[实用新型]等离子体增强原子层沉积设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种原子层沉积设备，尤其涉及一种等离子体增强原子层沉积设备。

背景技术

单原子层沉积(ALD，Atomic Layer Deposition)，又称原子层沉积或原子层外延(Atomic Layer Epitaxy)，最初是由芬兰科学家提出并用于多晶荧光材料ZnS:Mn以及非晶Al₂O₃绝缘膜的研制，这些材料是用于平板显示器。由于这一工艺涉及复杂的表面化学过程和低的沉积速度，直至上世纪80年代中后期该技术并没有取得实质性的突破。但是到了20世纪90年代中期，人们对这一技术的兴趣在不断加强，这主要是由于微电子和深亚微米芯片技术的发展要求器件和材料的尺寸不断降低，而器件中的高宽比不断增加，这样所使用的材料厚度降低至几个纳米数量级。因此，原子层沉积技术的优势就体现出来，如单原子层逐次沉积，沉积层极均匀的厚度和优异的一致性等就体现出来，而沉积速度慢的问题就不重要了。

现有的原子层沉积设备绝大部分是在低真空条件下反应，采用加热的方式提供反应能量。对于需要较高能量的物质只能采取高温加热。但是，反应物大多为金属有机化合物，其在高温下容易分解或脱附从而造成反应很难进行甚至无法进行，并且沉积的材料中杂质含量高；对于有些基底特别是有机物无法承受过高温度，从而使得在这些不耐温的基底上能够沉积的材料非常有限。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种等离子体增强原子层沉积设备，实现了高质量原子层薄膜的沉积。

为达到上述目的，本实用新型提供一种等离子体增强原子层沉积设备，包括：相互贯通的等离子体产生腔体、扩散腔体、反应腔体以及抽气腔体，其中：

所述等离子体产生腔体具有等离子体产生气体进气口以及使来自所述等离子体产生气体进气口的等离子体产生气体产生等离子体的等离子发生装置；

所述等离子体产生腔体和所述扩散腔体之间设置有反应物进气口，来自所述反应物进气口的反应物与产生的等离子体在所述扩散腔体的内部均匀混合；

所述反应腔体的内部设置有用于放置与所述反应物发生反应的待沉积样品的样品台；

所述抽气腔体依次连接有尾气吸附装置以及抽气系统。

优选地，所述等离子发生装置可以采用感应耦合等离子体发生装置。

优选地，该设备还可以包括设置在所述等离子体产生腔体的喷淋构件，所述喷淋构件上设置有多个扩散孔，所述等离子体产生气体进气口、所述扩散孔以及所述等离子体产生腔体相贯通。

优选地，该设备还可以包括设置在所述扩散腔体的环绕式多孔构件，所述环绕式多孔构件上设置有多个扩散孔，所述反应物进气口、所述扩散孔以及所述扩散腔体相贯通。

优选地，所述样品台的上表面与所述反应腔体的顶部之间的高度可以大于200mm。

优选地，所述样品台可以采用不锈钢或者纯镍制成。

优选地，该设备还可以包括用于加热所述样品台的加热装置。

优选地，该设备还可以包括样品托盘。

优选地，所述样品托盘可以采用纯镍制成，厚度可以为2-5mm。

优选地，所述样品托盘可以通过卡槽被稳定地放置在所述样品台上。

优选地，所述样品台的直径与所述反应腔体的内径之比可以在1∶1.2至1∶2之间。

优选地，所述扩散腔体可以为能够使所述等离子体与所述反应物混合均匀的穹顶状腔体。

优选地，所述抽气腔体、所述反应腔体、所述扩散腔体以及所述等离子体产生腔体之间均采用胶圈或无氧铜垫圈密封。

优选地，所述抽气腔体、所述反应腔体、所述扩散腔体以及所述等离子体产生腔体共同形成类似纺锤形状的腔体。

优选地，所述等离子体产生气体进气口的内径可以为2-12mm，所述喷淋构件的所述扩散孔的内径可以为0.2-3mm。

优选地，所述反应物进气口的内径可以为2-12mm，所述环绕式多孔构件的所述扩散孔的内径可以为0.2-4mm。

优选地，所述抽气系统可以包括真空规、旁抽阀、抽速调节阀、高真空阀、分子泵、前级阀以及机械泵。

根据本实用新型的等离子体增强原子层沉积设备，一种等离子体增强原子层沉积方法也被公开。该方法包括：在真空条件下，将生成的等离子体与反应物混合均匀；反应物利用等离子体所提供的能量在待沉积样品沉积，并反应生成薄膜。

优选地，所述方法还可以包括：加热待沉积样品，以提供反应物在反应生成薄膜时所需的能量。

优选地，所述方法还可以包括：去除多余的反应物以及生成物。