原子层沉积装置
阅读：986发布：2020-05-11
专利汇可以提供原子层沉积装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 所公开的是一种 原子 层沉积 装置。所述装置包括反应室、承受器、 气体喷射器 和排气单元。所述承受器设置在所述反应室中， 基板 位于所述承受器上。所述气体喷射器设置在所述承受器上方，并且将所述承受器上方限定的空间分隔成多个预定的空间。所述气体喷射器供应来源气、反应气和吹扫气到所分隔的空间中分别布置的基板上。所述排气单元设置在所述承受器上方并且设置成与所述气体喷射器相邻。所述排气单元向上引导来源气、反应气和吹扫气的排气流。，下面是原子层沉积装置专利的具体信息内容。
1.一种原子层沉积装置，包括：
反应室；
所述反应室中设置的承受器，所述承受器允许其上面放置多个基板；
气体喷射器，所述气体喷射器设置在所述承受器上方并且将所述承受器上方限定的空间分隔成多个预定的空间，所述气体喷射器供应来源气、反应气和吹扫气到所分隔的各个空间中分别设置的基板上；以及
排气单元，所述排气单元设置在所述承受器的上方并且设置成与所述气体喷射器相邻，所述排气单元向上引导来源气、反应气和吹扫气的排气流。
2.如权利要求1所述的原子层沉积装置，其中，所述气体喷射器包括：
来源气喷射器和反应气喷射器，设置在所述反应室的上部空间中，以分别供应所述来源气和所述反应气到所述基板上；以及
吹扫气喷射器，设置在所述来源气喷射器与所述反应气喷射器之间，以供应吹扫气到所述基板，其中所述来源气喷射器、所述反应气喷射器和所述吹扫气喷射器被定向成放射状并以规则的角间距布置。
3.如权利要求2所述的原子层沉积装置，其中，所述排气单元包括呈放射状定向且围绕所述排气单元的中心以规则的角间距布置的板子，使得所述来源气喷射器与所述吹扫气喷射器之间以及所述反应气喷射器与所述吹扫气喷射器之间的每个区域被所述排气单元的对应的板子分隔成两个区域。
4.如权利要求1所述的原子层沉积装置，其中，所述排气单元中形成有多个排气孔，其中，所述排气孔形成在与所述气体喷射器上形成气体喷射孔的方向相同的方向上或者与所述气体喷射孔的方向垂直的方向上，或者所述排气孔形成为这样一种方式：一些所述排气孔被定向在与所述气体喷射孔的方向相同的方向上，并且其他的所述排气孔被定向在与所述气体喷射孔的方向垂直的方向上。
5.如权利要求1所述的原子层沉积装置，其中，所述排气单元中纵向地形成狭槽，其中，所述狭槽形成在与所述气体喷射器上形成气体喷射孔的方向相同的方向上或者与所述气体喷射孔的方向垂直的方向上，或者所述狭槽包含多个狭槽并且形成为这样一种方式：一些所述狭槽被定向在与所述气体喷射孔的方向相同的方向上，并且其他的所述狭槽被定向在与所述气体喷射孔的方向垂直的方向上。
6.如权利要求1所述的原子层沉积装置，其中，所述排气单元被支撑在所述反应室的盖子的下表面上或者所述反应室的内侧壁上。
7.如权利要求1至6的任一项所述的原子层沉积装置，其中，所述气体喷射器独立地供应来源气、反应气和吹扫气。
8.如权利要求1至6的任一项所述的原子层沉积装置，其中，所述气体喷射器同时供应来源气、反应气和吹扫气。
9.如权利要求2所述的原子层沉积装置，其中，在所述来源气喷射器上设置等离子体发生器。
原子层沉积装置
技术领域
[0001] 本发明总体上涉及原子层沉积装置，并且更具体地讲，涉及一种原子层沉积装置，其中来源气和反应气被供应到基板表面上，而惰性吹扫气被排放到来源气与反应气之间的空间中，并且来源气和反应气在基板表面上互相发生反应，因此在基板表面上形成薄膜。
背景技术
[0005] 如图1所示，在原子层沉积过程中，将两种气体（来源气和反应气）交替地供应到晶圆表面，并且在交替地供应两种气体到晶圆上的操作间隙朝着晶圆供应惰性吹扫气。这两种气体在晶圆表面上互相反应，因此在晶圆上形成薄膜。也就是说，在一种气体（来源气）被化学吸附之后，如果向这种被化学吸附的来源气提供另一种气体（反应气），那么这两种气体就会在晶圆表面上互相发生化学反应，因此在晶圆表面上形成单原子层。将此过程作为周期循环进行，直到薄膜的厚度达到期望水平。
