原子层沉积设备
阅读：571发布：2020-05-12
专利汇可以提供原子层沉积设备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种 原子 层沉积 设备。一种原子层沉积设备，包括：金属源气体供应管，其布置在晶片一侧，以在晶片的整个表面上方延伸，并能从第一端到第二端提供源气体；以及活性气体供应管，其布置在该晶片一侧，以在晶片的整个表面上方延伸，并能从第一端到第二端提供源气体，其中该活性气体供应管提供有用于吹出活性气体的多个吹气口，该活性气体在晶片上方被激活，并且其中，利用随着朝向活性气体供应管的第二端而远离第一端时逐渐减小的开口间距离来布置该吹气口。，下面是原子层沉积设备专利的具体信息内容。
1.一种原子层沉积设备，包括：
衬底基座，在所述衬底基座上布置待处理衬底；
第一气体馈送管，所述第一气体馈送管布置在所述衬底基座一侧， 以在所述衬底基座上布置的所述待处理衬底的整个表面上方延伸，并 能从一端到另一端提供源气体；以及
第二气体馈送管，所述第二气体馈送管布置在所述衬底基座一侧， 以在所述衬底基座上布置的所述待处理衬底的整个表面上方延伸，并 能从一端到另一端提供活性气体，所述活性气体可与在所述待处理衬 底上方的所述源气体的沉积材料的层相反应，
其中，所述第二气体馈送管提供有多个吹气口，用于吹出与所述 待处理衬底相反应的所述活性气体，以及
其中，在从所述第二气体馈送管的所述一端朝向所述另一端的渐 远的方向上，以逐渐减小的开口间距离来分布所述多个吹气口。
2.如权利要求1所述的原子层沉积设备，其中，
所述活性气体是从由氮(N2)、氨(NH3)、一氧化氮(NO)、 二氧化氮(NO2)、一氧化二氮(N2O)、氧(O2)、臭氧(O3)、其 气体混合物、或者其与氩(Ar)或氦(He)的气体混合物所构成的组 中选择的。
3.如权利要求1所述的原子层沉积设备，其中，
所述活性气体是等离子体激活气体，所述等离子体激活气体是通 过从由氮(N2)、氨(NH3)、氧(O2)、氢(H2)、其气体混合物、 或者其与氩(Ar)或氦(He)的气体混合物所构成的组中选择的气体 的等离子体激发而获得的。
4.如权利要求1所述的原子层沉积设备，
其中，所述第一气体馈送管提供有用于在所述待处理衬底的上方 吹送所述源气体的多个吹气口，并且其中，从所述第一气体馈送管的 所述一端到所述另一端以恒定的开口间距离来分布该多个吹气口。
5.如权利要求1所述的原子层沉积设备，其中，所述第一气体馈 送管提供有用于在所述待处理衬底的上方吹送所述源气体的多个吹气 口，并且其中，在从所述第一气体馈送管的所述一端朝向所述另一端 的渐远的方向上，以逐渐减小的开口间距离来分布该多个吹气口。
6.如权利要求1所述的原子层沉积设备，其中，所述源气体是无 机金属化合物或有机金属材料。
7.如权利要求1所述的原子层沉积设备，其中，在所述衬底上先 提供所述源气体以在所述衬底上沉积源材料，然后用所述活性气体来 激活所述源材料的所述沉积层。
8.如权利要求1所述的原子层沉积设备，其中，所述衬底基座被 配置为在不旋转所述衬底的情况下保持所述衬底。
相关申请的交叉引用
本申请基于日本专利申请No.2008-048,061，通过引用将其内容合 并于此。
技术领域
背景技术
近年来，在DRAM的小型化得到提高和集成度得到增加的情况下， 关键的问题之一是保证更大的单元电容。一种用于保证更大的单元电 容的技术是为电容性膜采用高介电常数膜(高-k膜)的方法。典型的 高介电常数膜包括，例如，五氧化二钽(Ta2O5)、二氧化铪(HfO2)、 二氧化锆(ZrO2)等。用于沉积这种膜的典型工艺包括溅射工艺、金 属有机化学气相沉积(MO-CVD)工艺、原子层沉积(ALD)工艺等。 原子层沉积工艺是涉及由每单个原子层进行沉积的工艺，并且该工艺 作为沉积工艺的有利之处在于，可以在低温下进行，此外可以容易地 获得增强质量的膜。
日本专利特开No.2004-288,900公开了一种ALD设备，该设备具 有两个喷嘴，该喷嘴被布置为跨过待处理的衬底而面对。这些喷嘴包 括具有沿延伸方向形成的多个开口的空心管部件，且被配置为从该开 口排放处理气体。在日本专利特开No.2004-288,900中公开的设备中， 该空心管部件中设置的开口是均匀分布的。
日本专利特开No.2002-151,489公开了一种衬底处理单元，该衬 底处理单元具有处理腔，其提供有第一和第二处理供气端口，以便跨 过该待处理衬底而面对；以及提供有第一和第二缝状排气端口，其在 基本上垂直于第一和第二处理供气端口周围的第一和第二处理气体流 动的方向上，以便跨过该待处理衬底而面对。在日本专利特开No. 2002-151,489中描述了以下工序。第一处理气体沿该待处理衬底的表 面，从第一处理供气端口朝着第一排气端口流动，以便第一气体被吸 附在该待处理衬底的表面中。然后，第二处理气体沿该待处理衬底的 表面，从第二处理供气端口朝着第二排气端口流动，以便该第二气体 与吸附的第一气体的分子起反应，从而形成一个分子的层状的高介质 膜。
日本专利特开No.2002-151,489公开了一种配置，其中，在中部 提供用于供气端口的减小了开口间距离的喷嘴，并且在其两端提供增 加了开口间距离的喷嘴。
但是，根据本发明人的研究发现，当在用作待处理衬底的晶片上 方，从均匀布置的喷嘴中提供处理气体以形成电容器的电容性膜时， 所形成电容器的单元电容发生变化，且因此在晶片表面中产生单元电 容退化的位置，如日本专利特开No.2004-288,900所述。
在原子层沉积工艺中，首先提供金属源气体，以在衬底上沉积金 属源材料，然后用诸如臭氧等的活性气体来激活金属源材料的沉积层， 以产生电容性膜等。图13是示意地图示了电容器表面中的单元电容的 分布的图，所述电容器具有如之后将谈论地，通过从均匀分布的喷嘴 (吹气口)分别吹出金属源气体和臭氧而形成的电容性膜。如该图所 示，随着朝向下游远离气体供应开口，单元电容被减小。人们认为， 这是因为随着在下游中远离气体供应开口，气体供应率较低并且更加 不充足，导致形成的电容性膜的质量不足。此外，当如日本专利特开 No.2002-151,489所述，在中部紧密地布置喷嘴时，随着在下游中远离 距气体供应开口，气体供应率也更不充足。
日本专利特开No.H10-147,874(1998)公开了，通过以随着远离 气体供应管而逐渐地减小的管间距离来布置具有相同直径的用于沉积 气体的馈送管的供气端口，可以使反应气体的流速均衡。日本专利特 开No.H6-349,761(1994)公开了提供有大量供气毛孔的喷嘴管，该供 气毛孔随着朝向另一端远离进气端口一侧而逐渐减小孔间的距离分 布。
在日本专利特开No.H6-349,761中还描述了在晶片上方提供均匀 处理的这种结构。
