CN114026266A - 原子层沉积设备 - Google Patents

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H·阿米诺夫
P·索恩宁
P·J·索恩宁
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Abstract

本发明涉及原子层沉积设备(1)，该原子层沉积设备(1)包括真空室(20)、真空室(20)内的沉积室(2)、入口通道(5)，该入口通道(5)从真空室(20)的外部延伸到沉积室(2)，使得入口通道(5)连接到沉积室(2)，用于将气体供应到沉积室(2)、排放通道(6)，该排放通道(6)从沉积室(2)延伸到真空室(2)的外部，用于从沉积室(2)排放气体、连接到入口通道(5)的一个或多个第一前驱体供应源(3)、以及连接到入口通道(5)的一个或多个第二前驱体供应源(4、4’)。真空室(20)布置在一个或多个第一前驱体供应源(3)与一个或多个第二前驱体供应源(4)之间。

Description

原子层沉积设备
技术领域
本发明涉及原子层沉积设备，并且更具体地，涉及如在独立权利要求1的前序部分中描述的原子层沉积设备。
背景技术
原子层沉积方法通常利用具有低蒸气压的前驱体材料。通常，这类材料是固体前驱体材料。然而，一些液体前驱体也可以被视为低蒸气压材料。在原子层沉积方法期间，前驱体以气相供应到原子层沉积设备的沉积室。因此，固体或液体前驱体材料被气化并以气体形式投加到沉积室中，以使基材的表面经受前驱体材料。为了向沉积室供应这些低蒸气压前驱体使得用量足够大且操作速度或投加速度足够好，前驱体材料需要被加热。因此，这些前驱体源或前驱体源布置通常称为热源。
在现有技术中，前驱体通过从更远离沉积室布置的源布置延伸的通道从前驱体源供应到沉积室。现有技术的前驱体源布置和原子层沉积设备的一个缺点是，沿前驱体材料的供应路径保持增加的温度梯度受到损害，使得在供应到沉积室期间前驱体材料的温度可能局部降低。当前驱体材料的温度降低时，气态前驱体倾向于冷凝成液体。液体冷凝物使原子层沉积过程和原子层沉积设备恶化。
发明内容
本发明的目的是提供用于处理基材的原子层沉积设备，该原子层沉积设备为将被加热的前驱体从前驱体源供应到沉积室提供了高效的热条件，使得温度梯度上升以防止形成冷点以及由于冷点而导致的冷凝。
本发明的目的通过其特征在于独立权利要求中所述内容的原子层沉积设备来实现。本发明的优选实施例在从属权利要求中公开。
本发明基于提供用于根据原子层沉积原理处理基材的原子层沉积设备的想法，该原子层沉积设备具有用于使被加热的前驱体从前驱体源流向沉积室的短通路。根据本发明的原子层沉积设备包括真空室、真空室内的沉积室、入口通道，该入口通道从真空室的外部延伸到沉积室的入口通道，使得入口通道连接到沉积室，用于将气体供应到沉积室、以及排放通道，该排放通道从沉积室延伸到真空室的外部，用于从沉积室排放气体。设备进一步包括连接到入口通道的一个或多个第一前驱体供应源和连接到入口通道的一个或多个第二前驱体供应源。真空室布置在一个或多个第一前驱体供应源与一个或多个第二前驱体供应源之间。换句话说，真空室布置成使得一个或多个第一前驱体供应源布置在真空室的第一侧，并且一个或多个第二前驱体源布置在真空室的与真空室的第一侧相反的第二侧。一个或多个第一前驱体源、真空室和一个或多个第二前驱体源优选地布置在相同的水平高度处。第一前驱体源和第二前驱体源是液体前驱体源或固体前驱体源，该液体前驱体源或固体前驱体源通过入口通道供应到真空室内部的沉积室。第一前驱体源和第二前驱体源优选地为具有不同过程温度的不同前驱体源，使得第一前驱体源为高温前驱体源，并且第二前驱体源为低温前驱体源。