[0006] 然而，就上述原子层沉积过程而言，由于需要时间来供应来源气和反应气以及进行吹扫操作和排气操作，所以显著减小了过程速度，从而造成生产率降低。韩国专利申请No.2002-0060145提出了解决这个问题的技术。
[0007] 在韩国专利申请No.2002-0060145中，如图2和图3所示，来源气喷射器2、反应气喷射器4和吹扫气喷射器6和8呈放射状安装。气体喷射器2、4、6和8旋转并向承受器32上相继排出不同种类的气体。以此方式，可以增加过程速度。然而，还存在以下问题。
[0008] 首先，因为气体喷射器2、4、6和8被配置为它们绕着喷射器旋转轴10旋转且排出不同种类的气体，所以从各气体喷射器排出的气体被供应到基板30的上表面上的方向并不垂直。也就是说，如图3所示，排出气体的线路是弯曲的。因此，朝着基板30排出的来源气甚至朝着反应室20的内侧壁扩散，而不是仅仅被供应到基板30的上表面上，因此降低了沉积效率。此外，有可能排出的来源气在被供应到基板30的上表面上之前与空气中的反应气接触。
[0009] 第二，因为气体喷射器2、4、6和8旋转，所以在反应室20中产生涡流，因此促进了来源气与反应气在空气中的接触。由此，来源气粒子在被供应到基板30的表面之前可能在空气中发生化学反应。在这种情况下，来源气无法正常地沉积在基板30上。特别地，假定每当喷射器旋转轴10转动一圈就完成了单个薄膜沉积过程，如果增大喷射器旋转轴10的转速来减少完成过程所需的时间，那么来源气与反应气在空气中彼此接触的可能性会进一步增加，从而造成生产率的损失。
[0010] 第三，当吹扫气将来源气和反应气从反应室20中排出时，会使用在反应室20的下表面上形成的排气孔22。因此，来源气和反应气被排出反应室20所经过的路径就相对较长，因此增加了排出气体所需的时间。在这种情况下，当反应气被供应到反应室20中时，反应气在被排出反应室20之前还很可能与反应室20的空气中仍然残留的来源气接触。
发明内容
[0011] 因此，本发明试图解决现有技术中出现的上述问题，并且本发明的目的是提供一种原子层沉积装置，其中来源气喷射器、反应气喷射器和吹扫气喷射器设置成放射状并且固定在适当位置，使得气体可以垂直地被供应到基板上，由此可以提高沉积效率。
[0012] 本发明的另一个目的是提供一种原子层沉积装置，其中排气单元安装成与气体喷射器相邻，使得从气体喷射器排出的排气流可以被排气单元向上引导，由此在从气体喷射器排出的气体中，可以从反应室快速地除去反应室的空气中剩余的而不是沉积在基板上的气体，使得可以可靠地防止来源气和反应气在空气中接触，因此进一步提高沉积效率。
[0013] 本发明的又一个目的是提供一种原子层沉积装置，其中所述排气单元包括被定向成放射状且围绕所述排气单元的中心以规则的角间距布置的板子，因此将反应室中的空间分隔成多个区域，使得来源气喷射器与吹扫气喷射器之间以及反应气喷射器与吹扫气喷射器之间的各区域被排气单元的对应的板子分隔成两个区域，由此防止各气体喷射器排出的气体与反应室空气中的其他气体喷射器排出的气体接触，因此进一步增加沉积效率。
[0015] 为了实现上述目标，本发明提供了一种原子层沉积装置，包括：反应室；所述反应室中设置的承受器，所述承受器允许其上面放置多个基板；气体喷射器，所述气体喷射器设置在所述承受器上方并且将所述承受器上方限定的空间分隔成多个预定的空间，所述气体喷射器供应来源气、反应气和吹扫气到所分隔的各个空间中分别设置的基板上；以及排气单元，所述排气单元设置在所述承受器的上方并且设置成与所述气体喷射器相邻，所述排气单元向上引导来源气、反应气和吹扫气的排气流。
[0016] 所述气体喷射器可以包括：来源气喷射器和反应气喷射器，设置在所述反应室的上部空间中，以分别供应所述来源气和所述反应气到所述基板上；以及吹扫气喷射器，设置在所述来源气喷射器与所述反应气喷射器之间，以供应吹扫气到所述基板，其中所述来源气喷射器、所述反应气喷射器和所述吹扫气喷射器被定向成放射状并以规则的角间距布置。
[0017] 所述排气单元可以包括呈放射状定向且围绕排气单元的中心以规则的角间距布置的板子，使得来源气喷射器与吹扫气喷射器之间以及反应气喷射器与吹扫气喷射器之间的每个区域被排气单元的对应的板子分成两个区域。
