CN112654732A - 原子层沉积装置及利用其的原子层沉积方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种原子层沉积装置及利用其的原子层沉积方法。根据本发明的用于在基板形成原子层的原子层沉积装置包括：基板移送部，用于安置基板，并向第一方向及与所述第一方向不同的第二方向移送所述基板；气体供应部，布置于通过所述基板移送部而移送的所述基板的上方，并且包括供应源气体的源气体供应模块、供应反应气体的反应气体供应模块、布置于所述源气体供应模块与所述反应气体供应模块之间的吹扫气体供应模块；以及气体供应管部，包括连接所述源气体供应模块和源气体供应源的源气体供应管、连接所述反应气体供应模块和反应气体供应源的反应气体供应管，其中，所述源气体供应模块及所述反应气体供应模块中的至少一个能够根据所述基板移送部的基板移送方向而改变对基板的气体供应方向。

Description

原子层沉积装置及利用其的原子层沉积方法
技术领域
本发明涉及一种原子层沉积装置及原子层沉积方法。
背景技术
通常，作为在半导体基板或玻璃等的基板上沉积预定厚度的薄膜的方法有如溅镀(sputtering)等利用物理碰撞的物理气相沉积法(PVD：physical vapor deposition)和利用化学反应的化学气相沉积法(CVD：chemical vapor deposition)等。
近来，随着半导体元件的设计规则(design rule)急剧微细化，要求微细图案的薄膜，并且形成薄膜的区域的阶梯差也变得非常大，因此不仅能够非常均匀地形成原子层厚度的微细图案，而且阶梯覆盖性也(step coverage)优异的原子层沉积方法(ALD：atomiclayer deposition)的使用正在增加。
这种原子层沉积方法在利用气体分子间的化学反应这一点上与一般的化学气相沉积方法相似。但是，与通常的CVD将向工艺腔室内同时注入多个气体分子而产生的反应生成物沉积于基板的方式不同，原子层沉积方法的差异在于，将包括一个源物质的气体注入到工艺腔室内而使其吸附于加热的基板，之后将包括另一个源物质的气体注入到工艺腔室，从而在基板表面沉积通过源物质之间的反应而产生的生成物。
然而，在原子层沉积工艺的情况下，由于源气体和反应气体之间的反应性的限制，存在沉积时间长的问题。
因此，为了减少原子层沉积工艺中的沉积时间，提出了使基板在工艺腔室内移动并按各个沉积区域供应源气体或反应气体来执行原子层沉积的空间分割方式等的原子层沉积方法。
发明内容
技术问题
本发明的目的在于提供一种提高原子层沉积性能而能够更快地形成高品质的原子层的原子层沉积装置及利用其的原子层沉积方法。
技术方案
根据本发明的实施例的一侧面的用于在基板形成原子层的原子层沉积装置可以包括：基板移送部，用于安置基板，并向第一方向及与所述第一方向不同的第二方向移送所述基板；气体供应部，布置于通过所述基板移送部而移送的所述基板的上方，并且包括供应源气体的源气体供应模块、供应反应气体的反应气体供应模块、布置于所述源气体供应模块与所述反应气体供应模块之间的吹扫气体供应模块；以及气体供应管部，包括连接所述源气体供应模块和源气体供应源的源气体供应管、连接所述反应气体供应模块和反应气体供应源的反应气体供应管，其中，所述源气体供应模块及所述反应气体供应模块中的至少一个能够根据所述基板移送部的基板移送方向而改变对基板的气体供应方向。
并且，所述源气体供应模块及所述反应气体供应模块中的至少一个可以包括：气体供应喷嘴主体，在内部形成有与所述源气体供应模块及所述反应气体供应模块中的一个连接的第一末端气体供应流路及第二末端气体供应流路，其中，所述第一末端气体供应流路向相对于第三方向以预设的第一供应角度倾斜的方向对基板供应所述源气体及所述反应气体中的一个，所述第三方向与形成所述基板的平面正交并从所述气体供应部朝向所述基板，其中，所述第一末端气体供应流路及所述第二末端气体供应流路可以根据所述基板的移送方向而交替地激活。
并且，所述第二末端气体供应流路可以向相对于与形成所述基板的平面正交的所述第三方向以预设的第二供应角度倾斜的方向对基板供应所述源气体及所述反应气体中的一个，由所述第一末端气体供应流路实现的第一气体供应方向可以包括与所述第一方向平行的第一水平供应矢量分量及与所述第三方向平行的第一垂直供应矢量分量，由所述第二末端气体供应流路实现的第二气体供应方向可以包括与所述第二方向平行的第二水平供应矢量分量及与第三方向平行的第二垂直供应矢量分量，所述第一垂直供应矢量分量和所述第二垂直供应矢量分量可以相同。
并且，所述第一末端气体供应流路及所述第二末端气体供应流路可以分别包括以所述第一供应角度倾斜地形成的第一喷嘴单元及以所述第二供应角度倾斜地形成的第二喷嘴单元。
并且，在所述基板移送部向所述第一方向移送所述基板的情况下，所述第二末端气体供应流路可以被激活，在所述基板移送部沿第二方向移送所述基板的情况下，所述第一末端气体供应流路可以被激活。
并且，所述源气体供应模块及所述反应气体供应模块中的至少一个可以包括：阀单元部，用于向所述第一末端气体供应流路及所述第二末端气体供应流路选择性地供应所述源气体及所述反应气体中的一个。
并且，所述阀单元部可以包括布置于所述第一末端气体供应流路上的第一末端阀单元及布置于所述第二末端气体供应流路上的第二末端阀单元。
并且，所述阀单元部可以设置于从所述源气体供应管及所述反应气体供应管中的一个分支所述第一末端气体供应流路及所述第二末端气体供应流路的部位。
并且，所述源气体供应模块及所述反应气体供应模块中的至少一个可以包括：末端气体供应流路，用于供应所述源气体及所述反应气体中的一个；第一排气流路及第二排气流路，将所述末端气体供应流路置于其之间并相互隔开，并且用于向外部排出所述气体供应部及所述基板之间的剩余气体，其中，所述第一排气流路的第一排气压力与所述第二排气流路的第二排气压力可以相互之间独立。
