一种原子层沉积系统及沉积方法与流程

本发明涉及沉积工艺技术领域，尤其是涉及一种原子层沉积系统及沉积方法。

背景技术：

原子层沉积(atomiclayerdeposition)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方法。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。在ald工艺过程中，将不同的反应前驱物以气体脉冲的形式交替送入反应室中，因此并非一个连续的工艺过程。相对于传统的沉积工艺而言，ald在膜层的均匀性、阶梯覆盖率以及厚度控制等方面都具有明显的优势。但是工艺涉及复杂的表面化学过程和较低低的沉积速度，也存在用于生产中的不足。

因此，本发明提出了一种新的原子层沉积系统及沉积方法。

技术实现要素：

本发明提供一种原子层沉积系统及沉积方法，以解决现有技术中工艺复杂、沉积效率低的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种原子层沉积系统，包括：

缓冲腔室，与前道工艺设备的真空平衡腔体相连接，在所述缓冲腔室内设有装载臂，实现待沉积基板向后续工艺设备的传递；

预装载腔，与所述缓冲腔室一字型连接，在所述预装载腔内设有旋转夹具，以承接并固定由所述装载臂递送的待沉积基板，所述旋转夹具上内设有动力机构，实现将载有待沉积基板的旋转夹具向后续工艺设备的传递；

反应腔室，位于所述预装载腔的下方，在所述反应腔室内设有真空反应器，实现对所述基板的密封并维持真空状态，直至完成原子层沉积工艺。

在一些实施例中，所述缓冲腔室和预装载腔之间设有闸板阀。

在一些实施例中，所述旋转夹具包括：

壳体，具有至少一个开口

限位装置，置于所述壳体内，以固定所述基板；

旋转机构，置于所述壳体的外侧，以旋转所述壳体的开口方向；

驱动机构，以驱动所述旋转机构旋转，以及所述壳体的向所述反应腔室内移动。

在一些实施例中，在所述旋转夹具上还设有盖板，在所述驱动机构的作用下，使所述盖板与真空反应器形成密封的反应空间。

在一些实施例中，所述真空反应器内设有供反应材料进入的管路，所述盖板上设有分流器，所述分流器与所述管路相连通，实现所述反应材料的弥散分布。

在一些实施例中，所述管路为多个，以实现不同反应材料的交替进入。

在一些实施例中，所述反应材料包括前驱体(有机金属源)、非反应惰性气体(n2)、反应物(h2o)等。

在一些实施例中，所述真空反应器的外侧设有加热模块。

在一些实施例中，所述限位装置为多个，且等间距分布在所述壳体内。

本发明还提出了一种原子层沉积的方法，包括：

s1将待沉积基板置于缓冲腔室内，加以真空氛围；

s2将所述基板传递至预装载腔内，并固定在旋转夹具上；

s3调整所述旋转夹具的姿态，并传递至真空反应器内；

s4保持所述真空反应器内的真空氛围，间歇性充入反应材料，直至完成沉积工艺。

在一些实施例中，步骤s1的所述缓冲腔室的真空度为10^-6torr，所述缓冲腔室的真空氛围为大于等于1μm颗粒数量小于3个/次。

在一些实施例中，步骤s3中所述的调整所述旋转夹具的姿态包括，将所述旋转夹具从水平位置到竖直位置旋转90°，使得所述基板由水平姿态调整为竖直姿态。

在一些实施例中，步骤s4中所述的反应材料经过分离器后弥散分布与所述真空反应器内。

本发明具有的有益效果是：本发明通过批量性的进行原子层沉积工艺，极大的提高了原子层沉积系统的生产效率，适合批量性工艺，对基底进行膜层沉积保护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方案或现有技术中的技术方案，下面将对实施方案或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方案，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明：一种原子层沉积系统的结构示意图之一；

图2为本发明：一种原子层沉积系统的结构示意图之二；

图3为本发明：一种原子层沉积系统的旋转夹具的结构示意图；

图4为本发明：一种原子层沉积的方法的流程示意图。

其中：

10-前道工艺设备、99-待沉积基板、100-缓冲腔室、200-预装载腔、300-反应腔室、400-真空泵、110-装载臂、120-闸板阀、210-旋转夹具、211-壳体、212-限位装置、213-旋转机构、214-盖板、220-动力机构、310-真空反应器、311-管路、312-分流器。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

实施例1

参照图1-3所示，一种原子层沉积系统，包括：缓冲腔室100、预装载腔200、反应腔室300。其中，缓冲腔室100与前道工艺设备10的真空平衡腔体相连接，在缓冲腔室100内设有装载臂110，实现待沉积基板99向后续工艺设备的传递；预装载腔200与缓冲腔室100一字型连接，在预装载腔200内设有旋转夹具210，以承接并固定由装载臂110递送的待沉积基板99，旋转夹具210上内设有动力机构220，实现将载有待沉积基板99的旋转夹具210向后续工艺设备的传递；反应腔室300位于预装载腔200的下方，在反应腔室300内设有真空反应器310，实现对待沉积基板99的密封并维持真空状态，直至完成原子层沉积工艺。

本发明中的缓冲腔室100和预装载腔200之间设有闸板阀120，能够保持预装载腔200的真空气氛，同时也能够保持缓冲腔室100与预装载腔200的气氛平衡，通常由于工艺的不同，气氛氛围不一样，通过多级真空泵(未示出)将缓冲腔室100抽真空至至10^-6torr，在缓冲腔室100中大于等于1μm颗粒数量小于3个/次，然后对待沉积基板99进行保护性传递。

