技術領域

實施例涉及用于半導體裝置的制造中的薄膜沉積設備。

背景技術：

隨著半導體裝置的集成度會增大，在半導體制造工藝中，會要求半導體裝置形成具有高縱橫比的精細圖案。

技術實現(xiàn)要素：

實施例可以通過提供一種薄膜沉積設備來實現(xiàn)，所述薄膜沉積設備包括：處理室；舟皿，位于處理室中，舟皿容納位于舟皿中的多個基底；噴嘴，向處理室供應源氣體以在每個基底上形成薄膜，噴嘴包括多個T形的噴嘴管，每個T形的噴嘴管包括具有閉合端的第一管和結(jié)合到第一管的中間部的第二管。

實施例可以通過提供一種薄膜沉積設備來實現(xiàn)，所述薄膜沉積設備包括：處理室；舟皿，位于處理室中，舟皿容納位于舟皿中的多個基底；多個噴嘴部件，包括與舟皿的側(cè)表面鄰近的彼此分隔開的多個T形的噴嘴管，以向處理室的不同區(qū)域供應用于在每個基底上形成薄膜的源氣體和吹掃氣體。

實施例可以通過提供一種薄膜沉積設備來實現(xiàn)，所述薄膜沉積設備包括：處理室；多個噴嘴管，以基本均勻的速度(velocity)向處理室的不同區(qū)域供應氣體。

附圖說明

通過參照附圖詳細描述示例性實施例，特征對于本領域技術人員來講將 變得清楚，在附圖中：

圖1示出根據(jù)示例實施例的原子層沉積(ALD)設備的示意性剖視圖；

圖2示出根據(jù)圖1示出的示例實施例的原子層沉積設備的一部分的視圖；

圖3和圖4示出根據(jù)示例實施例的原子層沉積設備的相應的噴嘴部件的視圖；

圖5和圖6示出根據(jù)示例實施例的原子層沉積設備的相應的噴嘴部件和氣體供應設備的視圖；

圖7和圖8分別示出使用根據(jù)示例實施例的原子層沉積設備形成薄膜的工藝的流程圖和時序圖；

圖9示出通過使用根據(jù)示例實施例的原子層沉積設備制造的豎直存儲裝置的存儲單元結(jié)構的示意性透視圖；

圖10A和圖10B示出圖9的區(qū)域A的放大圖；

圖11至圖18示出通過使用根據(jù)示例實施例的原子層沉積設備制造豎直存儲裝置的方法中的步驟的視圖。

具體實施方式

現(xiàn)在，在下文中將參照附圖更充分地描述示例實施例；然而，示例實施例可以以不同的形式實施，并且不應解釋為局限于這里闡述的實施例。而是，提供這些實施例使得本公開將是徹底的且完整的，并將把示例性實施方案充分地傳達給本領域技術人員。

在附圖中，為了示出的清楚，可夸大層和區(qū)域的尺寸。在整個說明書中，將理解的是，當諸如層、區(qū)域或基底的元件被稱為“在”另一元件“上”、“連接到”或“結(jié)合到”另一元件時，該元件可以直接“在”其他元件“上”、直接“連接到”或直接“結(jié)合到”其他元件或者可以存在置于兩個元件之間的其他元件。相反地，當元件被稱為“直接在”另一元件“上”、“直接連接到”或“直接結(jié)合到”另一元件時，可以不存在置于兩個元件之間的元件或?qū)?。同樣的標號始終指示同樣的元件。如這里所使用的，術語“和/或”包括一個或更多個相關列出項的任何和全部組合。

將明顯的是，盡管在這里可以使用術語第一、第二、第三等來描述各種構件、組件、區(qū)域、層和/或部分，但這些構件、組件、區(qū)域、層和/或部分不應該被這些術語所限制。這些術語僅用于將一個構件、組件、區(qū)域、層或部 分與另一構件、組件、區(qū)域、層或部分區(qū)分開。因此，在不脫離示例實施例的教導的情況下，下面討論的第一構件、組件、區(qū)域、層或部分可以被稱為第二構件、組件、區(qū)域、層或部分。

為了便于描述，在這里可以使用空間相對術語，諸如“在……之上”、“上面的”、“在……之下”和“下面的”等，用來描述如在圖中所示的一個元件與另一元件(其他元件)的關系。將理解的是，除了圖中描繪的方位之外空間相對術語還意在包含裝置在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的裝置被翻轉(zhuǎn)，則描述為“在”其他元件“上方”或“上面”的元件隨后將被定向為“在”其他元件或特征“下方”或“下面”。因此，術語“在……上方”可以根據(jù)附圖的具體方向包含上方方位和下方方位這兩種方位。裝置可被另外地定向(旋轉(zhuǎn)90度或在其他方位上)，并可以相應地解釋在這里使用的空間相對描述符。

在這里使用術語僅為了描述具體實施例而不意在限制具體實施例。如這里使用的，除非上下文另外清楚地指出，否則單數(shù)形式的“一個(種/者)”、“該”和“所述”也意在包括復數(shù)形式。還將理解的是，當在本說明書中使用術語“包括”和/或“包括……的”時，指存在所述特征、整體、步驟、操作、構件、元件和/或它們的組，但不排除存在或附加一個或更多個其他的特征、整體、步驟、操作、構件、元件和/或它們的組。

在下文中，將參照示意圖描述示例實施例。在附圖中，例如，由于制造技術和/或公差，可以估計被示出的形狀有所改變。因此，示例實施例不應該被解釋為局限于這里示出的區(qū)域的具體形狀，例如，包括由制造引起的形狀的改變。下面的實施例也可以由一個實施例或?qū)嵤├慕M合構成。