如上所述，在原子层沉积工艺中采用金属源气体和活性气体。本 发明人发现，在利用图13所示的原子层沉积设备的工艺中，单元电容 的退化是由于在施加用于处理沉积的金属层的诸如臭氧等的活性气体 过程中的变化而引起，而不是由于利用金属源气体的用于沉积的气体 流速而引起。因此，为了减小晶片表面中的单元电容的变化，需要一 种控制，用于减小在晶片表面施加活性气体过程中的变化。
日本专利特开No.2004-288,900公开了一种ALD设备，该设备具 有两个喷嘴，该喷嘴被布置为跨过待处理的衬底而面对。这些喷嘴包 括具有沿延伸方向形成的多个开口的空心管部件，且被配置为从该开 口排放处理气体。在日本专利特开No.2004-288,900中公开的设备中， 该空心管部件中设置的开口是均匀分布的。
日本专利特开No.2002-151,489公开了一种衬底处理单元，该衬 底处理单元具有处理腔，其提供有第一和第二处理供气端口，以便跨 过该待处理衬底而面对；以及提供有第一和第二缝状排气端口，其在 基本上垂直于第一和第二处理供气端口周围的第一和第二处理气体流 动的方向上，以便跨过该待处理衬底而面对。在日本专利特开No. 2002-151,489中描述了以下工序。第一处理气体沿该待处理衬底的表 面，从第一处理供气端口朝着第一排气端口流动，以便第一气体被吸 附在该待处理衬底的表面中。然后，第二处理气体沿该待处理衬底的 表面，从第二处理供气端口朝着第二排气端口流动，以便该第二气体 与吸附的第一气体的分子起反应，从而形成一个分子的层状的高介质 膜。
日本专利特开No.2002-151,489公开了一种配置，其中，在中部 提供用于供气端口的减小了开口间距离的喷嘴，并且在其两端提供增 加了开口间距离的喷嘴。
但是，根据本发明人的研究发现，当在用作待处理衬底的晶片上 方，从均匀布置的喷嘴中提供处理气体以形成电容器的电容性膜时， 所形成电容器的单元电容发生变化，且因此在晶片表面中产生单元电 容退化的位置，如日本专利特开No.2004-288,900所述。
在原子层沉积工艺中，首先提供金属源气体，以在衬底上沉积金 属源材料，然后用诸如臭氧等的活性气体来激活金属源材料的沉积层， 以产生电容性膜等。图13是示意地图示了电容器表面中的单元电容的 分布的图，所述电容器具有如之后将谈论地，通过从均匀分布的喷嘴 (吹气口)分别吹出金属源气体和臭氧而形成的电容性膜。如该图所 示，随着朝向下游远离气体供应开口，单元电容被减小。人们认为， 这是因为随着在下游中远离气体供应开口，气体供应率较低并且更加 不充足，导致形成的电容性膜的质量不足。此外，当如日本专利特开 No.2002-151,489所述，在中部紧密地布置喷嘴时，随着在下游中远离 距气体供应开口，气体供应率也更不充足。
日本专利特开No.H10-147,874(1998)公开了，通过以随着远离 气体供应管而逐渐地减小的管间距离来布置具有相同直径的用于沉积 气体的馈送管的供气端口，可以使反应气体的流速均衡。日本专利特 开No.H6-349,761(1994)公开了提供有大量供气毛孔的喷嘴管，该供 气毛孔随着朝向另一端远离进气端口一侧而逐渐减小孔间的距离分 布。
在日本专利特开No.H6-349,761中还描述了在晶片上方提供均匀 处理的这种结构。
如上所述，在原子层沉积工艺中采用金属源气体和活性气体。本 发明人发现，在利用图13所示的原子层沉积设备的工艺中，单元电容 的退化是由于在施加用于处理沉积的金属层的诸如臭氧等的活性气体 过程中的变化而引起，而不是由于利用金属源气体的用于沉积的气体 流速而引起。因此，为了减小晶片表面中的单元电容的变化，需要一 种控制，用于减小在晶片表面施加活性气体过程中的变化。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种原子层沉积设备，包括：其上 布置了待处理衬底的衬底基座；第一气体馈送管，其布置在该衬底基 座的一侧，以在衬底基座上布置的待处理衬底的整个表面上方延伸， 并能从一端到另一端提供源气体；以及第二气体馈送管，其布置在衬 底基座的一侧，以在衬底基座上布置的待处理衬底的整个表面上方延 伸，并能从一端到另一端提供活性气体，该活性气体与待处理衬底上 方的源气体的沉积材料层起反应，其中该第二气体馈送管提供有多个 吹气口，用于吹出与待处理衬底反应的活性气体，并且其中该多个吹 气口以随着朝向第二气体馈送管的一端而远离另一端时逐渐减小的开 口间距离来分布。
这种结构在晶片的整个表面上方提供改进均匀性的活性气体的吹 出速率，允许利用晶片表面上方的活性气体来提高工艺中的均匀性。 这抑制图13所示的单元电容的局部退化。
这里，这些结构中每个的任意组合，或如工艺、器件等的本发明 的类型之间的变换也可以被解释为属于本发明的范围。
根据本发明，可以防止通过原子层沉积而在晶片上沉积有膜的晶 片的性能的局部退化。
附图说明
结合附图，从某些优选实施例的下列描述，本发明的上述及其他 目的、优点和特点将变得更加明显，其中：
图1是垂直区间图，其示意地图示了根据本发明的实施例中的原 子层沉积设备的配置例子；
图2是平面图，其示意地图示了根据本发明的实施例中的原子层 沉积设备的配置例子；
图3是垂直区间图，其图示了用于在本发明实施例中的原子层沉 积设备中的晶片上沉积膜的工序；
图4是垂直区间图，其图示了用于在本发明实施例中的原子层沉 积设备中的晶片上沉积膜的工序；
图5是平面图，其图示了吹气口的布置例子；
图6A和6B是示意地图示了吹气口的布置的视图；
图7A示出了公式，并且图7B是表格，其示出了吹气口中的区间 长度的例子；
图8是图示了吹气口中的区间长度的例子的视图；
图9是平面图，其图示了吹气口布置的另一例子；
图10是示意地图示了本发明实施例中的原子层沉积设备的另一 配置的示例性实施方式的视图；
图11是示意地图示了本发明实施例中的原子层沉积设备的另一 配置的示例性实施方式的视图；
图12是图示了表面中的单元电容的分布图；以及
图13是图示了表面中的单元电容的分布图。
这种结构在晶片的整个表面上方提供改进均匀性的活性气体的吹 出速率，允许利用晶片表面上方的活性气体来提高工艺中的均匀性。 这抑制图13所示的单元电容的局部退化。
这里，这些结构中每个的任意组合，或如工艺、器件等的本发明 的类型之间的变换也可以被解释为属于本发明的范围。
根据本发明，可以防止通过原子层沉积而在晶片上沉积有膜的晶 片的性能的局部退化。
附图说明
结合附图，从某些优选实施例的下列描述，本发明的上述及其他 目的、优点和特点将变得更加明显，其中：
图1是垂直区间图，其示意地图示了根据本发明的实施例中的原 子层沉积设备的配置例子；
图2是平面图，其示意地图示了根据本发明的实施例中的原子层 沉积设备的配置例子；
图3是垂直区间图，其图示了用于在本发明实施例中的原子层沉 积设备中的晶片上沉积膜的工序；
