本發明涉及原子層沉積領域，特別是涉及一種具有同一等離子體源的原子層沉積裝置及方法。

背景技術：

原子層沉積（atomiclayerdeposition,ald）是一種適合于研制最新的和前沿性產品的薄膜材料制備技術。ald是基于向基材順序引入至少兩種反應性前體物質的特殊的化學沉積方法。所述基材位于反應空間內。反應空間通常被加熱。ald的基本生長機制依賴于化學吸附和物理吸附之間的結合強度差異。在所述沉積過程期間，ald利用化學吸附并消除物理吸附。化學吸附期間，在固相表面的原子和從氣相抵達的分子或等離子體之間形成強化學鍵。通過物理吸附的結合要弱的多，因為只涉及范德華力。當局部溫度超過所述分子的凝結溫度時，物理吸附鍵就很容易被熱能斷裂。

由于ald漸漸應用于各產業，為了加快傳統加熱式ald制作工藝速度與因應成長特殊薄膜，等離子體增強型原子層沉積(plasmaenhancedatomiclayerdeposition,peald)的技術開始被開發。peald是指在ald過程中加入等離子體反應物以實現某些金屬、低溫氧化物和氮化物等材料的薄膜制備。peald工藝過程主要通過將前驅體反應物氣體和等離子體反應物氣體依次交替引入到基底或襯底表面而完成。前驅體反應物首先被吸附到基底或襯底表面上進行反應；此后，等離子體反應物在基底或襯底表面上進行反應。peald的技術源自等離子體輔助化學氣相沉積(plasmaenhancedchemicalvapordeposition，pecvd)與ald總合，雖然有較ald明顯大范圍應用，但是現有peald技術的材料的沉積速度慢，使量產成本增加，制約了它的產業化應用。

因此，現有技術還有待于改進和發展。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種具有同一等離子體源的原子層沉積裝置及方法，旨在現有peald技術中材料沉積速度慢，量產成本高的問題。

為解決上述問題，本發明的技術方案如下：

一種具有同一等離子體源的原子層沉積的裝置，其中，包括反應物傳輸腔以及與所述反應物傳輸腔相鄰的可移動基底，所述反應物傳輸腔內設置有至少一個獨立的前驅體反應物傳輸渠道和至少一個與所述前驅體反應物傳輸渠道間隔分布的等離子體反應物傳輸渠道，所述前驅體反應物傳輸渠道出口和等離子體反應物傳輸渠道出口設置在反應物傳輸腔與所述可移動基底的相鄰面上，所述反應物傳輸腔上還連接有一等離子體源，為所述等離子體反應物傳輸渠道提供等離子體反應物，所有等離子體反應物傳輸渠道共享同一個等離子體源。

所述的具有同一等離子體源的原子層沉積的裝置，其中，所述反應物傳輸腔內還設置有等離子體反應物產生區，所述等離子體反應物產生后通過所述等離子體反應物傳輸渠道傳輸至可移動基底上。

所述的具有同一等離子體源的原子層沉積的裝置，其中，所述等離子體源為遠程等離子體源，等離子體反應物在反應物傳輸腔外產生后傳輸至反應物傳輸腔內，進而通過等離子體反應物傳輸渠道傳輸至可移動基底上。