盡管可以不示出一些剖視圖的相應平面圖和/或透視圖，但這里示出的裝置結(jié)構的剖視圖為如將在平面圖中示出的沿兩個不同方向延伸的和/或如將在透視圖中示出的在三個不同方向上的多個裝置結(jié)構提供支持。兩個不同的方向可以是彼此正交的或者可以不是彼此正交的。三個不同的方向可以包括可以與兩個不同的方向正交的第三方向。多個裝置結(jié)構可以集成在同一電子裝置中。例如，當在剖視圖中示出裝置結(jié)構(例如，存儲單元結(jié)構)時，如將由電子裝置的平面圖示出的，電子裝置可以包括多個裝置結(jié)構(例如，存儲單元結(jié)構)。多個裝置結(jié)構可以布置在陣列中和/或二維圖案中。

下面描述的示例實施例的內(nèi)容可以具有多種構造，并且在此僅提出需要 的構造，但不限于此。

圖1示出根據(jù)示例實施例的原子層沉積(ALD)設備的示意性剖視圖。

參照圖1，根據(jù)示例實施例的原子層沉積設備100可以包括處理室102、流道106、舟皿108、噴嘴部件140、氣體供應設備132、控制器164、豎直驅(qū)動器120和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器118。

處理室102可以豎直地延伸，可以具有圓頂形狀的上部和開放的圓筒形狀的下部，并且可以包括可經(jīng)受高溫的石英或碳化硅(SiC)材料。對處理室102進行加熱的加熱部104可以設置成圍繞處理室102。

流道106可以結(jié)合在處理室102的下部上，可以包括金屬材料，并且可以具有上部和下部開放的圓筒形狀。

流道106可以包括設置在其一側(cè)中的排氣部160以排出，例如，剩余源氣體、吹掃氣體和反應副產(chǎn)物。排氣部160可以連接到真空泵。

舟皿108可以在豎直方向以特定間隔容納多個半導體基底W。舟皿108可以通過流道106被傳送到處理室102中或處理室102的外部。半導體基底W可以容納在舟皿108中以被裝載到處理室102中，然后流道106的下開口可以由蓋構件110關閉。相比于處理室102的內(nèi)部空間，流道106的內(nèi)部空間會具有相對低的溫度。為了補償這樣的溫度差，可以在蓋構件110中設置加熱器162。例如，加熱器162可以對流道106的內(nèi)部空間進行加熱使得處理室102的內(nèi)部空間和流道106的內(nèi)部空間可以具有均勻的溫度分布。加熱器162可以使用電阻加熱線形成。

處理室102和流道106，以及流道106和蓋構件110可以分別具有置于它們之間的用于提供密封的密封構件112。

噴嘴部件140可以向處理室102供應分別在半導體基底W上形成薄膜的源氣體和用于吹掃處理室102內(nèi)部的源氣體的吹掃氣體，并且可以包括多個T形噴嘴管。下面將參照圖2到圖4更詳細地描述噴嘴部件140的端部。

氣體供應設備132可以設置成連接到噴嘴部件140，并且可以包括儲存源氣體(或液體源材料)和吹掃氣體的存儲部件、使液體源材料蒸發(fā)的蒸發(fā)器以及控制氣體供應的閥。

控制器164可以控制氣體供應設備132、豎直驅(qū)動器120和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器118的操作。在堆疊有多個半導體基底W的舟皿108被豎直驅(qū)動器120傳送到處理室102中之后，控制器164可以控制由氣體供應設備132供應的氣體 的供應流率和供應時間，并且可以使用旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器118調(diào)整半導體基底W的旋轉(zhuǎn)速度以便在每個基底W上形成均勻厚度的薄膜。

舟皿108可以設置在轉(zhuǎn)盤114上，轉(zhuǎn)盤114可以結(jié)合在旋轉(zhuǎn)軸116上方。旋轉(zhuǎn)軸116可以連接到轉(zhuǎn)盤114和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器118。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器118可以設置在豎直驅(qū)動器120的水平臂122的下部上，蓋構件110可以設置在豎直驅(qū)動器120的水平臂122上方。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器118可以包括第一電動機。第一電動機的旋轉(zhuǎn)力可以傳輸?shù)叫D(zhuǎn)軸116。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器118可以使轉(zhuǎn)盤114和舟皿108旋轉(zhuǎn)。防止通過旋轉(zhuǎn)軸116與蓋構件110之間的間隙泄漏的機械密封件124可以設置在蓋構件110與水平臂122之間。

負載鎖定室126可以設置在處理室102下方，舟皿108可以在處理室102與負載鎖定室126之間豎直地移動。

豎直驅(qū)動器120可以包括水平臂122、提供用于豎直移動水平臂122的驅(qū)動力的豎直驅(qū)動部128以及傳輸驅(qū)動力的驅(qū)動軸130。豎直驅(qū)動部128可以包括第二電動機。可以用導螺桿作為驅(qū)動軸130，該導螺桿通過第二電動機的旋轉(zhuǎn)力而旋轉(zhuǎn)。水平臂122可以結(jié)合到驅(qū)動軸130，并且可以通過驅(qū)動軸130的旋轉(zhuǎn)豎直地移動。

在示例實施例中，原子層沉積設備100被例示為薄膜沉積設備。示例實施例不限于此，在沒有限制的情況下，可以使用能夠使用源氣體沉積薄膜的各種類型的沉積設備。

圖2示出根據(jù)圖1示出的示例實施例的原子層沉積設備的一部分的視圖。圖2示出圖1的原子層沉積設備100的處理室102中的噴嘴部件140的視圖。

參照圖2，噴嘴部件140可以包括多個T形噴嘴管141、142和143。在示例實施例中，噴嘴部件140可以包括向處理室102的三個不同區(qū)域同時供應源氣體的三個T形噴嘴管141、142和143。噴嘴部件140可以包括向舟皿108的上面區(qū)域T供應源氣體的第一T形噴嘴管141、向舟皿108的中心區(qū)域C供應源氣體的第二T形噴嘴管142以及向舟皿108的下面區(qū)域B供應源氣體的第三T形噴嘴管143。T形噴嘴管的數(shù)量不限于示例實施例中示出的T形噴嘴管的數(shù)量。當處理室102被劃分為四個或更多個區(qū)域時，四個或更多個T形噴嘴管可以形成噴嘴部件140。

