一種用于原子層薄膜沉積的反應(yīng)裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于原子層薄膜沉積的反應(yīng)裝置及方法，屬太陽(yáng)能電池制造裝配和加工【技術(shù)領(lǐng)域】，包括依次連接的反應(yīng)沉積腔、反應(yīng)排空腔和真空系統(tǒng)；所述反應(yīng)沉積腔內(nèi)包括硅片承載單元、加熱單元、前驅(qū)物進(jìn)料單元、吹掃氣體進(jìn)氣單元；本發(fā)明通過(guò)將至少兩種氣相前驅(qū)體脈沖交替地通入反應(yīng)器并在沉積基體上化學(xué)吸附并反應(yīng)，從而形成沉積膜。本發(fā)明有效彌補(bǔ)了現(xiàn)有反應(yīng)裝置中產(chǎn)能低、氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物在硅片表面分布不均、硅片表面存在溫度梯度及氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物無(wú)法排空等缺陷，大幅提升原子層薄膜沉積裝置的硅片產(chǎn)能和沉積速率并有效提高原子層薄膜的沉積質(zhì)量。
【專利說(shuō)明】—種用于原子層薄膜沉積的反應(yīng)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬太陽(yáng)能電池制造裝配和加工【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種用于原子層薄膜沉積的反應(yīng)裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著太陽(yáng)能電池工藝技術(shù)持續(xù)推進(jìn)，其中對(duì)于薄膜工藝的厚度均勻性及質(zhì)量的要求日漸升高。傳統(tǒng)的CVD沉積技術(shù)已很難有效地精確控制薄膜特性及滿足日益嚴(yán)苛的工藝技術(shù)要求，原子層沉積技術(shù)(Atomic Layer Deposition ;ALD)最初稱為原子層外延(Atomic Layer Epitaxy, ALE),也稱為原子層化學(xué)氣相沉積(Atomic Layer ChemicalVapor Deposition, ALCVD)，它利用反應(yīng)氣體與基板之間的氣固相反應(yīng)，來(lái)完成工藝的需求，由于可完成精度較高的工藝，因此被視為先進(jìn)太陽(yáng)能電池工藝技術(shù)的發(fā)展關(guān)鍵環(huán)節(jié)之
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[0003]原子層沉積，是一種可以將物質(zhì)以單原子膜形式一層一層的鍍?cè)诨妆砻娴姆椒āＴ訉映练e是通過(guò)將至少兩種氣相前驅(qū)體脈沖交替地通入反應(yīng)器并在沉積基體上化學(xué)吸附并反應(yīng)，形成沉積膜的一種方法，當(dāng)前軀體達(dá)到沉積基體表面，它們會(huì)在基體表面化學(xué)吸附并發(fā)生表面反應(yīng)，在前驅(qū)體脈沖之間需要用惰性氣體對(duì)原子層沉積反應(yīng)器進(jìn)行清洗，通過(guò)沉積循環(huán)不斷重復(fù)直至獲得所需的薄膜厚度。ALD可以通過(guò)控制反應(yīng)周期數(shù)簡(jiǎn)單精確地控制薄膜的厚度，形成達(dá)到原子層厚度精度的薄膜；其生長(zhǎng)的薄膜沒(méi)有針孔、均勻、且對(duì)薄膜圖形的保形性極好。
[0004]美國(guó)專利US5483919中公開(kāi)了一種用于進(jìn)行原子層薄膜沉積的反應(yīng)裝置，該反應(yīng)裝置包括反應(yīng)前驅(qū)物存儲(chǔ)單元、氣路單元和反應(yīng)腔室；反應(yīng)中，通過(guò)將兩種不同的氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物通過(guò)氣路單元交替進(jìn)入反應(yīng)腔室，垂直地噴灑在硅片表面，沉積形成原子層薄膜。但是該裝置存在以下缺陷:(1)硅片承載單元一次僅能承載一片硅片，沉積薄膜的硅片產(chǎn)能低，設(shè)備成本高；(2)氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物垂直噴灑在硅片表面中心，氣流由硅片中心向四周擴(kuò)散，導(dǎo)致氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物利用率低；(3)硅片承載單元底部易殘留氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物和反應(yīng)副產(chǎn)物，難以排空以致形成氣場(chǎng)渦流區(qū)，氣場(chǎng)渦流區(qū)內(nèi)的氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物和反應(yīng)副產(chǎn)物難以排空，殘留物附著在硅片表面，導(dǎo)致原子層薄膜沉積質(zhì)量降低。
