CN111424261A - 原子层沉积设备 - Google Patents

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Abstract

提供了一种原子层沉积(ALD)设备，所述ALD设备包括：第一工艺室，被构造为供应第一源气体并诱导第一材料膜的吸附。第二工艺室被构造为供应第二源气体并诱导第二材料膜的吸附。第三工艺室被构造为供应第三源气体并诱导第三材料膜的吸附。表面处理室被构造为对第一材料膜至第三材料膜中的每个执行表面处理工艺并去除反应副产物。热处理室被构造为对在其上以预定顺序吸附有第一材料膜至第三材料膜的基底执行热处理工艺并且使第一材料膜至第三材料膜转换为单一化合物薄膜。

Description

原子层沉积设备
本申请要求于2019年1月9日在韩国知识产权局提交的第10-2019-0002987号韩国专利申请的优先权和权益，该韩国专利申请的公开内容通过引用全部包含于此。
技术领域
本公开涉及原子层沉积(ALD)，更具体地，涉及一种用于ALD的设备及一种使用该ALD设备形成薄膜的方法。
背景技术
ALD工艺可以是使用化学吸附工艺和解吸工艺形成薄膜的工艺。在ALD工艺期间，以交替的方式使半导体基底暴露于两种不同的气态前体。这使得在半导体基底的表面上发生反应物的饱和表面反应，并且分离后的反应前体可以在半导体基底上流动。通过允许半导体基底暴露于反应前体达预定时间，可以由此形成原子薄膜。一些反应物可以用作用于使薄膜生长的组分，而其它反应物可以用作消除配体以促进后续反应的组分。
发明内容
一种原子层沉积设备包括被构造为向基底供应第一源气体并由此诱导第一材料膜在基底上的吸附的第一工艺室。第二工艺室被构造为向基底供应第二源气体并且由此诱导第二材料膜在基底上的吸附。第二源气体不同于第一源气体。第三工艺室被构造为向基底供应第三源气体并且由此诱导第三材料膜在基底上的吸附。第三源气体不同于第一源气体和第二源气体中的每者。表面处理室被构造为对第一材料膜至第三材料膜中的每个执行表面处理工艺并去除反应副产物。热处理室被构造为对基底执行热处理工艺并且由此使第一材料膜至第三材料膜转换为单一化合物薄膜。
一种原子层沉积设备包括：工艺室，被构造为以预定顺序向基底供应第一源气体至第三源气体，并且由此以预定顺序诱导第一材料膜至第三材料膜在基底上的吸附。表面处理室被构造为对第一材料膜至第三材料膜中的每个执行表面处理工艺并去除反应副产物；热处理室被构造为对基底执行热处理工艺并且由此使第一材料膜至第三材料膜转换为单一化合物薄膜。
一种原子层沉积设备包括：多个单元模块，所述多个单元模块中的每个包括工艺室和表面处理室。热处理室被构造为接收来自所述多个单元模块的多个基底。所述多个单元模块中的每个的工艺室被构造为以预定顺序向所述多个基底中的每个供应第一源气体至第三源气体，并且由此以预定顺序诱导第一材料膜至第三材料膜在所述多个基底中的每个上的吸附。所述多个单元模块中的每个的表面处理室被构造为对第一材料膜至第三材料膜中的每个执行表面处理工艺并且去除反应副产物。热处理室对在其上以预定顺序吸附有第一材料膜至第三材料膜的所述多个基底执行热处理工艺，并且由此使第一材料膜至第三材料膜转换为单一化合物薄膜。
一种原子层沉积设备包括具有沉积区域、表面处理区域和热处理区域的室。旋转单元设置在所述室中。旋转单元被构造为使在其中安装有基底的安装区域旋转。第一供应管线设置在沉积区域中。第一供应管线被构造为供应第一源气体以诱导第一材料膜在基底上的吸附。第二供应管线设置在沉积区域中。第二供应管线被构造为供应第二源气体以诱导第二材料膜在基底上的吸附。表面处理区域沿旋转单元的旋转方向设置在第一供应管线和第二供应管线之间，第二材料膜不同于第一材料膜。第三供应管线设置在沉积区域中。第三供应管线被构造为供应第三源气体以诱导第三材料膜在基底上的吸附。表面处理区域沿旋转单元的旋转方向设置在第二供应管线和第三供应管线之间。第三材料膜不同于第一材料膜和第二材料膜中的每个。第一光源照射单元设置在表面处理区域中。第一光源照射单元被构造为照射基底以对第一材料膜至第三材料膜中的每个执行用于去除反应副产物的表面处理工艺。第二光源照射单元和热源供应单元均设置在热处理区域中。第二光源照射单元和热源供应单元分别被构造为照射基底和加热基底，并且对在其上以预定顺序吸附有第一材料膜至第三材料膜的基底执行热处理工艺。
一种形成薄膜的方法包括：将第一源气体供应到第一工艺室中的基底，并且由此诱导第一材料膜在基底上的吸附。第二源气体被供应到第二工艺室中的基底，并且由此诱导第二材料膜在第一材料膜上的吸附。第二源气体不同于第一源气体。第一源气体被供应到第一工艺室中的基底，并且由此诱导第一材料膜在第二材料膜上的吸附。第三源气体被供应到第三工艺室中的基底，并且由此诱导第三材料膜在第一材料膜上的吸附。第三源气体不同于第一源气体和第二源气体中的每者。在执行诱导第一材料膜至第三材料膜中的每个的吸附之后，在表面处理室中对第一材料膜至第三材料膜的最上部执行表面处理工艺，并且去除反应副产物。在热处理室中对在其上以预定顺序吸附有第一材料膜至第三材料膜的基底执行热处理工艺，由此使第一材料膜至第三材料膜转换为单一化合物薄膜。
附图说明
通过以下结合附图的详细描述，将更清楚地明白发明构思及其许多附带方面的更完整的理解，在附图中：
图1是示出了根据本公开的示例性实施例的原子层沉积(ALD)设备的示意图；
图2是示出了根据本公开的示例性实施例的操作ALD设备的工艺的波形图；
图3是示出了根据本公开的示例性实施例的包括在ALD设备中的工艺室的剖视图；
图4是示出了根据本公开的示例性实施例的包括在ALD设备中的表面处理室的剖视图；
图5是示出了根据本公开的示例性实施例的包括在ALD设备中的热处理室的剖视图；
图6是根据本公开的示例性实施例的包括在ALD设备中的传送室的局部透视图；
图7A至图7G是示出了根据本公开的示例性实施例的使用ALD设备形成薄膜的工艺的剖视图；
图8是示出了根据本公开的示例性实施例的ALD设备的示意图；
图9是示出了根据本公开的示例性实施例的操作ALD设备的工艺的波形图；
图10是示出了根据本公开的示例性实施例的包括在ALD设备中的工艺室的剖视图；
图11是根据本公开的示例性实施例的ALD设备的示意图；
图12是示出了根据本公开的示例性实施例的操作ALD设备的工艺的波形图；
图13是示出了根据本公开的示例性实施例的包括在ALD设备中的热处理室的局部透视图；
图14和图15是示出了根据本公开的示例性实施例的ALD设备的示意图；
图16是示出了根据本公开的示例性实施例的使用ALD设备形成薄膜的方法的流程图；
图17是示出了根据本公开的示例性实施例的使用ALD设备形成薄膜的方法的流程图；
图18是示出了根据本公开的示例性实施例的使用ALD设备形成薄膜的方法的流程图；以及
图19A至图19D是示出了根据本公开的示例性实施例的使用形成薄膜的方法制造半导体器件的方法的剖视图。
具体实施方式
在参照附图描述本发明构思的示例性实施例时，为了清楚起见，采用了特定术语。然而，本公开不意图受到如此选择的特定术语的限制，并且将理解的是每个特定元件包括以相似方式操作的所有技术等同物。
