CN115772658A - 前驱体容器 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例涉及一种前驱体容器，包括：第一容积，由第一腔室形成以容纳前驱体材料；第二容积，由第二腔室形成并通过分隔壁与第一容积分开；以及导管，穿过分隔壁并从第一容积延伸到第二容积，在第一容积中的压力增加之后，向被容纳在第一容积中的前驱体材料提供到第二容积的路径。分隔壁是允许气体从第一容积渗透至第二容积的透气壁。

Description

前驱体容器
技术领域
本发明总体涉及前驱体容器。
背景技术
本节说明了有用的背景信息，而不承认本文中所描述的表示现有技术的任何技术。
在CVD(化学气相沉积)和ALD(原子层沉积)工艺中，需要一定最小量的反应性气体(前驱体)以利用至少一个原子层来填充衬底表面。对于在最佳温度下执行的理想ALD工艺，过量的前驱体不会对沉积薄膜的生长速率产生负面影响。然而，取决于待沉积的材料和现存或要求的沉积条件，过量的前驱体化学品可能对膜生长速率有影响。另外，一些化学品可能非常昂贵，并且使用过多的量可能简单地产生不必要的浪费。对于CVD，前驱体的量可能甚至更相关，或者对于ALD和CVD的组合工艺，例如在没有清洗步骤的情况下处理的ALD。当化学品水平在前驱体瓶中改变时，这将导致化学品蒸发的体积增加或减少，每个气体脉冲的剂量将改变并因此影响膜生长。此外，惰性气体(载气，诸如N2或Ar)的添加可以足以显著改变流体的压力、浓度和/或流速至将影响沉积质量的程度。因此，需要减轻由前驱体容器内变化的气体体积引起的问题，并且此外需要提供对ALD/CVD反应器的气体供给布置的改进。
发明内容
本发明的某些实施例的目的是提供一种改进的前驱体容器或至少提供一种现有技术的替代解决方案。
根据本发明的第一示例方面，提供了一种前驱体容器，包括：
第一容积，该第一容积由第一腔室形成以容纳前驱体材料；
第二容积，该第二容积由第二腔室形成并且通过分隔壁与第一容积分开；以及
导管，该导管穿过分隔壁并从第一容积延伸到第二容积，在第一容积中的压力增加之后，向被容纳在第一容积内的前驱体材料提供到第二容积的路径，并且分隔壁是允许气体从第一容积渗透至第二容积的透气壁。
在某些实施例中，前驱体材料是液体前驱体材料。在某些实施例中，液体前驱体材料是热敏的。当在升高的温度下储存较长时间时，热敏前驱体材料可能分解。在某些实施例中，前驱体材料可以从以下组中选择，该组包括但不限于：金属有机化合物、有机金属化合物、有机化合物、硅烷、聚硅烷、代替的硅烷、以及环硅烷。
在某些实施例中，透气分隔壁是多孔的和烧结的(诸如多孔烧结铝盘)。
在某些实施例中，前驱体材料占据整个第一容积。在某些实施例中，前驱体材料不占据整个第一容积，使得液体前驱体材料在第一容积内形成液面水平。
在某些实施例中，导管在被容纳在第一容积中的前驱体材料的液面水平下方延伸。在某些实施例中，导管是管道(诸如浸管)。在某些实施例中，导管由不锈钢制成。
在某些实施例中，前驱体容器包括被布置或附接到第一容积的入口。在某些实施例中，入口包括阀。在某些实施例中，惰性气体经由入口被提供给第一容积。在某些实施例中，惰性气体是载气。
在某些实施例中，液体前驱体材料占据整个第一腔室，使得前驱体材料的表面水平或弯液面与(多个)腔室壁直接接触。在其它实施例中，液体前驱体不占据整个第一腔室，使得在前驱体材料的液面水平或弯液面与(多个)腔室壁之间存在顶部空间。在某些实施例中，顶部空间被形成在前驱体材料的液面水平或弯液面与分隔壁或分隔壁的导管之间。
在某些实施例中，惰性气体被提供在被容纳于第一容积中的前驱体材料的液面水平下方。当惰性气体被提供在前驱体材料的表面水平下方时，前驱体材料起泡并蒸发。
