一種多元物質(zhì)原子層沉積膜制備方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多元物質(zhì)原子層沉積膜制備方法和裝置，所述方法，即使基片相對(duì)于原子層沉積反應(yīng)腔直線運(yùn)動(dòng)，依次通過(guò)其內(nèi)用于完成不同原子層沉積的原子層沉積系統(tǒng)，基片通過(guò)每個(gè)原子層沉積系統(tǒng)時(shí)：調(diào)整基片溫度為相應(yīng)原子層沉積反應(yīng)最適溫度。所述裝置，包括原子層沉積反應(yīng)腔、基片承載臺(tái)、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和溫度控制裝置；原子層沉積反應(yīng)腔依次設(shè)置有多個(gè)原子層沉積系統(tǒng)；基片承載臺(tái)，設(shè)置在原子層沉積反應(yīng)腔下方；運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，與基片承載臺(tái)連接，帶動(dòng)基片承載臺(tái)運(yùn)動(dòng)；溫度控制裝置，設(shè)置在基片承載臺(tái)下方。所述方法能高效快速的制備多元物質(zhì)原子層沉積膜，所述裝置，能方便的通過(guò)現(xiàn)有原子層沉積系統(tǒng)組裝，兼容性強(qiáng)，功耗低，沉積效率高。
【專利說(shuō)明】一種多元物質(zhì)原子層沉積膜制備方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于原子沉積鍍膜領(lǐng)域，更具體地，涉及一種多元物質(zhì)原子層沉積膜制備方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體技術(shù)的需求和發(fā)展，也對(duì)半導(dǎo)體制造技術(shù)提出了更高的要求。對(duì)于制造尺寸更小、性能更優(yōu)的半導(dǎo)體材料的需求也更加強(qiáng)烈。薄膜技術(shù)是半導(dǎo)體技術(shù)其中的重要一環(huán)，在半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展中起到重要的作用。在很多領(lǐng)域，由于功能的需求，常常會(huì)用到層疊結(jié)構(gòu)形式的薄膜結(jié)構(gòu)。原子層沉積(ALD)技術(shù)作為一種薄膜沉積技術(shù)，在薄膜沉積領(lǐng)域起到越來(lái)越重要的作用。由于原子層沉積反應(yīng)的自限制性，使得通過(guò)此項(xiàng)技術(shù)沉積的薄膜厚度均勻且精確可控。由于原子層沉積的薄膜良好的質(zhì)量，此項(xiàng)技術(shù)可被廣泛應(yīng)用于微電子制造領(lǐng)域、薄膜顯示領(lǐng)域、以及鍍膜保護(hù)等領(lǐng)域。
[0003]傳統(tǒng)原子層沉積技術(shù)需在真空條件下進(jìn)行，其基本原理如下:(1)首先將一種反應(yīng)前驅(qū)體通入腔體。由于原子層沉積反應(yīng)的自限制性，前驅(qū)體只在基底表面基團(tuán)產(chǎn)生一層化學(xué)吸附，多余的前驅(qū)體會(huì)堆積在基底及腔體表面。(2)在完成化學(xué)吸附后，通入惰性氣體。惰性氣體將多余的前驅(qū)體清洗出腔體。(3)在清洗完成之后，再通入另一種前驅(qū)體。此種前驅(qū)體與(1)過(guò)程中的基團(tuán)反應(yīng)。(4)再次通入惰性氣體，清洗腔體。這樣就完成一個(gè)原子層沉積的過(guò)程，在基底上生長(zhǎng)一層薄膜。薄膜的厚度可以通過(guò)改變反應(yīng)的循環(huán)次數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0004]對(duì)于傳統(tǒng)的原子層沉積工藝，是利用交替通入反應(yīng)前驅(qū)體，并由惰性氣體將兩種前驅(qū)體隔離。