一种原子层薄膜原位沉积制备工艺及制备系统技术方案

本发明专利技术公开了一种原子层薄膜原位沉积制备工艺及制备系统，涉及材料工程技术领域。本发明专利技术原子层薄膜原位沉积制备工艺包括以下步骤：在惰性气体的环境下，向设置于沉积基板两侧的阳极电极和阴极电极施加电压和电流，且沉积基板通过导电胶固定于阴极电极的反应端面，阳极电极和阴极电极发生火花烧蚀反应，产生等离子体粒子，等离子体粒子在制备原位进行沉积，在沉积基板上形成原子层薄膜。本发明专利技术的原子层薄膜原位沉积制备工艺，在一个充满惰性气流的反应腔体内进行薄膜沉积，能够高效形成原子层薄膜，反应过程简单高效，解决了目前原子层薄膜制备方法需要使用昂贵的化学反应前驱体和薄膜生长速度慢的问题。体和薄膜生长速度慢的问题。体和薄膜生长速度慢的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种原子层薄膜原位沉积制备工艺及制备系统


[0001]本专利技术涉及材料工程
，尤其涉及一种原子层薄膜原位沉积制备工艺及制备系统。

技术介绍

[0002]伴随着半导体工艺制成的不断推进，以及下游应用市场的进一步蓬勃创新，对半导体工艺升级的需求也不断显现。ALD(原子层沉积)技术成为后摩尔时代的关键工艺技术，ALD是基于CVD发展的一种新型技术，是一种可以将物质材料以单原子膜的形式基于化学气相一层一层地沉积在衬底表面的技术。广泛适用于不同环境下的薄膜沉积，在晶圆级铜铜键合、高k(high
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k)材料、金属栅、电容电极、金属互联、TSV、浅层沟道隔等工艺中均有大量应用。
[0003]目前市面上ALD设备路线、材料多元化，对沉积设备需求大，并且技术路线多和市场格局相对分散。专利CN103510074A公开了一种基于ALD技术的复合无机
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有机杂化物薄膜的制备方法，在衬底或沉积载体表面原位生成复合无机
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有机杂化物薄膜，该方法制备时需要严格分离各前驱体，并且薄膜生长速度慢。专利CN111519164A提供一种基于ALD技术制备氧化锌薄膜的装置及方法，通过温度梯度实现载流流子浓度可控的氧化锌薄膜的制备，该制备过程反应性前驱体在温度梯度较难控制，并且设备路线复杂。

