[發(fā)明專利]原子層沉積裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310751630.8
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN104746048A
• 公開（公告）日: 2015-07-01
• 發(fā)明（設計）人: 吳基榮
• 申請（專利權）人: 麗佳達普株式會社
• 主分類號: C23C16/455
• 分類號: C23C16/455
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 許向彤;陳英俊

技術領域

本發(fā)明總體上涉及原子層沉積裝置，并且更具體地講，涉及一種原子層沉積裝置，其中來源氣和反應氣被供應到基板表面上，而惰性吹掃氣被排放到來源氣與反應氣之間的空間中，并且來源氣和反應氣在基板表面上互相發(fā)生反應，因此在基板表面上形成薄膜。

背景技術

最近，在半導體制造過程中，隨著半導體設備集成度的增加，對于微制造技術的要求也在提高。也就是說，為了在單晶片上形成微圖案和高度集成的單元，需要開發(fā)薄膜厚度減小且具有很高介電常數的新物質。

特別地，在晶圓的表面上形成臺階部分的情況中，涉及薄膜覆蓋的表面均勻性的晶圓內均勻性和臺階覆蓋范圍非常重要。為了滿足這種要求，提出了形成具有原子層厚度的薄膜的原子層沉積（ALD）方法。

原子層沉積方法是借助于反應物質在晶圓表面上的表面飽和反應而使用化學吸附和解吸來形成單原子層的方法。如此，原子層沉積方法是將薄膜的厚度控制在原子層水平的薄膜沉積方法。

如圖1所示，在原子層沉積過程中，將兩種氣體（來源氣和反應氣）交替地供應到晶圓表面，并且在交替地供應兩種氣體到晶圓上的操作間隙朝著晶圓供應惰性吹掃氣。這兩種氣體在晶圓表面上互相反應，因此在晶圓上形成薄膜。也就是說，在一種氣體（來源氣）被化學吸附之后，如果向這種被化學吸附的來源氣提供另一種氣體（反應氣），那么這兩種氣體就會在晶圓表面上互相發(fā)生化學反應，因此在晶圓表面上形成單原子層。將此過程作為周期循環(huán)進行，直到薄膜的厚度達到期望水平。

然而，就上述原子層沉積過程而言，由于需要時間來供應來源氣和反應氣以及進行吹掃操作和排氣操作，所以顯著減小了過程速度，從而造成生產率降低。韓國專利申請No.2002-0060145提出了解決這個問題的技術。

在韓國專利申請No.2002-0060145中，如圖2和圖3所示，來源氣噴射器2、反應氣噴射器4和吹掃氣噴射器6和8呈放射狀安裝。氣體噴射器2、4、6和8旋轉并向承受器32上相繼排出不同種類的氣體。以此方式，可以增加過程速度。然而，還存在以下問題。

首先，因為氣體噴射器2、4、6和8被配置為它們繞著噴射器旋轉軸10旋轉且排出不同種類的氣體，所以從各氣體噴射器排出的氣體被供應到基板30的上表面上的方向并不垂直。也就是說，如圖3所示，排出氣體的線路是彎曲的。因此，朝著基板30排出的來源氣甚至朝著反應室20的內側壁擴散，而不是僅僅被供應到基板30的上表面上，因此降低了沉積效率。此外，有可能排出的來源氣在被供應到基板30的上表面上之前與空氣中的反應氣接觸。

第二，因為氣體噴射器2、4、6和8旋轉，所以在反應室20中產生渦流，因此促進了來源氣與反應氣在空氣中的接觸。由此，來源氣粒子在被供應到基板30的表面之前可能在空氣中發(fā)生化學反應。在這種情況下，來源氣無法正常地沉積在基板30上。特別地，假定每當噴射器旋轉軸10轉動一圈就完成了單個薄膜沉積過程，如果增大噴射器旋轉軸10的轉速來減少完成過程所需的時間，那么來源氣與反應氣在空氣中彼此接觸的可能性會進一步增加，從而造成生產率的損失。

第三，當吹掃氣將來源氣和反應氣從反應室20中排出時，會使用在反應室20的下表面上形成的排氣孔22。因此，來源氣和反應氣被排出反應室20所經過的路徑就相對較長，因此增加了排出氣體所需的時間。在這種情況下，當反應氣被供應到反應室20中時，反應氣在被排出反應室20之前還很可能與反應室20的空氣中仍然殘留的來源氣接觸。

發(fā)明內容

因此，本發(fā)明試圖解決現(xiàn)有技術中出現(xiàn)的上述問題，并且本發(fā)明的目的是提供一種原子層沉積裝置，其中來源氣噴射器、反應氣噴射器和吹掃氣噴射器設置成放射狀并且固定在適當位置，使得氣體可以垂直地被供應到基板上，由此可以提高沉積效率。

本發(fā)明的另一個目的是提供一種原子層沉積裝置，其中排氣單元安裝成與氣體噴射器相鄰，使得從氣體噴射器排出的排氣流可以被排氣單元向上引導，由此在從氣體噴射器排出的氣體中，可以從反應室快速地除去反應室的空氣中剩余的而不是沉積在基板上的氣體，使得可以可靠地防止來源氣和反應氣在空氣中接觸，因此進一步提高沉積效率。

本發(fā)明的又一個目的是提供一種原子層沉積裝置，其中所述排氣單元包括被定向成放射狀且圍繞所述排氣單元的中心以規(guī)則的角間距布置的板子，因此將反應室中的空間分隔成多個區(qū)域，使得來源氣噴射器與吹掃氣噴射器之間以及反應氣噴射器與吹掃氣噴射器之間的各區(qū)域被排氣單元的對應的板子分隔成兩個區(qū)域，由此防止各氣體噴射器排出的氣體與反應室空氣中的其他氣體噴射器排出的氣體接觸，因此進一步增加沉積效率。