CN108690971B - 用于在沉积方法中使化学前体鼓泡的无气溶胶容器 - Google Patents

Abstract

本发明描述了无气溶胶容器、递送贮器、使用其的系统和方法，以提供对用于沉积方法的贮器中前体利用的改善、以及贮器的清洁和再填充。由于某些前体分解蒸气而导致的阀门和管道堵塞得以最小化。本发明防止雾的形成并因此防止来自气溶胶的堵塞或晶片污染。

Description

用于在沉积方法中使化学前体鼓泡的无气溶胶容器

相关申请的交叉引用

本专利申请是2017年4月10日提交的美国临时专利申请序列号 62/483,784的非临时申请，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

电子器件制造工业需要各种化学品作为原材料或前体来制造集成电路和其他电子器件。在制造半导体器件期间的一个或多个步骤中使用诸如化学气相沉积(CVD)和原子层沉积(ALD)工艺的沉积工艺，以在衬底的表面上形成一个或多个膜或涂层。在典型的CVD或ALD工艺中，可以处于固相和/或液相的前体源被传送到其中容纳一个或多个基底的反应室，其中前体在一定条件(如温度或压力)下反应以在衬底表面上形成涂层或膜。

存在若干种公认的技术以向处理室供应前体蒸气。一种方法将液体前体以液体形式供应至处理室，其中通过液体质量流量控制器 (LMFC)控制流量，然后前体在使用时由容器蒸发。第二种方法包括通过加热蒸发液体前体，并将所得蒸气供应到室，其中通过质量流量控制器(MFC)控制流量。第三种方法包括将载气鼓泡向上通过液体前体。第四种方法包括使载气能够流过容纳于罐中的前体的表面，并且将前体蒸气从罐中运送出、并随后运送到处理装置。

已经做出了显著的努力来增加易于分解和引起堵塞问题的前体的蒸气递送。例如，“浸渍管”设计(申请人自己的申请： US20160333477，其全部公开内容通过引用并入本文)，其减少了将物流向真空的鼓泡。“喷射管”设计(申请人自己的申请： US62/335396，其全部公开内容通过引用并入本文)，其供应载气作为撞击前体液体床的层流的物流；和“非浸渍管”设计，其提供蒸气吹扫效果。

然而，这些设计潜在地面对某些问题。

对于浸渍管设计，沉积速率可能低至无法接受。并且，如果流动没有减小，则可能发生分解的材料的积聚和阀门的堵塞。

喷射管设计供应载气作为撞击前体液体床的层流的物流。虽然该方案解决了向真空鼓泡产生的气溶胶和堵塞问题，但随着液位的降低，会导致可变的沉积速率。

对于非浸渍管设计，化学蒸气递送产生低至无法接受的沉积速率。

因此，本领域需要用于将前体递送至沉积或处理室的系统和方法，其旨在克服上述缺点。

发明内容

本发明的一个目的是提供无气溶胶容器(vessel)、在盖子上安装有无气溶胶容器的贮器(container)、使用在盖子上安装有无气溶胶容器的贮器的系统和方法，以将化学前体递送至沉积或处理位点并且克服上述缺点。

