專利名稱：卷對卷式原子層沉積設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種原子層沉積設(shè)備，尤其涉及一種卷對卷式原子層沉積設(shè)備。
背景技術(shù)：
單原子層沉積(ALD, Atomic Layer Deposition),又稱為原子層沉積或原子層外延(Atomic Layer Epitaxy),最初是由芬蘭科學(xué)家提出的并用于多晶突光材料ZnS:Mn以及非晶Al2O3絕緣膜的研制，這些材料均可用于平板顯示器。由于這一工藝涉及復(fù)雜的表面化學(xué)過程和低沉積速度，直至上世紀(jì)80年代中后期該技術(shù)并沒有取得實質(zhì)性的突破。直至20世紀(jì)90年代中期，人們對這一技術(shù)的興趣在不斷加強，這主要是由于微電子和深亞微米芯片技術(shù)的發(fā)展要求器件和材料的尺寸不斷降低，而器件中的高寬比不斷增加，所使用的材料厚度降低至幾個納米數(shù)量級。因此，原子層沉積技術(shù)的優(yōu)勢就體現(xiàn)出來，如單原子層逐次沉積，沉積層極均勻的厚度和優(yōu)異的一致性等優(yōu)異性能顯著，相對來說，沉積速度慢的問題就不重要了。但是，現(xiàn)有的原子層沉積設(shè)備都還是在真空條件下反應(yīng)，將反應(yīng)物順次通入反應(yīng)器進行交替吸附反應(yīng)。這個過程由于需要順次通入反應(yīng)物，而且為了排除反應(yīng)物之間直接的化學(xué)氣相反應(yīng)，需要等待很長的時間從而將前一種反應(yīng)物全部抽走，沉積速率很低，很難滿足微電子以外的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的要求。傳統(tǒng)的原子層沉積設(shè)備由于在真空環(huán)境反應(yīng)，對于連續(xù)的卷筒裝置系統(tǒng)在真空中的運轉(zhuǎn)設(shè)計十分復(fù)雜、成本也很高。而且，由于是真空環(huán)境，每次裝卸樣品都涉及充氣和抽真空的過程，費時費力 。

實用新型內(nèi)容本實用新型的主要目的在于提供一種卷對卷式原子層沉積設(shè)備，能夠在大氣壓下甚至大氣環(huán)境中進行原子層沉積，并且能夠連續(xù)生產(chǎn)，滿足了大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的要求。為達到上述目的，本實用新型提供一種卷對卷式原子層沉積設(shè)備，包括:用于傳動帶狀的待沉積樣品的至少兩個卷筒裝置；用于向所述卷筒裝置輸出動力的動力裝置，所述動力裝置與所述卷筒裝置聯(lián)接；反應(yīng)腔體，所述反應(yīng)腔體的內(nèi)部具有多個氣道、以及與所述氣道的方向相交的用于所述待沉積樣品穿過的通道，所述反應(yīng)腔體上具有與多個所述氣道相對應(yīng)的多個進氣口以及出氣口。優(yōu)選地，所述反應(yīng)腔體可以為多個。優(yōu)選地，多個所述反應(yīng)腔體可以以獨立分布的方式間隔設(shè)置。優(yōu)選地，該設(shè)備還可以包括用于加熱所述待沉積樣品的加熱裝置。優(yōu)選地，該設(shè)備還可以包括用于去除反應(yīng)生成的副產(chǎn)物的抽氣裝置、以及用于回收剩余反應(yīng)物的回收裝置。本實用新型還提供了一種卷對卷式原子層沉積設(shè)備，該設(shè)備包括反應(yīng)腔體，所述反應(yīng)腔體的內(nèi)部設(shè)置有用于傳動帶狀的待沉積樣品的至少兩個卷筒裝置、以及與所述卷筒裝置聯(lián)接的用于向所述卷筒裝置輸出動力的動力裝置，所述反應(yīng)腔體的內(nèi)部還設(shè)置有多個氣道、以及與所述氣道的方向相交的用于所述待沉積樣品穿過的通道，所述反應(yīng)腔體上具有與多個所述氣道相對應(yīng)的多個進氣口以及出氣口。