一個(gè)反應(yīng)循環(huán)要完成:一種前驅(qū)體一清洗一另一種前驅(qū)體一清洗，整個(gè)工藝過(guò)程較為耗時(shí)，以致每個(gè)循環(huán)時(shí)間較長(zhǎng)。因此，這種工藝沉積效率相對(duì)較低。近來(lái)，一種新興的原子層沉積技術(shù)，即空間隔離原子層沉積，可極大地提高原子層沉積的效率?？臻g原子層沉積技術(shù)，是利用基底與反應(yīng)腔之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)基底交替通過(guò)不同的前驅(qū)體區(qū)域，來(lái)完成原子層沉積的過(guò)程。這項(xiàng)工藝可`利用快速的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，來(lái)加快單次循環(huán)的時(shí)間。
[0005]然而對(duì)于制作不同各類種類型的原子層沉積膜，利用傳統(tǒng)的原子層沉積工藝則較難實(shí)現(xiàn)。在傳統(tǒng)的原子層沉積工藝，要實(shí)現(xiàn)沉積不同種類的原子層沉積膜，如在同一腔體中，則需要在不同時(shí)間段通入相應(yīng)的前驅(qū)體。這樣對(duì)與不同的沉積膜，需花費(fèi)更多的時(shí)間使得腔體溫度改變到對(duì)應(yīng)的溫度，無(wú)法迅速沉積多元物質(zhì)原子層沉積膜。如果在不同的反應(yīng)腔體中，則需將基底交替推送入相應(yīng)腔體中。各個(gè)腔體雖然可以維持不同的溫度，減少單一腔體溫度變化的時(shí)間，但是這種方式，反應(yīng)發(fā)生裝置體積較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)起來(lái)困難度很大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種不同種類原子層沉積膜的制備方法和裝置，其目的在于通過(guò)對(duì)原子層沉積反應(yīng)溫度的迅速調(diào)整，由此解決目前空間隔離原子層沉積技術(shù)不能實(shí)時(shí)控制反應(yīng)溫度，從而不能快速沉積多元物質(zhì)原子層沉積膜的技術(shù)問(wèn)題。[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種多元物質(zhì)原子層沉積膜制備方法，即使基片相對(duì)于原子層沉積反應(yīng)腔運(yùn)動(dòng)，依次通過(guò)其內(nèi)用于完成不同原子層沉積的原子層沉積系統(tǒng)，基片通過(guò)每個(gè)原子層沉積系統(tǒng)時(shí)，調(diào)整基片溫度為相應(yīng)原子層沉積反應(yīng)最適溫度，采用空間隔離原子層沉積方法沉積單種物質(zhì)原子層沉積膜。
[0008]優(yōu)選地，所述原子層沉積膜制備方法，其基片通過(guò)所有原子層沉積系統(tǒng)后，回到初始位置，將所述基片經(jīng)過(guò)所有原子層沉積系統(tǒng)并回到初始位置的過(guò)程作為一次循環(huán)操作，多次循環(huán)操作，從而沉積不同厚度的多元物質(zhì)原子層沉積膜。
[0009]按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種多元物質(zhì)原子層沉積膜制備裝置，包括原子層沉積反應(yīng)腔、基片承載臺(tái)、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和溫度控制裝置；所述原子層沉積反應(yīng)腔依次設(shè)置有多個(gè)原子層沉積系統(tǒng)，所述原子層沉積系統(tǒng)用于完成特定的原子層沉積反應(yīng)；所述基片承載臺(tái)，用于承載基片，設(shè)置在原子層沉積反應(yīng)腔下方；所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，用于提供水平方向和垂直方向運(yùn)動(dòng)，與基片承載臺(tái)連接，帶動(dòng)基片承載臺(tái)運(yùn)動(dòng)；所述溫度控制裝置，設(shè)置在基片承載臺(tái)下方，用于調(diào)整基片承載臺(tái)溫度到相應(yīng)原子層沉積反應(yīng)最適溫度。