在一方面，本发明是一种无气溶胶容器，所述容器可以被安装在用于将化学前体递送至处理装置的贮器的盖子上，所述容器包含：

流动导管，其具有起点、终点以及在所述起点和所述终点之间的定向转折；和

含有气溶胶的流体，其从所述起点流动；

其中所述定向转折使所述气溶胶在所述无气溶胶容器中的停留时间最大化，以相变为蒸气；和所述流动导管从所述起点到所述终点逐渐升高。

在另一方面，本发明是一种用于将化学前体递送至处理装置的贮器，所述贮器包含：

侧壁；

基底；

盖子；

安装在所述盖子上的至少一个所公开的无气溶胶容器；

穿过所述盖子的入口管；和

穿过所述盖子的出口；

其中所述出口与最后的无气溶胶容器的出路(exit)流体连通。

在又一方面，本发明是一种用于将化学前体递送至处理装置的系统，所述系统包含：

至少一个所公开的无气溶胶容器；

用于将化学前体递送至处理装置的贮器，所述贮器包含：

侧壁；

基底；

盖子；和

穿过所述盖子的出口；

其中所述盖子安装有所公开的至少一个无气溶胶容器；和

所述出口与最后的无气溶胶容器的出路流体连通；和

来自所述贮器的所述出口的化学前体的蒸气。

在又一方面，本发明是一种用于将化学前体递送至处理装置的方法，所述方法包括：

提供至少一个无气溶胶容器；

提供贮器，所述贮器包含：

侧壁；

基底；

盖子；和

穿过所述盖子的出口；

其中所述盖子安装有所公开的至少一个无气溶胶容器；和所述出口与最后的无气溶胶容器的出路流体连通；

将来自所述贮器的所述出口的化学前体的蒸气递送至所述处理装置。

无气溶胶容器的流动导管具有截面，该截面的形状选自：至少部分圆形、至少椭圆形、至少部分正方形、至少部分矩形及其组合；或者本领域中使用的任何其它形状。

无气溶胶容器进一步包含覆盖流动导管的覆盖物。

在一些实施方式中，无气溶胶容器的流动导管可以是管子，该管子具有螺旋形或蛇形形状。

在一些实施方式中，无气溶胶容器包含顶表面，其中所述容器的顶表面的形状选自圆形、椭圆形、正方形、矩形、蛇形形状及其组合。

无气溶胶容器进一步包含安装孔，所述安装孔用于将所述无气溶胶容器安装到贮器的盖子或至少一个其它的无气溶胶容器上。

无气溶胶容器在流动导管的起点处进一步包含筛网，以减少进入所述无气溶胶容器的气溶胶的尺寸。

无气溶胶容器进一步包含用于增强向蒸气相变的加热器。

所述贮器可以具有任何形状。所述形状包括但不限于圆柱形、矩形立方体、直角立方体、矩形箱体、矩形六面体、直角矩形棱柱或矩形平行六面体；并且具有圆形、椭圆形、正方形、矩形或本领域中使用的任何其他形状的横截面。

附图说明

以下将结合附图来描述本发明，其中相同的数字表示相同的元件：

图1提供了无气溶胶容器的一种设计。

图2提供了无气溶胶容器的另一种设计。

图3描绘了将图1所示的无气溶胶容器(其中覆盖物是打开的) 安装到容器盖子的方式。

图4描绘了与图3所示的相同的安装，其中无气溶胶容器上的覆盖物是闭合的。

图5描绘了将图2所示的无气溶胶容器(其中覆盖物是打开的) 安装到容器盖子的方式。

图6描绘了与图5所示的相同的安装，其中无气溶胶容器上的覆盖物是闭合的。

图7描绘了鼓泡式质量流量控制器。

具体实施方式

本文描述的是无气溶胶容器；在其盖子上设置、安装或机械加工有无气溶胶容器的贮器；以及包含该贮器和用于诸如化学气相沉积 (CVD)或原子层沉积(ALD)工艺中的沉积反应器的处理装置的化学前体的系统；和使用该系统的方法。

更具体地说，本文描述的是无气溶胶容器。无气溶胶容器可以设置在现有贮器的盖子上，这将允许向真空鼓泡而不将气溶胶输送到贮器外。由于只有载气和化学蒸气离开贮器，因此分解的化学品的积聚将得到限制，并且可以防止堵塞。而且，化学气溶胶不会到达晶片并造成污染。

为了有助于描述本发明，说明书中限定且使用了一些术语。

术语“导管”可以用于说明书和权利要求书中，指的是一种或多种结构，流体可以通过该结构在系统的两个或多个部件之间输送。例如，导管可以包括输送液体、蒸气和/或气体的管子、管道、通道及其组合。

用于说明书和权利要求书中的术语“气溶胶”指的是悬浮在气体中的微小液滴；例如由悬浮在空气中的非常细小的水颗粒组成的雾。

用于说明书和权利要求书中的术语“流体连通”指的是两种或更多种组分之间的连通属性，使得液体、蒸气和/或气体能够以受控方式在组分之间输送(即，无泄漏)。将两个或更多个组件耦合使得它们彼此流动连通，可以涉及本领域已知的任何合适的方法，例如使用焊接、法兰导管、垫圈和螺栓。

