用于ald处理颗粒物质的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明整体涉及沉积反应器。更具体地，本发明涉及原子层沉积反应器，其中物质通过顺序自饱和表面反应沉积在表面上。
【背景技术】
[0002]Tuomo Suntola博士早在20世纪70年代就发明了原子层外延(ALE)方法。该方法的另一通用名称为原子层沉积(ALD)，现今已代替ALE使用。ALD是基于向至少一个基底顺序弓I入至少两种反应前体物种的特殊化学沉积方法。
[0003]通过ALD生长的薄膜致密、没有小孔并具有均匀的厚度。例如，在一种实验中，通过热ALD由三甲基铝(CH3)3Al (也称为TMA)和水于250_300°C生长的氧化铝仅在基底圆片上具有大约I%的不均匀性。
[0004]ALD技术的一个感兴趣的应用是小粒子的涂覆。例如，可能希望将薄涂层沉积在粒子上以改变这些粒子的表面特性同时维持其体特性。
【发明内容】
[0005]根据本发明的第一示例方面，提供一种方法，其包括:沿着竖原子层沉积(ALD)筒的中央区域中的上下竖通道安排前体蒸汽流经所述筒；和在转动时，使要进行ALD处理的颗粒物质在筒中向上运动通过基本从竖通道延伸到筒的侧壁的线程区域和向下沿着竖通道运动以引起颗粒物质在ALD处理过程中循环。
[0006]颗粒物质可以是粉末或更加粗糙的物质，例如金刚石或类似物质。筒可具有圆形横截面。在某些示例实施方式中，筒是圆柱形式，或者例如是上下倒置的截头圆锥。
[0007]在某些示例实施方式中，竖通道具有边缘壁。在其他实施方式中，竖通道没有边缘壁。在后者实施方式中，竖通道在侧方向上延伸到线程区域开始的点(即，到假想边缘壁或轮廓)。在某些示例实施方式中，线程区域从竖通道的边缘壁或虚拟边缘壁延伸到筒侧壁。
[0008]在某些示例实施方式中，线程区域包括一个或更多个线程。在某些示例实施方式中，线程是盘绕在(中空)筒内侧使得其朝着筒的顶部围绕竖通道(在其外侧)行进的结构。在某些示例实施方式中，线程是脊或架的形式。在某些示例实施方式中，线程是弯曲的架或突出部的形式。突出部可以从筒的侧壁朝着竖通道突出。替代地，突出部可从竖通道的边缘壁(如果存在的话)朝着筒的侧壁突出。在进一步的实施方式中，线程可以是竖通道和筒侧壁之间附接到竖通道边缘壁(如果存在的话)和筒侧壁的弯曲架。
[0009]线程可在筒的底部具有线程起端并在筒的顶部具有末端。它可作为侧壁上的内线程从底部行进到顶部。线程可以是螺旋结构。线程可以附接到一个或更多个线程支撑。筒侧壁的内侧和/或竖通道边缘壁的外侧(如果存在的话)可用作线程支撑。
[0010]线程区域可具有多于一个线程。因此，线程区域可具有一个起端或两个起端或更多个起端。线程可朝着侧壁或朝着竖通道倾斜，或者它可以是平的(独立于其所附接的壁或支撑)。
[0011]在某些示例实施方式中，所述方法包括转动整个筒。在某些其他示例实施方式中，所述方法包括仅转动部分筒。在某些示例实施方式中，仅转动筒内侧的线程区域与线程支撑。因此，在某些示例实施方式中，所述一个线程或多个线程(具有更多个的情况)与竖通道边缘一起转动，而筒的侧壁静止。在另一些示例实施方式中，所述一个线程或多个线程(具有更多个的情况下)可通过支撑而不是筒侧壁和竖通道边缘壁(如果有的话)支撑。因此，在这些实施方式中，所述一个线程或多个线程(具有更多个的情况下)与(单独的)线程支撑一起转动，而筒侧壁静止且竖通道边缘壁(如果有的化)静止。