[0010]優(yōu)選地，所述原子層沉積膜制備裝置，其運(yùn)動(dòng)平臺(tái)在垂直方向上的移動(dòng)精度達(dá)到lOOum級(jí)別。
[0011]優(yōu)選地，所述原子層沉積膜制備裝置，其溫度控制裝置包括加熱模塊和冷凝模塊，加熱模塊調(diào)整溫度迅速上升，冷凝模塊調(diào)整溫度迅速下降。
[0012]優(yōu)選地，所述原子層沉積膜制備裝置，其原子層沉積系統(tǒng)為可拆卸原子層沉積系統(tǒng)，包括腔體支撐架和可拆卸噴頭，所述可拆卸噴頭采用壓片、螺釘、卡扣、基孔配合的方式固定在腔體支架上。
[0013]優(yōu)選地，所述原子層沉積膜制備裝置，其可拆卸噴頭，包括進(jìn)氣管路、進(jìn)氣口和出氣口 ；所述進(jìn)氣口內(nèi)部為空腔，其橫截面為上窄下寬的梯形；所述出氣口內(nèi)部形成空腔，分為上半部分和下半部分，其上半部分與進(jìn)氣口內(nèi)部空腔下端的尺寸相同，其上半部分與下半部分之間設(shè)有漏斗形結(jié)構(gòu)，用于過(guò)度氣流；所述可拆卸噴頭外壁設(shè)有凸臺(tái)；進(jìn)氣管路與進(jìn)氣口固定連接，進(jìn)氣口與出氣口可拆分的密閉連接；氣體通過(guò)進(jìn)氣管路進(jìn)入進(jìn)氣口，在進(jìn)氣口內(nèi)部的空腔緩沖進(jìn)入出氣口，從出氣口噴灑在基片上。
[0014]優(yōu)選地，所述原子層沉積膜制備裝置，其腔體支撐架側(cè)面設(shè)有隔離氣體進(jìn)氣口。
[0015]總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果:
[0016](1)由于能夠快速改變?cè)訉映练e反應(yīng)溫度的溫度，從而適應(yīng)不同原子層沉積反應(yīng)，因此能縮短多元物質(zhì)原子層沉積膜的制備時(shí)間，高效的沉積多元物質(zhì)原子層沉積膜。
[0017](2)由于本發(fā)明提供的多元物質(zhì)原子層沉積膜制備裝置，因此能方便的通過(guò)現(xiàn)有的原子層沉積系統(tǒng)組裝，兼容性強(qiáng)。
[0018](3)本發(fā)明提供的溫度控制裝置，能快速改變基片承載臺(tái)溫度，從而改變基片溫度，而無(wú)需改變整個(gè)反應(yīng)腔的溫度，功耗低，效果好，同時(shí)效率較高。
[0019]優(yōu)選方案，采用可拆卸的原子層沉積系統(tǒng)，能根據(jù)不同的原子層沉積反應(yīng)，組建原子層沉積反應(yīng)系統(tǒng)，能進(jìn)一步提高原子層沉積反應(yīng)效率，更高效的制備多元物質(zhì)原子層沉積膜。[0020]優(yōu)選方案，采用氣體隔離的方式形成反應(yīng)腔，無(wú)需苛刻的真空條件，因此能提高原子層沉積膜的質(zhì)量，并且降低能耗。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是多元物質(zhì)原子層沉積膜結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是本發(fā)明提供的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來(lái)表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中:101為原子層沉積系統(tǒng)，102為基片承載臺(tái)，103為溫度控制裝置，104為運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0025]本發(fā)明提供的一種多元物質(zhì)原子層沉積方法，沉積如圖1所示的多元物質(zhì)原子層沉積膜，即使基片相對(duì)于反應(yīng)腔直線運(yùn)動(dòng)，依次通過(guò)反應(yīng)腔內(nèi)用于完成不同原子層沉積的原子層沉積系統(tǒng)，基片通過(guò)每個(gè)原子層沉積系統(tǒng)時(shí)，調(diào)整基片溫度為相應(yīng)原子層沉積反應(yīng)最適溫度，采用空間隔離原子層沉積方法沉積單種物質(zhì)原子層沉積膜。