薄膜沉积设备的制作方法

技术领域

实施例涉及用于半导体装置的制造中的薄膜沉积设备。

背景技术：

随着半导体装置的集成度会增大，在半导体制造工艺中，会要求半导体装置形成具有高纵横比的精细图案。

技术实现要素：

实施例可以通过提供一种薄膜沉积设备来实现，所述薄膜沉积设备包括：处理室；舟皿，位于处理室中，舟皿容纳位于舟皿中的多个基底；喷嘴，向处理室供应源气体以在每个基底上形成薄膜，喷嘴包括多个T形的喷嘴管，每个T形的喷嘴管包括具有闭合端的第一管和结合到第一管的中间部的第二管。

实施例可以通过提供一种薄膜沉积设备来实现，所述薄膜沉积设备包括：处理室；舟皿，位于处理室中，舟皿容纳位于舟皿中的多个基底；多个喷嘴部件，包括与舟皿的侧表面邻近的彼此分隔开的多个T形的喷嘴管，以向处理室的不同区域供应用于在每个基底上形成薄膜的源气体和吹扫气体。

实施例可以通过提供一种薄膜沉积设备来实现，所述薄膜沉积设备包括：处理室；多个喷嘴管，以基本均匀的速度(velocity)向处理室的不同区域供应气体。

附图说明

通过参照附图详细描述示例性实施例，特征对于本领域技术人员来讲将 变得清楚，在附图中：

图1示出根据示例实施例的原子层沉积(ALD)设备的示意性剖视图；

图2示出根据图1示出的示例实施例的原子层沉积设备的一部分的视图；

图3和图4示出根据示例实施例的原子层沉积设备的相应的喷嘴部件的视图；

图5和图6示出根据示例实施例的原子层沉积设备的相应的喷嘴部件和气体供应设备的视图；

图7和图8分别示出使用根据示例实施例的原子层沉积设备形成薄膜的工艺的流程图和时序图；

图9示出通过使用根据示例实施例的原子层沉积设备制造的竖直存储装置的存储单元结构的示意性透视图；

图10A和图10B示出图9的区域A的放大图；

图11至图18示出通过使用根据示例实施例的原子层沉积设备制造竖直存储装置的方法中的步骤的视图。

具体实施方式

现在，在下文中将参照附图更充分地描述示例实施例；然而，示例实施例可以以不同的形式实施，并且不应解释为局限于这里阐述的实施例。而是，提供这些实施例使得本公开将是彻底的且完整的，并将把示例性实施方案充分地传达给本领域技术人员。

在附图中，为了示出的清楚，可夸大层和区域的尺寸。在整个说明书中，将理解的是，当诸如层、区域或基底的元件被称为“在”另一元件“上”、“连接到”或“结合到”另一元件时，该元件可以直接“在”其他元件“上”、直接“连接到”或直接“结合到”其他元件或者可以存在置于两个元件之间的其他元件。相反地，当元件被称为“直接在”另一元件“上”、“直接连接到”或“直接结合到”另一元件时，可以不存在置于两个元件之间的元件或层。同样的标号始终指示同样的元件。如这里所使用的，术语“和/或”包括一个或更多个相关列出项的任何和全部组合。

将明显的是，尽管在这里可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种构件、组件、区域、层和/或部分，但这些构件、组件、区域、层和/或部分不应该被这些术语所限制。这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部 分与另一构件、组件、区域、层或部分区分开。因此，在不脱离示例实施例的教导的情况下，下面讨论的第一构件、组件、区域、层或部分可以被称为第二构件、组件、区域、层或部分。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，诸如“在……之上”、“上面的”、“在……之下”和“下面的”等，用来描述如在图中所示的一个元件与另一元件(其他元件)的关系。将理解的是，除了图中描绘的方位之外空间相对术语还意在包含装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的装置被翻转，则描述为“在”其他元件“上方”或“上面”的元件随后将被定向为“在”其他元件或特征“下方”或“下面”。因此，术语“在……上方”可以根据附图的具体方向包含上方方位和下方方位这两种方位。装置可被另外地定向(旋转90度或在其他方位上)，并可以相应地解释在这里使用的空间相对描述符。

在这里使用术语仅为了描述具体实施例而不意在限制具体实施例。如这里使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式的“一个(种/者)”、“该”和“所述”也意在包括复数形式。还将理解的是，当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包括……的”时，指存在所述特征、整体、步骤、操作、构件、元件和/或它们的组，但不排除存在或附加一个或更多个其他的特征、整体、步骤、操作、构件、元件和/或它们的组。

在下文中，将参照示意图描述示例实施例。在附图中，例如，由于制造技术和/或公差，可以估计被示出的形状有所改变。因此，示例实施例不应该被解释为局限于这里示出的区域的具体形状，例如，包括由制造引起的形状的改变。下面的实施例也可以由一个实施例或实施例的组合构成。

尽管可以不示出一些剖视图的相应平面图和/或透视图，但这里示出的装置结构的剖视图为如将在平面图中示出的沿两个不同方向延伸的和/或如将在透视图中示出的在三个不同方向上的多个装置结构提供支持。两个不同的方向可以是彼此正交的或者可以不是彼此正交的。三个不同的方向可以包括可以与两个不同的方向正交的第三方向。多个装置结构可以集成在同一电子装置中。例如，当在剖视图中示出装置结构(例如，存储单元结构)时，如将由电子装置的平面图示出的，电子装置可以包括多个装置结构(例如，存储单元结构)。多个装置结构可以布置在阵列中和/或二维图案中。