所述的具有同一等離子體源的原子層沉積的裝置，其中，所述反應物傳輸腔與可移動基底的相鄰面為弧形面，所述可移動基底為可卷基底。

所述的具有同一等離子體源的原子層沉積的裝置，其中，所述前驅體反應物傳輸渠道出口和等離子體反應物傳輸渠道出口呈扇形排列，所述可移動基底沿所述扇形的方向移動。

所述的具有同一等離子體源的原子層沉積的裝置，其中，所述反應物傳輸腔與所述可移動基底的相鄰面為扇形面或圓環面。

所述的具有同一等離子體源的原子層沉積的裝置，其中，所述前驅體反應物傳輸渠道的數量至少為一個，每個前驅體反應物傳輸渠道傳輸一種前驅體反應物。

所述的具有同一等離子體源的原子層沉積的裝置，其中，所述前驅體反應物傳輸渠道與等離子體反應物傳輸渠道之間還設置有阻隔氣體傳輸渠道或抽氣渠道。

所述的具有同一等離子體源的原子層沉積的裝置，其中，所述前驅體反應物傳輸渠道的入口設置在所述反應物傳輸腔的側面。

一種如上所述的同一等離子體源的原子層沉積的方法，包括以下步驟：

步驟1：注入前驅體反應物，通過前驅體反應物傳輸渠道傳輸至可移動基底；等離子體源產生等離子體反應物，通過等離子體反應物傳輸渠道傳輸至可移動基底；

步驟2：移動所述可移動基底，使其經過交替分布的前驅體反應物傳輸渠道出口和等離子體反應物傳輸渠道出口，依次接收前驅體反應物和等離子體反應物進行反應。

本發明的有益效果包括：本發明提供的具有同一等離子體源的原子層沉積裝置及方法通過設置多個等離子體反應物傳輸渠道和前驅體反應物傳輸渠道間隔分布，通過移動可移動基底來接收等離子反應物和前驅體反應物，從而實現短時間內前驅體反應物和等離子反應物在基底表面反應多次，達到高速率沉積材料的效果，相比傳統依次通入前驅體反應物和等離子反應物的沉積方式，本發明提供的同一等離子體源的原子層沉積裝置及方法可使沉積速度得到極大的提高；本發明的多個等離子體反應物傳輸渠道共享同一個等離子體源，有效降低了生產成本，增加了反應腔的空間利用率。

附圖說明

圖1為本發明提供的具有同一等離子體源的原子層沉積裝置的基本結構示意簡圖。

圖2為本發明提供的一種具有同一等離子體源的原子層沉積裝置的立體圖。

圖3為本發明提供的一種具有同一直接等離子體源的原子層沉積裝置的剖視圖。

圖4為本發明提供的一種具有同一遠程等離子體源的原子層沉積裝置的剖視圖。

圖5為本發明提供的本發明提供的一種卷對卷的具有同一等離子體源的原子層沉積裝置的剖視圖。

圖6本發明提供的一種扇形的具有同一等離子體源的原子層沉積裝置的俯視剖視圖。

圖7本發明提供的另一種扇形的具有同一等離子體源的原子層沉積裝置的俯視剖視圖。

圖8為本發明提供的一種具有阻隔氣體傳輸渠道或抽氣渠道和同一等離子體源的原子層沉積裝置的剖視圖。

圖9為本發明提供的另一種具有阻隔氣體傳輸渠道或抽氣渠道和同一等離子體源的原子層沉積裝置的剖視圖。

圖10為本發明提供的一種具有同一等離子源的原子層沉積的方法流程圖。

附圖標記說明：1、反應物傳輸腔；2、可移動基底；3、前驅體反應物傳輸渠道；301、前驅體反應物傳輸渠道出口；302、前驅體反應物傳輸渠道入口；4、等離子體反應物傳輸渠道；401、等離子體反應物傳輸渠道出口；5、等離子體源；6、等離子體反應物產生區；7、阻隔氣體傳輸渠道或抽氣渠道。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對本發明進一步詳細說明。