T形噴嘴管141、142和143中的每個可以包括均具有閉合端的第一管141a、142a和143a以及均結(jié)合到第一管141a、142a和143a中的每個的中間 部的第二管141b、142b和143b，即，噴嘴管可以是T形的。

多個T形噴嘴管141、142和143可以，與例如在z軸方向上容納有多個半導體基底W的舟皿108的側(cè)表面鄰近地(例如，相鄰)，設置為以例如在z軸方向上的特定的間隔S彼此分隔開。多個第一管141a、142a和143a可以按線性方式，以例如在z軸方向上的特定的間隔S，與舟皿108的側(cè)表面鄰近地設置。第一管141a、142a和143a以及第二管141b、142b和143b可以彼此結(jié)合以基本形成直角(例如，以形成大致直角)。第二管141b、142b和143b的例如在x軸方向上的長度可以分別比第一管141a、142a和143a的例如在z軸方向上的長度短。

第一管141a、142a和143a中的每個可以具有以特定的間隔設置在其一側(cè)中的用于噴射源氣體的多個噴嘴孔H(見圖3)。多個噴嘴孔H中的每個可以與半導體基底W之間的多個空間中的每個空間對應，例如，可以與半導體基底W之間的一個空間對應。噴嘴孔H可以按(例如，以)至少等于半導體基底W的數(shù)量的量設置。

噴嘴部件140還可以具有分別連接到T形噴嘴管141、142和143的第二管141b、142b和143b的注射部151、152和153。源氣體可以分別通過注射部151、152和153單獨地引入到T形噴嘴管141、142和143中，并且可以通過噴嘴孔H噴射到處理室102中。

根據(jù)示例實施例的原子層沉積設備100可以包括噴嘴部件140，噴嘴部件140包括同時向處理室102的三個不同區(qū)域(例如，上面區(qū)域T、中心區(qū)域C和下面區(qū)域B)供應源氣體的三個T形噴嘴管141、142和143，并且與通過包括單個L型噴嘴管的原子層沉積設備分別形成在半導體基底上的薄膜相比，通過原子層沉積設備100分別形成在半導體基底上的薄膜可以在處理室102的區(qū)域中具有改善的厚度變化，并且在半導體基底中具有改善的厚度變化。相比于向單個L型噴嘴管供應源氣體，源氣體可以單獨供應到三個T形噴嘴管141、142和143，通過噴嘴孔H噴射的源氣體的速率可以增大，并且遍布在處理室102的整個區(qū)域的源氣體的速率可以保持恒定。這樣的結(jié)果也可以通過模擬來證實。

與示例實施例不同，T形噴嘴管141、142和143的第二管141b、142b和143b可以連接到單個注射部。當通過單個注射部引入源氣體時，不會對薄膜中厚度變化的改善具有影響。

圖3和圖4示出根據(jù)示例實施例的原子層沉積設備的相應的噴嘴部件的視圖。

參照圖3，噴嘴部件140可以包括分別連接到T形噴嘴管141、142和143的第二管141b、142b和143b的注射部151、152和153，并且還可以包括使注射部151、152和153彼此固定的結(jié)合部161。側(cè)向地設置在各個第一管141a、142a和143a中的噴嘴孔H的數(shù)量不限于示例實施例中示出的噴嘴孔H的數(shù)量，并且可以根據(jù)容納在舟皿108中的半導體基底W的數(shù)量而改變(參照圖2)。

至少一個結(jié)合部161可以安裝在第一注射部151和第二注射部152之間以及第一注射部151、第二注射部152和第三注射部153之中。至少一個結(jié)合部161可以允許多個第一管141a、142a和143a以特定間隔S與舟皿108的側(cè)表面鄰近地設置(參照圖2)，多個噴嘴孔H中的每個可以設置為與半導體基底W之間的空間中的每個對應。至少一個結(jié)合部161可以保持注射部151、152和153之中的間隔。

至少一個結(jié)合部161可以包括諸如石英或碳化硅(SiC)的材料，以便防止由工藝期間的熱或源氣體引起的損壞。

首先參照圖4，噴嘴部件240可以包括與舟皿108(見圖2)的側(cè)表面鄰近地豎直布置成線的彼此結(jié)合的多個T形噴嘴管241、242和243。

T形噴嘴管241、242和243中的每個可以包括均具有閉合端的第一管241a、242a和243a，以及均結(jié)合到各個第一管241a、242a和243a的中間部的第二管241b、242b和243b。第一管241a、242a和243a中的每個可以包括具有突起P的一端，以及具有凹進R的另一端。第一管242a和243a的突起P與另外的第一管241a和242a可以彼此結(jié)合。以這種方式，第一管241a、242a和243a可以彼此結(jié)合以豎直布置成線，例如，可以直接接觸使得沒有特定間隔S位于它們之間。突起P可以安裝到凹進R中而它們之間不存在空間。

第一管241a、242a和243a以及第二管241b、242b和243b可以彼此結(jié)合以基本形成直角。第二管241b、242b和243b可以分別比第一管241a、242a和243a短。

噴嘴部件240還可以包括參照圖3描述的結(jié)合部161，使得分別連接到第二管241b、242b和243b的注射部151、152和153之間可以保持間隔，并且多個噴嘴孔H中的每個可以設置為與半導體基底W之間的多個空間中的每 個對應。

