CN106048561B - 一种原子层沉积装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种原子层沉积装置及方法，所述原子层沉积装置包括：供气机构；排气机构；沉积基板与基板固定座；其中，所述进气机构的进气口与所述排气机构的出气口交替排列形成阵列平面，所述阵列平面与所述沉积基板的沉积表面相对，所述矩阵的表面面积大于所述沉积基板的沉积面积，且所述进气口对所述沉积基板供应所述前驱气体或所述净化气体时，所述前驱气体或所述净化气体可覆盖所述沉积基板的沉积面积。本发明可以大大缩短原子层沉积的周期，有利于大尺寸基板的生产。

Description

一种原子层沉积装置及方法
【技术领域】
本发明涉及液晶显示器领域，特别涉及一种原子层沉积装置及方法。
【背景技术】
有机发光二极管又称为有机电激光显示(Organic Light-Emitting Diode，OLED)，由美籍华裔教授邓青云在实验室中发现，由此展开了对OLED的研究。OLED显示技术具有自发光的特性，采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板，当有电流通过时，这些有机材料就会发光，而且OLED显示屏幕可视角度大，并且能够节省电能。
OLED显示技术较之当前主流的液晶显示技术，具有对比度高、色域广、柔性、轻薄、节能等突出优点。近年来OLED显示技术逐渐在智能手机和平板电脑等移动设备、智能手表等柔性可穿戴设备、大尺寸曲面电视、白光照明等领域普及，发展势头强劲。
OLED器件因具有较多的优点，在显示领域有着光明的前景。但是，OLED器件中用于形成金属阴极的活泼金属对空气中的水汽和氧气非常敏感，非常容易与渗透进来的水汽发生反应，影响电荷的注入。另外，渗透进来的水汽和氧气还会与有机材料发生化学反应，这些反应是引起OLED器件性能下降、OLED器件寿命缩短的主要因素。因此，封装技术对OLED器件非常重要。目前，OLED器件有多种封装方式，例如：玻盖(Glass)封装方式、玻璃粉(Frit)封装方式和薄膜封装(Thin Film Encapsulation，简称TFE)方式。其中，最常用的是薄膜封装方式，即采用CVD或ALD等技术沉积透明薄膜对OLED器件进行封装，该封装方式具有工艺简单，能保持封装对象的轻、薄结构特性。
原子层沉积(Atomic layer deposition，ALD)是一种可以将物质以单原子膜形式一层一层的镀在基底表面的装置。原子层沉积与普通的化学沉积有相似之处。但在原子层沉积过程中，新一层原子膜的化学反应是直接与之前一层相关联的，这种方式使每次反应只沉积一层原子。ALD技术是柔性有源矩阵有机发光二极体或主动矩阵有机发光二极体(Active-matrix organic light emitting diode，AMOLD)薄膜封装技术的关键技术之一。当前主要有两大类：
现有技术的一个方案是，不同的前驱气体1、2和3依次从基板一侧注入，均匀流过基板表面，每种前驱气体之间通氮气隔离，所有前驱气体从基板另一侧排气。一个周期沉积一个厚度稳定的薄层，根据需求的厚度来设置周期的数量。
现有技术的另一个方案是，不同的前驱气体1、2和3依次从各自的喷嘴喷出，经过基板表面并由排气口抽出，每个周期包括前驱气体以及隔绝下一周期的氮气构成。基板或喷嘴左右均匀移动，实现不同的前驱气体依次从基板表面流过，形成一个周期，沉积一个厚度稳定的薄层，根据需求的厚度设置周期数量。
现有技术的上述两种方案，除了贯穿一个周期始终的排气位置不同，一个周期流程均如下：
第一，前驱体气体1通入；
第二，氮气通入；
第三，前驱体气体2通入；
第五，氮气通入；
第六，前驱体气体3通入；
第七，氮气通入。
然而，不同的前驱气体1、2和3依次基板从表面流过，周期时间长，因此沉积速率低。随着基板尺寸增加，周期时间要相应拉长，不利于大尺寸基板的量产。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种原子层沉积装置及方法，以解决现有技术中，前驱气体在沉积基板上沉积时，时间周期太长，不利于大尺寸基板的生产的问题。