所述基片通過(guò)所有原子層沉積系統(tǒng)后，回到初始位置，將所述基片經(jīng)過(guò)所有原子層沉積系統(tǒng)并回到初始位置的過(guò)程作為一次循環(huán)操作，多次循環(huán)操作，從而沉積不同厚度的多元物質(zhì)原子層沉積膜。
[0026]本發(fā)明提供的多元物質(zhì)原子層沉積膜制備裝置，如圖2所示，包括原子層沉積反應(yīng)系統(tǒng)101、基片承載臺(tái)102、溫度控制裝置103和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)104。
[0027]所述原子層沉積反應(yīng)腔依次設(shè)置有`多個(gè)原子層沉積系統(tǒng)101。所述原子層沉積系統(tǒng)用于完成特定的原子層沉積反應(yīng)，可為現(xiàn)有技術(shù)的原子層沉積反應(yīng)系統(tǒng)(ALD)，也可為可拆卸原子層沉積系統(tǒng)。所述可拆卸原子層沉積系統(tǒng)，包括腔體支撐架和可拆卸噴頭，所述可拆卸噴頭采用壓片、螺釘、卡扣、基孔配合的方式固定在腔體支架上，所述腔體支撐架側(cè)面設(shè)有隔離氣體進(jìn)氣口。
[0028]所述可拆卸噴頭，包括進(jìn)氣管路、進(jìn)氣口和出氣口 ；所述進(jìn)氣口內(nèi)部為空腔，其橫截面為上窄下寬的梯形；所述出氣口內(nèi)部形成空腔，分為上半部分和下半部分，其上半部分與進(jìn)氣口內(nèi)部空腔下端的尺寸相同，其上半部分與下半部分之間設(shè)有漏斗形結(jié)構(gòu)，用于過(guò)度氣流；所述可拆卸噴頭外壁設(shè)有凸臺(tái)；進(jìn)氣管路與進(jìn)氣口固定連接，進(jìn)氣口與出氣口可拆分的密閉連接；氣體通過(guò)進(jìn)氣管路進(jìn)入進(jìn)氣口，在進(jìn)氣口內(nèi)部的空腔緩沖進(jìn)入出氣口，從出氣口噴灑在基片上。
[0029]所述基片承載臺(tái)102，用于承載基片，設(shè)置在原子層沉積反應(yīng)腔下方。
[0030]所述溫度控制裝置103，設(shè)置在基片承載臺(tái)下方，在特定的溫度控制段，用于調(diào)整基片承載臺(tái)溫度到特定值，所述溫度控制裝置，包括加熱模塊和冷凝模塊，加熱模塊通過(guò)電熱、油浴加熱等方式調(diào)整溫度迅速上升，冷凝模塊通過(guò)水冷、油浴等方式調(diào)整溫度迅速下降。
[0031]所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)104，用于提供水平方向和垂直方向運(yùn)動(dòng)，與基片承載臺(tái)連接，帶動(dòng)基片承載臺(tái)運(yùn)動(dòng)。所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)在水平方向上做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在垂直方向上的移動(dòng)精度達(dá)到lOOum級(jí)別。
[0032]以下為實(shí)施例:
[0033]實(shí)施例1
[0034]應(yīng)用本發(fā)明提供的多元物質(zhì)原子層沉積膜制備方法，在硅基片上交替沉積氧化鋁和氧化鈦薄膜。
[0035]沉積A1A膜，前驅(qū)體A為三甲基鋁，前驅(qū)體B為H20。沉積Ti02膜，前驅(qū)體C為四氯化鈦，前驅(qū)體D為H20。ALD1區(qū)域生長(zhǎng)A1203膜，ALD2區(qū)域生長(zhǎng)Ti02膜。基片前驅(qū)體進(jìn)氣口間距為1_。ALD1區(qū)域溫度設(shè)定在150°C，ALD2區(qū)域溫度設(shè)定在180°C。
