技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本
發(fā)明涉及
薄膜涂層技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種原子層沉積裝置。
背景技術(shù)
[0002] 原子層沉積(ALD，Atomic?Layer?Deposition)技術(shù)是最前沿的薄膜沉積技術(shù)。它的原理是通過將氣相前驅(qū)體脈沖交替地通入反應(yīng)器并在沉積基體上化學(xué)
吸附并反應(yīng)，并以單原子膜的形式一層一層形成沉積膜的一種方法。原子層沉積主要包括以下過程：往
真空腔中充入反應(yīng)前驅(qū)體，例如，反應(yīng)物A；等待反應(yīng)物A在樣品上飽和吸附后，用真空
泵將多余反應(yīng)物A抽干凈；往真空腔中充入惰性氣體，例如，氮氣，對真空腔進(jìn)行吹掃；用
真空泵將惰性氣體抽干凈；往真空腔中充入另一反應(yīng)前驅(qū)體，例如，反應(yīng)物B；反應(yīng)物A和反應(yīng)物B在樣品上反應(yīng)生成A-B；用真空泵將多余反應(yīng)物B抽干凈。重復(fù)上述過程，便可以獲得所需厚度的A-B材料。
[0003] 原子層沉積技術(shù)可以在基體上形成非常薄的膜，因而可以準(zhǔn)確控制薄膜的厚度，在任何形狀的基體上進(jìn)行接近百分之百的
覆蓋。然而，由于反應(yīng)物A和反應(yīng)物B在真空泵中也會發(fā)生反應(yīng)，生成A-B物質(zhì)，該物質(zhì)會影響真空泵的抽氣效率，甚至導(dǎo)致真空泵的損壞。
發(fā)明內(nèi)容
[0004] 本發(fā)明所要解決的是原子層沉積過程中反應(yīng)前驅(qū)體會在真空泵中發(fā)生反應(yīng)的問題。
[0005] 本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0006] 一種原子層沉積裝置，包括：第一真空腔、第一樣品臺、第一真空泵、第二真空泵、第一反應(yīng)氣體源、第二反應(yīng)氣體源以及第一惰性氣體源；其中，所述第一樣品臺設(shè)置在所述第一真空腔中；所述第一真空腔包括進(jìn)氣口和出氣口，所述第一真空腔的進(jìn)氣口通過管道連接所述第一反應(yīng)氣體源、所述第二反應(yīng)氣體源以及所述第一惰性氣體源，所述第一真空腔的出氣口通過管道連接所述第一真空泵和所述第二真空泵。
[0007] 可選的，所述第一真空腔的進(jìn)氣口包括第一進(jìn)氣口、第二進(jìn)氣口以及第三進(jìn)氣口；所述第一進(jìn)氣口通過二通管道連接所述第一反應(yīng)氣體源，所述第二進(jìn)氣口通過二通管道連接所述第二反應(yīng)氣體源，所述第三進(jìn)氣口通過二通管道連接所述第一惰性氣體源；所述第一進(jìn)氣口與所述第一反應(yīng)氣體源之間的管道、所述第二進(jìn)氣口與所述第二反應(yīng)氣體源之間的管道、所述第三進(jìn)氣口與所述第一惰性氣體源之間的管道上均設(shè)置有
閥門。
[0008] 可選的，所述第一真空腔的進(jìn)氣口包括第一進(jìn)氣口和第二進(jìn)氣口；所述第一進(jìn)氣口通過三通管道連接所述第一反應(yīng)氣體源和所述第一惰性氣體源，所述第二進(jìn)氣口通過二通管道連接所述第二反應(yīng)氣體源，其中，三通管道的主管連接所述第一進(jìn)氣口；三通管道的兩條支管、所述第二進(jìn)氣口與所述第二反應(yīng)氣體源之間的管道上均設(shè)置有閥門。
[0009] 可選的，所述第一真空腔的進(jìn)氣口包括第一進(jìn)氣口和第二進(jìn)氣口；所述第一進(jìn)氣口通過二通管道連接所述第一反應(yīng)氣體源，所述第二進(jìn)氣口通過三通管道連接所述第二反應(yīng)氣體源和所述第一惰性氣體源，其中，三通管道的主管連接所述第二進(jìn)氣口；三通管道的兩條支管、所述第一進(jìn)氣口與所述第一反應(yīng)氣體源之間的管道上均設(shè)置有閥門。