图1是示出了根据本公开的示例性实施例的原子层沉积(ALD)设备10的示意图。图2是示出了根据本公开的示例性实施例的操作ALD设备10的工艺的波形图。图3至图6分别是示出了包括在图1的ALD设备10中的各个室的剖视图和局部透视图。
参照图1至图6，ALD设备10可以包括：装载锁定室LC，包括被构造为装载基底(例如，晶片)WF的装载室IN和被构造为卸载基底WF的卸载室OUT；清洁室CC，被构造为清理基底WF表面；第一工艺室至第三工艺室PC1、PC2和PC3，被构造为诱导基底WF上的材料膜的吸附；表面处理室STC，被构造为对吸附的材料膜执行表面处理工艺；热处理室HTC，被构造为按预定顺序对吸附的材料膜执行热处理工艺；以及传送室TC，被构造为在各种室的每个之间传送基底WF。
图1中示出的装载锁定室LC可以包括被构造为将基底WF装载到ALD设备10中的装载室IN和被构造为将基底WF卸载到ALD设备10外部的卸载室OUT。基底WF可以在被执行ALD工艺之前暂时保留在装载室IN中。此外，基底WF可以在被执行ALD工艺之后暂时保留在卸载室OUT中。
在对基底WF执行ALD工艺之前，图1中示出的清洁室CC可以执行用于吸附可能在基底WF的表面上的任何反应物的初始操作。例如，图1中示出的清洁室CC可以使基底WF的表面暴露于离子束并且由此清理基底WF的表面。例如，清洁室CC中的离子束单元可以照射被装载到清洁室CC中的基底WF的表面，并且可以由此去除附着到基底WF的表面的异物。
图1中示出的第一工艺室PC1至第三工艺室PC3可以向基底WF供应不同的源气体(例如，第一源气体GAS1至第三源气体GAS3)，并且诱导例如第一材料膜至第三材料膜(参照图7A至图7E中的M1至M3)的不同材料膜的吸附。第一工艺室PC1可以使用第一源气体GAS1形成第一材料膜(参照图7A中的M1)，第二工艺室PC2可以使用第二源气体GAS2形成第二材料膜(参照图7C中的M2)，第三工艺室PC3可以使用第三源气体GAS3形成第三材料膜(参照图7E中的M3)。第一工艺室PC1至第三工艺室PC3的数量可以仅是示例性的，本发明不限于此。
由于第一工艺室PC1至第三工艺室PC3具有基本相同的结构，所以为了简洁将描述第一工艺室PC1作为示例。
如图3中所示，第一工艺室PC1可以是单晶片式，并且可以包括被构造为形成室内部区域101的壳体110。壳体110可以利用单个铝块构造而成。壳体110可以包括导管，并且用于控制壳体110的温度的流体可以流过导管。此外，第一工艺室PC1可以包括被构造为将室内部区域101连接到真空泵114的排气口112。
基底支撑单元120可以位于室内部区域101的中心附近。基底支撑单元120可以在诱导第一材料膜(参照图7A中的M1)的吸附的工艺期间固定并支撑基底WF。在本公开的一些示例性实施例中，基底支撑单元120可以包括铝、陶瓷或者铝和陶瓷的组合，并且可以包括真空单元和加热器122。
通过使用真空单元对基底WF和基底支撑单元120之间的区域进行抽真空，基底WF可以被固定到基底支撑单元120。加热器122可以将位于基底支撑单元120上的基底WF加热到预定温度。
混合块130可以位于壳体110的上部附近。混合块130可以连接到气体供应源140。在本公开的一些示例性实施例中，从气体供应源140供应的单独的气体可以在混合块130中组合。单独的气体可以在混合块130中混合成单个均质气体流体，并且单个均质气体流体可以通过喷头132被供应到室内部区域101。
被构造为将源气体(例如，第一源气体GAS1)从气体供应源140供应到室内部区域101的气体管线可以包括被构造为切换气体的流动的阀。此外，气体供应源140可以由气体控制器控制。例如，气体控制器可以控制气体供应源140并且可以调节供应到室内部区域101的气体的类型、供应起点、供应终点以及流速。
如图4中所示，表面处理室STC可以是单晶片式，并且可以包括被构造为在其中形成室内部区域201的壳体210。表面处理室STC可以包括被构造为将室内部区域201连接到真空泵214的排气口212。另外，如图1中所示，表面处理室STC可以邻近于第一工艺室PC1至第三工艺室PC3中的每个来定位，并且可以与第一工艺室PC1至第三工艺室PC3中的每个间隔开基本相同的距离。
基底支撑单元220可以位于室内部区域201的纵向中心附近。基底支撑单元220可以在表面处理工艺期间固定并支撑基底WF。
光源照射单元240可以位于壳体210上方。光源照射单元240可以透过上板230照射基底WF的上表面，上板230可以包括透明材料并且可以形成壳体210的上部。包括在上板230中的透明材料可以是例如石英、玻璃或塑料。光源照射单元240可以产生例如红外(IR)光、紫外(UV)光或任何频率/颜色的激光。
此外，光源照射单元240可以由光源控制器控制。例如，光源控制器可以控制光源照射单元240并且可以调节供应到室内部区域201的光源的类型、供应起点、供应终点和强度。
如图5中所示，热处理室HTC可以是单晶片式，并且可以包括被构造为在其中形成室内部区域301的壳体310。壳体310可以包括导管，并且用于控制壳体310的温度的流体可以流过导管。
基底支撑单元320可以位于室内部区域301的纵向中心附近。基底支撑单元320可以在热处理工艺期间固定并支撑基底WF。在本公开的一些示例性实施例中，基底支撑单元320可以包括真空单元和加热器322。
通过使用真空单元对基底WF和基底支撑单元320之间的空间进行抽真空，基底WF可以被固定到基底支撑单元320上。加热器322可以将位于基底支撑单元320上的基底WF加热到预定温度。
在热处理室HTC中的基底WF的温度可以高于第一工艺室PC1至第三工艺室PC3中的基底WF的温度。
光源照射单元340可以位于壳体310上方。光源照射单元340可以透过上板330照射基底WF的上表面，上板330可以包括透明材料并且可以形成壳体310的上部。光源照射单元340可以产生例如IR光、UV光或任何频率/颜色的激光。
此外，光源照射单元340可以由光源控制器控制。例如，光源控制器可以控制光源照射单元340，并且可以调节供应到室内部区域301的光源的类型、供应起点、供应终点和强度。
热处理室HTC的光源照射单元340的功率密度可以高于表面处理室STC的光源照射单元240的功率密度。
如图6中所示，传送室TC可以包括壳体410、旋转支撑单元420、链430和驱动器440。传送室TC可以具有轨道型、轨条型或机械臂型的结构。
壳体410可以限定基底WF(或基底WF安装在其上的托盘)可以在真空状态下在其中移动的空间。壳体410的一部分可以包括连接到每个室的狭缝412。
旋转支撑单元420可以旋转地支撑基底WF的下表面的两端并且传送基底WF。旋转支撑单元420可以安装在壳体410的侧表面上，并且可以在同一中心线中彼此面对。旋转支撑单元420可以在传送基底WF所沿的方向以规则的间隔布置。
链430可以连接到分别结合到旋转支撑单元420的链轮，使得多个旋转支撑单元420可以彼此可旋转地互锁。被构造为向链430施加压力并且由此提供张力的张力辊可以设置在链轮之间。
驱动器440可以被构造为接收驱动电机的旋转动力，通过连接构件将旋转动力传送到旋转支撑单元420，并且使用齿轮将驱动电机的旋转动力分配到两侧。例如，在驱动电机的旋转动力被驱动器440分配到两侧之后，多个旋转支撑单元420可以以相同的方向旋转以传送基底WF。