[0036]硅基片運(yùn)動(dòng)速度設(shè)定為0.lm/s，硅基片運(yùn)動(dòng)至ALD1區(qū)域內(nèi)，其溫度被加熱到150°C，硅基片先去前驅(qū)體A三甲基鋁發(fā)生原子層沉積半反應(yīng)，然后再與前驅(qū)體B水蒸氣發(fā)生原子層沉積半反應(yīng)，沉積A1203膜。之后，硅基片運(yùn)動(dòng)至ALD2區(qū)域，其溫度被加熱到180°C，ΑΙΑ膜表面先與前驅(qū)體C四氯化鈦發(fā)生原子層沉積半反應(yīng)，然后再與前驅(qū)體B水蒸氣發(fā)生原子層沉積半反應(yīng)，沉積Ti02膜。至此完成多元氧化物沉積的一次循環(huán)，硅基片回到初始位置，運(yùn)動(dòng)至ALD1區(qū)域內(nèi)，其溫度被冷卻到150°C，繼續(xù)循環(huán)，每次循環(huán)A1203膜、Ti02膜各生長(zhǎng)0.lnm左右，設(shè)定循環(huán)次數(shù)至50次，達(dá)到所需薄膜厚度為10nm。
[0037]實(shí)施例2
[0038]—種多兀物質(zhì)原子層沉積膜制備裝置，用于在娃基片上依次沉積A1203膜、Ti02膜、ZnO膜，包括原子層沉積反應(yīng)腔、基片承載臺(tái)、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和溫度控制裝置。
[0039]所述原子層沉積反應(yīng)腔依次設(shè)置有3個(gè)原子層沉積系統(tǒng)。所述原子層沉積系統(tǒng)分別用于完成A1203膜、Ti02膜、ZnO膜的原子層沉積反應(yīng)，為現(xiàn)有技術(shù)的相應(yīng)的原子層沉積反應(yīng)系統(tǒng)(ALD)?，F(xiàn)有傳統(tǒng)空間隔離原子層沉積系統(tǒng)中，前驅(qū)體、隔離氣體進(jìn)氣口和殘余氣體出氣口均加工成一整體結(jié)構(gòu)，反應(yīng)系統(tǒng)中，進(jìn)氣口和出氣口形狀均為長(zhǎng)方體槽狀，長(zhǎng)為40mm,寬為20mm,高為40mm,槽之間的距離控制在10mm,基片與進(jìn)氣口間距為0.5mm。ALD1區(qū)域沉積A1203膜，ALD2區(qū)域沉積Ti02膜，ALD3區(qū)域沉積ZnO膜，每次循環(huán)A1203膜、Ti02膜、ZnO膜各沉積0.lnm左右，總共0.3nm薄膜。
[0040]所述基片承載臺(tái)，用于承載硅基片，設(shè)置在原子層沉積反應(yīng)腔下方。
[0041]所述溫度控制裝置，設(shè)置在基片承載臺(tái)下方，用于調(diào)整基片承載臺(tái)溫度到特定值。所述溫度控制裝置，包括加熱模塊和冷凝模塊，加熱模塊通過(guò)電加熱的方式迅速升溫到特定溫度，冷凝模塊通過(guò)水冷卻的方式迅速降溫到特定溫度:ALD1區(qū)域溫度為150°C，ALD2區(qū)域溫度為180°C，ALD3區(qū)域溫度為200°C。
[0042]所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，用于提供水平方向和垂直方向運(yùn)動(dòng)，與基片承載臺(tái)連接，帶動(dòng)基片承載臺(tái)運(yùn)動(dòng)。所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)在水平方向上做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在垂直方向上的移動(dòng)精度達(dá)到lOOum級(jí)別。