本发明的技术方案如下：
一种原子层沉积装置，包括：
供气机构，用于供应前驱气体及净化气体；
排气机构，用于将中间副产物排出；
沉积基板，用于沉积原子层薄膜；
基板固定座，用于固定所述沉积基板；
其中，所述进气机构的进气口与所述排气机构的出气口交替排列形成阵列平面，所述阵列平面与所述沉积基板的沉积表面相对，所述矩阵平面的表面面积大于所述沉积基板的沉积面积，且所述进气口对所述沉积基板供应所述前驱气体或所述净化气体时，所述前驱气体或所述净化气体可覆盖所述沉积基板的沉积面积。
优选地，所述进气机构包括多个前驱气体进气口与多个净化气体进气口，所述多个前驱气体进气口包括至少两种不同类型的所述前驱气体进气口，不同类型的所述前驱气体进气口供应不同的前驱气体，所述净化气体进气口供应所述净化气体。
优选地，所述多个前驱气体进气口包括第一进气口、第二进气口与第三进气口，所述第一进气口供应第一前驱气体，所述第二进气口供应第二前驱气体，所述第三进气口供应第三前驱气体。
优选地，所述进气口通过供应管道连接至气体供应源，所述进气口与所述供应管道之间还设有沉积腔，所述前驱气体与所述净化气体通过所述沉积腔缓冲后喷洒在所述沉积基板上。
优选地，还包括温度控制机构，分别对所述气体供应源、所述供应管道、所述沉积腔与所述沉积基板进行温度的控制。
优选地，所述排气机构进行排气时，所述出气口可将所述沉积基板上的所有中间副产物排出去。
一种原子层沉积方法，使用上述的原子层沉积装置，所述原子层沉积方法包括：
向所述沉积基板供应所述前驱气体；
向所述沉积基板供应所述净化气体，以使所述净化气体与所述前驱气体产生的副产物反应，生成中间副产物；
将所述中间副产物从所述出气口排出，形成所述原子层薄膜。
优选地，所述原子层沉积方法具体包括：
向所述沉积基板供应所述第一前驱气体；
向所述沉积基板供应所述净化气体，以使所述净化气体与所述第一前驱气体产生的副产物反应，生成第一中间副产物；
将所述第一中间副产物从所述出气口排出，形成所述第一层原子层薄膜；
向所述沉积基板供应所述第二前驱气体；
向所述沉积基板供应所述净化气体，以使所述净化气体与所述第二前驱气体产生的副产物反应，生成第二中间副产物；
将所述第二中间副产物从所述出气口排出，形成所述第二层原子层薄膜；
向所述沉积基板供应所述第三前驱气体；
向所述沉积基板供应所述净化气体，以使所述净化气体与所述第三前驱气体产生的副产物反应，生成第三中间副产物；
将所述第三中间副产物从所述出气口排出，形成所述第三层原子层薄膜。
优选地，在向所述沉积基板供应所述前驱气体后，还包括以下步骤：
使所述前驱气体在所述沉积基板上进行充分扩散，以待所述净化气体供应进来。
优选地，所述净化气体为氮气或氯气。
本发明的有益效果：
本发明的一种原子层沉积装置及方法，通过设计所述进气机构的进气口与所述排气机构的出气口交替排列形成阵列平面，所述阵列平面与所述沉积基板的沉积表面相对，所述矩阵的表面面积大于所述沉积基板的沉积面积，且所述进气口对所述沉积基板供应所述前驱气体或所述净化气体时，所述前驱气体或所述净化气体可覆盖所述沉积基板的沉积面积，可以大大缩短原子层沉积的周期，有利于大尺寸基板的生产。
【附图说明】
图1为本发明实施例的一种原子层沉积装置的阵列平面的横截面剖面示意图；
图2为本发明实施例的一种原子层沉积装置的整体结构框架示意图；
图3为本发明实施例的一种原子层沉积装置的整体结构的竖直面剖面示意图；
图4为本发明实施例的一种原子层沉积方法的整体流程示意图。
【具体实施方式】
以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。在图中，结构相似的单元是以相同标号表示。
实施例一
