[发明专利]一种原子层沉积制备薄膜材料的装置和方法

说明书

本发明公开了一种原子层沉积制备薄膜材料的装置和方法，通过腔室；第一管路，所述第一管路与所述腔室的一端连通，且所述第一管路通入第一前驱体进入所述腔室；第二管路，所述第二管路与所述腔室的一端连通，且所述第二管路通入第二前驱体进入所述腔室；马弗炉，所述马弗炉设置在所述腔室的外侧，且所述马弗炉采用分段加热所述腔室，其中，所述马弗炉第一段加热衬底至第一温度，在所述第一温度下向所述腔室通入所述第一前驱体与所述第二前驱体，所述马弗炉第二段加热至第二温度；抽真空管路，所述抽真空管路的一端与所述腔室的另一端连通。达到提高前驱体的反应活性，拓宽原子层沉积前驱体的选择，提高所沉积薄膜的结晶性的技术效果。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种原子层沉积制备薄膜材料的装置和方法。

背景技术

原子层沉积(atomic layer deposition，ALD),是一种特殊的化学气相沉积技术，可以实现单原子层沉积的薄膜制备装置，具有优异的保型性、大面积均匀性和精确的膜厚控制性等特点。自从2001年国际半导体行业协会将ALD列入与微电子工艺兼容的候选技术以来，其赢得了来自界和学术界的广泛关注。2007年Inter公司在半导体工业45nm技术节点上，将ALD沉积技术引入产线，使得微处理器功耗降低，运行速度提高。近年来ALD技术在微电子、光电子、光学、纳米技术、微机械系统、能源、催化等领域得到广泛应用。

目前，原子层沉积技术显示出巨大的商业前景，然而也面临着巨大的挑战。首先，ALD前驱体需要具有较高的反应活性，因此目前合适的ALD前驱体还比较匮乏，这直接影响了一些关键材料的沉积及其所获薄膜的质量。其次，目前通过ALD技术得到的薄膜主要以非晶薄膜和单晶薄膜为主，想要获得高结晶性的薄膜材料难以实现，这就限制了ALD技术在这些领域的应用。利用高温ALD技术，可以给前驱体提供更高的能量，从而降低对于反应前驱体的高活性要求，扩大反应前驱体的选择。同时，利用高温可以提高所制备薄膜的结晶性，从而满足某些器件要求。

由于现有技术中原子层沉积设备腔室为金属且腔体较大，对于腔室的升温和降温速度非常缓慢，不适宜活性较低的原子层沉积前驱体的技术问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种原子层沉积制备薄膜材料的装置和方法，用以解决现有技术中原子层沉积设备腔室为金属且腔体较大，对于腔室的升温和降温速度非常缓慢，不适宜活性较低的原子层沉积前驱体的技术问题，达到了调控前驱体的温度和沉积工艺的衬底温度，从而提高前驱体的反应活性，减少传输过程中的腔室吸附，实现了拓宽原子层沉积前驱体的选择，提高所沉积薄膜的结晶性的技术效果。

为了解决上述问题，第一方面，本发明实施例提供了一种原子层沉积制备薄膜材料的装置，所述装置包括：腔室；第一管路，所述第一管路与所述腔室的一端连通，且所述第一管路通入第一前驱体进入所述腔室；第二管路，所述第二管路与所述腔室的一端连通，且所述第二管路通入第二前驱体进入所述腔室；马弗炉，所述马弗炉设置在所述腔室的外侧，且所述马弗炉采用分段加热所述腔室，其中，所述马弗炉第一段加热衬底至第一温度，在所述第一温度下向所述腔室通入所述第一前驱体与所述第二前驱体，所述马弗炉第二段加热至第二温度；抽真空管路，所述抽真空管路的一端与所述腔室的另一端连通。

优选地，所述装置包括：真空泵，所述真空泵与所述抽真空管路的另一端连接，且所述真空泵通过所述抽真空管路将所述腔室内抽为真空。

优选地，所述装置包括：真空规，所述真空规设置在所述第一管路、所述第二管路或所述抽真空管路上。

优选地，所述第一前驱体与所述第二前驱体在所述腔室中沿单向直线流动。

优选地，所述腔室的壁厚为1～10mm，所述腔室的长为0.6～3m，所述腔室的内径为2.5～20cm。

优选地，所述腔室的耐热温度≤1200℃。

优选地，所述腔室采用石英管或刚玉管制成。