根据本发明的设备进一步包括第一侧隔间和第二侧隔间，使得真空室布置在第一侧隔间与第二侧隔间之间。一个或多个第一前驱体供应源布置在第一侧隔间内部，并且一个或多个第二前驱体供应源布置在第二侧隔间内部。换句话说，第一侧隔间、真空室和第二侧隔间优选地并排布置，使得真空室布置成使第一侧隔间和第二侧隔间彼此分开，并且使得来自第一前驱体源的第一前驱体供应通道和来自第二前驱体源的第二前驱体供应通道布置成在真空室的相反侧进入真空室。
根据本发明，一个或多个第一前驱体源利用一个或多个第一前驱体供应通道连接到入口通道，使得一个或多个第一前驱体供应通道布置成从一个或多个第一前驱体供应源延伸到真空室内部的入口通道。此外，根据本发明，一个或多个第二前驱体供应源利用一个或多个第二前驱体供应通道连接到入口通道，使得一个或多个第二前驱体供应通道布置成从一个或多个第二前驱体供应源延伸到真空室内部的入口通道。入口通道布置成在真空室内部延伸，使得一个或多个第一前驱体供应通道与入口通道之间的连接垂直地设置，即，入口通道与第一前驱体供应通道之间的连接是垂直的，使得通过第一前驱体供应通道供应的第一前驱体布置成垂直进入入口通道，使得第一前驱体将与通过入口通道进来的气体混合。这同样适用于一个或多个第二前驱体供应通道与入口通道之间的连接。
第一前驱体源中的第一前驱体和第二前驱体源中的第二前驱体优选地是不同的，使得第一前驱体和第二前驱体需要不同的温度水平。因此，根据本发明的实施例的设备包括布置在第一侧隔间内的一个或多个第一腔室。一个或多个第一腔室包括在一个或多个第一腔室内部的一个或多个第一前驱体供应源。一个或多个第一腔室优选地为接收腔室外部的加热能量的加热腔室，或者腔室包括用于加热腔室的加热元件。可替代地，第一侧隔间是第一腔室，该第一腔室包括至少一个加热器，用于加热布置在第一侧隔间内的一个或多个第一前驱体供应源。隔间与腔室之间的不同在于，隔间是设备的用于包含隔间内部的前驱体源的外部结构并且因此包括与包含物理源相关联的结构性元件，诸如布置在隔间内部的源瓶形件，但腔室包括与设置在源内的前驱体物质的液体或固体性质所需的腔室加热或加压相关联的特征和元件。
根据本发明的实施例，第一腔室与真空室热隔绝，这意味着第一隔间布置成形成第一腔室。可替代地，第一腔室与第一侧隔间热隔绝，这意味着第一腔室设置在第一侧隔间内部，并且是第一侧隔间内部的单独腔室。
根据本发明的实施例，设备包括在第一侧隔间与真空室之间的第一导通连接件，使得一个或多个第一前驱体供应通道穿过第一导通连接件从第一侧隔间延伸到真空室。设备进一步包括在第二侧隔间与真空室之间的第二导通连接件，使得一个或多个第二前驱体供应通道穿过第二导通连接件从第二侧隔间延伸到真空室。第一导通连接件和第二导通连接件设置在真空室的相反侧。真空室包括第一端壁和与第一端壁相对的第二端壁、以及在第一端壁处的通向真空室的开口。此外，腔室轴线在第一端壁与第二端壁之间延伸，使得真空室可以被穿过腔室轴线的假想竖向分隔壁分成两部分。第一导通连接件设置在真空室的第一部分中的真空室壁处，并且第二导通连接件设置在真空室的第二部分中的真空室壁处，即，第一导通连接件设置在真空室的与第二导通连接件相反的一侧，其中真空室利用竖向延伸穿过腔室轴线的平面分成两部分。真空室也可以利用水平延伸穿过腔室轴线的平面分成两部分，上部分和下部分。设备进一步包括在真空室的底壁处的第三导通连接件。真空室的底壁设置在真空室的下部分处。入口通道和排放通道布置成从沉积室向下延伸。入口通道从真空室内部的沉积室穿过第三导通连接件延伸到真空室的外部。
根据本发明，第一侧隔间和第二侧隔间在横向于腔室轴线的方向上，更特别地在水平地横向于腔室轴线的方向上，布置在真空室的相反侧。
根据本发明的实施例，入口通道布置成在相对于腔室轴线的横向方向上在真空室内部延伸。可替代地或附加地，入口通道布置成在相对于腔室轴线的垂直方向上在真空室内部延伸。
