CN104032280A - 原子层沉积系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及原子层沉积技术领域，具体涉及一种原子层沉积系统。所述原子层沉积系统，包括：一真空腔室；一衬底，设置在所述真空腔室内；一加热盘，设置在所述衬底的下方，用于加热所述真空腔室和所述衬底；一导电盘，所述导电盘与所述加热盘在所述真空腔室内部形成电场，使进入所述真空腔室的前驱体分子带电。本发明在原子层沉积系统中引入了电场，使通入真空腔室的前驱体分子带电，并在所形成的电场作用下向衬底作定向运动，大大增加了前驱体的动能，使更多的前驱体能与衬底材料之间发生化学吸附和反应，提高原子层沉积系统的效能。

Description

原子层沉积系统

技术领域

本发明涉及原子层沉积技术领域，具体涉及一种原子层沉积系统。

背景技术

原子层沉积（Atomic Layer Deposition）最初是在20世纪70年代由芬兰科学家提出并将其用于平板显示器上的多晶荧光材料ZnS:Mn以及非晶Al2O3绝缘膜的研制。原子层沉积是通过将气相前驱体脉冲交替地通入反应器并在沉积基体上化学吸附并反应，形成沉积膜的一种方法。当前躯体达到沉积基体表面，它们会在其表面化学吸附并发生表面反应。在前驱体脉冲之间需要用惰性气体对原子层沉积反应腔室进行清洗。根据气相物质在衬底材料的表面吸附特性，任何气相物质在材料表面都可以进行物理吸附，但要实现在材料表面的化学吸附必须具有一定的活化能，通常原子层沉积系统采用加热和等离子体两种方式使气相物质获得一定的活化能（即热动能）。目前科研和生产所用的原子层沉积系统大多采用加热的方式或等离子体激活的方式，从而产生热型原子层沉积（TALD，Thermal Atomic Layer Deposition）和等离子体增强型原子层沉积（PEALD，Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition）两种类型的原子层沉积设备和工艺。热型原子层沉积系统一般在真空腔室内安装有一个加热盘，通过加热盘对衬底和腔室内部空间进行加热，使气相前驱体在腔室内具有一定的热动能，增强其与衬底的化学吸附和反应能力；而等离子体增强型原子层沉积系统一般通过高频射频电源在反应腔室内产生等离子体，使通入腔室内部的气相前驱体具有一定的热动能，为了增加其热动能，等离子体增强型原子层沉积系统通常也在真空腔室内安装有加热盘，通过加热方式进一步提高气相前驱体的热动能。

上述加热方式使气相前驱体获得的热动能有限，同时沉积过程中通入的惰性气体加快了前驱体飞离腔室的速度，从而大大降低了前驱体与衬底材料的化学吸附能力，导致了热型原子层沉积系统的效能降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带电场的原子层沉积系统，能够增加前驱体的动能，使更多的前驱体能与沉底材料之间发生化学吸附和反应，提高原子层沉积系统的效能。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种原子层沉积系统，包括：

一真空腔室；

一衬底，设置在所述真空腔室内；

一加热盘，设置在所述衬底的下方，用于加热所述真空腔室和所述衬底；

一导电盘，所述导电盘与所述加热盘在所述真空腔室内部形成电场，使进入所述真空腔室的前驱体分子带电。

上述方案中，所述加热盘和所述导电盘分别通过电线供电。

上述方案中，所述导电盘设置在所述加热盘下方，所述导电盘和所述加热盘之间设有第一绝缘垫，所述导电盘底面设有第二绝缘垫。

上述方案中，所述导电盘设置在所述衬底上方，所述加热盘底面设有第一绝缘垫，所述导电盘与所述真空腔室的内顶面之间设有第二绝缘垫。

上述方案中，当所述加热盘带正电、所述导电盘带负电时，所述原子层沉积系统适用于在电场中具有负电特性的前驱体分子；当所述加热盘带负电、所述导电盘带正电时，所述原子层沉积系统适用于在电场中具有正电特性的前驱体分子。

上述方案中，所述原子层沉积系统还包括隔热绝缘环，所述隔热绝缘环设置在所述真空腔室的侧壁与所述衬底之间，用于所述真空腔室的外壁和所述加热盘之间的隔热，以及所述真空腔室的外壁分别与所述加热盘和所述导电盘之间的绝缘。

上述方案中，所述加热盘采用耐高温绝缘材料进行绝缘保护，所述加热盘内部的加热丝之间采用耐高温绝缘胶来绝缘。

与现有技术方案相比，本发明采用的技术方案产生的有益效果如下：

本发明在原子层沉积系统中引入了电场，使通入真空腔室的前驱体分子带电，并在所形成的电场作用下向衬底作定向运动，大大增加了前驱体的动能，使更多的前驱体能与衬底材料之间发生化学吸附和反应，提高原子层沉积系统的效能。