[0005]美國(guó)專利US6015590中也公開(kāi)了一種用于進(jìn)行原子層薄膜沉積的反應(yīng)裝置，該裝置的硅片承載單元一次可以承載兩片硅片，反應(yīng)腔室內(nèi)可同時(shí)放置多個(gè)硅片承載單元，該裝置通過(guò)增加硅片承載單元數(shù)量使硅片產(chǎn)能提高。但是該裝置存在以下缺陷:(I)通過(guò)增加硅片承載單元數(shù)量使硅片產(chǎn)能提高，導(dǎo)致反應(yīng)腔室的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工維護(hù)成本高，硅片數(shù)量增加幅度受限；(2)硅片承載單元與硅片之間殘留的氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物難以排空，殘留物附著在硅片表面，導(dǎo)致原子層薄膜沉積質(zhì)量降低；(3)反應(yīng)腔室的加熱單元分布不均，使反應(yīng)腔室內(nèi)壁表面存在溫度梯度，使硅片表面存在溫度梯度，導(dǎo)致硅片表面原子層薄膜厚度不均；(4)氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物通往硅片表面的路徑為L(zhǎng)形，需經(jīng)過(guò)一個(gè)直角轉(zhuǎn)彎后才能到達(dá)硅片表面，因此，氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物到達(dá)硅片表面的動(dòng)力不強(qiáng)。[0006]綜上所述，本領(lǐng)域技術(shù)人員需研發(fā)一種新的原子層薄膜沉積的反應(yīng)裝置，以解決現(xiàn)有的反應(yīng)裝置中存在娃片產(chǎn)能低、娃片表面存在溫度梯度導(dǎo)致氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物在娃片表面分布不均、沉積速率慢、氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物無(wú)法排空等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于原子層薄膜沉積的反應(yīng)裝置及方法，從而提升原子層薄膜沉積裝置的硅片產(chǎn)能并有效提高原子層薄膜的沉積質(zhì)量。
[0008]本發(fā)明目的通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0009]本發(fā)明提供一種用于原子層薄膜沉積的反應(yīng)裝置，包括:反應(yīng)沉積腔、反應(yīng)排空腔和真空系統(tǒng)；所述的反應(yīng)沉積腔設(shè)有菱形中空腔并與所述反應(yīng)排空腔貫通，所述反應(yīng)排空腔與所述真空系統(tǒng)連接，所述真空系統(tǒng)用于對(duì)所述反應(yīng)排空腔進(jìn)行抽氣，進(jìn)而使所述反應(yīng)沉積腔處于真空狀態(tài)；
[0010]其中，所述反應(yīng)沉積腔內(nèi)包括硅片承載單元、加熱單元、前驅(qū)物進(jìn)料單元、吹掃氣體進(jìn)氣單元；
[0011]所述硅片承載單元設(shè)有若干個(gè)硅片承載位且所述硅片承載單元的底部設(shè)有若干通氣孔，所述硅片承載單元上設(shè)有遮擋罩用于密封所述反應(yīng)沉積腔；
[0012]所述加熱單元設(shè)在所述反應(yīng)沉積腔的四個(gè)腔壁外側(cè)，用于對(duì)所述反應(yīng)沉積腔進(jìn)行加熱；
[0013]所述前驅(qū)物進(jìn)料單元用于對(duì)所述硅片承載單元上的硅片提供氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物或?qū)λ龇磻?yīng)沉積腔內(nèi)的氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物進(jìn)行吹掃；
[0014]所述吹掃氣體進(jìn)氣單元`用于對(duì)所述反應(yīng)沉積腔與所述硅片承載單元間隙中的氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物進(jìn)行吹掃。
[0015]本發(fā)明中所述的承載單元設(shè)有若干個(gè)硅片承載位，提高了硅片的產(chǎn)能，本發(fā)明進(jìn)一步可通過(guò)改變反應(yīng)沉積腔腔室內(nèi)的容積，增加承載單元上的硅片承載位，使硅片的產(chǎn)能進(jìn)一步提高；此外，通過(guò)在反應(yīng)沉積腔的菱形中空腔的腔壁上均設(shè)有加熱單元，使反應(yīng)沉積腔的腔壁均勻加熱，進(jìn)而使腔室內(nèi)的硅片均勻受熱。
[0016]優(yōu)選的，所述反應(yīng)沉積腔四腔壁的壁厚相等且所述反應(yīng)排空腔的左右腔壁上均設(shè)有所述加熱單元。
[0017]本發(fā)明設(shè)置相同的壁厚使反應(yīng)沉積腔的腔壁均勻加熱；所述反應(yīng)排空腔的左右腔壁上均設(shè)有所述加熱單元，使硅片下方邊緣處也能更好的加熱，硅片表面的溫度更均勻。
[0018]優(yōu)選的，所述反應(yīng)沉積腔上頂角的兩腔壁通過(guò)圓弧過(guò)渡連接，所述反應(yīng)沉積腔的上頂角為70°~120°。所述腔壁通過(guò)圓弧過(guò)渡連接，避免尖角結(jié)構(gòu)，反應(yīng)沉積腔內(nèi)的氣流易停滯在尖角結(jié)構(gòu)內(nèi)，導(dǎo)致無(wú)法排空氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物和反應(yīng)副產(chǎn)物。
[0019]優(yōu)選的，所述反應(yīng)沉積腔內(nèi)還包括加熱氣體進(jìn)氣單元，用于噴射熱氣體使所述硅片承載單元及硅片加熱。
[0020]優(yōu)選的,所述前驅(qū)物進(jìn)料單元、所述加熱氣體進(jìn)氣單元及所述吹掃氣體進(jìn)氣單元均為設(shè)有若干出氣孔的管狀體且相對(duì)于所述反應(yīng)沉積腔可旋轉(zhuǎn)。
