高通量气相沉积设备及气相沉积方法

摘要

本发明提供一种高通量气相沉积设备及气相沉积方法，高通量气相沉积设备包括：反应腔室；旋转工作台，位于反应腔室内；气体导入装置，位于所述反应腔室内，且位于旋转工作台的上方；气体导入装置将反应腔室分割为上部腔室及下部腔室；气体导入装置上设有若干个通孔；气体隔离结构，位于上部腔室内，且将上部腔室分割为相互隔离的隔离气体腔室及反应气体腔室；隔离气体导入通道，位于反应腔室的腔壁上，且与隔离气体腔室相连通；反应气体导入通道，位于反应腔室的腔壁上，且与反应气体腔室相连通。本发明的高通量气相沉积设备只需要使用一套隔离气体供给系统及一套反应气体隔离系统共两套气体供给系统，结构简单，容易实现，且隔离度好。

权利要求

1.一种高通量气相沉积设备，其特征在于，所述高通量气相沉积设备包括：

反应腔室；

旋转工作台，位于所述反应腔室内，用于承载衬底，并带动所述衬底旋转；

气体导入装置，位于所述反应腔室内，且位于所述旋转工作台的上方，与所述旋转工作台具有间距；所述气体导入装置将所述反应腔室分割为上部腔室及下部腔室；所述气体导入装置上设有若干个通孔，所述通孔将所述上部腔室与所述下部腔室相连通；

气体隔离结构，位于所述上部腔室内，且将所述上部腔室分割为相互隔离的隔离气体腔室及反应气体腔室；所述气体导入装置的中心位于所述反应气体腔室的外侧；若干个所述通孔分别将所述隔离气体腔室及所述反应气体腔室与所述下部腔室相连通；

隔离气体导入通道，位于所述反应腔室的腔壁上，且与所述隔离气体腔室相连通；

反应气体导入通道，位于所述反应腔室的腔壁上，且与所述反应气体腔室相连通；

所述气体隔离结构包括第一气体隔离板、第二气体隔离板及第三气体隔离板，所述第一气体隔离板一端与所述反应腔室的内壁相接触，另一端向所述上部腔室内延伸；所述第二气体隔离板一端与所述反应腔室的内壁相接触，另一端向所述上部腔室内延伸；所述第二气体隔离板与所述第一气体隔离板具有间距；所述第三气体隔离板一端与所述第一气体隔离板远离所述反应腔室的内壁的一端相连接，另一端与所述第二气体隔离板远离所述反应腔室的内壁的一端相连接。

2.根据权利要求1所述的高通量气相沉积设备，其特征在于，所述反应气体腔室的底部的面积小于所述隔离气体腔室的底部的面积。

3.根据权利要求1所述的高通量气相沉积设备，其特征在于，所述气体导入装置的中心与所述旋转工作台的中心上下对应。

4.根据权利要求1所述的高通量气相沉积设备，其特征在于，所述第一气体隔离板的高度、所述第二气体隔离板的高度及所述第三气体隔离板的高度均与所述气体导入装置的上表面至所述反应腔室的顶部的距离相同。

5.根据权利要求1所述的高通量气相沉积设备，其特征在于，所述气体隔离结构包括弧形气体隔离板，所述弧形气体隔离板的两端均与所述反应腔室的内部相连接，所述弧形气体隔离板的高度与所述气体导入装置的上表面至所述反应腔室的顶部的距离相同。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的高通量气相沉积设备，其特征在于，所述高通量气相沉积设备还包括：隔离气体供给系统，与所述隔离气体导入通道相连接，用于向所述隔离气体腔室内供给隔离气体；

反应气体供给系统，与所述反应气体导入通道相连接，用于向所述反应气体腔室内供给反应气体。

7.根据权利要求1所述的高通量气相沉积设备，其特征在于，所述高通量气相沉积设备还包括实时测量装置，用于对所述衬底的上表面沉积的薄膜进行包括元素成分、薄膜厚度、微观结构的表征；所述实时测量装置的测量端位于所述反应腔室内，且位于所述旋转工作台与所述气体导入装置之间。