[0043]沉積A1203膜，前驅(qū)體A為三甲基鋁，前驅(qū)體B為H20 ;沉積Ti02膜，前驅(qū)體C為四氯化鈦，前驅(qū)體D為H20 ;沉積ZnO膜，前驅(qū)體E為二乙基鋅，前驅(qū)體F為雙氧水。硅基片運(yùn)動(dòng)至ALD1區(qū)域內(nèi)，溫度控制裝置電加熱升溫至150°C，硅基片先與前驅(qū)體A三甲基鋁發(fā)生原子層沉積半反應(yīng)，然后再與前驅(qū)體B水發(fā)生原子層沉積半反應(yīng)，沉積完A1203膜；之后，硅基片運(yùn)動(dòng)至ALD2區(qū)域，溫度控制裝置電加熱升溫至180°C，A1203膜表面先與前驅(qū)體C四氯化鈦發(fā)生原子層沉積半反應(yīng)，再與水發(fā)生原子層沉積半反應(yīng)，沉積Ti02膜；接著，硅基片運(yùn)動(dòng)至ALD3區(qū)域，溫度控制裝置電加熱升溫至180°C，Ti02膜表面先與前驅(qū)體E 二乙基鋅發(fā)生原子層沉積反應(yīng)，再與雙氧水發(fā)生原子層沉積半反應(yīng)，沉積ZnO膜。至此完成多元氧化物沉積的一次循環(huán)，基片回到初始位置，運(yùn)動(dòng)至ALD1區(qū)域內(nèi)，溫度控制裝置通過(guò)水冷凝方式冷卻到150°C，繼續(xù)循環(huán)，設(shè)定循環(huán)次數(shù)至50次，達(dá)到所需薄膜厚度為15nm?；\(yùn)動(dòng)速度設(shè)定為 0.08m/sο
[0044]實(shí)施例3
[0045]一種多元物質(zhì)原子層沉積膜制備裝置，用于在硅基片上交替沉積Α1203膜和Ti02膜，包括原子層沉積反應(yīng)腔、基片承載臺(tái)、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和溫度控制裝置。
[0046]所述原子層沉積反應(yīng)腔依次設(shè)置有2個(gè)原子層沉積系統(tǒng)。所述原子層沉積系統(tǒng)分別用于完成A1203膜和Ti02膜的原子層沉積反應(yīng)，為可拆卸原子層沉積系統(tǒng)。所述可拆卸原子層沉積系統(tǒng)，包括腔體支撐架和依次排列的7個(gè)可拆卸噴頭，其出氣口尺寸為30mm*20mm，所述可拆卸噴頭采用螺釘固定在腔體支架上，所述腔體支撐架側(cè)面設(shè)有隔離氣體進(jìn)氣口。第1至第4噴頭正下方區(qū)域沉積A1203膜，第4至第7噴頭正下方沉積Ti02膜，每次循環(huán)A1203膜、Ti02膜各沉積0.lnm左右，總共0.2nm薄膜。
[0047]所述可拆卸噴頭，包括進(jìn)氣管路、進(jìn)氣口和出氣口 ；所述進(jìn)氣口內(nèi)部為空腔，其橫截面為上窄下寬的梯形；所述出氣口內(nèi)部形成空腔，分為上半部分和下半部分，其上半部分與進(jìn)氣口內(nèi)部空腔下端的尺寸相同，其下半部分與基片尺寸相同，其上半部分與下半部分之間設(shè)有漏斗形結(jié)構(gòu)，用于過(guò)度氣流；所述可拆卸噴頭外壁設(shè)有凸臺(tái)；進(jìn)氣管路與進(jìn)氣口固定連接，進(jìn)氣口與出氣口可拆分的密閉連接；氣體通過(guò)進(jìn)氣管路進(jìn)入進(jìn)氣口，在進(jìn)氣口內(nèi)部的空腔緩沖進(jìn)入出氣口 ，從出氣口噴灑在基片上。
[0048]所述基片承載臺(tái)，用于承載基片，設(shè)置在原子層沉積反應(yīng)腔下方。
[0049]所述溫度控制裝置，設(shè)置在基片承載臺(tái)下方，用于調(diào)整基片承載臺(tái)溫度到特定值。所述溫度控制裝置包括加熱模塊和冷凝模塊，加熱模塊通過(guò)油浴加熱的方式迅速升溫到特定溫度，冷凝模塊通過(guò)油浴冷卻的方式迅速降溫到特定溫度。第1至第4噴頭正下方為第一溫度控制端，控制溫度為150°C，第4至第7噴頭正下方為第二溫度控制段，控制溫度為180。。。
[0050]所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，用于提供水平方向和垂直方向運(yùn)動(dòng)，與基片承載臺(tái)連接，帶動(dòng)基片承載臺(tái)運(yùn)動(dòng)。所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)在水平方向上做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在垂直方向上的移動(dòng)精度達(dá)到lOOum級(jí)別。
