沉积薄膜的方法和具有用于喷洒清洁气体的单独喷射口的薄膜沉积系统

摘要

本发明揭示了一种薄膜沉积系统和方法。所述薄膜沉积系统包括一反应室、至少一个安装在所述反应室中用于在其上安装一基板的基座、一个以旋转方式定位在所述基座上的第一气体喷雾器和至少一个安装在所述第一气体喷雾器上用于喷洒清洁气体的第二气体喷雾器。所述薄膜沉积系统可增加源气体到所述基板表面的吸收率，有效缩短气体的供给循环以改进其生产率，且改进所述清洁气体的清洁效果以使得薄膜稳定地沉积到所述基板上。

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄膜沉积系统，且更特定而言涉及一种具有至少一个第一气体喷雾器和第二气体喷雾器的薄膜沉积系统，其中所述至少一个第一气体喷雾器具有一用于喷洒原料气体和反应气体的可旋转结构，所述第二气体喷雾器位于用于喷洒清洁气体的所述第一气体喷雾器上，以及一种使用所述薄膜沉积系统沉积一薄膜的方法，进而改进薄膜的沉积效果和生产率。

背景技术

当基板具有大直径时，很难在大直径基板的整个表面上沉积一个具有均匀厚度的薄膜。另外，当复数个基板引入一个单独反应室以使薄膜沉积在所述基板上时，很难在所有基板上形成具有相同厚度的薄膜。其归因于这个事实，即原料气体在反应室不均匀分布。当复数个基板引入一个反应室以使得薄膜同时沉积在所述基板上时，所述薄膜产量增加，但上述问题产生。从而，这个提议不能实际使用。

由于半导体元件的高度集成化，半导体元件的尺寸减小，从而降低了半导体元件的垂直尺度。例如，存在晶体管的栅绝缘膜和电容器的介电膜充当DRAM的数据存储单元。为顺利地形成这些具有大约100的小厚度的薄膜，用于通过向基板交替供给原料材料而沉积薄膜的方法，而非通过同时向基板供给原料材料而沉积薄膜的常规化学方法已改进。在这个新方法中，由于仅通过基板表面的化学发应而实现了薄膜沉积，具有均匀厚度的薄膜在基板上生长而不考虑基板表面的不均度，且由于所沉积薄膜的厚度不与将所述薄膜沉积到基板所需的时间成比例，而与原料供给循环的次数更比例，因此可能精确控制所沉积薄膜的厚度。

然而，当上述方法可大体应用时，归因于原料材料的供给、清洁气体的供给和排气时间，处理速度大大减少。因此，要求另一种改进薄膜生产率的方法。

为解决上述问题，本发明申请人发明了一个具有至少一个可旋转气体喷雾器的薄膜沉积系统(韩国专利申请案第10-2002-060145号)。

在下文中，参考图1A和1B，将详细描述一个常规薄膜沉积系统。

图1A为常规薄膜沉积系统的截面图，且图1B为说明使用常规薄膜沉积系统在晶片上薄膜的沉积的透视图。

如图1A所示，常规薄膜沉积系统包含一个反应室10，其具有一个穿过其所形成的用于将内部气体排到反应室10外的气体出口12；一个支撑件20，其水平安装以使得支撑件20可绕反应室10的一个中心轴旋转；一个基座30，其被置放在其上安装晶片2的所述支撑件20的上表面上且以所述反应室10的中心轴为中心旋转；和一第一气体喷雾器40，其位于基座30上以允许用于薄膜配料的原料气体沉积在晶片2上，反应气体达成沉积，以及允许存在于反应室中的气体接触晶片2的上表面，以及喷洒清洁气体用于排出反应后的气体。

四个基座30被置放在支撑件20上，且晶片2分别安装在对应基座30上。一个或一个以上的通孔21形成穿过支撑件20未置放基座30的部分，这样通孔21成螺旋形地排列在基座30周围，进而允许气体通过气体出口12排到反应室10的外部。另外，通过所述第一气体喷雾器40所喷洒的气体经由所述支撑件20和反应室10的内壁之间的空隙通过气体出口12排到反应室10的外部。

所述第一气体喷雾器40包括一个原料气体喷雾器42，其通过原料气体喷射口43用于喷洒原料气体；一个反应气体喷雾器44，其通过反应气体喷射口45喷洒反应气体；和一对清洁气体喷雾器46，其通过清洁气体喷射口47喷洒清洁气体。原料气体喷雾器42和反应气体喷雾器44以180°角连接，且各个清洁气体喷雾器46和原料和反应气体喷雾器42和44连接成180°角。