并且，在所述基板移送部向所述第一方向移送所述基板的情况下，由以所述第二排气流路为基准沿所述第一方向隔开而布置的所述第一排气流路提供的所述第一排气压力可以大于由所述第二排气流路提供的所述第二排气压力，在所述基板移送部向所述第二方向移送所述基板的情况下，由所述第二排气流路提供的所述第二排气压力可以形成为小于由所述第一排气流路提供的所述第一排气压力。
并且，还可以包括：抽吸模块部，包括与所述第一排气流路连接的第一抽吸模块和与所述第二排气流路连接的第二抽吸模块；以及排气管部，包括连接所述第一抽吸模块与所述第一排气流路的第一排气管及连接所述第二抽吸模块与所述第二排气流路的第二排气管，其中，所述第一抽吸模块可以向所述第一排气流路提供所述第一排气压力，所述第二抽吸模块可以向所述第二排气流路提供所述第二排气压力，所述第一抽吸模块及所述第二抽吸模块可以根据所述基板的移送方向而改变第一排气压力及所述第二排气压力并提供到所述第一排气流路及所述第二排气流路。
并且，还可以包括：抽吸模块部，包括与所述第一排气流路及所述第二排气流路连接的第一抽吸模块和与所述第一排气流路及所述第二排气流路连接的第二抽吸模块；可变阀部，包括布置于所述第一抽吸模块与所述第一排气流路之间的第一可变阀单元、布置于所述第一抽吸模块与所述第二排气流路之间的第二可变阀单元、布置于所述第二抽吸模块与所述第一排气流路之间的第三可变阀单元、布置于所述第二抽吸模块与所述第二排气流路之间的第四可变阀单元，其中，分别由所述第一抽吸模块及所述第二抽吸模块提供的排气压力不可改变，并且所述第一抽吸模块及所述第二抽吸模块中的一个抽吸模块的所述排气压力可以形成为大于另一个抽吸模块的排气压力，在所述第一可变阀及所述第四可变阀被开放的情况下，所述第二可变阀及所述第三可变阀被封闭，在所述第一可变阀及所述第四可变阀被封闭的情况下，所述第二可变阀及所述第三可变阀被开放。
并且，在所述第一抽吸模块与所述第一可变阀及所述第二可变阀之间，可以布置有用于抑制经过所述第一可变阀或第二可变阀流动到所述第一抽吸模块的所述反应气体及所述源气体的冷凝的第一捕集部，在所述第二抽吸模块与所述第三可变阀及所述第四可变阀之间，可以布置有用于抑制经过所述第三可变阀或所述第四可变阀流动到所述第二抽吸模块的所述反应气体及所述源气体的冷凝的第二捕集部。
并且，所述源气体供应管及所述反应气体供应管中的至少一个可以配备有用于向流向所述气体供应部的所述源气体或所述反应气体提供电压以使所述源气体或所述反应气体等离子体化的等离子体电极部，所述等离子体电极部可以包括：第一电极，与所述源气体供应管或所述反应气体供应管连接；第二电极，配备于所述源气体供应管或所述反应气体供应管内。
并且，所述等离子体电极部的所述第一电极及所述第二电极中的一个可以与RF振荡器连接，另一个是接地电极，所述第二电极可以沿与在所述源气体供应管或所述反应气体供应管内流动的所述源气体或所述反应气体的流动方向平行的方向延伸而形成。
根据本发明的实施例的另一侧面的用于对基板形成原子层的原子层沉积装置可以包括：基板移送部，用于安置基板，并向第一方向及与所述第一方向不同的第二方向移送所述基板；气体供应部，布置于通过所述基板移送部而移送的所述基板的上方，并且包括供应源气体的源气体供应模块、供应反应气体的反应气体供应模块、布置于所述源气体供应模块与所述反应气体供应模块之间的吹扫气体供应模块；以及气体供应管部，包括连接所述源气体供应模块和源气体供应源的源气体供应管、连接所述反应气体供应模块和反应气体供应源的反应气体供应管，其中，所述源气体供应模块及所述反应气体供应模块中的至少一个可以包括：末端气体供应流路，用于供应所述源气体及所述反应气体中的一个；第一排气流路及第二排气流路，将所述末端气体供应流路置于其之间并相互隔开，并且用于向外部排出所述气体供应部及所述基板之间的剩余气体，所述第一排气流路的第一排气压力与所述第二排气流路的第二排气压力在相互之间独立。
并且，所述源气体供应模块及所述反应气体供应模块中的至少一个可以包括：气体供应喷嘴主体，在内部形成有与所述源气体供应管及所述反应气体供应管中的一个连接的所述末端气体供应流路，其中，所述末端气体供应流路可以包括第一末端气体供应流路及第二末端气体供应流路，所述第一末端气体供应流路向相对于第三方向以预设的第一供应角度倾斜的方向对基板供应所述源气体及所述反应气体中的一个，所述第三方向与形成所述基板的平面正交并从所述气体供应部朝向所述基板，所述第二末端气体供应流路向相对于与形成所述基板的平面正交的所述第三方向以预设的第二供应角度倾斜的方向对基板供应所述源气体及所述反应气体中的一个，所述第一末端气体供应流路及所述第二末端气体供应流路可以根据所述基板的移送方向而交替地激活。
根据本发明的实施例的又一侧面的利用原子层沉积装置对基板沉积原子层的原子层沉积方法可以包括如下步骤：基板安装步骤，将基板安装于用于向第一方向及与所述第一方向不同的第二方向移送基板的基板移送部；第一沉积模式步骤，在所述基板安装于所述基板移送部的状态下，将所述基板向所述第一方向移送的同时对所述基板形成原子层；以及第二沉积模式步骤，在所述基板安装于所述基板移送部的状态下，将所述基板向所述第二方向移送的同时对所述基板形成原子层，其中，在形成于用于对所述基板供应反应气体或源气体的气体供应模块与所述基板之间的沉积区域中，以所述沉积区域的中心为基准位于所述第一方向并排出残余气体的第一排气区域的第一排气压力和以所述沉积区域的所述基准为中心位于所述第二方向的第二排气区域的第二排气压力彼此不同。
并且，在所述第一沉积模式步骤中，所述第二排气压力可以大于所述第一排气压力，在所述第二沉积模式步骤中，所述第二排气压力可以小于所述第一排气压力。
并且，在所述第二沉积模式步骤中，所述气体供应模块可以向具有与朝向所述基板垂直的方向的第三方向平行的第一垂直供应矢量分量和与所述第一方向平行的第一水平供应矢量分量的第一气体供应方向对所述基板供应所述源气体或所述反应气体，在所述第一沉积模式步骤中，所述气体供应模块可以向具有所述第一垂直供应矢量分量和与所述第二方向平行的第二水平供应矢量分量的第二气体供应方向对所述基板供应所述源气体或所述反应气体。
