CN103103497B - 一种原子层沉积设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及微电子器件制造技术领域，具体涉及一种原子层沉积设备。所述原子层沉积设备，包括腔室和直流电源，所述腔室内设有加热盘及设置在所述加热盘上的匀热盘，所述匀热盘上设有绝缘导热层，所述绝缘导热层上设有导电盘，所述导电盘通过电线与所述直流电源的正极连接。本发明是在薄膜的表面垂直的方向上加上一直流电压，由于电场的方向与薄膜形成势的方向相反，抑制薄膜表面的成核形成能，阻止了薄膜原子在整个ALD过程中在表面的移动成核，从而实现二维薄膜的生长。

Description

一种原子层沉积设备
技术领域
本发明涉及微电子器件制造技术领域，具体涉及一种原子层沉积设备。
背景技术
原子层淀积（ALD）技术正逐渐成为了微电子器件制造领域的必须。ALD技术于1977年首次由TuomoSuntola博士发明，他利用ZnC12和H2S来淀积应用于电致发光器件中的硫化锌薄膜。多年来，原子层淀积技术的应用范围涉及从液晶显示面板（LCDpanel）到工业涂层等多种领域，目前，该技术正被开拓到先进微电子制造工艺中。
ALD相比传统的MOCVD和PVD等淀积工艺具有先天的优势。它充分利用表面饱和反应（surfacesaturationreactions），天生具备厚度控制和高度的稳定性能，对温度和反应物通量的变化不太敏感。这样得到的薄膜既具有高纯度又具有高密度，既平整又具有高度的保型性，即使对于纵宽比高达100:1的结构也可实现良好的阶梯覆盖。ALD也顺应工业界向更低的热预算发展的趋势，多数工艺都可以在400摄氏度以下进行，而传统的化学气相淀积工艺要在500摄氏度以上完成。
如图1所示，在传统ALD的设备腔室1中，一般在加热盘2之上会设有匀热盘3。这种传统的ALD设备，其生长薄膜的过程中，由于整个生长的过程趋于使整个体系的能量最低，所以在薄膜生长势，趋向于球形成核，或者是球冠型成核或者是其他的立体成核方式生长，而并不是二维层状生长。在传统的球形成核的过程中，薄膜表面原子团进一步通过相互合并而扩大，而空出的衬底表面又有新的原子团形成。这样原子团的形成与合并过程不断进行，直到孤立的小岛相互连接成片，只留下一些孤立的孔洞，并逐渐被后来沉积的原子所填充，这样制备出来的薄膜的表面往往是凹凸不平的，形成三位岛状结构，并且在薄膜内部的缺陷的含量也比二维生长的薄膜多，这对于薄膜的表面的粗糙度，以及薄膜的致密性有着重要的影响，此外薄膜的缺陷对薄膜的电学性能有着重要的影响，这都将极大的限制薄膜的应用范围。
发明内容
本发明的目的在于提供一种原子层沉积设备，可以实现二维薄膜的生长。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种原子层沉积设备，包括腔室和直流电源，所述腔室内设有加热盘及设置在所述加热盘上的匀热盘，所述匀热盘上设有绝缘导热层，所述绝缘导热层上设有导电盘，所述导电盘通过电线与所述直流电源的正极连接。
上述方案中，所述导电盘与所述腔室中被加热的晶圆的尺寸相同。
上述方案中，所述直流电源施加的电压为0-110V。
上述方案中，所述绝缘导热层的材质为氮化铝陶瓷。
上述方案中，所述导电盘的材质是氧化铝。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明是在薄膜的表面垂直的方向上加上一直流电压，由于电场的方向与薄膜形成势的方向相反，抑制薄膜表面的成核形成能，阻止了薄膜原子在整个ALD过程中在表面的移动成核，从而实现二维薄膜的生长。
附图说明
图1为现有技术中ALD设备腔室的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的ALD设备腔室的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明要实现利用ALD设备生长二维薄膜，就必须在薄膜表面垂直的方向上加上一直流电压，由于电场的方向与薄膜形成势的方向相反，抑制薄膜表面的成核形成能，阻止了薄膜原子在整个ALD过程中在表面的移动成核，从而实现二维薄膜的生长。
为了实现在ALD腔室中加上直流电压，本发明实施例提供一种原子层沉积设备，如图2所示，包括腔室1和直流电源7，腔室1内设有加热盘2及设置在加热盘2上的匀热盘3，匀热盘3上设有绝缘导热层4，绝缘导热层4上设有与被加热的晶圆尺寸相同的导电盘5，导电盘5通过电线6与直流电源7的正极连接。由于机箱接地，腔室1和机箱连接，故其接地的，可以作为负极。导电盘5与晶圆的尺寸相同，这样便可以在整个晶圆与腔室1（接地）之间形成一个电容，便于在其上面加上直流电压。当在直流电源7上施加电压时，位于衬底层状结构最上面的导电盘5，与腔室1之间就会形成一定的电场。在薄膜的生长的过程中，可以选择是否打开直流电源来施加直流电压。
本实施例中，直流电源7所施加的电压可以在0-110V之间变化，便于对不同的薄膜进行加电的生长。同时也可以在实验时，实时的调节在薄膜表面所施加的直流电压。
本实施例中，绝缘导热层4的材质为氮化铝陶瓷，氮化铝是原子晶体，最高可稳定到2200℃，导热性好，热膨胀系数小，是良好的耐热冲击材料。此外氮化铝还是电绝缘体，介电性能良好，因此氮化铝可以作为很好的绝缘导热层材料。
本实施例中，导电盘5的材质是氧化铝，熔点为2050℃，沸点为3000℃，真密度为3.6g/cm3，此外氧化铝具有很好的电导率和热导率，很适合导电盘。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种原子层沉积设备，其特征在于：包括腔室和直流电源，所述腔室内设有加热盘及设置在所述加热盘上的匀热盘，所述匀热盘上设有绝缘导热层，所述绝缘导热层上设有导电盘，所述导电盘通过电线与所述直流电源的正极连接；
其中，所述导电盘与所述腔室中被加热的晶圆的尺寸相同，以在整个所述晶圆与所述腔室之间形成一个电容，便于在所述导电盘上施加直流电压；
所述直流电源施加的电压为0-110V，所述直流电源施加的电压在0-110V之间变化，便于对不同的薄膜进行加电的生长；所述绝缘导热层的材质为氮化铝陶瓷。
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