技术实现思路

[0004]针对
技术介绍
提出的问题，本专利技术的目的在于提出一种原子层薄膜原位沉积制备工艺，在一个充满惰性气流的反应腔体内进行薄膜沉积，能够高效形成原子层薄膜，反应过程简单高效，解决了目前原子层薄膜制备方法需要使用昂贵的化学反应前驱体和薄膜生长速度慢的问题。
[0005]本专利技术的另一目的在于提出一种原子层薄膜原位沉积制备系统，能够快速制备得到原子层薄膜，解决了目前原子层薄膜制备设备薄膜生长速度慢的问题。
[0006]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种原子层薄膜原位沉积制备工艺，包括以下步骤：
[0008]在惰性气体的环境下，向设置于沉积基板两侧的阳极电极和阴极电极施加电压和电流，且沉积基板通过导电胶固定于阴极电极的反应端面，阳极电极和阴极电极发生火花烧蚀反应，产生等离子体粒子，等离子体粒子在制备原位进行沉积，在沉积基板上形成原子层薄膜。
[0009]进一步的，所述惰性气体的流速为0.1～10L/min。
[0010]进一步的，施加的电压为0.1～5kV，施加的电流为1～20mA。
[0011]一种原子层薄膜原位沉积制备系统，应用于上述的原子层薄膜原位沉积制备工艺，包括电源、电极、沉积反应容器和惰性气源，所述电极包括阳极电极和阴极电极，所述惰性气源和所述沉积反应容器连通，所述沉积反应容器内设有两个用于固定所述电极的电极
固定座，两个所述电极固定座相对地设置在所述沉积反应容器的内壁，两个所述电极固定座分别与所述电源的两极电连接；
[0012]所述阳极电极位于所述阴极电极的上方，且所述阳极电极和所述阴极电极之间设有间距，所述阴极电极的顶端设有沉积基板，所述沉积基板通过导电胶固定于所述阴极电极的反应端面；
[0013]所述沉积基板为导电基板，所述电极为纯金属电极、合金电极和半导体电极中的任意一种。
[0014]进一步的，所述沉积基板为金属基板、半导体基板、石墨烯基板和导电陶瓷基板中的任意一种。
[0015]进一步的，所述导电胶为导电胶带、纯金属系导电胶、碳系导电胶、金属合金类导电胶、金属
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无机材料混合类导电胶中的任意一种或多种的组合。
[0016]进一步的，原子层薄膜原位沉积的制备系统还包括进气管路和出气管路，所述进气管路用于将所述沉积反应容器和惰性气源连通，所述进气管路的一端与惰性气源的出气端相连通，所述进气管路的另一端与所述沉积反应容器的进气端相连通，所述出气管路与所述沉积反应容器的出气端相连通，所述进气管路和所述出气管路分别设有用于控制惰性气体流速快慢的单向阀门。
[0017]进一步的，所述沉积反应容器为密闭的长方体容器，两个所述电极固定座上下相对地分别设置在所述沉积反应容器的上下壁，且两个所述电极固定座的安装轴线在同一竖直直线；所述进气管路和所述出气管路左右相对地分别设置在所述沉积反应容器的左右壁，所述进气管路和所述出气管路的安装轴线在同一水平直线，所述电极固定座的安装轴线与所述进气管路的安装轴线相交于所述沉积反应容器的中点。
[0018]进一步的，所述电极固定座包括调节螺杆和电极基座，所述电极基的底端设有与所述电源电连接的导电片，所述电极和所述导电片连接，所述电极基座固定连接于所述调节螺杆的末端，所述电极基座的侧壁设有多个用于夹持所述电极的限位螺杆。
[0019]进一步的，所述阳极电极和所述阴极电极的间距为0.1～3mm。
[0020]上述技术方案具有以下有益效果：本制备工艺结合本技术方案的原子层薄膜原位沉积制备系统，在制备过程中，阳极电极和阴极电极发生火花烧蚀反应，产生等离子体粒子，等离子体粒子能够直接在制备原位合成原子层薄膜，由于等离子体粒子是原子级的，而本技术方案的原子层薄膜是等离子体粒子因为扩散和溅射等运动以及气体流速的影响在沉积基板上进行迁移和排列而形成的，因此，本技术方案的原子层薄膜是原子级的薄膜，同时本技术方案的制备工艺反应过程简单高效，并且只需更换电极的靶材材料即可获得所需的原子层薄膜种类；同时，通过改变通入的惰性气体的流速的大小，以及电压和电流的大小，可以实现对原子层薄膜致密性进行控制，有效提升薄膜性能。
附图说明
[0021]图1是本专利技术一个实施例的中原子层薄膜原位沉积制备系统的结构示意图；
[0022]图2是图1中电极固定座及电极的安装结构示意图；
[0023]其中，1惰性气源、2单向阀门、3进气管路、4电源、5出气管路、6电极、7电极固定座、8沉积反应容器、9电极基座、10沉积基板、11等离子体粒子、12导电胶、13锁定螺杆、14导电
片、15调节螺杆、61阳极电极、阴极电极62。
具体实施方式
[0024]下面结合附图1
‑
2及具体实施方式进一步说明本专利技术的技术方案。
[0025]一种原子层薄膜原位沉积制备工艺，包括以下步骤：
[0026]在惰性气体的环境下，向设置于沉积基板两侧的阳极电极和阴极电极施加电压和电流，且沉积基板通过导电胶固定于阴极电极的反应端面，阳极电极和阴极电极发生火花烧蚀反应，产生等离子体粒子，等离子体粒子在制备原位进行沉积，在沉积基板上形成原子层薄膜。
[0027]值得说明的是，本制备工艺结合本技术方案的原子层薄膜原位沉积制备系统，在制备过程中，阳极电极61和阴极电极62发生火花烧蚀反应，产生等离子体粒子，等离子体粒子能够直接在制备原位(即发生火花烧蚀反应的位置)合成原子层薄膜，由于等离子体粒子是原子级的，而本技术方案的原子层薄膜是等离子体粒子因为扩散和溅射等运动以及气体流速的影响而在沉积基板上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原子层薄膜原位沉积制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：在惰性气体的环境下，向设置于沉积基板两侧的阳极电极和阴极电极施加电压和电流，且沉积基板通过导电胶固定于阴极电极的反应端面，阳极电极和阴极电极发生火花烧蚀反应，产生等离子体粒子，等离子体粒子在制备原位进行沉积，在沉积基板上形成原子层薄膜。2.根据权利要求1所述的原子层薄膜原位沉积制备工艺，其特征在于，所述惰性气体的流速为0.1～10L/min。3.根据权利要求1所述的原子层薄膜原位沉积制备工艺，其特征在于，施加的电压为0.1～5kV，施加的电流为1～20mA。4.一种原子层薄膜原位沉积制备系统，其特征在于，应用于权利要求1
‑
3任意一项所述的原子层薄膜原位沉积制备工艺，包括电源、电极、沉积反应容器和惰性气源，所述电极包括阳极电极和阴极电极，所述惰性气源和所述沉积反应容器连通，所述沉积反应容器内设有两个用于固定所述电极的电极固定座，两个所述电极固定座相对地设置在所述沉积反应容器的内壁，两个所述电极固定座分别与所述电源的两极电连接；所述阳极电极位于所述阴极电极的上方，且所述阳极电极和所述阴极电极之间设有间距，所述阴极电极的顶端设有沉积基板，所述沉积基板通过导电胶固定于所述阴极电极的反应端面；所述沉积基板为导电基板，所述电极为纯金属电极、合金电极和半导体电极中的任意一种。5.根据权利要求4所述的原子层薄膜原位沉积制备系统，其特征在于，所述沉积基板为金属基板、半导体基板、石墨烯基板和导电陶瓷基板中的任意一种。6.根据权利要求5所述的原子层薄膜原位沉积制备系统，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：张昱，陈乾，张冉远，黄文俊，崔成强，杨冠南，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：