半导体器件是通过在衬底，即晶片的表面上反复执行诸如薄层的淀积和 构图的工艺而制成的。通常在半导体加工模块中完成薄层的淀积和构图。半 导体加工模块的构造视制造半导体器件的过程中采用的工艺不同而变化，但 其基本包括界定反应区域的反应室和阀门系统，晶片在所述反应室中被加载 和气密密封，所述阀门系统向所述反应室提供气体材料。
通常采用化学气相淀积(CVD)或原子层淀积(ALD)通过气体材料的 化学反应在晶片上淀积薄膜。与采用溅射的物理淀积不同，CVD与ALD的 相互类似之处在于，它们利用两种或更多气体材料之间的化学反应。但是， 在CVD中，将多种气体材料同时提供给位于包含晶片的反应室内的反应区 域，使得反应产物从上方淀积到晶片表面上。相反，在ALD中，将多种气 体材料连续地提供至反应室内的反应区域，使得气体材料之间的化学反应仅 限于晶片的表面。
尽管在ALD当中由于化学反应仅局限于晶片的表面，导致了淀积速度 慢的缺点，但是对于要求高纯度和高均匀性薄膜的存储电容器而言，其对于 介质层、扩散阻挡层、栅极介质层等的制造是不可或缺的。ALD的优点在 于其可以精确控制薄膜的淀积和厚度，其厚度随着半导体器件的微粉化 (micronization)而减小。
基于ALD的特点，在连续地提供气体材料时，在将气体提供至反应室 之前和之后必须执行去除反应室内地残余气体的吹扫工艺。
图1是说明执行ALD的常规ALD装置的气体阀门系统的示意图。图2 是其中产生了死容积(dead volume，DV)的气体阀门系统的一部分的放大 图。图3是沿图2所示的部分的AA′线截取的横截面图，其中2通阀门是关 闭的。图4是沿图2所示的部分的AA′线截取的横截面图，其中，2通阀门 是打开的。
下面，将参照图1到图4对常规ALD装置，以及采用该装置的ALD进 行简要说明。
参照图1，源气体供应源22、反应气体供应源24、吹扫气体供应源28、 第一载气供应源26和第二载气供应源30分别通过源气体供应管22a、反应 气体供应管24a、吹扫气体供应管28a、第一载气供应管26a和第二载气供 应管30a将源气体S1、反应气体S2、吹扫气体P2和载气P1和P3(例如氩 气)分别输送至反应室10。
在反应室10的后部安装排气泵12，以控制反应室10的内部压力。在反 应室10和排气泵12之间安装节流阀14，以保持反应室10的内部压力恒定。
在源气体供应管线中，第一载气供应管26a连接至第一载气供应源26， 并由其延伸，以供应载气P1。通过第一和第二3通阀32和34并行连接源 气体供应源22。在所述第一和第二3通阀32和34之间安装开启/关闭阀门， 即第一2通闸阀42。支管(bypass)16通过第三3通阀36在第二3通阀34 的后部连接至第一载气供应管26a。支管16的末端连接在排气管13上的节 流阀14和排气泵12之间。第一载气供应管26a的末端通过第四3通阀38 连接至吹扫气体供应管28a。
在吹扫气体供应管线中，由吹扫气体供应源28通过吹扫气体供应管28a 将吹扫气体P2提供至反应室10。在吹扫气体供应管28a和第一载气供应管 26a的汇接处安装第四3通阀38。在吹扫气体供应源28和第四3通阀38之 间安装第二闸阀44。
在反应气体供应管线中，由第二载气供应源30通过第二载气供应管30a 将载气P3提供至反应室10，由反应气体供应源24通过反应气体供应管24a 和第二载气供应管30a将反应气体S2提供至反应室10，其中，反应气体供 应管24a连接至第二载气供应管30a。第三闸阀46安装在反应室10和反应 气体供应管24a与第二载气供应管30a的汇接处之间。第四闸阀48安装在 所述汇接处和所述反应气体供应源24之间。
将参照图2到图4对第三和第四3通阀36和38的入口和出口的开启/ 关闭状态予以说明。与图2到图4不同，图1仅从功能上根据所提供的气体 的流向对第三和第四3通阀36和38的入口和出口进行了图示说明。
第三和第四3通阀36和38为隔膜阀。下面，将根据第三3通阀36的 开启/关闭对气体材料的流动进行说明。安装在第一载气供应管26a和支管 16的汇接处的第三3通阀36包括第一垂直通路孔36h1和第二垂直通路孔 36h2，第一垂直通路孔36h1直线穿过主体36c，从而垂直连接至第一载气供 应管26a，第二垂直通路孔36h2垂直连接至支管16的末端。通过压力作用 上下移动的隔膜36e安装在主体36c的表面之上，第一和第二垂直通路孔 36h1和36h2通过该表面暴露于用以界定预定空间壳体36d之内。
当第三3通阀36关闭时，即如图3所示，当隔膜36e向下移动并紧密 接触主体36c的表面，以关闭第一和第二垂直通路孔36h1和36h2时，第一 载气供应管26a是开启的，其使第一载气P1或源气体S2流至第四3通阀 38，但是流至支管16的气流被阻塞。
当第三3通阀36开启时，即如图4所示，当隔膜36e向上移动，从而 与主体36c的表面分离，从而打开第一和第二垂直通路孔36h1和36h2时， 第一载气供应管26a打开，其使第一载气P1或源气体S2流至第四3通阀 38，同时，通过第一垂直通路孔36h1流出的气体材料通过主体36c和隔膜 36e之间的空间，并通过第二垂直通路孔36h2流入到支管16当中。
参照图1到图4，无论第三3通阀处于开启/关闭状态，第三3通阀36 的第二出口36b均处于开启状态。因此，是将第一载气P1还是将源气体S1 通过第三和第四3通阀36和38提供至反应室10取决于第四3通阀38的入 口38b是开启还是关闭的。因此，在第四3通阀38的入口38b关闭时，即 使第三3通阀36的第二出口36b是开启的，第一载气P1或源气体S1也不 会流至第四3通阀38，而是流入到支管16中。
下面，将介绍采用源气体S1和反应气体S2，通过ALD在衬底表面上 淀积反应产物S1+S2，以形成薄膜的过程。
