磁控溅射原子层沉积真空镀膜系统技术方案

本发明专利技术涉及一种磁控溅射原子层沉积真空镀膜系统，其特征是：包括蒸发室和反应室；所述反应室包括基板转架，在基板转架外侧壁上设置有基板安装位，基板安装位包括对称设置在基板转架外侧壁上的上固定槽和下固定槽；所述磁控溅射蒸发室固定设有靶材承载部，在其上承载靶材；磁控溅射蒸发室的侧壁上设有磁控溅射阴极，磁控溅射阴极与其对应的电源连接；所述原子层沉积蒸发室设置有与基板转架相对、平行的气体分配器，所述气体分配器包括进气管道和配气盘，所述配气盘固定设置在所述进气管道的出口。本发明专利技术实现磁控溅射、原子层沉积的成膜一体化，满足不同膜层厚度要求的样品的一次性制备。

Vacuum coating system for magnetron sputtering atomic layer deposition

The invention relates to a vacuum coating system for magnetron sputtering atomic layer deposition, which is characterized by: an evaporation chamber and a reaction chamber; the reaction chamber comprises a substrate rack, and a substrate mounting position is arranged on the outer wall of the substrate rack, and the substrate mounting position comprises an upper fixing groove and a lower fixing groove symmetrically arranged on the outer wall of the substrate rack; The magnetron sputtering evaporation chamber is fixedly provided with a target material bearing part on which the target material is loaded; a magnetron sputtering cathode is arranged on the side wall of the magnetron sputtering evaporation chamber, and the magnetron sputtering cathode is connected with the corresponding power supply; the atom layer deposition evaporation chamber is provided with a gas distributor which is opposite to and parallel to the substrate rotating frame, and the gas distribution is provided. The device comprises an intake pipe and a valve plate fixed at the outlet of the intake pipe. The invention realizes the integration of magnetron sputtering and atomic layer deposition, and meets the requirements of different film thickness for one-time preparation of samples.

