置，其中傳送裝置與反應(yīng)腔A、反應(yīng)腔B和反應(yīng)腔C平行設(shè)置，上述反應(yīng)腔A、反應(yīng)腔B和反應(yīng)腔C分別通過管路與真空泵A、真空泵B、真空泵C相連接；上述反應(yīng)腔A和反應(yīng)腔B上還分別設(shè)有前軀體A和前軀體B ；上述反應(yīng)腔C內(nèi)裝有能量來源裝置A。
5.如權(quán)利要求2所述的真空多腔原子層沉積設(shè)備，其特征在于該設(shè)備是一個圓環(huán)形的腔體結(jié)構(gòu)，它包括冷卻系統(tǒng)和存片裝置，其中環(huán)繞傳送裝置與反應(yīng)腔A、反應(yīng)腔B、反應(yīng)腔C、反應(yīng)腔D、反應(yīng)腔E和反應(yīng)腔F，上述反應(yīng)腔A、反應(yīng)腔B、反應(yīng)腔C、反應(yīng)腔D、反應(yīng)腔E和反應(yīng)腔F分別通過管路與真空泵A、真空泵B、真空泵C、真空泵D、真空泵E、真空泵F相連接；上述反應(yīng)腔A、反應(yīng)腔B、反應(yīng)腔D和反應(yīng)腔E上還分別設(shè)有前軀體A、前軀體B、前軀體D、前軀體E，；上述反應(yīng)腔C內(nèi)裝有能量來源裝置A；反應(yīng)腔F內(nèi)裝有能量來源裝置B。
全文摘要
一種真空多腔原子層沉積設(shè)備，其目的是要解決現(xiàn)有技術(shù)成膜過程耗時長、產(chǎn)量低、設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜及制造成本高的技術(shù)難題。本發(fā)明調(diào)整了原有的反應(yīng)腔結(jié)構(gòu)，每個前軀體擁有一個獨立的反應(yīng)腔，每個反應(yīng)腔都擁有一個真空泵，在其中至少一個反應(yīng)腔中設(shè)有能量來源裝置；在另外的反應(yīng)腔中設(shè)有前軀體，上述存片裝置、冷卻裝置及反應(yīng)腔與傳送裝置相接并相通。該設(shè)備還可根據(jù)反應(yīng)需要及產(chǎn)量要求在此基礎(chǔ)上以能夠生成一層原子層厚度薄膜的腔體為一套腔體，可成倍的進(jìn)行加載。本發(fā)明采用環(huán)形腔體結(jié)構(gòu)、長方形腔體結(jié)構(gòu)和圓環(huán)形的腔體結(jié)構(gòu)。可廣泛用于金屬、玻璃、硅片、塑料及模板等基體材料的薄膜涂層領(lǐng)域。
文檔編號C23C16/44GK102560424SQ20121001267
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月16日
發(fā)明者姜謙 申請人:姜謙