8.一种气相沉积方法，其特征在于，所述气相沉积方法包括如下步骤：

1)提供如权利要求1至7中任一项所述的高通量气相沉积设备；

2)经由所述隔离气体导入通道向所述隔离气体腔室内通入隔离气体，并经由所述反应气体导入通道向所述反应气体腔室内通入反应气体，以于所述衬底对应于所述反应气体腔室的区域进行薄膜沉积；

3)使用所述旋转工作台带动所述衬底旋转预设角度，使得所述衬底未进行薄膜沉积的区域旋转至所述反应气体腔室的正下方，以于所述衬底对应于所述反应气体腔室的区域进行薄膜沉积；

4)重复步骤3)至少一次，以于所述衬底的多个不同区域分别进行薄膜沉积。

说明书

高通量气相沉积设备及气相沉积方法

技术领域

[0001] 本发明属于气相沉积技术领域，特别是涉及一种高通量气相沉积设备及气相沉积方法。

背景技术

[0002] 高通量气相沉积(包括CVD或ALD)设备已经用于制备多元素薄膜材料，可以在短时间内实现大量的元素成分组合，进而可以对多元素材料体系做更全面的研究，并可以根据应用的需求选出最优成分组合，降低材料研发成本。

[0003] 现有的高通量气相沉积设备一般采用绝缘气体实现多个微区隔离，以期同时在各个微区内通入不同气体进行反应沉积实验。然而，现有的高通量气相沉积设备需要设计和制造两套以上的气体供给系统，结构复杂，实际应用困难。

发明内容

[0004] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高通量气相沉积设备及气相沉积方法，用于解决现有技术中的高通量气相沉积设备存在的需要设计和制造两套以上的气体导入系统，从而使得结构复杂，实际应用困难的问题。

[0005] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种高通量气相沉积设备，所述高通量气相沉积设备包括：

[0006] 反应腔室；

[0007] 旋转工作台，位于所述反应腔室内，用于承载衬底，并带动所述衬底旋转；

[0008] 气体导入装置，位于所述反应腔室内，且位于所述旋转工作台的上方，与所述旋转工作台具有间距；所述气体导入装置将所述反应腔室分割为上部腔室及下部腔室；所述气体导入装置上设有若干个通孔，所述通孔将所述上部腔室与所述下部腔室相连通；

[0009] 气体隔离结构，位于所述上部腔室内，且将所述上部腔室分割为相互隔离的隔离气体腔室及反应气体腔室；所述气体导入装置的中心位于所述反应气体腔室的外侧；若干个所述通孔分别将所述隔离气体腔室及所述反应气体腔室与所述下部腔室相连通；

[0010] 隔离气体导入通道，位于所述反应腔室的腔壁上，且与所述隔离气体腔室相连通；

[0011] 反应气体导入通道，位于所述反应腔室的腔壁上，且与所述反应气体腔室相连通。

[0012] 可选地，所述反应气体腔室的底部的面积小于所述隔离气体腔室的底部的面积。

[0013] 可选地，所述气体导入装置的中心与所述旋转工作台的中心上下对应。

[0014] 可选地，所述气体隔离结构包括：

[0015] 第一气体隔离板，一端与所述反应腔室的内壁相接触，另一端向所述上部腔室内延伸；

[0016] 第二气体隔离板，一端与所述反应腔室的内壁相接触，另一端向所述上部腔室内延伸；所述第二气体隔离板与所述第一气体隔离板具有间距；

[0017] 第三气体隔离板，一端与所述第一气体隔离板远离所述反应腔室的内壁的一端相连接，另一端与所述第二气体隔离板远离所述反应腔室的内壁的一端相连接；

[0018] 所述第一气体隔离板的高度、所述第二气体隔离板的高度及所述第三气体隔离板的高度均与所述气体导入装置的上表面至所述反应腔室的顶部的距离相同。

[0019] 可选地，所述气体隔离结构包括弧形气体隔离板，所述弧形气体隔离板的两端均与所述反应腔室的内部相连接，所述弧形气体隔离板的高度与所述气体导入装置的上表面至所述反应腔室的顶部的距离相同。