如图2中所示，可以针对每个室相对于时间示出在根据本发明的示例性实施例的ALD设备10中形成薄膜的工艺的进程。基底WF被装载到室中并且经历工艺的情况用突起(方波)示出，而在室中不执行工艺的情况用直线示出。
可以将第一源气体GAS1供应到第一工艺室PC1中的具有清洁表面的基底WF，以诱导第一材料膜(参照图7A中的M1)的吸附。此后，可以在表面处理室STC中执行用于去除残留在第一材料膜(参照图7A中的M1)的表面上的反应副产物的表面处理工艺。
随后，可以将第二源气体GAS2供应到第二工艺室PC2中的第一材料膜(参照图7C中的M1)，以诱导第二材料膜(参照图7C中的M2)的吸附。此后，可以在表面处理室STC中执行用于去除残留在第二材料膜(参照图7C中的M2)的表面上的反应副产物的表面处理工艺。
可以再次将第一源气体GAS1供应到第一工艺室PC1中的第二材料膜(参照图7E中的M2)，以诱导第一材料膜(参照图7E中的M1)的吸附。此后，可以在表面处理室STC中执行用于去除残留在第一材料膜(参照图7E中的M1)的表面上的反应副产物的表面处理工艺。
随后，可以将第三源气体GAS3供应到第三工艺室PC3中的第一材料膜(参照图7E中的M1)，以诱导第三材料膜(参照图7E中的M3)的吸附。此后，可以在表面处理室STC中执行用于去除残留在第三材料膜(参照图7E中的M3)的表面上的反应副产物的表面处理工艺。
可以重复诱导第一材料膜至第三材料膜(参照图7A至图7E中的M1至M3)的吸附的工艺，直到第一材料膜至第三材料膜(参照图7A至图7E中的M1至M3)可以形成为期望的厚度为止。
当第一材料膜至第三材料膜已经形成为期望的厚度时，可以在热处理室HTC中对在其上以预定顺序吸附有第一材料膜至第三材料膜(参照图7A至图7E中的M1至M3)的基底WF执行热处理工艺，使得第一材料膜至第三材料膜(参照图7A至图7E中的M1至M3)可以形成为单一化合物薄膜(参照图7G中的MX)。单一化合物薄膜(参照图7G中的MX)可以包括三元组分，但是发明构思不限于此。
在第一工艺室PC1至第三工艺室PC3、表面处理室STC和热处理室HTC中分别执行的工艺可以各自在真空状态下执行。此外，基底WF在各工艺之间的传送可以在真空状态下执行。例如，在基底WF上形成单一化合物薄膜(参照图7G中的MX)的工艺可以完全在真空状态下执行。
近年来，半导体器件的集成度已经增加。因此，会需要减小薄膜的厚度，并且会需要更精细地形成图案。此外，多个单元可以高度地集成在单芯片上。
例如，当在半导体基底的表面上形成阶梯时，会有必要确保可以共形地覆盖半导体基底的表面的薄膜的阶梯覆盖特性和均匀性。为了满足这些需求，正采用用于形成具有原子级(例如，测量1至100个原子厚的厚度)的精细厚度的薄膜的ALD工艺。
ALD工艺可以是由于在半导体基底的表面上的反应物的饱和表面反应而使用化学吸附工艺和解吸工艺形成原子薄膜的方法。ALD工艺可以是能够将薄膜的厚度控制在原子级(例如，大约1至100个原子厚的量级)的薄膜形成工艺。ALD工艺可以在ALD设备中执行。
在与根据发明构思的ALD设备不同的典型ALD设备中，至少两种源气体可以被交替地被引入并且在半导体基底的表面上反应以形成预定薄膜。例如，在典型的ALD设备中，当一种源气体正在被化学吸附在半导体基底的表面上时，另一种源气体可以被随后提供到半导体基底的表面。因此，可以在半导体基底的表面上引起至少两种源气体的化学反应，使得可以在半导体基底的表面上形成薄膜。可以重复上述工艺，直到薄膜形成为期望的厚度为止。
然而，使用典型ALD设备形成的薄膜会具有以下缺点。在通过两种(或更多种)源气体的化学反应形成薄膜的工艺期间，可以在薄膜中混合并产生多晶结构和/或非晶结构，使得薄膜可能包括不期望组分的相。此外，不期望的反应副产物可以产生在所形成的薄膜内部和/或者在其表面上，由此使薄膜的质量劣化。此外，由于在形成薄膜的工艺期间半导体基底被持续地加热，所以半导体器件的热预算(例如，传送到半导体器件的热能的总水平)会受到影响。
因此，根据本公开的示例性实施例的ALD设备10可以使用表面处理工艺有效地阻挡不期望的反应副产物(否则该不期望的反应副产物会被捕获在薄膜中)，并且可以在最后阶段对以预定顺序吸附的薄膜同时执行热处理工艺。因此，可以防止不期望组分的相的形成，并且可以管理热预算，因此提高了使用于半导体器件的薄膜的质量。
根据本公开的示例性实施例，ALD设备10可以形成具有优异质量的薄膜，从而提高了半导体器件的可靠性和生产率。
图7A至图7G是根据本公开的示例性实施例的使用ALD设备10形成薄膜的工艺的剖视图。
参照图7A，在第一工艺室PC1中，可以喷射用于在基底WF上形成第一材料膜M1的第一源气体GAS1达预定时间，然后可以喷射净化气体。
可以在基底WF上形成包括多个单元颗粒的第一材料膜M1。多个单元颗粒之中的与基底WF直接接触的单元颗粒可以化学键合到基底WF。多个单元颗粒之中的不与基底WF直接接触而是与其它单元颗粒接触的单元颗粒可以彼此物理键合。单元颗粒之间的键可以比基底WF和单元颗粒之间的键弱。换言之，基底WF和单元颗粒之间的键可以比单元颗粒之间的键强。
在本公开的一些示例性实施例中，第一源气体GAS1可以包括反应前体。反应前体可以包括例如具有键合到作为中心原子的硅(Si)原子的配体R1的硅前体。硅前体可以是例如四乙基甲基氨基硅(TEMAS)、四二甲基氨基硅(TDMAS)或四二乙基氨基硅(TDEAZ)。在本公开的一些示例性实施例中，第一源气体GAS1可以与载气一起被引入到第一工艺室PC1中。例如，载气可以包括惰性气体，诸如氩(Ar)、氦(He)、氪(Kr)和氙(Xe)。
在本公开的一些示例性实施例中，第一工艺室PC1的内部温度可以保持在大约200℃至大约300℃的范围内。当反应前体包括硅前体时，反应前体可以保持在比当反应前体包括其它前体时高的温度范围内。
可以将第一源气体GAS1供应到第一工艺室PC1中，使得可以在该温度范围内诱导反应前体和基底WF之间的吸附。因此，第一材料膜M1可以以原子级(例如，具有1至100个原子的量级的厚度)形成在基底WF的表面上。在本公开的一些示例性实施例中，当使用硅前体作为反应前体时，第一材料膜M1可以基本上被实施为硅原子层。在其它实施例中，当使用金属前体作为反应前体时，第一材料膜M1可以基本上被实施为金属原子层。同时，键合到硅原子的配体R1可以被热解并且可以与硅原子分离。第一源气体GAS1可以包括官能团R2，官能团R2可以键合到配体R1而产生副产物R3。
可以通过将净化气体引入到第一工艺室PC1中来执行净化工艺。由于净化工艺，使得可以去除未吸附在基底WF上的反应前体。此外，配体R1、官能团R2和副产物R3可以一起被去除。净化气体可以包括例如氮气(N2)。
然而，没有因净化气体被去除的配体R1和官能团R2可以仍然以反应副产物的形式保留在第一材料膜M1的表面上。该反应副产物可以在随后的工艺中保持未被去除，因而劣化了薄膜的质量。
参照图7B，可以借助于使用光源OS的表面处理工艺来处理第一材料膜M1的表面。
表面处理工艺可以完全地去除使用净化工艺可能未被去除而是附着到第一材料膜M1的表面的反应副产物。例如，表面处理工艺可以使用IR光、UV光或任何频率/颜色的激光作为光源OS向第一材料膜M1的表面提供预定的能量，并且打破第一材料膜M1与反应副产物之间的键能，从而去除该反应副产物。
