本发明专利技术实施例公开了一种多功能的离子沉积薄膜制备装置及薄膜沉积方法，包括薄膜生长机构，进样承载机构，离子源提供机构、分子束外延机构和化学气相沉积机构；进样承载机构用于向薄膜生长机构中提供样品；离子源提供机构提供经过筛分后的待沉积离子，用于离子沉积；分子束外延机构产生分子束流，用于分子束外延生长；化学气相沉积机构产生气态物质，用于化学气相沉积。通过离子源提供机构、分子束外延机构和化学气相沉积机构的协同配合，一次操作过程中可完成分子束外延、化学气相沉积、离子沉积等多种薄膜制备功能，实现电中性分子和带电离子的共沉积，可用于氧化物、氮化物、硒化物以及金刚石等薄膜材料及其异质结的原位制备，提高制备效率。高制备效率。高制备效率。
【技术实现步骤摘要】
一种多功能的离子沉积薄膜制备装置及薄膜沉积方法
[0001]本专利技术实施例涉及薄膜制备
，具体涉及一种多功能的离子沉积薄膜制备装置及薄膜沉积方法。
技术介绍
[0002]薄膜生长技术是半导体制造工艺中一项重要的技术。现有的薄膜生长方法主要有化学气相沉积、分子束外延、物理气相沉积等。随着电子工业的发展，新型电子器件的开发要求构筑各类特定结构的薄膜，并对薄膜表面的化学配比进行高精度操控，例如氧化、氮化、硒化等薄膜制备操作。为更加高效地实现这些薄膜制备操作，部分情况下需要同时沉积离子和原子，这就要求薄膜生长设备能够实现电中性分子和带电离子的共沉积，但是现有的设备一般只具有分子束外延或化学气相沉积一种功能，尚无法实现上述功能。此外，现有的薄膜生长设备在进行离子沉积时，不能有效地筛选出目标离子，常常导致非目标离子沉积在样品上造成污染。因此无法满足某些材料在制备过程中对前驱体同位素级别纯度的需求，使得薄膜材料的生长受到诸多限制。鉴于此，改进离子体源并设计一套多功能的离子沉积薄膜制备装置是亟待解决的问题。
技术实现思路
[0003]为此，本专利技术实施例提供一种多功能的离子沉积薄膜制备装置及薄膜沉积方法，通过离子源提供机构、分子束外延机构和化学气相沉积机构的协同配合，使得在一次操作过程中能够完成分子束外延、化学气相沉积、离子沉积等多种薄膜制备功能，有效实现电中性分子和带电离子的共沉积。在应用中可以用于氧化物、氮化物、硒化物以及金刚石等薄膜材料及其异质结的原位制备，大大简化制备过程，提高制备效率。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术的实施方式提供如下技术方案：
[0005]在本专利技术实施例的一个方面，提供了一种多功能的离子沉积薄膜制备装置，包括薄膜生长机构，与所述薄膜生长机构之间能够开放或闭合地连接的进样承载机构，以及可连通地连接于所述薄膜生长机构上的离子源提供机构、分子束外延机构和化学气相沉积机构；其中，
[0006]所述进样承载机构至少部分能够位于所述薄膜生长机构中，且用于向所述薄膜生长机构中提供样品；
[0007]所述离子源提供机构向所述薄膜生长机构中提供经过筛分后的待沉积离子，用于样品的离子沉积；
[0008]所述分子束外延机构产生分子束流，用于样品的分子束外延生长；
[0009]所述化学气相沉积机构产生气态物质，用于样品的化学气相沉积。
[0010]作为本专利技术的一种优选方案，所述薄膜生长机构形成为双层腔体，且所述腔体包括自内而外顺次设置的制备腔和夹层；其中，
[0011]所述制备腔用于薄膜的沉积；
[0012]所述夹层上连通有冷却介质提供结构。
[0013]作为本专利技术的一种优选方案，所述进样承载机构包括分别与所述薄膜生长机构连通的样品进样结构和样品承载加热结构；
[0014]所述样品进样结构包括与所述薄膜生长机构通过闸板阀能够开放或闭合地连接的进样腔，以及设置于所述进样腔中且能够延伸至所述薄膜生长机构中的磁力传样杆；
[0015]所述样品承载加热结构包括能够延伸位于所述薄膜生长机构中的样品加热台，所述样品加热台用于承载样品，并对样品的放置位置和温度进行控制；
[0016]所述磁力传样杆能够将样品传递至所述样品加热台上。
[0017]作为本专利技术的一种优选方案，所述分子束外延机构包括至少一个热蒸发源，每个所述热蒸发源选自K
‑
cell蒸发源或电子束蒸发源。
[0018]作为本专利技术的一种优选方案，每个所述热蒸发源产生的分子束流的元素类型不完全相同。
[0019]作为本专利技术的一种优选方案，每个所述分子束流的元素选自Se，V和Te中的至少一种。
[0020]作为本专利技术的一种优选方案，所述离子源提供机构包括与所述薄膜生长机构顺次连通设置的CF三通腔体和质谱仪，且所述质谱仪上还分别可连通地连接有离子体源和离子束聚焦结构；
[0021]所述质谱仪用于对所述离子体源提供的离子进行筛选。
[0022]作为本专利技术的一种优选方案，所述化学气相沉积机构至少包括与所述薄膜生长机构连接的至少一个供气单元。
[0023]作为本专利技术的一种优选方案，所述离子源提供机构还包括与所述薄膜生长机构连接的旋转导入器，且所述旋转导入器和所述质谱仪均通过变径法兰与所述薄膜生长机构相连接。