在源气体脉冲阶段(pulsing stage)，将源气体S1提供至加载了晶片， 即衬底(未示出)的反应室10，使得源气体材料附着于衬底的表面。这里， 关闭第一闸阀42，使之闭合；第一3通阀32的第一出口32a开启；第二3 通阀34的入口34a和出口34b开启；第三3通阀36朝向支管16的第一出 口36a关闭；第三3通阀36的第二出口36b开启；第四3通阀38的入口38b 和出口38a开启。因此，源气体S1与第一载气P1一起提供至反应室10。 与此同时，在第四闸阀48关闭的状态下，将吹扫气体P2连续提供至反应室 10，第二载气P3也提供至反应室10。在3通阀中，当一个流径关闭时，另 一个流径通常开启。
之后，在源气体吹扫阶段，将从反应室10去除残留的未附着于衬底表 面的源气体。这里，第一闸阀42开启；第一3通阀32的第一出口32a关闭 (当第一3通阀32的第二出口32b根据3通阀的特点开启时)；第二3通阀 34的入口34a关闭(当第二3通阀34的出口34b开启时)；第三3通阀36 朝向支管16的第一出口36a开启(当第三3通阀36的第二出口36b关闭时)； 第四3通阀38的入口38b关闭(当第四3通阀38的出口38a开启时)。因 此，供应管内源气体S1的残留与第一载气P1一起流至支管16，通过将吹 扫气体P2连续提供至反应室10吹除反应室10内的源气体S1的残留。这里， 在第四闸阀48关闭的状态下，还将第二载气P3提供至反应室10。
之后，在反应气体脉冲阶段，在源气体已经淀积在衬底表面的状态下， 将反应气体S2提供至反应室10，使得源气体S1与部分反应气体S2发生反 应，由此在衬底表面上形成反应产物。这里，用于第一载气P1和吹扫气体 P2的供应管线与源气体脉冲阶段相同，除了第四闸阀48是开启的，其开启 的目的在于将反应气体S2连同第二载气P3一起提供至反应室10。与此同 时，将吹扫气体P2连续提供至反应室10。
之后，在反应气体吹扫阶段，将反应气体S2的残留而不是淀积在衬底 表面上的源气体S1和反应气体S2的反应产物从反应室10去除。这里，用 于第一载气P1和吹扫气体P2的供应管线与源气体吹扫阶段的供应线相同。 第四闸阀48关闭，仅将第二载气P3提供至反应室10。
如上所述，在执行一个循环的源气体脉冲阶段、源气体吹扫阶段、反应 气体脉冲阶段和反应气体吹扫阶段后，在衬底表面上淀积了非常薄的源气体 S1和反应气体S2的反应产物。执行几个到数千个循环，从而在所述表面上 形成预期薄层。
但是，常规ALD装置具有死容积(DV)的问题，即，在阀门之间无法 进行吹扫，源气体材料存在积滞。在图2中，第三3通阀36和第四3通阀 38之间的阴影部分对应DV部分。具体而言，如上所述，在通过第三3通阀 36和第四3通阀38将源气体S1提供至反应室10的源气体脉冲结束后，开 始源气体吹扫时，源气体S1的供应中断，第一载气P1通过支管16释放。 这里，源气体S1保留在第一载气供应管26a的部分内，所述部分对应于第 三3通阀36和第四阀门38之间的DV部分。在后续的反应气体脉冲和吹扫 阶段，残留气体仍然积滞在第一载气供应管26a内。只有在完成单个ALD 周期之后，在接下来的一个周期内的源气体脉冲阶段，在第四3通阀38的 入口38b开启时，进入DV部分的残留源气体才会流入到反应室10内。
当诸如源气体的气体材料长时间积滞在DV部分时，将产生质量劣化， 并且需要额外的伪工艺(dummy process)去除残留源气体。特别地，在采 用常规ALD装置形成介质层或包括由不同材料构成的多个层的复层时，不 同的源气体可能在DV部分相互发生反应，由此产生不必要的颗粒。因此， 通过ALD形成的薄膜可能具有缺陷或低均匀性。
残留在DV部分的源气体材料可能缓慢扩散和释放，但是甚至在几分钟 之后，也不能完全去除。考虑到历时几秒中的ALD周期，在不吹扫和去除 残留在DV部分的各种源气体的情况下，很难进行ALD。

本发明提供了一种制造半导体器件的装置，所述装置防止了在阀门系统 中产生死容积，从而增大了吹扫效率。
本发明还提供了一种在制造半导体器件的装置中控制阀门的方法，所述 方法通过防止在阀门系统中产生死容积增大了吹扫效率。
本发明还提供了制造半导体器件的方法，所述方法通过防止在所述装置 中产生死容积增大了吹扫效率。
根据本发明的第一个方面，提供了一种制造半导体器件的装置。所述装 置包：反应室，在其中对衬底进行处理以制造半导体器件；第一处理气体 (processing gas)供应管，其将第一处理气体提供至反应室；具有第一入口、 第二入口、第一出口和第二出口的4通阀，其安装在所述第一处理气体供应 管处，使所述第一入口和第一出口连接至所述第一处理气体供应管；第二处 理气体供应管，其连接至4通阀的第二入口，以提供第二处理气体；连接至 所述4通阀的第二出口的支管；以及安装在所述支管处的闸阀。
根据本发明的第二个方面，提供了一种制造半导体器件的装置。所述装 置包：反应室，在其中对衬底进行处理以制造半导体器件；连接至反应室， 从而向所述反应室提供吹扫气体的吹扫气体供应管；具有第一入口、第二入 口、第一出口和第二出口的4通阀，其安装在所述吹扫气体供应管处，使所 述第一入口和第一出口连接至所述吹扫气体供应管；连接至所述4通阀的第 二入口、从而向所述反应室提供源气体的源气体供应管；连接至所述源气体 供应管的第一载气供应管；连接至所述反应室，从而向所述反应室提供反应 气体的反应气体供应管；连接至所述反应气体供应管的第二载气供应管；连 接至所述反应室，以便从所述反应室释放气体的排气管；安装在所述排气管 处的排气泵；连接至所述4通阀的第二出口、并连接至位于所述排气泵前面 的排气管的支管；以及安装在所述支管处的闸阀。
