DE69934646T2

DE69934646T2 - System und Verfahren zur dynamischen Zufuhr von gemischtem Gas

Info

Publication number: DE69934646T2
Application number: DE69934646T
Authority: DE
Inventors: Alexandre Bethlehem De Almeida Botelho; Thomas Anthony Whitehall Delprato; Robert William Schnecksville Ford
Original assignee: Air Products and Chemicals Inc
Current assignee: Air Products and Chemicals Inc
Priority date: 1998-10-16
Filing date: 1999-10-14
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2019-10-15
Also published as: ATE350140T1; JP3329775B2; KR100360921B1; JP2000223431A; US20020054956A1; DE69934646D1; US20010009138A1; EP0994502A3; TW538207B; US6217659B1; US6514564B2; SG91836A1; KR20000029100A; EP0994502A2; EP0994502B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum dynamischen Mischen von drei Fluiden, um ein gemischtes gasförmiges Gemisch zu bilden, welches über einen Verteilerkopf zu einem oder mehreren Werkzeugen zur chemischen Dampfabscheidung, welche epitaktisches Filmwachstum oder ähnliche Schichtabscheidungsvorgänge einschließt, geführt wird. Obwohl die Erfindung auch andere Verwendungen haben kann, kann sie insbesondere bei Halbleiterfertigung verwendet werden.
Halbleiterhersteller verwenden oft ein Abscheidungsgasgemisch aus Trichlorsilan (SiHCl₃) (TCS) und Wasserstoff (H₂) für das Wachstum von dünnen Filmen (z.B. epitaktisches Silizium) auf Siliziumwafern. Ein solches Gemisch wird normalerweise durch Hindurchperlen oder Leiten von H₂-Gas in TCS-Flüssigkeit, welche bei einer spezifizierten Temperatur in einem Einleitgerät gehalten wird, erhalten. Dieses Gerät führt einen H₂-Gasträgerstrom, welcher mit TCS gesättigt ist, zu einem Verfahrenswerkzeug, welches bei Halbleiterfertigung verwendet wird. Da jedoch der Strom gesättigt sein muss, um eine gleichmäßige Zusammensetzung in das Verfahrenswerkzeug sicher zu stellen, muss die Einleitvorrichtung in enger Nähe zu dem Verfahrenswerkzeug lokalisiert sein, um eine Kondensation in der Abnehmerzuführungsleitung zu vermeiden (da eine Kondensation die Stromzusammensetzung beeinflussen würde). Folglich weist typischerweise jedes Werkzeug seine eigene Einleitvorrichtung auf, was den Kapitalaufwand, der zur Handhabung von TCS erforderlich ist, wesentlich erhöht und die verfügbare Bodenfläche bei Halbleiterfertigungseinrichtungen verringert.
EP 0 931 861 A1 , welche nicht vorveröffentlicht wurde, aber als eine frühere Anmeldung im Sinne von Artikel 54 EPC angesehen werden muss, betrifft ein Verfahren zum Beschicken eines Gases für epitaktisches Wachstum durch Bilden eines gemischten gasförmigen Gemisches und Zuführen des gemischten gasförmigen Gemisches zu mindestens einem Werkzeug zur chemischen Dampfabscheidung, was durch die Reaktoren RCTR angezeigt wird. Bei diesem Verfahren wird ein flüssiges Rohmaterial auf seinen Siedepunkt oder höher bei einer Dampfbildungsvorrichtung erwärmt, um den verdampften Gasbestandteil und ein Trägergas bei einer Mischvorrichtung in einer vorher bestimmten Konzentration zu mischen. Der Fluss des gemischten Gases wird eingestellt, während das gemischte Gas auf eine Temperatur über seinem Kondensationspunkt erwärmt wird. Die Temperatur wird aufrecht erhalten. Anschließend wird das gemischte Gas einem Reaktor für epitaktisches Wachstum zugeführt.
US 5,761,991 A betrifft die Zuführung eines Gases – und nicht eines Gasgemisches – aus einem verflüssigten Zustand. Die Zuführleitung enthält Mittel zum Übererhitzen.
EP 0 851 467 A2 offenbart ein Verfahren und ein System zur monokristallinen epitaktischen Abscheidung von Trichlorsilan unter Verwendung eines Gemisches von Wasserstoff (als Trägergas) und Trichlorsilan. Es wird nicht erläutert, wie dieses gemischte Gas erhalten wird.
Ein ähnliches Verfahren ist aus JP 61232298 A bekannt.
EP 0 548 944 A1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bildung eines gasförmigen Ausgangsmaterials aus einem flüssigen Ausgangsmaterial und Beschickung des gasförmigen Ausgangsmaterials in eine Reaktionskammer eines CVD-Geräts; es wird erwähnt, dass das Ausgangsmaterialgas und ein anderes Gas gemischt werden, ohne im Detail das Mischen dieser zwei Gase zu erläutern.
Schließlich beschreibt EP 0 394 665 A1 das Mischen eines Silizium-enthaltenden Gases und eines Halogen-enthaltenden Gases zusammen mit einem Wasserstoffträgergas. Das Mischen eines solchen Gasgemisches wird nicht erläutert.