[0010] 可選的，所述第一真空腔的進(jìn)氣口通過四通管道連接所述第一反應(yīng)氣體源、所述第二反應(yīng)氣體源以及所述第一惰性氣體源，其中，四通管道的主管連接所述第一真空腔的進(jìn)氣口，四通管道的三條支管上均設(shè)置有閥門。
[0011] 可選的，所述第一真空腔的出氣口包括第一出氣口和第二出氣口；所述第一出氣口通過二通管道連接所述第一真空泵，所述第二出氣口通過二通管道連接所述第二真空泵；所述第一出氣口與所述第一真空泵之間的管道、所述第二出氣口與所述第二真空泵之間的管道上均設(shè)置有閥門。
[0012] 可選的，所述第一真空腔的出氣口通過三通管道連接所述第一真空泵和所述第二真空泵，其中，三通管道的主管連接所述第一真空腔的出氣口，三通管道的兩條支管上均設(shè)置有閥門。
[0013] 可選的，所述原子層沉積裝置還包括：第二真空腔、第二樣品臺、第三反應(yīng)氣體源、第四反應(yīng)氣體源以及第二惰性氣體源；其中，所述第二樣品臺設(shè)置在所述第二真空腔中；所述第二真空腔包括進(jìn)氣口和出氣口，所述第二真空腔的進(jìn)氣口通過管道連接所述第三反應(yīng)氣體源、所述第四反應(yīng)氣體源以及所述第二惰性氣體源，所述第二真空腔的出氣口通過管道連接所述第一真空泵和所述第二真空泵。
[0014] 可選的，所述第一真空腔的出氣口包括第一出氣口和第二出氣口，所述第二真空腔的出氣口包括第三出氣口和第四出氣口；所述第一真空泵通過三通管道連接所述第一出氣口和所述第三出氣口，其中，三通管道的主管連接所述第一真空泵，三通管道的兩條支管上均設(shè)置有閥門；所述第二真空泵通過三通管道連接所述第二出氣口和所述第四出氣口，其中，三通管道的主管連接所述第二真空泵，三通管道的兩條支管上均設(shè)置有閥門。
[0015] 可選的，所述第一惰性氣體源和所述第二惰性氣體源為氮氣源。
[0016] 本發(fā)明與
現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點和有益效果：
[0017] 本發(fā)明提供的原子層沉積裝置，通過設(shè)置兩個真空泵，可以采用一個真空泵
抽取一種反應(yīng)前驅(qū)體，采用另一個真空泵抽取另一種反應(yīng)前驅(qū)體，避免兩種反應(yīng)前驅(qū)體在同一個真空泵中發(fā)生反應(yīng)而影響真空泵的抽氣效率，從而提高真空泵的使用壽命。
附圖說明
[0018] 此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明
實施例的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本
申請的一部分，并不構(gòu)成對本發(fā)明實施例的限定。在附圖中：
[0019] 圖1是本發(fā)明一種實施例的原子層沉積裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖2是本發(fā)明另一種實施例的原子層沉積裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖3是本發(fā)明又一種實施例的原子層沉積裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖4是本發(fā)明又一種實施例的原子層沉積裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖5是本發(fā)明再一種實施例的原子層沉積裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖6是本發(fā)明再一種實施例的原子層沉積裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025] 附圖中標(biāo)記及對應(yīng)的零部件名稱：