根据本发明的实施例，入口通道连接到真空室内部的沉积室，使得从入口通道和沉积室的连接部到第二侧隔间的距离小于从入口通道和沉积室的连接部到第一侧隔间的距离。换句话说，入口通道优选地布置成在真空室的包括到第二侧隔间的第二导通连接件的那一侧在真空室内部从真空室的底部延伸到沉积室。在这个实施例中，第一前驱体供应通道布置成穿过导通连接件从第一侧隔间延伸到入口通道的距离大于第二前驱体供应通道从第二侧隔间延伸到入口通道的距离。这在第一前驱体源的第一前驱体应当从第一前驱体源一直到入口通道均保持其高温的实施例中是特别优选的。真空室最优选地是被加热的真空室，该被加热的真空室包括在真空室内部的一个或多个加热器。
在本发明的实施例中，真空室包括具有通向真空室的开口的第一端壁以及与第一端壁相对的第二端壁，并且入口通道布置在真空室中，使得入口通道和沉积室的连接部更靠近第二端壁而不是第一端壁。
在本发明的实施例中，设备进一步包括下隔间，该下隔间连接到真空室，使得真空室布置在下隔间的上方，并且入口通道布置成从下隔间延伸到布置在真空室内部的沉积室。第三导通连接件布置在下隔间与真空室之间，以提供用于使入口通道从下隔间延伸到真空室的通路。第一侧隔间和第二侧隔间也布置在下隔间上方。
从第一侧隔间到真空室的第一导通连接件和从第二侧隔间到真空室的第二导通连接件优选地布置成，使得当前驱体供应通道在真空室的相反侧进入真空室时，延伸穿过导通件的前驱体供应通道相对于腔室轴线是横向的，该真空室被穿过腔室轴线的假想竖向平面分成两部分。从下隔间到真空室的第三导通连接件布置成使得延伸穿过第三导通件的入口通道在进入真空室时横向于腔室轴线。在本发明的优选实施例中，入口通道布置成在真空室内部在竖向方向上延伸，并且使得连接到入口通道的第一前驱体供应通道和第二前驱体供应通道相对于入口通道横向延伸。在本发明的优选实施例中，第一前驱体供应通道和第二前驱体供应通道垂直地连接到入口通道。第三导通连接件布置在下隔间与真空室之间，使得入口通道布置成竖向地或基本上竖向地延伸穿过第三导通连接件，而第一导通连接件布置在第一侧隔间与真空室之间，使得第一前驱体供应通道布置成在横向于入口通道的方向上延伸穿过第一导通连接件，并且第二导通连接件布置在第二侧隔间与真空室之间，使得第二前驱体供应通道布置成在真空室的与第一前驱体供应通道相反的一侧在横向于入口通道的方向上延伸穿过第二导通连接件。
根据本发明，设备包括布置在下隔间内的气体源。可替代地或附加地，设备包括布置在下隔间内的抽吸装置。
根据本发明，真空室布置在第一前驱体源与第二前驱体源之间，更具体地，布置在包括第一前驱体源的第一侧隔间与包括第二前驱体源的第二侧隔间之间。在这一方面，术语“之间”意味着真空室设置在第一侧隔间旁边和第二侧隔间旁边，使得第一侧隔间在真空室的与第二侧隔间相反的一侧。真空室连接到侧隔间，使得从侧隔间到真空室的通路布置有导通件。
本发明的优点是，前驱体供应通道布置成，使得从前驱体源到连接到沉积室的入口通道的距离被最小化，以便提供从前驱体源到入口通道的最佳前驱体流。本发明的另一个优点是，从前驱体源到入口通道的距离被最小化以及由于真空室加热而导致的温度梯度上升有效地防止了冷点的形成，特别是当从在侧隔间中包围前驱体源的加热腔室供应前驱体时。
附图说明
参考随附附图，借助于具体实施例详细描述本发明，在随附附图中
图1示出了根据本发明的设备的实施例；
图2示出了如从上方观察的、图1所示的设备的实施例；以及
图3示出了根据本发明的设备的另一实施例。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的设备的实施例，在该实施例中，真空室20布置在第一侧隔间30与第二侧隔间40之间并在下隔间10上方。如从图1可以看出，真空室20和第一侧隔间30连接在一起，使得存在从第一侧隔间30到真空室20的第一导通连接件300。此外，真空室20和在真空室20的与第一侧隔间30相反的一侧的第二侧隔间40连接在一起，使得存在从第二侧隔间40到真空室20的第二导通连接件400。第二导通连接件400在真空室20的与第一导通连接件300相反的一侧。此外，真空室20和下隔间10连接在一起，使得存在从下隔间10到真空室20的至少一个第三导通连接件100。图1示出了下隔间10与真空室20之间的连接件包括从下隔间10到真空室20的三个第三导通连接件100。