在某些实施例中，惰性气体被提供在被容纳于第一容积中的前驱体材料的液面水平上方。由于向第一容积提供的惰性气体，第一容积中的压力增加。压力将被容纳在第一容积中的前驱体材料的至少一部分经由导管推动到第二容积。被推动到第二容积的前驱体材料的量可以通过引入的压力的量来控制。在某些实施例中，压力通过引入的惰性(或插入)气体的体积和/或流速来调节。
在某些实施例中，第一容积保持在第一温度，第二容积保持在第二温度。
在某些实施例中，前驱体容器包括至少一个加热部件，该加热部件被布置为将第一和/或第二容积加热到第一和/或第二温度。在某些实施例中，加热部件被布置为将第二容积加热到第二温度，使得第二温度比第一温度更暖或更高。随着第一容积中的压力增加，在惰性气体流过透气分隔壁的同时，将液体前驱体材料带入第二容积中，将第二容积加热到第二温度增大了对前驱体材料的蒸发。第二容积中较高的第二温度和惰性气体与液体前驱体的良好接触和混合的组合作用将液体前驱体从液相蒸发成气相。
在某些实施例中，用于增大对前驱体材料的蒸发的部件被布置或附接到第二容积。在某些实施例中，该部件包括以下项中的至少一项：超声源、红外IR源和微波源。
在某些实施例中，前驱体容器包括被布置或附接到第二容积的出口。在某些实施例中，出口包括阀。在某些实施例中，惰性气体与前驱体材料的混合物经由出口从第二容积排出。
在某些实施例中，排出的惰性气体与前驱体材料的混合物被引导用于进一步的使用，诸如进入ALD、MLD(分子层沉积)、ALE(原子层蚀刻)或CVD工艺。
在某些实施例中，在脉冲发生之前(或在前驱体材料脉冲发生阶段之前)，第一容积中的压力与第二容积中的压力相同或基本上相似。此外，在某些实施例中，在脉冲发生之前，第一温度和第二温度相同或基本上相似。
在某些实施例中，在脉冲期间(或在前驱体材料脉冲发生阶段期间)，惰性气体被提供到第一容积，导致第一容积中的压力增加，压力增加将前驱体材料推动通过导管以到达第二容积。至少在脉冲期间第二容积被加热到比第一容积中的第一温度高的第二温度。向第二容积提供热量，将温度升高到第二温度，蒸发前驱体材料以被进一步使用。当脉冲结束时，前驱体材料通过重力从第二容积流回具有第一温度的第一容积。
在某些实施例中，在脉冲发生期间(在前驱体材料脉冲或脉冲发生阶段期间)，第一容积中的压力高于第二容积中的压力，并且第二容积中的第二温度高于第一容积中的第一温度。
在某些实施例中，入口阀和出口阀包括质量流动控制器。
在某些实施例中，提供第一容积的第一腔室由不锈钢或其它低导热率材料制成。在某些实施例中，提供第二容积的第二腔室由铝或其它高导热率材料制成。因此，在某些实施例中，第一腔室和第二腔室由不同的材料制成。
在某些实施例中，前驱体容器用于原子层沉积ALD设备中。在该上下文中，术语ALD包括ALD子类型(诸如MLD(分子层沉积))、等离子体辅助ALD(例如PEALD(等离子体增强原子层沉积))和光子增强原子层沉积(也称为闪光增强ALD)。在备选实施例中，前驱体容器用于化学气相沉积CVD设备或原子层蚀刻ALE设备中。
根据本发明的第二示例方面，提供了一种用于对前驱体容器中的前驱体材料进行处理的方法，该前驱体容器包括由第一腔室形成的第一容积、由第二腔室形成的第二容积，该第二容积通过透气分隔壁与该第一容积分开，该方法包括：
增加第一容积中的压力以使被容纳在第一容积内的前驱体材料沿着穿过分隔壁的导管从第一容积延伸到第二容积；以及
通过透气分隔壁提供从第一容积到第二容积的气体流动。
在某些实施例中，该方法包括：
通过使惰性气体经由入口流进第一容积来增加压力。
在某些实施例中，该方法包括：
在脉冲发生阶段期间向第一容积提供惰性气体。
在某些实施例中，该方法包括：
