CN108715999A

CN108715999A - 原子层沉积装置

Info

Publication number: CN108715999A
Application number: CN201810890088.7A
Authority: CN
Inventors: 夏洋
Original assignee: JIAXING KEMIN ELECTRONIC EQUIPMENT TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: JIAXING KEMIN ELECTRONIC EQUIPMENT TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2018-08-07
Filing date: 2018-08-07
Publication date: 2018-10-30

Abstract

本发明公开了一种原子层沉积装置，所述原子层沉积装置包括：第一真空腔、第一样品台、第一真空泵、第二真空泵、第一反应气体源、第二反应气体源以及第一惰性气体源；其中，所述第一样品台设置在所述第一真空腔中；所述第一真空腔包括进气口和出气口，所述第一真空腔的进气口通过管道连接所述第一反应气体源、所述第二反应气体源以及所述第一惰性气体源，所述第一真空腔的出气口通过管道连接所述第一真空泵和所述第二真空泵。本发明提供的原子层沉积装置，通过设置两个真空泵，能够避免两种反应前驱体在同一个真空泵中发生反应而影响真空泵的抽气效率。

Description

原子层沉积装置

技术领域

本发明涉及薄膜涂层技术领域，具体涉及一种原子层沉积装置。

背景技术

原子层沉积(ALD，Atomic Layer Deposition)技术是最前沿的薄膜沉积技术。它的原理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，并以单原子膜的形式一层一层形成沉积膜的一种方法。原子层沉积主要包括以下过程：往真空腔中充入反应前驱体，例如，反应物A；等待反应物A在样品上饱和吸附后，用真空泵将多余反应物A抽干净；往真空腔中充入惰性气体，例如，氮气，对真空腔进行吹扫；用真空泵将惰性气体抽干净；往真空腔中充入另一反应前驱体，例如，反应物B；反应物A和反应物B在样品上反应生成A-B；用真空泵将多余反应物B抽干净。重复上述过程，便可以获得所需厚度的A-B材料。

原子层沉积技术可以在基体上形成非常薄的膜，因而可以准确控制薄膜的厚度，在任何形状的基体上进行接近百分之百的覆盖。然而，由于反应物A和反应物B在真空泵中也会发生反应，生成A-B物质，该物质会影响真空泵的抽气效率，甚至导致真空泵的损坏。

发明内容

本发明所要解决的是原子层沉积过程中反应前驱体会在真空泵中发生反应的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种原子层沉积装置，包括：第一真空腔、第一样品台、第一真空泵、第二真空泵、第一反应气体源、第二反应气体源以及第一惰性气体源；其中，所述第一样品台设置在所述第一真空腔中；所述第一真空腔包括进气口和出气口，所述第一真空腔的进气口通过管道连接所述第一反应气体源、所述第二反应气体源以及所述第一惰性气体源，所述第一真空腔的出气口通过管道连接所述第一真空泵和所述第二真空泵。

可选的，所述第一真空腔的进气口包括第一进气口、第二进气口以及第三进气口；所述第一进气口通过二通管道连接所述第一反应气体源，所述第二进气口通过二通管道连接所述第二反应气体源，所述第三进气口通过二通管道连接所述第一惰性气体源；所述第一进气口与所述第一反应气体源之间的管道、所述第二进气口与所述第二反应气体源之间的管道、所述第三进气口与所述第一惰性气体源之间的管道上均设置有阀门。

可选的，所述第一真空腔的进气口包括第一进气口和第二进气口；所述第一进气口通过三通管道连接所述第一反应气体源和所述第一惰性气体源，所述第二进气口通过二通管道连接所述第二反应气体源，其中，三通管道的主管连接所述第一进气口；三通管道的两条支管、所述第二进气口与所述第二反应气体源之间的管道上均设置有阀门。

可选的，所述第一真空腔的进气口包括第一进气口和第二进气口；所述第一进气口通过二通管道连接所述第一反应气体源，所述第二进气口通过三通管道连接所述第二反应气体源和所述第一惰性气体源，其中，三通管道的主管连接所述第二进气口；三通管道的两条支管、所述第一进气口与所述第一反应气体源之间的管道上均设置有阀门。