[0051]在硅片上，交替沉積A1203膜和Ti02膜，前驅(qū)體A為三甲基鋁，沉積A1203膜，前驅(qū)體A為三甲基鋁，前驅(qū)體B為H20。沉積Ti02膜，前驅(qū)體C為四氯化鈦。
[0052]交替沉積A1203膜和Ti02膜是，第1、第3、第5、第7噴頭通入氦氣，第2噴頭通入三甲基鋁，第4噴頭通入水蒸氣，第6噴頭通入四氯化鈦氣體。腔體支撐架側(cè)面通入的氦氣，形成氣體隔離，為原子層沉積提供反應(yīng)條件?；休d臺(tái)上設(shè)置硅片作為基片，尺寸為30*20mm，與噴頭出氣口內(nèi)空腔下半部分尺寸相同。運(yùn)動(dòng)平臺(tái)調(diào)整基片承載臺(tái)與噴頭的距離1mm。反應(yīng)時(shí)，基片承載臺(tái)隨著運(yùn)動(dòng)平臺(tái)在水平方向上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，形成與腔體支撐架的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。溫度控制裝置，控制反應(yīng)溫度。
[0053]一個(gè)循環(huán)內(nèi)，基片隨基片承載臺(tái)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng):運(yùn)動(dòng)至第1噴頭正下方，通入氦氣，氦氣清理物理吸附于基片表面的雜志；運(yùn)動(dòng)至第2噴頭正下方通入三甲基鋁氣體，與基片表面發(fā)生原子層沉積半反應(yīng)；運(yùn)動(dòng)至第3噴頭正下方，通入氦氣，氦氣一方面隔離三甲基鋁和水蒸氣，防止前驅(qū)體混合發(fā)生交叉污染，另一方面清理物理吸附于基片表面的殘余三甲基鋁氣體；運(yùn)動(dòng)至第4噴頭正下方，通入水蒸氣，與基片表面發(fā)生原子層沉積半反應(yīng)；此階段為第一題溫度控制段，溫度控制裝置油浴加熱至150°C。運(yùn)動(dòng)至第5噴頭正下方；通入氦氣，氦氣一方面隔離水蒸氣和四氯化鈦，另一方面清理物理吸附于基片表面的殘余水蒸氣；運(yùn)動(dòng)至第6噴頭正下方，通入四氯化鈦氣體，與基片表面發(fā)生原子層沉積半反應(yīng)；運(yùn)動(dòng)至第7噴頭正下方，通入氦氣，氦氣一方面隔離四氯化鈦和水蒸氣，另一方面清理物理吸附于基片表面的殘余四氯化鈦；此后，基片隨著基片承載臺(tái)折返，運(yùn)動(dòng)至第6、第5噴頭正下方的過(guò)程如上所述；運(yùn)動(dòng)至第4噴頭正下方時(shí)，通入水蒸氣，與基片表面發(fā)生原子層沉積半反應(yīng)，為第二溫度控制段，溫度控制裝置油浴加熱至180°C。至此，完成一次循環(huán)，沉積一層厚
0.lnm的A1203膜和一層厚0.lnm的Ti02膜。基片承載臺(tái)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)至第3、第2、第1噴頭正下方，進(jìn)入第一溫度控制段，溫度控制裝置油浴冷卻至150°C，然后折返，如此循環(huán)，交替沉積A1203膜和Ti02膜，一次循環(huán)原子層沉積膜厚度增加0.2nm,最終原子層沉積膜厚度為單次循環(huán)增加量與基片往復(fù)運(yùn)動(dòng)的循環(huán)數(shù)的積，根據(jù)需要確定基片承載臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)循環(huán)數(shù)即可。
[0054] 本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)·。
【權(quán)利要求】