優(yōu)選地，該設(shè)備還可以包括用于加熱所述待沉積樣品的加熱裝置。優(yōu)選地，該設(shè)備還可以包括用于去除反應(yīng)生成的副產(chǎn)物的抽氣裝置、以及用于回收剩余反應(yīng)物的回收裝置。優(yōu)選地，該設(shè)備還可以包括設(shè)置于提供空氣的氣道前的用于過濾空氣的過濾裝置。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的卷對卷式原子層沉積設(shè)備，其設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，便于使用和維護；其次，在使用時，并不涉及真空系統(tǒng)，制造成本低；并且，能夠連續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)速率高；最后，反應(yīng)源可以回收利用，提高反應(yīng)物的利用率，尾氣更潔凈，減少了污染。

圖1為本實用新型的卷對卷式原子層沉積設(shè)備的實施例一的示意圖；圖2為本實用新型的卷對卷式原子層沉積設(shè)備的實施例二的示意圖；圖3為本實用新型的卷對卷式原子層沉積設(shè)備的實施例三的示意圖。附圖標(biāo)記說明10卷筒裝置20反應(yīng)腔體
21氣道22通道23進氣口24出氣口30待沉積樣品 40抽氣裝置41回收裝置 50過濾裝置A反應(yīng)物B反應(yīng)物C惰性氣體 D空氣
具體實施方式
有關(guān)本實用新型技術(shù)內(nèi)容及詳細說明，現(xiàn)配合附圖說明如下:本實用新型公開了一種卷對卷式原子層沉積設(shè)備，包括:至少兩個卷筒裝置，所述卷筒裝置用于傳動帶狀的待沉積樣品；動力裝置，與所述卷筒裝置聯(lián)接，用于向所述卷筒裝置輸出動力；反應(yīng)腔體，所述反應(yīng)腔體的內(nèi)部具有多個氣道、以及與所述氣道的方向相交的用于所述待沉積樣品穿過的通道，所述反應(yīng)腔體上具有與多個所述氣道相對應(yīng)的多個進氣口及出氣口。其中，帶狀的待沉積樣品在其中一個卷筒裝置上卷好，并將尾端卷至另一卷筒裝置上，則，動力裝置驅(qū)動后者旋轉(zhuǎn)，則帶狀的待沉積樣品從前一個卷筒裝置向另一卷筒裝置移動，直至完全卷在另一卷筒裝置上。其中，所述反應(yīng)腔體可以為多個。用于沉積不同的氧化物沉積層即氧化物薄膜，或者，多次沉積氧化物薄膜，以提高沉積效率。[0037]進一步地，多個所述反應(yīng)腔體可以獨立分布的方式間隔設(shè)置。此時，多個獨立的反應(yīng)腔體可以沉積不同的反應(yīng)物，可以通過設(shè)置反應(yīng)腔體的不同數(shù)量，而獲得反應(yīng)物的不同沉積厚度。每個獨立反應(yīng)腔體在沉積一種反應(yīng)物的時候，其包括3個進氣口，3個進氣口分別向反應(yīng)腔體提供壓力大于等于大氣壓的惰性氣體、反應(yīng)物(如反應(yīng)物A)以及惰性氣體；SP，該卷對卷式原子層沉積設(shè)備在使用時，反應(yīng)腔體內(nèi)以及反應(yīng)腔體外(通道的兩端部外側(cè)與外界大氣環(huán)境連通)共包括有:空氣、惰性氣體、反應(yīng)物A、惰性氣體及空氣。具體地，空氣主要是利用其包含的水H2O,在待沉積樣品的表面形成水分子層，用于在沉積反應(yīng)時提供氧原子；惰性氣體的壓力大于等于大氣壓可以防止大氣流入反應(yīng)腔體，惰性氣體用于去除多余的水等不需要的殘余氣體；反應(yīng)物A用于與水進行反應(yīng)生成氧化物薄膜，并且再吸附一層反應(yīng)物分子層，用于下一次與水進行反應(yīng)；之后的惰性氣體用于去除多余的反應(yīng)物等不需要的殘余氣體；最后，空氣中的水與反應(yīng)物A繼續(xù)反應(yīng)，生成另一層氧化物薄膜。此時，出氣口的數(shù)量為I個，用于反應(yīng)物A的回收。