[0026] 11-第一真空腔，12-第一樣品臺，13-第一真空泵，14-第二真空泵，15-第一反應(yīng)氣體源，16-第二反應(yīng)氣體源，17-第一惰性氣體源，21-第二真空腔，22-第二樣品臺，25-第三反應(yīng)氣體源，26-第四反應(yīng)氣體源，27-第二惰性氣體源。
具體實施方式
[0027] 本發(fā)明提供一種原子層沉積裝置，所述原子層沉積裝置包括第一真空腔、第一樣品臺、第一真空泵、第二真空泵、第一反應(yīng)氣體源、第二反應(yīng)氣體源以及第一惰性氣體源。具體地，所述第一樣品臺設(shè)置在所述第一真空腔中，用于放置沉積基體。所述第一真空腔包括進(jìn)氣口和出氣口，所述第一真空腔的進(jìn)氣口通過管道連接所述第一反應(yīng)氣體源、所述第二反應(yīng)氣體源以及所述第一惰性氣體源，所述第一反應(yīng)氣體源用于向所述第一真空腔提供一種反應(yīng)前驅(qū)體，所述第二反應(yīng)氣體源用于向所述第一真空腔提供另一種反應(yīng)前驅(qū)體，所述第一惰性氣體源用于向所述第一真空腔提供惰性氣體，例如氮氣。所述第一真空腔的出氣口通過管道連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種反應(yīng)前驅(qū)體，所述第二真空泵用于抽取多余的另一種反應(yīng)前驅(qū)體。
[0028] 采用本發(fā)明提供的原子層沉積裝置進(jìn)行原子層沉積的過程如下：將沉積基體放置在所述第一樣品臺上；由所述第一反應(yīng)氣體源向所述第一真空腔中充入第一反應(yīng)前驅(qū)體；等待第一反應(yīng)前驅(qū)體在樣品上飽和吸附后，由所述第一真空泵將多余的第一反應(yīng)前驅(qū)體抽干凈；由所述第一惰性氣體源向所述第一真空腔中充入惰性氣體，對所述第一真空腔進(jìn)行吹掃；由所述第一真空泵或者所述第二真空泵將惰性氣體抽干凈；由所述第二反應(yīng)氣體源向所述第一真空腔中充入第二反應(yīng)前驅(qū)體；第一反應(yīng)前驅(qū)體和第二反應(yīng)前驅(qū)體在樣品上反應(yīng)生成所需物質(zhì)；由所述第二真空泵將多余的第二反應(yīng)前驅(qū)體抽干凈。重復(fù)上述過程，便可以獲得所需厚度的薄膜材料。
[0029] 本發(fā)明提供的原子層沉積裝置，通過設(shè)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種反應(yīng)前驅(qū)體，由所述第二真空泵抽取另一種反應(yīng)前驅(qū)體，避免兩種反應(yīng)前驅(qū)體在同一個真空泵中發(fā)生反應(yīng)而影響真空泵的抽氣效率，從而提高真空泵的使用壽命。
[0030] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合實施例和附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，本發(fā)明的示意性實施方式及其說明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對本發(fā)明的限定。
[0031] 實施例1
[0032] 圖1是本實施例的原子層沉積裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，所述原子層沉積裝置包括第一真空腔11、第一樣品臺12、第一真空泵13、第二真空泵14、第一反應(yīng)氣體源15、第二反應(yīng)氣體源16以及第一惰性氣體源17。
