CN102234790A - 前体传输系统 - Google Patents

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Abstract

前体传输系统。提供一种用于向反应腔室提供汽化前体的前体源容器。该前体源容器包括具有第一端口、第二端口和第三端口的盖。该前体源容器还包括可拆除地附着到该盖的基座。该基座包括形成于其中的凹陷区。该第一、第二和第三端口之一是排气端口，该排气端口构造成在半导体工艺中安装源容器之后但在使用源容器之前，释放源容器内的压头。

Description

前体传输系统
相关申请的交叉引用
本发明申请要求提交于2006年10月10日的美国临时专利申请60/850,886的优先权，以及要求提交于2007年10月10日的申请11/870,374的优先权且作为其部分后续申请。
技术领域
本申请一般地涉及半导体处理装置，且具体涉及用于传输反应物气体到处理腔室的设备。
背景技术
化学气相沉积(CVD)是半导体产业中用于在诸如硅晶片的衬底上形成材料薄膜的已知工艺。在CVD中，不同反应物的反应物气体(在此也被称为“前体气体”)被传输给反应腔室中的一个或多个衬底。在很多情况下，反应腔室仅包括被支承在衬底支架(诸如基座)上的单个衬底，其中衬底和衬底支架被维持在期望的工艺温度。反应物气体彼此反应以形成衬底上的薄膜，其中生长率由温度或反应物气体的量来控制。
在一些应用中，将反应物气体以气体形式存储在反应物源容器中。在这些应用中，反应物蒸汽在环境压力(即正常压力)和环境温度下经常为气态。这些气体的示例包括氮气、氧气、氢气和氨气。然而，在一些情况下，使用在环境压力和环境温度下为液体或固体(例如氯化铪)的源化学物质(“前体”)的蒸汽。这些源化学物质必须被加热以产生足够数量的蒸汽以用于反应过程。对于一些固体物质(在此被称为“固体源前体”)，室温下的蒸汽压力低至它们必须被加热以产生足够数量的反应物蒸汽且/或必须被维持在非常低的压力下。一旦汽化，重要的是要使气相反应物在整个处理系统中保持在汽化温度或高于汽化温度，从而防止阀门、过滤器、管道和与气相反应物到反应腔室的传输相关联的其他部件中的非期望的冷凝。来自这些自然固体或液体物质的气相反应物对于各种其他工业中的化学反应是有用的。
原子层沉积(ALD)是用于在衬底上形成薄膜的另一种已知工艺。在很多应用中，ALD如上所述使用固体和/或液体源化学物质。ALD是一种气相沉积类型，其中通过在循环中执行的自饱和反应来建立薄膜。薄膜的厚度通过所执行的循环次数来确定。在ALD工艺中，交替并重复地向衬底或晶片施加气态前体以在晶片上形成材料薄膜。在自限制工艺中一种反应物被吸附到晶片上。不同的、随后脉冲传输的反应物与所吸附的材料反应以形成期望材料的单一分子层。通过适当选择的试剂在反应过程中可能出现分解，诸如在配体交换或吸杂反应中。在典型的ALD反应中，每个循环形成不超过一个分子单层。通过重复的生长周期来产生更厚的膜，直到达到目标厚度。
典型的固体或者液体源前体传输系统包括固体或者液体源前体容器和加热装置(例如，辐射热灯、电阻加热器等)。该容器包括固体(例如粉末形式)或液体源前体。该加热装置加热容器以增大容器中的前体气体的蒸汽压力。该容器具有用于惰性运载气体(例如N2)流过容器的入口和出口。运载气体携带前体蒸汽一起经过容器出口并最终到达衬底反应腔室。该容器通常包括用于将容器的内含物流动地隔离于容器外部的隔离阀门。通常，在容器入口的上游提供一个隔离阀门，并在容器出口的下游提供另一个隔离阀门。前体源容器一般具有从入口延伸到出口的管道、管道上的隔离阀门以及阀门上的配件，这些配件被构造成连接到其余衬底处理设备的气流管线上。经常期望提供许多附加加热器，用于加热在前体源容器与反应腔室之间的不同阀门和气流管线，以防止前体气体冷凝或沉积在这些部件上。因此，在源容器与反应腔室之间的气体传送部件有时被称为“热区”，在该热区中温度被维持在前体的汽化/冷凝温度之上。
已知提供蛇形或曲折的流动路径以便于运载气体的流动，同时其被暴露于固体或液体前体源。例如，美国专利4,883,362、7,122,085和7,156,380均公开了这种蛇形路径。
发明内容
在本发明的一个方面，提供一种前体源容器。该前体源容器包括具有入口端口、出口端口和排气端口的盖。该前体源容器还包括可拆除地附连到盖的基座。该基座包括形成于其中的凹陷区。
在本发明的另一个方面，提供一种前体源容器。该前体源容器包括具有形成于其中的凹陷区的基座。该凹陷区构造为容纳前体材料。该前体源容器还包括可拆除地附连到基座的盖。该盖具有入口端口、出口端口和排气端口。该排气阀可操作地附连到盖上。该排气阀可操作地连接至排气端口。
在本发明的另一个方面，提供一种前体源容器。该前体源容器包括基底，该基底具有下表面、接触表面、在接触表面和下表面之间的侧表面以及从接触表面延伸的内表面，该内表面限定基座内的凹陷区。该前体源容器还包括可拆除地附连到基座的盖。该盖包括入口端口、出口端口和排气端口。
在本发明的又一个方面，提供一种前体源容器。该前体源容器包括具有第一端口、第二端口和第三端口的盖。该前体源容器还包括可拆除地附连到该盖的基座。该基座包括形成于其中的凹陷区。
在又一个方面，提供一种用于将化学反应物源容器连接到用于衬底蒸汽处理的气相反应器的气体接口组件的设备。所述设备包括容器、气相反应器的气体接口组件以及用于将所述容器连接到所述气体接口组件的连接组件。所述容器具有适于容纳固体或液体化学反应物的腔室。所述容器包括与所述腔室流体连通的入口和出口。所述气体接口组件具有适于连接到容器腔室的所述出口的气体入口。所述连接组件包括轨道部件和抬升组件。所述轨道部件包括一个或多个细长轨道，所述细长轨道适于与所述容器的一个或多个轨道配合构件可移动地配合。所述抬升组件被构造为在降低位置与升高位置之间垂直移动所述轨道部件。当所述容器的一个或多个轨道配合构件与所述轨道部件的所述一个或多个轨道配合时，且当所述抬升组件将所述轨道部件移动到其升高位置时，所述容器的出口将被定位到与所述气体接口组件的所述气体入口基本直接流体连通。
为了概括本发明及相对现有技术实现的优点，上面已经描述了本发明的某些目标和优点。当然，应该理解根据本发明的任何特定实施例不一定实现所有这些目标或优点。因此，例如，本领域技术人员将认识到，可以以实现或优化本文教导的一个优点或一组优点而不必实现本文可能教导或建议的其他目标或优点的方式来体现或实现本发明。
所有这些实施例都意味着在本文公开的发明范围内。通过以下优选实施例的详细描述并参考附图，本发明的这些及其他实施例对本领域技术人员来说将变得显而易见，本发明并不局限于所公开的任何特定的(多个)优选实施例。
附图说明
通过参考以下描述、所附的权利要求和附图，本发明的这些和其他方面对于技术人员来说将是显而易见的，这些内容意味着仅是举例说明而非限制本发明，其中：
图1是常规前体源组件和反应腔室组件的示意性图示说明。
图2是常规固体前体源容器的透视图。
图3是在用于原子层沉积的反应物气体脉冲中理想的和稍不理想的源化学浓度的图示。
图4是常规前体源容器和气体面板的示意性图示说明。
图5是带有表面安装的阀门和气体面板的前体源容器的示意性图示说明。
图6是带有表面安装的阀门和与容器紧密热接触的气体面板的前体源容器的示意性图示说明。
图7是前体源容器、用于与该容器流体连通的气体接口组件以及使该容器与该气体接口组件连接和断开的快速连接组件的实施例的透视图。
图8是图7的容器的分解透视图。
图9是图7的容器的后透视截面视图。
图10是图7的容器的后截面视图。
图11A是前体源容器另一实施例的分解图。
图11B是图11A所示的前体源容器的盖的俯视透视图。
图11C是图11B所示的盖的底部透视图。
图11D是图11A所示的前体源容器的基座实施例的俯视透视图。
图11E是图11D所示的基座的俯视平面图。
图11F是沿图11E的线A-A截取的基座的截面视图。
图11G是沿图11E的线B-B截取的基座的截面视图。
图11H是图11A所示的前体源容器的基座的另一实施例的截面视图。
图11I是图11A所示的前体源容器的基座的另一实施例的俯视平面图。
图11J是源容器的另一实施例的分解透视图。
图12是包括托盘堆叠的蛇形插入物的实施例的分解透视图。
图13是图12的蛇形插入物的上堆叠托盘的透视图。
图14是图13的上堆叠托盘的俯视图。
图15是图12的蛇形插入物的下堆叠托盘的透视图。
图16是图15的下堆叠托盘的俯视图。
图17是安装在前体源容器的盖上的过滤器的截面视图。
图18是可以用于图17的过滤器的过滤材料的实施例。
图19是用于使运载气体和反应物气体流过前体源容器和气相反应腔室的气体传输系统的示意性图示说明。