[0020] 可选地，所述高通量气相沉积设备还包括：

[0021] 隔离气体供给系统，与所述隔离气体导入通道相连接，用于向所述隔离气体腔室内供给隔离气体；

[0022] 反应气体供给系统，与所述反应气体导入通道相连接，用于向所述反应气体腔室内供给反应气体。

[0023] 可选地，所述高通量气相沉积设备还包括实时测量装置，用于对所述衬底的上表面沉积的薄膜进行包括元素成分、薄膜厚度、微观结构的表征；所述实时测量装置的测量端位于所述反应腔室内，且位于所述旋转工作台与所述气体导入装置之间。

[0024] 本发明还提供一种气相沉积方法，所述气相沉积方法包括如下步骤：

[0025] 1)提供如上述任一方案中所述的高通量气相沉积设备；

[0026] 2)经由所述隔离气体导入通道向所述隔离气体腔室内通入隔离气体，并经由所述反应气体导入通道向所述反应气体腔室内通入反应气体，以于所述衬底对应于所述反应气体腔室的区域进行薄膜沉积；

[0027] 3)使用所述旋转工作台带动所述衬底旋转预设角度，使得所述衬底未进行薄膜沉积的区域旋转至所述反应气体腔室的正下方，以于所述衬底对应于所述反应气体腔室的区域进行薄膜沉积；

[0028] 4)重复步骤3)至少一次，以于所述衬底的多个不同区域分别进行薄膜沉积。

[0029] 如上所述，本发明的高通量气相沉积设备及气相沉积方法具有以下有益效果：

[0030] 本发明的高通量气相沉积设备只需要使用一套隔离气体供给系统及一套反应气体隔离系统共两套气体供给系统，结构简单，容易实现，且隔离度好；本发明的高通量气相沉积设备集成能力强，可集成其他装置，譬如实时测量装置等，功能更加齐全。