技术效果
根据所提出的实施例，能够更迅速地形成高品质的原子层。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施例的原子层沉积装置的图。
图2是放大图1的原子层沉积装置以第一沉积模式运行的过程中的原子层沉积装置的II部分的图。
图3是示出通过图1的原子层沉积装置而形成原子层的过程的图。
图4是放大图1的原子层沉积装置以第二沉积模式运行的过程中的原子层沉积装置的II部分的图。
图5是示出图1的原子层沉积装置的气体供应管的内部的图。
图6是示出利用图1的沉积装置的原子层沉积方法的图。
图7是示出根据本发明的另一实施例的原子层沉积装置的图。
最佳实施方式
以下，参照附图对本发明的实施例进行详细说明，使得本发明所属技术领域中具有普通知识的人员可以容易地实施。本发明可以以各种不同的形态实现，并不局限于在此说明的实施例。为了在附图中明确说明本发明，省略了与说明无关的部分，在整个说明书中，对相同或类似的构成要素赋予了相同的附图标记。并且，为了便于说明，任意地示出了附图中所示的各个构成的尺寸及厚度，因此本发明并不局限于附图中所示的尺寸和厚度。
在本发明中，“～上”是指位于对象部件的上方或下方，并不一定表示以重力方向为基准位于上部。并且，在整个说明书中，当提到某一部分“包括”某一构成要素时，除非有特别相反的记载，否则表示还可以包括另一构成要素，而不排除另一构成要素。并且，在本说明书中，“部”包括通过硬件实现的单元、通过软件实现的单元或利用硬件和软件两者而实现的单元。并且，一个单元可以利用两个以上的硬件实现，并且两个以上的单元可以通过一个硬件实现。
以下，参照附图对本发明的实施例进行详细说明。
图1是示出根据本发明的实施例的原子层沉积装置的图，图2是放大图1的原子层沉积装置以第一沉积模式运行的过程中的原子层沉积装置的II部分的图，图3是示出通过图1的原子层沉积装置而形成原子层的过程的图。而且，图4是放大图1的原子层沉积装置以第二沉积模式运行的过程中的原子层沉积装置的II部分的图，图5是示出图1的原子层沉积装置的气体供应管的内部的图。
首先，参照图1，根据本发明的实施例的原子层沉积装置1包括基板移送部100、气体供应部210、220、230、310、320、410、420、430、440、450、460、气体供应源110、120、130、气体供应管部510、520、530、多个抽吸模块610、620、630、640、多个捕集部710、720、730、740。
根据本实施例的原子层沉积设备气体模块可以形成多样的薄膜层，并且示例性地可以形成金属薄膜层、氧化物薄膜层、氮化物薄膜层、碳化物薄膜层、硫化物薄膜层中的至少一个薄膜层。
更详细而言，原子层沉积装置1是如下的空间分割型原子层沉积装置：在形成于内部的工艺腔室内，在基板S安置于基板移送部100的状态下，沿第一方向D1或与第一方向D1不同的第二方向D2移动，从布置于基板S的上方的气体供应部210、220、230、310、320、410、420、430、440、450、460分别喷射源气体gs、反应气体gr及吹扫气体gs，使得在形成于对应位置的各个沉积区域中源物质及反应物质分别沉积于基板S。
示例性地，第一方向D1及第二方向D2可以是彼此相反的方向，原子层沉积装置1可以对在内部线性移动的基板S形成原子层。此时，原子层沉积装置1内部的所述工艺腔室可以是具有比大气压低的气压的真空原子层沉积装置，或具有与大气压相同或相似的压力的常压原子层沉积装置。
如本实施例所示，在空间分割型原子层沉积装置1的情况下，在沉积源气体gs的所述沉积区域与沉积反应气体gr的所述沉积区域之间，供应用于防止源气体gs及反应气体gr彼此之间混合的吹扫气体gp。
示例性地，用于形成金属薄膜层的源气体gs可以是三甲基铝(TMA：TriMethylAluminium)、三乙基铝(TEA：TriEthyl Aluminium)及二甲基氯化铝(DMACl：DiMethylAluminum Chloride)中的一个，反应气体gr可以是氧气和臭氧中的一个。此时，吹扫气体gp可以使用氩气(Ar)、氮气(N2)、氦气(He)中的一个气体或两个以上混合的气体。并且，用于形成硅薄膜层的源气体gs可以是包括硅的硅烷(Silane，SiH4)、乙硅烷(Disilane，Si2H6)及四氟化硅(SiF4)中的一个，反应气体gr可以是氧气及臭氧中的一个。此时，吹扫气体可以使用氩气(Ar)或氮气(N2)、氦气(He)中的一个气体或两个以上混合的气体。此时，源气体gs、吹扫气体gp和反应气体gr并不局限于上述示例，可以根据本领域技术人员的需要而改变。
基板移送部100在安置有基板S的状态下向第一方向D1或第二方向D2移动，从而向第一方向D1或第二方向D2移送基板S。示例性地，基板移送部100可以是可滑动移动的平台或输送带。
气体供应源110、120、130包括供应吹扫气体gp的吹扫气体供应源110、供应反应气体gr的反应气体供应源120和供应源气体gs的源气体供应源130。
气体供应部210、220、230、310、320、410、420、430、440、450、460布置于通过基板移送部100移送的基板S的上方，包括：用于供应源气体gs的源气体供应模块310、320；用于供应反应气体gr的反应气体供应模块210、220、230；以及布置于源气体供应模块310、320及反应气体供应模块210、220、230之间的吹扫气体供应模块410、420、430、440、450、460。
示例性地，根据本发明的实施例的原子层沉积装置1包括第一反应气体供应模块210、第二反应气体供应模块220、第三反应气体供应模块210、布置于第一反应气体供应模块210与第二反应气体供应模块220之间的第一源气体供应模块310、布置于第二反应气体供应模块220与第三反应气体供应模块230之间的第二源气体供应模块320。而且，原子层沉积装置1包括布置于以第一反应气体供应模块210为基准沿第一方向D1隔开的位置的第一吹扫气体供应模块410、布置于以第三反应气体供应模块230为基准沿第二方向D2隔开的位置的第六吹扫气体供应模块460、布置于各个反应气体供应模块210、220、230与源气体供应模块310、320之间的第二吹扫气体供给模块420至第五吹扫气体供给模块450。