Es ist erwünscht, ein Zuführsystem und -verfahren zu haben, welches eine gleichmäßige Zusammensetzung eines gemischten gasförmigen Gemisches bei einem nicht-gesättigten Zustand (d.h. unter dem TCS-Taupunkt) bereitstellt.
Es ist ferner gewünscht, einen Verteilerkopf zu haben, von welchem das gemischte gasförmige Gemisch zu multiplen Werkzeugen geführt werden kann, was die Anforderungen an die Bodenfläche verringern und Kapital einsparen würde.
Es ist noch weiter gewünscht, die Fähigkeit zur Bereitstellung eines gemischten gasförmigen Gemisches bei einer variablen Anzahl von Verfahrenswerkzeugen, während eine gleichmäßige Stromzusammensetzung aufrecht erhalten wird, zu haben.
Es ist noch weiter gewünscht, die Fähigkeit zur schnellen Manipulierung der Stromzusammensetzung zu haben, wenn die Anforderungen der Endverwender schwanken.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Das Verfahren und das System zum Mischen von drei Fluiden, um ein gemischtes gasförmiges Gemisch zu bilden, gemäß der vorliegenden Erfindung werden durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 7 definiert.
Geeignete Ausführungsformen werden durch die Merkmale der entsprechenden Unteransprüche definiert.
Bei dem beschriebenen System und Verfahren ist das erste Fluid Trichlorsilan (SiHCl₃) (TCS) und das zweite Fluid ist Wasserstoff (H₂). Jedoch kann die Erfindung zum dynamischen Mischen und Zuführen von anderen Dampfabscheidungsfluiden verwendet werden. Zum Beispiel kann es mit anderen ersten Fluiden, welche Siliziumtetrachlorid (SiCl₄), Dichlorsilan (SiH₂Cl₂), Tetraethylorthosilikat (TEOS), Phosphoroxychlorid (POCl₃), Trimethylsilan (SiH(CH₃)₃), Bortrichlorid (BCl₃) und Wolframhexafluorid (WF₆) einschließen, aber nicht darauf eingeschränkt sind, verwendet werden. Andere mögliche zweite Fluide schließen Helium, Stickstoff, Argon und Sauerstoff ein, sind aber nicht darauf eingeschränkt.
Eine Variation der Erfindung ist ein Verfahren oder System, welche den zusätzlichen Schritt von automatisch Aufrechterhalten eines gewünschten Flussverhältnisses zwischen den ersten und zweiten Fluiden, um so die gewünschten physikalischen und chemischen Eigenschaften des gemischten gasförmigen Gemisches aufrecht zu erhalten, einschließen. In einer Variation dieser Ausführungsform umfasst der Schritt des automatisch Aufrechterhaltens eines gewünschten Flussverhältnisses zwischen den ersten und zweiten Fluiden die folgenden Unterschritte: (a) Messen der Flussrate des ersten Fluids; (b) Messen der Flussrate des zweiten Fluids; (c) Messen einer Veränderung beim Druck in dem Verteilerkopf; und (d) Einstellen der Flussraten der ersten und zweiten Fluide bei dem gewünschten Flussverhältnis, proportional in einer umgekehrten Beziehung zu einer gemessen Veränderung beim Druck in dem Verteilerkopf.
Das dritte Fluid setzt sich nicht mit den ersten oder zweiten Fluiden oder mit dem gemischten Gasgemisch um und ist normalerweise ein Inertgas, wie Argon oder Helium.
Eine weitere Variation weist zwei Schritte zusätzlich zu dem vorstehend erläuterten Schritt auf. Der erste zusätzliche Schritt ist die Bereitstellung eines Vorratspuffers stromaufwärts zum Verteilerkopf. Der zweite zusätzliche Schritt ist die Führung des gemischten gasförmigen Gemisches zu dem Vorratspuffer, bevor das gemischte gasförmige Gemisch zu dem Verteilerkopf geführt wird.
In einer anderen Variation des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung schließt das Mittel zum automatischen Aufrechterhalten eines gewünschten Flussverhältnisses zwischen den ersten und zweiten Fluiden ein: (1) Mittel zum Messen der Flussrate des ersten Fluids; (2) Mittel zum Messen der Flussrate des zweiten Fluids; (3) Mittel zum Messen einer Veränderung beim Druck in dem Verteilerkopf; und (4) Mittel zum Einstellen der Flussraten der ersten und zweiten Fluide bei dem gewünschten Flussverhältnis, proportional in einer umgekehrten Beziehung zu der gemessenen Veränderung beim Druck in dem Verteilerkopf.