[0021]所述前驅(qū)物進(jìn)料單元、所述加熱氣體進(jìn)氣單元及所述吹掃氣體進(jìn)氣單元一端固定在反應(yīng)沉積腔腔壁上并且相對(duì)于腔壁可旋轉(zhuǎn)，另一端伸入至反應(yīng)沉積腔內(nèi)部。可旋轉(zhuǎn)的前驅(qū)物進(jìn)料單元、加熱氣體進(jìn)氣單元及吹掃氣體進(jìn)氣單元可通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)管狀體，從而調(diào)節(jié)管狀體上的出氣孔的排氣方向，所述管狀體在反應(yīng)沉積腔內(nèi)左右對(duì)稱設(shè)置，使前驅(qū)物進(jìn)料單元更均勻的噴射至硅片表面，加熱氣體可更均勻的加熱硅片，吹掃裝置更有方向性的選擇吹掃位置。
[0022]優(yōu)選的，所述前驅(qū)物進(jìn)料單元的出氣孔方向與其相鄰的腔壁的夾角為30°~330°，所述加熱氣體進(jìn)氣單元的出氣孔方向與其相鄰的腔壁的夾角為30°~330°，所述吹掃氣體進(jìn)氣單元的出氣孔方向與其相鄰的腔壁的夾角為0°~180°。
[0023]優(yōu)選的，所述前驅(qū)物進(jìn)料單元及所述加熱氣體進(jìn)氣單元上的出氣孔在管狀體上均勻分布且出氣孔的分布范圍覆蓋各硅片，使出氣孔內(nèi)的氣體可均勻的噴射至各硅片表面。
[0024]所述管狀體上分布的若干出氣孔的分布范圍與承載的娃片的位置相對(duì)應(yīng)，使娃片可均勻的受到出氣孔內(nèi)噴射的氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物；出氣孔內(nèi)噴射的氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物的方向與娃片的徑向方向相同，出氣孔的分布范圍也可大于承載的娃片的分布范圍。
[0025]優(yōu)選的，所述反應(yīng)排空腔設(shè)有橫截面為圓形的封閉腔，所述真空系統(tǒng)包括真空管路及真空泵，真空泵通過(guò)真空管路連接至所述反應(yīng)排空腔。所述真空系統(tǒng)上可進(jìn)一步設(shè)有過(guò)濾裝置。
[0026]優(yōu)選的，所述反應(yīng)沉積腔下側(cè)中心位置處開(kāi)設(shè)豎直向下的長(zhǎng)方孔，且長(zhǎng)方孔與所述反應(yīng)排空腔的圓形封閉腔相交于長(zhǎng)方孔的側(cè)壁，所述長(zhǎng)方孔連通所述反應(yīng)沉積腔與所述反應(yīng)排空腔。
[0027]本發(fā)明還提供一種基于上述所述的用于原子層薄膜沉積的反應(yīng)裝置的反應(yīng)方法，包括以下步驟:
[0028]S1、將所述反應(yīng)沉積腔預(yù)設(shè)溫度值和壓強(qiáng)值，所述溫度值范圍為150°C~350°C、壓強(qiáng)值范圍為0.l-50Torr ；
[0029]S2、所述前驅(qū)物進(jìn)料單元的出氣孔噴射平行于硅片的第一氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物至硅片表面，當(dāng)所述硅片表面吸附第一氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物達(dá)到飽和時(shí)，停止噴射第一氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物；
[0030]S3、使用真空系統(tǒng)對(duì)所述反應(yīng)排空腔進(jìn)行抽真空，進(jìn)而排空所述反應(yīng)沉積腔內(nèi)的的剩余第一氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物和氣態(tài)反應(yīng)副產(chǎn)物；同時(shí)，所述吹掃氣體進(jìn)氣單元通入熱惰性氣體對(duì)所述反應(yīng)沉積腔與所述硅片承載單元間隙中的剩余第一氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物和氣態(tài)反應(yīng)副產(chǎn)物進(jìn)行吹掃；
[0031]S4、所述前驅(qū)物進(jìn)料單元的出氣孔噴射平行于硅片的第二氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物至硅片表面，當(dāng)所述硅片表面吸附第二氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物達(dá)到飽和時(shí)，停止噴射第二氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物；
[0032]S5、使用真空系統(tǒng)對(duì)所述反應(yīng)排空腔進(jìn)行抽真空，進(jìn)而排空所述反應(yīng)沉積腔內(nèi)的的剩余第二氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物和氣態(tài)反應(yīng)副產(chǎn)物；同時(shí)，所述吹掃氣體進(jìn)氣單元通入熱惰性氣體對(duì)所述反應(yīng)沉積腔與所述硅片承載單元間隙中的剩余第二氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物和氣態(tài)反應(yīng)副產(chǎn)物進(jìn)行吹掃；
[0033]S6、重復(fù)步驟S2~S5，完成硅片表面沉積薄膜。