图4是垂直区间图，其图示了用于在本发明实施例中的原子层沉 积设备中的晶片上沉积膜的工序；
图5是平面图，其图示了吹气口的布置例子；
图6A和6B是示意地图示了吹气口的布置的视图；
图7A示出了公式，并且图7B是表格，其示出了吹气口中的区间 长度的例子；
图8是图示了吹气口中的区间长度的例子的视图；
图9是平面图，其图示了吹气口布置的另一例子；
图10是示意地图示了本发明实施例中的原子层沉积设备的另一 配置的示例性实施方式的视图；
图11是示意地图示了本发明实施例中的原子层沉积设备的另一 配置的示例性实施方式的视图；
图12是图示了表面中的单元电容的分布图；以及
图13是图示了表面中的单元电容的分布图。
具体实施方式
现在将参考说明性实施例描述本发明。本领域的技术人员将认识 到，使用本发明的指导可以完成许多替换实施例，且本发明不局限于 出于示例性目的而说明的实施例。
下面将根据附图详细描述根据本发明的示例性实施方式。在所有 图中，将相同的标号分配图中共同出现的的元件，且将不再重复其详 细描述。
在以下实施例中，原子层沉积设备在衬底上方提供包含源材料的 气体，以经由原子层沉积工艺(ALD工艺)来沉积膜，该原子层沉积 工艺涉及通过由一个原子层的单位的吸附，来沉积膜。例如，该原子 层沉积设备能够适当地进行：用于在处理腔中的衬底上方提供金属源 气体以在衬底上吸附金属源材料的操作，由此形成沉积层；以及用于 在处理腔中的衬底上方提供活性气体的操作，以用活性气体激活通过 吸附金属源材料而形成的沉积层。这里，该吸附可以是化学吸收。可 选地，通过在衬底上方提供至少一种等离子体-激发的气体，该原子层 沉积设备能够经由等离子体增强原子层沉积工艺来沉积膜。
图1和图2是示意地图示了根据本发明的实施例中的原子层沉积 设备的配置例子的图。图1是原子层沉积设备100的正视图，并且图2 是原子层沉积设备100的平面图。图1示出了沿图2的线A-A′截取的 截面。
在本实施例中，原子层沉积设备100包括外壳102；处理腔106； 晶片基座(衬底基座)104，在其上布置用作待处理衬底的晶片200； 金属源气体供应管110(第一气体供应管)；活性气体供应管120(第 二气体供应管)；排气端口130；排气端口140以及石英部件150。在 图2中，为了方便描述，附加地示出了晶片基座104。金属源气体供应 管110和活性气体供应管120中的每个被布置为在晶片基座104上布 置的晶片200的整个表面上方延伸。这里，可以采用逆流系统，在其 中金属源气体供应管110和活性气体供应管120被布置为跨过晶片基 座104而面对。石英部件150被设置为更有效地引导处理腔106中的 气体朝向晶片200，并且也被设置来防止反应产物粘附在处理腔106的 内壁上。可选地，晶片基座104可以被配置为在不旋转晶片的情况下 保持晶片200。
这里，在金属源气体供应管110和活性气体供应管120中分别提 供用于吹气的多个吹气开口。从图2所示的下端，气体分别被提供给 金属源气体供应管110和活性气体供应管120。分别提供给金属源气体 供应管110和活性气体供应管120的气体被从多个吹气开口吹出。尽 管之后将讨论吹气开口的详细布置，但是在本实施例中，至少将活性 气体供应管120从提供活性气体的上游侧中的一端朝向下游侧中的另 一端以逐渐减小的管间距离分布。在金属源气体供应管110和活性气 体供应管120的下游侧中的另一端中分别提供这里未示出的阀门，且 当提供金属源气体和活性气体时，这种阀门被关闭。
接下来，将参考图3和图4，描述通过本实施例中的原子层沉积 设备100在晶片200上沉积膜的工序。
通过重复以下四个处理步骤，在原子层沉积设备100中进行晶片 200上的膜沉积。在第一步骤中，如图3所示，从金属源气体供应管 110提供金属源气体，并从排气端口130排出，该排气端口130位于跨 过晶片200的面对金属源气体供应管110的相对侧中。在第二步骤中， 从金属源气体供应管110提供惰性气体作为净化气体，以进行净化， 以便去除第一步骤中提供的金属源气体。
在第三步骤中，如图4所示，从与金属源气体供应管110分开的 活性气体供应管120提供活性气体，并将该活性气体从排气端口140 排出，该排气端口140位于跨过晶片200而面对活性气体供应管120 的相对的侧中。在第四步骤中，从活性气体供应管120提供惰性气体 作为净化气体，以进行净化，以便去除第三步骤中提供的活性气体。
在本实施例中，该活性气体可以从由诸如一氧化氮(NO)、二氧 化氮(NO2)、一氧化二氮(N2O)、氧(O2)、臭氧(O3)等的氧化 气体、诸如氮(N2)、氨(NH3)等的氮化气体、其气体混合物，或其 与氩(Ar)或氦(He)的气体混合物构成的组中选择。
此外，活性气体可以是等离子体激活的气体，该气体通过从由氮 (N2)、氨(NH3)、氧(O2)、氢(H2)、其气体混合物或其与氩(Ar) 或氦(He)的气体混合物构成的组选择的气体的等离子体激发获得。 当该等离子体激活的气体被用作活性气体时，可以将，例如，远程等 离子体用于该等离子体激发。尽管这里未示出，但是，例如，可以将 包括进气口、波导管以及微波-施加单元的远程等离子体产生腔提供在 不同于处理腔106的位置中，并且可以将该远程等离子体产生腔中产 生的等离子体经由诸如硅石管等的管而引入活性气体供应管120中。
在本实施例中，金属源气体可以是，例如，诸如金属卤化物等的 无机金属化合物，或有机金属材料等等的金属材料。金属源气体可以 选自普通ALD工艺中采用的各种类型的材料。当该金属源气体来自固 体或液体材料时，通过采用蒸馏器或起泡器件来蒸发该材料，该蒸馏 器或起泡器件这里未示出，然后通过金属源气体供应管110，该蒸发的 材料与由诸如氩(Ar)等的惰性气体构成的载体气体被提供给处理腔 106。
例如，当沉积包含铪(Hf)或锆(Zr)的金属元素的金属化合物 膜时，可以采用M(NRR′)4作为金属源气体(其中M包含Hf或Zr 的至少一种，并且互相不同的R和R′是烃基)。这里，R和R1优选 是1C至6C的烷基，更具体地说，典型地，可以采用甲基、乙基、丙 基、叔丁基等。
例如，当电容器元件或去耦电容器的电容性膜采用金属化合物时， 金属源气体可以采用Zr(N(C2H5)2)4、Zr(N(CH3)2)4、Zr(N(CH3)(C2H5))4 等等。这种化合物的选择提供了具有光滑表面的膜，并防止膜被颗粒 污染。结果，可以获得具有改善的膜质量、有较小漏电流的电容性膜。 此外，当晶体管的栅极绝缘膜采用金属化合物膜时，例如，金属源气 体可以采用Hf(N(C2H5)2)4、Hf(N(CH3)2)4、Hf(N(CH3)(C2H5)4等。这种 化合物的选择提供了对杂质渗透现象更有效的抑制。
接下来，将描述吹气口的详细布置。图5是平面图，图示了本实 施例中的金属源气体供应管110和活性气体供应管120中提供的吹气 口的布置。