可选的，所述第一真空腔的进气口通过四通管道连接所述第一反应气体源、所述第二反应气体源以及所述第一惰性气体源，其中，四通管道的主管连接所述第一真空腔的进气口，四通管道的三条支管上均设置有阀门。

可选的，所述第一真空腔的出气口包括第一出气口和第二出气口；所述第一出气口通过二通管道连接所述第一真空泵，所述第二出气口通过二通管道连接所述第二真空泵；所述第一出气口与所述第一真空泵之间的管道、所述第二出气口与所述第二真空泵之间的管道上均设置有阀门。

可选的，所述第一真空腔的出气口通过三通管道连接所述第一真空泵和所述第二真空泵，其中，三通管道的主管连接所述第一真空腔的出气口，三通管道的两条支管上均设置有阀门。

可选的，所述原子层沉积装置还包括：第二真空腔、第二样品台、第三反应气体源、第四反应气体源以及第二惰性气体源；其中，所述第二样品台设置在所述第二真空腔中；所述第二真空腔包括进气口和出气口，所述第二真空腔的进气口通过管道连接所述第三反应气体源、所述第四反应气体源以及所述第二惰性气体源，所述第二真空腔的出气口通过管道连接所述第一真空泵和所述第二真空泵。

可选的，所述第一真空腔的出气口包括第一出气口和第二出气口，所述第二真空腔的出气口包括第三出气口和第四出气口；所述第一真空泵通过三通管道连接所述第一出气口和所述第三出气口，其中，三通管道的主管连接所述第一真空泵，三通管道的两条支管上均设置有阀门；所述第二真空泵通过三通管道连接所述第二出气口和所述第四出气口，其中，三通管道的主管连接所述第二真空泵，三通管道的两条支管上均设置有阀门。

可选的，所述第一惰性气体源和所述第二惰性气体源为氮气源。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明提供的原子层沉积装置，通过设置两个真空泵，可以采用一个真空泵抽取一种反应前驱体，采用另一个真空泵抽取另一种反应前驱体，避免两种反应前驱体在同一个真空泵中发生反应而影响真空泵的抽气效率，从而提高真空泵的使用寿命。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1是本发明一种实施例的原子层沉积装置的结构示意图；

图2是本发明另一种实施例的原子层沉积装置的结构示意图；

图3是本发明又一种实施例的原子层沉积装置的结构示意图；

图4是本发明又一种实施例的原子层沉积装置的结构示意图；

图5是本发明再一种实施例的原子层沉积装置的结构示意图；

图6是本发明再一种实施例的原子层沉积装置的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

11-第一真空腔，12-第一样品台，13-第一真空泵，14-第二真空泵，15-第一反应气体源，16-第二反应气体源，17-第一惰性气体源，21-第二真空腔，22-第二样品台，25-第三反应气体源，26-第四反应气体源，27-第二惰性气体源。

具体实施方式

本发明提供一种原子层沉积装置，所述原子层沉积装置包括第一真空腔、第一样品台、第一真空泵、第二真空泵、第一反应气体源、第二反应气体源以及第一惰性气体源。具体地，所述第一样品台设置在所述第一真空腔中，用于放置沉积基体。所述第一真空腔包括进气口和出气口，所述第一真空腔的进气口通过管道连接所述第一反应气体源、所述第二反应气体源以及所述第一惰性气体源，所述第一反应气体源用于向所述第一真空腔提供一种反应前驱体，所述第二反应气体源用于向所述第一真空腔提供另一种反应前驱体，所述第一惰性气体源用于向所述第一真空腔提供惰性气体，例如氮气。所述第一真空腔的出气口通过管道连接所述第一真空泵和所述第二真空泵，所述第一真空泵用于抽取多余的一种反应前驱体，所述第二真空泵用于抽取多余的另一种反应前驱体。