由于表面处理工艺，使得第一材料膜M1可以包括仅由中心原子组成的原子薄膜。未键合到其它元素的悬挂键可以暴露在第一材料膜M1的表面上。因此，表面处理工艺可以在真空状态下执行，并且对其完全地执行了表面处理工艺的基底WF的传送也可以在真空状态下执行。
参照图7C，在第二工艺室PC2中，可以喷射用于在第一材料膜M1上形成第二材料膜M2的第二源气体GAS2达预定时间，然后可以喷射净化气体。
可以在第一材料膜M1上形成可以由多个单元颗粒组成的第二材料膜M2。在本公开的一些示例性实施例中，第二源气体GAS2可以包括反应前体。反应前体可以具有键合到中心原子的配体R1。在本公开的一些示例性实施例中，第二源气体GAS2可以与载气一起被引入到第二工艺室PC2中。
在本公开的一些示例性实施例中，第二工艺室PC2的内部温度可以保持在大约200℃至大约300℃的范围内。可以将第二源气体GAS2供应到第二工艺室PC2中，使得可以在该温度范围内诱导反应前体和第一材料膜M1之间的吸附。因此，第二材料膜M2可以以原子级(例如，以1至100个原子厚的量级)形成在第一材料膜M1的表面上。
第二源气体GAS2可以包括官能团R2，官能团R2可以键合到配体R1上而产生副产物R3。
可以通过将净化气体引入到第二工艺室PC2中来执行净化工艺。由于净化工艺，使得可以去除未吸附在第一材料膜M1上的反应前体。此外，配体R1、官能团R2和副产物R3可以一起被去除。然而，没有因净化工艺被去除的配体R1和官能团R2可以仍然以反应副产物的形式保留在第二材料膜M2的表面上。
参照图7D，可以借助于使用光源OS的表面处理工艺来处理第二材料膜M2的表面。
表面处理工艺可以完全地去除使用净化工艺可能未被去除而是附着到第二材料膜M2的表面的反应副产物。
参照图7E，可以在第二材料膜M2上再次形成第一材料膜M1。此后，在第三工艺室PC3中，可以喷射用于在第一材料膜M1上形成第三材料膜M3的第三源气体GAS3达预定时间，然后可以喷射净化气体。
可以在第一材料膜M1上形成包括多个单元颗粒的第三材料膜M3。在本公开的一些示例性实施例中，第三源气体GAS3可以包括反应前体。反应前体可以具有键合到中心原子的配体R1。在本公开的一些示例性实施例中，第三源气体GAS3可以与载气一起被引入第三工艺室PC3中。
在本公开的一些示例性实施例中，第三工艺室PC3的内部温度可以保持在大约200℃至大约300℃的范围内。可以将第三源气体GAS3供应到第三处理器室PC3中，使得可以在该温度范围内诱导反应前体在第一材料膜M1上的吸附。因此，第三材料膜M3可以以原子级形成在第一材料膜M1的表面上。
第三源气体GAS3可以包括官能团R2，官能团R2可以键合到配体R1而产生副产物R3。
可以通过将净化气体引入到第三工艺室PC3中来执行净化工艺。由于净化工艺，使得可以去除未吸附在第一材料膜M1上的反应前体。此外，配体R1、官能团R2和副产物R3可以一起被去除。然而，没有因净化工艺被去除的配体R1和官能团R2可以仍然以反应副产物的形式保留在第三材料膜M3的表面上。
参照图7F，可以借助于使用光源OS的表面处理工艺来处理第三材料膜M3的表面。
表面处理工艺可以完全地去除使用净化工艺可能未被去除而是附着到第三材料膜M3的表面的反应副产物。
参照图7G，可以对在其上以预定顺序吸附第一材料膜至第三材料膜(参照图7F中的M1至M3)的基底WF执行热处理工艺，以形成单一化合物薄膜MX。
热处理工艺可以造成在第一材料膜至第三材料膜(参照图7F中的M1至M3)中未转换的原子间键转换成化学键，由此形成单一化合物薄膜MX。单一化合物薄膜MX可以包括三元组分，但发明构思不限于此。
热处理工艺可以同时使用光源OS和热源HS。热处理工艺可以在可以不同于工艺室和表面处理室的热处理室中执行。在本公开的一些示例性实施例中，热处理工艺可以在大约350℃至大约550℃的温度下执行。热处理工艺之间的时间间隔可以根据单一化合物薄膜MX的厚度而变化。
在本公开的一些示例性实施例中，在热处理工艺之后，单一化合物薄膜MX可以被实施为氧氮化硅膜。单一化合物薄膜MX可以具有呈柱状结构(CS)的晶体结构。例如，通过在最后阶段对以预定顺序吸附的第一材料膜至第三材料膜(参照图7F中的M1至M3)同时执行热处理工艺，可以防止不期望组分的相的形成。此外，由于与典型ALD设备相比，热处理工艺在相对低的温度下执行，因此可以减少与在高的温度下执行的热处理工艺相关的问题。
图8是根据本公开的示例性实施例的ALD设备20的示意图。图9是示出了操作ALD设备20的工艺的波形图。图10是包括在ALD设备20中的工艺室的剖视图。
下面描述的ALD设备20的各个组件以及这些组件的功能可以与上面参照图1至图6描述的ALD设备10的各个组件及这些组件的功能基本相同或相似。因此，为了简洁起见，将主要描述ALD设备20和ALD设备10之间的差异。要假设的是，在省略了对功能和组件的详细描述的程度上，这些功能和组件可以至少相似于已经描述的相应功能和组件。
参照图8至图10，ALD设备20可以包括：装载锁定室LC，包括被构造为装载基底WF的装载室IN和被构造为卸载基底WF的卸载室OUT；清洁室CC，被构造为清理基底WF的表面；工艺室PC，被构造为在基底WF上诱导材料膜的吸附；表面处理室STC，被构造为对吸附的材料膜执行表面处理工艺；热处理室HTC，被构造为对以预定顺序吸附的材料膜执行热处理工艺；以及传送室TC，被构造为将基底WF传送到每个室。
由于图8中示出的装载锁定室LC、清洁室CC、表面处理室STC、热处理室HTC和传送室TC与ALD设备(参照图1至图6中的10)的装载锁定室LC、清洁室CC、表面处理室STC、热处理室HTC和传送室TC基本相同或相似，所以将省略其详细描述。要假设的是，在省略了对这些元件的详细描述的程度上，这些元件可以至少相似于已经描述的对应元件。
如图10中所示，工艺室PC可以将不同的源气体(例如，第一源气体GAS1至第三源气体GAS3)供应到基底WF，并且诱导例如第一材料膜至第三材料膜(参照图7A至图7E中的M1至M3)的不同材料膜的吸附。
工艺室PC可以是单晶片式，并且可以包括被构造为形成室内部区域501的壳体510。壳体510可以包括导管，并且用于控制壳体510的温度的流体可以流过导管。此外，工艺室PC可以包括被构造为将室内部区域501连接到真空泵514的排气口512。
基底支撑单元520可以设置在室内部区域501的中心附近。在本公开的一些示例性实施例中，基底支撑单元520可以包括真空单元和加热器522。
混合块530可以位于壳体510的上部附近。混合块530可以连接到第一气体供应源541至第三气体供应源543。在本公开的一些示例性实施例中，可以在混合块530中组合从第一气体供应源541至第三气体供应源543供应的单独的气体。单独的气体可以在混合块530中混合成单个均质气体流体，并且单个均质气体流体可以通过喷头532被供应到室内部区域501。
被构造为将第一源气体GAS1从第一气体供应源541供应到室内部区域501的气体管线可以包括被构造为切换气体的流动的第一阀。被构造为将第二源气体GAS2从第二气体供应源542供应到室内部区域501的气体管线可以包括第二阀。被构造为将第三源气体GAS3从第三气体供应源543供应到室内部区域501的气体管线可以包括第三阀。