如图1B所示，所述原料、反应和清洁气体喷雾器42、44和46将对应气体喷洒到晶片2的上表面，且在水平方向随旋转轴48的旋转而旋转。

在原料气体喷洒到晶片2的上表面后，悬浮在空气中而非置于晶片2的上表面上的原料气体颗粒通过清洁气体排放到反应室(参考图1A的10)的外部。在完成清洁气体的喷洒后，喷洒用于将置放在晶片2的上表面上的原料气体的颗粒沉积到晶片2上的反应气体。接着，在完成原料气体颗粒的沉积后，再次喷洒清洁气体以将反应气体排放到反应室的外部。意即，相继重复原料气体的喷洒、清洁气体的喷洒、反应气体的喷洒和清洁气体的喷洒，且上述四个步骤形成薄膜沉积的一个循环。

当使用上述的常规薄膜沉积系统时，原料、反应和清洁气体喷雾器42、44和46在喷雾器42、44和46以旋转轴48为中心旋转的条件下喷射对应气体，从而并非垂直向下地将对应气体喷洒到晶片2的上表面，而是成曲线地将对应气体喷洒到晶片2的上表面。意即，如图1B所示，气体喷洒线为曲线。因此，喷向晶片2的原料气体并非仅喷到晶片2的上表面，而是扩散到反应室的内壁，从而喷洒效率降低。另外，在原料气体到达晶片2的上表面之前，喷洒的原料气体在空气中接触反应气体。此外，归因于原料、反应和清洁气体喷雾器42、44和46的旋转，在反应室10中产生一个空气涡流。空气涡流加速了原料气体和反应气体在空气中的接触。

在空气中原料气体和反应气体彼此接触的情况下，在原料气体颗粒到达晶片2之前，原料气体和反应气体在空气中的不当的化学反应发生，因此不能正常沉积在晶片上。

另外，在使用常规薄膜沉积系统的情况下，旋转轴48旋转一次，则执行一次薄膜沉积处理。此处，当旋转轴48高速度旋转时以缩短处理时间时，空气中原料气体和反应气体之间的接触的可能性增加，从而抑制了薄膜生查率的改进。

发明内容

因此，鉴于以上问题之作出本发明，且本发明的目的为提供一种薄膜沉积系统，其可增加原料气体到晶片表面上的吸收率，且可有效缩短各种气体的供给循环，从而具有改进的生产率。

本发明的另一目的为提供一种薄膜沉积系统，其可改进清洁气体的清洁效果以便在晶片的上表面上沉积薄膜。

根据本发明的一个方面，通过提供一种薄膜沉积系统可实现上述和其它目的，所述薄膜沉积系统包含：一个反应室；至少一个安装在反应室中的基座，可用于在其上安装基板；一个第一气体喷雾器，其旋转地位于所述基座上；和至少一个位于对应所述基座的位置的加速构件，其用于垂直加速来自第一气体喷雾器的气体。

优选地，所述加速构件可为一个第二气体喷雾器。

另外，优选地，可沿第一气体喷雾器的一个中心轴供给源气体和反应气体；且所述第二气体喷雾器可包括至少一个向反应室内壁延伸用于喷洒源气体的源气体喷雾器，和至少一个向反应室内壁延伸用于喷洒反应气体的反应气体喷雾器。

此外，优选地，所述第二气体喷雾器安装在所述第一气体喷雾器上，这样所述第二气体喷雾器覆盖所述基座。

根据本发明的另一方面，其提供一个薄膜沉积系统，包含一个反应室；至少一个安装在所述反应室中基座，可在其上安装基板；一个第一气体喷雾器，其旋转地位于所述基座上；和至少一个第二气体喷雾器，其安装在所述第一气体喷雾器上用于喷洒清洁气体。

根据本发明的另一方面，其提供一个薄膜沉积方法，包含：预备一个薄膜沉积系统，所述薄膜沉积系统包括一个反应室、至少一个安装在所述反应室中且可在其上安装基板的基座、一个旋转地位于所述基座上的第一气体喷雾器，和至少一个位于对应于所述基座位置以垂直加速由所述第一气体喷雾器所提供的气体的加速构件；将基板安装在反应室的基座上；通过被旋转的第一气体喷雾器将源气体和反应气体喷洒到基板上；并通过加速构件将清洁气体喷洒到基板上。