图20和图21是显示为连接的图7的容器和气体接口组件的正视透视图。
图22是图7的前体源容器和气体接口组件的俯视正视透视图，且其带有快速连接组件的可替代实施例。
图23是显示为连接的图22的容器和气体接口组件的俯视正视透视图。
图24是显示为分离的图22的容器和气体接口组件的仰视正视透视图。
图25是用于使运载气体和反应物气体流过前体源容器和气相反应腔室的气体传输系统的示意性图示说明。
图26是带有通风阀门的前体源容器的透视图。
图27是图26的容器的透视图，该容器连接到图22-24的气体接口组件。
图28是图26的容器的截面视图，添加了用于容器的专用加热器件。
具体实施方式
申请专利证书的本发明申请公开了改进的前体源容器、用于将该容器装载并连接到反应器的设备和方法以及使用带有蒸汽处理反应器的容器的接口。所公开的实施例提供到反应物蒸汽的良好通路，降低了反应器的气体传输系统的污染，并且提供了前体源容器的改进适用性(例如，替换或再充装)。
以下关于优选实施例和方法的详细描述给出了某些特定实施例的细节以帮助理解权利要求。然而，可以用如权利要求所定义和覆盖的多种不同的实施方式和方法来实践本发明。
气体传输系统概述
图1示意性图示说明用于将在固体或液体前体源容器10处产生的气相反应物馈送到气相反应腔室12内的常规前体传输系统6。技术人员将理解本发明的前体传输系统可以包含图1的气体传输系统6的很多方面。因此，现在描述常规传输系统6以便更好地理解本发明。
通过参考图1，固体或液体源容器10容纳固体或液体源前体(未显示)。固体源前体是在标准条件(即室温和大气压)下为固体的源化学物质。类似地，液体源前体是在标准条件下为液体的源化学物质。前体在源容器10内汽化，该源容器10可以被维持在汽化温度或高于汽化温度。然后将汽化的反应物馈送到反应腔室12内。反应物源容器10和反应腔室12可以分别位于反应物源壳体16和反应腔室容器18内，优选分别将其抽空和/或进行热控制。如本领域所知，这可以通过向这些部件提供分离的冷却和加热器件、绝缘体和/或隔离阀门和相关联的配管来实现。
图示说明的气体传输系统6特别适用于传输要在气相反应腔室中使用的气相反应物。这些气相反应物可以用于沉积(例如，CVD)或原子层沉积(ALD)。
从图1可以看出，反应物源容器10和反应腔室12适于通过第一管道20彼此选择性地流体连通，从而将气相反应物从反应物源容器10馈送到反应腔室12(诸如ALD反应腔室)。第一管道20包括一个或多个隔离阀门22a、22b，其可以用于在对反应物源容器10和反应腔室容器18二者或之一进行抽空和/或维护的过程中将反应物源容器10和反应腔室12的气体空间分离开。
优选使用无活性气体或惰性气体作为汽化前体的运载气体。惰性气体(例如氮或氩)可以通过第二管道24馈送到前体源容器10中。反应物源容器10包括用于连接到第二管道24的至少一个入口和用于从容器10抽出气体的至少一个出口。容器10的出口连接到第一管道20。容器10可以在比反应腔室12的压力更高的压力下进行操作。因此，第二管道24包括至少一个隔离阀门26，该隔离阀门26可以用于在维护或更换容器的过程中将容器10的内部流体隔离。控制阀门27优选位于反应物源壳体16外部的第二管道24中。
在另一变体中(其可以应用于本发明的实施例中)，可以通过向反应物源容器10施加真空而并不使用运载气体来将前体蒸汽抽吸到反应腔室12中。这有时被称为“蒸汽抽吸”。
在又一个变体中(其也可以应用于本发明的实施例中)，可以通过如以文氏管效应(Venturi effect)在容器外部产生较低压力的外部气流来将前体蒸汽抽出容器10。例如，可以通过使运载气体沿着在容器10下游的路径朝向反应腔室12流动来抽取前体蒸汽。在一些条件下，这可以在容器10与运载气体的流动路径之间产生压力差。这一压力差促使前体蒸汽朝向反应腔室12流动。
当使用固体源前体时，为了去除分散的固体颗粒，气体传输系统6包括净化器28，通过该净化器28引入汽化的反应物。净化器28可以包括一个或多个非常不同的净化器件，诸如机械过滤器、陶瓷分子筛和能够从反应物气流中分离分散的固体或微粒或最小分子尺寸的分子的静电过滤器。在容器10中提供附加净化器也是已知的。具体来说，美国公布的专利申请US2005/0000428A1公开了包括封闭在钢容器内的玻璃坩埚的容器，该坩埚容纳反应物源并具有带过滤器的盖。该盖与附连到钢容器的容器盖分离。
通过继续参考图1，反应物源容器10位于反应物源壳体16内。壳体16的内部空间30可以被保持在减少的压力下(例如1mTorr至10Torr，且经常为大约500mTorr)以促进辐射加热壳体16内的部件并且使这些部件彼此热隔离以有助于一致的温度场。在其他变体中，壳体未被抽空并且包括对流增强器件(例如，风扇、交叉流动等)。图示说明的壳体16包括一个或多个加热器件32，诸如辐射加热器。同时，可以提供反射器板34，其可以被构造成围绕壳体16内的部件以将由加热器件32产生的辐射热量反射到位于壳体16内的部件。可以在壳体16的内壁40上以及在壳体的顶板7和底板9上提供反射器板34。在图示说明的设备中，第一管道20的大部分长度被包含在反应物源壳体16内。因此第一管道20将固有地接收一些热量以防止反应物蒸汽的冷凝。
反应物源壳体16可以包括形成于该壳体的外壁38与内壁40之间的冷却套管36。该冷却套管36可以容纳水或其它冷却剂。该套管36允许壳体16的外表面38保持在环境温度或接近环境温度。
为了防止或减小在ALD工艺的交替脉冲之间来自反应物源容器10的气流，有可能在第一管道20中形成非活性气体壁垒。这有时也被称为第一管道20的一部分中的“惰性气体阀”或“扩散壁垒”，其通过形成气相壁垒来防止反应物从反应物源容器10流到反应腔室12，该气相壁垒是通过使气体沿与第一管道20中的正常反应物流相反的方向流动而形成的。可以通过将非活性气体经由第三管道50馈送到第一管道20内来形成气体壁垒，该第三管道在连接点52处连接到管道20。第三管道50可以连接到供应第二管道24的惰性气体源54。在馈送来自反应物源容器10的气相脉冲之间的时间段内，优选通过第三管道50将非活性气体馈送到第一管道20内。可以经由第四管道58抽取这一气体，该第四管道58在位于第一连接点52的上游(即更靠近反应物源容器10)的第二连接点60处连接到第一管道20。以这种方式，在第一连接点52与第二连接点60之间的第一管道20中(在反应物脉冲之间)形成与正常反应物气流方向相反的惰性气流。第四管道58可以与排气源64(诸如真空泵)连通。也可以提供限流器61以及阀门56、63和70。美国专利申请公布US2005/0000428A1中图示说明和描述了气体传输系统6的更多细节。
现有的固体或液体前体源传输系统，诸如图1所示的系统6，具有很多缺点和限制。一个缺点是有时必须提供大量附加加热器来加热在前体源容器(诸如容器10)与反应腔室(诸如反应腔室12)之间的气体管线和阀门。特别地，通常期望将所有这些介入的气体传送部件(例如，阀门22a、22b、70、净化器28、管道20)保持在高于前体的冷凝温度的温度，以防止前体蒸汽沉积在这些部件上。典型地，这些介入部件由线形加热器、盒式加热器、热灯等分别加热。一些系统(例如，美国专利申请公布US2005/0000428A1)利用这些额外的加热器将介入部件偏置到比源容器的温度更高的温度。这种温度偏置有助于防止变冷过程中前体在介入部件里冷凝。由于源容器一般具有比介入的气体传送部件更高的热质量，所以这些部件存在比源容器更快冷却到冷凝温度的风险。这可能导致不期望的情况，即源容器仍然产生可能流到更凉的介入部件处并沉积于其上的前体蒸汽。温度偏置可以克服这一问题。然而，对额外加热器的需求增大了设备的总尺寸和运行成本。
此外，常规固体源传输系统通常采用在源容器出口与衬底反应腔室之间的过滤器(诸如图1中的净化器28)，以便防止固体前体颗粒(例如运载气流中夹带的粉末)进入反应腔室。这些过滤器也增大设备的总尺寸并且可能需要附加加热器以防止在其中的冷凝。同时，这些过滤器一般在源容器出口的下游，这带来以下风险：前体颗粒可能沉积在容器出口的下游处的气体传送部件上，诸如气体管道内或容器出口阀门自身内。这些颗粒可能损坏诸如阀门等部件，这可能损害它们完全密封的能力。