此外，第一气体供应源541至第三气体供应源543中的每个可以由气体控制器控制。例如，气体控制器可以控制第一气体供应源541至第三气体供应源543，并且可以调节供应到室内部区域501的气体的类型、供应起点、供应终点和流速。
如图9中所示，可以针对每个室相对于时间示出在根据实施例的ALD设备20中形成薄膜的工艺的进程。
可以将第一源气体GAS1从第一气体供应源541供应到工艺室PC中的具有清洁表面的基底WF，以诱导第一材料膜(参照图7A中的M1)的吸附。此后，可以在表面处理室STC中执行用于去除剩余反应副产物的表面处理工艺。
随后，可以将第二源气体GAS2从第二气体供应源542供应到工艺室PC中的第一材料膜(参照图7C中的M1)，以诱导第二材料膜(参照图7C中的M2)的吸附。此后，可以在表面处理室STC中执行用于去除剩余反应副产物的表面处理工艺。
可以再次将第一源气体GAS1从第一气体供应源541供应到工艺室PC中的第二材料膜(参照图7E中的M2)，以诱导第一材料膜(参照图7E中的M1)的吸附。此后，可以在表面处理室STC中执行用于去除剩余反应副产物的表面处理工艺。
随后，可以将第三源气体GAS3从第三气体供应源543供应到工艺室PC中的第一材料膜(参照图7E中的M1)，以诱导第三材料膜(参照图7E中的M3)的吸附。此后，可以在表面处理室STC中执行用于去除剩余反应副产物的表面处理工艺。
可以重复诱导第一材料膜至第三材料膜(参照图7A至图7E中的M1至M3)的吸附的工艺，直到第一材料膜至第三材料膜(参照图7A至图7E中的M1至M3)可以以预定顺序形成为具有期望的厚度为止。
当第一材料膜至第三材料膜已经以预定顺序形成为具有期望的厚度时，可以在热处理室HTC中对在其上以预定顺序吸附有第一材料膜至第三材料膜(参照图7A至图7E中的M1至M3)的基底WF执行热处理工艺，使得第一材料膜至第三材料膜(参照图7A至图7E中的M1至M3)可以形成为单一化合物薄膜(参照图7G中的MX)。
图11是根据本公开的示例性实施例的ALD设备30的示意图。图12是示出了操作ALD设备30的工艺的波形图。图13是包括在ALD设备30中的热处理室的局部透视图。
下面描述的ALD设备30的各个组件和这些组件的功能可以与上面参照图1至图6描述的ALD设备10的各个组件和这些组件的功能以及上面参照图8至图10描述的ALD设备20的各个组件和这些组件的功能基本相同或相似。因此，为了简洁起见，将主要描述ALD设备30与ALD设备10和ALD设备20之间的差异。要假定的是，在省略了对这些元件的详细描述的程度上，这些元件可以至少相似于已经描述的对应元件。
参照图11至图13，ALD设备30可以包括：装载锁定室LC，包括被构造为装载基底WF的装载室IN和被构造为卸载基底WF的卸载室OUT；清洁室CC，被构造为清理基底WF的表面；第一单元模块UM1至第五单元模块UM5，其中的每个包括工艺室PC和表面处理室STC；热处理室HTC-B，被构造为对以预定顺序吸附的材料膜执行热处理工艺；以及传送室TC，被构造为将基底WF转传送到每个室。
由于图11中示出的装载锁定室LC、清洁室CC和传送室TC与ALD设备(参照图1至图6中的10)的装载锁定室LC、清洁室CC和传送室TC基本相同或相似，所以将省略其详细描述。要假设的是，在省略了对这些元件的详细描述的程度上，这些元件可以至少相似于已经描述的对应元件。
第一单元模块UM1至第五单元模块UM5中的每个可以包括工艺室PC和表面处理室STC。由于工艺室PC和表面处理室STC与ALD设备(参照图8至图10中的20)的工艺室PC和表面处理室STC基本相同或相似，所以将省略其详细描述。要假设的是，在省略对这些元件的详细描述的程度上，这些元件可以至少相似于已经描述的对应元件。
第一单元模块UM1至第五单元模块UM5可以以圆形形式布置在热处理室HTC-B周围。第一单元模块UM1至第五单元模块UM5中的每个可以是单晶片式，并且热处理室HTC-B可以是分批式(或间歇式)。
例如，第一材料膜至第三材料膜(参照图7A至图7E中的M1至M3)可以以预定顺序被吸附在第一单元模块UM1至第五单元模块UM5中的每个中的单个基底WF上，并且由第一单元模块UM1至第五单元模块UM5提供的多个基底WF可以被传送到热处理室HTC-B，从而热处理工艺可以分批式地执行。
在本公开的一些示例性实施例中，基底WF中的每个可以仅在包括在一个单元模块(第一单元模块UM1至第五单元模块UM5中的任一个)中的工艺室PC和表面处理室STC中经历工艺。在其它实施例中，基底WF中的每个可以在第一单元模块UM1至第五单元模块UM5中的每个的工艺室PC和表面处理室STC二者中顺时针或者逆时针移动的同时经历工艺。
第一单元模块UM1至第五单元模块UM5的数量可以是示例性的，本发明不限于此。
如图13中所示，热处理室HTC-B可以是分批式。例如，热处理室HTC-B可以对由第一单元模块UM1至第五单元模块UM5提供的多个基底WF同时执行一次性热处理工艺。
在热处理室HTC-B中，加热器单元630可以位于多个基底WF之间，所述多个基底WF可以竖直地堆叠并且由壳体610中的分流器620支撑。
壳体610可以提供与外部隔离的气密性空间。热处理室HTC-B可以形成为使得被构造为提供基底WF的第一单元模块UM1至第五单元模块UM5可以在热处理室HTC-B周围连接为群集型。分别由第一单元模块UM1至第五单元模块UM5提供的多个基底WF可以通过传送室TC被安装在分流器620上。多个基底WF可以穿过狭缝612被引入到壳体610中，狭缝612可以在壳体610和传送室TC之间打开和闭合。
热处理室HTC-B可以包括加热器单元630，加热器单元630是被构造为将壳体610的内部加热到大约100℃至大约600℃的温度的加热设备。此外，热处理室HTC-B可以包括冷却单元，该冷却单元被构造为当壳体610的内部超过期望温度时冷却壳体610的内部。
分流器620可以在壳体610的中心部分中以规则的间隔支撑多个基底WF。分流器620可以布置成具有预定间隔的多层堆叠结构，同时在平坦的板上水平地支撑多个基底WF。分流器620可以单独地支撑多个基底WF。
多个加热器控制器640可以布置成对应于正方形的角，所述角布置成在多个基底WF周围彼此隔开相同的距离。多个加热器控制器640可以控制加热器单元630向多个基底WF提供基本相同的热源。
如图12中所示，可以针对包括在第一单元模块UM1至第五单元模块UM5中的每个室相对于时间示出在根据本公开的示例性实施例的ALD设备30中形成薄膜的工艺的进程。由于在第三单元模块UM3至第五单元模块UM5中形成薄膜的工艺的进程与在第一单元模块UM1和第二单元模块UM2中形成薄膜的工艺的进程基本相同，因此省略了对其的图示。
可以将第一源气体GAS1从第一气体供应源供应到第一单元模块UM1至第五单元模块UM5中的每个的工艺室PC中的具有清洁表面的基底WF，因此可以诱导第一材料膜(参照图7A中的M1)的吸附。此后，可以在第一单元模块UM1至第五单元模块UM5中的每个的表面处理室STC中执行表面处理工艺，以去除残留的反应副产物。