參見圖1，為本發明提供的具有同一等離子體源的原子層沉積的裝置的基本機構示意簡圖，本發明提供的原子層沉積的裝置包括反應物傳輸腔1以及與反應物傳輸腔1相鄰的可移動基底2，優選地，可移動基底2與反應物傳輸腔1的底部相鄰，反應物從反應物傳輸腔1底部傳輸至可移動基底2上。反應物傳輸腔1內設置有至少一個獨立的前驅體反應物傳輸渠道3和至少一個與前驅體反應物傳輸渠道3間隔分布的等離子體反應物傳輸渠道4，前驅體反應物傳輸渠道出口301和等離子體反應物傳輸渠道出口401設置在反應物傳輸腔1與可移動基底2的相鄰面上。前驅體反應物傳輸渠道3的數量可以為一個也可以為多個，在本實施例中為3個，每個前驅體反應物傳輸渠道3傳輸的反應物為一種，但是不同前驅體反應物傳輸渠道3傳輸的反應物可以為一種或多種，從而可形成單一元素材料或多元化合物。參見圖1，在本實施例中，三個前驅體反應物傳輸渠道3傳輸的材料分別為a、b、c，等離子體反應物傳輸渠道傳輸的等離子反應物為d，通過移動可移動基底2，接收a、b、c、d，從而實現短時間內前驅體反應物和等離子反應物在可移動基底2表面反應多次，達到高速率沉積材料的目的。可移動基底2的移動方向為等離子體反應物傳輸渠道4和前驅體反應物傳輸渠道3排列分布的方向，可以為單向移動，也可以為雙向的往復移動。其反應的基本機理可以表示為a→d→b→d→c→d……，在其中一種實施例中，前驅體反應物為al-r，其中r代表前驅物配體，其反應機理可以表示為al-r->o⁺->al-r->o⁺->al-r->o⁺=alox。在另外一個實施例中，前驅體反應物為li-r、ni-r、co-r和mn-r，其反應機理可以表示為：li-r->o⁺->ni-r->o⁺->co-r->o⁺->mn-r->o⁺=linicomnox。

在實際應用中，等離子體源所占用的空間大，如果每一個等離子反應物傳輸渠道4都由一個獨立的等離子體源來提供等離子體反應物，則其空間利用率就會非常低，且成本極高。本發明的反應物傳輸腔1上連接一個等離子體源5，為等離子體反應物傳輸渠道4提供等離子體反應物，所有等離子體反應物傳輸渠道4共享同一個等離子體源5。

參見圖2，為本發明提供的一個實施例的立體圖，在本實施例中，反應物傳輸腔1為長方體結構，前驅體反應物傳輸渠道出口301和等離子體反應物傳輸渠道出口401設置在反應物傳輸腔1的底部，為矩形形狀。可移動基底2沿前驅體反應物傳輸渠道出口301和等離子體反應物傳輸渠道出口401排布方向雙向往復移動，前驅體反應物傳輸渠道入口302設置在反應物傳輸腔1的側面，方便注料，在實際應用中，為縮短前驅體反應物傳輸渠道3的長度，節約成本，前驅體反應物傳輸渠道入口302還可以根據位置不同，設置在反應物傳輸腔1的不同側面。等離子體源5與反應物傳輸腔1頂部連接，提供等離子體反應物。

根據基底材料及前驅體反應物等的不同，本發明的結構還可以有其他變換。下面舉其他一些實施例來具體說明。

實施例1：

參見圖3，由于有些等離子壽命短，因此需要快速的傳輸到可移動基底2上，為實現等離子的快速傳輸，在本實施例中，反應物傳輸腔1內設置有等離子體反應物產生區6，讓等離子體反應物直接在反應物傳輸腔1內產生，隨即通過等離子體反應物傳輸渠道4傳輸至可移動基底2上進行反應。優選地，反應物傳輸腔1的高度可以適當減小，使等離子體反應物可以更加快速地移動至可移動基底2上。本實施例優選地可用于處理玻璃基底或可卷的塑料基底。

實施例2：

在實際生產中，等離子反應物的產生可能會對可移動基底2造成損傷，為解決此問題，對于壽命較長的等離子體，參見圖4，本實施例將等離子源5設置為遠程等離子體源，等離子體反應物在反應物傳輸腔1外產生后，再傳輸到反應物傳輸腔1內，并通過等離子體反應物傳輸渠道傳輸至可移動基底2上，從而實現對可移動基底2的保護。在實際應用中，也可以通過增加反應物傳輸腔1的高度來增加等離子體反應物的傳輸路程，進而減小對可移動基底2的傷害。