換言之，每個獨立反應(yīng)腔體發(fā)生的反應(yīng)過程包括以下五個步驟:1)帶狀的待沉積樣品隨著卷筒裝置的轉(zhuǎn)動朝前運動，在進入通道前，先吸附大氣中的水分子，進而在待沉積樣品的表面形成一層水分子層；2)進入通道后，先經(jīng)過輸送惰性氣體的進氣口，惰性氣體會將待沉積樣品表面多余的水分等不需要的殘余氣體吹走；3)而后經(jīng)過輸送反應(yīng)物A的進氣口，反應(yīng)物A與待沉積樣品表面的水分子反應(yīng)，生成一層氧化物薄膜并吸附一層反應(yīng)物A分子層；4)最后經(jīng)過輸送惰性氣體的進氣口，惰性氣體會將待沉積樣品表面多余的反應(yīng)物等不需要的殘余氣體吹走；5)離開通道后，待沉積樣品進入大氣環(huán)境，其表面的反應(yīng)物A與空氣中的水分子反應(yīng)，生成另一層氧化物薄膜。在上述反應(yīng)過程中，待沉積樣品在每次通過反應(yīng)腔體后會發(fā)生兩次原子層沉積反應(yīng)，生成兩層氧化物薄膜。也就是說當(dāng)帶狀的待沉積樣品從一個卷筒裝置完全卷到另一個卷筒裝置上時，整個帶狀的待沉積樣品的表面都生成兩層的氧化物薄膜。如果需要沉積更厚的薄膜，只要將帶狀的待沉積樣品從后一卷筒裝置再卷回原來的卷筒裝置，這樣來回運轉(zhuǎn)就可以制備更厚的薄膜。 此外，每個獨立反應(yīng)腔體在沉積兩種反應(yīng)物的時候，其包括7個進氣口，分別向反應(yīng)腔體提供惰性氣體、反應(yīng)物A、惰性氣體、空氣(主要是水)、惰性氣體、另一反應(yīng)物(如反應(yīng)物B)以及惰性氣體。其功能以及反應(yīng)過程可以據(jù)上述描述獲知，在此不再贅述。綜上可知，惰性氣體、反應(yīng)物A以及惰性氣體是作為沉積一種反應(yīng)物的最小單位，當(dāng)沉積多種反應(yīng)物時，需要在前述最小單位之間加設(shè)空氣。以此類推，可以得出沉積多種反應(yīng)物時的進氣口數(shù)量。此時，出氣口的數(shù)量為2個,用于反應(yīng)物A及反應(yīng)物B的回收。此外，如果需要沉積非氧化物薄膜可以將大氣環(huán)境改成所需的氣體環(huán)境。其中，所述卷筒式原子層沉積設(shè)備還包括加熱裝置，用于加熱所述待沉積樣品以提供原子層沉積反應(yīng)所需的能量。其加熱方式可以采用輻射、熱傳遞、直接給導(dǎo)電的帶狀的待沉積樣品通電流等多種方式實現(xiàn)。其中，所述卷對卷式原子層沉積設(shè)備還包括抽氣裝置，用于去除反應(yīng)生成的副產(chǎn)物。其中，所述卷對卷式原子層沉積設(shè)備還包括回收裝置，用于回收剩余的反應(yīng)物，實現(xiàn)資源再利用，節(jié)省生產(chǎn)成本。上述方式中，卷筒裝置通常安裝在外界大氣環(huán)境中，可以在使用過程中實現(xiàn)快速拆換。如果待沉積樣品對空氣敏感，則可以將卷筒裝置系統(tǒng)安裝在惰性氣體區(qū)域。進一步地，多個所述反應(yīng)腔體可以一體的方式與所述卷筒裝置整體設(shè)置，則本實用新型還公開了一種卷對卷式原子層沉積設(shè)備，包括反應(yīng)腔體，所述反應(yīng)腔體的內(nèi)部設(shè)置有至少兩個卷筒裝置、以及與所述卷筒裝置聯(lián)接的動力裝置；其中，所述卷筒裝置用于傳動帶狀的待沉積樣品，所述動力裝置用于向所述卷筒裝置輸出動力；所述反應(yīng)腔體的內(nèi)部還設(shè)置有多個氣道、以及與所述氣道的方向相交的用于所述待沉積樣品穿過的通道，所述反應(yīng)腔體上具有與多個所述氣道相對應(yīng)的多個進氣口及出氣口。該設(shè)備中，卷筒裝置通常安裝在反應(yīng)腔體內(nèi)。其反應(yīng)過程可以據(jù)上述描述獲知，在此不再贅述。而進氣口的數(shù)量與上述不同，由于反應(yīng)腔體與所述卷筒裝置整體設(shè)置，無法利用外界大氣環(huán)境中的水，因此，需要增加兩個提供空氣的進氣口 ；即在沉積一種反應(yīng)物的時候，其包括5個進氣口 ；在沉積兩種反應(yīng)物的時候，其包括9個進氣口。