随后，可以将第二源气体GAS2从第二气体供应源供应到第一单元模块UM1至第五单元模块UM5中的每个的工艺室PC中的第一材料膜(参照图7C中的M1)，因此可以诱导第二材料膜(参照图7C中的M2)的吸附。此后，可以在第一单元模块UM1至第五单元模块UM5中的每个的表面处理室STC中执行表面处理工艺，以去除残留的反应副产物。
可以再次将第一源气体GAS1从第一气体供应源供应到第一单元模块UM1至第五单元模块UM5中的每个的工艺室PC中的第二材料膜(参照图7E中的M2)，因此可以诱导第一材料膜(参照图7E中的M1)的吸附。此后，可以在第一单元模块UM1至第五单元模块UM5中的每个的表面处理室STC中执行表面处理工艺，以去除残留的反应副产物。
随后，可以将第三源气体GAS3从第三气体供应源供应到第一单元模块UM1至第五单元模块UM5中的每个的工艺室PC中的第一材料膜(参照图7E中的M1)，因此可以诱导第三材料膜(参照图7E中的M3)的吸附。此后，可以在第一单元模块UM1至第五单元模块UM5中的每个的表面处理室STC中执行表面处理工艺，以去除残留的反应副产物。
可以重复诱导第一材料膜至第三材料膜(参照图7A至图7E中的M1至M3)的吸附的工艺，直到第一材料膜至第三材料膜(参照图7A至图7E中的M1至M3)可以以预定顺序形成为具有期望的厚度为止。
当第一材料膜至第三材料膜已经以预定顺序形成为具有期望的厚度时，可以在热处理室HTC-B中，对在其上以预定顺序吸附有第一材料膜至第三材料膜(参照图7A至图7E中的M1至M3)的多个基底WF执行热处理工艺，使得第一材料膜至第三材料膜(参照图7A至图7E中的M1至M3)可以形成为单一化合物薄膜(参照图7G中的MX)。
图14和图15是根据本公开的示例性实施例的ALD设备40和50的示意图。
参照图14，ALD设备40可以包括：壳体710；沉积区域，第一供应管线711至第三供应管线713位于沉积区域中；旋转单元720，被构造为使在其中安装有基底WF的安装区域沿旋转方向RR旋转；装载锁定区域730；第一表面处理区域741至第三表面处理区域743；以及热处理区域750。
壳体710可以提供与外部隔离的气密性空间。壳体710可以包括被构造为向沉积区域供应第一源气体的第一供应管线711、被构造为向沉积区域供应第二源气体的第二供应管线712以及被构造为向沉积区域供应第三源气体的第三供应管线713。
旋转单元720可以包括多个安装区域。基底WF可以安装在多个安装区域中的每个中。安装在旋转单元720上的基底WF的数量可以仅是示例性的，并且本发明不限于此。旋转单元720可以沿作为逆时针方向的旋转方向RR旋转。在其它实施例中，旋转单元720可以沿作为顺时针方向的旋转方向RR旋转。
装载锁定区域730可以包括机械臂732，该机械臂732被构造为将基底WF装载到室中或将基底WF卸载到室外。机械臂732可以操作以将基底WF安装在旋转单元720的安装区域中。
第一表面处理区域741至第三表面处理区域743中的每个可以包括被构造为发射第一光源的第一光源照射单元746。第一光源照射单元746可以从旋转单元720的上方照射基底WF的上表面。
热处理区域750可以包括被构造为供应热源的热源供应单元754和被构造为发射第二光源的第二光源照射单元756。热源供应单元754可以从旋转单元720的下方向基底WF的下表面供应热源。第二光源照射单元756可以从旋转单元720的上方照射基底WF的上表面。
热处理区域750的第二光源照射单元756的功率密度可以高于第一表面处理区域741至第三表面处理区域743中的每个的第一光源照射单元746的功率密度。
现在将描述根据本公开的示例性实施例的ALD设备40的工艺步骤。为了简洁起见，将描述一个基底WF作为示例，但是相同的描述可以应用于其余基底WF。
旋转方向RR和工艺步骤可以被确定为使得第一材料膜至第三材料膜(参照图7A至图7E中的M1至M3)可以以预定顺序被吸附在基底WF上。
旋转单元720可以将第一源气体从位于沉积区域中的第一供应管线711供应到安装在安装区域中的基底WF，并且诱导第一材料膜(参照图7A中的M1)的吸附。此后，旋转单元720可以旋转安装在安装区域中的基底WF，使得基底WF与第一表面处理区域741叠置。因此，可以执行表面处理工艺以去除残留在第一材料膜(参照图7A中的M1)的表面上的反应副产物。
随后，旋转单元720可以旋转安装在安装区域中的基底WF，从位于沉积区域中的第二供应管线712供应第二源气体，并且诱导第二材料膜(参照图7C中的M2)在第一材料膜(参照图7A中的M1)上的吸附。此后，旋转单元720可以旋转安装在安装区域中的基底WF，使得基底WF与第二表面处理区域742叠置。因此，可以执行表面处理工艺以去除残留在第二材料膜(参照图7C中的M2)的表面上的反应副产物。
接下来，旋转单元720可以旋转安装在安装区域中的基底WF，从位于沉积区域中的第三供应管线713供应第三源气体，并且诱导第三材料膜(参照图7E中的M3)在第一材料膜(参照图7E中的M1)上的吸附。然后，旋转单元720可以旋转安装在安装区域中的基底WF，使得基底WF与第三表面处理区域743叠置。可以执行表面处理工艺以去除残留在第三材料膜(参照图7E中的M3)的表面上的反应副产物。
当已经去除反应副产物时，旋转单元720可以旋转安装在安装区域中的基底WF，使得基底WF与热处理区域750叠置。因此，可以对其上以预定顺序吸附有第一材料膜至第三材料膜(参照图7A至图7E中的M1至M3)的基底WF执行热处理工艺，使得第一材料膜至第三材料膜(参照图7A至图7E中的M1至M3)可以形成为单一化合物薄膜(参照图7G中的MX)。
例如，根据本发明构思的示例性实施例，在ALD设备40中，对第一材料膜至第三材料膜(参照图7A至图7E中的M1至M3)的吸附诱导工艺、表面处理工艺和热处理工艺可以各自在一个室中执行。
参照图15，ALD设备50可以包括：壳体710；沉积区域，第一供应管线711和第二供应管线712位于沉积区域中；旋转单元720，被构造为使在其中安装有基底WF的安装区域沿旋转方向RR旋转；装载锁定区域730；第一表面处理区域741和第二表面处理区域742；以及热处理区域750。
除了ALD设备50包括两个沉积区域和两个表面处理区域之外，ALD设备50可以与ALD设备40基本相同，因此将省略其的详细描述。
图16是根据本公开的示例性实施例的使用ALD设备(参照图1至图6中的10)形成薄膜的方法S100的流程图。
要理解的是，这里描述的方法步骤不需要以所叙述的顺序执行，而是可以以任何顺序或者同时执行。
现在将参照图1至图6和图16按先后顺序描述使用ALD设备10在基底WF上形成单一化合物薄膜的方法。
形成薄膜的方法S100可以包括在第一工艺室PC1中将第一源气体GAS1供应到基底WF并诱导第一材料膜的吸附(操作S110)，并且在表面处理室STC中对第一材料膜执行表面处理工艺并去除反应副产物(操作S112)。
此后，形成薄膜的方法S100可以包括在第二工艺室PC2中供应第二源气体GAS2并诱导第二材料膜的吸附(操作S120)，并且在表面处理室STC中对第二材料膜执行表面处理工艺并去除反应副产物(操作S122)。