采用本发明提供的原子层沉积装置进行原子层沉积的过程如下：将沉积基体放置在所述第一样品台上；由所述第一反应气体源向所述第一真空腔中充入第一反应前驱体；等待第一反应前驱体在样品上饱和吸附后，由所述第一真空泵将多余的第一反应前驱体抽干净；由所述第一惰性气体源向所述第一真空腔中充入惰性气体，对所述第一真空腔进行吹扫；由所述第一真空泵或者所述第二真空泵将惰性气体抽干净；由所述第二反应气体源向所述第一真空腔中充入第二反应前驱体；第一反应前驱体和第二反应前驱体在样品上反应生成所需物质；由所述第二真空泵将多余的第二反应前驱体抽干净。重复上述过程，便可以获得所需厚度的薄膜材料。

本发明提供的原子层沉积装置，通过设置所述第一真空泵和所述第二真空泵，由所述第一真空泵抽取一种反应前驱体，由所述第二真空泵抽取另一种反应前驱体，避免两种反应前驱体在同一个真空泵中发生反应而影响真空泵的抽气效率，从而提高真空泵的使用寿命。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

图1是本实施例的原子层沉积装置的结构示意图，所述原子层沉积装置包括第一真空腔11、第一样品台12、第一真空泵13、第二真空泵14、第一反应气体源15、第二反应气体源16以及第一惰性气体源17。

具体地，所述第一样品台12设置在所述第一真空腔11中，用于放置沉积基体。所述第一真空腔11包括进气口和出气口，所述第一真空腔11的进气口通过管道连接所述第一反应气体源15、所述第二反应气体源16以及所述第一惰性气体源17，所述第一反应气体源15用于向所述第一真空腔11提供一种反应前驱体，所述第二反应气体源16用于向所述第一真空腔提供另一种反应前驱体，所述第一惰性气体源17用于向所述第一真空腔提供惰性气体。在本实施例中，所述第一惰性气体源17为氮气源。所述第一真空腔11的出气口通过管道连接所述第一真空泵13和所述第二真空泵14，所述第一真空泵13用于抽取多余的一种反应前驱体，所述第二真空泵14用于抽取多余的另一种反应前驱体。

在本实施例中，所述第一真空腔11的出气口包括第一出气口和第二出气口。所述第一出气口通过二通管道连接所述第一真空泵13，所述第二出气口通过二通管道连接所述第二真空泵14，所述第一出气口与所述第一真空泵13之间的管道、所述第二出气口与所述第二真空泵14之间的管道上均设置有阀门。

进一步，所述第一真空腔11的进气口包括第一进气口、第二进气口以及第三进气口。所述第一进气口通过二通管道连接所述第一反应气体源15，所述第二进气口通过二通管道连接所述第二反应气体源16，所述第三进气口通过二通管道连接所述第一惰性气体源17，所述第一进气口与所述第一反应气体源15之间的管道、所述第二进气口与所述第二反应气体源16之间的管道、所述第三进气口与所述第一惰性气体源17之间的管道上均设置有阀门。

采用本实施例的原子层沉积装置进行原子层沉积的过程如下：关闭所有阀门，将沉积基体放置在所述第一样品台12上；打开所述第一进气口与所述第一反应气体源15之间的阀门，由所述第一反应气体源15向所述第一真空腔中充入第一反应前驱体；等待第一反应前驱体在样品上饱和吸附后，关闭所述第一进气口与所述第一反应气体源15之间的阀门，接着打开所述第一出气口与所述第一真空泵13之间阀门，由所述第一真空泵13对多余的第一反应前驱体进行抽取；将多余的第一反应前驱体抽干净后，关闭所述第一出气口与所述第一真空泵13之间阀门，接着打开所述第三进气口与所述第一惰性气体源17之间的阀门，由所述第一惰性气体源17向所述第一真空腔中充入惰性气体，对所述第一真空腔11进行吹扫；吹扫完成后，关闭所述第三进气口与所述第一惰性气体源17之间的阀门，接着打开所述第一出气口与所述第一真空泵13之间阀门或者所述第二出气口与所述第二真空泵14之间阀门，由所述第一真空泵13或者所述第二真空泵14对惰性气体进行抽取；将惰性气体抽干净后，关闭所述第一出气口与所述第一真空泵13之间阀门或者所述第二出气口与所述第二真空泵14之间阀门，接着打开所述第二进气口与所述第二反应气体源16之间的阀门，由所述第二反应气体源16向所述第一真空腔11中充入第二反应前驱体；第一反应前驱体和第二反应前驱体在样品上反应生成所需物质；反应完成后，关闭所述第二进气口与所述第二反应气体源16之间的阀门，接着打开所述第二出气口与所述第二真空泵14之间阀门，由所述第二真空泵14对多余的第二反应前驱体进行抽取。