根据本发明的第三方面，提供了一种控制根据本发明的第一方面的装置 的阀门的方法。所述方法包括：在将所述第二处理气体提供至所述反应室时， 关闭安装在所述支管处的闸阀并开启所述4通阀，在中断向所述反应室提供 所述第二气体时，开启所述闸阀并关闭所述4通阀。
根据本发明的第四方面，提供了一种控制根据本发明的第二方面的装置 的阀门的方法。所述方法包括：在将所述源气体提供至所述反应室时，关闭 安装在所述支管处的闸阀并开启所述4通阀，在中断向所述反应室提供所述 源气体时，开启所述闸阀并关闭所述4通阀。
根据本发明的第五个方面，提供了一种采用根据本发明的第二方面的装 置制造半导体器件的方法。所述方法包括：将所述衬底加载到所述反应室； 通过将所述源气体提供至所述反应室使源气体材料附着于所述衬底；通过向 所述反应室提供吹扫气体吹扫未附着于所述衬底的源气体材料；通过向所述 反应室提供反应气体，使所述反应气体与附着于所述衬底的所述源气体材料 反应，在所述衬底上形成第一反应产物层；以及通过向所述反应室提供吹扫 气体吹扫未与所述源气体材料反应的反应气体。
根据本发明的第六个方面，提供了一种制造半导体器件的装置。所述装 置包：反应室，在其中对衬底进行处理以制造半导体器件；连接至反应室， 从而向所述反应室提供吹扫气体的吹扫气体供应管；具有第一入口、第二入 口、第一出口和第二出口的第一4通阀，其安装在所述吹扫气体供应管处， 使所述第一入口和第一出口连接至所述吹扫气体供应管；具有第一入口、第 二入口、第一出口和第二出口的第二4通阀，其安装在所述吹扫气体供应管 处，使所述第一入口和第一出口连接至所述吹扫气体供应管，并且使所述第 二4通阀串连至所述第一4通阀；分别连接至所述第一和第二4通阀的第二 入口，从而向所述反应室提供源气体的第一源气体供应管和第二源气体供应 管；分别连接至所述第一和第二源气体供应管的第一载气供应管；连接至所 述反应室，从而向所述反应室提供反应气体的反应气体供应管；连接至所述 反应气体供应管的第二载气供应管；连接至所述反应室，以便从所述反应室 释放气体的排气管；安装在所述排气管处的排气泵；包括两个分别连接至相 应的第一和第二4通阀的第二出口的支路，以及连接至位于所述排气泵前面 的排气管的末端的支管；以及分别安装在所述支管的两个支路处的闸阀。
根据本发明的第七个方面，提供了一种采用根据本发明的第六方面的装 置制造半导体器件的方法。所述方法包括：将所述衬底加载到所述反应室； 通过将所述第一和第二源气体中的一种有选择地提供至所述反应室使源气 体材料附着于所述衬底；通过向所述反应室提供吹扫气体吹扫未附着于所述 衬底的源气体材料；通过向所述反应室提供反应气体，使所述反应气体与附 着于所述衬底的所述源气体材料反应，在所述衬底上形成第一反应产物层； 以及通过向所述反应室提供吹扫气体吹扫未与所述源气体材料反应的反应 气体。
根据本发明，在吹扫气体供应管和源气体供应管的汇接处形成4通阀， 将一支管连接至所述4通阀的一个出口，从而避免产生由源气体的积滞引起 的死容积。即使产生了死容积，积滞在所述死容积部分的气体材料也不会被 提供至反应室，而是通过所述支管释放。因此，提高了吹扫效率，并且可以 制造出可靠的半导体器件。
附图说明
在附图中对本发明的优选方面给出了图示，通过更为具体的说明，本发 明的上述及其他目的、功能和优点将变得显而易见，在附图的不同图示中始 终采用类似的附图标记表示相同的部分。所述图示不一定是按比例绘制的， 相反，在说明本发明的原理时会突出重点。
图1是说明用于制造半导体器件的常规装置的气体阀系统的示意图。
图2是其中产生了死容积(DV)的气体阀系统的一部分的放大图。
图3是沿图2所示的部分的AA′线截取的横截面图，其中2通阀是关闭 的。
图4是沿图2所示的部分的AA′线截取的横截面图，其中，2通阀是打 开的。
图5是说明根据本发明的第一实施例制造半导体器件的装置的示意图。
图6是图5所示的装置的基本部分的放大图。
图7是沿图6所示的部分的CC′线截取的横截面图，其中2通阀是关闭 的。
图8是沿图6所示的部分的DD′线截取的横截面图，其中4通阀是关闭 的。
图9是说明根据本发明的第二实施例制造半导体器件的装置的示意图。
图10是图9所示的装置的基本部分的放大图。
图11是沿图10所示的部分的EE′线截取的横截面图，其中4通阀是关 闭的。
图12是说明根据本发明的第三实施例制造半导体器件的装置的示意图。
图13是说明根据本发明的第四实施例制造半导体器件的装置的示意图。
图14是说明根据本发明的第五实施例制造半导体器件的装置的示意图。
图15是说明根据本发明的第六实施例制造半导体器件的装置的示意图。

本发明可以应用于任何从根本上来讲将气体材料供应至反应室，并采用 所述气体材料在所述反应室中实施半导体制造工艺的设备。因此，本发明可 以被广泛应用于淀积设备，例如化学气相淀积(CVD)或原子层淀积(ALD) 设备，以及蚀刻设备。下面将联系ALD对本发明的下述示范性实施例予以 说明，但是本发明也适用于其他工艺。
图5是说明根据本发明的第一实施例制造半导体器件的装置的示意图。 图6是图5所示的装置的部分的放大图。图7是沿图6所示的部分的CC′线 截取的横截面图，其中2通阀是关闭的。图8是沿图6所示的部分的DD′线 截取的横截面图，其中4通阀是关闭的。
下面将参照图5到图8对根据本发明的第一实施例的用于制造半导体器 件的装置、阀门控制方法以及采用所述装置的半导体器件制造方法予以说 明。
参照图5，源气体供应源122、反应气体供应源124、吹扫气体供应源 128、第一载气供应源126和第二载气供应源130分别通过源气体供应管 122a、反应气体供应管124a、吹扫气体供应管128a、第一载气供应管126a 和第二载气供应管130a将源气体、反应气体、吹扫气体和第一、第二载气 分别提供至反应室110。这里，采用源气体和反应气体通过ALD形成材料， 具体来讲，可以适当选择诸如SiO2、Al2O3、Ta2O5和HfO2的氧化物材料， 以及诸如SiN、TiN、和TaN的氮化物材料。例如，为了通过ALD形成氧化 铝(Al2O3)，可以采用三甲基铝(TMA)作为源气体，采用H2O作为反应 气体。根据所要形成的材料，可以采用氢等离子体作为反应气体，或采用氧 等离子体而不是水作为氧源。在本实施例中，可以采用氩气作为吹扫气体以 及第一和第二载气，但是可以采用各种其他气体。