Eine Variation dieser Ausführungsform schließt die folgenden zusätzlichen Elemente ein:
(1) einen ersten Sensor zum Messen der Flussrate des ersten Fluids und zum Bereitstellen eines Signals, welches diese anzeigt; (2) einen zweiten Sensor zum Messen der Flussrate des zweiten Fluids und zum Bereitstellen eines Signals, welches diese anzeigt; (3) einen dritten Sensor zum Messen der Veränderung beim Druck in dem Verteilerkopf und zum Bereitstellen eines Signals, welches diese anzeigt; und (4) einen Computer zum Empfangen von Signalen von den ersten, zweiten und dritten Sensoren, Bestimmen der Flussraten der ersten und zweiten Fluide, Bestimmen der Veränderung beim Druck in dem Verteilerkopf, Bestimmen von jedweden Einstellungen, welche bei den Flussraten der ersten und zweiten Fluide erforderlich sind, um das gewünschte Flussverhältnis aufrecht zu erhalten, und Senden von mindestens einem Signal, welches die erforderlichen Einstellungen bei den Flussraten anzeigt, zu einer Flussverhältnissteuereinrichtung. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Computer eine programmierte Logiksteuereinrichtung.
In einer weiteren Ausführungsform schließt das dynamische Gasmischzuführsystem gemäß der Erfindung Mittel zum Spülen des Systems ein.
Eine weitere Variation der vorliegenden Erfindung schließt die folgenden Elemente zusätzlich zu jenen der vorstehenden Ausführungsformen ein: (1) mindestens eine Zuführung von mindestens einem Trägergas; (2) eine zusätzliche Flusssteuereinrichtung in Kommunikation mit jeder Zuführung von Trägergas zum Steuern einer Rate des Flusses von jedem Trägergas; (3) Mittel zum Regeln der zusätzlichen Flusssteuereinrichtung, um eine Flussrate in einem vorher gewählten Verhältnis zur Masseflussrate des übererhitzten Dampfes durch die erste Flusssteuereinrichtung zu ermöglichen; (4) Mittel zum dynamischen Mischen zum Mischen von jedem fluss-gesteuerten Trägergas mit dem fluss-gesteuerten übererhitzten Dampf; und (5) Mittel zum Führen des resultierenden gemischten gasförmigen Gemisches zu dem Verteilerkopf.
In einer Variation dieser Ausführungsform sind mindestens zwei Trägergase vorhanden – wobei mindestens ein Trägergas ein reaktives Material ist und mindestens ein Trägergas ein Inertmaterial ist.
Darüber hinaus können Mittel zum Erwärmen bereitgestellt werden, um die Temperaturen von jedem Trägergas über den Taupunkt des übererhitzten Dampfes vor dem Mischen zu erhöhen.
KURZE BESCHREIBUNG VON MEHREREN BILDERN DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Verfahrensfließdiagramm, welches die vorliegende Erfindung veranschaulicht.
2 ist ein Graph, welcher Sättigungskurven für ein TCS/H₂-Gemisch bei 15 psia für einen gesättigten Strom und für einen Strom, welcher mit 15 Mol-% Argon ungesättigt gemacht wurde, zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung lehrt ein dynamisches Gasmischzuführsystem zum Zuführen eines gemischten gasförmigen Gemisches zu einem oder mehreren Werkzeugen zur chemischen Dampfabscheidung oder zu ähnlichen Verfahrenswerkzeugen. Die Erfindung lehrt auch ein Verfahren zum Verarbeiten einer Vielzahl von Fluiden, um ein gemischtes gasförmiges Gemisch zu bilden, und Führen des gemischten gasförmigen Gemisches zu einem Verteilerkopf, von welchem das gemischte gasförmige Gemisch zu einem oder mehreren Werkzeugen zur chemischen Dampfabscheidung oder zu ähnlichen Verfahrenswerkzeugen geführt wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in 1 veranschaulicht. Der spezielle Fall, der in 1 gezeigt ist und nachstehend erörtert wird, ist zum Mischen von TCS mit H₂-Gas, um entweder ein gesättigtes oder leicht ungesättigt gemachtes Gemisch bereit zu stellen. Jedoch kann die Erfindung zum dynamischen Mischen von Fluiden, welche verschieden von TCS und H₂-Gas sind, verwendet werden. Andere Fluide, welche verwendet werden können, schließen Siliziumtetrachlorid (SiCl₄), Dichlorsilan (SiH₂Cl₂), Tetraethylorthosilikat (TEOS), Phosphoroxychlorid (POCl₃), Trimethylsilan (SiH(CH₃)₃), Bortrichlorid (BCl₃) und Wolframhexafluorid (WF₆) ein, sind aber nicht darauf eingeschränkt. Andere Gase, welche verwendet werden können, schließen Helium, Stickstoff, Argon und Sauerstoff ein, sind aber nicht darauf eingeschränkt.