下面描述的示例实施例的内容可以具有多种构造，并且在此仅提出需要 的构造，但不限于此。

图1示出根据示例实施例的原子层沉积(ALD)设备的示意性剖视图。

参照图1，根据示例实施例的原子层沉积设备100可以包括处理室102、流道106、舟皿108、喷嘴部件140、气体供应设备132、控制器164、竖直驱动器120和旋转驱动器118。

处理室102可以竖直地延伸，可以具有圆顶形状的上部和开放的圆筒形状的下部，并且可以包括可经受高温的石英或碳化硅(SiC)材料。对处理室102进行加热的加热部104可以设置成围绕处理室102。

流道106可以结合在处理室102的下部上，可以包括金属材料，并且可以具有上部和下部开放的圆筒形状。

流道106可以包括设置在其一侧中的排气部160以排出，例如，剩余源气体、吹扫气体和反应副产物。排气部160可以连接到真空泵。

舟皿108可以在竖直方向以特定间隔容纳多个半导体基底W。舟皿108可以通过流道106被传送到处理室102中或处理室102的外部。半导体基底W可以容纳在舟皿108中以被装载到处理室102中，然后流道106的下开口可以由盖构件110关闭。相比于处理室102的内部空间，流道106的内部空间会具有相对低的温度。为了补偿这样的温度差，可以在盖构件110中设置加热器162。例如，加热器162可以对流道106的内部空间进行加热使得处理室102的内部空间和流道106的内部空间可以具有均匀的温度分布。加热器162可以使用电阻加热线形成。

处理室102和流道106，以及流道106和盖构件110可以分别具有置于它们之间的用于提供密封的密封构件112。

喷嘴部件140可以向处理室102供应分别在半导体基底W上形成薄膜的源气体和用于吹扫处理室102内部的源气体的吹扫气体，并且可以包括多个T形喷嘴管。下面将参照图2到图4更详细地描述喷嘴部件140的端部。

气体供应设备132可以设置成连接到喷嘴部件140，并且可以包括储存源气体(或液体源材料)和吹扫气体的存储部件、使液体源材料蒸发的蒸发器以及控制气体供应的阀。

控制器164可以控制气体供应设备132、竖直驱动器120和旋转驱动器118的操作。在堆叠有多个半导体基底W的舟皿108被竖直驱动器120传送到处理室102中之后，控制器164可以控制由气体供应设备132供应的气体 的供应流率和供应时间，并且可以使用旋转驱动器118调整半导体基底W的旋转速度以便在每个基底W上形成均匀厚度的薄膜。

舟皿108可以设置在转盘114上，转盘114可以结合在旋转轴116上方。旋转轴116可以连接到转盘114和旋转驱动器118。旋转驱动器118可以设置在竖直驱动器120的水平臂122的下部上，盖构件110可以设置在竖直驱动器120的水平臂122上方。旋转驱动器118可以包括第一电动机。第一电动机的旋转力可以传输到旋转轴116。旋转驱动器118可以使转盘114和舟皿108旋转。防止通过旋转轴116与盖构件110之间的间隙泄漏的机械密封件124可以设置在盖构件110与水平臂122之间。

负载锁定室126可以设置在处理室102下方，舟皿108可以在处理室102与负载锁定室126之间竖直地移动。

竖直驱动器120可以包括水平臂122、提供用于竖直移动水平臂122的驱动力的竖直驱动部128以及传输驱动力的驱动轴130。竖直驱动部128可以包括第二电动机。可以用导螺杆作为驱动轴130，该导螺杆通过第二电动机的旋转力而旋转。水平臂122可以结合到驱动轴130，并且可以通过驱动轴130的旋转竖直地移动。

在示例实施例中，原子层沉积设备100被例示为薄膜沉积设备。示例实施例不限于此，在没有限制的情况下，可以使用能够使用源气体沉积薄膜的各种类型的沉积设备。

图2示出根据图1示出的示例实施例的原子层沉积设备的一部分的视图。图2示出图1的原子层沉积设备100的处理室102中的喷嘴部件140的视图。

参照图2，喷嘴部件140可以包括多个T形喷嘴管141、142和143。在示例实施例中，喷嘴部件140可以包括向处理室102的三个不同区域同时供应源气体的三个T形喷嘴管141、142和143。喷嘴部件140可以包括向舟皿108的上面区域T供应源气体的第一T形喷嘴管141、向舟皿108的中心区域C供应源气体的第二T形喷嘴管142以及向舟皿108的下面区域B供应源气体的第三T形喷嘴管143。T形喷嘴管的数量不限于示例实施例中示出的T形喷嘴管的数量。当处理室102被划分为四个或更多个区域时，四个或更多个T形喷嘴管可以形成喷嘴部件140。

T形喷嘴管141、142和143中的每个可以包括均具有闭合端的第一管141a、142a和143a以及均结合到第一管141a、142a和143a中的每个的中间 部的第二管141b、142b和143b，即，喷嘴管可以是T形的。