圖5和圖6示出根據(jù)示例實施例的原子層沉積設備的相應的噴嘴部件和氣體供應設備的視圖。

參照圖5，噴嘴部件140可以包括多個T形噴嘴管141、142和143以及分別連接到T形噴嘴管141、142和143的注射部151、152和153。注射部151、152和153可以分別將由氣體供應設備132供應的源氣體和吹掃氣體引入到T形噴嘴管141、142和143中。氣體供應設備132可以包括第一氣體供應設備132a、第二氣體供應設備132b和第三氣體供應設備132c。第一氣體供應設備132a、第二氣體供應設備132b和第三氣體供應設備132c中的每個可以包括儲存源氣體或液態(tài)源材料的存儲部件和調(diào)整氣體供應的閥。第一氣體供應設備132a、第二氣體供應設備132b和第三氣體供應設備132c中的每個還可以包括在蒸鍍液態(tài)源材料時，使液態(tài)源材料蒸發(fā)并將蒸發(fā)的液態(tài)源材料作為源氣體來供應的蒸發(fā)器。第一氣體供應設備132a和第二氣體供應設備132b可以分別供應第一源氣體和第二源氣體，第三氣體供應設備132c可以供應吹掃氣體。在示例實施例中，噴嘴部件140可以向舟皿108的上面區(qū)域T、中心區(qū)域C和下面區(qū)域B(參照圖2)供應第一源氣體、第二源氣體或吹掃氣體。噴嘴部件140可以按需要的順序依次供應第一源氣體、第二源氣體和吹掃氣體。

參照圖6，多個噴嘴部件140-1、140-2和140-3可以與舟皿108的側(cè)表面鄰近地設置在處理室102中。多個噴嘴部件140-1、140-2和140-3中的每個可以包括多個T形噴嘴管和分別連接到T形噴嘴管的注射部。

氣體供應設備132可以包括第一氣體供應設備132a、第二氣體供應設備132b和第三氣體供應設備132c。第一氣體供應設備132a和第二氣體供應設備132b可以分別供應第一源氣體和第二源氣體，第三氣體供應設備132c可以供應吹掃氣體。在示例實施例中，第一噴嘴部件140-1可以供應由第一氣體供應設備132a引入的第一源氣體，第二噴嘴部件140-2可以供應由第二氣體供應設備132b引入的第二源氣體，第三噴嘴部件140-3可以供應由第三氣體供應設備132c引入的吹掃氣體。第一噴嘴部件140-1、第二噴嘴部件140-2和第三噴嘴部件140-3可以分別允許第一源氣體、第二源氣體和吹掃氣體同時供應到舟皿108的各個區(qū)域。

在示例實施例中，多個噴嘴部件140-1、140-2和140-3的使用可以允許 不同的氣體通過單獨的噴嘴部件供應到處理室。當通過單獨的噴嘴部件供應吹掃氣體時，源氣體可以保留在多個噴嘴部件中。通過使供應源氣體的多個噴嘴部件分開，可以防止保留在噴嘴部件中的不同類型的源氣體彼此反應時產(chǎn)生異物。多個噴嘴部件140-1、140-2和140-3可以允許第一源氣體、第二源氣體和吹掃氣體按需要的順序依次供應到處理室。

在下文中，根據(jù)具有上述構造并在圖1中示出的示例實施例，將描述使用原子層沉積設備100形成薄膜的方法。根據(jù)示例實施例，將描述利用原子層沉積設備使用原子層沉積(ALD)工藝形成薄膜的方法。這可以是示例，而形成薄膜的方法不限于此。

圖7和圖8分別示出使用根據(jù)圖1示出的示例實施例的原子層沉積設備形成薄膜的工藝的流程圖和時序圖。

參照圖1、圖7和圖8，可以將半導體基底W保持在舟皿108中以裝載在處理室102中(S10)。在裝載半導體基底W之后，連接到排氣部160的真空泵可以在處理室102中形成期望的真空條件。同時，加熱器104可以將半導體基底W加熱到期望的加工溫度。

接著，噴嘴部件140可以允許第一源氣體供應到處理室102(S11)。豎直地設置的多個T形噴嘴管可以允許第一源氣體以基本均勻的速度供應到處理室102的整個區(qū)域?？梢砸悦}沖的方式供應第一源氣體預定的時間段以使第一源氣體吸附在半導體基底W上。第一源氣體可以是提供形成所需薄膜的材料的前驅(qū)氣體。“以脈沖的方式供應第一源氣體預定時間段”可以意味著僅以恒定的流率供應第一源氣體預定的時間段然后關閉，并且在下文中可以作為具有相同的意思來使用。

隨后，可以通過經(jīng)由噴嘴部件140引入第一吹掃氣體來對處理室102執(zhí)行第一吹掃操作(S12)。第一吹掃操作(S12)可以允許未吸附在半導體基底W上的第一源氣體通過排氣部160排出?？梢砸悦}沖的方式供應第一吹掃氣體預定的時間段。可以將諸如氬(Ar)或氦(He)的惰性氣體用作第一吹掃氣體。當完成第一吹掃操作(S12)時，僅單層的第一源氣體可以吸附在半導體基底W上。

接著，噴嘴部件140可以允許第二源氣體供應到處理室102(S13)。豎直地設置的多個T形噴嘴管可以允許第二源氣體以基本均勻的速度供應到處理室102的整個區(qū)域。可以以脈沖的方式供應第二源氣體預定的時間段。第 二源氣體可以與吸附在半導體基底W上的第一源氣體反應以形成具有單原子厚度的需要的薄膜。第二源氣體可以是與作為前驅(qū)氣體的第一源氣體反應的反應氣體。