从第二吹扫气体供应模块420至第五吹扫气体供应模块450向基板S侧供应的吹扫气体gp防止反应气体gr及源气体gs彼此混合，从第一吹扫气体供应模块410及第六吹扫气体供应模块460向基板100侧供应的吹扫气体gp防止反应气体gr示例性地与从外部流入的空气混合。
气体供应管部510、520、530包括与吹扫气体供应源110连接的吹扫气体供应管510、与反应气体供应源120连接的反应气体供应管520、与源气体供应源130连接的源气体供应管530。吹扫气体供给管510与第一吹扫气体供应模块410至第六吹扫气体供应模块460连接，向第一吹扫气体供应模块410至第六吹扫气体供应模块460侧供应吹扫气体gp，反应气体供应管520向第一反应气体供应模块210至第三反应气体供应模块230侧供应反应气体gr。而且，源气体供应管530向第一源气体供应模块310及第二源气体供应模块320侧供应源气体gs。
如上所述，根据本发明的实施例的原子层沉积装置1中，反应气体供应模块210、220、230及源气体供应模块310、320彼此交替而布置，基板100沿第一方向D1或第二方向D2移动，在与反应气体供应模块210、220、230及源气体供应模块310、320面对的基板S的一面连续地执行反应气体gr及源气体gs的吸附及反应，从而可以更迅速地执行原子层沉积。
另外，抽吸模块610、620、630、640提供用于将未吸附或反应于基板S的源气体gs和反应气体gr从所述工艺腔室内排出到外部的排气压力，包括与反应气体供应模块210、220、230连接的第一抽吸模块710、第二抽吸模块720和与源气体供应模块310、320连接的第三抽吸模块730及第四抽吸模块740。根据本实施例的抽吸模块610、620、630、640可以是用于提供排气压力的压缩机，抽吸模块610、620、630、640可以根据控制信号改变所述排气压力。
捕集部710、720、730、740布置于将抽吸模块710、720、730、740与反应气体供应模块210、220、230及源气体供应模块310、320连接的排气管部541、542、543、543，抑制通过排气管部541、542、543、543向抽吸模块710、720、730、740侧流动的反应气体gr或源气体gs的冷凝，从而提高排气效率。
示例性地，捕集部710、720、730、740可以向排气流路541、542、543、543施加热能，从而抑制反应气体gr或源气体gs的冷凝。
另外，根据本发明的实施例的原子层沉积装置1使基板S在所述工艺腔室内部线性移动。随着基板S在所述工艺腔室内部线性移动，在与一个反应气体供应模块210、220、230或与源气体供应模块310、320面对的基板S的局部区域之间的所述沉积区域中源气体gs或供应气体gr的密度不同，由于源气体gs或供应气体gr的过小或过大的密度，发生原子层沉积品质降低的问题。即，由于基板S的表面与源气体gs或供应气体gr之间的表面张力，一个所述沉积区域中位于基板S的行进方向侧的部分的气体密度位于基板S的行进方向的相反侧的部分的气体密度高。
并且，在基板S上形成如过孔(Via hole)或沟槽(Trench)等纵横比(Aspectratio)较大的结构的情况下，若向与基板S垂直的方向形成的第三方向D3朝向基板S供应源气体gs或反应气体gr，则会发生所述源物质或所述反应物质无法顺利地吸附或沉积于所述结构的表面的问题。
因此，根据本发明的实施例的原子层沉积装置1使所述沉积区域中位于基板S的行进方向侧的部分的排气压力与所述沉积区域中位于基板S的行进方向的相反侧的部分的排气压力彼此不同地形成，从而能够在所述沉积区域形成均匀的气体密度。
并且，根据本发明的实施例的原子层沉积装置1中，源气体供应模块310、320及反应气体供应模块210、220、230根据基板移送部100的基板移送方向改变对基板的气体供应方向，从而能够提高原子层沉积品质。
以下，进一步详细地说明根据本发明的实施例的原子层沉积装置1的气体供应模块的构成。
图2是放大图1的原子层沉积装置以第一沉积模式运行的过程中的原子层沉积装置的II部分的图，图3是示出通过图1的原子层沉积装置而形成原子层的过程的图，图4是放大图1的原子层沉积装置以第二沉积模式运行的过程中的原子层沉积装置的II部分的图。
参照图1至图4，原子层沉积装置1的第一反应气体供应模块210包括：气体供应喷嘴主体211，在内部形成有与反应气体供应管520连接的第一末端气体供应流路216及第二末端气体供应流路217；第一排气流路212及第二排气流路213，将第一末端气体供应流路21及第二末端气体供应流路217置于其之间并相互隔开。
第一末端气体供应流路216向相对于第三方向D3以预设的第一供应角度θ1倾斜的方向对基板S供应反应气体gr，所述第三方向D3与形成基板S的平面正交并从气体供应部(示例性地，布置于基板S的上方的第一反应气体供应模块210)朝向基板S。
而且，第二末端气体供应流路217向相对于第三方向D3以预设的第二供应角度θ2倾斜的方向对基板S供应反应气体gr。
因此，由第一末端气体供应流路216实现的第一气体供应方向包括与第一方向D1平行的第一水平供应矢量分量VD1及与第三方向D3平行的第一垂直供应矢量分量VD31。而且，由第二末端气体供应流路217实现的第二气体供应方向包括与第二方向D2平行的第二水平供应矢量分量VD2及与第三方向平行的第二垂直供应矢量分量VD32。
此时，第一垂直供应矢量分量VD31及第二垂直供应矢量分量VD32相同，并且第一垂直供应矢量分量VD31和第二垂直供应矢量分量VD32可以是垂直供应矢量分量VD3。