Der Anteil 200 des Systems, welcher in den gepunkteten Linien in 1 eingeschlossen ist, stellt das Vermögen bereit, das gasförmige Gemisch mit einem Inertgas (wie Argon oder Helium) ungesättigt zu machen, um ein vorteilhaftes TCS/H₂-Verhältnis aufrecht zu erhalten. (Andere Inertgase können verwendet werden. Tatsächlich kann jedwedes Gas verwendet werden, welches sich nicht mit den Gasen, die gemischt werden, (z.B. TCS und H₂) umsetzt.) Bezugnehmend auf 1, fließt die TCS-Zuführung 12, welche in flüssiger Form ist, durch Leitung 14 zur Heizvorrichtung 18. Der Fluss in Leitung 14 wird durch das pneumatische Absperrventil 16 geregelt. Heizvorrichtung 18 ist ein elektrischer Heizblock, welcher als ein Wärmetauscher mit multiplen Durchgängen funktioniert. Die Heizvorrichtung verdampft die Flüssigkeit TCS und übererhitzt den Dampf auf eine Betriebstemperatur, was eine Kondensation in der stromabwärts liegenden Ausrüstung vermeidet und insbesondere eine Kondensation des gemischten gasförmigen Gemisches an der Werkzeugzuführung 86 vermeidet. (Werkzeugzuführung 86 kann ein oder mehrere Werkzeuge zur chemischen Dampfabscheidung oder ähnliche Verfahrenswerkzeuge sein.) Die Heizvorrichtung ist mit dem Temperaturelement 22 ausgestattet, welches ein Signal bereitstellt, das die Temperatur des TCS für die Temperaturanzeigesteuereinrichtung 24 anzeigt, die Signale an die Steuerung 20 leitet, um die Heizvorrichtung zu steuern (d.h. erhöhen oder erniedrigen der Energiezufuhr, wie erforderlich). Die Temperaturanzeigesteuereinrichtung kann Alarmeinrichtungen für hohe und niedrige Temperaturen beinhalten.
Der übererhitzte TCS-Dampf fließt von der Heizvorrichtung 18 über die Leitung 26. Der Druck in Leitung 26 wird durch den Druckwandler 28 gemessen, welcher ein Signal bereitstellt, das den Druck für die Druckanzeigevorrichtung 30 anzeigt. Die Druckanzeigevorrichtung kann Alarmeinrichtungen für hohe und niedrige Drucke beinhalten. In ähnlicher Weise wird die Temperatur in dieser Leitung durch das Temperaturelement 32 gemessen, welches ein Signal bereitstellt, das die Temperatur für die Temperaturanzeigevorrichtung 34 anzeigt. Die Temperaturanzeigevorrichtung kann Alarmeinrichtungen für hohe und niedrige Temperaturen beinhalten.
Leitung 26 ist auch mit einer Berstscheibe 36 und einem Sicherheitsventil 38, welches einen Druckanzeigeschalter 40 und einen Hochdruckschalter 42 beinhaltet, ausgestattet.
Der Fluss des übererhitzten TCS-Dampfs wird durch das pneumatisch aktivierte Steuerventil 44 gesteuert, welches proportional zum Druck im Verteilerkopf 82 arbeitet, der ein oder mehrere Verfahrenswerkzeuge beschickt, was im Allgemeinen als „Werkzeugzuführung" 86 bezeichnet wird. Der Druck im Verteilerkopf 82 wird durch den Druckwandler 72 gemessen, der Signale an die Druckanzeigesteuereinrichtung 46 leitet, welche das pneumatisch aktivierte Steuerventil 44 steuert. Die Druckanzeigevorrichtung 74 kann mit einer Alarmeinrichtung für hohe und niedrige Drucke ausgestattet sein. Eine Abnahme beim Druck am Verteilerkopf 82 resultiert in einem Anstieg beim Bedarf für den TCS-Fluss; umgekehrt, ein Anstieg beim Kopfdruck resultiert in einer Abnahme beim Bedarf für den TCS-Fluss. (Mit anderen Worten, der Fluss von TCS wird proportional in einer umgekehrten Beziehung zur gemessenen Veränderung beim Druck in dem Verteilerkopf eingestellt.)
Der Fluss des übererhitzten TCS-Dampfes wird durch das Masseflusselement 48 gemessen, welches ein Signal an die Flusssignalanzeigevorrichtung 50 sendet, wobei das Signal von einer programmierten Logiksteuereinrichtung (PLC) oder einem anderen Computertyp (nicht gezeigt) empfangen wird. Dieses Signal, welches den Fluss durch das Masseflusselement 48 anzeigt, wird auch für die Alarmeinrichtung 52 für zu hohen Fluss bereitgestellt. Die PLC ist angepasst, um Eingangssignale zu empfangen von, unter anderem, Mittel zum Messen von verschiedenen Parametern (z.B. Temperaturen, Drucke, Flüsse, usw.) und um Ausgangssignale zu senden an, unter anderem, Steuereinrichtungen, welche Steuerventile regeln, die Fluidflüsse steuern, um eine gewünschte Mischung von Gasen aufrecht zu erhalten.
