[发明专利]原子层沉积设备

说明书

本发明涉及不是双重腔室而是具有单一腔室结构并且能够对以多列配置的多张基板实施均匀的薄膜形成工艺的原子层沉积设备，包括：工艺腔室，一侧形成开口部且具有一定的内部空间，从而实施原子层沉积工艺；多个工艺用盒，被装载到所述工艺腔室内部而进行原子层沉积工艺，工艺完成后被卸载到外部；气体供给装置，对装载到所述盒的所有基板，对所述基板的前端部供给气体，以使得各基板之间的空间形成层状流动；排气侧层状流动形成部，使得由所述气体供给装置喷射的工艺气体的层状流动保持到所述基板的后端部；排气装置，吸入所述工艺腔室内部的气体并排气；加热装置，加热所述工艺腔室；以及门，打开和关闭所述开口部。

技术领域

本发明涉及原子层沉积设备，更详细地说，涉及不是双重腔室而是具有单一腔室结构并且能够对以多列配置的多张基板实施均匀的薄膜形成工艺的原子层沉积设备。

背景技术

一般而言，半导体元件或平板显示器元件等的制造将经过多重制造工艺，其中必须进行的是在晶圆或玻璃(以下称为'基板')上沉积既定薄膜的工艺。这种薄膜沉积工艺主要使用溅射法(sputtering)，化学气相沉积法(CVD：chemical vapor deposition)，原子层沉积法(ALD：atomic layer deposition)等。

首先，以溅射法为例，为了在等离子状态下产生氩离子而将高电压施加到目标的状态下，将氩等惰性气体注入工艺腔室内。此时，氩离子被溅射到目标的表面，目标的原子从目标的表面脱离而沉积在基板。

通过这种溅射法，虽然能够形成与基板之间的粘合性优异的高纯度薄膜，但通过溅射法沉积具有工艺差异的高集成薄膜的情况下，难以保证整体薄膜的均匀度。因此，对于微细图案形成工艺，溅射法的应用存在局限。

其次，化学气相沉积法是最广泛利用的沉积技术，是利用反应气体和分解气体而在基板上沉积具有所需厚度的薄膜的方法。举例来说，化学气相沉积法首先将多种气体注入反应腔室，使得由热，光或等离子等高能量诱导的多种气体间产生化学反应，从而在基板上沉积所需厚度的薄膜。

另外，化学气相沉积法中通过作为反应能量施加的等离子或气体的比(ratio)量(amount)控制反应条件，以增加沉积率。

但是，化学气相沉积法中反应速度非常快，因此很难控制原子的热力学稳定性，存在降低薄膜的物理、化学、电气特性的问题。

最后，原子层沉积法是(ALD：Atomic Layer Deposition)将两种以上的反应物(reactants)依次投入用于形成薄膜的反应腔室(chamber)内，通过各个反应物的分解和吸附，以原子层单位沉积薄膜的方法。即，以脉冲(pulsing)方式供给第一反应气体而使其在腔室内部化学性沉积在下部膜之后，用吹扫(purge)方式去除物理性结合的残留第一反应气体。然后，第二反应气体也通过脉冲(pulsing)和吹扫(purge)过程而一部分与第一反应气体(第一反应物)形成化学结合，从而在基板上沉积所需的薄膜。上述原子层沉积工艺中，将各个反应气体被实施一次脉冲(pulsing)及吹扫(purge)的时间称为周期(cycle)。可以通过这种原子层沉积方式形成的具有代表性的薄膜为Al₂O₃，HfO₂，ZrO₂，TiO₂及ZnO。

所述原子层沉积可以在60℃以下的较低温度下形成具有优异台阶覆盖性(stepcoverage)的薄膜，因此预计新一代半导体元件、显示器、太阳能电池等的制造工艺中会较多使用该工艺技术。

为了使这种原子层沉积技术的使用能够扩大到半导体领域之外的显示器、太阳能电池等领域，除了需要对大面积基板形成均匀的薄膜之外，还要通过一次工艺处理多张大面积基板而确保充分的生产力。