根据本发明的再一方面，其提供一种薄膜沉积方法，包含：预备一个薄膜沉积系统，所述薄膜沉积系统包括一个反应室、至少一个安装在所述反应室中且可在其上安装基板的基座、一个旋转地位于所述基座上的第一气体喷雾器，和至少一个安装在所述第一气体喷雾器上用于喷洒清洁气体的第二气体喷雾器；

将基板安装在反应室的基座上；通过被旋转的第一气体喷雾器将源气体和反应气体喷洒到基板上；并通过第二气体喷雾器将清洁气体喷洒到基板上。

所述薄膜沉积系统包含：一个反应室；至少一个安装在反应室内用于安装一个物件的基座，在所述物件上可沉积一薄膜；一个位于所述基座上用于将第一和第二气体喷洒到所述物件上的第一气体喷雾器；和至少一个安装在所述第一气体喷雾器上用于将第三气体喷洒到所述物件的第二气体喷雾器。

所述第一气体喷雾器以一个垂直旋转轴为中心旋转，且包括：至少一个源气体喷雾器，其沿旋转轴安装在反应室中且向反应室内壁延伸用于喷洒充当第一气体的源气体；和至少一个反应气体喷雾器，其沿旋转轴安装在反应室中且向反应室内壁延伸用于喷洒充当第二气体的反应气体。此处，所述源气体喷雾器和反应气体喷雾器以一直角会合，且交替安置。

所述第二气体喷雾器具有足够覆盖其上沉积有薄膜的物件的尺寸，向所述物件喷洒充当第三气体的清洁气体，且包括穿过其下部分而形成的复数个喷射口，这样所述喷射口以相同间距彼此间隔且形成螺旋或格子形状。

所述反应室中基座的数目为复数，且所述第二气体喷雾器的数目为对应于所述基座数目的复数，这样所述第二气体喷雾器分别位于所述基座上方，或一个第二气体喷雾器具有足够同时覆盖所述基座的形状。

优选地，所述第二气体喷雾器的气体喷洒速度可高于所述第一气体喷雾器的气体喷洒速度。

本发明的薄膜沉积方法包含：将物件定位在一反应室内的基座上，且通过第一气体喷雾器将第一和第二气体喷洒到物件上，且通过安装在所述第一气体喷雾器上方的第二气体喷雾器将第三气体喷洒到物件上。此处，所述第一气体为源气体，所述第二气体为反应气体，且所述第三气体为清洁气体。

由于将源气体和反应气体同时喷洒到物件上，相比相继喷洒源气体和反应气体的常规薄膜沉积方法而言，本发明的薄膜沉积方法可缩短气体的供给循环。因此本发明的薄膜沉积方法可缩短薄膜沉积循环，因此可改进薄膜的生产率。

附图说明

结合附图，从以下详细描述可清楚了解本发明的上述和其他目标、特征和其它优点，其中

图1A为常规薄膜沉积系统的截面图；

图1B为常规薄膜沉积系统的透视图；

图2为说明根据本发明的一个实施例的薄膜沉积系统的内部结构的截面图；

图3为根据本发明的一个实施例的薄膜沉积系统的透视图；

图4为沿图2中的线A-A的介面图；且

图5为根据本发明的另一实施例的薄膜沉积系统的第二气体喷雾器的截面图。

具体实施方式

现在参考附图详细描述本发明的优选实施例。

图2为说明根据发明的一个实施例的薄膜沉积系统的内部结构的截面图。

如图2所示，根据本发明的一个实施例的薄膜沉积系统包含一个反应室100，其具有穿过其而形成用于将内部气体排到反应室10外的气体出口110；一个支撑件200，其位于反应室100中且具有至少一个用于安装物件600的基座300，例如一个半导体基板，可在其上沉积一个薄膜；一个以垂直轴为中心旋转的第一喷雾器400，其用于将诸如原料气体、反应气体的处理气体交替地喷洒到安装在基座300上的物件600的表面；和安装在第一气体喷雾器400上的第二气体喷雾器500，其用于将清洁气体喷洒到安装在基座300上的物件600的表面上以清洁物件600和所述系统。

构建基座300以使得基座300加热其上所安装的物件600进而诱发物件600的表面上的化学反应。基座300的上述构造与常规薄膜沉积系统的基座构造相同，且因此不作详细描述。