而且，第一末端气体供应流路216及第二末端气体供应流路217可以分别包括以第一供应角度θ1倾斜地形成的第一喷嘴单元214及以第二供应角度θ2倾斜地形成的第二喷嘴单元215。因此，在通过第一喷嘴单元214供应反应气体gr的情况下，反应气体gr沿着以第一供应角度θ1倾斜的方向供应到所述沉积区域，在通过第二喷嘴单元214供给反应气体gr的情况下，反应气体gr沿着以第二供应角度θ2倾斜的方向供给到所述沉积区域。
而且，第一反应气体供应模块210包括用于向第一末端气体供应流路216及第二末端气体供应流路217选择性地供应反应气体gr的阀单元部218、219。阀单元部218、219包括布置于第一末端气体供应流路216上的第一末端阀单元218及布置于第二末端气体供应流路217上的第二末端阀单元219。
第一末端阀单元218及第二末端阀单元219根据控制部(未图示)的控制信号而选择性地开闭第一末端气体供应流路216及第二末端气体供应流路217。
因此，根据本实施例的第一末端气体供应流路216及第二末端气体供应流路217可以随着基板S的移送方向而交替地激活，向第一反应气体供应模块210与基板S之间的所述沉积区域供应反应气体gr。
示例性地，在基板移送部100向第一方向D1移送基板S的情况下，第二末端气体供应流路217被激活，并对基板S以第二供应角度θ2供应反应气体gs。此时，未被激活的第一末端气体供应流路216的第一末端阀单元218封闭第一末端气体供应流路216，并抑制第一末端气体供应流路216中的反应气体gs的流动(第一沉积模式)。
因此，在具有与基板S的移送方向相反的方向的第二水平供应矢量分量VD2的反应气体gr的反应物质P可以容易地吸附或沉积于具有大纵横比的结构(如沟槽T或过孔)的壁表面，或者在所述壁表面反弹之后可以容易地吸附或沉积于更深的沟槽T或所述过孔的底表面。
相反，在基板移送部100向第二方向D2移送基板S的情况下，第一末端气体供应流路216被激活，并对基板S以第一供应角度θ1供应反应气体gs。此时，未被激活的第二末端气体供应流路217的第二末端阀单元219封闭第二末端气体供应流路217，并抑制第二末端气体供应流路217中的反应气体gs的流动(第二沉积模式)。
在本实施例中，以阀单元部218、219包括布置于第一末端阀单元218及第二末端气体供应流路217上的第一末端阀单元218及第二末端阀单元219的构成进行了说明，但也可以是阀单元部设置于从反应气体供应管520分支第一末端气体供应流路218及第二末端气体供应流路219的部位的构成。
另外，第一排气流路212及第二排气流路213将第一反应气体供应模块210与基板之间的剩余气体排出到外部，第一排气流路212的第一排气压力P1和第二排气流路213的第二排气压力P2可以相互之间独立地形成。
在基板移送部100沿第一方向D1移送基板S的情况下(第一沉积模式)，由以第一排气流路212为基准沿第一方向D1隔开布置的第二排气流路213提供的第二排气压力P2形成为大于由第一排气流路212提供的所述第一排气压力P1。
即，在基板S沿第一方向D1移送的情况下，由于基板S的表面张力和从第二吹扫气体供应模块420供应的吹扫气体gp，设置有第二排气流路213的区域的反应气体gr的密度形成为大于设置有第一排气流路212区域的反应气体gr的密度，通过将第二排气流路213的第二排气压力P2形成为大于第一排气流路212的第一排气压力P2，可以在第二排气流路213以更大的压力将残余反应气体gr从所述沉积区域排出到外部。因此，可以在第一反应气体供应模块210与基板S之间的所述沉积区域的整个区间均匀地维持反应气体gr的密度。
相反，在基板移送部100向第二方向D2移送基板S的情况下(第二沉积模式)，从第一排气流路212提供的第一排气压力P1可以形成为大于从第二排气流路213提供的第二排气压力P2。
另外，抽吸模块610、620、630、640的第一抽吸模块610通过第一排气管511连接到第一排气流路212，第二抽吸模块620通过第二排气管512连接到第二排气流路213。
第一抽吸模块610及第二抽吸模块620分别根据基板S的传送方向提供第一排气压力P1及第二排气压力P2，并且通过第一抽吸模块610及第二抽吸模块620提供的第一排气压力P1及第二排气压力P2是可变的。示例性地，在第一沉积模式中，在第一排气压力P1为P的情况下，第二排气压力P2可以形成为2P，相反，在第一沉积模式中，在第一排气压力P1为2P的情况下，第二排气压力P2可以形成为P。
由于第二反应气体供应模块220及第三反应气体供应模块230与第一反应气体供应模块210的构成相同，因此省略对其的详细说明。
并且，第一源气体供应模块310及第二源气体供应模块320仅在与用于排出残余的源气体gs的第三抽吸模块630及第四抽吸模块640连接的构成方面存在差异，在其他构成方面与第一反应气体供应模块210实质上相同，因此省略对其的详细说明。
另外，根据本发明的实施例的原子层沉积装置1对反应气体gr或源气体gs进行等离子体化，能够提高反应气体gr及源气体gs间的反应率。以下，将详细说明用于等离子体化反应气体gr或源气体gs的构成。
图5是示出图1的原子层沉积装置的气体供应管的内部的图。
参照图5，根据本发明的实施例的反应气体管520配备有等离子体电极部526、527，所述等离子体电极部526、527对流向气体供应部(示例性地，第一反应气体供应模块210)的所述反应气体gr提供电压，以使反应气体gr等离子体化。此时，等离子体电极部526、527可以配备于与第一反应气体供应模块210相邻的位置或第一反应气体供应模块210内。
等离子体电极部526、527包括与利用导电性材质形成的反应气体供应管520连接的第一电极527和配备于反应气体供应管520内的第二电极526。在本实施例中，第一电极527是接地电极，第二电极526与提供高频电压的RF振荡器700连接。第二电极526沿与在反应气体供应管520内流动的反应气体gr的流动方向平行的方向延伸而形成。此时，用于连接第二电极527和RF振荡器700的线材可以以对反应气体供应管520绝缘的状态贯通反应气体供应管520。