在本实施例中，所述第一真空泵13和所述第二真空泵14不共用所述第一真空腔11的出气口，所述第一反应气体源15、所述第二反应气体源16以及所述第一惰性气体源17不共用所述第一真空腔11的进气口。

实施例2

图2是本实施例的原子层沉积装置的结构示意图，与实施例1相比，区别在于：第一真空腔11的进气口包括第一进气口和第二进气口；所述第一进气口通过三通管道连接第一反应气体源15和第一惰性气体源17，所述第二进气口通过二通管道连接第二反应气体源16，其中，三通管道的主管连接所述第一进气口；三通管道的两条支管、所述第二进气口与所述第二反应气体源16之间的管道上均设置有阀门。也就是说，三通管道包括一条主管和两条支管，三通管道的主管与所述第一进气口连接，三通管道的一条支管连接所述第一反应气体源15，三通管道的另一条支管连接所述第一惰性气体源17。

在本实施例中，所述第一反应气体源15和所述第一惰性气体源17共用所述第一真空腔11的一个进气口。本实施例的原子层沉积装置的工作原理与实施例1的原子层沉积装置的工作原理类似，在此不再赘述。

实施例3

图3是本实施例的原子层沉积装置的结构示意图，与实施例1相比，区别在于：第一真空腔的进气口包括第一进气口和第二进气口；所述第一进气口通过二通管道连接第一反应气体源15，所述第二进气口通过三通管道连接第二反应气体源16和第一惰性气体源17，其中，三通管道的主管连接所述第二进气口；三通管道的两条支管、所述第一进气口与所述第一反应气体源15之间的管道上均设置有阀门。也就是说，三通管道包括一条主管和两条支管，三通管道的主管与所述第二进气口连接，三通管道的一条支管连接所述第二反应气体源16，三通管道的另一条支管连接所述第一惰性气体源17。

在本实施例中，所述第二反应气体源16和所述第一惰性气体源17共用所述第一真空腔11的一个进气口。本实施例的原子层沉积装置的工作原理与实施例1的原子层沉积装置的工作原理类似，在此不再赘述。

实施例4

图4是本实施例的原子层沉积装置的结构示意图，与实施例1相比，区别在于：第一真空腔11的进气口通过四通管道连接第一反应气体源15、第二反应气体源16以及第一惰性气体源17，其中，四通管道的主管连接所述第一真空腔11的进气口，四通管道的三条支管上均设置有阀门。也就是说，四通管道包括一条主管和三条支管，四通管道的主管与所述第一真空腔11的进气口连接，四通管道的三条支管分别连接所述第一反应气体源15、所述第二反应气体源16以及所述第一惰性气体源17。

在本实施例中，所述第一真空腔11仅设置一个进气口，所述第一反应气体源15、所述第二反应气体源16以及所述第一惰性气体源17共用该进气口。本实施例的原子层沉积装置的工作原理与实施例1的原子层沉积装置的工作原理类似，在此不再赘述。

实施例5

图5是本实施例的原子层沉积装置的结构示意图，与实施例1相比，区别在于：第一真空腔11的出气口通过三通管道连接第一真空泵13和第二真空泵14，其中，三通管道的主管连接所述第一真空腔11的出气口，三通管道的两条支管上均设置有阀门。也就是说，三通管道包括一条主管和两条支管，三通管道的主管与所述第一真空腔11的出气口连接，三通管道的两条支管分别连接所述第一真空泵13和所述第二真空泵14。