此外，如从图1可以看出，第三导通连接件100基本上竖向地取向，并且第一导通连接件300和第二导通连接件400基本上水平地取向，使得第二导通连接件400与第三导通连接件100成60°至120°的角(最优选地成90°的角，如图1所示)，并且第三导通连接件100与第一导通连接件300成60°至120°的角(最优选地成90°的角，如图1所示)。在图1中，第二导通连接件400与第三导通连接件100之间的角度α为90°，并且第三导通连接件100与第一导通连接件300之间的角度β也为90°，使得第一导通连接件300与第二导通连接件400之间的角度为180°。
图1还示出了第一侧隔间30包括可以布置在第一腔室32中的第一前驱体源3，或者可替代地，第一侧隔间30布置成形成第一腔室32。第一腔室32为加压腔室和/或加热腔室。尽管附图中示出了第一侧隔间30封装第一前驱体源，该第一前驱体源需要比第二前驱体源4更高的温度，但是前驱体源3、4也可以切换位置，使得第一侧隔间封装第二前驱体源，并且第二侧隔间封装第一前驱体源。第一前驱体源3通过第一前驱体供应通道31连接到入口通道5，该入口通道5从下隔间10延伸到真空室20，并进一步延伸到沉积室2。第一前驱体供应通道31布置成从第一前驱体源3穿过导通连接件延伸到真空室20，并进一步延伸到入口通道5，使得第一前驱体供应通道连接到入口通道5，使得在第一前驱体供应通道与入口通道5之间形成流体连通。
图1进一步示出了第二侧隔间4包括第二前驱体源4、4’，并且在图1所示的实施例中，存在封装在第二侧隔间4内部的两个第二前驱体源4、4’。第二前驱体源4、4’通过第二前驱体供应通道41、41’连接到入口通道5。第二前驱体供应通道41、41’从第二前驱体源4、4’穿过第二导通连接件400延伸到真空室20，并进一步延伸到入口通道5，使得第二前驱体供应通道41、41’连接到入口通道5。
尽管附图中未具体示出，但是真空室20优选地被加热，使得真空室20包括连接到真空室的内表面的至少一个加热器。
真空室20包括设置在真空室20内部的沉积室2。沉积室2包括沉积室内的空间，将被涂覆的基材被放置在该空间中。入口通道5连接到沉积室5，用于在处理基材期间将气体流供应到沉积室2中。入口通道5将通过第一前驱体供应通道31从第一前驱体源供应的第一前驱体供应到沉积室2，并且还将通过第二前驱体供应通道41从第二前驱体源供应的第二前驱体供应到沉积室2，以及供应其他气体、诸如来自下隔间10的净化气体，该下隔间10包括布置在下隔间10内的气体源50。入口通道5优选地布置成从气体源50穿过第三导通连接件100延伸到真空室20，并进一步延伸到沉积室2，使得入口通道5和沉积室2连接在一起。
下隔间10进一步包括抽吸装置60或其他设备，该抽吸装置60或其他设备与通过排放通道6从沉积室2排放气体有关，该排放通道6连接到沉积室2并从真空室2穿过第三导通连接件100延伸到下隔间10。下隔间10还包括用于移动沉积室2的装置，诸如用于打开和关闭沉积室2的机械结构，该机械结构优选地布置成使得沉积室2的底部布置成在真空室2中向下移动以打开沉积室2，以及进一步向上移动以关闭沉积室2。图1还示出了用于打开和关闭真空室2的门8设置在真空室2的前侧上，使得第一侧隔间30布置成与门8相邻，并且第二侧隔间40布置成在门8的与第一侧隔间30相反的一侧与门8相邻。
图2示出了如从上方观察的、图1所示的设备1的实施例。腔室轴线x在真空室20的第一端壁21与第二端壁22之间延伸。在本发明的这个实施例中，第一端壁21是真空室20的前壁，该前壁包括通向真空室20的开口80，开口80可以用门8关闭，以形成封闭的真空室20。如从真空室20上方看出，腔室轴线x将真空室20分成两部分：具有到第一侧腔室30的第一导通连接件300的第一部分，以及具有到第二侧腔室40的第二导通连接件400的第二部分。第一导通连接件300为第一前驱体供应通道31提供第一通路，该第一前驱体供应通道31从第一侧隔间30内部的第一前驱体源3延伸到真空室20内部的入口通道5。第二导通连接件400为第二前驱体供应通道41、41’提供第二通路，该第二前驱体供应通道41、41’从第二侧隔间40内部的第二前驱体源4、4’延伸到真空室20内部的入口通道5。