1.一種多元物質(zhì)原子層沉積膜制備方法，其特征在于，使基片相對(duì)于原子層沉積反應(yīng)腔運(yùn)動(dòng)，依次通過(guò)其內(nèi)用于完成不同原子層沉積的原子層沉積系統(tǒng)，基片通過(guò)每個(gè)原子層沉積系統(tǒng)時(shí)，調(diào)整基片溫度為相應(yīng)原子層沉積反應(yīng)最適溫度，采用空間隔離原子層沉積方法沉積單種物質(zhì)原子層沉積膜。
2.如權(quán)利要求1所述的原子層沉積膜制備方法，其特征在于，所述基片通過(guò)所有原子層沉積系統(tǒng)后，回到初始位置，將所述基片經(jīng)過(guò)所有原子層沉積系統(tǒng)并回到初始位置的過(guò)程作為一次循環(huán)操作，多次循環(huán)操作，從而沉積不同厚度的多元物質(zhì)原子層沉積膜。
3.實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1或2所述的原子層沉積方法的原子層沉積膜制備裝置，其特征在于，包括原子層沉積反應(yīng)腔、基片承載臺(tái)、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和溫度控制裝置；所述原子層沉積反應(yīng)腔依次設(shè)置有多個(gè)原子層沉積系統(tǒng)，所述原子層沉積系統(tǒng)用于完成特定的原子層沉積反應(yīng)；所述基片承載臺(tái)，用于承載基片，設(shè)置在原子層沉積反應(yīng)腔下方；所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，用于提供水平方向和垂直方向運(yùn)動(dòng)，與基片承載臺(tái)連接，帶動(dòng)基片承載臺(tái)運(yùn)動(dòng)；所述溫度控制裝置，設(shè)置在基片承載臺(tái)下方，用于調(diào)整基片承載臺(tái)溫度到相應(yīng)原子層沉積反應(yīng)最適溫度。
4.如權(quán)利要求3所述的原子層沉積膜制備裝置，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)在垂直方向上的移動(dòng)精度達(dá)到lOOum級(jí)別。
5.如權(quán)利要求3所述的原子層沉積膜制備裝置，其特征在于，所述溫度控制裝置包括加熱模塊和冷凝模塊，加熱模塊調(diào)整溫度迅速上升，冷凝模塊調(diào)整溫度迅速下降。
6.如權(quán)利要求3至5任意一項(xiàng)所述的原子層沉積膜制備裝置，其特征在于，所述原子層沉積系統(tǒng)為可拆卸原子層沉積系統(tǒng)，包括腔體支撐架和可拆卸噴頭，所述可拆卸噴頭采用壓片、螺釘、卡扣、基孔配合的方式固定在腔體支架上。
7.如權(quán)利要求6所述的原子層沉積膜制備裝置，其特征在于，所述可拆卸噴頭，包括進(jìn)氣管路、進(jìn)氣口和出氣口 ；所述進(jìn)氣口內(nèi)部為空腔，其橫截面為上窄下寬的梯形；所述出氣口內(nèi)部形成空腔，分為上半部分和下半部分，其上半部分與進(jìn)氣口內(nèi)部空腔下端的尺寸相同，其上半部分與下半部分之間設(shè)有漏斗形結(jié)構(gòu)，用于過(guò)度氣流；所述可拆卸噴頭外壁設(shè)有凸臺(tái)；進(jìn)氣管路與進(jìn)氣口固定連接，進(jìn)氣口與出氣口可拆分的密閉連接；氣體通過(guò)進(jìn)氣管路進(jìn)入進(jìn)氣口，在進(jìn)氣口內(nèi)部的空腔緩沖進(jìn)入出氣口，從出氣口噴灑在基片上。
8.如權(quán)利要求6所述的原子層沉積膜制備裝置，其特征在于，所述腔體支撐架側(cè)面設(shè)有隔離氣體進(jìn)氣口。
【文檔編號(hào)】C23C16/52GK103668120SQ201310636805
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月2日
【發(fā)明者】陳蓉, 褚波, 何文杰, 高玉樂(lè), 單斌, 文艷偉 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)