隨后，可以通過經(jīng)由噴嘴部件140引入第二吹掃氣體來對處理室102執(zhí)行第二吹掃操作(S14)。

通過第二吹掃操作(S14)未反應的第二源氣體和反應副產(chǎn)物可以通過排氣部160排出?？梢詫⒅T如氬(Ar)或氦(He)的惰性氣體用作第二吹掃氣體。

操作S11至操作S14可以形成循壞，并且可以根據(jù)需要的薄膜的厚度來重復循壞。

當形成具有需要的厚度的薄膜時，可以使半導體基底W冷卻，然后從處理室102卸載。

圖9示出使用根據(jù)示例實施例的原子層沉積設備制造的豎直存儲裝置的存儲單元結(jié)構的示意性透視圖。

參照圖9，豎直存儲裝置300可以包括基底301、包括交替地堆疊在基底301上的層間絕緣層320和柵電極330的柵極結(jié)構以及在與基底301的上表面垂直的方向上穿過層間絕緣層320和柵電極330的溝道350。豎直存儲裝置300還可以包括在溝道350的下部上設置在基底301上的外延部340、設置在溝道350與柵電極330之間的柵極介電層360、設置在源極區(qū)305上的共源線307以及設置在溝道350中的每個的上部上的漏極焊盤390。

在豎直存儲裝置300中，單個的存儲單元串可以沿溝道350中的每個來構造，多個存儲單元串可以分別在x軸方向和y軸方向上布置在行和列中。

基底301可以具有在x軸和y軸方向上延伸的上表面?；?01可以包含半導體材料，諸如IV族半導體、III-V族化合物半導體或II-VI族化合物半導體。例如，IV族半導體可以包含硅、鍺或硅-鍺?；?01可以設置為塊狀晶片或外延層。

均具有柱狀的溝道350可以設置為在與基底301的上表面垂直的z軸方向上延伸。溝道350中的每個可以具有圍繞每個溝道350中的第一絕緣層382的環(huán)形形狀。溝道350可以在x軸和y軸方向上彼此分隔開以被設置成建立特定的布置。如示例實施例中所示，具有共源線307置于其間的鄰近的溝道350的沉積可以是對稱的。

溝道350可以通過位于溝道350的下表面上的外延層340電連接到基底301。溝道350可以包含諸如多晶硅的半導體材料，半導體材料可以不摻雜有雜質(zhì)，或者可以包含p型或n型雜質(zhì)。

外延層340可以在溝道350的下部上設置在基底301上。外延層340可以設置在至少一個柵電極330的側(cè)表面上。盡管溝道350的長寬比(aspect ratio)被外延層340增大，但是溝道350可以穩(wěn)定地并且電氣地連接到基底301。外延層340可以包含摻雜有或未摻雜有雜質(zhì)的多晶硅、單晶硅、多晶鍺或單晶鍺。

外延絕緣層365可以設置在外延層340與柵電極331之間。外延絕緣層365可以是通過使外延層340的一部分熱氧化而形成的氧化膜。例如，外延絕緣層365可以是通過使硅(Si)外延層340熱氧化而形成的硅氧化膜SiO₂。

由330共同表示的多個柵電極331至338可以與溝道350中的每個的側(cè)表面鄰近地設置為在z軸方向上與基底301分隔開。柵電極330可以包含多晶硅、金屬硅化物材料或金屬材料。例如，金屬硅化物材料可以是從鈷(Co)、鎳(Ni)、鉿(Hf)、鉑(Pt)、鎢(W)和鈦(Ti)或其組合選擇的金屬的硅化物材料。例如，金屬材料可以是鎢(W)、鋁(Al)或銅(Cu)。

由320共同表示的多個層間絕緣層321至329中的每個可以設置在柵電極330之間。與柵電極330一樣，層間絕緣層320也可以設置為在z軸方向上彼此分隔開并在y軸方向上延伸。層間絕緣層320可以包含諸如氧化硅或氮化硅的絕緣材料。

柵極介電層360可以設置在柵電極330與溝道350之間。柵極介電層360可以包括從溝道350順序地堆疊的隧穿(tunneling)介電層、電荷存儲層和阻擋介電層。這將在下面參照圖10A和圖10B更詳細地描述。

圖10A和圖10B是圖9的區(qū)域A的放大圖。

參照圖10A，柵極介電層360可以具有從溝道350順序地堆疊有隧穿介電層362、電荷存儲層364和阻擋介電層366的結(jié)構?？梢栽O置柵極介電層360使得隧穿介電層362、電荷存儲層364和阻擋介電層366都可以與溝道350鄰近地延伸。形成柵極介電層360的層的相對厚度不限于圖10A中示出的層的厚度，并且可以改變。

隧穿介電層362可以包含氧化硅。電荷存儲層364可以包含氮化硅或氧氮化硅。阻擋介電層366可以包含氧化硅、具有高介電常數(shù)的金屬氧化物或 其組合物。例如，具有高介電常數(shù)的金屬氧化物可以是氧化鋁(Al₂O₃)、氧化鉭(Ta₂O₃)、氧化鈦(TiO₂)、氧化釔(Y₂O₃)、氧化鋯(ZrO₂)、氧化鋯硅(ZrSi_xO_y)、氧化鉿(HfO₂)、氧化鉿硅(HfSi_xO_y)、氧化鑭(La₂O₃)、氧化鑭鋁(LaAl_xO_y)、氧化鑭鉿(LaHf_xO_y)、氧化鉿鋁(HfAl_xO_y)和氧化鐠(Pr₂O₃)或其組合物。

參照圖10B，柵極介電層360a可以具有從溝道350順序地堆疊有隧穿介電層362、電荷存儲層364以及阻擋介電層366a1和366a2的結(jié)構。與圖10A的示例實施例不同，阻擋介電層366a1和366a2可以形成兩層，第一阻擋介電層366a1可以與溝道350鄰近地延伸，第二阻擋介電層366a2可以設置為圍繞柵電極層333。例如，第一阻擋介電層366a1可以是氧化硅膜，第二阻擋介電層366a2可以是具有高介電常數(shù)的金屬氧化物膜。