本发明中的旋转夹具210包括：壳体211、限位装置212、以及旋转机构213，在壳体211上具有至少一个开口，限位装置212置于壳体211内，以固定基板；旋转机构213置于壳体211的外侧，以旋转壳体211的开口方向；动力机构220以驱动旋转机构213旋转，以及壳体211的向反应腔室300内移动。其中，限位装置212为多个，且等间距分布在壳体211内，例如限位装置212为1-25个，限位装置212数量越多，同时沉积的基板就越多。

本发明中在旋转夹具210上还设有盖板214，在动力机构220的作用下，使盖板214与真空反应器310形成密封的反应空间。进一步的，真空反应器310内设有供反应材料进入的管路311，盖板214上设有分流器312，分流器312与管路311相连通，实现反应材料的弥散分布。其中，管路311为多个，以实现不同反应材料的交替进入。本发明中的反应材料包括前驱体(有机金属源)、非反应惰性气体(n2)、反应物(h2o)等。为了能够提高反应效率，真空反应器310的外侧设有加热模块(图中未示出)，用以保持真空反应器310内温度在100℃～150℃的适宜区间。

具体的，当需要进行镀膜使用时，待沉积基板99可以是玻璃，硅晶元或者其他任何具有片状结构的基底。在本实施例中，待沉积基板99使用的是硅基底，在该硅基底上由前段工艺已经完成的图形化结构。待沉积基板99由装载臂110递送至缓冲腔室100内，对缓冲腔室100加以真空气氛，通常由于工艺的不同，气氛氛围不一样，通过多级真空泵(未示出)将缓冲腔室100抽真空至至10^-6torr，在缓冲腔室100中大于等于1μm颗粒数量小于3个/次，然后对待沉积基板99进行保护性传递。直至缓冲腔室100的真空度与前道工艺设备10压力平衡后，打开与下面的预装载腔200之间的闸板阀120，此时装载臂110以及在其上的待沉积基板99一同进入预装载腔200体，将待沉积基板99置于处于水平位置的旋转夹具210上，装载臂110退出预装载腔200，闸板阀120关闭。多次重复上述过程，将多个待沉积基板99置于旋转夹具210上。

由于旋转夹具210具有多个间隔的限位装置212，在旋转移动时，待沉积基板99不会发生位置移动。旋转夹具210可通过编程控制旋转机构213的旋转速度和角度。在本实例中，旋转夹具210的旋转角度是固定的，从水平位置到竖直位置旋转90°。

此时动力机构220控制内旋转夹具210匀速下降至反应腔室300的真空反应器310内，盖板214与真空反应器310形成密封的反应空间，含有待沉积基板99的壳体211置于反应空间内。真空反应器310内设有供反应材料进入的管路311，盖板214上设有分流器312，分流器312与管路311相连通，实现反应材料的弥散分布。其中，管路311为多个，以实现不同反应材料的交替进入，经过分流器312的弥散分布，使基底上的自限制吸附反应和沉积反应充分进行，提高原子层沉积反应成膜的均匀性，一致性。本发明中的反应材料包括前驱体(有机金属源)、非反应惰性气体(n2)、反应物(h2o)等。

本发明的反应腔体在真空泵400的提供作用下保持真空氛围，同时在真空反应器310中进行原子层沉积工艺，在真空反应器310的外侧设有加热模块，使真空反应器310的温度保持在100℃～150℃。在反应过程中，反应材料如，前驱体(有机金属源)，非反应惰性气体(n2)，反应物(h2o)交替的以脉冲的形式通过管路311进入。前驱体(有机金属源)通过化学自吸附到基底上，非反应惰性气体(n2)吹拂走多余未吸附的前驱体(有机金属源)和反应物(h2o)，反应物(h2o)与吸附在硅基底上的前驱体(有机金属源)进行反应生产致密均匀、无针孔的保护膜层，保护硅基底上的图形化结构不受水气氧气的侵蚀。

本发明的高效率的传送系统和原子层沉积系统的结构，避免了单片次腔体在传递过程中多次真空压差平衡的过程。在前段工艺设备和本系统设备真空平衡后传递多片基底，而后批量性的进行原子层沉积工艺，极大的提高了原子层沉积系统的生产效率，适合批量性工艺，对基底进行膜层沉积保护。

实施例2

参照图4所示，本发明还提出了一种原子层沉积的方法，包括：

s1将待沉积基板置于缓冲腔室内，加以真空氛围；

s2将所述基板传递至预装载腔内，并固定在旋转夹具上；

s3调整所述旋转夹具的姿态，并传递至真空反应器内；

s4保持所述真空反应器内的真空氛围，间歇性充入反应材料，直至完成沉积工艺。

本发明中的步骤s1的所述缓冲腔室的真空度为10^-6torr，所述缓冲腔室的真空氛围为大于等于1μm颗粒数量小于3个/次。

本发明中的步骤s3中所述的调整所述旋转夹具的姿态包括，将所述旋转夹具从水平位置到竖直位置旋转90°，使得所述基板由水平姿态调整为竖直姿态。

本发明中的步骤s4中所述的反应材料经过分离器后弥散分布与所述真空反应器内。

本发明通过批量性的进行原子层沉积工艺，极大的提高了原子层沉积系统的生产效率，适合批量性工艺，对基底进行膜层沉积保护。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。