一种快速自如沉积或刻蚀原子层的方法及腔室构造

摘要

本发明属于原子层技术领域，提供了一种快速自如沉积或刻蚀原子层的方法及腔室构造，包括圆盘腔室，所述圆盘腔室内设有呈圆环状等距排列的若干个源反应腔室，所述源反应腔室外部为传输腔；所述圆盘腔室中部设有至少一个绕圆盘腔室圆心转动的基片传动装置；所述圆盘腔室的顶部设有传输腔吹扫系统，本发明通过载基片传动装置的旋转往复运动，进行沉积或刻蚀反应，在保证沉积或刻蚀效果的同时，提高沉积或刻蚀速率，可以根据沉积或刻蚀材料的种类，通过设置不同的腔体数量和运行程序，实现多种材料的自动化、智能化沉积或刻蚀。

说明书

技术领域

本发明属于原子层技术领域，具体涉及一种快速自如沉积或刻蚀原子层的方法及腔室构造。

背景技术

原子层沉积ALD(Atomic layer deposition)是通过将气相前驱体交替的通入反应器，化学吸附在沉积衬底上并反应形成沉积膜的一种方法，是一种可以将物质以单原子膜的形式逐层镀在衬底表面的方法，ALD是一种真正的纳米技术，以精确的控制方式实现纳米级的超薄薄膜沉积，由于ALD利用的是饱和化学吸附的特性，因此可以确保对大面积、多孔、管状、粉末或其他复杂形状基体的高保形均匀沉积，类似于ALD，原子层刻蚀ALE(atomiclayer etching)则以一种自限制的方式，在原子尺度之内有序的逐层去除材料。

然而，在现有技术中，沉积或刻蚀反应常在一个反应腔内进行，输气管道也采用同一管道，极易导致不同前驱体源的相互污染，而且前驱体源的输入、排出、吹扫均在同一个腔体内完成，导致生长或刻蚀材料的速率缓慢。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种快速自如沉积或刻蚀原子层的方法及腔室构造，通过设定一定的工艺方案和程序，利用载基片传动装置的往复运动，在分立的反应腔内进行沉积或刻蚀反应，实现一定结构的纳米薄膜材料叠层制备，在保证沉积或刻蚀效果的同时，提高沉积或刻蚀速率。

本发明提供的技术方案如下：

一方面，一种快速自如沉积或刻蚀原子层的腔室构造，包括圆盘腔室，所述圆盘腔室内设有呈圆环状排列的若干个源反应腔室，所述源反应腔室外部为传输腔；

所述圆盘腔室中部设有至少一个绕圆盘腔室圆心转动的基片传动装置；

所述圆盘腔室的顶部设有传输腔吹扫系统。

所述源反应腔室内设有绕源反应腔室内壁设置的圆环状源出气管，所述源反应腔室远离圆盘腔室圆心的一端连接有源进气管，所述源进气管与源出气管相通。

所述源反应腔室靠近圆盘腔室圆心的一端设有吹扫风刀，所述吹扫风刀的下方设有阀门。

所述源出气管上面设有单排或双排源出气孔。

所述吹扫风刀上设有双排或多排风刀气孔。

所述基片传动装置包括第一传动轴、第二传动轴、第一传动臂、第二传动臂和基片托盘，所述第一传动轴固定安装在圆盘腔室1圆心位置，所述第一传动臂与第一传动轴绕圆盘腔室圆心转动连接，所述第二传动轴固定安装在第一传动臂远离圆盘腔室圆心的一端，所述第二传动臂通过第二传动轴与第一传动臂转动连接。