[0024]作为本专利技术的一种优选方案，所述薄膜生长机构、所述进样承载机构和所述离子源提供机构上还连通有真空提供系统；
[0025]所述离子源提供机构和所述化学气相沉积机构至少还包括高纯气体源；
[0026]所述真空提供系统用于对所述薄膜生长机构、所述进样承载机构和所述离子源提供机构的真空度进行调节和监控；
[0027]所述高纯气体源用于提供高纯气体。
[0028]作为本专利技术的一种优选方案，所述CF三通腔体和所述质谱仪上各自连通有真空提供系统，所述薄膜生长机构、所述CF三通腔体和所述质谱仪上的所述真空提供系统配合制造三重差分真空环境，以逐级剔除所述质谱仪筛分出的非目标离子。
[0029]作为本专利技术的一种优选方案，所述真空提供系统包括二级真空泵和低温吸附泵中的至少一种，以及真空度测量设备；
[0030]所述二级真空泵包括用于获取粗真空状态的机械泵，以及用于获取高真空状态的分子泵。
[0031]作为本专利技术的一种优选方案，还包括支撑架，所述薄膜生长机构、所述进样承载机构、所述离子源提供机构、所述分子束外延机构和所述化学气相沉积机构中的至少一个安装于所述支撑架上。
[0032]在本专利技术实施例的另一个方面，还提供了一种薄膜沉积方法，采用根据上述所述的离子沉积薄膜制备装置，所述薄膜沉积方法包括：
[0033]S100、对所述薄膜生长机构、所述进样承载机构和所述离子源提供机构抽真空至预设值；
[0034]S200、通过所述进样承载机构将样品移动至所述薄膜生长机构中；
[0035]S300、打开所述离子源提供机构、所述分子束外延机构和所述化学气相沉积机构中的至少一种，对样品进行薄膜的沉积；
[0036]S400、取出经薄膜沉积后的样品。
[0037]本专利技术的实施方式具有如下优点：
[0038]本专利技术基于同一个薄膜生长机构，针对性地集成了离子源提供机构、分子束外延机构和化学气相沉积机构，通过其协同配合，可控地实现了多种薄膜的制备，大大降低了需要同时制备多种薄膜的操作难度和操作成本；在此基础上，上述结构的协同，能够进一步实现电中性分子和带电离子的共沉积，以简单的沉积操作为薄膜的沉积提供了更为广泛的适用范围。并且，基于对待沉积离子的筛分，能够有效解决离子沉积过程中非目标离子对样品的污染，从而实现同位素级别纯度的样品制备。
附图说明
[0039]为了更清楚地说明本专利技术的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多功能的离子沉积薄膜制备装置，其特征在于，包括薄膜生长机构(01)，与所述薄膜生长机构(01)之间能够开放或闭合地连接的进样承载机构，以及可连通地连接于所述薄膜生长机构(01)上的离子源提供机构、分子束外延机构和化学气相沉积机构；其中，所述进样承载机构至少部分能够位于所述薄膜生长机构(01)中，且用于向所述薄膜生长机构(01)中提供样品(52)；所述离子源提供机构向所述薄膜生长机构(01)中提供经过筛分后的待沉积离子，用于样品(52)的离子沉积；所述分子束外延机构产生分子束流，用于样品(52)的分子束外延生长；所述化学气相沉积机构产生气态物质，用于样品(52)的化学气相沉积。2.根据权利要求1所述的一种离子沉积薄膜制备装置，其特征在于，所述薄膜生长机构(01)为双层腔体，且所述腔体包括自内而外顺次设置的制备腔和夹层；其中，所述制备腔用于薄膜的沉积；所述夹层上连通有冷却介质提供结构。3.根据权利要求1或2所述的一种离子沉积薄膜制备装置，其特征在于，所述进样承载机构包括分别与所述薄膜生长机构(01)连通的样品进样结构(02)和样品承载加热结构(35)；所述样品进样结构(02)包括与所述薄膜生长机构(01)通过闸板阀能够开放或闭合地连接的进样腔，以及设置于所述进样腔中且能够延伸至所述薄膜生长机构(01)中的磁力传样杆(36)；所述样品承载加热结构(35)包括能够延伸位于所述薄膜生长机构(01)中的样品加热台，所述样品加热台用于承载样品(52)，并对样品(52)的放置位置和温度进行控制；所述磁力传样杆(36)能够将样品(52)传递至所述样品加热台上。4.根据权利要求1或2所述的一种离子沉积薄膜制备装置，其特征在于，所述分子束外延机构包括至少一个热蒸发源，每个所述热蒸发源选自K
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cell蒸发源或电子束蒸发源；优选地，每个所述热蒸发源产生的分子束流的元素类型不完全相同；更为优选地，每个所述分子束流的元素选自Se，V和Te中的至少一种。5.根据权利要求1或2所述的一种离子沉积薄膜制备装置，其特征在于，所述离子源提供机构包括与所述薄膜生长机构(01)顺次连通设置的CF三通腔体(03)和质谱仪，且所述质谱仪上还分别可连通地连接有离子体...
【专利技术属性】
技术研发人员：武旭，胡世昊，胡亘宇，王宇森，许自强，邵岩，王业亮，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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