根据本发明的实施例的原子层沉积装置1，具有如下的优点：随着在与以柱状形成的第二电极526面对的气体供应管520的内表面之间的空间，流动的反应气体gr被等离子体化，能够提高等离子体效率。
在本实施例中，以第一电极527与利用金属材质形成的反应气体供应管520连接的构成进行了说明，但也可以是第一电极527由形成于利用绝缘材质形成的反应气体供应管520的内表面的金属材质的涂覆部或圆柱体形成的构成。并且，也可以是第一电极527与RF振荡器连接并第二电极526形成为接地电极的构成。
并且，也可以是在源气体供应管530形成有等离子体电极部526、527的构成。
以下，将详细说明根据本发明的利用实施例的原子层沉积装置1的原子层沉积方法。
图6是示出利用图1的原子层沉积装置的原子层沉积方法的图。
参照图6，首先，执行将基板S安装到基板移送部100的基板安装步骤(S110)。
此后，在基板S安装于基板移送部100的状态下，执行向第一方向D1移送基板S的同时对基板S形成原子层的第一沉积模式步骤(S120)。
此时，反应气体供应模块210、220、230及源气体供应模块310、320向具有垂直供应矢量分量VD3和第二水平供应矢量分量VD2的所述第二气体供应方向对基板S供应反应气体gr及源气体gs。
而且，在形成于用于对基板S供应反应气体gr及源气体gs的反应气体供应模块210、220、230及源气体供应模块310、320与基板S之间的所述沉积区域中，以各个所述沉积区域的中心为基准位于第一方向D1并排出残余气体的第一排气区域的第一排气压力P1和以所述沉积区域的所述基准为中心位于第二方向D2的第二排气区域的第二排气压力P2可以形成为彼此不同。在第一沉积模式步骤(S120)下的第一排气压力P1形成为大于第二排气压力P2。
基板S向第一方向D1移送预设的距离后，基板移送部100的移送方向反转，执行向第二方向D2移送基板S的同时对基板S形成原子层的第二沉积模式步骤(S130)。
此时，反应气体供应模块210、220、230及源气体供应模块310、320向具有垂直供应矢量分量VD3和第一水平供应矢量分量VD1的所述第一气体供应方向对基板S供应反应气体gr及源气体gs。
而且，在第二沉积模式步骤(S130)下的第二排气压力P1形成为大于第一排气压力P2。
在本实施例中，说明了反应气体供应模块210、220、230及源气体供应模块310、320的第一排气压力P1及第二排气压力P2彼此不同的情形，但反应气体供应模块210、220、230及源气体供应模块310、320中的一个种类的气体供应模块的第一排气压力P1及第二排气压力P2互不相同，但在另一种类的气体供应模块中，可以与第一排气压力P1及第二排气压力P2无关地执行残余气体的排出。
基板S向第二方向D1移送预设的距离后，判断沉积是否结束(S140)，若原子层沉积工艺未结束，则重新执行第一沉积模式步骤(S120)，若所述原子层沉积工艺结束，则结束控制。
根据所述第一沉积模式及所述第二沉积模式的所述第一末端供应流路、所述第二末端供应流路、第一排气压力P1及第二排气压力P2的控制如下。
Figure BDA0002940384180000151
另外，在第一沉积模式步骤(S120)及第二沉积模式步骤(S130)中，可以通过微细地调节第一排气压力P1及第二排气压力P2，以预设的第一供应角度θ1及第二供应角度θ2为基准微细地调节从所述气体供应模块供应的反应气体gr及源气体gs的供应角度。
图7是示出根据本发明的另一实施例的原子层沉积装置的图。
本实施例仅在抽吸模块和排气流路的连接构成方面存在差异，在其他构成方面与图1至图6的原子层沉积装置的结构相同，因此，以下以本实施例的特征部分为中心进行说明。
参照图7，根据本实施例的原子层沉积装置1的第一抽吸模块650及第二抽吸模块660均与反应气体供应模块210、220、230的源气体供应模块310、320的第一排气流路及第二排气流路连接。
并且，原子层沉积装置1包括可变阀部，所述可变阀部包括布置于第一抽吸模块650与所述第一排气流路之间的第一可变阀单元810、布置于第一抽吸模块650与第二排气流路之间的第二可变阀单元820、布置于第二抽吸模块660与第一排气流路之间的第三可变阀单元830、布置于第二抽吸模块660与第二排气流路之间的第四可变阀单元840。
而且，分别由第一抽吸模块650及第二抽吸模块660提供的排气压力不可改变，并且第一抽吸模块650及第二抽吸模块660中的一个抽吸模块的所述排气压力可以形成为大于另一个抽吸模块的排气压力。示例性地，第一抽吸模块650可以由高压压缩机形成，第二抽吸模块660可以由低压压缩机形成。
即，在本实施例中，在由第一抽吸模块650及第二抽吸模块660提供的所述排气压力固定的状态下，可以控制所述可变阀部的可变阀单元810、820、830和840，以根据基板S的移送方向对所述第一排气流路所述第二排气流路提供彼此不同的排气压力。
示例性地，在所述第一沉积模式中，开放第一可变阀单元810及第四可变阀单元840，使得高压的第一抽吸模块650与所述第一排气流路连接，并且低压的第二抽吸模块660与所述第二排气流路。而且，封闭第二可变阀单元820及第三可变阀单元830，使得低压的第二抽吸模块660与所述第一排气流路封闭，并且高压的第一抽吸模块650与所述第二排气流路断开。
因此，在所述第一沉积模式中，所述第一排气流路的第一排气压力P1形成为大于所述第二排气流路的第二排气压力P2。
相反，在所述第二沉积模式中，开放第二可变阀单元820和第三可变阀单元830，使得高压的第一抽吸模块650与所述第二排气流路连接，并且低压的第二抽吸模块660与所述第一排气流路连接。而且，封闭第一可变阀单元820及第四可变阀单元840，使得低压的第二抽吸模块660与所述第二排气流路封闭，并且高压的第一抽吸模块650与所述第一排气流路断开。
根据本实施例，通过在抽吸模块650、660提供的排气压力固定的状态下使抽吸模块650、660运行，从而提高抽吸模块650、660的运行可靠性，并且具有可以采用更简单结构的抽吸模块650、660的优点。