经由出口从第二容积排出惰性气体和前驱体材料。
在某些实施例中，该方法包括：
在脉冲发生阶段期间将第二容积加热到比第一容积中的温度高的温度。
在某些实施例中，该方法包括：
利用能量源(诸如超声源、红外IR源或微波源)，增大对第二容积内的前驱体材料的蒸发。
前面已经说明了本发明的不同的非约束性示例方面和实施例。上述实施例仅用于解释可以在本发明的实现中使用的所选方面或步骤。可以仅参考本发明的某些示例方面来呈现一些实施例。应当理解，对应实施例也适用于其它示例方面。可以形成实施例的任何适当组合。
附图说明
现在将参照附图仅通过示例的方式描述本发明，其中：
图1示出了根据实施例的前驱体容器的示意性侧视图；
图2示出了根据实施例的图1中所公开的前驱体容器在脉冲发生阶段的示意性侧视图；以及
图3示出了根据某些备选实施例的前驱体容器的示意性侧视图。
具体实施方式
在以下描述中，原子层沉积ALD技术和原子层蚀刻ALE技术用作示例。
ALD生长机制的基础是本领域技术人员已知的。ALD是特殊的化学沉积方法，该方法基于至少两种反应性前驱体物质到至少一个衬底的循序引入。基本的ALD沉积循环由四个循序步骤组成：脉冲A，清洗A，脉冲B和清洗B。脉冲A由第一前驱体蒸汽组成，并且脉冲B由另一前驱体蒸汽组成。非活性气体和真空泵通常用于在清洗A和清洗B期间从反应空间中清洗气态反应副产物和残余反应物分子。沉积顺序包括至少一个沉积循环。重复沉积循环，直到沉积顺序产生期望厚度的薄膜或涂层。沉积循环也可以更简单或更复杂。例如，循环可以包括三个或更多个通过清洗步骤而分开的反应物蒸气脉冲，或者可以省略某些清洗步骤。或者，对于等离子体辅助ALD，例如PEALD(等离子体增强原子层沉积)，或对于光子辅助ALD，可以通过分别通过等离子体或馈入光子提供针对表面反应所需的附加能量来辅助一个或多个沉积步骤。或者，反应性前驱体之一可以由能量取代，导致单一前驱体ALD工艺。因此，脉冲和清洗顺序可以根据每种特定情况而不同。沉积循环形成由逻辑单元或微处理器控制的定时沉积顺序。由ALD生长的薄膜是致密的、无针孔的并且具有均匀的厚度。
至于衬底处理步骤，通常在反应容器(或腔室)中将至少一个衬底暴露于在时间上分开的前驱体脉冲，以通过循序的自饱和表面反应将材料沉积在衬底表面上。在本申请的上下文中，术语ALD包括所有适用的基于ALD的技术和任何等效或密切相关的技术，诸如，例如以下ALD子类型：MLD(分子层沉积)，等离子体辅助ALD(例如，PEALD(等离子体增强原子层沉积))以及光子辅助或光子增强原子层沉积(也称为闪光增强ALD或光ALD)。
然而，本发明并不限于ALD技术，而是可以用于多种衬底处理设备中，例如化学气相沉积CVD反应器中，或蚀刻反应器中(诸如，原子层蚀刻ALE反应器中)。
ALE蚀刻机制的基础是本领域技术人员已知的。ALE是一种使用自限制的循序反应步骤从表面去除材料层的技术。典型的ALE蚀刻循环包括用于形成反应层的改性步骤和用于仅去除反应层的去除步骤。去除步骤可以包括使用等离子体物质(特别是离子)以用于层去除。
图1示出了根据示例实施例的前驱体容器的示意性侧视图。前驱体容器100包括提供第一容积的第一腔室104、提供通过分隔壁107与第一容积分开的第二容积的第二腔室102、以及穿过分隔壁107的导管103。导管103从第一容积延伸到第二容积，提供了在压力增加时向被容纳在第一容积内的液体前驱体材料105提供到第二容积的路线，由此在受控条件下实现液体前驱体材料在两个容积之间的流体连通。分隔壁107是允许包括惰性气体的气体从第一容积穿过到达第二容积的透气壁，该第二容积通过分隔壁107与第一容积分开。在一个实施例中，分隔壁107是多孔盘，优选地是多孔烧结Al盘。惰性气体可以用作载气。