[0018] 所述气体喷射器可以独立地供应来源气、反应气和吹扫气，或者可替代地，所述气体喷射器可以同时供应所述气体。
[0019] 所述排气单元具有多个排气孔或狭槽。所述排气孔或狭槽可以形成在与所述气体喷射器上形成气体喷射孔的方向相同的方向上，或者在与所述气体喷射孔的方向垂直的方向上。可替代地，排气孔或狭槽可以形成为这样一种方式：一些排气孔或狭槽被定向成在与气体喷射孔相同的方向上，并且其他排气孔或狭槽被定向成在与气体喷射孔的方向垂直的方向上。
[0022] 结合附图，从以下详细描述可以更加清晰地理解本发明的上述和其他目的、特征和优点，其中：
[0023] 图1相继示出了使用原子层沉积装置在基板表面上沉积薄膜的过程；
[0024] 图2是常规的原子层沉积装置的剖视图；
[0025] 图3是透视图，示出了图2的装置的重要部件；
[0026] 图4是剖视图，图示了根据本发明的实施例的原子层沉积装置；
[0027] 图5是透视图，示出了图4的装置的重要部件；
[0028] 图6是图5的平面图；
[0029] 图7是沿着图6的A-A线截取的剖视图；
[0030] 图8是图示了根据本发明的另一个实施例的原子层沉积装置的剖视图；以及[0031] 图9和图10是剖视图，图示了根据本发明的又一个实施例的原子层沉积装置。
具体实施方式
[0032] 以下，将参照附图来更加详细地描述本发明的优选实施例。
[0033] 图4是图示了根据本发明的实施例的原子层沉积装置的剖视图。图5是透视图，示出了图4的装置的重要部件。图6是图5的平面图。图7是沿着图6的A-A线截取的剖视图。
[0034] 如附图所示，根据本发明的实施例的原子层沉积装置包括反应室100以及设置在反应室100的下部的承受器底座110。承受器底座110具有多个承受器120，基板122分别位于承受器的上表面上。
[0035] 基板122所处的各承受器120绕着自身轴线相对于承受器底座110旋转。因为承受器底座110还绕着自身轴线旋转，所以承受器120绕着承受器底座110的轴线转动。
[0036] 原子层沉积装置还包括来源气喷射器130、反应气喷射器132和吹扫气喷射器134和136，这些喷射器设置在反应室100的上部以供应来源气、反应气和吹扫气到绕着自身轴线旋转且绕着承受器底座110的轴线转动的基板122上。
[0037] 来源气喷射器130、反应气喷射器132和吹扫气喷射器134和136呈放射状地设置并且在圆周方向上以规则的角间距布置。吹扫气喷射器134和136分别设置在来源气喷射器130与反应气喷射器132之间所限定的空间中。
[0038] 各喷射器130、132、134、136的一端通向反应室100之外，并且连接到对应的气体供应源（未示出），使得各气体可以被供应到对应的喷射器130、132、134、136。
[0039] 根据本发明的实施例的原子层沉积装置还包括排气单元140，所述排气单元分隔来源气喷射器130与吹扫气喷射器134和136之间、反应气喷射器132与吹扫气喷射器134和136之间的空间，以防止各喷射器130、132、134、136排出的气体进入存在其他喷射器的区域。
[0040] 如图4至图6所示，优选地，四个承受器120和基板122以规则的间距布置。与此相对应的是，优选地，设置四个喷射器，包括来源气喷射器130、反应气喷射器132以及分别设置在来源气喷射器130与反应气喷射器132之间所限定的空间内的吹扫气喷射器134和136。
[0041] 为此，来源气喷射器130和反应气喷射器132设置成以180°的角间距彼此相对。吹扫气喷射器134和136被定向成与来源气喷射器130和反应气喷射器132成直角。
[0042] 使气体喷射器130、132、134、136彼此分隔的排气单元140具有交叉形状，其中板子绕着中心轴线以规则的间隔布置并且被定向成放射状，因此将气体喷射器130、132、134和136之间的空间分隔成四个区域。
[0043] 排气单元140被安装成以下方式：它被支撑在反应室100的盖子的下表面上或反应室的内侧壁上。在排气单元140中形成气体通道142。在排气单元140的侧面或下表面的至少一个上形成与气体通道142连通的多个排气孔144。