多个T形喷嘴管141、142和143可以，与例如在z轴方向上容纳有多个半导体基底W的舟皿108的侧表面邻近地(例如，相邻)，设置为以例如在z轴方向上的特定的间隔S彼此分隔开。多个第一管141a、142a和143a可以按线性方式，以例如在z轴方向上的特定的间隔S，与舟皿108的侧表面邻近地设置。第一管141a、142a和143a以及第二管141b、142b和143b可以彼此结合以基本形成直角(例如，以形成大致直角)。第二管141b、142b和143b的例如在x轴方向上的长度可以分别比第一管141a、142a和143a的例如在z轴方向上的长度短。

第一管141a、142a和143a中的每个可以具有以特定的间隔设置在其一侧中的用于喷射源气体的多个喷嘴孔H(见图3)。多个喷嘴孔H中的每个可以与半导体基底W之间的多个空间中的每个空间对应，例如，可以与半导体基底W之间的一个空间对应。喷嘴孔H可以按(例如，以)至少等于半导体基底W的数量的量设置。

喷嘴部件140还可以具有分别连接到T形喷嘴管141、142和143的第二管141b、142b和143b的注射部151、152和153。源气体可以分别通过注射部151、152和153单独地引入到T形喷嘴管141、142和143中，并且可以通过喷嘴孔H喷射到处理室102中。

根据示例实施例的原子层沉积设备100可以包括喷嘴部件140，喷嘴部件140包括同时向处理室102的三个不同区域(例如，上面区域T、中心区域C和下面区域B)供应源气体的三个T形喷嘴管141、142和143，并且与通过包括单个L型喷嘴管的原子层沉积设备分别形成在半导体基底上的薄膜相比，通过原子层沉积设备100分别形成在半导体基底上的薄膜可以在处理室102的区域中具有改善的厚度变化，并且在半导体基底中具有改善的厚度变化。相比于向单个L型喷嘴管供应源气体，源气体可以单独供应到三个T形喷嘴管141、142和143，通过喷嘴孔H喷射的源气体的速率可以增大，并且遍布在处理室102的整个区域的源气体的速率可以保持恒定。这样的结果也可以通过模拟来证实。

与示例实施例不同，T形喷嘴管141、142和143的第二管141b、142b和143b可以连接到单个注射部。当通过单个注射部引入源气体时，不会对薄膜中厚度变化的改善具有影响。

图3和图4示出根据示例实施例的原子层沉积设备的相应的喷嘴部件的视图。

参照图3，喷嘴部件140可以包括分别连接到T形喷嘴管141、142和143的第二管141b、142b和143b的注射部151、152和153，并且还可以包括使注射部151、152和153彼此固定的结合部161。侧向地设置在各个第一管141a、142a和143a中的喷嘴孔H的数量不限于示例实施例中示出的喷嘴孔H的数量，并且可以根据容纳在舟皿108中的半导体基底W的数量而改变(参照图2)。

至少一个结合部161可以安装在第一注射部151和第二注射部152之间以及第一注射部151、第二注射部152和第三注射部153之中。至少一个结合部161可以允许多个第一管141a、142a和143a以特定间隔S与舟皿108的侧表面邻近地设置(参照图2)，多个喷嘴孔H中的每个可以设置为与半导体基底W之间的空间中的每个对应。至少一个结合部161可以保持注射部151、152和153之中的间隔。

至少一个结合部161可以包括诸如石英或碳化硅(SiC)的材料，以便防止由工艺期间的热或源气体引起的损坏。

首先参照图4，喷嘴部件240可以包括与舟皿108(见图2)的侧表面邻近地竖直布置成线的彼此结合的多个T形喷嘴管241、242和243。

T形喷嘴管241、242和243中的每个可以包括均具有闭合端的第一管241a、242a和243a，以及均结合到各个第一管241a、242a和243a的中间部的第二管241b、242b和243b。第一管241a、242a和243a中的每个可以包括具有突起P的一端，以及具有凹进R的另一端。第一管242a和243a的突起P与另外的第一管241a和242a可以彼此结合。以这种方式，第一管241a、242a和243a可以彼此结合以竖直布置成线，例如，可以直接接触使得没有特定间隔S位于它们之间。突起P可以安装到凹进R中而它们之间不存在空间。

第一管241a、242a和243a以及第二管241b、242b和243b可以彼此结合以基本形成直角。第二管241b、242b和243b可以分别比第一管241a、242a和243a短。

喷嘴部件240还可以包括参照图3描述的结合部161，使得分别连接到第二管241b、242b和243b的注射部151、152和153之间可以保持间隔，并且多个喷嘴孔H中的每个可以设置为与半导体基底W之间的多个空间中的每 个对应。