在活性气体供应管120中，从第一端120a引入活性气体。在活性 气体供应管120中设置多个吹气口122。在本实施例中，随着远离第一 端120a而朝向第二端120b，以逐渐减小的开口间距离来排列活性气体 供应管120中的多个吹气口122。这在上游侧和下游侧获得提高的来自 吹气口122的吹气速率的均匀性。
另一方面，还从金属源气体供应管110中的第一端110a引入金属 源气体。该金属源气体可以包含由诸如Ar等的惰性气体构成的载体气 体。在金属源气体供应管110中提供多个吹气口112。这里，可以从第 一端110a到第二端110b均匀地排列金属源气体供应管110的吹气口 112。
图6A是示意地图示了其中均匀地排列吹气口的条件的视图。在该 实施例中，将如下例示金属源气体供应管110中的吹气口112的布置。 当在具有“L”长度的金属源气体供应管110中提供“n”个吹气口112 时，吹气口112的区间长度(等于开口间距离)是L/n。在图5所示的 例子中，金属源气体供应管110中的各个吹气口112的所有区间长度 等于L1′。
图6B是示意地图示以相等斜率逐渐地减小在活性气体供应管120 中的吹气口122的区间长度的条件的视图。在此情况下，在具有“L”长 度的活性气体供应管120中也提供有“n”个吹气口122。除上述之外， 活性气体供应管120的“长度L”是以下部分的长度，该部分提供在晶片 200的横向侧中，并用作可以安装吹气口122的部件以用于在晶片200 上方施加活性气体。金属源气体供应管110的长度也被类似地限定。 各个吹气口的每个区间长度部分地构成上述“长度L”，并被每个开口分 配，并且各个吹气口被布置在各个区间的中部中。
图7A给出用于各个吹气口122的区间长度Lk的通用公式的例子， 当在长度L的活性气体供应管120中提供“n”个吹气口122时，各个吹 气口122以相等的斜率逐渐地减小。这里，“k”是分配给活性气体供应 管120中的每个吹气口122的编号，其从第一端120a的一侧连续地分 配。“k”范围从1至n。在公式(1)中，当在具有长度“L”的活性气体 供应管120中提供“n”个吹气口122时，“a”表示与为该长度上所有排列 的吹气口122相等分配的区间长度L/n相比较，在最末端区间处，吹气 口122的区间长度中的偏差率。偏差率“a”可以在0水平，由此 在晶片表面上方获得膜的均匀的性能。如图7B所示，给出分配有编号 “k”的吹气口122的区间长度Lk。
图8是如下的表格，其示出了在活性气体供应管120的长度 L＝35cm，包括7个吹气口122和偏差率a＝0.3的条件下，各个吹气口 122的区间长度Lk和区间长度的比率。当平均排列的吹气口122的区 间长度L/n＝35/7＝5被视为参考值(1.0)时，这里，第一端120a一侧 中的最末端区间处的吹气口122的区间长度的比率是1.3，并且第二端 120b一侧中的最末端区间处的吹气口122的区间长度的比率是0.7。
尽管在图5所示的例子中，在金属源气体供应管110中均匀分布 吹气口112，但是也可以类似于在活性气体供应管120中的吹气口122 的情况来配置金属源气体供应管110中的吹气口112，其在提供金属源 气体的上游中的第一端110a一侧，以较大的开口间距离排列；并且随 着远离第一端而朝向第二端110b一侧中的下游，以逐渐减小的开口间 距离来排列。在图9中示出了这种配置。例如，当金属源气体的提供 水平非常低时，这种配置提供了改进。除上述之外，金属源气体供应 管110中的吹气口112的布置可以类似于活性气体供应管120中的吹 气口122的布置，或可以是不同的。
可选地，原子层沉积设备100可以被配置为：金属源气体供应管 110被提供在与活性气体供应管120相同的一侧。在图10和图11中示 出了这种配置。
即使在此情况下，活性气体供应管120中的吹气口122也可以采 用如参考图5所述的相同布置。金属源气体供应管110中的吹气口112 的布置可以如图5所示，或可以如图9所示。
在这种配置中，第一步骤涉及从如图10所示的金属源气体供应管 110中提供金属源气体，并将该气体从排气端口130排出，该排气端口 130位于跨过晶片200而面对金属源气体供应管110的相对的侧中。在 第二步骤中，从金属源气体供应管110提供用作净化气体的惰性气体， 以实现净化，以便去除第一步骤中提供的金属源气体。用于净化的步 骤可以包括打开在下游中的金属源气体供应管110中的第二端110b一 侧中提供的阀门。
第三步骤涉及从活性气体供应管120中提供活性气体，并将该气 体从排气端口130排出，该排气端口130位于跨过晶片200而面对活 性气体供应管120的相对的侧中，如图11所示。在第四步骤中，从活 性气体供应管120提供用作净化气体的惰性气体，以实现净化，以便 去除第三步骤中提供的金属源气体。用于该净化的步骤可以包括打开 在下游中的活性气体供应管120中的第二端120b一侧中提供的阀门。
接下来，将描述通过采用本实施例的原子层沉积设备100的配置 可获得的有利效果。本发明人发现，在首先提供金属源气体，以便在 衬底上沉积金属源材料；然后用诸如臭氧等的活性气体激活金属源材 料的沉积层，以产生膜的原子层沉积工艺中，在晶片表面上方提供均 匀的活性气体的供应率是关键的。当在晶片200上方提供气体时，不 考虑用于提供气体的持续时间，基本上通过一个原子的层来吸附如上 所述的金属源气体。因此，尽管晶片表面上方金属源气体的供应率是 不均匀的，但是假如供应率是普通水平，对于一定的提供持续时间， 可以在晶片上方获得均匀的沉积。另一方面，因为认为根据用于激活 的时间，具有活性气体的工艺引起膜的性能变化，所以需要在晶片的 整个表面上方均匀提供活性气体。本发明人发现，活性气体供应管120 中的吹气口122的布置是最关键的。在本实施例中，吹气口122的布 置可以被配置为最佳。根据本实施例中的原子层沉积设备100，这允许 优化活性气体的供应率，以便减小晶片表面上方的活性气体施加过程 中的变化。因此，在晶片表面中可以获得膜的均匀的性能。
另一方面，与活性气体供应管120的情况一样，不必严格地确定 用于提供金属源气体的金属源气体供应管110中的吹气口的布置。因 此，通过采用类似于常规配置中的均匀排列的吹气口112的配置，或 采用类似于活性气体供应管120中的优化布置，在晶片表面上方可以 获得均匀的厚度分布。当金属源气体供应管110采用与活性气体供应 管120相同的管时，两种管可以共同利用备用的气体供应管。
为了减小灰尘的产生，在原子层沉积设备100中常常可以采用防 止处理腔106内的晶片200旋转等的配置。尽管这种配置使得晶片表 面上方的气体供应速率变化，但是可以根据本实施例的原子层沉积设 备100，优化用于提供活性气体的活性气体供应管120中的吹气口122 的布置，以在晶片表面上方提供膜的均匀的性能。