【技术实现步骤摘要】
磁控溅射原子层沉积真空镀膜系统
本专利技术涉及一种磁控溅射原子层沉积真空镀膜系统，属于镀膜

技术介绍
随着科学技术的发展，真空镀膜技术得到了飞速的发展。镀膜技术可以改变工件表面性能，提高工件耐磨损、抗氧化和耐腐蚀等性能，从而延长工件的使用寿命，镀膜技术也可以实现光学、电学、半导体薄膜器件的制备，具有很高的经济价值。真空镀膜有三种形式，即蒸发镀膜、溅射镀膜和离子镀。溅射镀膜是在七十年代初建立的一种技术，最初用来沉积金属和光学薄膜。但是随着技术的逐步完善，溅射镀膜也被应用到半导体材料的制备当中。磁控溅射的基本原理是：在阴极（靶材）和阳极（基板）之间加以电场，向真空室内通入惰性气体和反应气体，在电场的作用下，真空室内的气体电离，产生离子。离子又在电场的作用下被加速，并向阴极靶材运动，由于施加在阴极和阳极之间的电场很强，电离的离子具有较高的动能并轰击阴极靶材，将靶材上的物质以分子和分子团的形式溅射出来并射向阳极基板，并沉积在基板上。磁控溅射的优点：（1）沉积速度快、基片温升低、对膜层的损伤小；（2）对于大部分材料，只要能支撑靶材，就可以实现溅射；（3）溅射所获得的薄膜与基板结合较好；（4）溅射所获得的薄膜纯度高、致密性好、成膜均匀性好；（5）溅射工艺可重复性好，可以在大面积基板上获得厚度均匀的薄膜；（6）能够精确控制膜层的厚度，同时可通过改变参数条件控制组成薄膜的颗粒大小；（7）不同的金属、合金、氧化物能够进行混合，同时溅射于基板上；（8）易于实现工业化。但磁控溅射技术无法精确控制纳米级薄膜的膜厚。原子层沉积（atomiclayerdeposition，ALD）是一种可以将物质以单原子膜形式一层一层的镀在基底表面的方法，具有精确的厚度控制、沉积厚度均匀性和一致性等特点，可达到在单原子层水平上完全可控。目前，现有的真空蒸镀系统只能完成有机源和金属源的蒸发成膜。虽然磁控溅射系统、电子束蒸镀系统也可以通过过渡舱连接到蒸镀室，但这类设备无法将磁控溅射系统和电子束蒸镀系统置于蒸镀室内部且机械制造复杂。在多层膜系的溅射镀膜过程中，如果其中存在一层或几层膜厚<5nm的极薄膜层，溅射镀膜无法精确控制膜厚。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种磁控溅射原子层沉积真空镀膜系统，实现磁控溅射、原子层沉积的成膜一体化，满足不同膜层厚度要求的样品的一次性制备。按照本专利技术提供的技术方案，所述磁控溅射原子层沉积真空镀膜系统，其特征是：包括蒸发室和反应室，蒸发室包括对称设置于反应室相对两侧的磁控溅射蒸发室和对称设置于反应室另一相对两侧的原子层沉积蒸发室；所述反应室包括基板转架，基板转架设置于反应室正中心位置，用于承载基板；在所述基板转架外侧壁上设置有基板安装位，基板安装位包括对称设置在基板转架外侧壁上的上固定槽和下固定槽，上固定槽与基板转架固定连接，下固定槽借助基板转架上设置的安装槽形成活动连接；所述基板转架与旋转机构连接，旋转机构用于驱动基板转架均速转动；所述反应室还包括与所述反应室连通的气路，所述气路包括靠近所述基板转架设置的第一O2气路和/或第一N2气路，用于为薄膜结晶提供补偿气体；所述磁控溅射蒸发室固定设有靶材承载部，在其上承载靶材；磁控溅射蒸发室的侧壁上设有磁控溅射阴极，磁控溅射阴极与其对应的电源连接；所述原子层沉积蒸发室设置有与基板转架相对、平行的气体分配器，所述气体分配器包括进气管道和配气盘，所述配气盘固定设置在所述进气管道的出口；所述配气盘包括两个平行设置的第一配气盘和第二配气盘，第一配气盘上均匀设置有多个第一出气孔，第二配气盘上错列设置有多个第二出气孔。进一步地，所述上固定槽和下固定槽都为U型槽体结构。进一步地，所述上固定槽和下固定槽绕基板转架设置有多组。进一步地，所述第一O2气路和第一N2气路上设有气体流量控制器。进一步地，所述反应室还包括与所述反应室连通的真空获取装置。进一步地，所述反应室还包括与所述基板转架对应的加热装置和/或冷却装置。进一步地，所述靶材为圆柱形靶材或平面靶材。进一步地，所述磁控溅射阴极为平面矩形阴极或平面圆形阴极。进一步地，所述磁控溅射蒸发室还包括辅助沉积离子源，所述辅助沉积离子源的开口朝向所述基片转架。进一步地，所述磁控溅射蒸发室还包括与所述磁控溅射蒸发室连通的气路，各气路上均设有气体流量控制器。本专利技术有益效果：本专利技术将磁控溅射阴极靶材、原子层沉积设置在蒸发室内，磁控溅射正极设置在蒸镀室内，实现磁控溅射、原子层沉积的成膜方式的一体化，操作集中化，使整个蒸镀设备的结构紧凑、简单、便于操作。附图说明图1-1为本专利技术所述磁控溅射原子层沉积真空镀膜系统的结构示意图。图1-2为本专利技术所述磁控溅射原子层沉积真空镀膜系统的分解状态示意图。图1-3为本专利技术所述磁控溅射原子层沉积真空镀膜系统的横剖面示意图。图2-1为所述反应室的结构示意图。图2-2为所述基板转架的结构示意图。图3-1为所述磁控溅射蒸发室的结构示意图。图3-2为所述磁控溅射蒸发室的主视图。图4为所述原子层沉积蒸发室的结构示意图。附图标记说明：1-反应室、2-磁控溅射蒸发室、3-原子沉积蒸发室、11-基板转架、12-旋转机构、13-第一O2气路、14-第一N2气路、15-基板安装位、16-加热装置、17-真空获取装置、21-靶材承载部、22-靶材、23-磁控溅射阴极、24-辅助沉积离子源、25-Ar气路、26-第二N2气路、27-第二O2气路、31-气体分配器、32-第一配气盘、33-第二配气盘、34-匹配器。具体实施方式下面结合具体附图对本专利技术作进一步说明。如图1-1、图1-2、图1-3所示，本专利技术所述磁控溅射原子层沉积真空镀膜系统，包括蒸发室和反应室1，蒸发室包括对称设置于反应室1相对两侧的磁控溅射蒸发室2和对称设置于反应室1另一相对两侧的原子层沉积蒸发室3。如图2-1、图2-2所示，所述反应室1包括基板转架11，基板转架11设置于反应室正中心位置，用于承载基板；在所述基板转架11外侧壁上设置有基板安装位15，基板安装位15包括对称设置在基板转架11外侧壁上的上固定槽和下固定槽，上固定槽和下固定槽都为U型槽体结构，上固定槽和下固定槽绕基板转架11设置有多组，上固定槽与基板转架固定连接，下固定槽借助基板转架11上设置的安装槽形成活动连接；所述基板转架11与旋转机构12连接，旋转机构12用于驱动基板转架11均速转动；所述反应室1还包括与所述反应室1连通的气路，气路上设有气体流量控制器；所述气路包括靠近所述基板转架11设置的第一O2气路13和/或第一N2气路14，用于为薄膜结晶提供补偿气体；氧化物/或氮化物中溅射出的氧原子/或氮原子飞向基板的过程中，受粒子平均自由程和多次碰撞的影响，动量减小，会有部分不能达到基板，通过在靠近基板转架处设置O2气路和/或N2气路，保证及时的、足够的气体补偿，提高薄膜结晶质量。所述反应室1还包括与所述反应室1连通的真空获取装置17。所述反应室1还包括与所述基板转架11对应的加热装置16和/或冷却装置，对工作状态的基板转架11进行加热和/或冷却。通过加热装置16对基板进行加热，可进一步提高基板表面薄膜的附着力。如图3-1、图3-2所述，所述磁控溅射蒸发室2固定设有靶材承载本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁控溅射原子层沉积真空镀膜系统，其特征是：包括蒸发室和反应室（1），蒸发室包括对称设置于反应室（1）相对两侧的磁控溅射蒸发室（2）和对称设置于反应室（1）另一相对两侧的原子层沉积蒸发室（3）；所述反应室（1）包括基板转架（11），基板转架（11）设置于反应室（1）正中心位置，用于承载基板；在所述基板转架（11）外侧壁上设置有基板安装位（15），基板安装位（15）包括对称设置在基板转架（11）外侧壁上的上固定槽和下固定槽，上固定槽与基板转架固定连接，下固定槽借助基板转架（11）上设置的安装槽形成活动连接；所述基板转架（11）与旋转机构（12）连接，旋转机构（12）用于驱动基板转架（11）均速转动；所述反应室（1）还包括与所述反应室（1）连通的气路，所述气路包括靠近所述基板转架（11）设置的第一O2气路（13）和/或第一N2气路（14），用于为薄膜结晶提供补偿气体；所述磁控溅射蒸发室（2）固定设有靶材承载部（21），在其上承载靶材（22）；磁控溅射蒸发室（2）的侧壁上设有磁控溅射阴极（23），磁控溅射阴极（23）与其对应的电源连接；所述原子层沉积蒸发室（3）设置有与基板转架（11）相对、平行的气体分配器（31），所述气体分配器（31）包括进气管道和配气盘，所述配气盘固定设置在所述进气管道的出口；所述配气盘包括两个平行设置的第一配气盘（32）和第二配气盘（33），第一配气盘（32）上均匀设置有多个第一出气孔，第二配气盘（33）上错列设置有多个第二出气孔。...