图5和图6示出根据示例实施例的原子层沉积设备的相应的喷嘴部件和气体供应设备的视图。

参照图5，喷嘴部件140可以包括多个T形喷嘴管141、142和143以及分别连接到T形喷嘴管141、142和143的注射部151、152和153。注射部151、152和153可以分别将由气体供应设备132供应的源气体和吹扫气体引入到T形喷嘴管141、142和143中。气体供应设备132可以包括第一气体供应设备132a、第二气体供应设备132b和第三气体供应设备132c。第一气体供应设备132a、第二气体供应设备132b和第三气体供应设备132c中的每个可以包括储存源气体或液态源材料的存储部件和调整气体供应的阀。第一气体供应设备132a、第二气体供应设备132b和第三气体供应设备132c中的每个还可以包括在蒸镀液态源材料时，使液态源材料蒸发并将蒸发的液态源材料作为源气体来供应的蒸发器。第一气体供应设备132a和第二气体供应设备132b可以分别供应第一源气体和第二源气体，第三气体供应设备132c可以供应吹扫气体。在示例实施例中，喷嘴部件140可以向舟皿108的上面区域T、中心区域C和下面区域B(参照图2)供应第一源气体、第二源气体或吹扫气体。喷嘴部件140可以按需要的顺序依次供应第一源气体、第二源气体和吹扫气体。

参照图6，多个喷嘴部件140-1、140-2和140-3可以与舟皿108的侧表面邻近地设置在处理室102中。多个喷嘴部件140-1、140-2和140-3中的每个可以包括多个T形喷嘴管和分别连接到T形喷嘴管的注射部。

气体供应设备132可以包括第一气体供应设备132a、第二气体供应设备132b和第三气体供应设备132c。第一气体供应设备132a和第二气体供应设备132b可以分别供应第一源气体和第二源气体，第三气体供应设备132c可以供应吹扫气体。在示例实施例中，第一喷嘴部件140-1可以供应由第一气体供应设备132a引入的第一源气体，第二喷嘴部件140-2可以供应由第二气体供应设备132b引入的第二源气体，第三喷嘴部件140-3可以供应由第三气体供应设备132c引入的吹扫气体。第一喷嘴部件140-1、第二喷嘴部件140-2和第三喷嘴部件140-3可以分别允许第一源气体、第二源气体和吹扫气体同时供应到舟皿108的各个区域。

在示例实施例中，多个喷嘴部件140-1、140-2和140-3的使用可以允许 不同的气体通过单独的喷嘴部件供应到处理室。当通过单独的喷嘴部件供应吹扫气体时，源气体可以保留在多个喷嘴部件中。通过使供应源气体的多个喷嘴部件分开，可以防止保留在喷嘴部件中的不同类型的源气体彼此反应时产生异物。多个喷嘴部件140-1、140-2和140-3可以允许第一源气体、第二源气体和吹扫气体按需要的顺序依次供应到处理室。

在下文中，根据具有上述构造并在图1中示出的示例实施例，将描述使用原子层沉积设备100形成薄膜的方法。根据示例实施例，将描述利用原子层沉积设备使用原子层沉积(ALD)工艺形成薄膜的方法。这可以是示例，而形成薄膜的方法不限于此。

图7和图8分别示出使用根据图1示出的示例实施例的原子层沉积设备形成薄膜的工艺的流程图和时序图。

参照图1、图7和图8，可以将半导体基底W保持在舟皿108中以装载在处理室102中(S10)。在装载半导体基底W之后，连接到排气部160的真空泵可以在处理室102中形成期望的真空条件。同时，加热器104可以将半导体基底W加热到期望的加工温度。

接着，喷嘴部件140可以允许第一源气体供应到处理室102(S11)。竖直地设置的多个T形喷嘴管可以允许第一源气体以基本均匀的速度供应到处理室102的整个区域。可以以脉冲的方式供应第一源气体预定的时间段以使第一源气体吸附在半导体基底W上。第一源气体可以是提供形成所需薄膜的材料的前驱气体。“以脉冲的方式供应第一源气体预定时间段”可以意味着仅以恒定的流率供应第一源气体预定的时间段然后关闭，并且在下文中可以作为具有相同的意思来使用。

随后，可以通过经由喷嘴部件140引入第一吹扫气体来对处理室102执行第一吹扫操作(S12)。第一吹扫操作(S12)可以允许未吸附在半导体基底W上的第一源气体通过排气部160排出。可以以脉冲的方式供应第一吹扫气体预定的时间段。可以将诸如氩(Ar)或氦(He)的惰性气体用作第一吹扫气体。当完成第一吹扫操作(S12)时，仅单层的第一源气体可以吸附在半导体基底W上。

接着，喷嘴部件140可以允许第二源气体供应到处理室102(S13)。竖直地设置的多个T形喷嘴管可以允许第二源气体以基本均匀的速度供应到处理室102的整个区域。可以以脉冲的方式供应第二源气体预定的时间段。第 二源气体可以与吸附在半导体基底W上的第一源气体反应以形成具有单原子厚度的需要的薄膜。第二源气体可以是与作为前驱气体的第一源气体反应的反应气体。