在一个实施例中，前驱体容器100还包括用于加热第二容积的加热器108。在另一个实施例中，前驱体容器100包括入口，该入口包括被布置为向第一容积提供载气的阀106。在一个实施例中，前驱体容器包括出口，该出口包括阀101，该阀101被布置用于将载气和前驱体从第二容积排出。阀101、102可以包括质量流动控制器。
在一个实施例中，第一腔室104由不锈钢制成，第二腔室102由铝制成。在另一实施例中，导管103是浸管，优选地由不锈钢制成。
图2示出了根据示例的在前驱体材料脉冲发生阶段期间使用的图1的前驱体容器的示意性侧视图。前驱体材料105在第一容积中以第一温度来存储，但在前驱体材料的使用(脉冲发生)期间在第二容积中被加热到第二温度。惰性载气110通过包括阀106的入口被注入到第一容积，以用于增加在前驱体材料105(优选地，液体前驱体材料)的液面水平或弯液面与分隔壁107之间的顶部空间中的压力。压力推动前驱体材料105通过导管103到达第二容积，使得前驱体材料105”被加热器108加热到第二和更高的温度。同时，惰性载气110’流过分隔壁107并流过前驱体105’，并且使其蒸发。通过较高温度和惰性(或插入)载气与前驱体的接触和混合的组合作用，前驱体被有效地蒸发。插入载气与汽化前驱体的混合物109流过包括阀101的出口。
当脉冲结束时，前驱体材料通过重力流回第一容积(未示出)。
在施加脉冲之前，第一容积中的压力与第二容积中的压力相同或相似，并且第一温度和第二温度相同或相似。
当施加脉冲时，第一容积中的压力高于第二容积中的压力，并且第二容积中的第二温度高于第一容积中的第一温度。
图3示出了根据另一示例实施例的前驱体容器的示意性侧视图。前驱体容器300包括提供第一容积的第一腔室304、提供通过分隔壁307与第一容积分开的第二容积的第二腔室302以及穿过分隔壁107的导管103。导管303从第一容积延伸到第二容积，在压力增加时，向第一容积所包含的前驱体材料305提供到第二容积的路线。分隔壁307是透气壁，其允许来自第一容积的气体通过以到达由分隔壁307与第一容积分开的第二容积。在一个实施例中，分隔壁307是多孔盘，优选地是多孔烧结Al盘。前驱体容器还包括部件315(诸如超声源、红外IR源和/或微波源)，用于增加第二容积中的前驱体的蒸发速率。在某些实施例中，部件315被附接(或布置)到第二腔室302。
在某些实施例中，前驱体容器300还包括用于加热第二容积的加热器308。在另一实施例中，前驱体容器300包括入口和出口，该入口包括被布置为向第一容积提供载气的阀306，该出口包括被布置用于将载气和前驱体从第二容积排出的阀301。阀301、306可以包括质量流动控制器。
在某些实施例中，第一腔室304由不锈钢制成，并且第二腔室302由铝制成。在某些实施例中，导管303是浸管，优选地由不锈钢制成。
在不限制专利权利要求的范围和解释的情况下，本文公开的一个或多个示例实施例的某些技术效果在下面列出。技术效果在于，由于较高温度和载气与前驱体的良好接触和混合的组合作用，前驱体被有效地蒸发。另一个技术效果在于，前驱体可以被储存在比蒸发时更低的温度下，从而减少前驱体的热分解。前驱体容器是紧凑、简单且安全的。另一技术效果在于，前驱体容器可以用于储存在长期储存时对热分解敏感的化学品。另一个技术效果在于，这种紧凑的解决方案使敏感化学品稳定且安全。
前面的描述已经通过本发明的特定实现和实施例的非限制性示例提供了发明人目前预期的用于执行本发明的最佳模式的完整和信息性描述。然而，本领域技术人员清楚的是，本发明不限于上述实施例的细节，而是可以在不脱离本发明的特征的情况下使用等效手段在其他实施例中实现。