在附图和下述说明中，基本上讲，将源气体从源气体供应源122提供至 反应室110的管道部分被称为源气体供应管122a；将反应气体从反应气体供 应源124提供至反应室110的管道部分被称为反应气体供应管124a；将吹扫 气体从吹扫气体供应源128提供至反应室110的管道部分被称为吹扫气体供 应管128a；将第一载气从第一载气供应源126提供至反应室110的管道部分 被称为第一载气供应管126a；将第二载气从第二载气供应源130提供至反应 室的管道部分被称为第二载气供应管130a。但是，由于可能通过单个管道提 供两种或更多种气体，因此在下述说明种同一管道可能具有两个或两个以上 的附图标记。
此外，尽管没有对反应室110进行具体的图示说明，但是其经过设计可 以使用于制造半导体器件的衬底，即晶片加载并附着于其中。反应室110可 以是单晶片式或分批式反应室，并且可以与在反应室110内诱发等离子体的 装置结合。在反应室110的后部安装排气泵112，以控制反应室110的内部 压力。在反应室110和排气泵112之间安装节流阀114，以保持反应室110 的内部压力恒定。
在源气体供应管线中，第一载气供应管126a连接至第一载气供应源 126，以提供载气。源气体供应源122通过第一和第二3通阀132和134并 行连接至第一载气供应管126a。在第一和第二3通阀132和134之间安装开 启/关闭阀门，即第一闸阀142。位于第二3通阀134的后部的源气体供应管 122c通过4通阀150的第一和第二入口150c和150d与吹扫气体供应管128a 相连接。在图5中，从功能上示出了4通阀150，其包括流入气体材料的第 一和第二入口150c和150d，以及流出气体的第一和第二出口150a和150b。 4通阀150的第二出口150b连接至反应室110，4通阀150的第一出口150a 连接至支管116。支管116的另一端连接至位于节流阀114和排气泵112之 间的排气管113。在支管116处安装第五闸阀152。根据第一闸阀142的开 启/关闭状态，将第一载气或源气体通过4通阀150提供至反应室110或支管 116。
在吹扫气体供应管线中，由吹扫气体供应源128通过吹扫气体供应管 128a将吹扫气体提供至反应室110。在吹扫气体供应管128a和第一载气供 应管126a的汇接处安装4通阀150。在吹扫气体供应源128和4通阀150 之间安装第二闸阀144。
在反应气体供应管线中，由第二载气供应源130通过第二载气供应管 130a将载气提供至反应室110，由反应气体供应源124通过反应气体供应管 124a和第二载气供应管130a提供至反应室110，其中，反应气体供应管124a 连接至第二载气供应管130a。第三闸阀146安装在反应室110和反应气体供 应管124a与第二载气供应管130a的汇接处之间。第四闸阀148安装在所述 汇接处和所述反应气体供应源124之间。
下面，将参照图5到图8对4通阀150和第五闸阀152的结构，以及它 们的入口和出口的开启/关闭状态予以说明。图5根据所提供的气体的流向， 从功能上示出了4通阀150和第五闸阀152的入口和出口。图6到图8具体 示出了4通阀150和第五闸阀152。
在本发明的实施例中，4通阀150和第五闸阀152为隔膜阀，但是本发 明不限于此。下面，将根据4通阀150和第五闸阀152的开启/关闭状态对气 体材料的流动予以说明。
如图7所示，安装在支管116处的第五闸阀152不允许支管沿直线直接 穿过第五闸阀152，而是包含并排垂直连接至支管116的第一和第二垂直通 路孔152h1和152h2。第一和第二垂直通路孔152h1和152h2延伸至主体152a 的顶面。将通过压力作用上下移动的隔膜152c安装在主体152a的顶面之上， 第一和第二垂直通路孔152h1和152h2通过该顶面暴露于用以界定预定空间 的壳体152b之内。
在关闭第五闸阀152时，如图7所示，隔膜152c向下移动并紧密接触 主体152a的表面，以关闭第一和第二垂直通路孔152h1和152h2，这时，通 过支管116的气体材料的流动受到阻塞。当第五闸阀152开启时，隔膜152c 向上移动，并与主体152a分离，从而开启第一和第二垂直通路孔152h1和 152h2，这时，气体材料可以通过支管116流动。也就是说，通过4通阀150 的第一出口150a流入到支管116内的气体材料通过第二垂直通路孔152h2 流出，穿过主体152a的顶面和隔膜152c之间的空间，并通过第一垂直通路 孔152h1再次流入到支管116中。
如图5、6、8所示，4通阀150包括连接第二入口150d和第二出口150b 的第一水平通路孔128b，从所述第一水平通路孔128b的中央延伸至主体 150e的顶面的第一垂直通路孔150h1，与连接至源气体供应源122c的第一 入口150c相连通的第三垂直通路孔150h3，与连接至支管116的第一出口 150a相连通的第二垂直通路孔150h2，以及连接第二垂直通路孔150h2的上 部和第三垂直通路孔150h3的上部的第二水平通路孔151。壳体150f形成于 4通阀150的主体150e之上，以界定预定空间。将可上下移动的隔膜150g 安装在由壳体150f界定的空间之内。