常规固体或液体源传输系统的另一个缺点是经常难以对前体源容器重新装料或替换该前体源容器。图2显示包括容器本体33和盖35的典型前体源容器31。盖35包括从该处向上延伸的入口管43a、43b和出口管45a、45b。隔离阀门37插入在入口管43a、43b之间，且隔离阀门39插入在出口管45a、45b之间。另一个隔离阀门41插入在连接管43a和管45a的气体管线之间。入口管43a、43b和出口管45a、45b提供通过容器本体33的惰性运载气体流动。管43a、45a一般包括配件47，这些配件被构造成连接到反应物气体传输系统的其他气流管线。当固体或液体源前体被耗尽且需要更换时，通常用满载源化学物质的新源容器来更换整个源容器31。更换源容器31需要关闭隔离阀门37和39，将配件47与其余衬底处理设备断开，在物理上去除容器31，在适当位置放置新容器31，并将新容器31的配件47连接到其余衬底处理设备上。通常，这一过程还涉及拆卸各种热电偶、管线加热器、夹具等。这些过程可能有点费力。
常规固体或液体源传输系统的另一个缺点是气体传输系统可能产生停滞流动的区域(也被称为“盲管段(dead legs)”)。当来自前体源容器的气体流动路径更长且更复杂时容易出现盲管段。用于源容器的常规入口隔离阀门和出口隔离阀门(如上所述)可能产生盲管段。通常，盲管段增大在传输系统的气体传送部件上出现不想要的前体沉积的风险。当前体在低于升华/融化温度的温度下凝固时，可能由于与盲容积(dead volume)相关联的冷点而发生这种不想要的前体沉积。当前体在高温下分解时，也可能由于与盲容积相关联的热点而发生这种不想要的前体沉积。正因为如此，一般期望降低和最小化反应物气流的停滞。一般也期望减少温度受控的表面面积，以便减少产生热点和冷点的可能性。
最小化盲管段的数量和容积的另一个原因是为了减少插入在前体源容器与衬底反应腔室之间的气体传输系统的总容积。随着气体传输系统的总容积增大，与ALD处理相关联的最少脉冲时间和最少清除时间经常也增加。最少脉冲时间是使被处理的衬底的表面饱和而注入反应物所必需的脉冲时间。最少清除时间是在反应物脉冲之间将过量反应物清除出衬底反应腔室和气体传输系统所必需的时间。当减少最少脉冲时间和最少清除时间时，衬底产量(可以处理衬底的速度)增加。因此，期望降低盲管段的数量和容积以便增加产量。
减少气体传输系统的总容积的另一个好处是改进反应物气体脉冲的“脉冲形状”。对于反应物气体脉冲，该脉冲形状指的是反应物/载体混合物中反应物的化学浓度的曲线的形状。图3示出理想反应物浓度曲线80以及稍不理想的曲线82的示例。两条曲线均包括由反应物浓度基本为零的时间段86分隔开的反应物气体脉冲84。理想曲线80类似于直线波，诸如方波。优选基本上为直线的波形，因为对于每个反应物气体脉冲非常需要在最短的时间内将反应物种类传输到衬底表面上的所有可用反应位置(饱和)，以便使衬底产量最优化。如曲线80中所示，直线脉冲形状使产量最优化，因为每个脉冲的持续时间具有高的反应物浓度，这又减少传输足够反应物种类到衬底表面所必需的脉冲持续时间。同时，直线脉冲形状的减小的分散降低了不同前体的连续脉冲之间的“脉冲重叠”量，这降低不想要的CVD生长模式的可能性。相反，非理想曲线82的每个脉冲84的脉冲浓度要花费更长的时间来达到其最大水平，这增加了使衬底表面完全饱和所必需的脉冲持续时间。因此，曲线80的频率小于曲线82的频率。随着气体传输系统的总容积增加，脉冲形状恶化。因此，期望通过最小化盲管段来改善脉冲形状(即，使其更像方波)。
常规固体源传输系统的另一个缺点是在处理之前在前体源容器通风中具有污染的风险。通常向前体源容器提供容器中气体的压头。例如，充满前体粉末的源容器经常和处于稍微高于环境压力(例如，高出5psi)的压力的氦气或其他惰性气体一起运载。氦气通常用于使利用氦泄漏探测器的“外限(out-bound)”氦泄漏测试能够正好在运载之前确保容器的完整性。该氦气经常被留下或者被N2或其他惰性气体替代，从而如果存在小量泄漏，则该气体从容器内向外泄漏，防止对于容器内前体的大气污染。在该容器被用于衬底处理之前通常去除内部气体的压头(headpressure)。通常，容器的内部气体经过容器的出口隔离阀门、经过反应物气体传输系统并最终经过反应器的排气装置/滤清器被排出。在一些系统中，容器的内部气体经过衬底反应腔室排出。其他系统采用与反应腔室平行(即从正好在反应腔室上游的一点延伸到正好在反应腔室下游的一点)的气体管线，从而容器的内部气体可以被引导到排气装置/滤清器而不流经反应腔室。在任何情况下，当前的容器设计在容器释放压头时均存在颗粒生成的风险。这可能导致前体粉末被通风流动(即排出容器的内部加压气体)带走，其可能污染并有可能损坏包括容器出口本身的气体传输系统的下游部件。即使在正常处理过程中，前体材料(例如粉末)也可能被流过前体源容器的运载气体带走，这存在前体在气体传输系统内的不想要的沉积的风险。
当前公开的前体传输系统的实施例通过采用改进的前体源容器和用于使该容器与传输系统的剩余部分快速连接或断开的设备来基本上克服这些问题。现在描述这些方面。
与源容器紧密热接触的气体面板
图4-6图示说明三种不同的气体面板布置。气体面板通常包括在前体源容器的下游的一个或多个阀门，并且也可以包括在容器上游的一个或多个阀门。图4图示说明常规的布置，其中源化学物质被容纳在源容器10内。气体面板90包括能够可操作地传输来自运载气体源(未显示)的运载气体经过容器10并进入反应腔室(未显示)内的多个阀门。入口阀门91通过管道系统93连接到容器10的上游，而出口阀门92通过管道系统94连接到容器10的下游。在这一常规布置中，入口阀门91、出口阀门92以及气体面板90的阀门和管道系统一般不与容器10进行紧密的热接触。
图5图示说明相对于图4的布置有一定程度改进的布置。在图5的布置中，前体源容器100具有表面安装的入口阀门108和表面安装的出口阀门110。阀门108和110通过管道系统95和96与常规气体面板90分隔开。在这一布置中，阀门108和110与容器100密切热接触，但是气体面板90的阀门和管道系统则不这样。
图6图示说明相对于图5的布置有所改进的布置。在图6的布置中，源容器100具有大致平坦的上表面以及表面安装的入口阀门108和表面安装的出口阀门110。同时，布置气体面板97，从而气体面板的阀门和管道系统沿着大致平行于容器100的大致平坦表面的平面定位。为了增加容器100与气体面板阀门和管道系统之间的热接触，气体面板阀门和管道系统的平面与容器100的大致平坦表面之间的距离优选不超过大约10.0cm，更优选地不超过大约7.5cm，且更加优选地不超过大约5.3cm。
带有表面安装的阀门和蛇形路径的源容器
图7显示改进的固体或液体前体源容器100和快速连接组件102的优选实施例。源容器100包括容器本体104和盖106。盖106包括表面安装的隔离阀门108和110，这在下面更详细地描述。
图8-10更详细地显示图7的源容器100。图8是源容器100的分解视图，而图9和图10是源容器100的后截面视图。图示说明的容器100包括容器本体104、在本体104内的蛇形路径插入物112和盖部件106。通过紧固元件124(诸如螺钉或螺帽与螺栓的组合)将图示说明的组件紧固在一起。紧固元件124适于延伸进入本体104的凸缘126中的对准孔内。技术人员将认识到该组件可以通过各种替代性方法紧固在一起。
蛇形路径插入物112优选限定曲折的或蛇形路径111，当运载气体流过容器100时它必须经过该蛇形路径111。蛇形路径112优选容纳前体源，诸如粉末或液体。蛇形路径111明显比常规前体源容器内的运载气流路径更长。阀门108和110(在下面描述)和阀门210(下面通过参考图26-28进行描述)经受较不恶劣的环境，由此增加它们的可靠性。
优选提供弹簧114以朝向盖106偏压蛇形插入物112，从而防止反应物气体经过插入物112与盖106之间的接口逸出。换句话说，弹簧114倾向于降低气体旁通过一些或全部蛇形路径的风险。适当的弹簧114包括扁钢丝压紧弹簧，诸如由伊利诺斯州苏黎世湖(Lake Zurich)的司玛雷钢环(Smalley Steel Ring)公司出售的
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波形弹簧。
图11A显示改进的固体或液体前体源容器400的另一实施例，其包括容器基座402、密封件404及盖406。盖406包括多个集成的气阀或表面安装阀，下面将具体介绍。图11B-11C说明盖406的示范实施例。图11D-11G显示源容器400的基座402的实施例。图11H-11I显示源容器400的基座402的另一实施例。
如图11A所示，基座402由包括凹陷区408的固体部件形成，凹陷区408被直接加工进固体基座402中。当盖406可拆除地附连至基座402时，在盖406固定到基座402之前，将密封件404放置到它们之间，以保证源容器400里面的内容物保持在其中。在一实施例中，基座402和盖406由相同材料形成，使得两个部件之间具有基本上相同的热传导率和相同的热膨胀系数。在另一实施例中，基座402由与盖406所使用的材料不同的材料形成。在一实施例中，基座402和盖406由不锈钢形成。在其它实施例中，基座402和/或盖406由高镍合金、铝或钛形成。本领域普通技术人员应该理解基座402和盖406可由任意材料形成，只要足以允许足够的热传递使得设置在源容器400中的前体汽化，而且是惰性的或不与源容器400中的前体或物质反应。