例子
在硅衬底上形成晶体管，并且在该晶体管上面形成柱状电容器， 以便被耦合到晶体管的扩散层。该电容器形成为具有，例如，由氮化 钛(TIN)构成并具有约5至50nm厚度的下电极、具有约5至15nm 厚度的电容性膜以及由TIN构成并具有约5至15nm厚度的上电极。
在以下工序中制造电容性膜。首先，在具有Ar的载体气体的原子 层沉积设备的处理腔中提供Zr(N(CH3)(C2H5))4的金属源气体，以在下 电极的表面中引起反应，并且仅仅生长一个原子层。接下来，停止供 应Zr(N(CH3)(C2H5))4，然后向腔内传送惰性气体作为净化气体，以去 除未反应的过量的Zr(N(CH3)(C2H5))4。
接着，提供臭氧(O3)作为活性气体。氧(O2)气体被引入，例 如，与处理腔106的位置分开的位置中提供的等离子体产生腔中，这 里该产生腔，并将该氧暴露于产生的等离子体，以产生臭氧，然后产 生的臭氧被引入活性气体供应管120中，从而与形成在下电极上的一 个原子的层反应。这里，该引入的气体主要是臭氧和氧的气体混合物。 接下来，停止臭氧的提供，然后引入惰性气体作为净化气体，以去除 未反应的反应气体或副产物，然后停止供应净化气体。仅仅以所需的 周期重复该连续的周期，以获得氧化锆(ZrO2)的电容性膜。
这里，原子层沉积设备100的金属源气体供应管110的长度等同 于活性气体供应管120的长度，并且例如，该长度被确定为从L＝30厘 米至50厘米范围内选择的预定长度。此外，对于两种气体管线中的每 一个，吹气口的数目被确定为从10至50个开口的范围内选择的预定 数目。此外，在两种情况下，包含Ar的载体气体的金属源气体的流速 被确定为从0.1至2.0标准升/分钟(slm)的范围内选择的预定流速。 在两种情况下，活性气体的流速也被确定为从0.1至2.0slm范围内选 择的预定流速。
在这种状态中，金属源气体供应管110和活性气体供应管120中 的吹气口的排列采用以下条件，以形成上述电容性膜，并且为各个例 子测量晶片表面上方的单元电容的分布。
<例1>
(条件)
金属源气体供应管110中的吹气口112的布置：均匀分布。
活性气体供应管120中的吹气口122的布置：随着远离入口，以 某一斜率减小开口间距离，使得在图7A中的公式(1)a＝0.5。(晶片 表面上方的单元电容的分布)
如图12所示，在整个表面上方单元电容相等地分布。
<例2>
(条件)
金属源气体供应管110中的吹气口112的布置：随着远离入口， 以某一斜率减小开口间距离，使得在图7A中的公式(1)中，a＝0.5。
活性气体供应管120中的吹气口122的布置：随着远离入口，以 某一斜率减小开口间距离，使得在图7A中的公式(1)中，a＝0.5。(晶 片表面上方的单元电容的分布)
类似于图12所示的情况，在整个表面上方单元电容相等地分布。
<例3>
(条件)
金属源气体供应管110中的吹气口112的布置：均匀分布。
活性气体供应管120中的吹气口122的布置：均匀分布。
(晶片表面上方的单元电容的分布)
如图13所示，在单元电容中产生不均匀分布。
<例4>
(条件)
金属源气体供应管110中的吹气口112的布置：随着远离入口， 以某一斜率减小开口间距离，使得在图7A中的公式(1)中，a＝0.5。
活性气体供应管120中的吹气口122的布置：均匀分布。
(晶片表面上方的单元电容的分布)
类似于图13所示的情况，在单元电容中产生不均匀分布。
当在活性气体供应管120中的上游侧和下游侧中均匀排列吹气口 122时，当用活性气体激活下电极的表面上沉积的金属层时，在活性气 体供应管120的下游侧中的活性气体的供应是不充足的。因此，认为 金属层的氧化不可能充分地进行，因此在该膜中剩余有金属源材料中 包含的有机化合物，如例3和例4所示。
另一方面，当在活性气体供应管120中，用以某一斜率随着靠近 下游侧而逐渐地减小的开口间距离来分布吹气口122时，如例1和例2 所示，可以获得提高的晶片表面上方的总吹气速率的均匀性，以及也 可以获得提高的晶片表面上方的金属层的氧化的均匀性。这允许减小 单元电容的局部退化，如图13所示。
此外，一旦如例1和例2所示，用随着靠近下游侧而逐渐减小的 开口间距离来分布活性气体供应管120中的吹气口122，可以获得在整 个表面上方的均匀单元电容分布，不论在金属源气体供应管110中采 用吹气口112的均匀排列的结构，或在活性气体供应管120中采用具 有减小的开口间距离的吹气口122的结构。人们认为，这是因为在金 属源气体的供应水平在所示范围内的条件下，在晶片的整个表面上方 提供足够数量的金属源气体所导致的，使得基本上通过单个原子的层 来实现对源材料的吸附。因此，可以采用金属源气体供应管110中的 吹气口112的均匀分布的配置，或在活性气体供应管120中的吹气口 122具有减小的开口间距离的配置。
如上所述，当在晶片200上方提供气体时，不考虑用于提供气体 的持续时间，基本上通过一个原子的层来吸附金属源气体。因此，假 如供应率是普通水平，当用于提供金属源气体的持续时间被设置在某 一持续时间时，在晶片200上方实现均匀沉积。但是，本发明人发现， 在某一条件下，例如，当用于提供金属源气体的持续时间被设置为短 于普通水平时，与金属源气体供应管110中的吹气口112的开口间距 离被均匀分布的情况相比较，当随着远离入口，金属源气体供应管110 中的吹气口112的开口间距离以某一斜率减小时，电容性膜的厚度中 的均匀性降低。即使在电容性膜厚度中具有这种变化，因为通过具有 随着远离入口，以某一斜率减小的活性气体供应管120中的吹气口122 的开口间距离，提高了电容性膜的质量，所以在整个表面上方可以相 等地分布单元电容。但是，为了在单元的整个表面上方实现严格的均 匀性，优选也提高电容性膜的厚度的均匀性。
考虑到这种情况，可以与活性气体供应管120中的吹气口122的 开口间距离的布置独立地来决定金属源气体供应管110中的吹气口112 的开口间距离的布置。例如，如上面的例1所述，金属源气体供应管 110中的吹气口112的布置可以是均匀分布，而活性气体供应管120中 的吹气口122的布置被设置为随着远离入口而以某一斜率减小开口间 的距离。
尽管上面参考附图完全描述了本发明的实施例，但是仅仅出于说 明本发明的目的而给出这些实施例，除了上述实施例之外的各种修改 也是可用的。
如参考图5至图8所述，尽管在上述实施例中已经说明了示例性 实施方式，在所述实施方式中，以恒定的减小率，利用连续减小的区 间长度，在活性气体供应管120中分布多个吹气口122，但是可选地， 活性气体供应管120中的吹气口122的区间长度可以以变化的减小率 来分布，假如减小率是单调地改变的。更具体地说，尽管在图7和8 中图示了算术地改变吹气口122的区间长度的示例性实施方式，但是 该变化可以是不需要算术的，并且任何吹气口122的区间长度Lk可以 满足关系Lk>Lk+1。更具体地说，随着朝着下游方向远离活性气体供应 管120的上游，可以以逐渐减小的开口间距离来排列吹气口122。该开 口的布置可以基于采用原子层沉积设备100的经验沉积或模拟的结果 而适当地设计。