如图8所示，当4通阀150关闭时，即，隔膜150g向下移动，并紧密 接触主体150e的顶面，从而关闭第一到第三通路孔150h1到150h3，这时， 通过第一水平通路孔128b将吹扫气体提供至反应室110，在源气体供应管 122c中流动的源气体或第一载气通过第三垂直通路孔150h3、第二水平通路 孔151和第二垂直通路孔150h2流入支管116。当4通阀150开启时，即， 隔膜150g向上移动，并与主体150e的顶面分离，从而开启第一到第三垂直 通路孔150h1到150h3的上端，这时，吹扫气体通过第一水平通路孔128b 流入反应室110，源气体或第一载气通过第三垂直通路孔150h3、第二水平 通路孔151或主体150a和隔膜150g之间的空间以及第二垂直通路孔150h2 流入支管116，并且通过第三垂直通路孔150h3、主体150a的顶面和隔膜150g 之间的空间以及第一垂直通路孔150h1流入反应室110。这里，当第五闸阀 152关闭时，第一载气或反应气体仅通过第三垂直通路孔150h3、主体150a 的顶面和隔膜150g之间的空间以及第一垂直通路孔150h1流入反应室110。
下面将结合对ALD工艺的说明，对源气体和第一载气之间的选择，以 及反应气体与第二载气之间的选择予以说明。
以下详细说明了采用ALD在衬底表面上淀积源气体和反应气体的反应 产物的过程。在执行ALD的过程中，将连续的一组源气体脉冲阶段、源气 体吹扫阶段、反应气体脉冲阶段和反应气体吹扫阶段定义为一个循环，重复 所述循环直至形成具有预定厚度的薄层。
在源气体脉冲阶段，将源气体提供至加载了晶片，即衬底(未示出)的 反应室110，使得源气体材料附着于衬底的表面。这里，关闭闸阀142至闭 合，第一3通阀132的第一出口132a打开，第二3通阀134的第一入口134a 和出口134b打开，从而同时提供第一载气和源气体。此外，当4通阀150 开启时，关闭安装在支管处116的第五闸阀152，使得到支管116的气流受 到阻塞，并将气流引入到反应室110中。因此，连同第一载气将源气体提供 至反应室110。在一个实施例中，与此同时，将吹扫气体连续提供至反应室 110。通过关闭第四闸阀148以及开启第三闸阀146将第二载气提供至反应 室110。
随后，在源气体吹扫阶段，将从反应室110去除残留的未附着于衬底表 面的源气体。在这一吹扫阶段，第一闸阀142开启；第一3通阀132的第一 出口132a关闭，同时第一3通阀132的第二出口132b开启；第二3通阀134 的第一入口134a关闭，同时第二3通阀134的出口134b开启，使得反应气 体的供应中断，并允许第一载气流动。此外，开启安装在支管116处的第五 闸阀152，同时关闭4通阀150，使得第一载气通过支管116释放。因此， 残留在第二3通阀134和4通阀150之间，以及4通阀150和第五闸阀152 之间的源气体不会流入反应室110，而是通过支管116与第一载气一起释放。 残留在反应室110中没有淀积的源气体被连续提供至反应室110的吹扫气体 吹出。这里，在第四闸阀148关闭的状态下，将第二载气连续提供至反应室 110。
之后，在反应气体脉冲阶段，在源气体已经淀积在衬底表面的状态下， 将反应气体提供至反应室110，使得源气体与部分反应气体发生反应，由此 在衬底表面上形成反应产物。这里，与源气体吹扫阶段类似，通过支管116 释放第一载气，并将吹扫气体连续提供至反应室110。但是，在反应气体脉 冲阶段，安装在反应气体供应管线的第四闸阀148和第三闸阀146开启，从 而将反应气体连同第二载气一起提供至反应室110。
之后，在反应气体吹扫阶段，将反应气体的残留而不是淀积在衬底表面 上的源气体和反应气体的反应产物从反应室110去除。这里，与源气体吹扫 阶段类似，通过支管116释放第一载气，并将吹扫气体连续提供至反应室110。 但是，在反应气体吹扫阶段，反应气体供应管线中的第四闸阀148关闭，以 中断反应气体的供应。结果，只将第二载气提供至反应室110。
如上所述，在执行一个循环的源气体脉冲阶段、源气体吹扫阶段、反应 气体脉冲阶段和反应气体吹扫阶段后，在衬底表面上淀积了非常薄的源气体 和反应气体的反应产物。执行几个到数千个循环，从而在所述表面上形成预 期薄层。在本发明的上述实施例中，采用单一源气体，通过ALD过程在衬 底上形成了单个层。例如，在分别采用“A”、“B”和“AB”表示源气体、 反应气体以及源气体和反应气体的反应产物时，根据本发明的第一实施例在 衬底上淀积的层可以表示为“AB/AB/AB/AB...AB/AB”。
图9是说明根据本发明的第二实施例制造半导体器件的装置的示意图。 图10是图9所示的装置的部分的放大图。图11是沿图10所示的部分的EE′ 线截取的横截面图，其中4通阀是关闭的。第二实施例与第一实施例基本相 同，除了4通阀154的结构以及吹扫气体供应管线和源气体供应管线的设置 与第一实施例中不同。下面将对不同处予以说明。
参照图9到图11，在第二实施例中源气体供应管线、吹扫气体供应管线 和反应气体供应管线基本上与第一实施例中类似，但是4通阀154的结构和 连接关系不同。具体来讲，在第一实施例中，4通阀150包括沿直线形成的 水平通路孔128b，其连接至吹扫气体供应管128a。相反，在第二实施例中， 4通阀154包括第二水平通路孔154f，其与4通阀154的第二入口154d连 通，并且在4通阀154内以直角弯曲。所形成的第二垂直通路孔154h2从第 二水平通路孔154f的中央延伸至4通阀154的主体154g的顶面。第一水平 通路孔154e与连接至源气体供应管122c的第一入口154c连通，其在4通 阀154内以直角弯曲。第一垂直通路孔154h1从第一水平通路孔154e的中 央延伸至主体154g的顶面。