将密封件404设置在源容器400的基座402和盖406之间，如图11A所示。在一实施例中，密封件404是设置在形成于基座402中的凹槽410内的O形环。在另一实施例中，密封件404可形成为金属垫圈或v型密封件(v-seal)，其构造成设置在基座402和盖406之间。本领域普通技术人员应该理解密封件404可由任何形状、尺寸、或结构形成，只要足以在盖406附连至基座402时提供密封，且保证源容器400内的内容物保持在其内。在一实施例中，密封件404由人造橡胶形成，但是本领域普通技术人员应该理解密封件404可由任意足以提供密封的材料形成，例如，但不限于，聚合物或金属。
如图11A-11C所示，显示源容器400的盖406的实施例。该盖406形成为具有上表面412、下表面414和在上表面412和下表面414之间延伸的侧表面413的单个部件。在一实施例中，上表面和下表面412，414基本是平坦表面。本领域技术人员应该理解该平坦的上表面和下表面412，414还可包括形成在其中的缺口、凹槽、孔或插入物部。在一实施例中，该上表面和下表面412，414基本上彼此平行，由此提供具有跨越整个盖406的一致厚度T1的盖406。如图11B所示，该上表面412可包括加工的高公差区域416，以提供相比于其余的上表面412基本上光滑的区域。这些高公差区域416允许阀门组件418与盖416的上表面412平齐安装，以保证阀门组件418和盖406之间直接热接触。利用这些部件之间的更多表面区域接触，部件之间的热传递可最大化，由此减少用于向阀门组件418提供热的独立加热器或加热套的需求，其中向阀门组件418提供热可防止其中的汽化前体冷凝。
如图11B所示，盖406包括入口端口420、出口端口422和排气端口424。该入口端口420构造为使运载气体或惰性气体通过其引入源容器400。该出口端口422构造为使气体通过其离开源容器400。该排气端口424可包括任何端口，例如常规的入口/出口端口，其可构造为在源容器400初始填充和安装后或者在源容器400随后的再填充和安装后减轻源容器400内的压头。通过该排气端口424的压头释放在源容器400向半导体衬底处理用的反应腔室162(图25)提供汽化的前体材料之前完成。在一实施例中，接口部件426可操作地附连至在端口420、422、424处的盖406的上表面412。每个接口部件426构造为被连接至阀门组件418。本领域普通技术人员应该理解每个阀门组件418和接口部件426可以任意方式可操作地连接至盖406的上表面412。
如图11A和11C所示，阀门组件418之一包括通气阀门(ventvalve)或排气端口阀门428，它们可操作地连接至盖406的上表面412。该排气端口阀门428可以是气动阀门或任何其它控制气体流向或流出源容器400的阀门。在一实施例中，该排气端口阀门428保持闭合，除非在释放气体以在半导体处理系统使用源容器400之前减轻源容器400内的压头时，保持开放。在前体的源容器400的制造和初始填充过程中或源容器400再填充前体后，将惰性气体导入该源容器400，以在该源容器400中建立压头。如上所述，一旦填充(或再填充)该源容器400时，该压头被用于完成泄漏监测。当安装该源容器400时，需要将建立压头的源容器400内气体移除或用处理过程中用于运载汽化前体的惰性运载气体替代。以前，本领域公知通过排出产生最初压头的气体减轻源容器的压头，排出的气体穿过与处理衬底时汽化前体材料退出的出口端口相同的出口端口。然而，邻近该出口端口的过滤器常被初始“排气”处理或释放时伴随气体的前体颗粒堵塞。尽管一些前体颗粒由出口过滤器阻止，但一些颗粒仍能旁通该过滤器-或者由过滤器捕捉到的颗粒随后解除阻塞-并且进入通向反应腔室的管道。这些游离的颗粒可引起反应腔室内的不均匀沉积或者阻塞源容器和反应腔室之间的气体管线。这些游离的颗粒还可在正在处理的半导体衬底上引起颗粒夹带，由此导致该衬底产出的器件、芯片或电路数量的减少。本发明的排气端口424和对应的排气端口阀门428允许在“排气”处理时压头减轻，其中退出该排气端口424的气体和颗粒，首先在通过直接连接至废气管线466的排气线路432(图25)转向以前，通过排气过滤器430过滤，从而旁通反应腔室162，以阻止任何不需要的颗粒妨碍反应腔室162内的处理。
如图11C所示，过滤装置434可操作地连接至盖406的下表面414。更具体的如图18所示，并在下文介绍，过滤装置434被构造为过滤穿过盖406引入至源容器400的运载气体，以及通过排气端口424和出口端口422退出该源容器400的气体。在说明的实施例中，过滤装置434附连至邻近入口端口420、出口端口422和排气端口424的盖406的下侧。该过滤装置434直接附连至盖406，以允许足够量的热从盖406传递，防止每个过滤装置434里的前体材料冷凝。每个过滤装置434最好具有低型面(low-profile)，因为低型面的过滤装置提供跨越过滤封装介质的良好热均匀性(图17)。
基座402的实施例由图11E-11G显示。该基座402包括本体436和一体地连接至本体436并从其延伸的凸缘438。在一实施例中，本体436和凸缘438由单件材料形成。如上所述，凹槽410形成在本体436中，其中凹槽410被构造为容纳密封件404。凸缘438被构造为从本体436的上部径向向外延伸。该基座402由上接触表面440、下表面442、侧表面444和定义并形成凹陷区408的内表面446所限定。该接触表面440是基本上平坦的表面，其形成该基座402的整个上表面。该接触表面440构造为直接接触盖406的下表面414。
在一实施例中，该基座402是固体材料件或金属，凹陷区408加工于其中或从其中移除，如图11D-11G所示。在另一实施例中，该基座402形成为一件铸件，其中凹陷区408在铸造或锻造过程中形成在基座402中。该凹陷区408被构造为将固体或液体前体容纳于其中。在图11D-11I中所示的实施例中，该凹陷区408形成为细长的、弯曲的路径，其从基座402的接触表面440延伸。该内表面446从接触表面440延伸至本体436的厚度。凹陷区408在本体436内形成的深度可变化。本领域普通技术人员应该理解该凹陷区408的形状、深度和宽度可变化，只要凹陷区408允许入口端口和出口端口420、422之间形成延伸的流路径，以增加设置在凹陷区408内的前体材料气体的停留时间即可。
在一实施例中，如图11E-11G中，该凹陷区408包括入口凹陷装配台448、出口凹陷装配台450、排气口凹陷装配台452和流体地连接凹陷装配台448、450、452的沟道454。该凹陷装配台448、450、452通常为从基座402的接触表面440向下延伸的三角形凹陷区。该凹陷装配台448、450、452的形状具有与对应的过滤装置434的一部分基本上相同的形状和大小，对应的过滤装置434的该部分从盖406的下表面414延伸进入基座402，使得每个过滤装置434的一部分接纳在对应的凹陷装配台448、450、452内。该凹陷装配台448、450、452从接触表面440向下延伸至预定深度。在一实施例中，所有凹陷装配台448、450、452的深度是相同的。在另一实施例中，凹陷装配台448、450、452中的至少一个的深度不同于其它的深度。当用前体填充基座402时，每个凹陷装配台448、450、452中的容积不填充前体。当运载气体通过邻近盖406入口端口420的过滤装置434引入基座402时，该运载气体行进经过该凹陷区408的所有其余部分之前与该入口凹陷装配台448接触并且分布在该入口凹陷装配台448内。由于优选前体不位于凹陷装配台448、450、452的任何一个中，向入口凹陷装配台448引入运载气体防止运载气体直接接触前体以及潜在地激起前体或引起前体颗粒与运载气体混合。该凹陷区域408的每个凹陷装配台448、450、452通过形成在本体436中的沟道454的路径流体连接。
如图11F-11G所示，该凹陷区408的沟道454从接触表面440延伸，其中该沟道454是连续的路径，气体可在入口凹陷装配台448和出口凹陷衬底450之间沿该连续路径移动。在另一实施例中，该凹陷区408不包括凹陷装配台，使得沟道454在邻近入口端口420的过滤装置434和邻近出口端口和排气端口422、424的过滤装置434之间的整个距离上延伸。该沟道454形成在本体436中，使得沟道454的深度比凹陷装配台448、450、452的深度大。在一实施例中，该沟道454的深度沿着入口凹陷装配台448和出口凹陷装配台450之间的整个沟道454的长度是恒定的。在另一实施例中，该沟道454的深度沿着入口凹陷装配台448和出口凹陷装配台450之间的沟道454长度是变化的。