附图说明

图1为本发明实施例提供的原子层沉积系统的原理示意图；

图2为本发明另一实施例提供的原子层沉积系统的原理示意图；

图3为本发明又一实施例提供的原子层沉积系统的原理示意图；

图4为本发明再一实施例提供的原子层沉积系统的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明技术方案进行详细描述。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供一种原子层沉积系统，包括真空腔室1、衬底2、加热盘3、导电板6和隔热绝缘环12。衬底2设置在真空腔室1内；加热盘3设置在衬底2的下方，用于加热真空腔室1和衬底2，使真空腔室1和衬底2具有一定的温度；加热盘3采用耐高温绝缘材料进行绝缘保护，加热盘3内部的加热丝之间采用耐高温绝缘胶来绝缘。导电盘6位于加热盘3的下方，导电盘6和加热盘3分别通过耐高温的电线5供电，在真空腔室内部形成电场，使进入真空腔室1的前驱体分子带电。隔热绝缘环12通常再用隔热绝缘材料制成，设置在真空腔室1的侧壁与衬底2之间，用于真空腔室1的外壁和加热盘3之间的隔热，以及真空腔室1的外壁分别与加热盘3和导电盘6之间的绝缘。导电盘6和加热盘3之间设有第一绝缘垫4，用于导电盘6和加热盘3之间的绝缘，导电盘6底面设有第二绝缘垫7，用于导电盘6和真空腔室1的器壁之间的绝缘。

本实施例中，加热盘3带正电，导电盘6带负电，加热盘3与导电盘6形成的电场使前驱体分子带负电，本实施例提供的原子层沉积系统适用于在电场中具有负电特性的前驱体分子。

具体地，本实施例的工作过程如下，从真空腔室1进气口通入的气相前驱体分子8，在真空泵的抽真空下按图1所示的移动方向9快速向腔室1出气口运动，真空腔室1内的加热盘3使通入真空腔室1的前驱体分子8具有一定的热动能；同时真空腔室1内带正电的加热盘3与带负电的导电盘6在衬底2上方空间形成的电场使前驱体分子8带负电，并在电场作用下向衬底2运动，从而增加了前驱体分子8的热动能，使前驱体分子8能更快地向衬底2移动并与衬底2表面发生化学吸附和化学反应。这样，前驱体分子8在受热和电场两种作用下，按图1所示的方向11从进气口向出气口运动，同时也按图1所示的方向10向衬底2移动，其中电场的作用加快了前驱体分子8向衬底2方向运动的速度，从而增强了前驱体分子8与衬底2材料之间的化学吸附和反应能力，大大提高了原子层沉积系统的效能。

实施例2：

如图2所示，本实施例具有与实施例1相同的结构，不同之处在于，加热盘3带负电，导电盘6带正电，加热盘3与导电盘6形成的电场使前驱体分子带正电，本实施例提供的原子层沉积系统适用于在电场中具有正电特性的前驱体分子。

具体地，本实施例的工作过程如下，从真空腔室1进气口通入的气相前驱体分子8，在真空泵的抽真空下按图1所示的移动方向9快速向腔室1出气口运动，真空腔室1内的加热盘3使通入真空腔室1的前驱体分子8具有一定的热动能；同时真空腔室1内带负电的加热盘3与带正电的导电盘6在衬底2上方空间形成的电场使前驱体分子8带正电，并在电场作用下向衬底2运动，从而增加了前驱体分子8的热动能，使前驱体分子8能更快地向衬底2移动并与衬底2表面发生化学吸附和化学反应。这样，前驱体分子8在受热和电场两种作用下，按图1所示的方向11从进气口向出气口运动，同时也按图1所示的方向10向衬底2移动，其中电场的作用加快了前驱体分子8向衬底2方向运动的速度，从而增强了前驱体分子8与衬底2材料之间的化学吸附和反应能力，大大提高了原子层沉积系统的效能。

实施例3：

如图3所示，本实施例提供一种原子层沉积系统，包括真空腔室1、衬底2、加热盘3、导电板6和隔热绝缘环12。衬底2设置在真空腔室1内；加热盘3设置在衬底2的下方，用于加热真空腔室1和衬底2，使真空腔室1和衬底2具有一定的温度；加热盘3采用耐高温绝缘材料进行绝缘保护，加热盘3内部的加热丝之间采用耐高温绝缘胶来绝缘。导电盘6位于衬底2的上方，导电盘6和加热盘3分别通过耐高温的电线5供电，在真空腔室内部形成电场，使进入真空腔室1的前驱体分子带电。隔热绝缘环12通常再用隔热绝缘材料制成，设置在真空腔室1的侧壁与衬底2之间，用于真空腔室1的外壁和加热盘3之间的隔热，以及真空腔室1的外壁分别与加热盘3和导电盘6之间的绝缘。加热盘3底面设有第一绝缘垫4，用于加热盘3和真空腔室1的器壁之间的绝缘，导电盘6与真空腔室1的内顶面之间设有第二绝缘垫7，用于导电盘6与真空腔室1的器壁之间的绝缘。