很显然本发明不局限于上述实施例，在不脱离本发明的范围和精 神的条件下可以对其进行修改和改变。
下面将根据附图详细描述根据本发明的示例性实施方式。在所有 图中，将相同的标号分配图中共同出现的的元件，且将不再重复其详 细描述。
在以下实施例中，原子层沉积设备在衬底上方提供包含源材料的 气体，以经由原子层沉积工艺(ALD工艺)来沉积膜，该原子层沉积 工艺涉及通过由一个原子层的单位的吸附，来沉积膜。例如，该原子 层沉积设备能够适当地进行：用于在处理腔中的衬底上方提供金属源 气体以在衬底上吸附金属源材料的操作，由此形成沉积层；以及用于 在处理腔中的衬底上方提供活性气体的操作，以用活性气体激活通过 吸附金属源材料而形成的沉积层。这里，该吸附可以是化学吸收。可 选地，通过在衬底上方提供至少一种等离子体-激发的气体，该原子层 沉积设备能够经由等离子体增强原子层沉积工艺来沉积膜。
图1和图2是示意地图示了根据本发明的实施例中的原子层沉积 设备的配置例子的图。图1是原子层沉积设备100的正视图，并且图2 是原子层沉积设备100的平面图。图1示出了沿图2的线A-A′截取的 截面。
在本实施例中，原子层沉积设备100包括外壳102；处理腔106； 晶片基座(衬底基座)104，在其上布置用作待处理衬底的晶片200； 金属源气体供应管110(第一气体供应管)；活性气体供应管120(第 二气体供应管)；排气端口130；排气端口140以及石英部件150。在 图2中，为了方便描述，附加地示出了晶片基座104。金属源气体供应 管110和活性气体供应管120中的每个被布置为在晶片基座104上布 置的晶片200的整个表面上方延伸。这里，可以采用逆流系统，在其 中金属源气体供应管110和活性气体供应管120被布置为跨过晶片基 座104而面对。石英部件150被设置为更有效地引导处理腔106中的 气体朝向晶片200，并且也被设置来防止反应产物粘附在处理腔106的 内壁上。可选地，晶片基座104可以被配置为在不旋转晶片的情况下 保持晶片200。
这里，在金属源气体供应管110和活性气体供应管120中分别提 供用于吹气的多个吹气开口。从图2所示的下端，气体分别被提供给 金属源气体供应管110和活性气体供应管120。分别提供给金属源气体 供应管110和活性气体供应管120的气体被从多个吹气开口吹出。尽 管之后将讨论吹气开口的详细布置，但是在本实施例中，至少将活性 气体供应管120从提供活性气体的上游侧中的一端朝向下游侧中的另 一端以逐渐减小的管间距离分布。在金属源气体供应管110和活性气 体供应管120的下游侧中的另一端中分别提供这里未示出的阀门，且 当提供金属源气体和活性气体时，这种阀门被关闭。
接下来，将参考图3和图4，描述通过本实施例中的原子层沉积 设备100在晶片200上沉积膜的工序。
通过重复以下四个处理步骤，在原子层沉积设备100中进行晶片 200上的膜沉积。在第一步骤中，如图3所示，从金属源气体供应管 110提供金属源气体，并从排气端口130排出，该排气端口130位于跨 过晶片200的面对金属源气体供应管110的相对侧中。在第二步骤中， 从金属源气体供应管110提供惰性气体作为净化气体，以进行净化， 以便去除第一步骤中提供的金属源气体。
在第三步骤中，如图4所示，从与金属源气体供应管110分开的 活性气体供应管120提供活性气体，并将该活性气体从排气端口140 排出，该排气端口140位于跨过晶片200而面对活性气体供应管120 的相对的侧中。在第四步骤中，从活性气体供应管120提供惰性气体 作为净化气体，以进行净化，以便去除第三步骤中提供的活性气体。
在本实施例中，该活性气体可以从由诸如一氧化氮(NO)、二氧 化氮(NO2)、一氧化二氮(N2O)、氧(O2)、臭氧(O3)等的氧化 气体、诸如氮(N2)、氨(NH3)等的氮化气体、其气体混合物，或其 与氩(Ar)或氦(He)的气体混合物构成的组中选择。
此外，活性气体可以是等离子体激活的气体，该气体通过从由氮 (N2)、氨(NH3)、氧(O2)、氢(H2)、其气体混合物或其与氩(Ar) 或氦(He)的气体混合物构成的组选择的气体的等离子体激发获得。 当该等离子体激活的气体被用作活性气体时，可以将，例如，远程等 离子体用于该等离子体激发。尽管这里未示出，但是，例如，可以将 包括进气口、波导管以及微波-施加单元的远程等离子体产生腔提供在 不同于处理腔106的位置中，并且可以将该远程等离子体产生腔中产 生的等离子体经由诸如硅石管等的管而引入活性气体供应管120中。
在本实施例中，金属源气体可以是，例如，诸如金属卤化物等的 无机金属化合物，或有机金属材料等等的金属材料。金属源气体可以 选自普通ALD工艺中采用的各种类型的材料。当该金属源气体来自固 体或液体材料时，通过采用蒸馏器或起泡器件来蒸发该材料，该蒸馏 器或起泡器件这里未示出，然后通过金属源气体供应管110，该蒸发的 材料与由诸如氩(Ar)等的惰性气体构成的载体气体被提供给处理腔 106。
例如，当沉积包含铪(Hf)或锆(Zr)的金属元素的金属化合物 膜时，可以采用M(NRR′)4作为金属源气体(其中M包含Hf或Zr 的至少一种，并且互相不同的R和R′是烃基)。这里，R和R1优选 是1C至6C的烷基，更具体地说，典型地，可以采用甲基、乙基、丙 基、叔丁基等。
例如，当电容器元件或去耦电容器的电容性膜采用金属化合物时， 金属源气体可以采用Zr(N(C2H5)2)4、Zr(N(CH3)2)4、Zr(N(CH3)(C2H5))4 等等。这种化合物的选择提供了具有光滑表面的膜，并防止膜被颗粒 污染。结果，可以获得具有改善的膜质量、有较小漏电流的电容性膜。 此外，当晶体管的栅极绝缘膜采用金属化合物膜时，例如，金属源气 体可以采用Hf(N(C2H5)2)4、Hf(N(CH3)2)4、Hf(N(CH3)(C2H5)4等。这种 化合物的选择提供了对杂质渗透现象更有效的抑制。
接下来，将描述吹气口的详细布置。图5是平面图，图示了本实 施例中的金属源气体供应管110和活性气体供应管120中提供的吹气 口的布置。
在活性气体供应管120中，从第一端120a引入活性气体。在活性 气体供应管120中设置多个吹气口122。在本实施例中，随着远离第一 端120a而朝向第二端120b，以逐渐减小的开口间距离来排列活性气体 供应管120中的多个吹气口122。这在上游侧和下游侧获得提高的来自 吹气口122的吹气速率的均匀性。