[0033] 具體地，所述第一樣品臺12設(shè)置在所述第一真空腔11中，用于放置沉積基體。所述第一真空腔11包括進(jìn)氣口和出氣口，所述第一真空腔11的進(jìn)氣口通過管道連接所述第一反應(yīng)氣體源15、所述第二反應(yīng)氣體源16以及所述第一惰性氣體源17，所述第一反應(yīng)氣體源15用于向所述第一真空腔11提供一種反應(yīng)前驅(qū)體，所述第二反應(yīng)氣體源16用于向所述第一真空腔提供另一種反應(yīng)前驅(qū)體，所述第一惰性氣體源17用于向所述第一真空腔提供惰性氣體。在本實施例中，所述第一惰性氣體源17為氮氣源。所述第一真空腔11的出氣口通過管道連接所述第一真空泵13和所述第二真空泵14，所述第一真空泵13用于抽取多余的一種反應(yīng)前驅(qū)體，所述第二真空泵14用于抽取多余的另一種反應(yīng)前驅(qū)體。
[0034] 在本實施例中，所述第一真空腔11的出氣口包括第一出氣口和第二出氣口。所述第一出氣口通過二通管道連接所述第一真空泵13，所述第二出氣口通過二通管道連接所述第二真空泵14，所述第一出氣口與所述第一真空泵13之間的管道、所述第二出氣口與所述第二真空泵14之間的管道上均設(shè)置有閥門。
[0035] 進(jìn)一步，所述第一真空腔11的進(jìn)氣口包括第一進(jìn)氣口、第二進(jìn)氣口以及第三進(jìn)氣口。所述第一進(jìn)氣口通過二通管道連接所述第一反應(yīng)氣體源15，所述第二進(jìn)氣口通過二通管道連接所述第二反應(yīng)氣體源16，所述第三進(jìn)氣口通過二通管道連接所述第一惰性氣體源17，所述第一進(jìn)氣口與所述第一反應(yīng)氣體源15之間的管道、所述第二進(jìn)氣口與所述第二反應(yīng)氣體源16之間的管道、所述第三進(jìn)氣口與所述第一惰性氣體源17之間的管道上均設(shè)置有閥門。
[0036] 采用本實施例的原子層沉積裝置進(jìn)行原子層沉積的過程如下：關(guān)閉所有閥門，將沉積基體放置在所述第一樣品臺12上；打開所述第一進(jìn)氣口與所述第一反應(yīng)氣體源15之間的閥門，由所述第一反應(yīng)氣體源15向所述第一真空腔中充入第一反應(yīng)前驅(qū)體；等待第一反應(yīng)前驅(qū)體在樣品上飽和吸附后，關(guān)閉所述第一進(jìn)氣口與所述第一反應(yīng)氣體源15之間的閥門，接著打開所述第一出氣口與所述第一真空泵13之間閥門，由所述第一真空泵13對多余的第一反應(yīng)前驅(qū)體進(jìn)行抽??；將多余的第一反應(yīng)前驅(qū)體抽干凈后，關(guān)閉所述第一出氣口與所述第一真空泵13之間閥門，接著打開所述第三進(jìn)氣口與所述第一惰性氣體源17之間的閥門，由所述第一惰性氣體源17向所述第一真空腔中充入惰性氣體，對所述第一真空腔11進(jìn)行吹掃；吹掃完成后，關(guān)閉所述第三進(jìn)氣口與所述第一惰性氣體源17之間的閥門，接著打開所述第一出氣口與所述第一真空泵13之間閥門或者所述第二出氣口與所述第二真空泵14之間閥門，由所述第一真空泵13或者所述第二真空泵14對惰性氣體進(jìn)行抽??；將惰性氣體抽干凈后，關(guān)閉所述第一出氣口與所述第一真空泵13之間閥門或者所述第二出氣口與所述第二真空泵14之間閥門，接著打開所述第二進(jìn)氣口與所述第二反應(yīng)氣體源16之間的閥門，由所述第二反應(yīng)氣體源16向所述第一真空腔11中充入第二反應(yīng)前驅(qū)體；第一反應(yīng)前驅(qū)體和第二反應(yīng)前驅(qū)體在樣品上反應(yīng)生成所需物質(zhì)；反應(yīng)完成后，關(guān)閉所述第二進(jìn)氣口與所述第二反應(yīng)氣體源16之間的閥門，接著打開所述第二出氣口與所述第二真空泵14之間閥門，由所述第二真空泵14對多余的第二反應(yīng)前驅(qū)體進(jìn)行抽取。