【技术特征摘要】
1.一种磁控溅射原子层沉积真空镀膜系统，其特征是：包括蒸发室和反应室（1），蒸发室包括对称设置于反应室（1）相对两侧的磁控溅射蒸发室（2）和对称设置于反应室（1）另一相对两侧的原子层沉积蒸发室（3）；所述反应室（1）包括基板转架（11），基板转架（11）设置于反应室（1）正中心位置，用于承载基板；在所述基板转架（11）外侧壁上设置有基板安装位（15），基板安装位（15）包括对称设置在基板转架（11）外侧壁上的上固定槽和下固定槽，上固定槽与基板转架固定连接，下固定槽借助基板转架（11）上设置的安装槽形成活动连接；所述基板转架（11）与旋转机构（12）连接，旋转机构（12）用于驱动基板转架（11）均速转动；所述反应室（1）还包括与所述反应室（1）连通的气路，所述气路包括靠近所述基板转架（11）设置的第一O2气路（13）和/或第一N2气路（14），用于为薄膜结晶提供补偿气体；所述磁控溅射蒸发室（2）固定设有靶材承载部（21），在其上承载靶材（22）；磁控溅射蒸发室（2）的侧壁上设有磁控溅射阴极（23），磁控溅射阴极（23）与其对应的电源连接；所述原子层沉积蒸发室（3）设置有与基板转架（11）相对、平行的气体分配器（31），所述气体分配器（31）包括进气管道和配气盘，所述配气盘固定设置在所述进气管道的出口；所述配气盘包括两个平行设置的第一配气盘（32）和第二配气盘（33），第一配气盘（32）上均匀设置有多个第一出气孔，...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：无锡奥芬光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32