[0034] 優(yōu)選的，工藝過(guò)程中，所述真空系統(tǒng)始終保持對(duì)所述反應(yīng)排空腔進(jìn)行抽真空，進(jìn)而排空所述反應(yīng)沉積腔內(nèi)的剩余氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物和氣態(tài)反應(yīng)副產(chǎn)物，并為所述前驅(qū)物進(jìn)料單元噴射氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物至硅片表面提供動(dòng)力。
[0035]本發(fā)明的有益效果:
[0036]1、本發(fā)明中所述的硅片承載單元設(shè)有若干個(gè)硅片承載位，比現(xiàn)有的反應(yīng)裝置大大提高了硅片的產(chǎn)能同時(shí)避免了氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物的浪費(fèi)；本發(fā)明進(jìn)一步可通過(guò)改變反應(yīng)沉積腔腔室內(nèi)的容積，增加承載單兀上的娃片承載位，使娃片的廣能進(jìn)一步提聞。
[0037]2、本發(fā)明中所述的反應(yīng)沉積腔的菱形中空腔的腔壁左右對(duì)稱且壁厚相等，使反應(yīng)沉積腔的腔壁均勻加熱，有效減小了反應(yīng)沉積腔腔壁上的溫度梯度，進(jìn)而減小了硅片表面的溫度梯度，提高了硅片表面原子層薄膜厚度的均勻性。
[0038]3、本發(fā)明中氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物的運(yùn)動(dòng)方向與硅片表面平行，因此，有利于氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物均勻分布在硅片表面，提高了硅片表面原子層薄膜厚度的均勻性和氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物的利用率。
[0039]4、本發(fā)明所述加熱氣體進(jìn)氣單元噴射熱氣流至反應(yīng)沉積腔內(nèi)，可縮短硅片加熱時(shí)間。
[0040]5、本發(fā)明中所述反應(yīng)沉積腔內(nèi)壁表面采用流線式圓弧面設(shè)計(jì)，避免了尖角結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，消除了反應(yīng)沉積腔內(nèi)部的氣場(chǎng)渦流。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0041]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
`[0042]圖1為本發(fā)明用于原子層薄膜沉積的反應(yīng)裝置上設(shè)有遮擋罩的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043]圖2為本發(fā)明用于原子層薄膜沉積的反應(yīng)裝置承載硅片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044]圖3為本發(fā)明用于原子層薄膜沉積的反應(yīng)裝置的剖視圖；
[0045]圖4為本發(fā)明用于原子層薄膜沉積的反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046]圖5為本發(fā)明所述硅片承載單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0047]圖6為本發(fā)明所述硅片承載單元承載硅片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0048]圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明如下:
[0049]1、反應(yīng)沉積腔；2、反應(yīng)排空腔；3、真空系統(tǒng)；31、真空管路；32、真空泵；4、硅片承載單元；5、加熱單元；6、前驅(qū)物進(jìn)料單元；7、吹掃氣體進(jìn)氣單元；8、加熱氣體進(jìn)氣單元；9、硅片；10、長(zhǎng)方孔；11、反應(yīng)裝置后門(mén)；12、反應(yīng)裝置前端面；13、遮擋罩。
【具體實(shí)施方式】
[0050]以下將配合圖式及實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，藉此對(duì)本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來(lái)解決技術(shù)問(wèn)題并達(dá)成技術(shù)功效的實(shí)現(xiàn)過(guò)程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。
[0051]實(shí)施例一
