[发明专利]集成傅里叶变换红外原位监测系统的原子层沉积装置

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜沉积技术领域，尤其涉及一种集成傅里叶变换红外原位监测的原子层沉积装置。

背景技术

原子层沉积(Atomic Layer Deposition，ALD)，又称原子层外延(Atomic Layer Epitaxy，ALE)，是基于衬底表面形成的基体，利用前驱体与氧化剂分步地、有次序地连续反应，从而形成原子量级精度薄膜的一种化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)。利用ALD技术不仅可以生长氧化物，还可以沉积氮化物及金属等，是非常重要的薄膜沉积技术。ALD技术的特点是不仅可在较低温度下(50～500℃)各向同性地生长薄膜，并可通过设计反应前驱体的沉积次序来调控薄膜成分，生长的薄膜具有非常好的均匀性、致密性、自限制性以及台阶覆盖率。

与传统连续稳态反应的CVD不同，ALD是一种自限制的分步的单分子层或原子层化学反应。以Al₂O₃的ALD生长为例，分步生长步骤如(1)、(2)式所示：

AlOH^*+Al(CH₃)₃→AlOAl(CH₃)₂^*+CH₄    (1)

AlCH₃^*+H₂O→AlOH^*+CH₄               (2)

上述每个沉积步骤理论上均是反应进行至单原子层厚度达到饱和时自行终止，然后利用惰性气体(如Ar，N₂)吹扫腔体将反应的残留物排出，以防残留物与新通入的前驱体发生直接的CVD反应造成薄膜的污染和不均匀。

在实现本发明的过程中，申请人意识到现有技术存在如下技术缺陷：在实际的薄膜生长过程中，由于反应条件(如温度、衬底表面等)的影响，可能并未发生如化学方程式(1)和(2)所示的ALD反应，或反应残留物也并未吹扫干净，从而导致生长的薄膜成分复杂并且厚度不均匀，而现有技术原子层沉积装置中并没有对上述条件进行监测的手段。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为解决上述的一个或多个问题，本发明提供了一种集成傅里叶变换红外原位监测的原子层沉积装置，以实现对原子层沉积过程的实时监测，及时发现反应程度及反应残留物的处理情况。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种原子层沉积装置。该原子层沉积装置包括：薄膜生长室，在其相对的两侧面分别设置第一红外观察窗口和第二红外观察窗口；傅里叶红外光源，位于薄膜生长室的一侧，用于发射红外光束，红外光束通过第一红外观察窗口透射至位于薄膜生长室内部的样品表面；红外探测器，位于薄膜生长室的另一侧，用于收集经过样品表面后通过第二红外观察窗口射出的红外光束；分析系统，与红外探测器相连接，用于利用经过样品表面后通过第二红外观察窗口射出的红外光束判断原子层沉积的状态和/或反应物的残留。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明原子层沉积装置具有下列有益效果：

1)针对当前原子层沉积反应过程中易发生的反应未进行或进行不完全，以及反应残余物未得到完全去除的问题，本发明实现了对沉积物的实时监测，可以给出是否进行了原子层沉积反应，以及反应残余物是否去除干净的准确信息，从而有利于使用者掌握实验的实时进展情况；

2)针对目前原子层沉积系统无原位监测而易发生的薄膜污染和厚度不均匀的情况，本发明实现对原子层沉积反应进行实时监测，可以保证原子层沉积反应的可重复性和完整性。

附图说明

图1为本发明实施例原子层沉积装置的结构示意图；

图2为本发明实施例原子层沉积装置中傅里叶红外原位监测系统的光路示意图；

图3为本发明实施例原子层沉积装置加热器的示意图；

图4a是本发明实施例原子层沉积装置中样品传送组件的示意图；

图4b是本发明实施例原子层沉积装置中样品固定组件的示意图；

图5为采用本发明实施例原子层沉积装置对Al₂O₃薄膜原子层沉积进行原位FTIR监测的结果。

具体实施方式