随后，可以通过经由喷嘴部件140引入第二吹扫气体来对处理室102执行第二吹扫操作(S14)。

通过第二吹扫操作(S14)未反应的第二源气体和反应副产物可以通过排气部160排出。可以将诸如氩(Ar)或氦(He)的惰性气体用作第二吹扫气体。

操作S11至操作S14可以形成循坏，并且可以根据需要的薄膜的厚度来重复循坏。

当形成具有需要的厚度的薄膜时，可以使半导体基底W冷却，然后从处理室102卸载。

图9示出使用根据示例实施例的原子层沉积设备制造的竖直存储装置的存储单元结构的示意性透视图。

参照图9，竖直存储装置300可以包括基底301、包括交替地堆叠在基底301上的层间绝缘层320和栅电极330的栅极结构以及在与基底301的上表面垂直的方向上穿过层间绝缘层320和栅电极330的沟道350。竖直存储装置300还可以包括在沟道350的下部上设置在基底301上的外延部340、设置在沟道350与栅电极330之间的栅极介电层360、设置在源极区305上的共源线307以及设置在沟道350中的每个的上部上的漏极焊盘390。

在竖直存储装置300中，单个的存储单元串可以沿沟道350中的每个来构造，多个存储单元串可以分别在x轴方向和y轴方向上布置在行和列中。

基底301可以具有在x轴和y轴方向上延伸的上表面。基底301可以包含半导体材料，诸如IV族半导体、III-V族化合物半导体或II-VI族化合物半导体。例如，IV族半导体可以包含硅、锗或硅-锗。基底301可以设置为块状晶片或外延层。

均具有柱状的沟道350可以设置为在与基底301的上表面垂直的z轴方向上延伸。沟道350中的每个可以具有围绕每个沟道350中的第一绝缘层382的环形形状。沟道350可以在x轴和y轴方向上彼此分隔开以被设置成建立特定的布置。如示例实施例中所示，具有共源线307置于其间的邻近的沟道350的沉积可以是对称的。

沟道350可以通过位于沟道350的下表面上的外延层340电连接到基底301。沟道350可以包含诸如多晶硅的半导体材料，半导体材料可以不掺杂有杂质，或者可以包含p型或n型杂质。

外延层340可以在沟道350的下部上设置在基底301上。外延层340可以设置在至少一个栅电极330的侧表面上。尽管沟道350的长宽比(aspect ratio)被外延层340增大，但是沟道350可以稳定地并且电气地连接到基底301。外延层340可以包含掺杂有或未掺杂有杂质的多晶硅、单晶硅、多晶锗或单晶锗。

外延绝缘层365可以设置在外延层340与栅电极331之间。外延绝缘层365可以是通过使外延层340的一部分热氧化而形成的氧化膜。例如，外延绝缘层365可以是通过使硅(Si)外延层340热氧化而形成的硅氧化膜SiO₂。

由330共同表示的多个栅电极331至338可以与沟道350中的每个的侧表面邻近地设置为在z轴方向上与基底301分隔开。栅电极330可以包含多晶硅、金属硅化物材料或金属材料。例如，金属硅化物材料可以是从钴(Co)、镍(Ni)、铪(Hf)、铂(Pt)、钨(W)和钛(Ti)或其组合选择的金属的硅化物材料。例如，金属材料可以是钨(W)、铝(Al)或铜(Cu)。

由320共同表示的多个层间绝缘层321至329中的每个可以设置在栅电极330之间。与栅电极330一样，层间绝缘层320也可以设置为在z轴方向上彼此分隔开并在y轴方向上延伸。层间绝缘层320可以包含诸如氧化硅或氮化硅的绝缘材料。

栅极介电层360可以设置在栅电极330与沟道350之间。栅极介电层360可以包括从沟道350顺序地堆叠的隧穿(tunneling)介电层、电荷存储层和阻挡介电层。这将在下面参照图10A和图10B更详细地描述。

图10A和图10B是图9的区域A的放大图。

参照图10A，栅极介电层360可以具有从沟道350顺序地堆叠有隧穿介电层362、电荷存储层364和阻挡介电层366的结构。可以设置栅极介电层360使得隧穿介电层362、电荷存储层364和阻挡介电层366都可以与沟道350邻近地延伸。形成栅极介电层360的层的相对厚度不限于图10A中示出的层的厚度，并且可以改变。

隧穿介电层362可以包含氧化硅。电荷存储层364可以包含氮化硅或氧氮化硅。阻挡介电层366可以包含氧化硅、具有高介电常数的金属氧化物或 其组合物。例如，具有高介电常数的金属氧化物可以是氧化铝(Al₂O₃)、氧化钽(Ta₂O₃)、氧化钛(TiO₂)、氧化钇(Y₂O₃)、氧化锆(ZrO₂)、氧化锆硅(ZrSi_xO_y)、氧化铪(HfO₂)、氧化铪硅(HfSi_xO_y)、氧化镧(La₂O₃)、氧化镧铝(LaAl_xO_y)、氧化镧铪(LaHf_xO_y)、氧化铪铝(HfAl_xO_y)和氧化镨(Pr₂O₃)或其组合物。

参照图10B，栅极介电层360a可以具有从沟道350顺序地堆叠有隧穿介电层362、电荷存储层364以及阻挡介电层366a1和366a2的结构。与图10A的示例实施例不同，阻挡介电层366a1和366a2可以形成两层，第一阻挡介电层366a1可以与沟道350邻近地延伸，第二阻挡介电层366a2可以设置为围绕栅电极层333。例如，第一阻挡介电层366a1可以是氧化硅膜，第二阻挡介电层366a2可以是具有高介电常数的金属氧化物膜。