随后，形成薄膜的方法S100可包括在第三工艺室PC3中供应第三源气体GAS3并诱导第三材料膜的吸附(操作S130)，并且在表面处理室STC中对第三材料膜执行表面处理工艺并去除反应副产物(操作S132)。在操作S130之前，可以重复操作S110和S112，使得可以在第二材料膜上吸附第一材料膜。
接下来，形成薄膜的方法S100可以包括确认第一材料膜至第三材料膜是否已经形成为期望的厚度(操作S140)。
当确定第一材料膜至第三材料膜已经形成为期望的厚度时(是，操作S140)，可以在热处理室HTC中对在其上以预定顺序吸附有第一材料膜至第三材料膜的基底WF执行热处理工艺并且可以使第一材料膜至第三材料膜形成为单一化合物薄膜(操作S150)。
图17是根据本公开的示例性实施例的使用ALD设备(参照图8至图10中的20)形成薄膜的方法S200的流程图。
现在将参照图8至图10和图17描述使用ALD设备20在基底WF上形成单一化合物薄膜的方法。
形成薄膜的方法S200可以包括在工艺室PC中将第一源气体GAS1至第三源气体GAS3中的任一种供应到基底WF并诱导第一材料膜至第三材料膜中的任一者的吸附(操作S210)，并且在表面处理室STC中对第一材料膜至第三材料膜的最上部执行表面处理工艺并去除反应副产物(操作S220)。气体控制器可以控制和供应工艺室PC中的不同源气体(例如，第一源气体GAS1至第三源气体GAS3)，使得可以在第二材料膜上直接吸附第一材料膜，并且可以在第一材料膜上直接吸附第三材料膜。
此后，形成薄膜的方法S200可以包括确认第一材料膜至第三材料膜是否已经形成为期望的厚度(操作S230)。
当确认第一材料膜至第三材料膜已经形成为期望的厚度时(是，操作S230)，可以在热处理室HTC中对在其上以预定顺序吸附有第一材料膜至第三材料膜的基底WF执行热处理工艺并且可以使第一材料膜至第三材料膜形成为单一化合物薄膜(操作S240)。
图18是根据本公开的示例性实施例的使用ALD设备(参照图11至图13中的30)形成薄膜的方法S300的流程图。
现将参照图11至图13和图18按先后顺序来描述使用ALD设备30在基底WF上形成单一化合物薄膜的方法。
形成薄膜的方法S300可以包括在包括在多个单元模块UM1至UM5中的每个工艺室PC中将第一源气体GAS1至第三源气体GAS3中的任一种供应到每个基底WF并诱导第一材料膜至第三材料膜中的任一者的吸附(操作S310)，并且在包括在多个单元模块UM1至UM5中的每个表面处理室STC中对第一材料膜至第三材料膜的最上部执行表面处理工艺并去除反应副产物(操作S320)。气体控制器可以控制和供应工艺室PC中的不同源气体(例如，第一源气体GAS1至第三源气体GAS3)，使得可以在第二材料膜上直接吸附第一材料膜并且可以在第一材料膜上直接吸附第三材料膜。
随后，形成薄膜的方法S300可以包括确认第一材料膜至第三材料膜是否已经形成为期望的厚度(操作S330)。
当已经确认第一材料膜至第三材料膜已经形成为期望的厚度时(是，操作S330)，可以在热处理室HTC-B中对在其上以预定顺序吸附有第一材料膜至第三材料膜的基底WF执行热处理工艺，并可以使第一材料膜至第三材料膜形成为单一化合物薄膜(操作S340)。
图19A至19D是根据本公开的示例性实施例的使用形成薄膜的方法制造半导体器件的方法的剖视图。
参照图19A，可以在基底WF的表面上形成第一初始结构层。可以使用掩模来执行光刻和蚀刻工艺，使得基底WF的顶表面的一部分被暴露。因此，可以形成包括开口OP的第一结构层PS1。
基底WF可以包括半导体基底，诸如硅(Si)基底、锗(Ge)基底、碳化硅(SIC)基底、砷化镓(GaAs)基底和砷化铟(InAs)基底。在本公开的一些示例性实施例中，基底WF可以包括绝缘体上硅(SOI)结构。此外，基底WF可以包括导电区域，例如掺杂阱或掺杂结构。此外，基底WF可以包括各种隔离结构，诸如浅沟槽隔离(STI)结构。
在本公开的一些示例性实施例中，第一结构层PS1可以包括绝缘材料。在其它实施例中，第一结构层PS1可以包括导电材料。用于第一结构层PS1的材料可以根据目的而变化。
开口OP可以具有高的宽高比(例如，宽高比被定义为W1:H1)。单元存储器器件的面积可以随着半导体器件的容量和集成度的增大而被最小化。因此，可以形成具有高的宽高比(W1:H1)的开口OP。
参照图19B，可以在第一结构层PS1的顶表面、第一结构层PS1的侧表面和基底WF的暴露表面上以预定的顺序共形地形成第一材料膜M1至第三材料膜M3。
可以采用根据本公开的示例性实施例的形成薄膜的方法S100、S200和S300，使得第一材料膜M1至第三材料膜M3可以沿着由具有高的宽高比(W1:H1)的开口OP限定的空间以预定的顺序共形地形成为具有基本相同的厚度。
虽然第一材料膜M1至第三材料膜M3形成为大约
Figure BDA0002185608520000231
至大约
Figure BDA0002185608520000232
的厚度，但本发明不限于此。第一材料膜M1至第三材料膜M3的厚度可以根据目的而变化。
参照图19C，可以执行热处理工艺，使得第一材料膜至第三材料膜(参照图19B中的M1至M3)可以形成为单一化合物薄膜MX。
单一化合物薄膜MX可以具有呈CS的晶体结构。例如，通过对以预定顺序吸附的第一材料膜至第三材料膜(参照图19B中的M1至M3)同时执行热处理工艺，可以防止不期望组分的相的形成，从而提高了薄膜的质量。
参照图19D，可以在对其执行了热处理工艺的单一化合物薄膜MX上形成第二结构层PS2，由此完全地填充由开口(参照图19C中的OP)限定的空间。
第二结构层PS2可以包括与第一结构层PS1不同的材料。用于第二结构层PS2的材料可以根据目的而变化。
如上所述，通过使用根据本公开的示例性实施例的形成薄膜的方法S100、S200和S300，可以提高用于半导体器件的薄膜的质量。因此，可以提高半导体器件的可靠性和生产率。
在上面的描述和附图中公开了本发明构思的示例性实施例。本领域普通技术人员将理解的是，在不背离本发明构思的精神和范围的情况下，可以对所公开的实施例进行形式和细节上的各种改变。

Claims (25)

1.一种原子层沉积设备，所述原子层沉积设备包括：
第一工艺室，构造为向基底供应第一源气体并且由此诱导第一材料膜在所述基底上的吸附；
第二工艺室，构造为向所述基底供应第二源气体并且由此诱导第二材料膜在所述基底上的吸附，其中，所述第二源气体不同于所述第一源气体；
第三工艺室，构造为向所述基底供应第三源气体并且由此诱导第三材料膜在所述基底上的吸附，其中，所述第三源气体不同于所述第一源气体和所述第二源气体中的每者；
表面处理室，构造为对所述第一材料膜、所述第二材料膜和所述第三材料膜中的每个执行表面处理工艺并且去除反应副产物；以及
热处理室，构造为对所述基底执行热处理工艺并且由此使所述第一材料膜、所述第二材料膜和所述第三材料膜转换成单一化合物薄膜。
2.根据权利要求1所述的原子层沉积设备，其中，所述表面处理室是单晶片式，
其中，所述表面处理室包括被构造为从上方照射所述基底的上表面的光源照射单元。
3.根据权利要求2所述的原子层沉积设备，其中，所述表面处理室的上部包括透明材料，
其中，使用所述光源照射单元执行用于去除所述反应副产物的表面处理工艺。
4.根据权利要求3所述的原子层沉积设备，其中，所述光源照射单元产生红外光、紫外光或者任何频率/颜色的激光。