[0012]在某些示例实施方式中，所述方法包括:通过转动和摇动的组合运动使颗粒物质向上运动。也可以实施与前面的只转动实施方式类似的情形。因此，整个筒或仅部分筒可以转动和摇动。
[0013]在某些示例实施方式中，转动和摇动的组合运动包括由提升、转动和降低组成的连续运动。这种运动可应用于整个筒或仅应用于部分筒。可以实施与前面的只转动实施方式类似的情形。
[0014]在某些示例实施方式中，所述筒包括在筒的顶部的第一颗粒过滤器和在筒的底部的第二颗粒过滤器。第一颗粒过滤器允许前体蒸汽和惰性气体进入竖通道但阻止颗粒物质离开筒。第二颗粒过滤器允许反应和惰性气体离开竖通道(和筒)到排气线路但阻止颗粒物质去到筒外。
[0015]在某些示例实施方式中，转动运动或者转动和摇动运动沿着气体排气线路传递到筒。
[0016]在某些示例实施方式中，所述方法包括:使颗粒物质在筒中暴露于时间上间隔开的前体脉冲，以使物质通过顺序自饱和表面反应沉积在颗粒物质的表面上。
[0017]根据本发明的第二示例方面，提供一种设备，其包括:可转动竖原子层沉积(ALD)筒，其包括由侧壁限定的中空空间；竖通道，其位于筒的中央区域中、竖向延伸大致贯穿所述筒并能够允许前体蒸汽上下流动经过所述筒；和线程区域，其位于所述中空空间内并大致从竖通道延伸到所述侧壁，其中所述设备能够使要进行ALD处理的颗粒物质在转动时向上通过线程区域并向下沿着竖通道运动，以引起颗粒物质在ALD处理过程中循环。
[0018]在某些示例实施方式中，线程区域包括螺纹。
[0019]在某些示例实施方式中，所述设备能够通过转动和摇动的组合运动使颗粒物质向上运动。
[0020]在某些示例实施方式中，所述设备包括反应室，其容纳所述筒并为所述筒提供前体蒸汽内馈。在某些示例实施方式中，所述设备包括环绕反应室的真空室。
[0021]在某些示例实施方式中，所述设备包括连接到所述筒但位于容纳所述筒的反应室外侧的转动器。在某些示例实施方式中，所述设备包括连接到所述筒但位于容纳所述筒的反应室外侧的转动器和摇动器。
[0022]在某些示例实施方式中，转动器附接在排气线路中。在某些示例实施方式中，摇动器附接在排气线路中。在某些示例实施方式中，转动器和摇动器是附接在排气线路中的组合模块。在某些示例实施方式中，转动和摇动都经由单个竖传递杆传递。在某些示例实施方式中，转动运动(或转动和摇动运动)从ALD筒的底部侧传递。在某些示例实施方式中，转动运动(或转动和摇动运动)经由排气线路馈通传递。在某些示例实施方式中，竖传递杆位于排气线路内。
[0023]前面已经说明了本发明的不同的非约束性示例方面和实施方式。上面的实施方式仅用来解释可在实施本发明时适用的选择方面或步骤。一些实施方式可仅就本发明的某些示例方面存在。应当认识，对应的实施方式也可应用于其他示例方面。可以形成实施方式的任何合适组合。
【附图说明】
[0024]现在将参考附图仅通过例子描述本发明，其中:
[0025]图1示出根据一种示例实施方式的ALD筒的侧视图；
[0026]图2示出根据一种实施方式的图1的ALD筒的俯视图；
[0027]图3示出根据一种示例实施方式的图1的沉积筒内的颗粒物质传播方向；
[0028]图4示出图3所示的实施方式的另一示图；
[0029]图5示出根据另一示例实施方式的ALD筒的俯视图；
[0030]图6示出根据另一示例实施方式的ALD筒内的颗粒物质传播方向；
[0031]图7示出根据一种示例实施方式的ALD反应器的侧视图；
[0032]图8示出根据另一示例实施方式的ALD筒的侧视图；和
[0033]图9-11示出根据多种示例实施方式的ALD筒内的线程。