[0052]如圖1至圖4所示，本發(fā)明提供一種用于原子層薄膜沉積的反應(yīng)裝置，包括:反應(yīng)沉積腔1、反應(yīng)排空腔2和真空系統(tǒng)3 ;所述的反應(yīng)沉積腔I設(shè)有菱形中空腔并與所述反應(yīng)排空腔2貫通，所述反應(yīng)排空腔2與所述真空系統(tǒng)3連接，所述真空系統(tǒng)3用于對(duì)所述反應(yīng)排空腔進(jìn)行抽氣，進(jìn)而使所述反應(yīng)沉積腔I處于真空狀態(tài)；其中，所述反應(yīng)沉積腔I內(nèi)包括娃片承載單元4、加熱單元5、前驅(qū)物進(jìn)料單元6、吹掃氣體進(jìn)氣單元7 ;所述娃片承載單元4設(shè)有若干個(gè)硅片承載位且所述硅片承載單元的底部設(shè)有若干通氣孔，所述硅片承載單元4上設(shè)有遮擋罩13用于密封所述反應(yīng)沉積腔I ;所述加熱單元5設(shè)在所述反應(yīng)沉積腔I的四個(gè)腔壁外側(cè)，用于對(duì)所述反應(yīng)沉積腔I進(jìn)行加熱；所述前驅(qū)物進(jìn)料單元6用于對(duì)所述硅片承載單元4上的硅片9提供氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物或?qū)λ龇磻?yīng)沉積腔I內(nèi)的氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物進(jìn)行吹掃；所述吹掃氣體進(jìn)氣單元7用于對(duì)所述反應(yīng)沉積腔I與所述硅片承載單元4間隙中的氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物進(jìn)行吹掃。所述反應(yīng)排空腔2設(shè)有橫截面為圓形的封閉腔，所述真空系統(tǒng)3包括真空管路31及真空泵32，真空泵32通過(guò)真空管路31連接至所述反應(yīng)排空腔2。所述真空系統(tǒng)3上可進(jìn)一步設(shè)有過(guò)濾裝置。
[0053]如圖5、圖6所示，本發(fā)明中所述硅片承載單元4設(shè)有若干個(gè)硅片承載位且所述硅片承載單元4的底部設(shè)有若干通氣孔。使用真空系統(tǒng)3對(duì)所述反應(yīng)排空腔2進(jìn)行抽真空時(shí)，所述氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物通過(guò)硅片承載單元4底部的通氣孔排出后進(jìn)入反應(yīng)排空腔2，真空系統(tǒng)3對(duì)反應(yīng)排空腔2進(jìn)行抽真空，本發(fā)明較大的提高了硅片的產(chǎn)能。本發(fā)明進(jìn)一步可通過(guò)改變反應(yīng)沉積腔I腔室內(nèi)的容積，增加硅片承載單元4上的硅片承載位，使硅片的產(chǎn)能進(jìn)一步提高；此外，通過(guò)在反應(yīng)沉積腔I的菱形中空腔的腔壁上均設(shè)有加熱單元5，使反應(yīng)沉積腔I的腔壁均勻加熱，進(jìn)而使腔室內(nèi)的硅片9均勻受熱。
[0054]如圖1、圖2所示,所述反應(yīng)沉積腔I四腔壁的壁厚相等且所述反應(yīng)排空腔2的左右腔壁上均設(shè)有所述加熱單元5 ;所述反應(yīng)沉積腔I內(nèi)還包括加熱氣體進(jìn)氣單元8，用于噴射熱氣體使所述硅片承載單元4及硅片9加熱。本發(fā)明設(shè)置相同的壁厚使反應(yīng)沉積腔I的腔壁均勻加熱；所述反應(yīng)排空腔2的左右腔壁上均設(shè)有所述加熱單元5，使硅片9下方邊緣處也能更好的加熱，硅片9表面的溫度更均勻。
[0055]請(qǐng)參照?qǐng)D4，所述反應(yīng)沉積腔I上頂角的兩腔壁通過(guò)圓弧過(guò)渡連接，所述反應(yīng)沉積腔I的上頂角為70°~120°。所述腔壁通過(guò)圓弧過(guò)渡連接，避免`尖角結(jié)構(gòu)，反應(yīng)沉積腔內(nèi)的氣流易停滯在尖角結(jié)構(gòu)內(nèi)，導(dǎo)致無(wú)法排空氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物和反應(yīng)副產(chǎn)物。此外，通過(guò)所述反應(yīng)沉積腔I下側(cè)中心位置處開(kāi)設(shè)豎直向下的長(zhǎng)方孔10，且長(zhǎng)方孔10與所述反應(yīng)排空腔2的圓形封閉腔相交于長(zhǎng)方孔10的側(cè)壁，所述長(zhǎng)方孔10連通所述反應(yīng)沉積腔I與所述反應(yīng)排空腔2，防止在長(zhǎng)方孔10與反應(yīng)排空腔2連接處產(chǎn)生氣場(chǎng)渦流區(qū)。
[0056]如圖3所示，所述前驅(qū)物進(jìn)料單元6、所述加熱氣體進(jìn)氣單元8及所述吹掃氣體進(jìn)氣單元7均為設(shè)有若干出氣孔的管狀體且相對(duì)于所述反應(yīng)沉積腔I可旋轉(zhuǎn)。所述前驅(qū)物進(jìn)料單元6、所述加熱氣體進(jìn)氣單元8及所述吹掃氣體進(jìn)氣單元7 —端固定在反應(yīng)沉積腔I腔壁上并且相對(duì)于腔壁可旋轉(zhuǎn)，另一端伸入至反應(yīng)沉積腔I內(nèi)部?？尚D(zhuǎn)的前驅(qū)物進(jìn)料單元
6、加熱氣體進(jìn)氣單元8及吹掃氣體進(jìn)氣單元7可通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)管狀體,從而調(diào)節(jié)管狀體上的出氣孔的排氣方向，所述管狀體在反應(yīng)沉積腔I內(nèi)左右對(duì)稱設(shè)置，使前驅(qū)物進(jìn)料單元6更均勻的噴射至硅片9表面，加熱氣體可更均勻的加熱硅片9，吹掃裝置更有方向性的選擇吹掃位置。
[0057]請(qǐng)繼續(xù)參考圖4，所述前驅(qū)物進(jìn)料單元6的出氣孔方向與其相鄰的腔壁的夾角為30°~330°，所述加熱氣體進(jìn)氣單元8的出氣孔方向與其相鄰的腔壁的夾角為30°~330°，所述吹掃氣體進(jìn)氣單元7的出氣孔方向與其相鄰的腔壁的夾角為0°~180°。所述前驅(qū)物進(jìn)料單元6及所述加熱氣體進(jìn)氣單元8上的出氣孔在管狀體上均勻分布且出氣孔的分布范圍覆蓋各硅片9，使出氣孔內(nèi)的氣體可均勻的噴射至各硅片9表面。所述管狀體上分布的若干出氣孔的分布范圍與承載的硅片9的位置相對(duì)應(yīng)，使硅片9可均勻的受到出氣孔內(nèi)噴射的氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物；出氣孔內(nèi)噴射的氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物的方向與硅片9的徑向方向相同，出氣孔的分布范圍也可大于承載的娃片9的分布范圍。