如图11所示，当4通阀154关闭时，即当隔膜154i向下移动并紧密接 触主体154g的顶面，以封闭第一和第二垂直通路孔154h1和154h2的上端 时，将吹扫气体通过第二水平通路孔154f提供至反应室110，流经源气体供 应管122c内的源气体或第一载气通过第一水平通路孔154e流入支管116。 当4通阀154开启时，即当隔膜154i向上移动并与主体154g的顶面分离， 以开启第一和第二垂直通路孔154h1和154h2的上端时，吹扫气体通过第二 水平通路孔154f流入反应室110，或通过第二水平通路孔154f、主体154g 的顶面和隔膜154i之间的空间以及第一垂直通路孔154h1流入支管116。在 关闭第五闸阀152时，吹扫气体只流入反应室110。与此同时，流入源气体 供应管122c的源气体或第一载气通过第一垂直通路孔154h1、主体154g的 表面和隔膜154i之间的空间和第二垂直通路孔154h2流入反应室110，或通 过第一水平通路孔154e流入支管116。这里，当第五闸阀152关闭时，第一 载气或源气体仅通过第一垂直通路孔150h1、主体150g的表面和隔膜150i 之间的空间以及第二垂直通路孔150h2流入反应室110。
以下详细说明了在采用ALD在衬底表面上淀积源气体和反应气体的反 应产物的过程中，每一阶段中每一阀门的关闭和开启状态。
在源气体脉冲阶段，关闭闸阀142至闭合，第一3通阀132的第一出口 132a打开，第二3通阀134的第一入口134a和出口134b打开，从而同时提 供第一载气和源气体。此外，关闭安装在支管116处的第五闸阀152，同时 开启4通阀154，使得到支管116的气流受到阻塞，并将气流引入到反应室 110中。因此，连同第一载气将源气体提供至反应室110。同时，将吹扫气 体连续供应至反应室110。通过关闭第四闸阀148以及开启第三闸阀146可 以将第二载气提供至反应室110。
之后，在源气体吹扫阶段，第一闸阀142开启；第一3通阀132的第一 出口132a关闭，同时第一3通阀132的第二出口132b开启；第二3通阀134 的第一入口134a关闭，同时第二3通阀134的出口134b开启，使得反应气 体的供应中断，并允许第一载气流动。此外，开启安装在支管处的第五闸阀 152，同时关闭4通阀154，使得第一载气通过支管116释放。因此，残留在 第二3通阀134和4通阀154之间，以及4通阀154和第五闸阀152之间的 源气体不会流入反应室110，而是通过支管116与第一载气一起释放。残留 在反应室110中没有淀积的源气体被连续提供至反应室110的吹扫气体吹 出。这里，在第四闸阀148关闭的状态下，将第二载气连续提供至反应室110。
在反应气体的脉冲和吹扫阶段，与源气体吹扫阶段类似，通过支管116 释放第一载气，并将吹扫气体连续提供至反应室110。但是，在反应气体的 脉冲和吹扫阶段，安装在反应气体供应线的第四闸阀148和第三闸阀146开 启，从而将反应气体连同第二载气一起提供至反应室110。
图12是说明根据本发明的第三实施例制造半导体器件的装置的示意图。 第三实施例与图5到图8所示的第一实施例基本上类似，但是其涉及采用不 同种类的源气体，通过ALD在衬底上形成多层或复层的过程。下面将对第 一和第三实施例之间的差别进行说明。
参照图12，将两个源气体供应源122和222中的每一个与第一载气供应 线安装在一起，从而与源气体供应管122c平行，对称布置两个源气体供应 源122和222。通过对图12所示的装置进行设计，采用多个2通闸阀和3 通阀有选择地提供第一源气体和第二源气体。在第三实施例中，提供两种类 型的气体，但是通过布置与源气体供应管122c并行的两条以上源气体供应 管可以有选择地提供超过两种类型的源气体。
在从提供第一源气体的第一源气体供应源122开始的第一源气体供应管 中，通过第一载气供应管126a提供来自第一载气供应源126的载气，第一 源气体供应源122通过第一至第四3通阀132、134、136和138并行连接至 第一载气供应管126a。在位于第一和第二3通阀132和134之间的第一载气 供应管126a处安装开启/关闭阀门，即第一2通闸阀142。在第三和第四3 通阀136和138之间安装开启/关闭阀门，即第二2通闸阀242。在第三和第 四3通阀136和138之间安装第一源气体供应源122，从而与第二2通闸阀 242并连。
在从提供第二源气体的第二源气体供应源222开始的第二源气体供应管 中，通过第一载气供应管126a提供来自第一载气供应源126的载气，第二 源气体供应源222通过第五至第八3通阀232、234、236和238并行连接至 第一载气供应管126a。具体来讲，在第一载气供应源126和第一3通阀132 之间布置第五3通阀232。在第二3通阀134和4通阀150之间布置第六3 通阀234。在与第一载气供应管126a并行的第二源气体供应管处安装第七3 通阀236和第八3通阀238。在第七和第八3通阀236和238之间安装开启/ 关闭阀门，即第三2通闸阀442。在第七和第八3通阀236和238之间安装 第二源气体供应源222，从而与第三2通闸阀442并连。
在图12所示的第三实施例中，采用第一源气体执行单个循环的源气体 脉冲阶段、源气体吹扫阶段、反应气体脉冲阶段和反应气体吹扫阶段，由此 在衬底表面上淀积第一源气体和反应气体的反应产物薄层。之后，采用第二 源气体重复这一循环，由此在第一源气体和反应气体的反应产物上淀积第二 源气体和反应气体的反应产物。重复几个至数千个循环，同时交替提供第一 和第二源气体，从而在衬底表面上形成复层(complex layer)。例如，在分别 采用“A1”、“A2”、“B”、“A1B”和“A2B”表示第一源气体、第二源气体、 反应气体、第一源气体和反应气体的反应产物以及第二源气体和反应气体的 反应产物时，根据本发明的第三实施例在衬底上淀积的层可以表示为 “A1B/A2B/A1B/A2B...A1B/A2B”。