[0037] 在本實施例中，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的出氣口，所述第一反應(yīng)氣體源15、所述第二反應(yīng)氣體源16以及所述第一惰性氣體源17不共用所述第一真空腔11的進(jìn)氣口。
[0038] 實施例2
[0039] 圖2是本實施例的原子層沉積裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，與實施例1相比，區(qū)別在于：第一真空腔11的進(jìn)氣口包括第一進(jìn)氣口和第二進(jìn)氣口；所述第一進(jìn)氣口通過三通管道連接第一反應(yīng)氣體源15和第一惰性氣體源17，所述第二進(jìn)氣口通過二通管道連接第二反應(yīng)氣體源16，其中，三通管道的主管連接所述第一進(jìn)氣口；三通管道的兩條支管、所述第二進(jìn)氣口與所述第二反應(yīng)氣體源16之間的管道上均設(shè)置有閥門。也就是說，三通管道包括一條主管和兩條支管，三通管道的主管與所述第一進(jìn)氣口連接，三通管道的一條支管連接所述第一反應(yīng)氣體源15，三通管道的另一條支管連接所述第一惰性氣體源17。
[0040] 在本實施例中，所述第一反應(yīng)氣體源15和所述第一惰性氣體源17共用所述第一真空腔11的一個進(jìn)氣口。本實施例的原子層沉積裝置的工作原理與實施例1的原子層沉積裝置的工作原理類似，在此不再贅述。
[0041] 實施例3
[0042] 圖3是本實施例的原子層沉積裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，與實施例1相比，區(qū)別在于：第一真空腔的進(jìn)氣口包括第一進(jìn)氣口和第二進(jìn)氣口；所述第一進(jìn)氣口通過二通管道連接第一反應(yīng)氣體源15，所述第二進(jìn)氣口通過三通管道連接第二反應(yīng)氣體源16和第一惰性氣體源17，其中，三通管道的主管連接所述第二進(jìn)氣口；三通管道的兩條支管、所述第一進(jìn)氣口與所述第一反應(yīng)氣體源15之間的管道上均設(shè)置有閥門。也就是說，三通管道包括一條主管和兩條支管，三通管道的主管與所述第二進(jìn)氣口連接，三通管道的一條支管連接所述第二反應(yīng)氣體源16，三通管道的另一條支管連接所述第一惰性氣體源17。
[0043] 在本實施例中，所述第二反應(yīng)氣體源16和所述第一惰性氣體源17共用所述第一真空腔11的一個進(jìn)氣口。本實施例的原子層沉積裝置的工作原理與實施例1的原子層沉積裝置的工作原理類似，在此不再贅述。
[0044] 實施例4
[0045] 圖4是本實施例的原子層沉積裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，與實施例1相比，區(qū)別在于：第一真空腔11的進(jìn)氣口通過四通管道連接第一反應(yīng)氣體源15、第二反應(yīng)氣體源16以及第一惰性氣體源17，其中，四通管道的主管連接所述第一真空腔11的進(jìn)氣口，四通管道的三條支管上均設(shè)置有閥門。也就是說，四通管道包括一條主管和三條支管，四通管道的主管與所述第一真空腔11的進(jìn)氣口連接，四通管道的三條支管分別連接所述第一反應(yīng)氣體源15、所述第二反應(yīng)氣體源16以及所述第一惰性氣體源17。
[0046] 在本實施例中，所述第一真空腔11僅設(shè)置一個進(jìn)氣口，所述第一反應(yīng)氣體源15、所述第二反應(yīng)氣體源16以及所述第一惰性氣體源17共用該進(jìn)氣口。本實施例的原子層沉積裝置的工作原理與實施例1的原子層沉積裝置的工作原理類似，在此不再贅述。
[0047] 實施例5