[0058]本實(shí)施例中的具體參數(shù)為:所述反應(yīng)沉積腔I預(yù)設(shè)內(nèi)部溫度220°C,反應(yīng)沉積腔I預(yù)設(shè)內(nèi)部壓強(qiáng)5Torr，氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物為三甲基鋁(TMA)和水(H2O)，加熱氣體和吹掃氣體均為200°C的熱氮?dú)?N2),反應(yīng)沉積腔前端面12至反應(yīng)沉積腔后門(mén)11的長(zhǎng)度為300mm，反應(yīng)沉積腔I菱形通孔邊長(zhǎng)為200mm，反應(yīng)沉積腔I的圓弧上頂角α角度為90°，反應(yīng)沉積腔I壁厚度均為25mm，反應(yīng)排空腔2圓形封閉腔直徑為100mm，深度為285mm，反應(yīng)沉積腔I下方的長(zhǎng)方孔10尺寸為270X40mm。
[0059]其中，所述前驅(qū)物進(jìn)料單元6端部與反應(yīng)沉積腔前端面12的距離Dl為9mm，前驅(qū)物進(jìn)料單元6出氣孔方向與反應(yīng)沉積腔I壁面的夾角β I為70° ;加熱氣體進(jìn)氣單元8端部與反應(yīng)沉積腔前端面12的距離D2為9mm，加熱氣體進(jìn)氣單元8出氣孔方向與反應(yīng)沉積腔I腔壁的夾角β 2為60° ;吹掃氣體進(jìn)氣單元7端部與反應(yīng)腔室前端面12的距離D3為3mm,吹掃氣體進(jìn)氣單元7出氣孔方向與反應(yīng)沉積腔I壁面的夾角β 3為0°。本實(shí)施例中，硅片承載單元4承載硅片9數(shù)量為250片，2片硅片9為I組，背靠背放置，硅片9在硅片承載單元4內(nèi)部沿反應(yīng)沉積腔I軸向均勻排列。
[0060]本發(fā)明還提供一種基于上述所述的用于原子層薄膜沉積的反應(yīng)裝置的反應(yīng)方法，包括以下步驟:
[0061]S1、將所述反應(yīng)沉積腔I預(yù)設(shè)溫度值和壓強(qiáng)值，溫度為220°C且壓強(qiáng)為5Torr ；
[0062]S2、所述前驅(qū)物`進(jìn)料單元6的出氣孔噴射平行于硅片9的第一氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物至硅片9表面，當(dāng)所述硅片9表面吸附第一氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物達(dá)到飽和時(shí)，停止噴射第一氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物，所述第一氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物為三甲基鋁(TMA)和水(H2O)；
[0063]S3、使用真空系統(tǒng)3對(duì)所述反應(yīng)排空腔2進(jìn)行抽真空，進(jìn)而排空所述反應(yīng)沉積腔I內(nèi)的的剩余第一氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物和氣態(tài)反應(yīng)副產(chǎn)物；同時(shí)，所述吹掃氣體進(jìn)氣單元7通入熱惰性氣體對(duì)所述反應(yīng)沉積腔I與所述硅片承載單元4間隙中的的剩余第一氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物和氣態(tài)反應(yīng)副產(chǎn)物進(jìn)行吹掃，所述熱惰性氣體為熱氮?dú)?N2)；
[0064]S4、所述前驅(qū)物進(jìn)料單元6的出氣孔噴射平行于硅片9的第二氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物至硅片9表面，當(dāng)所述硅片9表面吸附第二氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物達(dá)到飽和時(shí)，停止噴射第二氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物，所述第二氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物為水(H2O)；
[0065]S5、使用真空系統(tǒng)3對(duì)所述反應(yīng)排空腔2進(jìn)行抽真空，進(jìn)而排空所述反應(yīng)沉積腔I內(nèi)的的剩余第二氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物和氣態(tài)反應(yīng)副產(chǎn)物；同時(shí)，所述吹掃氣體進(jìn)氣單元7通入熱惰性氣體對(duì)所述反應(yīng)沉積腔I與所述硅片承載單元4間隙中的的剩余第二氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物和氣態(tài)反應(yīng)副產(chǎn)物進(jìn)行吹掃；
[0066]S6、依次循環(huán)200個(gè)反應(yīng)周期后，以單原子層生長(zhǎng)的方式在娃片9表面沉積20nm厚度的Al2O3薄膜；