在存储单元串的上端处，漏极焊盘390中的每个可以设置为覆盖第一绝缘层382的上表面并电连接到沟道350。例如，漏极焊盘390可以包含掺杂的多晶硅。漏极焊盘390可以电连接到形成在漏极焊盘390上的位线。

在存储单元串的下端处，源极区305可以设置在基底301的区域中。源极区305可以设置为与基底301的上表面邻近并在y轴方向上延伸的同时以特定距离在x轴方向上彼此分隔开。例如，可以在x轴方向上的每两个沟道350中顺序地布置源极区305，但不限于此。共源线307可以设置在源极区305上以便与源极区305邻近地在y轴方向上延伸。共源线307可以包含导电材料。例如，共源线307可以包含钨(W)、铝(Al)或铜(Cu)。共源线307可以通过第二绝缘层306而与栅电极330电绝缘。

图11至图18示出使用根据示例实施例的原子层沉积设备制造半导体装置的方法的视图。

参照图11，可以在基底301上交替地堆叠层间绝缘层320和由310共同表示的层间牺牲层311至316。如图11中所示，层间绝缘层320和层间牺牲层310可以从第一层间绝缘层321开始在基底301上交替地堆叠在彼此上。

层间牺牲层310可以由针对层间绝缘层320具有蚀刻选择性地蚀刻的材料形成。例如，层间绝缘层320可以包括氧化硅和氮化硅中的至少一种，层间牺牲层310可以包括从硅、碳化硅、氧化硅和氮化硅中选择的并与层间绝缘层320不同的材料。

如示例实施例中所示，层间绝缘层320的厚度可以不全是相同的。可以 使层间绝缘层320之中的底层间绝缘层321形成为具有相对薄的厚度，可以使顶层间绝缘层329形成为具有相对厚的厚度。

参照图12，可以使第一开口OP1穿过层间牺牲层310和层间绝缘层320，可以使其具有孔形状并且具有高的长宽比。第一开口OP1可以被称为“沟道孔”。第一开口OP1的长宽比可以是10:1或更大。

第一开口OP1可以在z轴方向上延伸到基底301以在基底301中形成凹进区域R。可以通过对层间牺牲层310和层间绝缘层320各向异性地蚀刻来形成第一开口OP1。可以根据第一开口OP1的宽度W1来选择凹进区域R的深度D1。

参照图13，可以在位于第一开口OP1下部的下方的凹进区域R中形成外延层340。

可以使用选择性外延生长(SEG)工艺来形成外延层340。外延层340可以填充凹进区域R，并且可以在基底301的上方延伸。外延层340的上表面可以比与基底301邻近的牺牲层311的上表面高，并且可以比位于牺牲层311上方的牺牲层312的下表面低。

如示例实施例中所示，外延层340的上表面可以是平坦的。例如，根据生长条件，外延层340的上表面可以是倾斜的。

随后，第一开口OP1可以具有在其内壁上形成的栅极介电层360。可以使用图1示出的原子层沉积设备100通过原子层沉积(ALD)来在第一开口OP1的内壁上共形地形成具有均匀厚度的栅极介电层360。此外，可以在单个基底301上形成多个竖直存储装置，并且即使位于多个竖直存储装置之间也可以改善栅极介电层360的厚度变化。

将参照图1和图7更详细地描述形成具有图10A中示出的堆叠结构的栅极介电层360的方法。

第一开口OP1可以具有顺序地堆叠在其中的阻挡介电层366、电荷存储层364和隧穿介电层362。

首先，第一开口OP1可以具有形成在其内壁上的阻挡介电层366。阻挡介电层366可以是具有高介电常数的金属氧化物，可以使用图1中示出的原子层沉积设备100通过原子层沉积(ALD)来形成金属氧化物。

参照图1和图7，可以将具有第一开口OP1的基底101保持在舟皿108中以装载到处理室102中(S10)，可以通过喷嘴部件140以脉冲的方式向处 理室102供应金属源气体、第一源气体预定的时间段(S11)。金属源气体可以是包含金属元素的有机化合物。金属源气体可以包含铝(Al)、铪(Hf)、锆(Zr)、镧(La)或钽(Ta)。金属源气体可以被吸附到第一开口OP1的内壁、外延层340的上表面以及硬掩模HM1的上表面上。随后，可以通过喷嘴部件140向处理室102供应第一吹扫气体以执行第一吹扫操作(S12)。

接着，可以通过喷嘴部件140向处理室102供应氧源气体、第二源气体(S13)。氧源气体可以是氧气O₂、臭氧O₃、水蒸气H₂O或过氧化氢H₂O₂。氧源气体可以与先前吸附的金属源气体反应以在第一开口OP1的内壁、外延层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层厚度的金属氧化物。随后，可以通过喷嘴部件140向处理室102供应第二吹扫气体以执行第二吹扫操作(S14)。

根据需要的厚度，通过重复操作(S11到S14)，可以形成包括金属氧化物的阻挡介电层366。

第二，可以在形成在第一开口OP1的内壁上的阻挡介电层366上形成电荷存储层364。电荷存储层364可以是氮化硅，可以使用图1中示出的原子层沉积设备100通过原子层沉积(ALD)来形成氮化硅。