[0044] 可以在排气单元140的两个侧面和下表面上形成排气孔144。以供参考，在本实施例中，虽然图中示出排气孔144在排气单元140的各侧面上形成一行，但是如果需要，排气孔144可以形成为多行。
[0045] 换句话讲，排气单元140中形成的排气孔144可以被定向成仅仅在与气体喷射器130、132、134和136中形成的气体喷射孔（并未用附图标记来表示）相同的方向。可替代地，排气孔144可以被定向成仅仅在与气体喷射孔的方向垂直的方向上。作为另外的替代形式，排气孔144可以形成为这样一种方式：一些排气孔144被定向成在与气体喷射孔的方向相同的方向上，并且其他排气孔144被定向成在与气体喷射孔的方向垂直的方向上。
[0046] 如图8所示，排气孔144可以设置在与气体喷射器130、132、134和136的气体喷射孔的高度相同的高度处，或者在比气体喷射孔高的位置处。同样地，如果排气孔144可以设置在与气体喷射器130、132、134和136的气体喷射孔的高度相同的高度处，或者在比气体喷射孔高的位置处，这样可以提高将在已经从气体喷射器130、132、134和136排出的气体中的留在空气中而没有沉积在基板上的气体，从反应室100中排出的效率。
[0047] 同时，如图9和图10所示，在排气单元140中可以水平地形成又窄又长的狭缝146来代替排气孔144。
[0048] 同样地，狭缝146可以被定向成仅仅在与气体喷射器130、132、134和136中形成的气体喷射孔（并未用附图标记来表示）的方向相同的方向。可替代地，狭缝146可以被定向成仅仅在与气体喷射孔的方向垂直的方向上。作为另外的替代形式，狭缝146可以形成为这样一种方式：一些狭缝146被定向成在与气体喷射孔的方向相同的方向上，并且其他狭缝146被定向成在与气体喷射孔的方向垂直的方向上。此外，如图9所述，狭缝146可以形成在比气体喷射器130、132、134和136的气体喷射孔低的位置处。可替代地，如图10所示，狭缝146可以形成在与气体喷射器130、132、134和136的气体喷射孔的高度相同的高度处，或者形成在比气体喷射孔高的位置处。
[0049] 狭缝146的功能与以上解释的排气孔144的功能相同，因此认为更加详细的解释是不必要的。
[0050] 例如，在图9和图10中，虽然图示了狭缝146水平布置成一行，但是狭缝可以形成为多行。可替代地，虽然附图并未示出，但是狭缝146可以垂直地布置成多行。
[0051] 排气单元140的气体通道142连接到排气线150上，所述排气线延伸到反应室100外。排气线150连接到排气泵152上。
[0052] 如上所述，气体喷射器130、132、134和136分别设置在由排气单元140所分隔开的区域中。如图5和图6所示，反应室100的内部空间被分隔成来源气喷射区A、第一吹扫气喷射区B、反应气喷射区C和第二吹扫气喷射区D。
[0053] 优选地，排气单元140从盖子的下表面垂直地延伸到与位于承受器120上的基板122相邻的位置处，使得喷射区A、B、C和D可以更加有效地互相分隔开。
[0054] 同时，在来源气喷射器130上设置等离子体发生器（未示出），使得从来源气喷射器130排出的来源气可以变成等离子体来源气，因此提高气体沉积效率。本文随后将进行详细说明。
[0055] 以下将描述具有上述构造的原子层沉积装置的运作。
[0056] 气体喷射器130、132、134和136（包括来源气喷射器130、反应气喷射器132和吹扫气喷射器134和136）以及将气体喷射器130、132、134和136互相分隔开的排气单元140被固定在反应室100上。基板122绕着自身轴线旋转，并且通过承受器120的旋转以及承受器底座110的旋转而围绕承受器底座110的中心轴线转动。
[0057] 在这种状态下，来源气喷射器130相继地供应来源气到旋转着的基板122，因此将来源气沉积在基板122上。换句话讲，在本实施例中，假定在承受器底座110上设置旋转且转动的四个基板122，来源气被首先供应并沉积在第一基板122上。接着，来源气被供应且沉积在第二基板、第三基板和第四基板上。