5.根据权利要求1所述的原子层沉积设备，其中，所述热处理室是单晶片式，
其中，所述热处理室包括：
光源照射单元，构造为从上方照射所述基底的上表面；以及
基底支撑单元，构造为从下方支撑所述基底并且加热所述基底的下表面，
其中，所述基底在所述热处理室中的温度高于所述基底在所述第一工艺室、所述第二工艺室和所述第三工艺室中的每个中的温度。
6.根据权利要求5所述的原子层沉积设备，其中，所述热处理室的上部包括透明材料，
其中，使用所述光源照射单元和所述基底支撑单元的加热执行用于形成所述单一化合物薄膜的热处理工艺。
7.根据权利要求1所述的原子层沉积设备，其中，所述第一工艺室、所述第二工艺室和所述第三工艺室中的每个执行净化工艺以去除所述第一源气体、所述第二源气体、所述第三源气体和所述反应副产物的在诱导所述第一材料膜、所述第二材料膜和所述第三材料膜的吸附之后未被吸附的部分。
8.根据权利要求1所述的原子层沉积设备，其中，使用轨道或轨条执行所述基底在所述第一工艺室、所述第二工艺室、所述第三工艺室、所述表面处理室和所述热处理室之间的传送，
其中，在真空状态下执行所述基底的传送。
9.根据权利要求8所述的原子层沉积设备，其中，执行所述基底的传送，使得所述第一材料膜直接地位于所述第二材料膜和所述第三材料膜中的每个下方。
10.根据权利要求8所述的原子层沉积设备，其中，所述表面处理室邻近于所述第一工艺室、所述第二工艺室和所述第三工艺室中的每个来定位，并且与所述第一工艺室、所述第二工艺室和所述第三工艺室中的每个间隔基本相同的距离。
11.一种原子层沉积设备，所述原子层沉积设备包括：
工艺室，构造为以预定顺序向基底供应第一源气体、第二源气体和第三源气体并且由此以预定顺序诱导第一材料膜、第二材料膜和第三材料膜在所述基底上的吸附；
表面处理室，构造为对所述第一材料膜、所述第二材料膜和所述第三材料膜中的每个执行表面处理工艺并且去除反应副产物；以及
热处理室，构造为对所述基底执行热处理工艺并且由此使所述第一材料膜、所述第二材料膜和所述第三材料膜转换成单一化合物薄膜。
12.根据权利要求11所述的原子层沉积设备，所述原子层沉积设备还包括：
第一光源照射单元，构造为从所述表面处理室的上方照射所述基底的顶表面；以及
第二光源照射单元，构造为从所述热处理室的上方照射所述基底的所述顶表面，
其中，所述第一光源照射单元的功率密度低于所述第二光源照射单元的功率密度。
13.根据权利要求12所述的原子层沉积设备，其中，所述工艺室被构造为在诱导所述第一材料膜、所述第二材料膜和所述第三材料膜的中的任一个的吸附之后对所述基底执行净化工艺，
其中，所述原子层沉积设备还包括构造为将所述基底传送到所述表面处理室的传送室，
其中，所述表面处理室被构造为使用所述第一光源照射单元执行用于去除反应副产物的表面处理工艺。
14.根据权利要求13所述的原子层沉积设备，其中，所述第一材料膜直接地位于所述第二材料膜和所述第三材料膜下方，并且
其中，执行所述基底的传送使得所述第一材料膜、所述第二材料膜和所述第三材料膜以预定顺序吸附在所述基底上。
15.根据权利要求14所述的原子层沉积设备，其中，所述工艺室、所述表面处理室和所述热处理室中的每个是单晶片式，以及
其中，在真空状态下执行所述基底在所述工艺室、所述表面处理室和所述热处理室之间的传送。
16.一种原子层沉积设备，所述原子层沉积设备包括：
多个单元模块，所述多个单元模块中的每个包括工艺室和表面处理室；以及
热处理室，构造为从所述多个单元模块接收多个基底，
其中，所述多个单元模块中的每个的工艺室被构造为向所述多个基底中的每个以预定顺序供应第一源气体、第二源气体和第三源气体并且由此以预定顺序诱导第一材料膜、第二材料膜和第三材料膜在所述多个基底中的每个上的吸附，
其中，所述多个单元模块中的每个的表面处理室被构造为对所述第一材料膜、所述第二材料膜和所述第三材料膜中的每个执行表面处理工艺并且去除反应副产物，以及
其中，所述热处理室对以预定顺序吸附有所述第一材料膜、所述第二材料膜和所述第三材料膜的所述多个基底执行热处理工艺并且由此使所述第一材料膜、所述第二材料膜和所述第三材料膜转换为单一化合物薄膜。
17.根据权利要求16所述的原子层沉积设备，其中，所述多个单元模块中的每个的表面处理室是单晶片式，
其中，所述表面处理室包括被构造为从上方照射所述基底的顶表面的光源照射单元。
18.根据权利要求17所述的原子层沉积设备，其中，所述多个单元模块中的每个被构造为在所述工艺室中诱导所述第一材料膜、所述第二材料膜和所述第三材料膜中的任一个的吸附之后执行净化工艺，
其中，所述原子层沉积设备还包括被构造为将所述基底传送到所述表面处理室的传送室，
所述表面处理室被构造为使用所述光源照射单元执行用于去除所述反应副产物的表面处理工艺。
19.根据权利要求16所述的原子层沉积设备，其中，所述热处理室是批量式并且包括被构造为向所述多个基底供应热源的加热器单元。
20.根据权利要求16所述的原子层沉积设备，其中，所述多个单元模块以圆形形式布置在所述热处理室的周围。
21.一种原子层沉积设备，所述原子层沉积设备包括：
室，包括沉积区域、表面处理区域和热处理区域；
旋转单元，设置在所述室中，所述旋转单元被构造为使在其中安装有基底的安装区域旋转；
第一供应管线，设置在所述沉积区域中，所述第一供应管线被构造为供应第一源气体以诱导第一材料膜在所述基底上的吸附；
第二供应管线，设置在所述沉积区域中，所述第二供应管线被构造为供应第二源气体以诱导第二材料膜在所述基底上的吸附，其中，所述表面处理区域沿所述旋转单元的旋转方向设置在所述第一供应管线和所述第二供应管线之间，所述第二材料膜不同于所述第一材料膜；
第三供应管线，设置在所述沉积区域，所述第三供应管线被构造为供应第三源气体以诱导第三材料膜在所述基底上的吸附，其中，所述表面处理区域沿旋转单元的旋转方向设置在所述第二供应管线和所述第三供应管线之间，所述第三材料膜不同于所述第一材料膜和所述第二材料膜中的每个；
第一光源照射单元，设置在所述表面处理区域中，所述第一光源照射单元被构造为对所述第一材料膜、所述第二材料膜和所述第三材料膜中的每个执行用于去除反应副产物的表面处理工艺；以及
第二光源照射单元和热源供应单元，均设置在所述热处理区域中，所述第二光源照射单元和所述热源供应单元分别被构造为照射所述基底和加热所述基底，并且对在其上以预定顺序吸附有所述第一材料膜、所述第二材料膜和所述第三材料膜的所述基底执行热处理工艺。
22.根据权利要求21所述的原子层沉积设备，其中，在诱导所述第一材料膜、所述第二材料膜和所述第三材料膜中的每个在所述基底上的吸附之后，确定所述旋转单元的旋转方向使得所述基底被移动到所述表面处理区域并且经历表面处理工艺。
23.根据权利要求22所述的原子层沉积设备，其中，所述旋转单元包括多个安装区域，所述旋转单元的旋转方向是顺时针方向或逆时针方向。
24.根据权利要求21所述的原子层沉积设备，其中，在所述室中所述沉积区域的数量等于所述表面处理区域的数量。
25.根据权利要求21所述的原子层沉积设备，其中，所述第一光源照射单元的功率密度低于所述第二光源照射单元的功率密度。
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