實施例3：

參見圖5，在本實施例中，反應物傳輸腔1為圓柱體形狀，等離子體源5設置在圓心位置上，前驅體反應物傳輸渠道3和等離子體反應物傳輸渠道4設置在反應物傳輸腔1的圓弧形側面上，可移動基底2卷曲地環繞反應物傳輸腔1的弧形側面往復移動。本實施例適用于可移動基底2為可卷的基底材料。

實施例4：

可移動基底2除沿直線移動外，還可以繞某圓心做弧形移動。參見圖6，在本實施例中，前驅體反應物傳輸渠道出口301和等離子體反應物傳輸渠道出口401呈扇形交替排布在反應物傳輸腔1的底部，可移動基底2可以以所述扇形的圓心為中心，沿扇形方向往復移動。在實際應用中，參見圖7，為節約材料，反應物傳輸腔1的底部也可以做成扇形形狀，優選地，可移動基底2為方形或圓形的，反應物傳輸腔1的底部可以制成圓環狀，前驅體反應物傳輸渠道出口301和等離子體反應物傳輸渠道出口401交替排布在所述圓環上。

實施例5：

參見圖8，在實施例5中，前驅體反應物傳輸渠道3和等離子體反應物傳輸渠道4之間設置有阻隔氣體傳輸渠道或抽氣渠道7，用于防止不同的前驅體反應物互相干擾。如圖8所示，如為阻隔氣體傳輸渠道，阻隔氣體可按照箭頭方向自上而下傳輸，如為抽氣渠道，則可從下而上進行抽氣。優選地，所述阻隔氣體傳輸渠道或抽氣渠道7可以為抽真空阻隔渠道或惰性氣體阻隔渠道，通過將阻隔氣體傳輸渠道或抽氣渠道7抽真空或通入惰性氣體來實現阻隔效果。在實際應用中，參見圖9，為進一步加強阻隔效果，前驅體反應物傳輸渠道3兩側的阻隔氣體傳輸渠道或抽氣渠道7還可以為多個，還可以將所述抽真空阻隔渠道或惰性氣體阻隔渠道混合使用。在圖9所示的實施例中，前驅體反應物傳輸渠道3兩側的各有一個阻隔氣體傳輸渠道或抽氣渠道7。

本發明還提供的一種具有同一等離子體源的原子層沉積的方法，如圖10所示，包括以下步驟：

步驟1：注入前驅體反應物，通過前驅體反應物傳輸渠道3傳輸至可移動基底2；等離子體源5產生等離子體反應物，通過等離子體反應物傳輸渠道4傳輸至可移動基底2；在實際應用中，對于傳輸前驅體反應物和等離子體反應物的順序并不做限定，既可以是先傳輸前驅體反應物，后傳輸等離子體反應物，也可以是先傳輸等離子體反應物，后傳輸前驅體反應物，還可以同時傳輸前驅體反應物和等離子體反應物。如圖10所示，在本實施例中，為先傳輸前驅體反應物，后傳輸等離子體反應物。

步驟2：移動可移動基底2，使其經過交替分布的前驅體反應物傳輸渠道出口301和等離子體反應物傳輸渠道出口401，依次接收前驅體反應物和等離子體反應物進行反應。

通過同一等離子體源5產生等離子體反應物，并經多條等離子體反應物傳輸渠道4傳輸至可移動基底2表面，移動可移動基底2，使其經過前驅體反應物傳輸渠道出口301和等離子體反應物傳輸渠道出口401，依次接收前驅體反應物和等離子體反應物進行反應，從而實現短時間高速率多頻次的反應。

應當理解的是，本發明的應用不限于上述的舉例，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應屬于本發明所附權利要求的保護范圍。