第一气体喷雾器400包括一个旋转轴430，其充当所述第一气体喷雾器400的旋转中心且包括通过反应室100的上部的中心部分插入反应室100的一端；和至少一个原料气体喷雾器410和至少一个反应气体喷雾器420，其包括通过旋转轴430插入反应室100的端和在向着反应室100的内壁以水平方向纵向延伸的另些端，这样原料和反应气体喷雾器410和420由指定间距与基座300的上表面分离。在使用两个原料气体喷雾410和两个反应气体喷雾器420的情况下，交替排列所述两个原料气体喷雾器410和所述两个反应气体喷雾器420。这样所述原料和反应气体喷雾器410和420以直角会合，且用于通过其喷洒原料和反应气体的原料气体喷射口412和反应气体喷射422分别通过原料和反应气体喷雾器410和420的纵向延伸部分的下表面形成。

当所述原料气体喷雾器410经过物件600的上表面时，通过原料气体喷射口412将原料气体喷雾器410所供给的原料气体喷洒到物件600的表面，且当所述反应气体喷雾器420经过物件600的上表面时，通过反应气体喷雾器420将反应气体喷雾器420所供给的反应气体喷洒到物件600的表面。第一气体喷雾器400的旋转和由所述第一气体喷雾器400所进行的原料和反应气体到物件600的喷洒和常规薄膜沉积系统的第一气体喷雾器的那些相同，因此不作详细描述。

在常规薄膜沉积系统中，由于在喷洒原料气体后喷洒清洁气体，且在喷洒反应气体后再喷洒清洁气体，所喷洒的原料和反应气体的整个量并不传输到晶片，且部分所喷洒的原料和反应气体扩散到反应室100。

另一方面，在本发明的薄膜沉积系统中，在将原料和反应气体喷洒到物件600的上表面期间，由于通过清洁气体喷射口502将清洁气体持续喷洒到物件600的上表面，原料和反应气体被清洁气体推动且接着传输物件600的表面。因此，扩散到反应室100的原料和反应气体量大大减少，从而增加了将薄膜沉积到物件600的效率，且防止了扩散到反应室100的原料和反应气体对所述系统的污染。

本发明的薄膜沉积系统的第二气体喷雾器500以高于喷洒原料和反应气体的速度喷洒清洁气体，且增加原料气体颗粒到达物件600的表面的速度，和反应气体接触到达物件600的表面的原料气体颗粒的速度，从而缩短了将薄膜沉积到物件600所用的时间。

支撑件200以在垂直方向上形成的旋转轴210为中心旋转，以使得原料气体反应气体均匀地安置在安装于基座300上的所有物件600，且每一基座300都以在垂直方向上形成的对应旋转轴310为中心旋转以使得原料气体反应气体均匀地安置在对应物件600的整个上表面上。

在这个实施例中，支撑件200和基座300可旋转。支撑件200和基座300的可旋转结构是用于更均匀地将薄膜沉积到物件600的选择。因此，本发明薄膜沉积系统的支撑件200和基座300并不具有上述可旋转结构，而可具有固定结构，在所述固定结构中在支撑件200和基座300固定的情况下将薄膜沉积到物件600上。

图3为根据本发明的一个实施例的薄膜沉积系统的透视图。

如图3所示，呈螺旋形排列且以垂直旋转轴210为中心以90°角度交会的四个基座300被置放在支撑件200的上表面上。尽管在这个实施例中基座300的数目为四个，但是根据各种情况，诸如物件600的尺寸和支撑件200的尺寸，可对基座300的数目进行各种更改。

一或一个以上的通孔202穿过未置放基座300的支撑件200的部分形成，这样通孔202呈螺旋状绕基座300排列，进而允许气体通过气体出口110排放到反应室100的外部(参考图2)。尽管在这个实施例中通孔202穿过支撑件200形成，但支撑件200也可不包括通孔202。在支撑件200不包括通孔202的情况下，建构支撑件200以使反应室100的气体穿过支撑件200与反应室100内壁之间的一间隙通过气体出口110排出。

第一气体喷雾器400包括：一对原料气体喷雾器410，其水平延伸以使所述原料气体喷雾器410以一180°的角度交会；一对反应气体喷雾420，其与原料气体喷雾器410成一直角且水平延伸以使所述反应气体喷雾器420以一180°的角度交会；及连接到原料气体喷雾器410和反应气体喷雾器420以充当第一气体喷雾器400的旋转中心的旋转轴430。