另一方面，还从金属源气体供应管110中的第一端110a引入金属 源气体。该金属源气体可以包含由诸如Ar等的惰性气体构成的载体气 体。在金属源气体供应管110中提供多个吹气口112。这里，可以从第 一端110a到第二端110b均匀地排列金属源气体供应管110的吹气口 112。
图6A是示意地图示了其中均匀地排列吹气口的条件的视图。在该 实施例中，将如下例示金属源气体供应管110中的吹气口112的布置。 当在具有“L”长度的金属源气体供应管110中提供“n”个吹气口112 时，吹气口112的区间长度(等于开口间距离)是L/n。在图5所示的 例子中，金属源气体供应管110中的各个吹气口112的所有区间长度 等于L1′。
图6B是示意地图示以相等斜率逐渐地减小在活性气体供应管120 中的吹气口122的区间长度的条件的视图。在此情况下，在具有“L”长 度的活性气体供应管120中也提供有“n”个吹气口122。除上述之外， 活性气体供应管120的“长度L”是以下部分的长度，该部分提供在晶片 200的横向侧中，并用作可以安装吹气口122的部件以用于在晶片200 上方施加活性气体。金属源气体供应管110的长度也被类似地限定。 各个吹气口的每个区间长度部分地构成上述“长度L”，并被每个开口分 配，并且各个吹气口被布置在各个区间的中部中。
图7A给出用于各个吹气口122的区间长度Lk的通用公式的例子， 当在长度L的活性气体供应管120中提供“n”个吹气口122时，各个吹 气口122以相等的斜率逐渐地减小。这里，“k”是分配给活性气体供应 管120中的每个吹气口122的编号，其从第一端120a的一侧连续地分 配。“k”范围从1至n。在公式(1)中，当在具有长度“L”的活性气体 供应管120中提供“n”个吹气口122时，“a”表示与为该长度上所有排列 的吹气口122相等分配的区间长度L/n相比较，在最末端区间处，吹气 口122的区间长度中的偏差率。偏差率“a”可以在0
图8是如下的表格，其示出了在活性气体供应管120的长度 L＝35cm，包括7个吹气口122和偏差率a＝0.3的条件下，各个吹气口 122的区间长度Lk和区间长度的比率。当平均排列的吹气口122的区 间长度L/n＝35/7＝5被视为参考值(1.0)时，这里，第一端120a一侧 中的最末端区间处的吹气口122的区间长度的比率是1.3，并且第二端 120b一侧中的最末端区间处的吹气口122的区间长度的比率是0.7。
尽管在图5所示的例子中，在金属源气体供应管110中均匀分布 吹气口112，但是也可以类似于在活性气体供应管120中的吹气口122 的情况来配置金属源气体供应管110中的吹气口112，其在提供金属源 气体的上游中的第一端110a一侧，以较大的开口间距离排列；并且随 着远离第一端而朝向第二端110b一侧中的下游，以逐渐减小的开口间 距离来排列。在图9中示出了这种配置。例如，当金属源气体的提供 水平非常低时，这种配置提供了改进。除上述之外，金属源气体供应 管110中的吹气口112的布置可以类似于活性气体供应管120中的吹 气口122的布置，或可以是不同的。
可选地，原子层沉积设备100可以被配置为：金属源气体供应管 110被提供在与活性气体供应管120相同的一侧。在图10和图11中示 出了这种配置。
即使在此情况下，活性气体供应管120中的吹气口122也可以采 用如参考图5所述的相同布置。金属源气体供应管110中的吹气口112 的布置可以如图5所示，或可以如图9所示。
在这种配置中，第一步骤涉及从如图10所示的金属源气体供应管 110中提供金属源气体，并将该气体从排气端口130排出，该排气端口 130位于跨过晶片200而面对金属源气体供应管110的相对的侧中。在 第二步骤中，从金属源气体供应管110提供用作净化气体的惰性气体， 以实现净化，以便去除第一步骤中提供的金属源气体。用于净化的步 骤可以包括打开在下游中的金属源气体供应管110中的第二端110b一 侧中提供的阀门。
第三步骤涉及从活性气体供应管120中提供活性气体，并将该气 体从排气端口130排出，该排气端口130位于跨过晶片200而面对活 性气体供应管120的相对的侧中，如图11所示。在第四步骤中，从活 性气体供应管120提供用作净化气体的惰性气体，以实现净化，以便 去除第三步骤中提供的金属源气体。用于该净化的步骤可以包括打开 在下游中的活性气体供应管120中的第二端120b一侧中提供的阀门。
接下来，将描述通过采用本实施例的原子层沉积设备100的配置 可获得的有利效果。本发明人发现，在首先提供金属源气体，以便在 衬底上沉积金属源材料；然后用诸如臭氧等的活性气体激活金属源材 料的沉积层，以产生膜的原子层沉积工艺中，在晶片表面上方提供均 匀的活性气体的供应率是关键的。当在晶片200上方提供气体时，不 考虑用于提供气体的持续时间，基本上通过一个原子的层来吸附如上 所述的金属源气体。因此，尽管晶片表面上方金属源气体的供应率是 不均匀的，但是假如供应率是普通水平，对于一定的提供持续时间， 可以在晶片上方获得均匀的沉积。另一方面，因为认为根据用于激活 的时间，具有活性气体的工艺引起膜的性能变化，所以需要在晶片的 整个表面上方均匀提供活性气体。本发明人发现，活性气体供应管120 中的吹气口122的布置是最关键的。在本实施例中，吹气口122的布 置可以被配置为最佳。根据本实施例中的原子层沉积设备100，这允许 优化活性气体的供应率，以便减小晶片表面上方的活性气体施加过程 中的变化。因此，在晶片表面中可以获得膜的均匀的性能。
另一方面，与活性气体供应管120的情况一样，不必严格地确定 用于提供金属源气体的金属源气体供应管110中的吹气口的布置。因 此，通过采用类似于常规配置中的均匀排列的吹气口112的配置，或 采用类似于活性气体供应管120中的优化布置，在晶片表面上方可以 获得均匀的厚度分布。当金属源气体供应管110采用与活性气体供应 管120相同的管时，两种管可以共同利用备用的气体供应管。
为了减小灰尘的产生，在原子层沉积设备100中常常可以采用防 止处理腔106内的晶片200旋转等的配置。尽管这种配置使得晶片表 面上方的气体供应速率变化，但是可以根据本实施例的原子层沉积设 备100，优化用于提供活性气体的活性气体供应管120中的吹气口122 的布置，以在晶片表面上方提供膜的均匀的性能。
例子
在硅衬底上形成晶体管，并且在该晶体管上面形成柱状电容器， 以便被耦合到晶体管的扩散层。该电容器形成为具有，例如，由氮化 钛(TIN)构成并具有约5至50nm厚度的下电极、具有约5至15nm 厚度的电容性膜以及由TIN构成并具有约5至15nm厚度的上电极。
在以下工序中制造电容性膜。首先，在具有Ar的载体气体的原子 层沉积设备的处理腔中提供Zr(N(CH3)(C2H5))4的金属源气体，以在下 电极的表面中引起反应，并且仅仅生长一个原子层。接下来，停止供 应Zr(N(CH3)(C2H5))4，然后向腔内传送惰性气体作为净化气体，以去 除未反应的过量的Zr(N(CH3)(C2H5))4。