[0067]工藝過(guò)程中，所述真空系統(tǒng)3始終保持對(duì)所述反應(yīng)排空腔2進(jìn)行抽真空，進(jìn)而排空所述反應(yīng)沉積腔I內(nèi)的剩余氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物和氣態(tài)反應(yīng)副產(chǎn)物，并為所述前驅(qū)物進(jìn)料單元6噴射氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物至硅片9表面提供動(dòng)力。本實(shí)施例中的反應(yīng)裝置，每25分鐘可完成對(duì)250片P型硅片9沉積20nm厚度的Al2O3薄膜，產(chǎn)能高達(dá)600片/小時(shí)。
[0068]實(shí)施例二
[0069]在實(shí)施一的基礎(chǔ)上,與實(shí)施例一不同的是:所述反應(yīng)沉積腔I內(nèi)部壓強(qiáng)3Torr,第一氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物為三甲基鋁(TMA)和臭氧(O3)，第二氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物為臭氧(O3);前驅(qū)物進(jìn)料單元6出氣孔方向與反應(yīng)沉積腔I壁面的夾角β?為90°，加熱氣體進(jìn)氣單元8端部與反應(yīng)腔室前端面12的距離D2為3mm。本實(shí)施例中的反應(yīng)腔室，每30分鐘可完成對(duì)250片P型硅片9沉積20nm厚度的Al2O3薄膜，產(chǎn)能高達(dá)500片/小時(shí)。
[0070]上述說(shuō)明示出并描述了本發(fā)明的若干優(yōu)選實(shí)施例，但如前所述，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對(duì)其他實(shí)施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述發(fā)明構(gòu)想范圍內(nèi)，通過(guò)上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識(shí)進(jìn)行改動(dòng)。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動(dòng)和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應(yīng)在本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。`
【權(quán)利要求】
1.一種用于原子層薄膜沉積的反應(yīng)裝置，其特征在于，包括:反應(yīng)沉積腔、反應(yīng)排空腔和真空系統(tǒng)；所述的反應(yīng)沉積腔設(shè)有菱形中空腔并與所述反應(yīng)排空腔貫通，所述反應(yīng)排空腔與所述真空系統(tǒng)連接，所述真空系統(tǒng)用于對(duì)所述反應(yīng)排空腔進(jìn)行抽氣，進(jìn)而使所述反應(yīng)沉積腔處于真空狀態(tài)； 其中，所述反應(yīng)沉積腔內(nèi)包括娃片承載單元、加熱單元、前驅(qū)物進(jìn)料單元、吹掃氣體進(jìn)氣單元； 所述硅片承載單元設(shè)有若干個(gè)硅片承載位且所述硅片承載單元的底部設(shè)有若干通氣孔，所述硅片承載單元上設(shè)有遮擋罩用于密封所述反應(yīng)沉積腔； 所述加熱單元設(shè)在所述反應(yīng)沉積腔的四個(gè)腔壁外側(cè)，用于對(duì)所述反應(yīng)沉積腔進(jìn)行加執(zhí).所述前驅(qū)物進(jìn)料單元用于對(duì)所述硅片承載單元上的硅片提供氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物或?qū)λ龇磻?yīng)沉積腔內(nèi)的氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物進(jìn)行吹掃； 所述吹掃氣體進(jìn)氣單元用于對(duì)所述反應(yīng)沉積腔與所述硅片承載單元間隙中的氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物進(jìn)行吹掃。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于原子層薄膜沉積的反應(yīng)裝置，其特征在于，所述反應(yīng)沉積腔四腔壁的壁厚相等且所述反應(yīng)排空腔的左右腔壁上均設(shè)有所述加熱單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于原子層薄膜沉積的反應(yīng)裝置，其特征在于，所述反應(yīng)沉積腔上頂角的兩腔壁通過(guò)圓弧過(guò)渡連接，所述反應(yīng)沉積腔的上頂角為70°~120°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于原子層薄膜沉積的反應(yīng)裝置，其特征在于，所述反應(yīng)沉積腔內(nèi)還包括加熱氣體進(jìn)氣單元，用于噴射熱氣體使所述硅片承載單元及硅片加熱。