【具体实施方式】
[0034]在下面的说明中，原子层沉积(ALD)技术作为例子使用。本领域技术人员知晓ALD生长机制的基础。如本专利申请的序言部分提到的，ALD是基于至少两种反应前体物种向至少一个基底顺序引入的特殊化学沉积方法。所述至少一个基底暴露于反应室中的时间间隔开的前体脉冲以通过顺序自饱和表面反应使物质沉积在基底表面上。
[0035]基本的ALD沉积循环包括四个顺序步骤:脉冲A、清洗A、脉冲B和清洗B。脉冲A包括第一前体蒸汽，脉冲B包括另一前体蒸汽。惰性气体和真空泵用来在清洗A和清洗B过程中从反应空间清洗气体反应副产物和剩余的反应分子。沉积序列包括至少一个沉积循环。沉积循环重复，直到沉积序列生产出具有希望厚度的薄膜或者涂层。沉积循环也可以更加复杂。例如，循环可包括由清洗步骤分开的三个或更多个反应蒸汽脉冲。所有这些沉积循环形成通过逻辑单元或者微处理器控制的时间沉积序列。
[0036]在下面描述的某些示例实施方式中，薄的保形涂层设置到多种颗粒物质的表面上。粒子的大小取决于特定物质和特定应用。合适的粒子大小的范围通常从纳米级直至微米级，或根据应用甚至直至更大的粒子。可以使用各种各样的颗粒物质。通常一起选择基础粒子的构成和涂层的构成从而使得粒子的表面特征以对于特定应用来说希望的方式得以修改。基础粒子优选在表面上具有参与形成涂层的ALD反应序列的一些功能群。
[0037]图1示出根据一种示例实施方式的ALD筒的侧视图，图2是其俯视图。在该实施方式中，ALD筒100(下称筒100)具有圆形横截面。筒100是圆柱形式，但在其他实施方式中可以是其他形式，例如上下倒置的截头圆锥。
[0038]筒100包括限定中空空间的侧壁101。在中空空间中，筒100包括竖通道102。竖通道102位于筒100的中央区域并且竖向延伸基本贯穿筒100。
[0039]竖通道102在其顶侧通过第一颗粒过滤器106限定。第一颗粒过滤器106可仅覆盖竖通道102的区域(如图1所示)或者它可覆盖筒顶的更大区域。在底侧，竖通道102通过第二颗粒过滤器(图1和图2中未显示)限定。
[0040]在中空空间中，筒100包括侧面围绕竖通道102的线程区域。线程区域从竖通道102的边缘延伸到筒侧壁101。线程区域包括一个或更多个线程103。在图1的图中，一个线程103可见。线程103是盘绕在(中空)筒100内侧从而朝着筒100的顶部围绕竖通道102(在其外侧)倾斜行进的结构。在该实施方式中，线程是弯曲架。线程103开始于筒100的底部上的线程起端104并结束于筒100的顶部处的线程末端105。
[0041]筒100包括要进行ALD处理的颗粒物质。当筒100转动时，颗粒物质沿着线程103向上运动。图3中的箭头显示出了颗粒物质的路线。相应地，在筒100如箭头310所示转动时，颗粒物质从筒100底部处的线程起端104沿着线程103通过线程103形成的弯曲轨迹运动到线程末端105。在线程末端105处，颗粒物质运动到竖通道102中并沿着竖通道102向下运动回底部。这样，引起颗粒物质在ALD处理过程中循环。颗粒过滤器在图3-6中没有示出。
[0042]竖通道102被构造成允许前体蒸汽经过筒100的上到下流动。第一颗粒过滤器106允许前体蒸汽和惰性气体进入竖通道102但阻止颗粒物质去到筒100外。类似地，第二颗粒过滤器允许反应和惰性气体离开竖通道102 (和筒100)到排气线路(图1-3中没有示出)但阻止颗粒物质去到筒100外面。
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