在如图1B所示的常规薄膜沉积系统中，旋转轴46旋转一次，分别执行一次原料气体到晶片2的上表面的喷洒和反应气体到晶片2的上表面的喷洒，意即执行一次薄膜沉积处理。在如图3所示的本发明薄膜沉积系统中，旋转轴430旋转一次，分别执行两次原料气体到物件600的上表面的喷洒和反应气体到物件600的上表面的喷洒，意即执行两次薄膜沉积处理，进而缩短了执行薄膜沉积处理的时间，且改进了薄膜沉积系统的生产率。

尽管这个实施例采用两个原料气体喷雾器410和两个反应气体喷雾器420以使得所述两个原料气体喷雾器410和所述两个反应气体喷雾器420以“+”形状交替排列，原料气体喷雾器410和反应气体喷雾器420的数目并不限于其且可进行各种更改。此处，在原料气体喷雾器410和反应气体喷雾器420的数目极大的情况下，在原料气体到达物件600前，原料气体可化学的与反应气体反应，且在原料气体喷雾器410和反应气体喷雾器420的数目极小的情况下，薄膜沉积处理的循环延长，因而降低了薄膜沉积系统的生产率。因此，优选地，原料气体喷雾器410和反应气体喷雾器420的数目应适当地由原料和反应气体的喷洒速度、第一气体喷雾器400的旋转速度和清洁气体的喷洒速度来决定。

位于对应基座300上的每一个第二气体喷雾器500都具有一个足够覆盖对应物件600以均匀地将清洁气体喷洒到安装在基座300的上表面上的物件600的整个上表面的形状，且包括穿过其下表面形成且以均匀间距间隔用于喷洒清洁气体的喷射口。

一般而言，每一个物件600具有一个圆形。优选地，为增加薄膜沉积系统的内部的空间利用和加热物件600的效率，每一个基座300具有和物件600相同的圆形。另外，优选地，为将清洁气体仅喷洒到物件600的区域以有效使用所述清洁气体，每一第二气体喷雾器500具有相同圆形。

因此，在使用本发明的薄膜沉积系统的情况下，当从原料气体喷雾器410和反应气体喷雾器420喷洒原料气体和反应气体时，清洁气体持续从第二气体喷雾器500喷出，且垂直向下推动原料气体和反应气体。从而，尽管旋转轴430旋转，原料气体和反应气体既不扩散到反应室也不成曲线，而是直接喷洒到物件600的表面。特定而言，当清洁气体的喷洒速度极高时，原料气体和反应气体的喷洒线接近如图3所示的直线。

如上文所述当原料气体和反应气体直接喷洒到物件600的上表面时，原料气体和反应气体接触物件600前，所述原料气体和反应气体不发生化学反应，从而改进了沉积薄膜的效率。

图4为沿图2的线A-A的截面图。

如图4所示，用于喷洒本发明薄膜沉积系统清洁气体的每一第二气体喷雾器500具有和每一物件600的相同的形状，且其恰好位于对应物件600上。

上述第二气体喷雾器500的结构使清洁气体仅喷洒到物件600的上表面以避免清洁气体的损耗。第二气体喷雾器500的数目、形状和位置并不限于其，且可进行各种更改。

特定而言，当喷洒清洁气体时在支撑件200旋转的情况下，第二气体喷雾器500垂直位于物件600上方的位置并不重要。在此情况下，优选地，改变所述第二气体喷雾器500的形状和位置以使得清洁气体均匀地喷洒到以支撑件200的垂直旋转轴210为中心旋转的物件600的上表面上。

图5为根据本发明另一个实施例的薄膜沉积系统的第二气体喷雾器的截面图。

此实施例的薄膜沉积系统的第二气体喷雾器500具有通过支撑件200的旋转足够覆盖所有物件600的上表面的尺寸。

当所述第二气体喷雾器500具有如图5所示的环形时，无论物件600在何位置，清洁气体都均匀地喷洒到所有物件600的上表面。

从以上描述可清楚了解，本发明提供一种薄膜沉积方法，其中同时喷洒反应气体和源气体以缩短气体的供给循环，从而改进生产率。

另外，本发明提供一种薄膜沉积系统，其可改进清洁气体的清洁效果，以使得薄膜稳定地沉积到晶片的上表面，可增加原料气体到晶片表面的吸收率，且可防止原料气体到反应室的内表面的吸收，这样容易管理所述系统。

尽管出于说明目的揭示本发明的优选实施例，但是所述领域技术人员应了解在不偏离随附权利要求书所揭示的本发明的范围和精神下，各种更改、增加和替代都是可能的。