原子层沉积设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明大体上涉及原子层沉积(Atomic Layer Deposit1n, ALD),更具体地，涉及原子层沉积设备。
【背景技术】
[0002]原子层沉积是通过将气相前驱体脉冲交替地通入反应器并在沉积基材上化学吸附并反应而形成沉积膜的一种技术。当前驱体达到沉积基材表面，它们会在其表面化学吸附并发生表面反应。原子层沉积的表面反应具有自限制性(self-limiting)，不断重复这种自限制反应就形成所需要的薄膜。根据沉积前驱体和基材材料的不同，原子层沉积有两种不同的自限制机制，即化学吸附自限制(CS)和顺次反应自限制(RS)过程。化学反应一般在精准控温(50-60(TC)下进行，也可能再添加射频功率产生的等离子体来提高反应速率。
[0003]化学吸附自限制沉积过程中，第一种反应前驱体输入到基材材料表面并通过化学吸附(饱和吸附)保持在表面。当第二种前驱体通入反应器，起就会与已吸附于基材材料表面的第一前驱体发生反应。两个前驱体之间会发生置换反应并产生相应的副产物，直到表面的第一前驱体完全消耗，反应会自动停止并形成需要的原子层。该反应过程可以由下面的公式(1)表示，其中ML2表示第一种前驱体，AN2表示第二种前驱体，MA表示所生成的原子层
[0004]ML2+AN2—MA+2LN(1)
[0005]与化学吸附自限制过程不同，顺次反应自限制原子层沉积过程是通过活性前驱体物质与活性基材材料表面化学反应来驱动的。这样得到的沉积薄膜是由于前驱体与基材材料间的化学反应形成的。对于顺次反应自限制过程首先是活化剂(AN)活化基材材料表面；然后注入的第一种前驱体ML2在活化的基材材料表面反应形成吸附中间体AML，这可以用反应方程式⑵表示。反应⑵着活化剂AN的反应消耗而自动终止，具有自限制性。当沉积反应第二种前驱体AN2注入反应器后，就会与上述的吸附中间体反应并生成沉积原子层，这可以用反应方程式(3)表示。
[0006]AN+ML2AML+NL (2)
[0007]AML+AN2MAN+NL (3)
[0008]对于顺次反应自限制过程，一方面基材材料表面必须先经过表面活化，另一方面，这种沉积反应实际是半反应(2)和(3)的组合。
【发明内容】
[0009]现有的原子层沉积设备仍有待进一步改进。
[0010]在本发明的一个实施例中，揭了一种原子层沉积设备，该原子层沉积设备包括:反应室，在其中经由工艺气体的反应将原子层沉积于基材的表面；上盖板，其可密封地接合于所述反应室的顶部，并设置有开口，工艺气体经由所述开口进入所述反应室的内部腔室；加载闭锁室，其安置于所述反应室的一侧且与所述反应室连通，配备有传送装置，所述传送装置经配置为将基材装载入所述反应室或将基材从所述反应室卸载；气体分配器，其包括多个输入端口、多个输出端口、以及阀组，所述多个输入端口中的至少一部分经配置为输入工艺气体，所述多个输出端口中的至少一部分连通于工艺气体管道，所述阀组可控地选择所述多个输入端口和多个输出端口之间的连通关系；所述工艺气体管道可经由所述反应室和上盖板接合处的接合件而密封地连通于所述上盖板的开口 ；当所述上盖板脱离与反应室的接合时，所述工艺气体管道在所述接合件处断开。这样的设计使得工艺气体管道在上盖板上保留的部分较少，便于开启检修维护。反应室、工艺气体通路和抽气管路均可设置为具有加热保温功能，以防止反应气体冷凝。优选地，在输出端口之间，尤其是连通至反应室的输出端口之间，设有互锁功能，其中一者开启时其他者关闭。如此设计使得不期望的气体混合得以避免。阀组可经系统控制使得两种或更多种气体可以脉冲交替的地导入，在进入反应室之前互不混合，以避免不期望的并非在基材表面产生的化学反应。
