[实用新型]原子层沉积设备

说明书

技术领域

本实用新型大体上涉及原子层沉积(Atomic Layer Deposition，ALD)，更具体地，涉及原子层沉积设备。

背景技术

原子层沉积是通过将气相前驱体脉冲交替地通入反应器并在沉积基材上化学吸附并反应而形成沉积膜的一种技术。当前驱体达到沉积基材表面，它们会在其表面化学吸附并发生表面反应。原子层沉积的表面反应具有自限制性(self-limiting)，不断重复这种自限制反应就形成所需要的薄膜。根据沉积前驱体和基材材料的不同，原子层沉积有两种不同的自限制机制，即化学吸附自限制(CS)和顺次反应自限制(RS)过程。化学反应一般在精准控温(50-600℃)下进行，也可能再添加射频功率产生的等离子体来提高反应速率。

化学吸附自限制沉积过程中，第一种反应前驱体输入到基材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，起就会与已吸附于基材材料表面的第一前驱体发生反应。两个前驱体之间会发生置换反应并产生相应的副产物，直到表面的第一前驱体完全消耗，反应会自动停止并形成需要的原子层。该反应过程可以由下面的公式(1)表示，其中ML2表示第一种前驱体，AN2表示第二种前驱体，MA表示所生成的原子层

ML2+AN2---MA+2LN   (1)

与化学吸附自限制过程不同，顺次反应自限制原子层沉积过程是通过活性前驱体物质与活性基材材料表面化学反应来驱动的。这样得到的沉积薄膜是由于前驱体与基材材料间的化学反应形成的。对于顺次反应自限制过程首先是活化剂(AN)活化基材材料表面；然后注入的第一种前驱体ML2在活化的基材材料表面反应形成吸附中间体AML，这可以用反应方程式(2)表示。反应(2)着活化剂AN的反应消耗而自动终止，具有自限制性。当沉积反应第二种前驱体AN2注入反应器后，就会与上述的吸附中间体反应并生成沉积原子层，这可以用反应方程式(3)表示。

AN+ML2---AML+NL   (2)

AML+AN2---MAN+NL   (3)

对于顺次反应自限制过程，一方面基材材料表面必须先经过表面活化，另一方面，这种沉积反应实际是半反应(2)和(3)的组合。

实用新型内容

现有的原子层沉积设备仍有待进一步改进。

在本实用新型的一个实施例中，揭示了一种原子层沉积设备，该原子层沉积设备包括：传送室；分别与所述传送室连通的预清洗室、热处理室、加载闭锁室、以及多个反应室；与所述加载闭锁室连通的前端模块；其中，在所述多个反应室中经由工艺气体的反应将原子层沉积于基材的表面；所述传送室中配备有机械手臂用于在所述传送室和预清洗室、热处理室、加载闭锁室、以及多个反应室之间传递基材；所述前端模块经配置为自动地与所述加载闭锁室之间传递基材。

在上述原子层沉积设备的一个实施例中，所述传送室和多个反应室各自独立地可封闭。

在上述原子层沉积设备的一个实施例中，所述机械手臂是多层双臂机械手。

在上述原子层沉积设备的一个实施例中，所述多个反应室分别能够同时沉积306片基材。

在上述原子层沉积设备的一个实施例中，所述多个反应室中分别配备有平行移动装置或旋转移动装置用于移动基材。

在上述原子层沉积设备的一个实施例中，所述传送室与所述多个反应室之间的连通接口允许一次传递一片或两片基材。

在上述原子层沉积设备的一个实施例中，所述传送室与加载闭锁室之间的连通接口允许一次传递两片基材。

在上述原子层沉积设备的一个实施例中，所述多个反应室经配置为错开彼此的工作周期。

在上述原子层沉积设备的一个实施例中，所述基材为晶圆。

由于原子层沉积反应速度慢、耗时长，造成产能的瓶颈主要在反应室。传送室、预清洗室、热处理室、加载闭锁室等的处理效率均远超过反应室。通过一组传送室、预清洗室、热处理室、加载闭锁室与多个反应室的组合，可以在提高产能的同时降低设备成本。根据本实用新型的某些实施例，通过错开各反应室的工作周期，可以在一个反应室的反应周期内执行另一反应室的装载或卸载，从而节约了等待时间、进一步提高了生产效率。

附图说明

结合附图，以下关于本实用新型的优选实施例的详细说明将更易于理解。本实用新型以举例的方式予以说明，并非受限于附图，附图中类似的附图标记指示相似的元件。

图1为一个实施例的原子层沉积设备100的平面排布示意图；

图2为一个实施例的原子层沉积设备200的平面排布示意图；