Die PLC (nicht gezeigt) stellt auch ein Signal bereit, welches den Fluss des übererhitzten TCS-Dampfes für die Flussanzeigevorrichtung 50' anzeigt, die Signale an die Flussverhältnissteuereinrichtung 118 leitet, welche das pneumatisch aktivierte Ventil 116 an der H₂-Gaszuführungsleitung 114 steuert, um ein gewünschtes Flussverhältnis zwischen dem übererhitzten TCS-Dampf und H₂-Gas (dem Trägergas) aufrecht zu erhalten. Die H₂-Zuführung 90 fließt durch Leitung 94 zur Heizvorrichtung 100. Der Fluss durch Leitung 94 kann durch das Rückschlagventil 92 eingeschränkt werden und kann durch das manuelle Absperrventil 96 geregelt werden. Der H₂-Gasstrom wird in der Heizvorrichtung 100 erwärmt, um die Möglichkeit, dass kaltes H₂-Gas eine Kondensation verursachen würde, wenn der übererhitzte TCS-Dampf mit dem H₂-Gas in Kontakt kommt, zu minimieren.
Temperaturelement 104 stellt ein Signal für die Temperaturanzeigesteuereinrichtung 102 bereit, welche ihrerseits Signale an die Steuerung 98 leitet, um die Temperatur der H₂-Zuführung bei einer gewünschten Temperatur aufrecht zu erhalten. Das erwärmte H₂-Gas fließt von dem Wärmetauscher 100 durch Leitung 114 zum pneumatisch aktivierten Steuerventil 116. Die Temperatur in Leitung 114 wird durch das Temperaturelement 110 gemessen, welches ein Signal bereitstellt, das die Temperatur für die Temperaturanzeigevorrichtung 112 anzeigt, welche Alarmeinrichtungen für hohe und niedrige Temperaturen aufweisen kann. Der Druck in Leitung 114 wird durch den Druckwandler 106 gemessen, welcher ein Signal bereitstellt, das den Druck für die Druckanzeigevorrichtung 108 anzeigt, welche Alarmeinrichtungen für einen hohen und niedrigen Druck aufweisen kann.
Zusätzlich zum Empfangen des Signals von der Flussanzeigevorrichtung 50' (welche den Fluss des übererhitzten TCS-Dampfes durch das Flusselement 48 anzeigt) empfängt die Flussverhältnissteuereinrichtung 118 auch ein Signal von der Flussanzeigevorrichtung 124 (was den Fluss des Gases durch das Flusselement 122 darstellt, welches ein Anzeigesignal für die Flussanzeigevorrichtung 124 bereitstellt). Die Flussanzeigevorrichtung 124 stellt auch ein Signal für die Alarmeinrichtung 126 für zu hohen Fluss bereit.
Das erwärmte H₂-Gas (Trägergas) fließt von Flusselement 122 durch Leitung 128, welche mit der Leitung 54 verbindet, wo sich der übererhitzte TCS-Dampf mit dem erwärmten H₂-Gas mischt. Dieses gemischte gasförmige Gemisch fließt weiter durch Leitung 54 zum Vorratspuffer 56, was Flussstörungen aufgrund von Chargenverarbeitung stromabwärts und kleinere Zusammensetzungsvariationen, welche verursacht werden, wenn die Gesamtflussrate für das System nach oben und unten schwankt, abschwächt. Der Vorratspuffer ist mit einem Levelschalter 58 ausgestattet, welcher jedwede Flüssigkeit nachweist und ein Signal zur Alarmeinrichtung 60 für hohe Flüssigkeit sendet. Sollte die Flüssigkeit auf den Alarmlevel ansteigen, was einen Verlust von Wärme bei der Heizvorrichtung 18 und/oder der Heizvorrichtung 100 anzeigen könnte, wird das System zum Schutz automatisch abgeschaltet.
Das gemischte Gasgemisch fließt vom Vorratspuffer 56 zur Leitung 62. Der Druck in Leitung 62 wird durch den Druckwandler 64 gemessen, welcher ein Signal bereitstellt, das den Druck für die Druckanzeigesteuereinrichtung 66 anzeigt, welche das pneumatisch aktivierte Steuerventil 68 steuert. Dieses Ventil erhält den Druck im Vorratspuffer aufrecht, bezogen auf den Sollwert des Druckwandlers 64, welcher gemäß den Systemarbeitsbedingungen gesetzt wird, die für den Endverwender erforderlich sind (z.B. die Verfahrenswerkzeuge eines Halbleiterfertigers).
Von Ventil 68 fließt das gemischte gasförmige Gemisch weiter durch Leitung 62 und Filter 70, welcher das gemischte gasförmige Gemisch vor dem Eintreten in den Verteilerkopf 82 filtriert. Der Fluss durch den Verteilerkopf zur Werkzeugzuführung 86 kann durch das pneumatische Absperrventil 80 oder das manuelle Absperrventil 84 geregelt werden.
Eine Analyseeinrichtungsverbindung 78 ermöglicht ein Probenehmen des Flusses, welcher zum Verteilerkopf 82 durch Leitung 62 geht. Durch Anfügen einer Analyseeinrichtung an die Analyseeinrichtungsverbindung ist es möglich, die Zusammensetzung des gemischten gasförmigen Gemischstroms zu bestätigen. Ein manuelles Absperrventil 76 wird zur Regelung des Flusses zur Analyseeinrichtungsverbindung verwendet.