[0048] 圖5是本實施例的原子層沉積裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，與實施例1相比，區(qū)別在于：第一真空腔11的出氣口通過三通管道連接第一真空泵13和第二真空泵14，其中，三通管道的主管連接所述第一真空腔11的出氣口，三通管道的兩條支管上均設(shè)置有閥門。也就是說，三通管道包括一條主管和兩條支管，三通管道的主管與所述第一真空腔11的出氣口連接，三通管道的兩條支管分別連接所述第一真空泵13和所述第二真空泵14。
[0049] 在本實施例中，所述第一真空腔11僅設(shè)置一個出氣口，所述第一真空泵13和所述第二真空泵14共用該出氣口。本實施例的原子層沉積裝置的工作原理與實施例1的原子層沉積裝置的工作原理類似，在此不再贅述。
[0050] 實施例6
[0051] 圖6是本實施例的原子層沉積裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，與實施例1相比，區(qū)別在于：本實施例的原子層沉積裝置還包括第二真空腔21、第二樣品臺22、第三反應(yīng)氣體源25、第四反應(yīng)氣體源26以及第二惰性氣體源27，所述第三反應(yīng)氣體源25提供的反應(yīng)前驅(qū)體與所述第一反應(yīng)氣體源15提供的反應(yīng)前驅(qū)體相同，所述第四反應(yīng)氣體源26提供的反應(yīng)前驅(qū)體與所述第二反應(yīng)氣體源16提供的反應(yīng)前驅(qū)體相同，所述第二惰性氣體源27提供的惰性氣體與所述第一惰性氣體源17提供的惰性氣體相同；其中，所述第二樣品臺22設(shè)置在所述第二真空腔21中；所述第二真空腔21包括進(jìn)氣口和出氣口，所述第二真空腔21的進(jìn)氣口通過管道連接所述第三反應(yīng)氣體源25、所述第四反應(yīng)氣體源26以及所述第二惰性氣體源27，所述第二真空腔21的出氣口通過管道連接所述第一真空泵13和所述第二真空泵14。所述第二真空腔21的進(jìn)氣口與所述第三反應(yīng)氣體源25、所述第四反應(yīng)氣體源26以及所述第二惰性氣體源27的具體連接方式，與所述第一真空腔11的進(jìn)氣口與所述第一反應(yīng)氣體源15、所述第二反應(yīng)氣體源16以及所述第一惰性氣體源17的連接方式類似，具體可參考實施例1至實施例4的描述，在此不再贅述。
[0052] 進(jìn)一步，所述第一真空腔11的出氣口包括第一出氣口和第二出氣口，所述第二真空腔21的出氣口包括第三出氣口和第四出氣口；所述第一真空泵13通過三通管道連接所述第一出氣口和所述第三出氣口，其中，三通管道的主管連接所述第一真空泵13，三通管道的兩條支管上均設(shè)置有閥門，也就是說，三通管道包括一條主管和兩條支管，三通管道的主管與所述第一真空泵13連接，三通管道的兩條支管分別連接所述第一出氣口和所述第三出氣口；所述第二真空泵14通過三通管道連接所述第二出氣口和所述第四出氣口，其中，三通管道的主管連接所述第二真空泵14，三通管道的兩條支管上均設(shè)置有閥門，也就是說，三通管道包括一條主管和兩條支管，三通管道的主管與所述第二真空泵14連接，三通管道的兩條支管分別連接所述第二出氣口和所述第四出氣口。
[0053] 本實施例提供的原子層沉積裝置，通過兩個真空腔共用兩個真空泵，使得所述第一真空泵13在抽取所述第一真空腔11中的第一反應(yīng)前驅(qū)體時，所述第二真空泵14可以抽取所述第二真空腔21中的第二反應(yīng)前驅(qū)體，或者使得所述第一真空泵13在抽取所述第二真空腔21中的第一反應(yīng)前驅(qū)體時，所述第二真空泵14可以抽取所述第一真空腔11中的第二反應(yīng)前驅(qū)體，不僅可以避免兩種反應(yīng)前驅(qū)體在真空泵中發(fā)生反應(yīng)而影響真空泵的抽氣效率，也可以提高真空泵的利用率，降低真空泵的閑置時間。
[0054] 以上所述的具體實施方式，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何
修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