当源容器400被填充液体或固体前体材料(未示出)时，优选地该前体材料仅设置在形成在本体436中的凹陷区408的沟道454内。该沟道454应该被填充到这样的深度，其在凹陷装配台448、450、452的下表面以下，防止任何前体材料被设置在凹陷装配台448、450、452中。此外，该出口凹陷装配台450的下表面位于前体材料的上表面之上，使得任何前体材料颗粒保留在沟道454内。
在如图11E所示的基座402的实施例中，该沟道454在入口凹陷装配台448和出口凹陷装配台450之间延伸，且为蛇形。该沟道454在入口端口和出口端口420、422之间形成弯曲的路径，运载气体沿着该弯曲的路径行进。换句话说，入口和出口凹陷装配台448、450之间的该沟道454在入口端口和出口端口420、422之间是非线性的。在图11E-11G中所示的实施例中，该沟道454包括多个线性部分456。此外，至少两个相邻的线性部分456基本上彼此平行。该沟道454具有宽度。在一实施例中，该沟道454沿着其整个长度具有恒定宽度。在另一实施例中，该沟道454的宽度沿其长度变化。该沟道454的蛇形使引入源容器400的运载气体与设置在该凹陷区408内的前体材料接触的时间量和距离最大化。
在源容器400的基座402的另一实施例中，该沟道454在入口凹陷装配台448和出口凹陷装配台450之间延伸且是流体连通的，如图11H所示。该沟道454包括多个弧形部分458。在一实施例中，该沟道454包括至少两个基本上彼此同心的弧形部分458。在另一实施例中，该沟道454包括多个弧形部分458，但不是线性部分456。在基座402的另一实施例中(未示出)，该沟道454是在入口凹陷装配台448和出口凹陷装配台450之间或入口端口和出口端口420、422之间延伸的完全随机、弯曲的路径。
图11H说明还包括加热组件460的基座402的实施例，其中该加热组件460设置在基座402内。在一实施例中，该加热组件460被集成在侧、下表面444、442与内表面446之间的基座402的壁上。该加热组件406构造为向基座402直接提供热，以便汽化设置于其中的前体材料464。在一实施例中，该加热组件460可为一体形成在基座内的金属丝加热器、或当集成于其中时足以向基座402直接提供热的任何其它类型的加热机构。在另一实施例中，该加热组件460还可为嵌入基座402的电阻元件。在又一实施例中，该加热组件460可为嵌入基座402的薄箔片加热元件。本领域的普通技术人员应该理解，该加热组件460可包括向基座402的本体436直接提供热的任何加热装置，以便提供足够的热量来汽化该前体材料464。
在源容器400的基座402的另一实施例中，凹陷区408形成在基座402中，以在基座402中提供大致中空的空间，用于容纳前体材料，如图11J所示。尽管图11J所示的实施例不包括类似于上述实施例的沟道或弯曲的路径，而是该凹陷区408在入口端口和出口端口420、422之间的基座402中提供延伸的、非线性的路径。
当源容器400被组装时，盖406利用设置于它们中间的密封件404可拆除地附连至基座402。当盖406附连至基座402时，在形成在基座402的凹陷区408的内表面446和盖406的下表面414之间限定内部容积468。该盖406包括多个穿过其整个厚度T1形成的孔462，如图11B所示。这些穿过盖406形成的孔462位于盖406外边缘附近。该基座402还包括多个穿过凸缘438整个厚度形成的孔462，如图11D所示。该盖406与基座402对准，使得附连于盖406的每个过滤装置434被接纳在对应的基座402的凹陷装配台448、450、452中。该密封件404设置在形成在基座402中的凹槽410内。当盖406和基座402对准时，形成在盖406中的孔462同样与形成在基座402中的孔462对准。贯穿每对相应的基座402和盖406中的孔462插入连接件(未示出)，使得盖406可拆除地密封至基座402。本领域普通技术人员应该理解，任何类型的连接件都可用于可拆除地使盖406附连至基座402，包括，但不限于，螺杆、螺钉或夹子。当完全组装完时，盖406的下表面414与基座402的接触表面440邻靠接触。盖406和基座402的接触表面440之间的接触在盖406和本体436直接地邻近凹陷区408的部分之间提供直接的热传递，以便通过基座402将热传递至位于内部容积468内的前体材料。本领域技术人员应该理解，盖406的下表面414和基座402的接触表面440都基本上平坦，使得当这些表面414、440彼此接触时，盖406和基座402之间的靠紧关系提供沟道454邻近部分之间的密封(图11E和11I)，使得运载气体和汽化的前体材料不旁通沟道454经过盖406和基座402之间的部分。
在处理反应腔室162(图25)中半导体衬底的操作中，通过盖406的入口端口420将运载气体引入源容器400。前体材料464设置在该源容器400内，并加热该源容器400，从而汽化该前体材料。接着运载气体穿过邻近入口420定位的过滤装置434，然后进入由形成凹陷区408的内表面446和盖406的下表面414定义的基座402的内部容积468中。当进入该内部容积468时，运载气体进入该入口凹陷装配台448，然后通过沟道454散开。随着运载气体行进过该内部容积468，运载气体与汽化的前体材料464混合(图11H)，以形成饱含汽化的前体材料的气体混合物。该运载气体保留在内部容积468的逗留时间越久，运载气体变得越饱含汽化的前体材料。本领域普通技术人员应该理解，汽化的前体材料在运载气体中的饱和水平存在限制，入口端口和出口端口420、422之间内部容积468中的路径长度最优为最大化运载气体饱和度。该气体混合物最后通过过滤装置434退出内部容积468，该过滤装置434可操作地连接至盖406，且位于出口端口422附近。穿过过滤装置434经过后，该气体混合物通过出口端口422退出源容器400，进入出口气体线路470(图25)，该出口气体线路470与反应腔室162流体连通。
在排气过程中，在源容器400的初始填充或再填充被移除后，添加的源容器400的内部容积468中的气体或多种气体在里面产生压头。在排气过程中，如图25的示意图所示，开启排气阀门428允许源容器400内的气体通过排气端口424退出该内部容积468。该压头气体穿过排气过滤器430，该排气过滤器430可操作地连接至排气端口424附近的盖406。穿过排气过滤器430后，该压头气体通过排气端口424退出该源容器400，进入排气气体线路432，该排气气体线路旁通该反应腔室162，并且流体地和可操作地连接至废气管线466，通过废气管线466排出物从反应腔室162流出。一旦产生最初压头的气体退出源容器400，使得源容器400内压力平衡，运载气体通过附连至盖406位于入口端口420附近的过滤装置434引入，然后进入基座402的内部容积468，以用运载气体填充该凹陷区408至预定操作压力。
在另一个可替代实施例中，如图12-16所示，蛇形插入物112包括多个堆叠的托盘，其共同限定出蛇形气体流动路径。例如，图12示出多个堆叠托盘230、240，这些堆叠托盘被构造成可拆除地插入到容器本体104内(图7-10)并且共同限定出包括容器100的至少一部分曲折路径的螺旋气流路径。在图12-16中，放大了托盘230、240的高度以便于图示说明。应该理解托盘可以在垂直方向制作得更薄，从而容器100具有显著大于其总体高度的直径。
在图示说明的实施例中，四个托盘堆叠在一起：三个上托盘230和一个下托盘240。托盘的数量可以基于诸如升华速率、载体流动等参数发生变化。
参考图13和图14，每个上托盘230包括防止气体从其中流过并在托盘230的整个高度延伸的固体分隔件231和允许气体从其中流过的局部分隔件232。优选地，该局部分隔件包括网筛233，该网筛233被构造为保留大的前体颗粒同时允许自由气体从其中流过。在图示说明的实施例中，网筛233延伸跨过局部分隔件232的顶部，同时固体面板完全占据局部分隔件232的高度。环状缘边234也在上托盘230的高度上延伸。固体分隔件231和局部分隔件232共同限定出用于保持固体源材料(未显示)的主隔室235和在托盘230的下表面处开口的外通道隔室236。图示说明的上托盘230具有中心核237，该中心核237包括中心通道238以容纳传输运载气体到底托盘240的气体入口管。图示说明的上托盘230还具有在其上表面上的多个桩钉(peg)239以及在其下表面上的相应多个孔(未显示)，所述孔用于接收另一个更下面的托盘的桩钉。对照操作可以更好地理解，如下所述，希望中心核237的下表面上的孔相对于上表面上的桩钉239旋转偏移，从而使多个托盘适当地彼此对准以限定盘旋的流动路径。在某些优选实施例中，主隔室中流动所经过的角落(corner)被圆形化以最小化由尖角角落引起的流动停滞。