本实施例中，加热盘3带正电，导电盘6带负电，加热盘3与导电盘6形成的电场使前驱体分子带负电，本实施例提供的原子层沉积系统适用于在电场中具有负电特性的前驱体分子。

具体地，本实施例的工作过程如下，从真空腔室1进气口通入的气相前驱体分子8，在真空泵的抽真空下按图3所示的移动方向9快速向腔室1出气口运动，真空腔室1内的加热盘3使通入真空腔室1的前驱体分子8具有一定的热动能；同时真空腔室1内带正电的加热盘3与衬底2上方带负电的导电盘6在衬底2和导电盘6之间形成的电场使前驱体分子8带负电，并在电场作用下向衬底2运动，从而增加了前驱体分子8的热动能，使前驱体分子8能更快地向衬底2移动并与衬底2表面发生化学吸附和化学反应。这样，前驱体分子8在受热和电场两种作用下，按图3所示的方向11从进气口向出气口运动，同时也按图3所示的方向10向衬底2移动，其中电场的作用加快了前驱体分子8向衬底2方向运动的速度，从而增强了其与衬底2材料之间的化学吸附和反应能力，大大提高了原子层沉积系统的效能。

实施例4：

如图4所示，本实施例具有与实施例3相同的结构，不同之处在于，加热盘3带负电，导电盘6带正电，加热盘3与导电盘6形成的电场使前驱体分子带正电，本实施例提供的原子层沉积系统适用于在电场中具有正电特性的前驱体分子。

具体地，本实施例的工作过程如下，从真空腔室1进气口通入的气相前驱体分子8，在真空泵的抽真空下按图3所示的移动方向9快速向腔室1出气口运动，真空腔室1内的加热盘3使通入真空腔室1的前驱体分子8具有一定的热动能；同时真空腔室1内带负电的加热盘3与衬底2上方带正电的导电盘6在衬底2和导电盘6之间形成的电场使前驱体分子8带正电，并在电场作用下向衬底2运动，从而增加了前驱体分子8的热动能，使前驱体分子8能更快地向衬底2移动并与衬底2表面发生化学吸附和化学反应。这样，前驱体分子8在受热和电场两种作用下，按图3所示的方向11从进气口向出气口运动，同时也按图3所示的方向10向衬底2移动，其中电场的作用加快了前驱体分子8向衬底2方向运动的速度，从而增强了其与衬底2材料之间的化学吸附和反应能力，大大提高了原子层沉积系统的效能。

本发明在现有的原子层沉积系统的加热方式上引入了电场，使通入真空腔室的前驱体分子带电，并在所形成的电场作用下向衬底作定向运动，大大增加了前驱体的动能，使更多的前驱体能与衬底材料之间发生化学吸附和反应，提高原子层沉积系统的效能。

以上所述为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.原子层沉积系统，其特征在于，包括：

一真空腔室；

一衬底，设置在所述真空腔室内；

一加热盘，设置在所述衬底的下方，用于加热所述真空腔室和所述衬底；

一导电盘，所述导电盘与所述加热盘在所述真空腔室内部形成电场，使进入所述真空腔室的前驱体分子带电。

2.如权利要求1所述的原子层沉积系统，其特征在于：所述加热盘和所述导电盘分别通过电线供电。

3.如权利要求1所述的原子层沉积系统，其特征在于：所述导电盘设置在所述加热盘下方，所述导电盘和所述加热盘之间设有第一绝缘垫，所述导电盘底面设有第二绝缘垫。

4.如权利要求1所述的原子层沉积系统，其特征在于：所述导电盘设置在所述衬底上方，所述加热盘底面设有第一绝缘垫，所述导电盘与所述真空腔室的内顶面之间设有第二绝缘垫。

5.如权利要求1所述的原子层沉积系统，其特征在于：当所述加热盘带正电、所述导电盘带负电时，所述原子层沉积系统适用于在电场中具有负电特性的前驱体分子；当所述加热盘带负电、所述导电盘带正电时，所述原子层沉积系统适用于在电场中具有正电特性的前驱体分子。

6.如权利要求1所述的原子层沉积系统，其特征在于：所述原子层沉积系统还包括隔热绝缘环，所述隔热绝缘环设置在所述真空腔室的侧壁与所述衬底之间，用于所述真空腔室的外壁和所述加热盘之间的隔热，以及所述真空腔室的外壁分别与所述加热盘和所述导电盘之间的绝缘。

7.如权利要求1所述的原子层沉积系统，其特征在于：所述加热盘采用耐高温绝缘材料进行绝缘保护，所述加热盘内部的加热丝之间采用耐高温绝缘胶来绝缘。