附图说明

[0031] 图1显示为本发明实施例一中提供的高通量气相沉积设备的俯视结构示意图。

[0032] 图2显示为本发明实施例一中提供的高通量气相沉积设备的剖视结构示意图。

[0033] 图3显示为本发明实施例二中提供的气相沉积方法的流程图。

[0034] 元件标号说明

[0035] 1           反应腔室

[0036] 11          上部腔室

[0037] 111         隔离气体腔室

[0038] 112         反应气体腔室

[0039] 12          下部腔室

[0040] 2           旋转工作台

[0041] 3           气体导入装置

[0042] 31          通孔

[0043] 4           气体隔离结构

[0044] 41          第一气体隔离板

[0045] 42          第二气体隔离板

[0046] 43          第三气体隔离板

[0047] 5           隔离气体导入通道

[0048] 6           反应气体导入通道

[0049] 7           实时测量装置

[0050] 81          第一供给管路

[0051] 82          第二供给管路

[0052] 83          第三供给管路

[0053] 84          第四供给管路

[0054] 85          第五供给管路

[0055] 86          第六供给管路

[0056] 87          第七供给管路

[0057] 88          第八供给管路

具体实施方式

[0058] 以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

[0059] 请参阅图1至图3。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

[0060] 实施例一

[0061] 请参阅图1及图2，本发明还提供一种高通量气相沉积设备，所述高通量气相沉积设备包括：反应腔室1；旋转工作台2，所述旋转工作台2位于所述反应腔室1内，用于承载衬底(未示出)，并带动所述衬底旋转；气体导入装置3，所述气体导入装置3位于所述反应腔室1内，且位于所述旋转工作台2的上方，并与所述旋转工作台2具有间距；所述气体导入装置3将所述反应腔室1分割为上部腔室11及下部腔室12；所述气体导入装置3上设有若干个通孔
31，所述通孔31将所述上部腔室11与所述下部腔室12相连通；气体隔离结构4，所述气体隔离装置4位于所述上部腔室11内，且将所述上部腔室11分割为相互隔离的隔离气体腔室111及反应气体腔室112；所述气体导入装置3的中心位于所述反应气体腔室112的外侧；若干个所述通孔31分别将所述隔离气体腔室111及所述反应气体腔室112与所述下部腔室12相连通；隔离气体导入通道5，所述隔离气体导入通道5位于所述反应腔室1的腔壁上，且与所述隔离气体腔室111相连通；反应气体导入通道6，所述反应气体导入通道6位于所述反应腔室
1的腔壁上，且与所述反应气体腔室112相连通。本发明所述的高通量气相沉积设备只需要使用一套隔离气体供给系统及一套反应气体隔离系统共两套气体供给系统，结构简单，容易实现，且隔离度好；本发明所述高通量气相沉积设备集成能力强，可集成其他装置，譬如实时测量装置等，功能更加齐全。

[0062] 作为示例，所述旋转工作台2与驱动装置(未示出)相连接，所述旋转工作台2在需要旋转时由所述驱动装置驱动以实现旋转。

[0063] 在一示例中，若干个所述通孔31可以于所述气体导入装置3上均匀分布。

[0064] 在另一示例中，对应于所述隔离气体腔室111与所述反应气体腔室112相邻接区域的所述通孔31的分布密度大于对应于所述隔离气体腔室111其他区域的所述通孔31的分布密度。对应于所述隔离气体腔室111与所述反应气体腔室112相邻接区域的所述通孔31的分布密度可以使得隔离气体形成隔离效果较好的气帘，防止反应气体在所述衬底的其他区域沉积。

[0065] 作为示例，所述气体导入装置3的形状及尺寸与所述反应腔室1内部的形状及尺寸相同，使得所述气体导入装置3的侧边均与所述反应腔室1的内壁相接触，以确保所述上部腔室11与所述下部腔室12仅通过所述通孔31相连通。

[0066] 作为示例，所述反应气体腔室112的底部的面积小于所述隔离气体腔室111的底部的面积。

[0067] 作为示例，所述气体导入装置3的中心与所述旋转工作台2的中心上下对应。由于所述气体导入装置3的中心位于所述反应气体腔室112的外侧，又所述气体导入装置3的中心与所述旋转工作台2的中心上下对应，在进行薄膜沉积时，可以通过选择所述旋转工作台以在所述衬底的不同区域进行薄膜沉积。

[0068] 在一示例中，请继续参阅图1，所述气体隔离结构4可以包括：第一气体隔离板41，所述第一气体隔离板41一端与所述反应腔室1的内壁相接触，另一端向所述上部腔室11内延伸；第二气体隔离板42，所述第二气体隔离板42一端与所述反应腔室1的内壁相接触，另一端向所述上部腔室11内延伸；所述第二气体隔离板42与所述第一气体隔离板41具有间距；第三气体隔离板43，所述第三气体隔离板43一端与所述第一气体隔离板41远离所述反应腔室1的内壁的一端相连接，另一端与所述第二气体隔离板42远离所述反应腔室1的内壁的一端相连接；所述第一气体隔离板41的高度、所述第二气体隔离板42的高度及所述第三气体隔离板43的高度均与所述气体导入装置3的上表面至所述反应腔室1的顶部的距离相同。

[0069] 在又一示例中，所述气体隔离结构4包括弧形气体隔离板(未示出)，所述弧形气体隔离板的两端均与所述反应腔室1的内部相连接，所述弧形气体隔离板的高度与所述气体导入装置3的上表面至所述反应腔室1的顶部的距离相同。