参考图15和图16，最下托盘(lowest tray)240包括防止气体从中流过并在托盘240的整个高度延伸的固体分隔件241和允许气体从其上流过的局部分隔件242。优选地，局部分隔件242仅提供面对叠加的上托盘230中间的中心通道238的开口，这将通过参考图12的描述得以更好地理解。环状缘边244也在下托盘240的高度上延伸。缘边244、固体分隔件241和局部分隔件242共同限定出用于保持固体源材料(未显示)的主隔室245和外通道隔室246。在优选实施例中，固体源材料仅最大程度充满主隔室245，且甚至充满通道隔室246。在可替代的实施例中，固体源材料充满主隔室的高度的三分之一至三分之二之间。图示说明的下托盘240也具有中心核247、在其上表面上的多个桩钉249以及在其下表面上的相应多个孔(未显示)，所述孔用于接收从容器本体104的底板向上突出的桩钉(图7-10)，其中通道隔室246突出到中心核247内。
堆叠的托盘230、240如图12的分解视图所示那样被组装。每个上托盘230和下托盘240的主隔室235、245加载有前体源化学物质，优选呈现为粉末形式。下托盘240和多个上托盘230彼此堆叠在一起并加载到外部容器本体104内。托盘230、240通过桩钉239、249和相应的孔对准，从而气体流动进入每个托盘，优选至少流过围绕主隔室且角度在200°-355°范围内的弯折，然后向上进入叠加的上托盘230的沟道隔室236。容器盖106(图7和图8)然后关闭并密封整个容器本体104，并且从盖开始延伸的中心管215向下延伸经过上托盘230的中心管道238从而开口到下托盘240的沟道隔室246内。图12显示中心管215但是未显示盖106。中心管215被构造成将传送的运载气体传输到容器100的入口内。在某些优选实施例中，经常将弹簧或其他偏压装置(未显示)放置在240下面以一起偏压所有的托盘，防止从中心核到不同层级的泄漏。
在操作中，惰性气体优选被传输到托盘230、240的堆叠，并水平地经历长的盘旋流动路径，优选在垂直地退出每个托盘之前经过每个托盘230、240中主隔室的大约200°-350°弧形段。在图示说明的实施例中，惰性运载气体垂直从盘退出。在图示说明的实施例中，通过中心入口215提供惰性运载气体，该中心入口215向下延伸经过上托盘230的对准中心管道238，从而开口到下托盘240的沟道隔室246内。惰性气体盘旋卷起主隔室245中的前体源化学物质，直到遇到叠加的上托盘230的下表面内的开口。这一开口允许运载气体及其携带的汽化前体通入叠加的上托盘230的沟道隔室236内，气体从该沟道隔室236起经过网筛233(图13)并进入主隔室235。气体盘旋卷起在这一主隔室235中的固体前体，优选在遇到叠加的上托盘230等的下表面上的开口之前经过大约200°-350°的弧形段。在最上面的上托盘230处，允许气体离开容器100，优选经过容器盖106处的表面安装的出口阀门110(下面描述)离开容器100。当然，应该理解根据需要可以使流动路径反向。换句话说，惰性运载气体可以从顶部托盘开始经向下流过托盘组。
再次参考图8-10，在图示说明的实施例中，容器盖106包括入口阀门108和出口阀门110。入口阀门108具有经由管道121接收运载气体的入口端。管道121具有配件122，该配件122适于连接到气体接口组件180(下面描述)的气体管线133的配件131(图7)。入口阀门108还具有出口端，该出口端优选与插入物112的蛇形路径111的第一部分117(诸如末端部分)流体连通。出口阀门110具有入口端和出口端，该入口端优选与蛇形路径111的第二部分119(者如末端部分)流体连通，该出口端与盖106的适当气体出口(诸如孔口128)流体连通。使用时，运载气体流进管道121并流经入口阀门108、蛇形路径111和出口阀门110，并最终从孔口128退出。因此，这一实施例可以实现的结果包括将隔离阀门安装到盖106的表面上，并促使运载气体在暴露于前体源的情况下沿曲折的或蛇形路径流动。技术人员将认识到可以不同地构造容器100。
如上面所解释，常规的固体或液体前体源容器包括从容器本体或盖延伸的分离的管，其中阀门被内嵌地附连于这些管。例如，图2的常规容器31包括从盖35向上延伸的分离的管43b和45b，其中阀门37和39附连到这些管上。容器37的阀门37和39并不直接附连到或者接触盖35。结果，来自容器31的反应物气体流出出口管45b并且接着进入出口阀门39，这可能包括带有滞流或盲区气体容积的流动路径。另外，常规容器31的隔离阀门37、39和41显著地与容器盖35和本体33热隔离。不管存在或不存在盲容积或“盲管段”，管道系统和阀门均难以有效地以三维几何形状来加热。这些阀门具有比盖35和本体33更小的热质量，因此倾向于更快地加热或冷却。这就是为什么在常规系统中经常特别使用额外加热器(诸如线形加热器、盒式加热器、直接加热灯等)在系统冷却的过程中向阀门和相关管道系统提供热量，以防止这些部件比容器31更快地冷却(这会产生不希望的情况，即反应物蒸汽流进这些部件并沉积于其上)。常规阀门和管道系统的另一个问题是它们会比容器31更快地加热。对于一些前体，这会产生一种情况，即阀门和管道系统变得比前体的分解温度更热，致使前体分解并沉积于其上。
相反，源容器100的隔离阀门108和110(图7-10)优选直接安装到容器100的盖106的表面。这种表面安装技术可能被称为集成气体系统。与常规前体源容器(例如图2)相比，表面安装的阀门108和110可以通过消除阀门与容器100间的管道系统来减少气体传输系统中的盲管段(停滞的反应物气流)的体积，这简化并缩短了反应物气体的行进路径。由于存在减小温度梯度的压缩几何形状和改良热接触，阀门和管道系统更能经受加热的检验。图示说明的表面安装的阀门108和110分别具有阀门节流块118和120，这些阀门节流块优选包括阀座和可调节流动限制器(例如隔膜)，以便选择性控制气体流动经过阀座。这些阀门108和110通过限制经过阀座的所有气流来隔离容器100。节流块118、120可以与容器盖106整体成形或者分别成形并安装于其上。在任何一种情况下，节流块118、120优选具有与容器盖106相对高程度的热接触。这导致阀门108和110的温度在容器100的温度变化过程中保持接近盖106和容器本体104的温度。这一表面安装的阀构造可以减少防止汽化的前体气体冷凝所需的加热器的总数量。当容器100的温度高于前体源化学物质的汽化温度时，汽化的前体可以自由地流到阀门108和110。由于阀门108、110在温度爬升过程中紧密地追随容器100的温度，所以阀门的温度也有可能高于汽化温度，由此降低对防止前体在阀门中冷凝的额外加热器的需求。缩短的气流路径也更好地适用于受控加热。表面安装的阀门108和110也具有小得多的封装空间需求。
在另一实施例中，节流块118、120的阀门(图8)可整体地形成在源容器400的盖406中，从而允许入口和出口阀门108、110以及排气口阀门428被直接附着至盖406，使得入口、排气口和出口阀门108、428、110与盖406的上表面412齐平安装，如图11J所示。直接地安装阀门和与盖406的上表面412的齐平增加了它们之间的热传递，以及还减小了惰性气体和汽化的前体混合物必须从基座402的内部容积468至反应腔室162(图25)经过的距离。
阀门108和110中的每一个优选包括阀门节流块，该阀门节流块包括可以受到阀门限制或由阀门打开的气体流动通道。例如，通过参考图9和图10，阀门108的节流块118优选包括内部气流通道，该气流通道从管道121延伸穿过节流块118的一侧123到达区域113。区域113优选包括用于限制气体流动的内部设备(未显示)，诸如阀座和可移动限流器或隔膜。在一个实施例中，可以通过以手动或自动的方式旋转旋钮(例如，阀门108的更大的圆柱形上部181)来移动可移动的内部限流器或隔膜。另一个内部气流通道优选从区域113延伸穿过块118的相对侧125到达入口通道，该入口通道延伸经过盖106并进入容器100。例如，该入口通道可以延伸进入由蛇形插入物112限定的曲折路径111。阀门110和通风阀门210(下面通过参考图26-28进行描述)可以类似于阀门108进行构造。在一个实施例中，阀门108和110是气动阀门。特别优选使阀门节流块118和120与容器盖106整体形成。这消除了对二者之间的分离密封件的需求。