即空氣、惰性氣體、反應(yīng)物、惰性氣體以及空氣是作為沉積一種反應(yīng)物的最小單位，當(dāng)沉積多種反應(yīng)物時，相鄰兩個最小單位之間公用一個氣道的空氣。以此類推，可以得出沉積多種反應(yīng)物時的進氣口數(shù)量。其中，如果沉積非氧化物薄膜時，提供空氣的進氣口可以為變更為提供所需氣體。此時，出氣口為5個，其與空氣以及反應(yīng)物的氣道相對應(yīng)。其中，所述卷對卷式原子層沉積設(shè)備還包括過濾裝置，設(shè)置于提供空氣的氣道前，用于過濾空氣中的灰塵和不需要的雜質(zhì)。所述卷對卷式原子層沉積設(shè)備也包括上述加熱裝置、抽氣裝置及回收裝置。抽氣裝置及回收裝置設(shè)置于輸送反應(yīng)物的出氣口上。此外，上述兩種設(shè)備中的動力裝置、加熱裝置、抽氣裝置、回收裝置等均為市售成熟產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)及功能等不再贅述；此外，滾輪、張力傳感器、減速器、聯(lián)軸器等等均可并入動力裝置或卷筒裝置的范圍。而惰性氣體可為氮氣、氬氣等；反應(yīng)物可為三甲基鋁(制備氧化鋁)、二乙基鋅(制備氧化鋅)等；待沉積樣品材料為柔性材料，如有機薄膜、編織物、金
屬薄帶等。對于不能制成帶狀的片狀或小尺寸材料，可以將其粘附在帶狀的待沉積樣品上進行沉積。單側(cè)沉積完畢后，將其翻轉(zhuǎn)，對其另一面進行原子層沉積。以下通過具體實施例，進一步說明本實用新型。實施例一如圖1所示，本實施例的卷對卷式原子層沉積設(shè)備包括:兩個卷筒裝置10、動力裝置(未示出)、反應(yīng)腔體20，其中，反應(yīng)腔體20的內(nèi)部具有3個氣道21以及通道22，反應(yīng)腔體20上具有3個進氣口 23及出氣口 24。上述設(shè)備在使用時，待沉積樣品30穿過通道22并在兩個卷筒裝置10之間移動，3個氣道21與3個進氣口 23相對應(yīng)，分別提供惰性氣體、反應(yīng)物以及惰性氣體，用于沉積一種氧化物薄膜。實施例二如圖2所示，本實 施例的卷對卷式原子層沉積設(shè)備包括:三個卷筒裝置10、動力裝置(未示出)、反應(yīng)腔體20 ;單個反應(yīng)腔體20的結(jié)構(gòu)與實施力一相同，而反應(yīng)腔體20的數(shù)量為6個。6個反應(yīng)腔體20可以沉積同一種氧化物薄膜，也可以沉積不同的氧化物薄膜。當(dāng)需要沉積不同種類不同厚度的多層氧化物薄膜時，例如在帶狀的待沉積樣品上沉積由反應(yīng)物A、反應(yīng)物B、反應(yīng)物C制備的氧化物薄膜為3: 2: 1，則設(shè)定3個提供反應(yīng)物A的反應(yīng)腔體20，2個提供反應(yīng)物B的反應(yīng)腔體20，I個提供反應(yīng)物C的反應(yīng)腔體20即可實現(xiàn)。實施例三如圖3所示，本實施例的卷對卷式原子層沉積設(shè)備包括反應(yīng)腔體20，反應(yīng)腔體20的內(nèi)部設(shè)置有5個卷筒裝置10以及動力裝置(未示出)，反應(yīng)腔體20的內(nèi)部還設(shè)置有9個氣道21以及通道22，反應(yīng)腔體20上具有9個進氣口 23及5個出氣口 24，2個出氣口 24分別連接有抽氣裝置40和回收裝置41，此外，提供空氣的氣道前還設(shè)置有過濾裝置50。上述設(shè)備在使用時，可以通過管線或者可直接向9個進氣口 23分別提供空氣D、惰性氣體C、反應(yīng)物A、惰性氣體C、空氣D、惰性氣體C、反應(yīng)物B、惰性氣體C以及空氣D，用于沉積多層的兩種氧化物薄膜。上述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并非用來限定本實用新型實施的范圍。即凡依本實用新型權(quán)利要求·書所做的均等變化與修飾，均為本實用新型專利范圍所涵蓋。