真空室20包括设置在真空室20内部的沉积室2。从下隔间基本上竖向地延伸到真空室20的入口通道5连接到沉积室，使得从第一前驱体供应通道31和第二前驱体供应通道41、41’到入口通道5的连接部在第三导通连接件100与到沉积室2的连接部之间的区域中设置在入口通道5处。连接到沉积室2的用于从沉积室2排放气体的排放通道6优选地布置成从沉积室2竖向地延伸到下隔间10。在图2所示的实施例中，入口通道5在真空室2中布置成更靠近第二侧隔间40而不是第一侧隔间30。然而，可替代地，入口通道5可以在真空室2中布置成更靠近第一侧隔间30而不是第二侧隔间40。
图3示出了根据本发明的设备的另一实施例，在该实施例中，入口通道5布置成使得从第一侧隔间30到入口通道5的距离和从第二侧隔间40到入口通道5的距离基本上相同。在这个示例中，入口通道5布置成更靠近真空室的第二端壁22而不是第一端壁21。除此以外，这个示例性附图中的所有其他特征均与图2类似。然而，这个示例示出了，尽管第一前驱体供应通道31被最小化，但是第二前驱体供应通道41、41’布置成从第二前驱体源4、4’经由两次角度转变延伸到入口通道5。
上面已经参考附图中示出的示例描述了本发明。然而，本发明不以任何方式限于以上示例，而是可以在权利要求书的范围内变化。

Claims (14)

1.一种原子层沉积设备(1)，用于根据原子层沉积原理处理基材，所述设备(1)包括：
-真空室(20)，
-沉积室(2)，所述沉积室在所述真空室(20)内，
-入口通道(5)，所述入口通道从所述真空室(20)的外部延伸到所述沉积室(2)，使得所述入口通道(5)连接到所述沉积室(2)，用于将气体供应到所述沉积室(2)，
-排放通道(6)，所述排放通道从所述沉积室(2)延伸到所述真空室(20)的外部，用于从所述沉积室(2)排放气体，
其特征在于，所述设备(1)进一步包括
-一个或多个第一前驱体供应源(3)，所述一个或多个第一前驱体供应源连接到所述入口通道(5)，以及
-一个或多个第二前驱体供应源(4、4’)，所述一个或多个第二前驱体供应源连接到所述入口通道(5)，
所述真空室(20)布置在所述一个或多个第一前驱体供应源(3)与所述一个或多个第二前驱体供应源(4)之间，
所述设备(1)进一步包括第一侧隔间(30)和第二侧隔间(40)，使得所述真空室(20)布置在所述第一侧隔间(30)与所述第二侧隔间(40)之间，所述一个或多个第一前驱体供应源(3)布置在所述第一侧隔间(30)的内部，并且所述一个或多个第二前驱体供应源(4、4’)布置在所述第二侧隔间(40)的内部。
2.根据权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述一个或多个第一前驱体供应源(3)利用一个或多个第一前驱体供应通道(31)连接到所述入口通道(5)，使得所述一个或多个第一前驱体供应通道(31)布置成从所述一个或多个第一前驱体供应源(3)延伸到所述真空室(20)内部的所述入口通道(5)。
3.根据权利要求1或2所述的设备(1)，其特征在于，所述一个或多个第二前驱体供应源(4、4’)利用一个或多个第二前驱体供应通道(41、41’)连接到所述入口通道(5)，使得所述一个或多个第二前驱体供应通道(41、41’)布置成从所述一个或多个第二前驱体供应源(4、4’)延伸到所述真空室(20)内部的所述入口通道(5)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述设备(1)包括布置在所述第一侧隔间(30)内的一个或多个第一腔室(32)，所述一个或多个第一腔室(32)包括在所述一个或多个第一腔室(32)内部的所述一个或多个第一前驱体供应源(3)；或者