在另一个实施例中，阀门108、110和210(图26-28)被形成为不带节流块(诸如节流块118、120)并且优选与容器100的一部分(诸如容器盖106)整体成形。
过滤器
优选地，前体源容器包括用于过滤流过容器的气体以防止颗粒物质(例如源化学物质的粉末)逸出容器的过滤设备。该过滤设备可以被装备在容器的盖中，优选处于表面安装的阀门108、110和/或210(图26-28)的下面。优选地，该过滤设备包括用于容器的每个入口和出口的分离的过滤器。
图17是过滤设备130的一个实施例的截面视图，该过滤设备130可以安装在反应物源容器的本体或盖(例如图8的盖106)中。图示说明的设备130是由凸缘132、过滤介质134和紧固元件136形成的过滤器。在这一实施例中，确定过滤器130的尺寸和形状以紧密适配到容器的盖(例如，图8的盖106)的凹陷138内。凸缘132的周界可以是圆形、矩形或其它形状，且该形状优选紧密地符合凹陷138的周界。过滤材料134被构造成限制大于某一尺寸的气体夹带颗粒(gas-entrainedparticle)通过开口，该开口由凸缘132的环形内壁140限定。材料134优选阻挡由壁140限定的整个开口。材料134可以包括各种不同材料中的任一种，且在一个实施例中是高流动烧结的镍纤维介质。在其它实施例中，过滤介质由其它金属(例如不锈钢)、陶瓷(例如氧化铝)、石英或一般包括在气体或液体过滤器中的其它材料制成。材料134优选焊接或粘附到环形壁140上。在一个实施例中。过滤器130包括表面安装的夹心过滤器，诸如由加利福尼亚州的桑塔坷垃拉公司(Santa Clara)的TEM产品(TEM Products)出售的那些过滤器。
在图示说明的实施例中，紧固元件136包括朝向盖106的壁146偏压凸缘132的弹簧卡环。环136优选紧密适配在凹陷138的周界中的环形槽142内。卡环136可以包括例如扁平金属丝压紧弹簧，诸如由伊利诺伊州的苏黎世湖(Lake Zurich)的司玛雷钢环(Smalley Steel Ring)公司出售的波形弹簧。可以提供额外的不同类型紧固元件以将过滤器130紧固到盖106上。优选地，紧固元件136防止运载气体和反应物蒸汽流过凸缘132与盖106之间的接口，从而所有气体必须流过过滤材料134。可以提供副凹陷147以限定在过滤器130的出口侧上的高压间148，这可以改善被过滤气流的质量。图示说明的过滤器130是易于更换的，即简单地通过从环形槽142上去除卡环136、从凹陷138上去除过滤器130、插入新过滤器130以及将卡环136重新插入到环形槽142内来实现更换。
过滤器凹陷138优选位于前体源容器的隔离阀门中的一个附近。在图17的实施例中，凹陷138在源容器100的出口隔离阀门110(图1)的阀门节流块120的正下方。技术人员将理解可以提供与容器的每个隔离阀门相关联的单独过滤器130，这些隔离阀门包括入口阀门108和通风阀门210(图26-28)。通道145从高压间148延伸到阀门节流块120的通道144。在图示说明的实施例中，节流块120独立于容器盖106而形成，且优选在其间具有密封件。在另一个实施例中，块120与盖106整体形成，且以相同的钻孔操作形成通道144和145。
图18是根据一个实施例的过滤材料134的表面部分的放大截面视图。在这一实施例中，过滤材料134包括大颗粒过滤层150和小颗粒过滤层152。大颗粒过滤层150优选过滤相对较大的颗粒，而小颗粒过滤层152优选过滤相对较小的颗粒。大颗粒过滤层150包括多个孔隙151。在一个实施例中，大颗粒过滤层150是大约20-60％的孔隙率，且更优选地为30-50％的孔隙率。在一个实施例中，大颗粒过滤层150是大约42％的孔隙率。大颗粒过滤层150可以包括例如不锈钢材料。大颗粒过滤层150优选包括大多数的过滤材料134。由于存在孔隙151，过滤材料134产生相对低的压降。可以通过一个或多个支承管154来用于增强大颗粒过滤层150的结构刚性。小颗粒过滤层152可以具有0.05-0.2微米的孔尺寸，且更优选地为大约0.10微米的孔尺寸。小颗粒过滤层152可以具有大约5-20微米的厚度，且更优选地为大约10微米的厚度。小颗粒过滤层152可以包括例如氧化锆的涂层。大颗粒过滤层150的每一侧均可以涂覆有小颗粒过滤层152。适当的过滤材料是一种类似于由Pall公司出售的AccuSep过滤器的过滤材料。
气体接口组件
图19是可以用于使运载气体和反应物气体流动经过前体源容器100和气相反应腔室162的气体传输系统160的示意性图示说明。如此处所述，传输系统160包括容器100、运载气体源164、下游净化器或过滤器166和若干附加阀门。如上所述，隔离阀门108、110优选被表面安装在容器100上。运载气体源164可操作地传输惰性运载气体到连接点168。阀门170被安放在连接点168与容器入口阀门108之间。阀门172被被安放在连接点168与连接点174之间。阀门176被安放在连接点174与容器出口阀门110之间。净化器166和附加阀门178被安放在连接点174与反应腔室162之间。如图示说明，容器100可以具有适当的控制和报警界面、显示器、面板等。
当希望运载气体流过容器100并流到反应腔室162时，阀门170、108、110、176和178被打开，且阀门172被关闭。相反地，当期望运载气体在其去反应腔室162的路上旁通过容器100时，阀门172和178被打开，且优选所有的阀门170、108、110和176被关闭。阀门178可以用于将反应腔室162与气体传输系统160隔离开，例如用于维护和维修。
通过再次参考图7，前体气体传输系统(诸如图19所示的系统)可以被嵌入气体接口组件180内，该气体接口组件180有助于控制运载气体和反应物蒸汽经过容器100和相关联的气相反应腔室的流动。图示说明的气体接口组件180包括多个阀门182(其可以执行与图19的阀门170、172、176和178基本相同的功能)、下游净化器或过滤器184和加热器板186。阀门182可以包括在原理和操作上类似于阀门节流块118和120的阀门节流块188。
通过参考图7和图19，气体管线133从阀门182中接收来自运载气体源164的运载气体的一个阀门延伸出。例如，气体管线133延伸开始处的阀门182可以基本上执行图19的阀门170的功能。图7并未示出从运载气体源延伸到这一阀门内的气体管线，但应该理解要提供这种气体管线。气体管线133包括当容器与气体接口组件180连接时连接到容器100的运载气体入口配件122上的配件131。气体接口组件180的出口135向反应腔室162传输气体。应该理解源容器的运载气体入口可以被构造为类似于出口孔口128。
通过继续参考图7，加热器板186加热阀门182和容器100，优选加热到高于前体的汽化温度的温度。优选实施例的各种阀门、阀门节流块和气体管道之间的高水平热接触，以及加热器板186到这些部件的接近性降低了防止在容器100下游的气体传送部件中的前体冷凝所需的总热量。加热器板186可以由各种不同类型的加热器加热，诸如盒式加热器或线形加热器。加热器板可以由各种材料形成，诸如铝、不锈钢、钛或各种镍合金。热箔型(Thermofoil-type)加热器也可以用于加热加热器板186和阀门节流块188。使用热箔型加热器可以允许可变的功率密度或多于一个的温度控制区域。将可变的功率密度或多个温度控制区域与加热器板186结合可以使得引发沿气体流动路径的温度梯度成为可能。这可以随着反应物蒸汽向下游移动而使其逐渐加热，从而避免冷凝。合适的热箔加热器由明尼苏达州的明尼阿波利斯(Minneapolis)的敏科(Minco)公司出售。也可以提供额外的加热器(包括线形加热器、盒式加热器、辐射热灯和热箔型加热器)来加热容器盖106和容器本体104。
在一些实施例中，可以提供专用加热器以加热容器100。在一个具体实施例中，如图18所示(在下面更详细地描述)，在容器的容器本体104的下表面之下提供专用加热器件220。
如上所述，也可以通过“蒸汽抽吸”和外部气体流动方法来将前体蒸汽从容器100中抽出。在蒸汽抽吸方法中，对容器100施加真空以抽出蒸汽。例如，可以在反应腔室162的下游施加真空，其中阀门110、176和178打开且阀门108、170和172关闭。可以通过例如使用真空泵来施加真空。在外部气体流动方法中，可以通过使运载气体从源164流到反应腔室162来将前体蒸汽抽出容器100，其中阀门110、172、176和178打开且阀门108和170关闭。在某些条件下，这可以在容器100与运载气体的流动路径之间产生压力差，该压力差导致前体蒸汽流向反应腔室。