Der Anteil 200 des Systems stellt die Möglichkeit zur Zugabe von Helium, Argon oder einem anderen Inertgas als ein Gas zum Ungesättigtmachen bereit. Dies ermöglicht dem Endverwender, ein spezifiziertes Molverhältnis von TCS zu H₂-Gas aufrecht zu erhalten, während die Kondensation in dem Gasverteilerkopf 82 minimiert wird.
Das Inertgas 202 fließt durch Leitung 208 zur Heizvorrichtung 212. Das Rückschlagventil 204 und das manuelle Absperrventil 206 sind zur Regelung des Flusses des Inertgases verfügbar. Die Heizvorrichtung 212 ist ein elektrischer Heizblock, welcher als ein Wärmetauscher mit multiplen Durchgängen funktioniert. Der Wärmetauscher ist mit einem Temperaturelement 214 ausgestattet, welches ein Signal bereitstellt, das die Temperatur des erwärmten Inertgases für die Temperaturanzeigesteuereinrichtung 216 für die Steuerung 210 anzeigt, welche die Heizvorrichtung 212 steuert.
Das erwärmte Inertgas fließt vom Wärmetauscher 212 über Leitung 218. Der Druck in dieser Leitung wird durch den Druckwandler 220 gemessen, welcher ein Signal bereitstellt, das den Druck für die Druckanzeigevorrichtung 222 anzeigt. Die Druckanzeigevorrichtung kann Alarmeinrichtungen für hohe und niedrige Drucke beinhalten. In einer ähnlichen Weise wird in dieser Leitung die Temperatur durch das Temperaturelement 224 gemessen, welches ein Signal für die Temperaturanzeigevorrichtung 226 bereitstellt. Die Temperaturanzeigevorrichtung kann Alarmeinrichtungen für hohe und niedrige Temperaturen beinhalten.
Der Fluss des erwärmten Inertgases wird durch das pneumatisch aktivierte Steuerventil 228 gesteuert. Dieses Ventil wird durch die Flussverhältnissteuereinrichtung 230 geregelt, welche von der PLC ein Signal empfängt, das den Fluss des übererhitzten TCS-Dampfes von der Flussanzeigevorrichtung 50'' anzeigt. Die Flussverhältnissteuereinrichtung 230 empfängt auch von der Flussanzeigevorrichtung 234 ein Signal, welches den Fluss des Inertgases durch das Flusselement 238 anzeigt. Die Flussanzeigevorrichtung 234 stellt auch ein Signal für die Alarmvorrichtung 236 für zu hohen Fluss bereit.
Von dem Flusselement 238 geht das erwärmte Inertgas durch Leitung 240 zur Leitung 54, wo sich das erwärmte Inertgas mit dem gemischten gasförmigen TCS/H₂-Gemisch mischt. Das Zugeben des Inertgases als eine dritte Komponente in dem gemischten gasförmigen Gemisch erniedrigt den Taupunkt des gemischten Stroms, ohne das gewünschte Molverhältnis zwischen dem TCS und H₂-Gas zu beeinflussen.
Die TCS/H₂-Reaktion in epitaktischen Werkzeugen wird durch die folgende Umsetzung beschrieben: SiHCl₃ + H₂ ↔ Si + 3HCl
Bei stöchiometrischen Bedingungen ist ein Mol H₂ zur Umsetzung mit einem Mol TCS erforderlich. Unter idealen Bedingungen wird das TCS/H₂-Gemisch in die epitaktischen Werkzeuge oder die Werkzeuge zur chemischen Dampfabscheidung mit äquimolaren Gemischen beschickt. Jedoch ist der Vorzug der Industrie typischerweise, einen Überschuss an H₂ zu verwenden.
Eine Sättigungskurve für das TCS/H₂-System wird in 2 bereitgestellt. Die obere Linie in dem Graph stellt einen gesättigten Strom dar und die untere Linie stellt einen Strom, der mit 15 Mol-% Argon ungesättigt gemacht wurde, dar. Bei 103421 Pascal (15 psia) für ein gegebenes Verhältnis von TCS/H₂ in dem Gesamtstrom zeigen Temperaturen unter jeder Linie die Gegenwart einer flüssigen Phase an. Strombedingungen darüber oder links davon zeigen Bedingungen an, bei welchen ungesättigt gemacht wird, wie Zugeben von H₂ (Erniedrigen des TCS/H₂-Verhältnisses) zu einem vorher gesättigten Strom. Für Vergleichszwecke wird an dem Graphen auch die Wirkung einer Zugabe von Argon als eine dritte Komponente (Erniedrigung des Taupunkts) gezeigt. Dies kann für bestimmte Endverwender vorteilhaft sein, welche den Strom ungesättigt machen wollen, ohne das molare TCS/H₂-Verhältnis zu beeinflussen.