所述第一侧隔间(30)是第一腔室，所述第一腔室包括至少一个加热器，用于加热布置在所述第一侧隔间(30)内的所述一个或多个第一前驱体供应源(3)。
5.根据权利要求4所述的设备(1)，其特征在于，所述第一腔室(32)与所述真空室(20)热隔绝；或者
所述第一腔室(32)与所述第一侧隔间(30)热隔绝。
6.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述设备包括第一导通连接件(300)以及第二导通连接件(400)，所述第一导通连接件(300)在所述第一侧隔间(30)与所述真空室(20)之间，使得所述一个或多个第一前驱体供应通道(31)穿过所述第一导通连接件(300)从所述第一侧隔间(30)延伸到所述真空室(20)，所述第二导通连接件(400)在所述第二侧隔间(40)与所述真空室(20)之间，使得所述一个或多个第二前驱体供应通道(41)穿过所述第二导通连接件(400)从所述第二侧隔间(40)延伸到所述真空室(20)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述入口通道(5)和所述排放通道(6)布置成从所述沉积室(2)向下延伸。
8.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述真空室(20)包括
第一端壁(21)，
第二端壁(22)，所述第二端壁与所述第一端壁(21)相对，
腔室轴线(x)，所述腔室轴线在所述第一端壁(21)与所述第二端壁(22)之间延伸，以及
通向所述真空室(20)的开口(80)，所述开口布置在所述第一端壁(21)处，
所述第一侧隔间(30)和所述第二侧隔间(40)在横向于所述腔室轴线(x)的方向上布置在所述真空室(20)的相反侧。
9.根据权利要求8所述的设备(1)，其特征在于，所述入口通道(5)布置成在相对于所述腔室轴线(x)的横向方向上在所述真空室(20)的内部延伸；或者
所述入口通道(5)布置成在相对于所述腔室轴线(x)的垂直方向上在所述真空室(20)的内部延伸。
10.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述入口通道(5)连接到所述真空室(20)内部的所述沉积室(2)，使得从入口通道(5)和所述沉积室(2)的连接部到所述第二侧隔间(40)的距离(d1)小于从入口通道(5)和所述沉积室(2)的所述连接部到所述第一侧隔间(30)的距离(d2)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述真空室(20)包括具有通向所述真空室(20)的开口(80)的第一端壁(21)以及与所述第一端壁(21)相对的第二端壁(22)，所述入口通道(5)布置在所述真空室(20)中，使得入口通道(5)和所述沉积室(2)的连接部更靠近所述第二端壁(22)而不是所述第一端壁(21)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述设备(1)进一步包括下隔间(10)，所述下隔间(10)连接到所述真空室(20)，使得所述真空室(20)布置在所述下隔间(10)的上方，并且所述入口通道(5)布置成从所述下隔间(10)延伸到布置在所述真空室(20)内部的所述沉积室(2)。
13.根据权利要求12所述的设备(1)，其特征在于，所述第一侧隔间(30)和所述第二侧隔间(40)布置在所述下隔间(10)的上方。
14.根据权利要求12或13所述的设备(1)，其特征在于，所述设备(1)包括布置在所述下隔间(10)内的气体源(50)；或者
所述设备(1)包括布置在所述下隔间(10)内的抽吸装置(60)；或者
所述设备(1)包括布置在所述下隔间(10)内的气体源(50)和抽吸装置(60)。
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