以下详细说明了在采用第一和第二源气体A1和A2以及反应气体B， 通过ALD在衬底表面上淀积源气体和反应气体的反应产物的过程。在执行 ALD的过程中，将连续的一组源气体脉冲阶段、源气体吹扫阶段、反应气 体脉冲阶段和反应气体吹扫阶段定义为一个循环，重复所述循环直至形成具 有预期厚度的薄层。
在第一源气体脉冲阶段，将第一源气体提供至加载了晶片，即衬底(未 示出)的反应室110，使得第一源气体材料附着于衬底的表面。这里，第五 3通阀232的第二出口232b和第六3通阀234的出口234b开启；关闭第一 2通闸阀142并闭合；第一3通阀132的第一出口132a开启；第二3通阀 134的第一入口134a和出口134b开启，同时第三3通阀136的第一出口136a 和第四3通阀138的入口138a开启；并关闭第二2通闸阀242，从而同时提 供第一载气和第一源气体A1。此外，当4通阀150开启时，关闭安装在支 管处的第五闸阀152，使得到支管116的气流受到阻塞，并将气流引入到反 应室110中。结果，连同第一载气将来自第一源气体供应源122的第一源气 体A1提供至反应室110。
之后，在第一源气体吹扫阶段，将从反应室110去除残留的未附着于衬 底表面的源气体。这里，第五3通阀232的第二出口232b和第六3通阀234 的出口234b开启；开启2通闸阀142并敞开；第一3通阀132的第一出口 132a关闭，同时第一3通阀132的第二出口132b开启；第二3通阀134的 第一入口134a关闭，同时出口134b开启，从而中断第一源气体A1的供应， 并允许第一载气流动。此外，开启安装在支管处的第五闸阀152，同时关闭 4通阀150，使得第一载气通过支管116释放。因此，残留在第二3通阀134 和4通阀150之间，以及4通阀150和第五闸阀152之间的源气体不会流入 反应室110，而是通过支管116与第一载气一起释放。残留在反应室110中 没有淀积的第一源气体A1被从吹扫气体供应源128连续提供至反应室110 的吹扫气体吹出。
之后，在反应气体脉冲阶段，在第一源气体A1已经淀积在衬底表面的 状态下，将反应气体B提供至反应室110，使得第一源气体A1与部分反应 气体B发生反应，由此在衬底表面上形成反应产物A1B。这里，与第一源 气体吹扫阶段类似，通过支管116释放第一载气，并将吹扫气体连续提供至 反应室110。但是，在反应气体脉冲阶段，安装在反应气体供应管线的第四 闸阀148和第三闸阀146开启，从而将反应气体连同来自第二载气供应源130 的第二载气一起提供至反应室110。
之后，在反应气体吹扫阶段，将反应气体B的残留而不是淀积在衬底表 面上的第一源气体A1和反应气体B的反应产物A1B从反应室110去除。这 里，与第一源气体吹扫阶段类似，通过支管116释放第一载气，并将吹扫气 体连续提供至反应室110。但是，在反应气体吹扫阶段，反应气体供应管线 中的第四闸阀148关闭，以中断反应气体的供应。因此，只将第二载气提供 至反应室110。
在第二源气体脉冲阶段，将第二源气体A2提供至反应室110使得第二 源气体材料附着于衬底表面，从而在其上形成反应产物A2B。这里，第一3 通阀132的第一出口132a和第一闸阀142关闭；第五3通阀232的第一出 口232a开启；第七3通阀236的第一出口236a开启。在这一状态下，通过 第八3通阀238和第六3通阀234，以及通过与第一源气体脉冲阶段类似的 阀门开启/关闭状态，将第一载气和第二源气体A2同时提供至反应室110。
采用与上述第一源气体所采用的相同的方式执行第二源气体吹扫阶段、 反应气体脉冲阶段和反应气体吹扫阶段，由此在反应产物A1B上形成反应 产物A2B。采用这种方式，在重复这一循环的同时交替提供第一和第二源气 体A1和A2，按照A1B、A2B、A1B、A2B......的顺序执行ALD。
图13是说明根据本发明的第四实施例制造半导体器件的装置的示意图。 在图12所示的第三实施例中，将不同种类的源气体通过源气体供应管122c 和4通阀150提供至反应室110。但是，在图13所示的第四实施例中，尽管 采用源气体供应管128a提供不同种类的源气体，但是所述的不同种类的源 气体是通过第一和第二源气体管122c和222c以及第一和第二4通阀150和 250单独提供至反应室110的。
在第一源气体供应管线中，通过第一载气供应管126a提供来自第一载 气供应源126的载气，第一源气体供应源122通过第一至第四3通阀132、 134、136和138并行连接至第一载气供应管126a。在位于第一和第二3通 阀132和134之间的第一载气供应管126a处安装开启/关闭阀门，即第一2 通闸阀142。在第三和第四3通阀136和138之间安装开启/关闭阀门，即第 二2通闸阀143。在第三和第四3通阀136和138之间安装第一源气体供应 源122，从而与第二2通闸阀143并行。来自第一源气体供应源122的第一 源气体连接至第一4通阀150。
在第二源气体供应管线中，通过第二载气供应管226a提供来自第二载 气供应源226的载气，第二源气体供应源222通过第五到第八3通阀232、 234、236和238并行连接至第二载气供应管226a。在位于第五和第六3通 阀232和234之间的第二载气供应管226处安装开启/关闭阀门，即第三2 通闸阀242。在第七和第八3通阀236和238之间安装开启/关闭阀门，即第 四2通闸阀243。在第七和第八3通阀236和238之间安装第二源气体供应 源222，从而与第四2通闸阀243并行。将来自第二源气体供应源222的第 二源气体连接至第二4通阀250。根据与第一实施例中所采用的相同的原理 操作第一和第二4通阀。