在存儲單元串的上端處，漏極焊盤390中的每個可以設置為覆蓋第一絕緣層382的上表面并電連接到溝道350。例如，漏極焊盤390可以包含摻雜的多晶硅。漏極焊盤390可以電連接到形成在漏極焊盤390上的位線。

在存儲單元串的下端處，源極區(qū)305可以設置在基底301的區(qū)域中。源極區(qū)305可以設置為與基底301的上表面鄰近并在y軸方向上延伸的同時以特定距離在x軸方向上彼此分隔開。例如，可以在x軸方向上的每兩個溝道350中順序地布置源極區(qū)305，但不限于此。共源線307可以設置在源極區(qū)305上以便與源極區(qū)305鄰近地在y軸方向上延伸。共源線307可以包含導電材料。例如，共源線307可以包含鎢(W)、鋁(Al)或銅(Cu)。共源線307可以通過第二絕緣層306而與柵電極330電絕緣。

圖11至圖18示出使用根據(jù)示例實施例的原子層沉積設備制造半導體裝置的方法的視圖。

參照圖11，可以在基底301上交替地堆疊層間絕緣層320和由310共同表示的層間犧牲層311至316。如圖11中所示，層間絕緣層320和層間犧牲層310可以從第一層間絕緣層321開始在基底301上交替地堆疊在彼此上。

層間犧牲層310可以由針對層間絕緣層320具有蝕刻選擇性地蝕刻的材料形成。例如，層間絕緣層320可以包括氧化硅和氮化硅中的至少一種，層間犧牲層310可以包括從硅、碳化硅、氧化硅和氮化硅中選擇的并與層間絕緣層320不同的材料。

如示例實施例中所示，層間絕緣層320的厚度可以不全是相同的?？梢? 使層間絕緣層320之中的底層間絕緣層321形成為具有相對薄的厚度，可以使頂層間絕緣層329形成為具有相對厚的厚度。

參照圖12，可以使第一開口OP1穿過層間犧牲層310和層間絕緣層320，可以使其具有孔形狀并且具有高的長寬比。第一開口OP1可以被稱為“溝道孔”。第一開口OP1的長寬比可以是10:1或更大。

第一開口OP1可以在z軸方向上延伸到基底301以在基底301中形成凹進區(qū)域R?？梢酝ㄟ^對層間犧牲層310和層間絕緣層320各向異性地蝕刻來形成第一開口OP1?？梢愿鶕?jù)第一開口OP1的寬度W1來選擇凹進區(qū)域R的深度D1。

參照圖13，可以在位于第一開口OP1下部的下方的凹進區(qū)域R中形成外延層340。

可以使用選擇性外延生長(SEG)工藝來形成外延層340。外延層340可以填充凹進區(qū)域R，并且可以在基底301的上方延伸。外延層340的上表面可以比與基底301鄰近的犧牲層311的上表面高，并且可以比位于犧牲層311上方的犧牲層312的下表面低。

如示例實施例中所示，外延層340的上表面可以是平坦的。例如，根據(jù)生長條件，外延層340的上表面可以是傾斜的。

隨后，第一開口OP1可以具有在其內(nèi)壁上形成的柵極介電層360?？梢允褂脠D1示出的原子層沉積設備100通過原子層沉積(ALD)來在第一開口OP1的內(nèi)壁上共形地形成具有均勻厚度的柵極介電層360。此外，可以在單個基底301上形成多個豎直存儲裝置，并且即使位于多個豎直存儲裝置之間也可以改善柵極介電層360的厚度變化。

將參照圖1和圖7更詳細地描述形成具有圖10A中示出的堆疊結(jié)構的柵極介電層360的方法。

第一開口OP1可以具有順序地堆疊在其中的阻擋介電層366、電荷存儲層364和隧穿介電層362。

首先，第一開口OP1可以具有形成在其內(nèi)壁上的阻擋介電層366。阻擋介電層366可以是具有高介電常數(shù)的金屬氧化物，可以使用圖1中示出的原子層沉積設備100通過原子層沉積(ALD)來形成金屬氧化物。

參照圖1和圖7，可以將具有第一開口OP1的基底101保持在舟皿108中以裝載到處理室102中(S10)，可以通過噴嘴部件140以脈沖的方式向處 理室102供應金屬源氣體、第一源氣體預定的時間段(S11)。金屬源氣體可以是包含金屬元素的有機化合物。金屬源氣體可以包含鋁(Al)、鉿(Hf)、鋯(Zr)、鑭(La)或鉭(Ta)。金屬源氣體可以被吸附到第一開口OP1的內(nèi)壁、外延層340的上表面以及硬掩模HM1的上表面上。隨后，可以通過噴嘴部件140向處理室102供應第一吹掃氣體以執(zhí)行第一吹掃操作(S12)。

接著，可以通過噴嘴部件140向處理室102供應氧源氣體、第二源氣體(S13)。氧源氣體可以是氧氣O₂、臭氧O₃、水蒸氣H₂O或過氧化氫H₂O₂。氧源氣體可以與先前吸附的金屬源氣體反應以在第一開口OP1的內(nèi)壁、外延層340的上表面以及硬掩模HM1的上表面上共形地形成具有原子層厚度的金屬氧化物。隨后，可以通過噴嘴部件140向處理室102供應第二吹掃氣體以執(zhí)行第二吹掃操作(S14)。

根據(jù)需要的厚度，通過重復操作(S11到S14)，可以形成包括金屬氧化物的阻擋介電層366。

第二，可以在形成在第一開口OP1的內(nèi)壁上的阻擋介電層366上形成電荷存儲層364。電荷存儲層364可以是氮化硅，可以使用圖1中示出的原子層沉積設備100通過原子層沉積(ALD)來形成氮化硅。