[0070] 作为示例，所述高通量气相沉积设备还可以包括：隔离气体供给系统(未标示出)，所述隔离气体供给系统与所述隔离气体导入通道5相连接，所述隔离气体供给系统用于向所述隔离气体腔室111内供给隔离气体；反应气体供给系统(未标示出)，所述反应气体供给系统与所述反应气体导入通道6相连接，所述反应气体供给系统用于向所述反应气体腔室112内供给反应气体。

[0071] 作为示例，所述隔离气体供给系统可以包括隔离气体源(未示出)及第一供给管路81，所述第一供给管路81一端与所述隔离气体源相连接，另一端与所述隔离气体导入通道5相连接。所述隔离气体供给系统向所述隔离气体腔室111内提供的隔离气体可以包括但不仅限于氩(Ar)气。

[0072] 作为示例，所述反应气体供给系统可以包括载气源(未示出)、前驱体源(未示出)、反应气体源、第二供给管路82、第三供给管路83、第四供给管路85、第六供给管路86、第七供给管路87及第八供给管路88；所述第三供给管路83及所述第四供给管路84均一端与所述载气源相连接，另一端与所述反应气体导入通道6相连接；所述第二供给管路一端与所述反应气体源相连接，另一端与所述第三供给管路83相连通；所述第六供给管路86一端与一所述前驱体源相连接，另一端与所述第四供给管路84相连通；所述第五供给管路85一端与所述载气源相连接，另一端与所述第六供给管路86相连通；所述第七供给管路87一端与另一所述载气源相连接，另一端与所述第四供给管路84相连通；所述第八供给管路88一端与所述载气源相连接，另一端与所述第七供给管路84相连通。所述反应气体供给系统用于在载气的协助下将所述反应气体及反应前驱体供给到所述反应气体腔室112内。

[0073] 作为示例，所述高通量气相沉积设备还包括实时测量装置7，所述实时测量装置7用于对所述衬底的上表面沉积的薄膜进行包括但不仅限于元素成分、薄膜厚度、微观结构的表征等；所述实时测量装置7的测量端位于所述反应腔室1内，且位于所述旋转工作台2与所述气体导入装置3之间。具体的，所述实时测量装置9可以包括但不仅限于俄歇电子谱仪(AES)。

[0074] 本实施例中所述的高通量气相沉积设备的工作原理为：使用所述旋转工作台2将所述衬底的第一沉积区域旋转至所述反应气体腔室112的正下方；使用所述反应气体供给系统向所述反应气体腔室112内提供所述反应气体及所述反应前驱体的同时，使用所述隔离气体供给系统向所述隔离气体腔室111内提供所述隔离气体；所述隔离气体经由所述通孔31进入所述下部腔室12内形成隔离气帘；所述反应气体及所述反应前驱体经由所述通孔31进入所述下部腔室12内；由于有所述隔离气体形成的气帘的阻挡，所述反应气体及所述反应前驱体仅能在所述衬底位于所述反应气体腔室112正下方的所述第一沉积区域进行薄膜沉积；所述第一沉积区域进行薄膜沉积完毕后，使用所述旋转工作台2将所述衬底的第二沉积区域旋转至所述反应气体腔室112的正下方，在所述第二沉积区域进行薄膜沉积…如此重复上述步骤，直至薄膜沉积工艺结束，即可在实现在所述衬底不同区域内进行薄膜沉积。

[0075] 本发明所述高通量气相沉积设备只需要使用一套所述隔离气体供给系统及一套所述反应气体隔离系统共两套气体供给系统，结构简单，容易实现，且隔离度好；本发明所述的高通量气相沉积设备集成能力强，可集成其他装置，譬如实时测量装置等，功能更加齐全。