快速连接组件
通过继续参考图7，快速连接组件102优选便于更快捷且更简单地使前体源容器100加载、对准和连接到气体接口组件180。快速连接组件102在人体工程学上是友好的且有助于容器100的更换、再充装和使用性。在谨记这些目标的情况下，可以提供各种不同类型的快速连接组件，且技术人员将理解图示说明的组件102仅是一个实施例。快速连接组件102可以被包含在真空外壳内，且源容器100和支承控制硬件被封装在该外壳内。
通过参考图7、20和21，图示说明的快速连接组件102包括基底190、从基底190的边缘向上延伸的机架(pedestal)192、轨道部件194和抬升组件196。基底190可以优选固定到气体传输系统6(图1)的下内表面，诸如在反应物源壳体16的底板9上。优选地，机架192在基底190上面的位置处连接到并支持气体接口组件180。轨道部件194包括平台198和在平台198的相对侧上的两个滚轮轨道200。具有对准滚轮204的一对滚轮组件202优选固定到容器100的相对侧上。在这一实施例中，滚轮204被确定尺寸并构造为在轨道部件194的轨道200内滚动，从而容器100可以容易且快速地在平台198上定位。
当滚轮组件202与轨道200接合从而将容器100加载到平台198上时，出口阀门110的出口优选垂直对准气体接口组件180的阀门182中的一个阀门的入口。抬升组件196被构造为在降低位置(图7所示)与升高位置(图20-21所示)之间垂直移动平台198。当容器100被加载到平台198上且平台被移动到其升高位置时，出口阀门110的出口优选直接地或间接地与阀门182之一的入口连通。可能需要最小程度的手动调节来适当密封出口阀门110的出口与阀门182的入口之间的接口。在图示说明的实施例中，出口阀门110的出口是阀门节流块120中的孔口128。以这种方式，快速连接组件102使得前体源容器100能够与气体接口组件180快速连接。
如图20所示，图示说明的抬升组件196包括可以手动致动剪刀腿197以垂直移动平台198的抬升把手195。例如，把手195和腿197可以以类似于一些现有自动起重器的方式进行操作。在一个实施例中，当把手195旋转近似180°时，抬升组件196将平台198抬升到其升高位置。然而，应该认识到可以替代性地提供其他类型的抬升装置。
快速连接组件102使得易于用新的容器调换耗尽的容器100。另外，由于组件102简化了容器的移除和安装，也更易于执行容器100的常规维护。优选地，容器100的重量被设置成可以容易地由单个技术人员来操控。
图22-24显示快速连接组件102的可替代实施例。图示说明的组件102包括平台198和机架192。平台198包括轨道200，该轨道200适于接收附连到容器100的相对侧上的舌片(tongue)206。提供一个或多个抬升装置208来升高平台198。在图示说明的实施例中，抬升装置208包括在平台198下面的螺栓。可以旋转这些螺栓以促使平台198升高到与容器100相关联的连接位置。可以提供导向设备(末显示)来维持平台198的垂直对准。
通风阀门
如上所述，前体源容器通常具有容器中的惰性气体(例如氦)的压头。在将这一压头降低到典型工艺压力的通风或“排气”过程中，固体前体颗粒变成烟雾状散开并且被惰性气体流出物带走。这可能污染气体传输系统，因为这一气体通常经过容器的出口隔离阀门、反应物气体传输系统并最终经过反应器的排气装置/滤清器排出。稍后，在衬底处理过程中，由前体传输路径和通风路径共用的气体面板的被污染部分可能导致在衬底上进行ALD的过程中出现处理缺陷。
图26显示了包括通风阀门210的前体源容器100的示例。在这一实施例中，通风阀门210位于入口隔离阀门108与出口隔离阀门110中间。然而，技术人员将认识到其他布置是可能的。优选地，通风阀门210包括阀门节流块212，其可以基本类似于阀门节流块118和120。图27示出图26的容器100，如上所述其连接到图22-24的气体接口组件。
图28是图26的容器100的实施例的截面视图。如上面所指出，容器100包括容器本体104、蛇形插入物112、弹簧114和容器盖106。容器盖106包括表面安装的隔离阀门108和110，以及优选表面安装的隔离阀门210。优选地，阀门108、210和110分别包括阀门节流块118、212和120。图28还示出阀门节流块的内部气体通道214。如上面所指出，阀门节流块120包括向气体接口组件180供应前体蒸汽和运载气体的气体出口128。
过滤器优选与阀门108、210和110中的每一个相关联。在图示说明的实施例中，容器盖106包括与每个阀门相关联的过滤器130(例如，如图17所示及如上所述)。应该认识到可以使用各种不同类型的过滤器。这些过滤器防止前体颗粒逸出容器100。
虽然描述了本发明的优选实施例，但是应该理解为本发明不仅限于此并且可以作出不超出本发明的修改例。本发明的范围由所附的权利要求限定，并且在权利要求含义范围内的字面的或等同的器件、工艺及方法也被包含在其中。

Claims (25)

1.一种前体源容器，包括：
盖，所述盖具有入口端口、出口端口和排气端口；以及
基座，所述基座可拆除地附连至所述盖，所述基座具有形成于所述基座中的凹陷区。
2.根据权利要求1的前体源容器，其特征在于，所述凹陷区包括入口凹陷装配台、出口凹陷装配台、排气口凹陷装配台和流体连接每个所述装配台的沟道。
3.根据权利要求2的前体源容器，其特征在于，所述沟道包括多个线性部分。
4.根据权利要求3的前体源容器，其特征在于，所述线性部分中的至少两个是邻近且基本平行的。
5.根据权利要求2的前体源容器，其特征在于，所述沟道包括多个弧形部分。
6.根据权利要求5的前体源容器，其特征在于，所述弧形部分中的至少两个是邻近且基本同心的。
7.根据权利要求1的前体源容器，其特征在于，还包括可操作地连接至所述端口中的每个的阀门组件。
8.根据权利要求7的前体源容器，其特征在于，所述阀门组件中的每个直接地连接至所述盖。
9.根据权利要求1的前体源容器，其特征在于，还包括可操作地连接至所述端口中的每个的阀门，其中所述阀门中的每个与所述盖的上表面齐平安装。
10.根据权利要求1的前体源容器，其特征在于，所述凹陷区包括流体连接所述入口端口、所述出口端口和所述排气端口的沟道。
11.根据权利要求10的前体源容器，其特征在于，所述沟道是弯曲的路径。
12.一种前体源容器，包括：
基座，所述基座具有形成于所述基座中的凹陷区，所述凹陷区构造为容纳前体材料；
盖，所述盖可拆除地附连至所述基座，所述盖具有入口端口、出口端口和排气端口；以及
排气阀门，所述排气阀门可操作地附连至所述盖，其中所述排气阀门可操作地连接至所述排气端口。
13.根据权利要求12的前体源容器，其特征在于，还包括与所述盖的上表面齐平安装、邻近所述排气端口的排气过滤器。
14.根据权利要求12的前体源容器，其特征在于，所述排气端口直接地流体连接至旁通反应腔室的排气气体管线。
15.一种前体源容器，包括：
基座，所述基座具有下表面、接触表面、在所述接触表面和下表面之间延伸的侧表面，以及从所述接触表面延伸的内表面，所述内表面在所述基座内限定凹陷区；
盖，所述盖可拆除地附连至所述基座，所述盖具有入口端口、出口端口和排气端口。
16.根据权利要求15的前体源容器，其特征在于，所述盖包括上表面、下表面和在所述上和下表面之间延伸的侧表面，其中当所述盖附着至基座时，所述盖的所述下表面邻靠所述基座的所述接触表面。
17.根据权利要求16的前体源容器，其特征在于，还包括限定在所述基座的所述内表面和所述盖的所述下表面之间的内部容积。
18.根据权利要求15的前体源容器，其特征在于，所述凹陷区在所述入口端口和所述出口端口之间提供流体路径。
19.根据权利要求18的前体源容器，其特征在于，所述凹陷区至少包括入口凹陷装配台、出口凹陷装配台和流体连接所述入口和出口凹陷装配台的沟道。
20.根据权利要求19的前体源容器，其特征在于，所述沟道包括多个线性部分。
21.根据权利要求20的前体源容器，其特征在于，所述线性部分中的至少两个是邻近且基本平行的。
22.根据权利要求19的前体源容器，其特征在于，所述沟道包括多个弧形部分。
23.根据权利要求22的前体源容器，其特征在于，所述弓形部中的至少两个是邻近且基本同心的。
24.根据权利要求15的前体源容器，其特征在于，还包括设置在所述基座内的加热组件。
25.一种前体源容器，包括：
盖，所述盖具有第一端口、第二端口和第三端口；以及
基座，所述基座可拆除地附连至所述盖，所述基座具有形成于所述基座中的凹陷区。
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