[0058] 同样地，从来源气喷射器130排出的来源气沉积在来源气喷射区A中的第一至第四基板122上。随后，基板122通过承受器底座110的旋转被相继移动到第一吹扫气喷射区B、反应气喷射区C和第二吹扫气喷射区D。
[0059] 反应气喷射区C中设置的反应气喷射器132也相继喷出反应气到正在旋转且转动的基板122上。喷出的反应气与来源气发生反应，从而可以在基板122的表面上进行沉积。
[0060] 此外，第一和第二吹扫气喷射区B和D中设置的吹扫气喷射器134和136相继地朝着正在旋转且转动的基板122排出吹扫气，因此将反应室100的空气中剩余的而不是沉积在基板122上的来源气和反应气排出到反应室100外。
[0061] 在来源气喷射器130排出的来源气以及反应气喷射器132排出的反应气中，留在来源气喷射区A和反应气喷射区C中而不是沉积在基板122上的反应室100的空气中剩余的来源气和反应气，受到排气单元140的阻挡而免于移动到其他喷射区。同时，空气中剩余的来源气和反应气通过排气单元140的侧面和下表面的至少一个上形成的排气孔144而被抽入到排气单元140的气体通道142中。被抽入气体通道142的来源气和反应气通过排气泵152经由排气线150排出到反应室100外。
[0062] 同时，在已经被供应到来源气喷射区A中的来源气以及已经被供应到反应气喷射区C中的反应气中，通过排气单元140与承受器120之间的空间已经移动到第一和第二吹扫气喷射区B和D的气体以及基板122周围的空气中剩余的而没有沉积在基板上的气体，也被第一和第二吹扫气喷射区B和D中设置的吹扫气喷射器134和136所排出的吹扫气引导到排气单元140的排气孔144中。最终，空气中剩余的气体被排出反应室100。
[0063] 因此，来源气喷射区A中的来源气喷射器130排出的来源气可以受到可靠地限制，免于移动到反应气喷射区C。反应气喷射区C中的反应气喷射器132排出的反应气也可以受到可靠地限制，而免于移动到来源气喷射区A。以此方式，可以防止来源气和反应气在反应室100的空气中彼此接触。
[0064] 同样地，在已经从来源气喷射器130排出的来源气以及已经从反应气喷射器132排出的反应气中，反应室100的空气中剩余的而不是沉积在基板122上的来源气和反应气，在受到限制而免于移动到其他区域的情况下通过排气单元140的排气孔144被自然地排出反应室100。否则，空气中剩下的来源气和反应气与吹扫气一起通过排气单元140的排气孔144被快速地排出反应室100。因此，可以显著地减小来源气与反应气互相接触的可能性。
[0065] 以供参考，在来源气喷射器130上设置等离子体发生器的情况中，从来源气喷射器130排出的来源气变成等离子体来源气，使得可以提高沉积反应性。因此，可以提高沉积速率和沉积效率，并且可以形成高质量的薄膜。
[0066] 如上所述，在根据本发明的原子层沉积装置中，来源气喷射器、反应气喷射器和吹扫气喷射器被配置成使得它们设置成放射状且固定在适当位置。因此，可以将气体垂直地供应到基板上，由此可以提高沉积效率。
[0067] 此外，排气单元被安装成与气体喷射器相邻，使得气体喷射器排出的排气流可以被排气单元向上引导。因此，在由气体喷射器排出的气体中，可以从反应室快速地除去反应室的空气中剩下的而不是沉积在基板上的气体。结果，可以可靠地防止来源气和反应气在空气中接触，因此进一步提高了沉积效率。
[0068] 此外，排气单元包括呈放射状定向且围绕排气单元的中心以规则的角间距布置的板子，因此将反应室中的空间分隔成多个区域，使得来源气喷射器与吹扫气喷射器之间以及反应气喷射器与吹扫气喷射器之间的各区域被排气单元的对应的板子分成两个区域。由此，防止各气体喷射器排出的气体与反应室的空气中由其他气体喷射器排出的气体接触。结果，可以进一步提高沉积效率。
[0069] 另外，在本发明中，等离子体发生器设置在来源气喷射器上，使得可以提高来源气的反应性，因此提高沉积速率和沉积效率。由此，可以形成具有高质量的薄膜。
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