用于说明书和权利要求书中的术语“电连通”指的是使用电子器件来操作本文所描述的系统或方法，并且可以构造为单独的系统以控制流量、温度和其他物理属性。

在说明书和权利要求书中可以使用一些方向性术语来描述本发明的各部分(例如，上、下、左、右等)。这些方向性术语仅旨在帮助描述和主张本发明，而不旨在以任何方式限制本发明。另外，可以在一个或多个后续附图中重复说明书中引入的与附图相关联的附图标记而无需在说明书中进行额外的描述，以便为其他特征提供上下文。

所公开的实施方式通过提供避免形成气溶胶以及固体堵塞入口管的结构来满足本领域的需要。

在一个所公开的实施方式中，无气溶胶容器在图1中示出。请注意，图1中的无气溶胶容器倒置示出以显示细节。

如图1所示，无气溶胶容器具有流动导管(或流动路径)、入口 (或导管的起点)和出路(或导管的终点)。含有气溶胶的流体从起点流向终点。

无气溶胶容器还可具有安装孔，所述安装孔用于将其本身安装到贮器的盖子上。

流动路径可以是管状的，其具有任何形状的截面(通过与覆盖物的表面成直角的方式穿过管道进行纵切)，例如选自以下的形状：至少部分圆形、至少部分椭圆形、至少部分正方形、至少部分矩形及其组合、或本领域中使用的任何其它形状。

流动导管开始于入口处的大开口(即，较大的横截面面积)并且尺寸逐渐减小(减小或较小的横截面面积)而终止于出路处。也就是说，流动导管的截面面积从起点到终点减小。

流动导管具有多个在起点和终点之间的定向转折，以使得气溶胶在容器中的停留时间最大化，以助于相变为蒸气。

流动路径从起点到终点逐渐升高。

定向转折还为气溶胶或任何不经历向蒸气相变的冷凝材料提供重复的表面接触，使得它们可以从悬浮液中脱落并作为液体沿着升高的流动路径而反向流动/滑动，并且最终从起点(入口)滴回贮器内。

如果停留时间仍然不足，则可以安装诸如加热器筒的加热器并用于加热所述无气溶胶容器。因此，来自加热器的热传导将确保从气溶胶到蒸气的完全相变。

为了减少进入容器的气溶胶，也可以在入口处添加筛网。

无气溶胶容器可堆叠以确保蒸气在容器出路处不含气溶胶。

图2中示出了不同设计的无气溶胶容器的另一种流动路径。流动路径或流动导管呈螺旋管形状或任何蛇形管形状。

作为示例，流动导管在图2、5和6中显示为具有圆形形状。

无气溶胶容器可以具有安装构件，所述安装构件用于将所述容器安装到表面上。无气溶胶容器还具有一块覆盖物，其未在图1中示出但在图3和4中示出以覆盖整个流动路径。

如图5和6中示出的，无气溶胶容器还具有中心锥形部件以保持流动路径，使得流动路径从起点(入口)到终点(出口)逐渐升高。无气溶胶容器还具有覆盖整个路径的覆盖物。

螺旋管或蛇形管再次提供用于气溶胶或任何不经历向蒸气相变的冷凝材料的重复表面接触，使得它们可以从悬浮液中脱落并作为液体沿着流动路径反向流动/滑动，并且最终从起点(入口)滴回贮器内。

无气溶胶容器具有顶表面，其具有选自圆形、椭圆形、正方形、矩形、蛇形形状及其组合的形状。

可以将无气溶胶容器或一堆无气溶胶容器设置或安装到现有贮器的盖子上，这将允许向真空鼓泡而不将气溶胶输送到贮器外。

由于只有载气和化学蒸气离开贮器，因此分解的化学品的积聚将得到限制，并且可以防止堵塞。

用于递送化学前体的贮器将具有安装到其盖子上的无气溶胶容器或一堆无气溶胶容器。

所述贮器可以具有任何形状，包括但不限于圆柱形、矩形立方体、直角立方体、矩形箱体、矩形六面体、直角矩形棱柱或矩形平行六面体；并且具有圆形、椭圆形、正方形、矩形或本领域中使用的任何其他形状的横截面。连接至处理装置的贮器体积范围为从100毫升(ml) 到10升。本文描述的贮器可以进一步包括用于初始填充和清洁储存器的装置。