參照圖1和圖7，在第一開口OP1的內(nèi)壁上形成有阻擋介電層366的基底301被裝載到處理室102中時，可以通過噴嘴部件140以脈沖的方式向處理室102供應硅源氣體、第一源氣體預定的時間段(S11)。硅源氣體可以是包括硅元素的有機或無機化合物。例如，硅源氣體可以包含六氯乙硅烷(HCDS)或二異丙基氨基硅烷(DIPAS)。硅源氣體可以吸附到位于第一開口OP1的內(nèi)壁、外延層340的上表面以及硬掩模HM1的上表面上的阻擋介電層366上。隨后，可以通過噴嘴部件140向處理室102供應第一吹掃氣體以執(zhí)行第一吹掃操作(S12)。

接著，可以通過噴嘴部件140向處理室102供應氮源氣體、第二源氣體(S13)。氮源氣體可以是氮氣N₂和氨氣NH₃中的一種。氮源氣體可以與先前吸附的硅源氣體反應以在位于第一開口OP1的內(nèi)壁、外延層340的上表面以及硬掩模HM1的上表面上的阻擋介電層366上共形地形成具有原子層厚度的氮化硅。隨后，可以通過噴嘴部件140向處理室102供應第二吹掃氣體以執(zhí)行第二吹掃操作(S14)。

根據(jù)需要的厚度，通過重復操作(S11到S14)，可以形成包括氮化硅的 電荷存儲層364。

第三，可以在形成在第一開口OP1的內(nèi)壁上的電荷存儲層364上形成隧穿介電層362。隧穿介電層362可以是氧化硅，可以使用圖1中示出的原子層沉積設備100通過原子層沉積(ALD)來形成氧化硅。

參照圖1和圖7，在把第一開口OP1的內(nèi)壁上形成了阻擋介電層366和電荷存儲層364的基底301裝載到處理室102中時，可以通過源供應部以脈沖的方式向處理室102供應硅源氣體、第一源氣體預定的時間段(S11)。硅源氣體可以是包括硅元素的有機或無機化合物。例如，硅源氣體可以包含六氯乙硅烷(HCDS)或二異丙基氨基硅烷(DIPAS)。硅源氣體可以吸附到位于第一開口OP1的內(nèi)壁、外延層340的上表面以及硬掩模HM1的上表面上的電荷存儲層364上。隨后，可以向處理室102供應第一吹掃氣體以執(zhí)行第一吹掃操作(S12)。

接著，可以通過噴嘴部件140向處理室102供應氧源氣體、第二源氣體(S13)。氧源氣體可以是氧氣O₂、臭氧O₃、水蒸氣H₂O或過氧化氫H₂O₂。氧源氣體可以與先前吸附的硅源氣體反應以在第一開口OP1的內(nèi)壁、外延層340的上表面以及硬掩模HM1的上表面上共形地形成具有原子層厚度的氮化硅。隨后，可以向處理室102供應第二吹掃氣體以執(zhí)行第二吹掃操作(S12)。根據(jù)需要的厚度，通過重復操作(S11到S14)，可以形成包括氧化硅的隧穿介電層362。

參照圖14，第一開口OP1中的柵極介電層360的一部分的去除可以允許外延層340的上表面的一部分暴露，然后可以在暴露的外延層340和柵極介電層360上形成溝道350。當去除柵極介電層360的一部分時，外延層340的一部分可以被除去，凹進可以形成在外延層340的上部中。溝道350可以在外延層340的上表面上與外延層340接觸以連接到外延層340?？梢允褂脫诫s有雜質(zhì)或未摻雜有雜質(zhì)的多晶硅或非晶硅來形成溝道350，當使用非晶硅形成溝道350時，可以另外執(zhí)行使非晶硅結(jié)晶的工藝。

隨后，可以分別在溝道350上形成填充第一開口OP1的第一絕緣層382以及漏極焊盤390?？梢酝ㄟ^去除第一絕緣層382、溝道350和柵極介電層360的三者的一部分以形成凹進，并且通過利用摻雜的多晶硅填充該凹進來形成漏極焊盤390。可以包括使頂層間絕緣層329的上表面暴露的化學機械拋光(CMP)工藝。

接著，可以形成使層間犧牲層310和層間絕緣層320的堆疊體以特定的間隔分開的第二開口OP2。可以通過使用光刻工藝形成硬掩模并對層間犧牲層310和層間絕緣層320的堆疊體進行各向異性地蝕刻來形成第二開口OP2。第二開口OP2可以具有在y軸方向上延伸的溝槽形式(參照圖9)。在形成第二開口OP2之前，頂層間絕緣層329和漏極焊盤390可以具有形成在其上的附加絕緣層，可以防止例如對漏極焊盤390以及位于漏極焊盤390的下部上的溝道350的損害。第二開口OP2可以暴露溝道350之間的基底301。

參照圖15，可以通過蝕刻工藝來去除通過第二開口OP2暴露的層間犧牲層310，并且可以形成限定在層間絕緣層320之間的側(cè)開口LP。側(cè)開口LP可以允許柵極介電層360的側(cè)表面和外延層340的側(cè)表面部分地暴露。

接著，可以在被側(cè)開口LP暴露的外延層340上形成外延絕緣層365。例如，可以通過熱氧化工藝形成外延絕緣層365。在這種情況下，外延絕緣層365可以是通過使外延層340的一部分氧化而形成的氧化物膜。外延絕緣層365的厚度和形狀不限于示例實施例中示出的厚度和形狀。