请参考图1、图2和图3，图1为本实施例的一种原子层沉积装置1的阵列平面的横截面剖面示意图，图2为本发明实施例的一种原子层沉积装置1的整体结构框架示意图，图3为本实施例的一种原子层沉积装置1的整体结构的竖直面剖面示意图。从图1、图2和图3可以看到，本发明的一种原子层沉积装置1，总体上来说包括：
供气机构2，用于供应前驱气体及净化气体。
排气机构3，用于将中间副产物排出。
沉积基板4，用于沉积原子层薄膜。
基板固定座5，用于固定所述沉积基板4。
温控机构6，用于对所述供气机构2和所述沉积基板4进行温度的控制。
其中，所述进气机构的进气口与所述排气机构3的出气口50交替排列形成阵列平面，所述阵列平面与所述沉积基板4的沉积表面相对，所述矩阵平面的表面面积大于所述沉积基板4的沉积面积，且所述进气口对所述沉积基板4供应所述前驱气体或所述净化气体时，所述前驱气体或所述净化气体可覆盖所述沉积基板4的沉积面积。
这样，本发明不需要将所述沉积基板4或所述基板固定座5进行移动，也不需要将所述阵列平面进行移动，就可以一次性将所述前驱气体或所述净化气体覆盖整个所述沉积基板4的沉积面积，大大缩短了原子层沉积的周期，有利于大尺寸基板的生产。
在本实施例中，所述进气机构包括多个前驱气体进气口与多个净化气体进气口40，所述多个前驱气体进气口包括至少两种不同类型的所述前驱气体进气口，不同类型的所述前驱气体进气口供应不同的前驱气体，所述净化气体进气口40供应所述净化气体。
在本实施例中，所述多个前驱气体进气口包括第一进气口10、第二进气口20与第三进气口30，所述第一进气口10供应第一前驱气体，所述第二进气口20供应第二前驱气体，所述第三进气口30供应第三前驱气体。
在本实施例中，所述进气口通过供应管道(图中未标示)连接至气体供应源(图中未标示)，所述进气口与所述供应管道之间还设有沉积腔(图中未标示)，所述前驱气体与所述净化气体通过所述沉积腔缓冲后喷洒在所述沉积基板4上。
在本实施例中，所述温控机构6，分别对所述气体供应源、所述供应管道、所述沉积腔与所述沉积基板4进行温度的控制。
在本实施例中，所述排气机构3进行排气时，所述出气口50可将所述沉积基板4上的所有中间副产物排出去。
本发明的一种原子层沉积装置1，通过设计所述进气机构的进气口与所述排气机构3的出气口50交替排列形成阵列平面，所述阵列平面与所述沉积基板4的沉积表面相对，所述矩阵的表面面积大于所述沉积基板4的沉积面积，且所述进气口对所述沉积基板4供应所述前驱气体或所述净化气体时，所述前驱气体或所述净化气体可覆盖所述沉积基板4的沉积面积，可以大大缩短原子层沉积的周期，有利于大尺寸基板的生产。
实施例二
本发明的一种原子层沉积方法，使用实施例一所述的原子层沉积装置1来实施。
请参考图3，图3为本发明实施例的一种原子层沉积方法的整体流程示意图，从图3可以看到，本发明的一种原子层沉积方法，包括以下步骤：
步骤S101：向所述沉积基板4供应所述前驱气体。
步骤S102：向所述沉积基板4供应所述净化气体，以使所述净化气体与所述前驱气体产生的副产物反应，生成中间副产物。
步骤S103：将所述中间副产物从所述出气口50排出，形成所述原子层薄膜。
在本实施例中，所述原子层沉积方法具体包括：
向所述沉积基板4供应所述第一前驱气体。此时，所述第一进气口10开启，其它进气口关闭。
向所述沉积基板4供应所述净化气体，以使所述净化气体与所述第一前驱气体产生的副产物反应，生成第一中间副产物。此时，所述净化气体进气口40开启，其它进气口关闭。
将所述第一中间副产物从所述出气口50排出，形成所述第一层原子层薄膜。此时，所有进气口关闭，只有所述出气口50开启。
向所述沉积基板4供应所述第二前驱气体。此时，所述第二进气口20开启，其它进气口关闭。
向所述沉积基板4供应所述净化气体，以使所述净化气体与所述第二前驱气体产生的副产物反应，生成第二中间副产物。此时，所述净化气体进气口40开启，其它进气口关闭。
将所述第二中间副产物从所述出气口50排出，形成所述第二层原子层薄膜。此时，所有进气口关闭，只有所述出气口50开启。
向所述沉积基板4供应所述第三前驱气体。此时，所述第三进气口30开启，其它进气口关闭。