Das System kann durch Transportieren von Spülgas durch die Leitungen des Systems vor dem anfänglichen Einschalten, während einer Wartung und während dem außer Dienst nehmen am Ende gespült werden. Das Spülgas 130 ist ein Inertgas, wie Argon. Nachdem das Gas durch das System geführt wurde, wird die Systemspülung 148 zu einem Wäscher, Brenner oder einem anderen Handhabungssystem gesendet (nicht gezeigt). Der Fluss des Spülgases von der Spülgaszuführung 130 wird durch verschiedene Rückschlagventile (132, 160, 168, 172, 138) und manuelle Absperrventile (134, 162, 170, 174) geregelt. Das Spülgas fließt von der Spülgaszuführung zu dem System über Leitung 136. Das manuelle Absperrventil 140 regelt den Fluss des Spülgases zur Venturi-Vorrichtung 144 (oder einer anderen Vakuumerzeugungsvorrichtung). Der Druckwandler 152 misst den Druck in Leitung 150 und stellt ein Signal für die Druckanzeigevorrichtung 154 bereit, welches ein Blocksignal zum Schließen des pneumatischen Absperrventils 156 bei hohem Druck ist. Die Druckanzeigevorrichtung 154 kann Alarmeinrichtungen für hohen und niedrigen Druck beinhalten.

Claims

Verfahren zum Verarbeiten von mindestens zwei Fluiden, um ein gemischtes gasförmiges Gemisch zu bilden, und Zuführen des gemischten gasförmigen Gemisches zu einem Verteilerkopf (82), von welchem das gemischte gasförmige Gemisch zu mindestens einem Werkzeug (86) zur chemischen Dampfabscheidung geführt wird, umfassend die Schritte: Zuführen eines ersten Fluids (12); Erwärmen (18) des ersten Fluids auf eine Temperatur, wobei mindestens ein Anteil des ersten Fluids ein Dampf ist; Übererhitzen (18) des Dampfanteils des ersten Fluids auf eine Temperatur, welche zur Vermeidung einer Kondensation des gemischten gasförmigen Gemisches, das zu dem mindestens einen Werkzeug geführt wird, ausreichend ist; Zuführen eines zweiten Fluids (90); Erwärmen (100) des zweiten Fluids auf eine Temperatur, welche zur Vermeidung einer Kondensation des übererhitzten Dampfanteils des ersten Fluids ausreichend ist, wenn der übererhitzte Dampfanteil mit dem zweiten Fluid in Kontakt kommt; Kombinieren des erwärmten zweiten Fluids (auf Leitung 128) und des übererhitzten Dampfanteils des ersten Fluids (auf Leitung 54), um ein gemischtes gasförmiges Gemisch mit gewünschten physikalischen und chemischen Eigenschaften für chemische Dampfabscheidung und epitaktisches Filmwachstum zu bilden; und Zuführen des gemischten gasförmigen Gemisches zu dem Verteilerkopf (82), von welchem das gemischte gasförmige Gemisch dem mindestens einen Werkzeug (86) zugeführt wird; wobei das Verfahren die folgenden weiteren Schritte umfasst: Zuführen eines dritten Fluids (200), welches sich nicht mit den ersten oder zweiten Fluiden oder mit dem gemischten gasförmigen Gemisch umsetzt; Erwärmen des dritten Fluids (212) auf eine Temperatur, welche zur Vermeidung einer Kondensation des gemischten gasförmigen Gemisches, das zu dem mindestens einen Werkzeug (86) geführt wird, ausreichend ist; und Kombinieren einer Menge des erwärmten dritten Fluids in einer gasförmigen Phase mit dem gemischten gasförmigen Gemisch, wobei ein gewünschtes Molverhältnis der ersten und zweiten Fluide aufrechterhalten wird, um die gewünschten physikalischen und chemischen Eigenschaften des gemischten gasförmigen Gemisches aufrecht zu erhalten und wobei eine Kondensation des gemischten gasförmigen Gemisches in dem Verteilerkopf (82) vermieden wird.
Verfahren wie in Anspruch 1, umfassend den weiteren Schritt von automatisch Aufrechterhalten eines gewünschten Strömungsverhältnisses zwischen den ersten und zweiten Fluiden, um die gewünschten physikalischen und chemischen Eigenschaften des gemischten gasförmigen Gemisches aufrecht zu erhalten.
Verfahren wie in Anspruch 1, ferner umfassend die Schritte: Bereitstellen eines Vorratspuffers (56) stromaufwärts zum Verteilerkopf (82); und Zuführen des gemischten gasförmigen Gemisches zum Verteilerkopf (82).
Verfahren wie in Anspruch 2, wobei der Schritt des automatisch Aufrechterhaltens eines gewünschten Strömungsverhältnisses zwischen den ersten und zweiten Fluiden die folgenden Unterschritte umfasst: Messen der Strömungsgeschwindigkeit des ersten Fluids (48); Messen der Strömungsgeschwindigkeit des zweiten Fluids (122); Messen einer Veränderung beim Druck in dem Verteilerkopf (82); und Einstellen (44) der Strömungsgeschwindigkeiten des ersten und zweiten Fluids auf das gewünschte Strömungsverhältnis, proportional in einer umgekehrten Beziehung zu der gemessen Veränderung beim Druck in dem Verteilerkopf (82).