權(quán)利要求1.一種卷對卷式原子層沉積設(shè)備，其特征在于，包括: 用于傳動帶狀的待沉積樣品的至少兩個卷筒裝置； 用于向所述卷筒裝置輸出動力的動力裝置，所述動力裝置與所述卷筒裝置聯(lián)接； 反應(yīng)腔體，所述反應(yīng)腔體的內(nèi)部具有多個氣道、以及與所述氣道的方向相交的用于所述待沉積樣品穿過的通道，所述反應(yīng)腔體上具有與多個所述氣道相對應(yīng)的多個進氣口以及出氣口。
2.如權(quán)利要求1所述的卷對卷式原子層沉積設(shè)備，其特征在于，所述反應(yīng)腔體為多個。
3.如權(quán)利要求2所述的卷對卷式原子層沉積設(shè)備，其特征在于，多個所述反應(yīng)腔體以獨立分布的方式間隔設(shè)置。
4.如權(quán)利要求1至3任一項所述的卷對卷式原子層沉積設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備還包括用于加熱所述待沉積樣品的加熱裝置。
5.如權(quán)利要求1至3任一項所述的卷對卷式原子層沉積設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備還包括用于去除反應(yīng)生成的副產(chǎn)物的抽氣裝置、以及用于回收剩余反應(yīng)物的回收裝置。
6.一種卷對卷式原子層沉積設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括反應(yīng)腔體，所述反應(yīng)腔體的內(nèi)部設(shè)置有用于傳動帶狀的待沉積樣品的至少兩個卷筒裝置、以及與所述卷筒裝置聯(lián)接的用于向所述卷筒裝置輸出動力的動力裝置，所述反應(yīng)腔體的內(nèi)部還設(shè)置有多個氣道、以及與所述氣道的方向相交的用于所述待沉積樣品穿過的通道，所述反應(yīng)腔體上具有與多個所述氣道相對應(yīng)的多個進氣口以及出氣口。
7.如權(quán)利要求6所述的卷對卷式原子層沉積設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備還包括用于加熱所述待沉積樣品的加熱裝置。
8.如權(quán)利要求6所述的卷對`卷式原子層沉積設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備還包括用于去除反應(yīng)生成的副產(chǎn)物的抽氣裝置、以及用于回收剩余反應(yīng)物的回收裝置。
9.如權(quán)利要求6至8任一項所述的卷對卷式原子層沉積設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備還包括設(shè)置于提供空氣的氣道前的用于過濾空氣的過濾裝置。
專利摘要本實用新型公開了一種卷對卷式原子層沉積設(shè)備，包括用于傳動帶狀的待沉積樣品的至少兩個卷筒裝置；用于向所述卷筒裝置輸出動力的動力裝置，所述動力裝置與所述卷筒裝置聯(lián)接；反應(yīng)腔體，所述反應(yīng)腔體的內(nèi)部具有多個氣道、以及與所述氣道的方向相交的用于所述待沉積樣品穿過的通道，所述反應(yīng)腔體上具有與多個所述氣道相對應(yīng)的多個進氣口以及出氣口。本實用新型的卷對卷式原子層沉積設(shè)備，能夠在大氣壓下甚至大氣環(huán)境中進行原子層沉積，并且能夠連續(xù)生產(chǎn)，滿足了大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的要求。
文檔編號C23C16/455GK203096169SQ20132006828
公開日2013年7月31日 申請日期2013年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月5日
發(fā)明者王東君 申請人:王東君