在吹扫气体供应管线中，由吹扫气体供应源128通过吹扫气体供应管 128a将吹扫气体提供至反应室110。在吹扫气体供应管128a和第一源气体 供应管122c的汇接处安装第一4通阀150。在吹扫气体供应管128a和第二 源气体供应管222c的汇接处安装第二4通阀250。在吹扫气体供应源128 和第二4通阀250之间安装第二闸阀144。此外，在与第一和第二4通阀150 和250连接的支管116处安装闸阀152和252。第四实施例中的反应气体供 应管线与上述实施例中相同。
以下详细说明根据本发明的第四实施例，采用第一和第二源气体A1和 A2以及反应气体B，通过ALD在衬底表面上淀积源气体和反应气体的反应 产物的过程。
在第一源气体脉冲阶段，在第二4通阀250的入口250c关闭的状态下， 采用与第三实施例中相同的方式通过源气体供应管122c提供第一源气体 A1。
之后，采用与第三实施例中相同的方式执行第一源气体吹扫阶段、反应 气体脉冲阶段和反应气体吹扫阶段，由此在衬底表面上形成反应产物A1B。
阻塞第一源气体管线，开启第二源气体管线，以执行第二源气体脉冲阶 段。这里，关闭第一4通阀150的入口150c，开启第二4通阀250的入口 250c。
之后，采用与上述第一源气体A1所采用的相同的方式执行第二源气体 吹扫阶段、反应气体脉冲阶段和反应气体吹扫阶段，由此按照A1B、A2B、 A1B......的顺序执行ALD。
图14是说明根据本发明的第五实施例制造半导体器件的装置的示意图。 第五实施例中4通阀154的工作原理与第二实施例中相同。此外，第五实施 例与第三实施例的相同之处在于，可以通过单个源气体供应管122c有选择 地提供各种源气体。因此，这里不再重复对第五实施例的详细说明。
图15是说明根据本发明的第六实施例制造半导体器件的装置的示意图。 第六实施例中的第一和第二4通阀154和254的工作原理与第二实施例中相 同。此外，第六实施例与第四实施例的相同之处在于，可以通过不同源气体 供应管线分别有选择地提供各种源气体。因此，这里不再重复对第六实施例 的详细说明。
在本发明的第三至第六实施例中，如上所述，采用两种类型的源气体通 过ALD在衬底上形成复层。但是，在必要时可以有选择地提供超过两种类 型的源气体。此外，可以有选择地使用至少两种类型的反应气体。这里，为 了增大吹扫效率，反应气体供应管线可以采用与源气体供应管线相同的气体 阀系统。
此外，在本发明的第三至第六实施例中，根据上述说明，交替执行采用 第一源气体的ALD循环和采用第二源气体的ALD循环。但是，可以执行多 个采用第一源气体的ALD循环，以形成预定厚度的第一薄层，之后执行采 用第二源气体的多个ALD循环，从而在所述第一薄层上形成具有预定厚度 的第二薄层。
例如，在分别采用“A1”、“A2”、“B1”、“B2”、“A1B1”和“A2B2” 表示第一源气体、第二源气体、第一反应气体、第二反应气体、第一源气体 和第一反应气体的反应产物以及第二源气体和第二反应气体的反应产物时， 根据本发明的实施例在衬底上淀积的层可以根据源气体和反应气体的结合 情况将其多种结构表示为“A1B1/A2B2/A1B1/A2B2...A1B1/A2B2”、 “A1B1/A1B2/A1B1/A1B2...A1B1/A1B2”、 “/A1B1/A1B1...A1B1/A2B2/A2B2...A2B2”等。
采用本发明的第四实施例中的两个4通阀150和250以及本发明的第六 实施例中的两个4通阀154和254提供不同种类的源气体。这里，可以通过 离反应室110更近的源气体供应管线提供第一和第二源气体中更具有粘性的 源气体。通常ZrO2较HfO2更具有粘性，HfO2比Al2O3更具有粘性。
为了证明从根据本发明的阀门系统中去除了死容积，采用根据第一实施 例的ALD形成HfO层和AlO层。表1示出了层的特性。
表1   切换信息(27MHz)   循环数   厚度()   均匀性(％)   淀积速率(/循   环)   最大值/最小   值   HfO   (1)0.3/0.5/0.2/1.0/0.2   100   91.33   1.48   0.91   92.88/90.19   (2)(0.3/0.5/0.2/1.0/0.2)   +1.0/0.5/0.2/1.0/0.2   100   88.66   1.29   0.89   89.97/87.68   AlO   (3)0.1/0.301.0   100   141.25   1.68   1.41   143.09/138.34   (4)(0.1/0.3/1.0)+   1.0/0.3/1.0   100   142.38   1.52   1.42   143.95/139.63
在表1中，(1)和(2)表示采用ALD形成HfO层的情况：情况(1)是执行 100个循环的源气体脉冲(0.3秒)/源气体吹扫(0.5秒)/氧气预脉冲(0.2 秒)/氧等离子体(0.1秒)/氧气吹扫(0.2秒)的结果；情况(2)是在提供源 气体的循环之间额外执行一个不提供源气体的循环的结果。结果(2)证明了在 根据本发明的阀门系统中不会发生死容积，并且均匀性不会降低。
类似地，采用ALD形成AlO层的结果(3)和(4)也证明了在根据本发明的 阀门系统中不会产生死容积。
如上所述，根据本发明，不允许残留在源气体供应管线中的供应管流入 反应室，而是通过支管释放，从而防止产生死容积。因此，消除了常规技术 中出现的吹扫死容积的额外载荷。因此，可以更为可靠地执行半导体器件的 制造。
尽管已经参照本发明的示范性实施例对本发明进行了特别地展示和说 明，但是本领域的普通技术人员应该理解的是，在不背离如权利要求定义的 本发明的精神和范围的情况下，在其形式和细节上可做出各种变化。
本申请要求在韩国知识产权局于2005年1月19日提交的韩国专利申请 No.10-2005-0005074和于2005年8月22日提交的韩国专利申请 No.10-2005-0076968的权益，在此将其全文引入以供参考。