容器的构造材料通常为不锈钢，但可以由其他材料制成，这取决于前体与所讨论的材料的反应性。本文描述的设备的构造材料表现出以下特征中的一个或多个：化学兼容性以防止腐蚀或与前体反应；足够的强度以支持所使用的压力和真空力；并且通常是气密的，以将真空保持为1mTorr到500mTorr，取决于使用的工艺化学品和/或溶剂。贮器还包含一个或多个阀门和端口和传感器，以允许访问所述前体。

在某些实施方式中，贮器具有大的帽子、盖子或塞子，其例如通过螺钉或其他措施固定在储存器的顶部上并用弹性体或金属O形环和/或垫圈密封。该盖子具有平坦表面，用于安装无气溶胶容器或一堆无气溶胶容器，以及用于安装其他部件如液位传感探头。

存在将所述容器安装到容器盖子的若干方式。

在某些实施方式中，如图3至6所示，所述容器可以用多个螺栓拧在盖子上而安装到容器的盖子上。容器的出路是与盖子的出口端口对准的管或平坦表面。

在某些实施方式中，一种替代的安装方法是使用夹子来支持所述容器。

在某些实施方式中，所述容器的流动路径可以脱离盖子而机械加工，并且可以分开地机械加工覆盖物以与盖子配合。

在某些改善的实施方式中，所述容器和盖子可以作为单一部件制造。一种这样的方法是使用三维打印。

在权利要求书中，可以使用字母来识别要求保护的方法步骤(例如，a、b和c)。这些字母用于帮助参考方法步骤，而不旨在指示所要求保护的步骤的执行顺序，除非并且仅仅限于这种顺序具体记载在权利要求书中。

Claims (11)

1.一种无气溶胶容器，所述容器包含：

流动导管，其具有起点、终点以及在所述起点和所述终点之间的定向转折；和

含有气溶胶的流体，其从所述起点流动；

其中

所述定向转折使所述气溶胶在所述无气溶胶容器中的停留时间最大化，以相变为蒸气；和

所述流动导管从所述起点到所述终点逐渐升高。

2.根据权利要求1所述的无气溶胶容器，其中所述流动导管具有截面，该截面的形状选自：至少部分圆形、至少部分椭圆形、至少部分正方形、至少部分矩形及其组合；

其中所述流动导管的截面面积从所述起点到所述终点减小。

3.根据权利要求1所述的无气溶胶容器，其进一步包含覆盖所述流动导管的覆盖物。

4.根据权利要求1所述的无气溶胶容器，其中所述流动导管是具有螺旋形或蛇形形状的管子。

5.根据权利要求1所述的无气溶胶容器，其进一步包含顶表面，其中所述容器的顶表面的形状选自圆形、椭圆形、正方形、矩形、蛇形形状及其组合。

6.根据权利要求1所述的无气溶胶容器，其中所述流动导管的所述起点包含筛网以减少进入所述无气溶胶容器的气溶胶。

7.根据权利要求1所述的无气溶胶容器，其进一步包含用于增强向蒸气相变的加热器。

8.根据权利要求1所述的无气溶胶容器，其进一步包含安装孔，所述安装孔用于将所述无气溶胶容器安装到贮器的盖子或至少一个其它的无气溶胶容器上。

9.一种用于将化学前体递送至处理装置的贮器，所述贮器包含：

侧壁；

基底；

盖子；

安装在所述盖子上的至少一个根据权利要求1至8中任一项所述的无气溶胶容器；

穿过所述盖子的入口管；和

穿过所述盖子的出口；

其中所述出口与最后的无气溶胶容器的出路流体连通。

10.一种用于储存和递送化学前体至处理装置的系统，所述系统包含：

用于将化学前体递送至处理装置的贮器，所述贮器包含：

侧壁；

基底；

盖子；

安装在所述盖子上的至少一个根据权利要求1至8中任一项所述的无气溶胶容器；

穿过所述盖子的入口管；和

穿过所述盖子的出口；

其中所述出口与最后的无气溶胶容器的出路流体连通；和

来自所述贮器的所述出口的化学前体的蒸气。

11.一种用于储存和递送化学前体至处理装置的方法，所述方法包括：

提供根据权利要求10所述的系统；和

将来自所述贮器的所述出口的化学前体的蒸气递送至所述处理装置。

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