另外，在根据本实施例的原子层沉积装置1的与所述第一排气流路连接的第一排气管及与所述第二排气流路连接的第二排气管内，源气体gs及反应气体gr混合并向抽吸模块650、660侧传输。
在源气体gs及反应气体gr混合的情况下，由于因源气体gs及反应气体gr的被冷凝的反应物而可能降低排气效率，因此原子层沉积装置1包括用于抑制源气体gs及反应气体gr的冷凝的捕集部910、920。
捕集部910、920包括第一捕集部910及第二捕集部920。
第一捕集部910布置于第一抽吸模块650与第一可变阀810及第二可变阀820之间，并且抑制经过第一可变阀810或第二可变阀820流动到第一抽吸模块650的反应气体gr和源气体gs的冷凝。
第二捕集部920布置于第二抽吸模块660与第三可变阀830及第四可变阀840之间，并且抑制经过第三可变阀830或第四可变阀840流动到第二抽吸模块660的反应气体gr及源气体gs的冷凝。
如上所述，虽然通过限定的实施例和附图对实施例进行了说明，但只要是本领域技术人员，则可以从所述记载进行多样的修改及变形。例如，即使所说明的技术以与所说明的方法不同的顺序执行，和/或所说明的系统、结构、装置、电路等的结构要素以与所说明的方法不同的形态结合或组合，或者被其他结构要素或等同物代替或置换，也可以实现适当的结果。因此，其他实现、其他实施例及与权利要求书等同的内容也属于权利要求书的范围。
具体实施方式
已经在上述的最佳实施方式中一起说明了具体实施方式。
产业上的可利用性
根据本发明的实施例涉及一种原子层沉积装置，是应用于半导体产业领域等的制造装置，具有可重复性及产业上的可利用性。

Claims (20)

1.一种原子层沉积装置，用于在基板形成原子层，其特征在于，包括：
基板移送部，用于安置基板，并向第一方向及与所述第一方向不同的第二方向移送所述基板；
气体供应部，布置于通过所述基板移送部而移送的所述基板的上方，并且包括供应源气体的源气体供应模块、供应反应气体的反应气体供应模块、布置于所述源气体供应模块与所述反应气体供应模块之间的吹扫气体供应模块；以及
气体供应管部，包括连接所述源气体供应模块和源气体供应源的源气体供应管、连接所述反应气体供应模块和反应气体供应源的反应气体供应管，
其中，所述源气体供应模块及所述反应气体供应模块中的至少一个能够根据所述基板移送部的基板移送方向而改变对基板的气体供应方向。
2.根据权利要求1所述的原子层沉积装置，其特征在于，
所述源气体供应模块及所述反应气体供应模块中的至少一个包括：气体供应喷嘴主体，在内部形成有与所述源气体供应模块及所述反应气体供应模块中的一个连接的第一末端气体供应流路及第二末端气体供应流路，其中，所述第一末端气体供应流路向相对于第三方向以预设的第一供应角度倾斜的方向对基板供应所述源气体及所述反应气体中的一个，所述第三方向与形成所述基板的平面正交并从所述气体供应部朝向所述基板，
所述第一末端气体供应流路及所述第二末端气体供应流路根据所述基板的移送方向而交替地激活。
3.根据权利要求2所述的原子层沉积装置，其特征在于，
所述第二末端气体供应流路向相对于与形成所述基板的平面正交的所述第三方向以预设的第二供应角度倾斜的方向对基板供应所述源气体及所述反应气体中的一个，
由所述第一末端气体供应流路实现的第一气体供应方向包括与所述第一方向平行的第一水平供应矢量分量及与所述第三方向平行的第一垂直供应矢量分量，由所述第二末端气体供应流路实现的第二气体供应方向包括与所述第二方向平行的第二水平供应矢量分量及与第三方向平行的第二垂直供应矢量分量，所述第一垂直供应矢量分量和所述第二垂直供应矢量分量相同。
4.根据权利要求3所述的原子层沉积装置，其特征在于，
所述第一末端气体供应流路及所述第二末端气体供应流路分别包括以所述第一供应角度倾斜地形成的第一喷嘴单元及以所述第二供应角度倾斜地形成的第二喷嘴单元。
5.根据权利要求3所述的原子层沉积装置，其特征在于，
在所述基板移送部向所述第一方向移送所述基板的情况下，所述第二末端气体供应流路被激活，在所述基板移送部沿第二方向移送所述基板的情况下，所述第一末端气体供应流路被激活。
6.根据权利要求2所述的原子层沉积装置，其特征在于，
所述源气体供应模块及所述反应气体供应模块中的至少一个包括：阀单元部，用于向所述第一末端气体供应流路及所述第二末端气体供应流路选择性地供应所述源气体及所述反应气体中的一个。
7.根据权利要求6所述的原子层沉积装置，其特征在于，
所述阀单元部包括布置于所述第一末端气体供应流路上的第一末端阀单元及布置于所述第二末端气体供应流路上的第二末端阀单元。
8.根据权利要求6所述的原子层沉积装置，其特征在于，
所述阀单元部设置于从所述源气体供应管及所述反应气体供应管中的一个分支所述第一末端气体供应流路及所述第二末端气体供应流路的部位。
9.根据权利要求1所述的原子层沉积装置，其特征在于，
所述源气体供应模块及所述反应气体供应模块中的至少一个包括：末端气体供应流路，用于供应所述源气体及所述反应气体中的一个；第一排气流路及第二排气流路，将所述末端气体供应流路置于其之间并相互隔开，并且用于向外部排出所述气体供应部及所述基板之间的剩余气体，
所述第一排气流路的第一排气压力与所述第二排气流路的第二排气压力相互之间独立。
10.根据权利要求9所述的原子层沉积装置，其特征在于，
在所述基板移送部向所述第一方向移送所述基板的情况下，由以所述第二排气流路为基准沿所述第一方向隔开而布置的所述第一排气流路提供的所述第一排气压力大于由所述第二排气流路提供的所述第二排气压力，
在所述基板移送部向所述第二方向移送所述基板的情况下，由所述第二排气流路提供的所述第二排气压力小于由所述第一排气流路提供的所述第一排气压力。
11.根据权利要求10所述的原子层沉积装置，其特征在于，还包括：
抽吸模块部，包括与所述第一排气流路连接的第一抽吸模块和与所述第二排气流路连接的第二抽吸模块；以及
排气管部，包括连接所述第一抽吸模块与所述第一排气流路的第一排气管及连接所述第二抽吸模块与所述第二排气流路的第二排气管，