在本实施例中，所述第一真空腔11仅设置一个出气口，所述第一真空泵13和所述第二真空泵14共用该出气口。本实施例的原子层沉积装置的工作原理与实施例1的原子层沉积装置的工作原理类似，在此不再赘述。

实施例6

图6是本实施例的原子层沉积装置的结构示意图，与实施例1相比，区别在于：本实施例的原子层沉积装置还包括第二真空腔21、第二样品台22、第三反应气体源25、第四反应气体源26以及第二惰性气体源27，所述第三反应气体源25提供的反应前驱体与所述第一反应气体源15提供的反应前驱体相同，所述第四反应气体源26提供的反应前驱体与所述第二反应气体源16提供的反应前驱体相同，所述第二惰性气体源27提供的惰性气体与所述第一惰性气体源17提供的惰性气体相同；其中，所述第二样品台22设置在所述第二真空腔21中；所述第二真空腔21包括进气口和出气口，所述第二真空腔21的进气口通过管道连接所述第三反应气体源25、所述第四反应气体源26以及所述第二惰性气体源27，所述第二真空腔21的出气口通过管道连接所述第一真空泵13和所述第二真空泵14。所述第二真空腔21的进气口与所述第三反应气体源25、所述第四反应气体源26以及所述第二惰性气体源27的具体连接方式，与所述第一真空腔11的进气口与所述第一反应气体源15、所述第二反应气体源16以及所述第一惰性气体源17的连接方式类似，具体可参考实施例1至实施例4的描述，在此不再赘述。

进一步，所述第一真空腔11的出气口包括第一出气口和第二出气口，所述第二真空腔21的出气口包括第三出气口和第四出气口；所述第一真空泵13通过三通管道连接所述第一出气口和所述第三出气口，其中，三通管道的主管连接所述第一真空泵13，三通管道的两条支管上均设置有阀门，也就是说，三通管道包括一条主管和两条支管，三通管道的主管与所述第一真空泵13连接，三通管道的两条支管分别连接所述第一出气口和所述第三出气口；所述第二真空泵14通过三通管道连接所述第二出气口和所述第四出气口，其中，三通管道的主管连接所述第二真空泵14，三通管道的两条支管上均设置有阀门，也就是说，三通管道包括一条主管和两条支管，三通管道的主管与所述第二真空泵14连接，三通管道的两条支管分别连接所述第二出气口和所述第四出气口。

本实施例提供的原子层沉积装置，通过两个真空腔共用两个真空泵，使得所述第一真空泵13在抽取所述第一真空腔11中的第一反应前驱体时，所述第二真空泵14可以抽取所述第二真空腔21中的第二反应前驱体，或者使得所述第一真空泵13在抽取所述第二真空腔21中的第一反应前驱体时，所述第二真空泵14可以抽取所述第一真空腔11中的第二反应前驱体，不仅可以避免两种反应前驱体在真空泵中发生反应而影响真空泵的抽气效率，也可以提高真空泵的利用率，降低真空泵的闲置时间。

以上所述的具体实施方式，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方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，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

1.一种原子层沉积装置，其特征在于，包括：第一真空腔(11)、第一样品台(12)、第一真空泵(13)、第二真空泵(14)、第一反应气体源(15)、第二反应气体源(16)以及第一惰性气体源(17)；其中，

所述第一样品台(12)设置在所述第一真空腔(11)中；

所述第一真空腔(11)包括进气口和出气口，所述第一真空腔(11)的进气口通过管道连接所述第一反应气体源(15)、所述第二反应气体源(16)以及所述第一惰性气体源(17)，所述第一真空腔(11)的出气口通过管道连接所述第一真空泵(13)和所述第二真空泵(14)。