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于原子層薄膜沉積的反應(yīng)裝置，其特征在于，所述前驅(qū)物進(jìn)料單元、所述加熱氣體進(jìn)氣`單元及所述吹掃氣體進(jìn)氣單元均為設(shè)有若干出氣孔的管狀體且相對(duì)于所述反應(yīng)沉積腔可旋轉(zhuǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于原子層薄膜沉積的反應(yīng)裝置，其特征在于，所述前驅(qū)物進(jìn)料單元的出氣孔方向與其相鄰的腔壁的夾角為30°~330°，所述加熱氣體進(jìn)氣單元的出氣孔方向與其相鄰的腔壁的夾角為30°~330°，所述吹掃氣體進(jìn)氣單元的出氣孔方向與其相鄰的腔壁的夾角為0°~180°。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于原子層薄膜沉積的反應(yīng)裝置，其特征在于，所述前驅(qū)物進(jìn)料單元及所述加熱氣體進(jìn)氣單元上的出氣孔在管狀體上均勻分布且出氣孔的分布范圍覆蓋各硅片，使出氣孔內(nèi)的氣體可均勻的噴射至各硅片表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于原子層薄膜沉積的反應(yīng)裝置，其特征在于，所述反應(yīng)排空腔設(shè)有橫截面為圓形的封閉腔，所述真空系統(tǒng)包括真空管路及真空泵，真空泵通過(guò)真空管路連接至所述反應(yīng)排空腔。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于原子層薄膜沉積的反應(yīng)裝置，其特征在于，所述反應(yīng)沉積腔下側(cè)中心位置處開(kāi)設(shè)豎直向下的長(zhǎng)方孔，且長(zhǎng)方孔與所述反應(yīng)排空腔的圓形封閉腔相交于長(zhǎng)方孔的側(cè)壁，所述長(zhǎng)方孔連通所述反應(yīng)沉積腔與所述反應(yīng)排空腔。
10.一種基于權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的用于原子層薄膜沉積的反應(yīng)裝置的反應(yīng)方法，其特征在于，包括以下步驟: S1、將所述反應(yīng)沉積腔預(yù)設(shè)溫度值和壓強(qiáng)值；.52、所述前驅(qū)物進(jìn)料單元的出氣孔噴射平行于硅片的第一氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物至硅片表面，當(dāng)所述硅片表面吸附第一氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物達(dá)到飽和時(shí)，停止噴射第一氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物； .53、使用真空系統(tǒng)對(duì)所述反應(yīng)排空腔進(jìn)行抽真空，進(jìn)而排空所述反應(yīng)沉積腔內(nèi)的的剩余第一氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物和氣態(tài)反應(yīng)副產(chǎn)物；同時(shí)，所述吹掃氣體進(jìn)氣單元通入熱惰性氣體對(duì)所述反應(yīng)沉積腔與所述硅片承載單元間隙中的剩余第一氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物和氣態(tài)反應(yīng)副產(chǎn)物進(jìn)行吹掃； .54、所述前驅(qū)物進(jìn)料單元的出氣孔噴射平行于硅片的第二氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物至硅片表面，當(dāng)所述硅片表面吸附第二氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物達(dá)到飽和時(shí)，停止噴射第二氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物； . 55、使用真空系統(tǒng)對(duì)所述反應(yīng)排空腔進(jìn)行抽真空，進(jìn)而排空所述反應(yīng)沉積腔內(nèi)的的剩余第二氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物和氣態(tài)反應(yīng)副產(chǎn)物；同時(shí)，所述吹掃氣體進(jìn)氣單元通入熱惰性氣體對(duì)所述反應(yīng)沉積腔與所述硅片承載單元間隙中的剩余第二氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物和氣態(tài)反應(yīng)副產(chǎn)物進(jìn)行吹掃； .56、重復(fù)步驟S2~S5，完成硅片表面沉積薄膜。
11.如權(quán)利要求10所述的反應(yīng)方法，其特征在于，工藝過(guò)程中，所述真空系統(tǒng)始終保持對(duì)所述反應(yīng)排空腔進(jìn)行抽真空，進(jìn)而排空所述反應(yīng)沉積腔內(nèi)的剩余氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物和氣態(tài)反應(yīng)副產(chǎn)物，并為所 述前驅(qū)物進(jìn)料單元噴射氣態(tài)反應(yīng)前驅(qū)物至硅片表面提供動(dòng)力。
【文檔編號(hào)】C23C16/44GK103866288SQ201410117716
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月27日
【發(fā)明者】潘龍, 劉 東, 彭文芳, 常青 申請(qǐng)人:北京七星華創(chuàng)電子股份有限公司