當在本操作中執(zhí)行熱氧化工藝時，對于通過側(cè)開口LP暴露的柵極介電層360而言，可以消除在蝕刻層間犧牲層310期間形成的損壞。

參照圖16，可以分別在側(cè)開口LP中形成柵電極330。柵電極330可以包含金屬材料。根據(jù)示例實施例，柵電極330可以包含例如鎢(W)、鋁(Al)或銅(Cu)。根據(jù)示例實施例，柵電極330還可以包括擴散阻擋層。首先，擴散阻擋層可以均勻地覆蓋層間絕緣層320、柵極介電層360、外延絕緣層365以及基底301的通過第二開口OP2和側(cè)開口LP暴露的上表面。接著，金屬材料可以填充側(cè)開口LP。

接著，為了僅在側(cè)開口LP中分別設置柵電極330，可以經(jīng)過附加的光刻工藝，通過掩模形成工藝和蝕刻工藝，通過去除形成被形成在第二開口OP2中的柵電極330的材料來形成第三開口OP3。第三開口OP3可以具有在y軸方向上延伸的溝槽形式(參照圖9)。

結(jié)果，包括層間絕緣層320和柵電極330的柵極結(jié)構可以形成為交替地堆疊在基底301上。柵電極330可以通過形成在柵極結(jié)構之間的第三開口OP3的側(cè)表面暴露。柵極結(jié)構可以包括在與基底301的上表面垂直的方向上穿過層間絕緣層320和柵電極330的溝道350。柵極結(jié)構也可以包括在溝道350的下部上設置在基底301上外延層340以及分別設置在溝道350與柵電極330 之間的柵極介電層360。

參照圖17，可以在通過柵極結(jié)構之間的第三開口OP3暴露的基底301中形成源極區(qū)305，可以形成覆蓋第三開口OP3的內(nèi)壁的第二絕緣層306。

首先，可以通過使用柵極結(jié)構作為掩模向通過第三開口OP3暴露的基底301中注入雜質(zhì)離子來形成源極區(qū)305。

接著，可以形成覆蓋柵極結(jié)構之間的第三開口OP3的內(nèi)側(cè)表面的具有均勻厚度的第二絕緣層306。例如，第二絕緣層306可以是氧化硅，并且可以使用圖1中示出的原子層沉積設備100通過原子層沉積(ALD)來形成氧化硅。由于與形成隧穿絕緣層的上述方法相同，所以將省略形成第二絕緣層306的方法。

接著，各向異性蝕刻工藝的使用可以允許第二絕緣層306的一部分被去除使得可以暴露源極區(qū)305。結(jié)果，第二絕緣層306可以形成為覆蓋柵極結(jié)構的側(cè)表面，例如，第三開口OP3的內(nèi)壁。可以使用例如反應離子蝕刻(RIE)作為各向異性蝕刻工藝。

參照圖18，共源線307可以通過位于暴露的源極區(qū)305上的第二絕緣層306來形成為與多個柵電極330電隔離。

形成共源線307的工藝可以包括用導電材料填充第二絕緣層306形成在其側(cè)表面上的第三開口OP3的工藝，以及使頂層間絕緣層329的上表面和漏極焊盤390的上表面暴露的化學機械拋光(CMP)工藝。

導電材料可以包含例如金屬材料、金屬氮化物和金屬硅化物材料。共源線307可以包含例如鎢。

隨后，可以形成絕緣層以覆蓋共源線307、漏極焊盤390和頂層間絕緣層329。絕緣層可以具有形成在絕緣層中的導電接觸塞以與相應的漏極焊盤390接觸。絕緣層可以具有形成在絕緣層上的位線。漏極焊盤390可以通過導電接觸塞電連接到形成在絕緣層上的位線。

通過總結(jié)和回顧的方式，當在具有高長寬比的形式精細圖案(form fine patterns)上形成薄膜時，會要求優(yōu)異的臺階覆蓋性和厚度均勻性。為了滿足這樣的要求，可以使用形成具有單原子厚度的薄膜層的ALD設備。

由于單獨地加工半導體基底的單個型ALD設備會具有低的生產(chǎn)率，所以對單個型ALD設備來說會難以用于半導體制造工藝的批量生產(chǎn)中，而可以同時加工許多半導體基底的批量型ALD設備可以是更好的或是需要的。

例如，可以使用批量型ALD設備來執(zhí)行單元堆疊工藝(例如，形成柵極介電層(例如，溝道孔中的隧穿層、電荷陷阱層和阻擋層)的工藝)。就晶圓之間的厚度變化和晶圓中的厚度變化而言，通過使用經(jīng)過單個L型噴嘴管向處理室中的各種區(qū)域(例如，處理室的頂區(qū)、中心區(qū)和底區(qū))供應源氣體的方式的批量型ALD設備來加工的薄膜會是有缺陷的。

根據(jù)示例實施例，可以通過將對比性的單個L型噴嘴管拆分成三個T型噴嘴管，并分別經(jīng)過三個T形的噴嘴管向處理室的三個區(qū)域T、C和B供應源氣體來改善晶圓之間的厚度變化和晶圓中的厚度變化。

如上所述，根據(jù)示例實施例，當通過使用批量型薄膜沉積設備在一個或更多個基底上形成薄膜時，多個T形的噴嘴管的提供可以允許單個基底的厚度的均勻性以及單個基底之間的均勻性。示例實施例可以提供可以改善單個基底內(nèi)的厚度均勻性以及單個基底之間的厚度均勻性的批量型薄膜沉積設備。

在這里已經(jīng)公開了示例實施例，雖然采用了特定的術語，但是僅以一般的和描述性的含義來使用和解釋它們，而不是為了限制的目的。在某些情況下，如本領域普通技術人員將清楚的，自提交本申請之時起，除非另外特別說明，否則結(jié)合具體實施例描述的特征、特性和/或元件可以單獨使用，或者可與結(jié)合其他實施例描述的特征、特性和/或元件組合起來使用。因此，本領域技術人員將理解的是，在不脫離本發(fā)明的由權利要求書闡述的精神和范圍的情況下，可以做出形式上和細節(jié)上的各種改變。