2.根据权利要求1所述的原子层沉积装置，其特征在于，所述第一真空腔(11)的进气口包括第一进气口、第二进气口以及第三进气口；

所述第一进气口通过二通管道连接所述第一反应气体源(15)，所述第二进气口通过二通管道连接所述第二反应气体源(16)，所述第三进气口通过二通管道连接所述第一惰性气体源(17)；

所述第一进气口与所述第一反应气体源(15)之间的管道、所述第二进气口与所述第二反应气体源(16)之间的管道、所述第三进气口与所述第一惰性气体源(17)之间的管道上均设置有阀门。

3.根据权利要求1所述的原子层沉积装置，其特征在于，所述第一真空腔(11)的进气口包括第一进气口和第二进气口；

所述第一进气口通过三通管道连接所述第一反应气体源(15)和所述第一惰性气体源(17)，所述第二进气口通过二通管道连接所述第二反应气体源(16)，其中，三通管道的主管连接所述第一进气口；

三通管道的两条支管、所述第二进气口与所述第二反应气体源(16)之间的管道上均设置有阀门。

4.根据权利要求1所述的原子层沉积装置，其特征在于，所述第一真空腔(11)的进气口包括第一进气口和第二进气口；

所述第一进气口通过二通管道连接所述第一反应气体源(15)，所述第二进气口通过三通管道连接所述第二反应气体源(16)和所述第一惰性气体源(17)，其中，三通管道的主管连接所述第二进气口；

三通管道的两条支管、所述第一进气口与所述第一反应气体源(15)之间的管道上均设置有阀门。

5.根据权利要求1所述的原子层沉积装置，其特征在于，所述第一真空腔(11)的进气口通过四通管道连接所述第一反应气体源(15)、所述第二反应气体源(16)以及所述第一惰性气体源(17)，其中，四通管道的主管连接所述第一真空腔(11)的进气口，四通管道的三条支管上均设置有阀门。

6.根据权利要求1至5任一项所述的原子层沉积装置，其特征在于，所述第一真空腔(11)的出气口包括第一出气口和第二出气口；

所述第一出气口通过二通管道连接所述第一真空泵(13)，所述第二出气口通过二通管道连接所述第二真空泵(14)；

所述第一出气口与所述第一真空泵(13)之间的管道、所述第二出气口与所述第二真空泵(14)之间的管道上均设置有阀门。

7.根据权利要求1至5任一项所述的原子层沉积装置，其特征在于，所述第一真空腔(11)的出气口通过三通管道连接所述第一真空泵(13)和所述第二真空泵(14)，其中，三通管道的主管连接所述第一真空腔(11)的出气口，三通管道的两条支管上均设置有阀门。

8.根据权利要求1至5任一项所述的原子层沉积装置，其特征在于，还包括：第二真空腔(21)、第二样品台(22)、第三反应气体源(25)、第四反应气体源(26)以及第二惰性气体源(27)；其中，

所述第二样品台(22)设置在所述第二真空腔(21)中；

所述第二真空腔(21)包括进气口和出气口，所述第二真空腔(21)的进气口通过管道连接所述第三反应气体源(25)、所述第四反应气体源(26)以及所述第二惰性气体源(27)，所述第二真空腔(21)的出气口通过管道连接所述第一真空泵(13)和所述第二真空泵(14)。

9.根据权利要求8所述的原子层沉积装置，其特征在于，所述第一真空腔(11)的出气口包括第一出气口和第二出气口，所述第二真空腔(21)的出气口包括第三出气口和第四出气口；

所述第一真空泵(13)通过三通管道连接所述第一出气口和所述第三出气口，其中，三通管道的主管连接所述第一真空泵(13)，三通管道的两条支管上均设置有阀门；

所述第二真空泵(14)通过三通管道连接所述第二出气口和所述第四出气口，其中，三通管道的主管连接所述第二真空泵(14)，三通管道的两条支管上均设置有阀门。

10.根据权利要求8所述的原子层沉积装置，其特征在于，所述第一惰性气体源(17)和所述第二惰性气体源(27)为氮气源。