参照图1和图7，在第一开口OP1的内壁上形成有阻挡介电层366的基底301被装载到处理室102中时，可以通过喷嘴部件140以脉冲的方式向处理室102供应硅源气体、第一源气体预定的时间段(S11)。硅源气体可以是包括硅元素的有机或无机化合物。例如，硅源气体可以包含六氯乙硅烷(HCDS)或二异丙基氨基硅烷(DIPAS)。硅源气体可以吸附到位于第一开口OP1的内壁、外延层340的上表面以及硬掩模HM1的上表面上的阻挡介电层366上。随后，可以通过喷嘴部件140向处理室102供应第一吹扫气体以执行第一吹扫操作(S12)。

接着，可以通过喷嘴部件140向处理室102供应氮源气体、第二源气体(S13)。氮源气体可以是氮气N₂和氨气NH₃中的一种。氮源气体可以与先前吸附的硅源气体反应以在位于第一开口OP1的内壁、外延层340的上表面以及硬掩模HM1的上表面上的阻挡介电层366上共形地形成具有原子层厚度的氮化硅。随后，可以通过喷嘴部件140向处理室102供应第二吹扫气体以执行第二吹扫操作(S14)。

根据需要的厚度，通过重复操作(S11到S14)，可以形成包括氮化硅的 电荷存储层364。

第三，可以在形成在第一开口OP1的内壁上的电荷存储层364上形成隧穿介电层362。隧穿介电层362可以是氧化硅，可以使用图1中示出的原子层沉积设备100通过原子层沉积(ALD)来形成氧化硅。

参照图1和图7，在把第一开口OP1的内壁上形成了阻挡介电层366和电荷存储层364的基底301装载到处理室102中时，可以通过源供应部以脉冲的方式向处理室102供应硅源气体、第一源气体预定的时间段(S11)。硅源气体可以是包括硅元素的有机或无机化合物。例如，硅源气体可以包含六氯乙硅烷(HCDS)或二异丙基氨基硅烷(DIPAS)。硅源气体可以吸附到位于第一开口OP1的内壁、外延层340的上表面以及硬掩模HM1的上表面上的电荷存储层364上。随后，可以向处理室102供应第一吹扫气体以执行第一吹扫操作(S12)。

接着，可以通过喷嘴部件140向处理室102供应氧源气体、第二源气体(S13)。氧源气体可以是氧气O₂、臭氧O₃、水蒸气H₂O或过氧化氢H₂O₂。氧源气体可以与先前吸附的硅源气体反应以在第一开口OP1的内壁、外延层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层厚度的氮化硅。随后，可以向处理室102供应第二吹扫气体以执行第二吹扫操作(S12)。根据需要的厚度，通过重复操作(S11到S14)，可以形成包括氧化硅的隧穿介电层362。

参照图14，第一开口OP1中的栅极介电层360的一部分的去除可以允许外延层340的上表面的一部分暴露，然后可以在暴露的外延层340和栅极介电层360上形成沟道350。当去除栅极介电层360的一部分时，外延层340的一部分可以被除去，凹进可以形成在外延层340的上部中。沟道350可以在外延层340的上表面上与外延层340接触以连接到外延层340。可以使用掺杂有杂质或未掺杂有杂质的多晶硅或非晶硅来形成沟道350，当使用非晶硅形成沟道350时，可以另外执行使非晶硅结晶的工艺。

随后，可以分别在沟道350上形成填充第一开口OP1的第一绝缘层382以及漏极焊盘390。可以通过去除第一绝缘层382、沟道350和栅极介电层360的三者的一部分以形成凹进，并且通过利用掺杂的多晶硅填充该凹进来形成漏极焊盘390。可以包括使顶层间绝缘层329的上表面暴露的化学机械抛光(CMP)工艺。

接着，可以形成使层间牺牲层310和层间绝缘层320的堆叠体以特定的间隔分开的第二开口OP2。可以通过使用光刻工艺形成硬掩模并对层间牺牲层310和层间绝缘层320的堆叠体进行各向异性地蚀刻来形成第二开口OP2。第二开口OP2可以具有在y轴方向上延伸的沟槽形式(参照图9)。在形成第二开口OP2之前，顶层间绝缘层329和漏极焊盘390可以具有形成在其上的附加绝缘层，可以防止例如对漏极焊盘390以及位于漏极焊盘390的下部上的沟道350的损害。第二开口OP2可以暴露沟道350之间的基底301。

参照图15，可以通过蚀刻工艺来去除通过第二开口OP2暴露的层间牺牲层310，并且可以形成限定在层间绝缘层320之间的侧开口LP。侧开口LP可以允许栅极介电层360的侧表面和外延层340的侧表面部分地暴露。

接着，可以在被侧开口LP暴露的外延层340上形成外延绝缘层365。例如，可以通过热氧化工艺形成外延绝缘层365。在这种情况下，外延绝缘层365可以是通过使外延层340的一部分氧化而形成的氧化物膜。外延绝缘层365的厚度和形状不限于示例实施例中示出的厚度和形状。