[0011]在上述原子层沉积设备的一个实施例中，在所述反应室和加载闭锁室之间的通道位于反应室的入口处设置有挡板，所述挡板可以在露出所述通道的位置和封闭所述反应室的内部腔室的位置之间移动；所述反应室的内部腔室封闭时形状大体上对称、内壁装设有对沉积反应不敏感的耐受层。所述耐受层例如但不限于陶瓷材料。反应室内部腔室的对称形状和内壁的均一材料有利于沉积反应的一致性，以得到一致的沉积厚度和/或晶相排列。挡板的另外一个好处是可以阻挡热量，防止腔体与装载锁定室之间的门阀的密封圈损坏。
[0012]在本发明的一个实施例中，揭了一种原子层沉积设备，该原子层沉积设备包括:反应室，在其中经由工艺气体的反应将原子层沉积于基材的表面；上盖板，其可密封地接合于所述反应室的顶部，并设置有开口，工艺气体经由所述开口进入所述反应室的内部腔室；加载闭锁室，其安置于所述反应室的一侧且与所述反应室连通，配备有传送装置，所述传送装置经配置为将基材装载入所述反应室或将基材从所述反应室卸载；气体分配器，其包括多个输入端口、多个输出端口、以及阀组，所述多个输入端口中的至少一部分经配置为输入工艺气体，所述多个输出端口中的至少一部分经由工艺气体管道连通于所述上盖板的开口，所述阀组可控地选择所述多个输入端口和多个输出端口之间的连通关系；在所述反应室和加载闭锁室之间的通道位于反应室的入口处设置有挡板，所述挡板可以在露出所述通道的位置和封闭所述反应室的内部腔室的位置之间移动；所述反应室的内部腔室封闭时形状大体上对称、内壁装设有对沉积反应不敏感的耐受层。
[0013]在上述原子层沉积设备的一个实施例中，所述原子层沉积设备还包括旁路装置，所述气体分配器的多个输出端口中的一部分通过管道经由所述旁路装置连通于抽气管道，所述旁路装置中为其中每一管道设置有开关以在这些开关关闭时隔离所述气体分配器和所述抽气管道的运行。因此，可以在抽气管道保持运行的情况下检修、拆卸、或安装气体分配器。经由旁路装置可以实现气体不进入反应腔室而直接进入抽气管道的切换。
[0014]在上述原子层沉积设备的一个实施例中，所述原子层沉积设备还包括设置于所述上盖板一角的提升机构、以及设置于对角的环绕着固定导轨的滑道，所述上盖板可在所述提升机构、固定导轨和滑道的作用下移动以接合或脱离所述反应室。
[0015]在上述原子层沉积设备的一个实施例中，所述原子层沉积设备还包括附着于所述上盖板的喷淋板，所述喷淋板连通于所述开口且经配置为将工艺气体均匀的喷淋到所述反应室中。
[0016]在上述原子层沉积设备的一个实施例中，所述原子层沉积设备还包括设加热保温组件，以防止气体冷凝。
[0017]在上述原子层沉积设备的一个实施例中，所述原子层沉积设备还包括等离子体源，其经配置为产生等离子流以促进所述反应室中的化学反应。
[0018]在上述原子层沉积设备的一个实施例中，所述原子层沉积设备还包括传片口，其在与所述反应室相反的一侧连接于所述加载闭锁室，且经配置为在大气环境下人工地置入或取出基材。
[0019]在上述原子层沉积设备的一个实施例中，其特征在于，所述原子层沉积设备还包括与所述加载闭锁室连通的前端模块，其经配置为自动地置入或取出基材。
[0020]根据本发明的部分实施例，实现了原子层沉积设备的小型化，适于实验室应用，并能够保证工业等级的原子层沉积质量。根据本发明的部分实施例，原子层沉积设备具备扩充为工业级设备的能力。
【附图说明】
[0021]结合附图，以下关于本