接着，提供臭氧(O3)作为活性气体。氧(O2)气体被引入，例 如，与处理腔106的位置分开的位置中提供的等离子体产生腔中，这 里该产生腔，并将该氧暴露于产生的等离子体，以产生臭氧，然后产 生的臭氧被引入活性气体供应管120中，从而与形成在下电极上的一 个原子的层反应。这里，该引入的气体主要是臭氧和氧的气体混合物。 接下来，停止臭氧的提供，然后引入惰性气体作为净化气体，以去除 未反应的反应气体或副产物，然后停止供应净化气体。仅仅以所需的 周期重复该连续的周期，以获得氧化锆(ZrO2)的电容性膜。
这里，原子层沉积设备100的金属源气体供应管110的长度等同 于活性气体供应管120的长度，并且例如，该长度被确定为从L＝30厘 米至50厘米范围内选择的预定长度。此外，对于两种气体管线中的每 一个，吹气口的数目被确定为从10至50个开口的范围内选择的预定 数目。此外，在两种情况下，包含Ar的载体气体的金属源气体的流速 被确定为从0.1至2.0标准升/分钟(slm)的范围内选择的预定流速。 在两种情况下，活性气体的流速也被确定为从0.1至2.0slm范围内选 择的预定流速。
在这种状态中，金属源气体供应管110和活性气体供应管120中 的吹气口的排列采用以下条件，以形成上述电容性膜，并且为各个例 子测量晶片表面上方的单元电容的分布。
<例1>
(条件)
金属源气体供应管110中的吹气口112的布置：均匀分布。
活性气体供应管120中的吹气口122的布置：随着远离入口，以 某一斜率减小开口间距离，使得在图7A中的公式(1)a＝0.5。(晶片 表面上方的单元电容的分布)
如图12所示，在整个表面上方单元电容相等地分布。
<例2>
(条件)
金属源气体供应管110中的吹气口112的布置：随着远离入口， 以某一斜率减小开口间距离，使得在图7A中的公式(1)中，a＝0.5。
活性气体供应管120中的吹气口122的布置：随着远离入口，以 某一斜率减小开口间距离，使得在图7A中的公式(1)中，a＝0.5。(晶 片表面上方的单元电容的分布)
类似于图12所示的情况，在整个表面上方单元电容相等地分布。
<例3>
(条件)
金属源气体供应管110中的吹气口112的布置：均匀分布。
活性气体供应管120中的吹气口122的布置：均匀分布。
(晶片表面上方的单元电容的分布)
如图13所示，在单元电容中产生不均匀分布。
<例4>
(条件)
金属源气体供应管110中的吹气口112的布置：随着远离入口， 以某一斜率减小开口间距离，使得在图7A中的公式(1)中，a＝0.5。
活性气体供应管120中的吹气口122的布置：均匀分布。
(晶片表面上方的单元电容的分布)
类似于图13所示的情况，在单元电容中产生不均匀分布。
当在活性气体供应管120中的上游侧和下游侧中均匀排列吹气口 122时，当用活性气体激活下电极的表面上沉积的金属层时，在活性气 体供应管120的下游侧中的活性气体的供应是不充足的。因此，认为 金属层的氧化不可能充分地进行，因此在该膜中剩余有金属源材料中 包含的有机化合物，如例3和例4所示。
另一方面，当在活性气体供应管120中，用以某一斜率随着靠近 下游侧而逐渐地减小的开口间距离来分布吹气口122时，如例1和例2 所示，可以获得提高的晶片表面上方的总吹气速率的均匀性，以及也 可以获得提高的晶片表面上方的金属层的氧化的均匀性。这允许减小 单元电容的局部退化，如图13所示。
此外，一旦如例1和例2所示，用随着靠近下游侧而逐渐减小的 开口间距离来分布活性气体供应管120中的吹气口122，可以获得在整 个表面上方的均匀单元电容分布，不论在金属源气体供应管110中采 用吹气口112的均匀排列的结构，或在活性气体供应管120中采用具 有减小的开口间距离的吹气口122的结构。人们认为，这是因为在金 属源气体的供应水平在所示范围内的条件下，在晶片的整个表面上方 提供足够数量的金属源气体所导致的，使得基本上通过单个原子的层 来实现对源材料的吸附。因此，可以采用金属源气体供应管110中的 吹气口112的均匀分布的配置，或在活性气体供应管120中的吹气口 122具有减小的开口间距离的配置。
如上所述，当在晶片200上方提供气体时，不考虑用于提供气体 的持续时间，基本上通过一个原子的层来吸附金属源气体。因此，假 如供应率是普通水平，当用于提供金属源气体的持续时间被设置在某 一持续时间时，在晶片200上方实现均匀沉积。但是，本发明人发现， 在某一条件下，例如，当用于提供金属源气体的持续时间被设置为短 于普通水平时，与金属源气体供应管110中的吹气口112的开口间距 离被均匀分布的情况相比较，当随着远离入口，金属源气体供应管110 中的吹气口112的开口间距离以某一斜率减小时，电容性膜的厚度中 的均匀性降低。即使在电容性膜厚度中具有这种变化，因为通过具有 随着远离入口，以某一斜率减小的活性气体供应管120中的吹气口122 的开口间距离，提高了电容性膜的质量，所以在整个表面上方可以相 等地分布单元电容。但是，为了在单元的整个表面上方实现严格的均 匀性，优选也提高电容性膜的厚度的均匀性。
考虑到这种情况，可以与活性气体供应管120中的吹气口122的 开口间距离的布置独立地来决定金属源气体供应管110中的吹气口112 的开口间距离的布置。例如，如上面的例1所述，金属源气体供应管 110中的吹气口112的布置可以是均匀分布，而活性气体供应管120中 的吹气口122的布置被设置为随着远离入口而以某一斜率减小开口间 的距离。
尽管上面参考附图完全描述了本发明的实施例，但是仅仅出于说 明本发明的目的而给出这些实施例，除了上述实施例之外的各种修改 也是可用的。
如参考图5至图8所述，尽管在上述实施例中已经说明了示例性 实施方式，在所述实施方式中，以恒定的减小率，利用连续减小的区 间长度，在活性气体供应管120中分布多个吹气口122，但是可选地， 活性气体供应管120中的吹气口122的区间长度可以以变化的减小率 来分布，假如减小率是单调地改变的。更具体地说，尽管在图7和8 中图示了算术地改变吹气口122的区间长度的示例性实施方式，但是 该变化可以是不需要算术的，并且任何吹气口122的区间长度Lk可以 满足关系Lk>Lk+1。更具体地说，随着朝着下游方向远离活性气体供应 管120的上游，可以以逐渐减小的开口间距离来排列吹气口122。该开 口的布置可以基于采用原子层沉积设备100的经验沉积或模拟的结果 而适当地设计。
很显然本发明不局限于上述实施例，在不脱离本发明的范围和精 神的条件下可以对其进行修改和改变。
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