此外，可以在没有其他特征的相应使用下，有利地使用本发明的上文公开的实施例的一些特征。因此，前面的描述应该被认为仅仅是对本发明原理的说明，而不是对本发明的限制。因此，本发明的范围仅受所附专利权利要求的限制。

Claims (16)

1.一种前驱体容器，包括：
第一容积，所述第一容积由第一腔室形成以容纳前驱体材料；
第二容积，所述第二容积由第二腔室形成并且通过分隔壁与所述第一容积分开；以及
导管，所述导管穿过所述分隔壁并且从所述第一容积延伸到所述第二容积，从而在所述第一容积中的压力增加之后，向被容纳在所述第一容积内的所述前驱体材料提供到所述第二容积的路径，并且所述分隔壁是允许气体从所述第一容积渗透至所述第二容积的透气壁。
2.根据权利要求1所述的前驱体容器，其中所述前驱体容器包括被布置到所述第一容积的入口。
3.根据权利要求1或2所述的前驱体容器，其中所述前驱体容器包括被布置到所述第二容积的出口。
4.根据前述权利要求中任一项所述的前驱体容器，其中所述前驱体容器包括用于在脉冲阶段期间向所述第一容积提供惰性气体的、被布置到所述第一容积的入口。
5.根据前述权利要求中任一项所述的前驱体容器，其中所述前驱体容器包括用于从所述第二容积排出惰性气体和前驱体材料的混合物的、被布置到所述第二容积的出口。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的前驱体容器，其中所述入口或所述出口包括阀。
7.根据前述权利要求中任一项所述的前驱体容器，包括附接的加热部件，所述附接的加热部件被布置为加热所述第二容积。
8.根据权利要求7所述的前驱体容器，其中所述加热部件被布置为：在脉冲阶段期间，将所述第二容积加热到比所述第一容积中的温度高的温度。
9.根据前述权利要求中任一项所述的前驱体容器，其中与所述第一腔室的材料相比，所述第一腔室由具有低热导率的材料制成，并且所述第二腔室由具有高热导率的材料制成。
10.根据前述权利要求中任一项所述的前驱体容器，包括被布置或附接到所述第二容积的、用于增大蒸发的部件，所述部件优选地包括超声源、红外源或微波源。
11.一种用于对前驱体容器中的前驱体材料进行处理的方法，所述前驱体容器包括由第一腔室形成的第一容积、由第二腔室形成的第二容积，所述第二容积通过透气分隔壁与所述第一容积分开，所述方法包括：
增加所述第一容积中的压力，以使被容纳在所述第一容积内的前驱体材料沿着穿过所述分隔壁的导管、从所述第一容积延伸到所述第二容积；以及
通过所述透气分隔壁，提供从所述第一容积到所述第二容积的气体流动。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述方法包括：
通过使惰性气体经由入口流进所述第一容积，来增加所述压力。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中所述方法包括：
在脉冲阶段期间，使所述惰性气体通向第一容积。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中所述方法包括：
经由出口，从所述第二容积排出惰性气体和前驱体材料。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中所述方法包括：
在脉冲阶段期间，将所述第二容积加热到比所述第一容积中的温度高的温度。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，其中所述方法包括：
利用诸如超声源、红外IR源或微波源的能量源，增大对所述第二容积内的所述前驱体材料的蒸发。
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