[发明专利]一种原子层沉积反应装置及通孔材料表面薄膜沉积工艺

说明书

本发明涉及本发明提供一种原子层沉积反应腔体设计装置以及针对超高深宽比通孔材料表面均匀镀膜工艺，其中，原子层沉积反应腔体设计装置包括：进气系统、排气系统、上反应腔、下反应腔、基板；其中，基板位于上反应腔内，进气系统用于提供所需反应前驱体和净化气体，反应前驱体和净化气体进入所述上反应腔，排气系统用于清除多余反应前驱体和净化气体，经所述下反应腔排除。本发明可以解决超高深宽比通孔材料内部表面无法均匀沉积镀膜问题。

技术领域

本发明涉及，具体涉及一种原子层沉积反应装置及通孔材料表面薄膜沉积工艺。

背景技术

随着纳米技术的发展,纳米科技不断的应用到各个领域,纳米结构材料成本低廉,具有表面与界面效应,小尺寸效应,量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。这一系列效应导致了纳米材料在熔点﹑光学性质﹑化学反应性﹑磁性﹑超导及塑性形变等许多物理和化学方面都显示出特殊的性能，它使纳米微粒和纳米固体呈现许多奇异的物理﹑化学性质。材料尺寸的不断减小对纳米结构材料的制备提出了更高的要求，纳米结构的制备将直接影响着纳米能源器件的性能。原子层沉积是一种通过将气相前驱体脉冲交替地通入反应器内将物质以单原子膜的形式一层一层的化学吸附在基底表面的方法。与传统的沉积工艺相比，在原子层沉积过程中，不同的反应物前驱体则是以气体脉冲的形式交替送入反应器内，每种反应物饱和吸附后过剩的反应物则被惰性气体冲走。原子层沉积的自限制性和互补性使其在薄膜的成分和厚度控制方面有出色的优势，所制备的薄膜均匀性好，纯度高并且具有良好的保形性。原子层沉积适合于各种复杂结构的衬底，能沉积具有大的高深宽比结构，同时还可以在热稳定性低的柔性基底上沉积材料。前驱体的饱和化学吸附能保证生成大面积均匀薄膜。因此，反应前驱体是否被基底表面化学吸附是实现原子层沉积的关键。特别对于一些超高深宽比的通孔材料，气相前驱体物质分子依靠自身的布朗运动不足以扩散到材料的内部，无法在材料内部实现均匀吸附。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能够均匀吸附的原子层沉积反应装置及通孔材料表面薄膜沉积工艺。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种原子层沉积反应装置，所述装置包括下反应腔、覆盖在反应腔体顶部的顶盖、设置在顶盖中的供气单元、设置在下反应腔内部并与供气单元连接的上反应腔以及设置在下反应腔底部的排气口，所述上反应腔的底部设有沉积基板卡槽，所述沉积基板卡槽上固定放置样品放置台。其中，供气单元用于提供所需反应前驱体和净化气体，排气口用于清除多余反应前驱体和净化气体，排气口还能连接一个真空机用于使得下反应腔的压强小于上反应腔。

所述的供气单元包括设置在顶盖上的多个进气口、设置在进气口下方并悬挂在顶盖下表面的分流板，所述分流板和顶盖之间形成气体混合腔。

所述的上反应腔的顶部被顶盖覆盖，且所述所有进气口均与上反应腔连通，所述气体混合腔位于上反应腔的上部。

所述顶盖上至少设有的3个进气口，其中，至少2个进气口通前驱体，其余进气口通净化气。

所述沉积基板卡槽的形状大小与样品放置台相匹配，且沉积基板卡槽上设有压杆；

所述样品放置台的中部设有用于连接上反应腔和下反应腔的连接口，用于原子层沉积反应的基体放置在该连接口上，且覆盖住连接口，所述基体通过压杆固定在样品放置台上，所述基体设置在上反应腔中。

所述装置内部设有温度控制单元，用于为前驱体反应提供相应温度。

一种采用如上所述原子层沉积反应装置进行的通孔材料表面薄膜沉积工艺，该工艺过程中，上反应腔内的压强始终大于下反应腔，所述工艺包括以下几个步骤：

(1)第一前躯体气体经进气口进入上反应腔，待基体达到饱和吸附后停止，即当进气口进入的第一前躯体气体与排气口出来的第一前躯体气体的流量达到一致，说明基体达到饱和吸附；