其中，所述第一抽吸模块向所述第一排气流路提供所述第一排气压力，所述第二抽吸模块向所述第二排气流路提供所述第二排气压力，所述第一抽吸模块及所述第二抽吸模块根据所述基板的移送方向而改变第一排气压力及所述第二排气压力并提供到所述第一排气流路及所述第二排气流路。
12.根据权利要求10所述的原子层沉积装置，其特征在于，还包括：
抽吸模块部，包括与所述第一排气流路及所述第二排气流路连接的第一抽吸模块和与所述第一排气流路及所述第二排气流路连接的第二抽吸模块；
可变阀部，包括布置于所述第一抽吸模块与所述第一排气流路之间的第一可变阀单元、布置于所述第一抽吸模块与所述第二排气流路之间的第二可变阀单元、布置于所述第二抽吸模块与所述第一排气流路之间的第三可变阀单元、布置于所述第二抽吸模块与所述第二排气流路之间的第四可变阀单元，
分别由所述第一抽吸模块及所述第二抽吸模块提供的排气压力不可改变，并且所述第一抽吸模块及所述第二抽吸模块中的一个抽吸模块的所述排气压力形成为大于另一个抽吸模块的排气压力，
在所述第一可变阀及所述第四可变阀被开放的情况下，所述第二可变阀及所述第三可变阀被封闭，
在所述第一可变阀及所述第四可变阀被封闭的情况下，所述第二可变阀及所述第三可变阀被开放。
13.根据权利要求12所述的原子层沉积装置，其特征在于，
在所述第一抽吸模块与所述第一可变阀及所述第二可变阀之间，布置有用于抑制经过所述第一可变阀或第二可变阀流动到所述第一抽吸模块的所述反应气体及所述源气体的冷凝的第一捕集部，
在所述第二抽吸模块与所述第三可变阀及所述第四可变阀之间，布置有用于抑制经过所述第三可变阀或所述第四可变阀流动到所述第二抽吸模块的所述反应气体及所述源气体的冷凝的第二捕集部。
14.根据权利要求1所述的原子层沉积装置，其特征在于，
所述源气体供应管及所述反应气体供应管中的至少一个配备有用于向流向所述气体供应部的所述源气体或所述反应气体提供电压以使所述源气体或所述反应气体等离子体化的等离子体电极部，
所述等离子体电极部包括：第一电极，与所述源气体供应管或所述反应气体供应管连接；及第二电极，配备于所述源气体供应管或所述反应气体供应管内。
15.根据权利要求14所述的原子层沉积装置，其特征在于，
所述等离子体电极部的所述第一电极及所述第二电极中的一个与RF振荡器连接，另一个是接地电极，
所述第二电极沿与在所述源气体供应管或所述反应气体供应管内流动的所述源气体或所述反应气体的流动方向平行的方向延伸而形成。
16.一种原子层沉积装置，用于对基板形成原子层，其特征在于，包括：
基板移送部，用于安置基板，并向第一方向及与所述第一方向不同的第二方向移送所述基板；
气体供应部，布置于通过所述基板移送部而移送的所述基板的上方，并且包括供应源气体的源气体供应模块、供应反应气体的反应气体供应模块、布置于所述源气体供应模块与所述反应气体供应模块之间的吹扫气体供应模块；以及
气体供应管部，包括连接所述源气体供应模块和源气体供应源的源气体供应管、连接所述反应气体供应模块和反应气体供应源的反应气体供应管，
其中，所述源气体供应模块及所述反应气体供应模块中的至少一个包括：
末端气体供应流路，用于供应所述源气体及所述反应气体中的一个；第一排气流路及第二排气流路，将所述末端气体供应流路置于其之间并相互隔开，并且用于向外部排出所述气体供应部及所述基板之间的剩余气体，
所述第一排气流路的第一排气压力与所述第二排气流路的第二排气压力相互之间独立。
17.根据权利要求16所述的原子层沉积装置，其特征在于，
所述源气体供应模块及所述反应气体供应模块中的至少一个包括：气体供应喷嘴主体，在内部形成有与所述源气体供应管及所述反应气体供应管中的一个连接的所述末端气体供应流路，
其中，所述末端气体供应流路包括第一末端气体供应流路及第二末端气体供应流路，
所述第一末端气体供应流路向相对于第三方向以预设的第一供应角度倾斜的方向对基板供应所述源气体及所述反应气体中的一个，所述第三方向与形成所述基板的平面正交并从所述气体供应部朝向所述基板，
所述第二末端气体供应流路向相对于与形成所述基板的平面正交的所述第三方向以预设的第二供应角度倾斜的方向对基板供应所述源气体及所述反应气体中的一个，
所述第一末端气体供应流路及所述第二末端气体供应流路根据所述基板的移送方向而交替地激活。
18.一种原子层沉积方法，利用原子层沉积装置对基板沉积原子层，其特征在于，包括如下步骤：
基板安装步骤，将基板安装于用于向第一方向及与所述第一方向不同的第二方向移送基板的基板移送部；
第一沉积模式步骤，在所述基板安装于所述基板移送部的状态下，将所述基板向所述第一方向移送的同时对所述基板形成原子层；以及
第二沉积模式步骤，在所述基板安装于所述基板移送部的状态下，将所述基板向所述第二方向移送的同时对所述基板形成原子层，
其中，在形成于用于对所述基板供应反应气体或源气体的气体供应模块与所述基板之间的沉积区域中，以所述沉积区域的中心为基准位于所述第一方向并排出残余气体的第一排气区域的第一排气压力和以所述沉积区域的所述基准为中心位于所述第二方向的第二排气区域的第二排气压力彼此不同。
19.根据权利要求18所述的原子层沉积方法，其特征在于，
在所述第一沉积模式步骤中，所述第二排气压力大于所述第一排气压力，
在所述第二沉积模式步骤中，所述第二排气压力小于所述第一排气压力。
20.根据权利要求18所述的原子层沉积方法，其特征在于，
在所述第二沉积模式步骤中，所述气体供应模块向具有与朝向所述基板垂直的方向的第三方向平行的第一垂直供应矢量分量和与所述第一方向平行的第一水平供应矢量分量的第一气体供应方向对所述基板供应所述源气体或所述反应气体，
在所述第一沉积模式步骤中，所述气体供应模块向具有所述第一垂直供应矢量分量和与所述第二方向平行的第二水平供应矢量分量的第二气体供应方向对所述基板供应所述源气体或所述反应气体。
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