所述第一传动臂与第二传动臂的长度之和为圆盘腔室圆心到源反应腔室圆心的距离。

所述传输腔吹扫系统与圆盘腔室接触处的部分设有若干个排气孔，所述每个源反应腔室和传输腔底部均分别连通有一个真空泵。

另一方面，一种快速自如沉积或刻蚀原子层的方法，包括以下步骤：

S101表面吸附改性，转动基片传动装置将基片托盘送入第一源反应腔室，通过前驱体蒸汽吸附在刻蚀表面形成化学吸附层；

S102过量反应物排出，基片托盘离开第一源反应腔室时，启动第一源反应腔室内的真空泵将第一源反应腔室内的过量反应物排出；

S103传输腔吹扫，基片托盘离开第一源反应腔室进入传输腔，在传输腔吹扫系统的吹扫下做表面清洁后基片托盘进入第二源反应腔室；

S104表面去除，通过第二源反应腔室内的前驱体，表面化学吸附层转化为挥发性刻蚀物；

S105挥发性反应产物排出，基片托盘离开第二源反应腔室时，启动第二源反应腔室内的真空泵将第二源反应腔室内挥发性反应产物排出；

往复上述S101-S105步骤，直至沉积厚度或刻蚀深度达到预设值。

所述基片传动装置的运动速率和循环次数由计算机程序设定。

综上所述，本发明的有益效果是：

(1)本发明通过载基片传送装置将基片输送到各自分立的反应腔，完成相应的沉积或刻蚀反应，吹扫清洁的动作在传输腔内传输过程中自然完成，在保证沉积或刻蚀效果的同时，提高沉积或刻蚀速率。

(2)本发明在各自分立的反应腔内完成单一前驱体源的半反应，反应饱和后将反应物迅速排出，避免了不同前驱体源的交叉污染，保证了工艺的质量。

(3)本发明根据工艺方案编制的程序指令，使传动臂在各源反应腔室内自如地切换，可以设计制备具有特定结构的纳米材料器件，并在腔体内一次完成，同时，还可以采用多个传动臂对不同沉积或刻蚀结构同时进行工艺处理，极大的提高了工作效率。

附图说明

图1为本发明俯视结构示意图；

图2为本发明侧视结构示意图；

图3为本发明载基片传动装置结构示意图；

图4为本发明吹扫风刀气孔结构示意图；

图5为本发明源出气孔结构示意图；

图6为本发明传输腔吹扫系统排气孔结构示意图

附图标记如下：

1、圆盘腔室；2、源反应腔室；3、传输腔；4、基片传动装置；5、传输腔吹扫系统；6、源进气管；7、源出气管；8、吹扫风刀；9、阀门；10、真空泵；21、第一源反应腔室；22、第二源反应腔室；23、第三源反应腔室；41、第一传动轴；42、第二传动轴；43、第一传动臂；44、第二传动臂；45、基片托盘；51、排气孔；71、源出气孔；81、风刀气孔。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，以下实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

如图1-6所示，一种快速自如沉积或刻蚀原子层的腔室构造，包括圆盘腔室1，圆盘腔室1内设有呈圆环状排列的若干个源反应腔室2，源反应腔室2提供整个工艺的反应场所，且每个源反应腔室2都只有单一的前驱体源涌入，由载气携带避免了不同前驱体源的交叉感染，源反应腔室2外部为传输腔3；

圆盘腔室1中部设有至少一个绕圆盘腔室1圆心转动的基片传动装置4，若有多个基片传动装置4，则多个基片传动装置4重叠放置；

圆盘腔室1的顶部设有传输腔吹扫系统5，基片托盘45移出第一源反应腔室21进入传输腔3时，传输腔吹扫系统5开始对基片托盘45进行吹扫，传递到第二源反应腔室22时，传输腔吹扫系统5吹扫完毕。

源反应腔室2内设有绕源反应腔室2内壁设置的圆环状源出气管7，采用圆环状源出气管7保证了源反应腔室2内能够快速且均匀地充满前驱体源，源反应腔室2远离圆盘腔室1圆心的一端连接有源进气管6，源进气管6与源出气管7相通，源通过载气以一定的压力流出。