[0076] 实施例二

[0077] 请结合图1至图2参阅图3，本发明提供一种气相沉积方法，所述气相沉积方法包括如下步骤：

[0078] 1)提供如实施例一种所述的高通量气相沉积设备；

[0079] 2)经由所述隔离气体导入通道向所述隔离气体腔室内通入隔离气体，并经由所述反应气体导入通道向所述反应气体腔室内通入反应气体，以于所述衬底对应于所述反应气体腔室的区域进行薄膜沉积；

[0080] 3)使用所述旋转工作台带动所述衬底旋转预设角度，使得所述衬底未进行薄膜沉积的区域旋转至所述反应气体腔室的正下方，以于所述衬底对应于所述反应气体腔室的区域进行薄膜沉积；

[0081] 4)重复步骤3)至少一次，以于所述衬底的多个不同区域分别进行薄膜沉积。

[0082] 在步骤1)中，请结合图1至图2参阅图3的S1步骤，提供如实施例一种所述的高通量气相沉积设备。所述高通量气相沉积设备的具体结构请参阅实施例一，此处不再累述。

[0083] 在步骤2)中，请结合图1至图2参阅图3，经由所述隔离气体导入通道5向所述隔离气体腔室111内通入隔离气体，并经由所述反应气体导入通道6向所述反应气体腔室112内通入反应气体，以于所述衬底对应于所述反应气体腔室112的区域(譬如，实施例一中所述的第一沉积区域)进行薄膜沉积。

[0084] 需要说明的是，向所述反应气体腔室112内通入所述反应气体的同时还可以同时向所述反应气体腔室112内通入反应前驱体。

[0085] 具体的，通入至所述隔离气体腔室111内的所述隔离气体经由所述通孔31进入所述下部强势12形成气帘，所述反应气体及所述反应前驱体经由所述通孔31进入所述下部腔室12内；由于有所述隔离气体形成的气帘的阻挡，所述反应气体及所述反应前驱体仅能在所述衬底位于所述反应气体腔室112正下方的区域进行薄膜沉积。

[0086] 在步骤3)中，请结合图1至图2参阅图3中的S3步骤，使用所述旋转工作台2带动所述衬底旋转预设角度，使得所述衬底未进行薄膜沉积的区域(譬如，实施例一中所述的第二沉积区域)旋转至所述反应气体腔室112的正下方，以于所述衬底对应于所述反应气体腔室112的区域进行薄膜沉积。

[0087] 在步骤4)中，请结合图1至图2参阅图3中的S4步骤，重复步骤3)至少一次，以于所述衬底的多个不同区域分别进行薄膜沉积。

[0088] 综上所述，本发明提供一种高通量气相沉积设备及气相沉积方法，所述高通量气相沉积设备包括：反应腔室；旋转工作台，位于所述反应腔室内，用于承载衬底，并带动所述衬底旋转；气体导入装置，位于所述反应腔室内，且位于所述旋转工作台的上方，与所述旋转工作台具有间距；所述气体导入装置将所述反应腔室分割为上部腔室及下部腔室；所述气体导入装置上设有若干个通孔，所述通孔将所述上部腔室与所述下部腔室相连通；气体隔离结构，位于所述上部腔室内，且将所述上部腔室分割为相互隔离的隔离气体腔室及反应气体腔室；所述气体导入装置的中心位于所述反应气体腔室的外侧；若干个所述通孔分别将所述隔离气体腔室及所述反应气体腔室与所述下部腔室相连通；隔离气体导入通道，位于所述反应腔室的腔壁上，且与所述隔离气体腔室相连通；反应气体导入通道，位于所述反应腔室的腔壁上，且与所述反应气体腔室相连通。本发明的高通量气相沉积设备只需要使用一套隔离气体供给系统及一套反应气体隔离系统共两套气体供给系统，结构简单，容易实现，且隔离度好；本发明的高通量气相沉积设备集成能力强，可集成其他装置，譬如实时测量装置等，功能更加齐全。

[0089] 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。