[发明专利]一种常压多腔原子层沉积设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种原子层气相沉积的设备，应用于常压下原子层气相沉积技术，属于薄膜涂层领域。

背景技术

原子层沉积(Atomic layer deposition，简称ALD)技术是最前沿的薄膜沉积技术。它的原理是通过将气相前驱体脉冲交替地通入反应器并在沉积基体上化学吸附并反应，并以单原子膜的形式一层一层形成沉积膜的一种方法。在沉积过程中，第一种反应前驱体(precursor)输入到基体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，会首先吸附在第一种前躯体表面，然后提供一种活化能，让两种前驱体发生反应，并产生相应的副产物通过真空设备抽掉，形成一个原子层厚度的反应薄膜，重复该周期，直至形成所需厚度的薄膜。该成膜技术可以在基体上长非常薄的膜，可以准确控制薄膜的厚度，可在任何形状的基体上进行接近100％的覆盖。

传统的ALD设备在为基体覆膜的过程中，存在如下问题：(1)所有反应过程均需在真空状态下完成，使腔体维持在真空状态的装置会加大设备的制造成本；(2)在真空状态下为基体覆膜，基体形状与大小受反应腔限制，不能超过反应腔的容量。(3)不同前躯体按照时间次序通入反应腔，基体在反应腔中与顺次通入该腔体的前躯体进行反应，成膜过程耗时比较长；(4)成膜过程的所有步骤均在一个反应腔内完成，一个反应腔每次只能为一个腔容量的基体进行覆膜，产量低；(5)前躯体通入反应腔时需要一定的时间达到稳定状态，而且控制前躯体的切换、吹扫等步骤还会占用一定的时间，由此延长了整个设备的覆膜时间，并且该步骤要求设备结构复杂，加大了制造成本。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，研发了一种低成本、高效率的常压多腔原子层沉积成膜设备。本发明将传统原子层沉积设备的真空反应环境变为常压反应环境，简化了反应装置。同时调整了原有的反应腔结构，将前躯体按照时间次序通入一个反应腔，并在一个反应腔内完成整个覆膜过程的结构，变为每个前躯体拥有一个独立的反应腔，在每个反应腔内完成一个反应步骤，进而完成整个覆膜过程的结构。对比传统的ALD设备，本发明将传统设备的真空反应环境变为了常压反应环境，将传统设备的一个反应腔变为了多个反应腔；对比“一种真空多腔原子层沉积设备”的专利，本发明将其真空多腔的设备变为了常压多腔的设备。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：一种常压多腔原子层沉积设备，包括冷却系统和存片装置，每个前躯体拥有一个独立的反应腔，在其中至少一个反应腔中设有能量来源装置，各反应腔之间用惰性气体分隔开，上述存片装置、冷却系统及反应腔与传送装置相接并相通，其中冷却系统可根据实际需要进行选择性安装。该设备调整了原有的反应腔结构，使每个前躯体拥有一个独立的反应腔，并在沉积过程中一直保持通入状态。各反应腔之间用惰性气体分隔开，基体(可以是金属、玻璃、硅片、塑料、模板等材料)通过传送装置(可以是机械手、传送带、转盘、螺纹等)从一个反应腔移出时先经过惰性气体气墙，去除多余的前躯体和副产物后进入下一个反应腔。反应腔之间的惰性气体气墙可以是同一种气体，也可以根据反应需要设置不同种类气体，该气墙除了能分隔腔体，避免反应腔之间的前躯体发生反应外，还能起到对基体进行吹扫的作用，该步骤相当于传统ALD设备中通过抽真空去掉腔体内多余的前躯体和副产物的过程。基体在各腔室间循环运动，并在能量来源装置(等离子体、加热器、紫外线、红外线、光源等)的作用下与不同腔体内的前躯体发生反应完成覆膜过程，形成所需薄膜。能量来源装置可以以独立的反应腔形式存在，也可以加载到反应所需的其中一个反应腔内，根据前躯体需要达到的反应条件进行设置。该设备可以拥有多个反应腔、多个传送装置。以能够生成一层原子层厚度薄膜的反应腔为一套腔体，一套腔体中反应腔的数量可根据反应需要进行增加；该设备可以是一套腔体，也可以根据产量要求，成倍的加载多套腔体。各套腔体可生长相同种类的薄膜，也可以生长不同种类的薄膜，可采用串联或并联的方式进行排列，每套腔体中反应腔数量可以不等。