向所述沉积基板4供应所述净化气体，以使所述净化气体与所述第三前驱气体产生的副产物反应，生成第三中间副产物。此时，所述净化气体进气口40开启，其它进气口关闭。
将所述第三中间副产物从所述出气口50排出，形成所述第三层原子层薄膜。此时，所有进气口关闭，只有所述出气口50开启。
在本实施例中，在向所述沉积基板4供应所述前驱气体后，还包括以下步骤：
使所述前驱气体在所述沉积基板4上进行充分扩散，以待所述净化气体供应进来。
在本实施例中，所述净化气体为氮气或氯气。
本发明的一种原子层沉积方法，可以大大缩短原子层沉积的周期，有利于大尺寸基板的生产。
综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种原子层沉积装置，其特征在于，包括：
进气机构，具有多个进气口，用于供应前驱气体及净化气体；
排气机构，具有多个出气口，用于将中间副产物排出；
沉积基板，用于沉积原子层薄膜；
基板固定座，用于固定所述沉积基板；
其中，所述进气机构的多个进气口与所述排气机构的多个出气口交替排列形成阵列平面，且每一所述出气口被所述多个进气口围绕，所述阵列平面与所述沉积基板的沉积表面相对，所述阵列平面的表面面积大于所述沉积基板的沉积面积，且所述进气口对所述沉积基板供应所述前驱气体或所述净化气体时，所述前驱气体或所述净化气体可覆盖所述沉积基板的沉积面积；所述进气机构的多个进气口包括多个前驱气体进气口与多个净化气体进气口，所述多个前驱气体进气口包括至少两种不同类型的所述前驱气体进气口，不同类型的所述前驱气体进气口供应不同的前驱气体，所述净化气体进气口供应所述净化气体。
2.根据权利要求1所述的原子层沉积装置，其特征在于，所述多个前驱气体进气口包括第一进气口、第二进气口与第三进气口，所述第一进气口供应第一前驱气体，所述第二进气口供应第二前驱气体，所述第三进气口供应第三前驱气体。
3.根据权利要求1所述的原子层沉积装置，其特征在于，所述进气口通过供应管道连接至气体供应源，所述进气口与所述供应管道之间还设有沉积腔，所述前驱气体与所述净化气体通过所述沉积腔缓冲后喷洒在所述沉积基板上。
4.根据权利要求3所述的原子层沉积装置，其特征在于，还包括温度控制机构，分别对所述气体供应源、所述供应管道、所述沉积腔与所述沉积基板进行温度的控制。
5.根据权利要求1所述的原子层沉积装置，其特征在于，所述排气机构进行排气时，所述出气口可将所述沉积基板上的所有中间副产物排出去。
6.一种原子层沉积方法，使用权利要求2所述的原子层沉积装置，其特征在于，所述原子层沉积方法包括：
向所述沉积基板供应所述前驱气体；
向所述沉积基板供应所述净化气体，以使所述净化气体与所述前驱气体产生的副产物反应，生成中间副产物；
将所述中间副产物从所述出气口排出，形成所述原子层薄膜。
7.根据权利要求6所述的原子层沉积方法，其特征在于，所述原子层沉积方法具体包括：
向所述沉积基板供应所述第一前驱气体；
向所述沉积基板供应所述净化气体，以使所述净化气体与所述第一前驱气体产生的副产物反应，生成第一中间副产物；
将所述第一中间副产物从所述出气口排出，形成第一层原子层薄膜；
向所述沉积基板供应所述第二前驱气体；
向所述沉积基板供应所述净化气体，以使所述净化气体与所述第二前驱气体产生的副产物反应，生成第二中间副产物；
将所述第二中间副产物从所述出气口排出，形成第二层原子层薄膜；
向所述沉积基板供应所述第三前驱气体；
向所述沉积基板供应所述净化气体，以使所述净化气体与所述第三前驱气体产生的副产物反应，生成第三中间副产物；
将所述第三中间副产物从所述出气口排出，形成第三层原子层薄膜。
8.根据权利要求6所述的原子层沉积方法，其特征在于，在向所述沉积基板供应所述前驱气体后，还包括以下步骤：
使所述前驱气体在所述沉积基板上进行充分扩散，以待所述净化气体供应进来。
9.根据权利要求6所述的原子层沉积方法，其特征在于，所述净化气体为氮气或氯气。
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