当在本操作中执行热氧化工艺时，对于通过侧开口LP暴露的栅极介电层360而言，可以消除在蚀刻层间牺牲层310期间形成的损坏。

参照图16，可以分别在侧开口LP中形成栅电极330。栅电极330可以包含金属材料。根据示例实施例，栅电极330可以包含例如钨(W)、铝(Al)或铜(Cu)。根据示例实施例，栅电极330还可以包括扩散阻挡层。首先，扩散阻挡层可以均匀地覆盖层间绝缘层320、栅极介电层360、外延绝缘层365以及基底301的通过第二开口OP2和侧开口LP暴露的上表面。接着，金属材料可以填充侧开口LP。

接着，为了仅在侧开口LP中分别设置栅电极330，可以经过附加的光刻工艺，通过掩模形成工艺和蚀刻工艺，通过去除形成被形成在第二开口OP2中的栅电极330的材料来形成第三开口OP3。第三开口OP3可以具有在y轴方向上延伸的沟槽形式(参照图9)。

结果，包括层间绝缘层320和栅电极330的栅极结构可以形成为交替地堆叠在基底301上。栅电极330可以通过形成在栅极结构之间的第三开口OP3的侧表面暴露。栅极结构可以包括在与基底301的上表面垂直的方向上穿过层间绝缘层320和栅电极330的沟道350。栅极结构也可以包括在沟道350的下部上设置在基底301上外延层340以及分别设置在沟道350与栅电极330 之间的栅极介电层360。

参照图17，可以在通过栅极结构之间的第三开口OP3暴露的基底301中形成源极区305，可以形成覆盖第三开口OP3的内壁的第二绝缘层306。

首先，可以通过使用栅极结构作为掩模向通过第三开口OP3暴露的基底301中注入杂质离子来形成源极区305。

接着，可以形成覆盖栅极结构之间的第三开口OP3的内侧表面的具有均匀厚度的第二绝缘层306。例如，第二绝缘层306可以是氧化硅，并且可以使用图1中示出的原子层沉积设备100通过原子层沉积(ALD)来形成氧化硅。由于与形成隧穿绝缘层的上述方法相同，所以将省略形成第二绝缘层306的方法。

接着，各向异性蚀刻工艺的使用可以允许第二绝缘层306的一部分被去除使得可以暴露源极区305。结果，第二绝缘层306可以形成为覆盖栅极结构的侧表面，例如，第三开口OP3的内壁。可以使用例如反应离子蚀刻(RIE)作为各向异性蚀刻工艺。

参照图18，共源线307可以通过位于暴露的源极区305上的第二绝缘层306来形成为与多个栅电极330电隔离。

形成共源线307的工艺可以包括用导电材料填充第二绝缘层306形成在其侧表面上的第三开口OP3的工艺，以及使顶层间绝缘层329的上表面和漏极焊盘390的上表面暴露的化学机械抛光(CMP)工艺。

导电材料可以包含例如金属材料、金属氮化物和金属硅化物材料。共源线307可以包含例如钨。

随后，可以形成绝缘层以覆盖共源线307、漏极焊盘390和顶层间绝缘层329。绝缘层可以具有形成在绝缘层中的导电接触塞以与相应的漏极焊盘390接触。绝缘层可以具有形成在绝缘层上的位线。漏极焊盘390可以通过导电接触塞电连接到形成在绝缘层上的位线。

通过总结和回顾的方式，当在具有高长宽比的形式精细图案(form fine patterns)上形成薄膜时，会要求优异的台阶覆盖性和厚度均匀性。为了满足这样的要求，可以使用形成具有单原子厚度的薄膜层的ALD设备。

由于单独地加工半导体基底的单个型ALD设备会具有低的生产率，所以对单个型ALD设备来说会难以用于半导体制造工艺的批量生产中，而可以同时加工许多半导体基底的批量型ALD设备可以是更好的或是需要的。

例如，可以使用批量型ALD设备来执行单元堆叠工艺(例如，形成栅极介电层(例如，沟道孔中的隧穿层、电荷陷阱层和阻挡层)的工艺)。就晶圆之间的厚度变化和晶圆中的厚度变化而言，通过使用经过单个L型喷嘴管向处理室中的各种区域(例如，处理室的顶区、中心区和底区)供应源气体的方式的批量型ALD设备来加工的薄膜会是有缺陷的。

根据示例实施例，可以通过将对比性的单个L型喷嘴管拆分成三个T型喷嘴管，并分别经过三个T形的喷嘴管向处理室的三个区域T、C和B供应源气体来改善晶圆之间的厚度变化和晶圆中的厚度变化。

如上所述，根据示例实施例，当通过使用批量型薄膜沉积设备在一个或更多个基底上形成薄膜时，多个T形的喷嘴管的提供可以允许单个基底的厚度的均匀性以及单个基底之间的均匀性。示例实施例可以提供可以改善单个基底内的厚度均匀性以及单个基底之间的厚度均匀性的批量型薄膜沉积设备。

在这里已经公开了示例实施例，虽然采用了特定的术语，但是仅以一般的和描述性的含义来使用和解释它们，而不是为了限制的目的。在某些情况下，如本领域普通技术人员将清楚的，自提交本申请之时起，除非另外特别说明，否则结合具体实施例描述的特征、特性和/或元件可以单独使用，或者可与结合其他实施例描述的特征、特性和/或元件组合起来使用。因此，本领域技术人员将理解的是，在不脱离本发明的由权利要求书阐述的精神和范围的情况下，可以做出形式上和细节上的各种改变。