源反应腔室2靠近圆盘腔室1圆心的一端设有吹扫风刀8，吹扫风刀8的下方设有阀门9，阀门9用于在不使用反应腔时关闭出口，以保证反应腔室2内部的纯净。

源出气管7上面设有单排或双排源出气孔71，可以根据工艺的要求设立出气孔数。

吹扫风刀8上设有双排或多排风刀气孔81，吹扫风刀8持续吹气，当基片托盘45移入源反应腔室2前和移出源反应腔室2后，吹扫风刀8自然隔绝源反应腔室2和传输腔3，保证内部的纯净。

基片传动装置4包括第一传动轴41、第二传动轴42、第一传动臂43、第二传动臂44和基片托盘45，第一传动轴41固定安装在圆盘腔室1圆心位置，传动臂43与第一传动轴41绕圆盘腔室1圆心转动连接，所述第二传动轴42固定安装在第一传动臂43远离圆盘腔室1圆心的一端，所述第二传动臂43通过第二传动轴42与第一传动臂43转动连接，基片传动装置4根据工艺方案设计的程序指令，在各源反应腔室2内自如地切换，完成沉积或刻蚀的过程。

第一传动臂43与第二传动臂44的长度之和为圆盘腔室1圆心到源反应腔室2圆心的距离，第一传动臂43与第二传动臂44的长度确保恰好使得基片处于反应腔的中心。

传输腔吹扫系统5与圆盘腔室1接触处设的部分有若干个排气孔51，传输腔吹扫系统5内的惰性气体通过排气孔51持续进行吹扫工作，每个源反应腔室2和传输腔3底部均分别连通有一个真空泵10，传输腔3内的真空泵10持续进行抽气动作，真空泵10根据腔体的大小和沉积或刻蚀的速率要求进行配置，以符合快速抽气的技术要求。

一种快速自如沉积或刻蚀原子层的方法，包括以下步骤：

S101表面吸附改性，转动基片传动装置4将基片托盘45送入第一源反应腔室21，通过前驱体蒸汽吸附在刻蚀表面形成化学吸附层；

S102过量反应物排出，上述表面吸附改性步骤完成后，基片传动装置4将基片托盘45带离第一源反应腔室21时，启动第一源反应腔室21内的真空泵10将第一源反应腔室21内的过量反应物排出；

S103传输腔吹扫，基片托盘45离开第一源反应腔室21入传输腔即进行吹扫。此步骤用于清除基片表面的杂质。传输腔有快速吹扫和抽气的功能配置，可以缩短薄膜生长或刻蚀的时间；

S104表面去除，基片托盘45进入第二源反应腔室22后，通过第二源反应腔室22内的前驱体，将表面化学吸附层转化为挥发性刻蚀物；

S105挥发性反应产物排出，当表面去除步骤完成后，基片托盘45离开第二源反应腔室22后，启动真空泵10将第二源反应腔室22内挥发性反应产物排出，待完全排净后再次充满所需前驱体源；

往复上述S101-S105步骤，直至沉积厚度或刻蚀深度达到预设值。

基片传动装置4的运动速率和循环次数由计算机程序设定。

本实施例附图中只是展示了四个源反应腔室2，在一些实施例中，可以根据需求设定任意数量以及排布方式。

举例来说，若第一源反应腔室21内通源TMA，第二源反应腔室22内通源HF，第三源反应腔室23内通源H

若需要刻蚀3个纳米的氧化铝，就让基片传动装置4在第一源反应腔室21与第二源反应腔室22之间循环运动，在程序里设定好循环数和循环速率即可。

以此类推，要生长何种薄膜，刻蚀何种薄膜，可以通过选择不同的前驱体源，在不同的分立腔室内，按照反应机理进行自动运行。

在沉积或刻蚀薄膜的过程中，如需做掩膜，可在中途令传送臂将基片送出，至于送出的实现细节以及配置的外界环境条件，不在本发明内讨论。

如果某个反应过程需要等离子辅助，可在相应的反应腔室上内置等离子发生装置，其余步骤，与本文讨论的方法相同。

需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式。

还需要说明的是，本文可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值。实施例中提到的方向用语，如涉及“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本申请的保护范围。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。