Verfahren wie in Anspruch 1, wobei das erste Fluid Trichlorsilan ist und das zweite Fluid Wasserstoff ist.
Verfahren wie in Anspruch 1, wobei das dritte Fluid ein Inertgas ist.
Dynamisches Gasmischzuführsystem zum Zuführen eines gemischten gasförmigen Gemisches zu einem Verteilerkopf (82), von welchem das gemischte gasförmige Gemisch zu mindestens einem Werkzeug (86) zur chemischen Dampfabscheidung geführt wird, umfassend: Mittel zum Zuführen eines ersten Fluids (12); Mittel zum Erwärmen des ersten Fluids (18) auf eine Temperatur, wobei mindestens ein Anteil des ersten Fluids ein Dampf ist; Mittel zum Übererhitzen des Dampfanteils (18) des ersten Fluids auf eine Temperatur, welche zur Vermeidung einer Kondensation des gemischten gasförmigen Gemisches, das zu dem mindestens einen Werkzeug geführt wird, ausreichend ist; Mittel zum Zuführen eines zweiten Fluids (90); Mittel zum Erwärmen des zweiten Fluids (100) auf eine Temperatur, welche zur Vermeidung einer Kondensation des übererhitzten Dampfanteils des ersten Fluids ausreichend ist, wenn der übererhitzte Dampfanteil mit dem zweiten Fluid in Kontakt kommt; Mittel zum Kombinieren des erwärmten zweiten Fluids (auf Leitung 54) und des übererhitzten Dampfanteils des ersten Fluids (auf Leitung 129), um ein gemischtes gasförmiges Gemisch mit gewünschten physikalischen und chemischen Eigenschaften für chemische Dampfabscheidung und epitaktisches Filmwachstum zu bilden; Mittel zum Zuführen des gemischten gasförmigen Gemisches zu dem Verteilerkopf (82), von welchem das gemischte gasförmige Gemisch dem mindestens einen Werkzeug (86) zugeführt wird; wobei das Zuführsystem ferner umfasst: Mittel zum Zuführen eines dritten Fluids (200), welches sich nicht mit den ersten und zweiten Fluiden oder mit dem gemischten gasförmigen Gemisch umsetzt; Mittel zum Erwärmen des dritten Fluids (212) auf eine Temperatur, welche zur Vermeidung einer Kondensation des gemischten gasförmigen Gemisches, das zu dem mindestens einen Werkzeug (86) geführt wird, ausreichend ist; und Mittel zum Kombinieren einer Menge des erwärmten dritten Fluids in einer gasförmigen Phase mit dem gemischten gasförmigen Gemisch, wobei ein gewünschtes Molverhältnis der ersten und zweiten Fluide aufrechterhalten wird, um die gewünschten physikalischen und chemischen Eigenschaften des gemischten gasförmigen Gemisches aufrecht zu erhalten und, wobei eine Kondensation des gemischten gasförmigen Gemisches in dem Verteilerkopf (82) vermieden wird.
Dynamisches Gasmischzuführsystem wie in Anspruch 7, ferner umfassend Mittel (116) zur automatischen Aufrechterhaltung eines gewünschten Strömungsverhältnisses zwischen den ersten und zweiten Fluiden, um die gewünschten physikalischen und chemischen Eigenschaften des gemischten gasförmigen Gemisches aufrecht zu erhalten.
Dynamisches Gasmischzuführsystem wie in Anspruch 7, ferner umfassend: einen Vorratspuffer (56) stromaufwärts zum Verteilerkopf (82); und Mittel zum Führen des gemischten gasförmigen Gemisches zum Vorratspuffer (56) vor dem Zuführen des gemischten gasförmigen Gemisches zu dem Kopf (82).
Dynamisches Gasmischzuführsystem wie in Anspruch 8, wobei das Mittel zum automatischen Aufrechterhalten eines gewünschten Strömungsverhältnisses zwischen den ersten und zweiten Fluiden umfasst: Mittel zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit des ersten Fluids (48); Mittel zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit des zweiten Fluids (122); Mittel zum Messen einer Veränderung beim Druck in dem Verteilerkopf (82); und Mittel zum Einstellen der Strömungsgeschwindigkeiten des ersten und zweiten Fluids bei dem gewünschten Strömungsverhältnis, proportional in einer umgekehrten Beziehung zur gemessen Veränderung beim Druck in dem Verteilerkopf (82).
Dynamisches Gasmischzuführsystem wie in Anspruch 8, wobei das Mittel zum automatischen Aufrechterhalten eines gewünschten Strömungsverhältnisses zwischen den ersten und zweiten Fluiden eine Strömungsverhältnis-Steuereinrichtung (118) ist.
Dynamisches Gasmischzuführsystem wie in Anspruch 7, ferner umfassend Mittel zum Spülen des Systems.
Dynamisches Gasmischzuführsystem wie in Anspruch 12, ferner umfassend: einen ersten Sensor (48) zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit des ersten Fluids und zum Bereitstellen eines Signals, welches diese anzeigt; einen zweiten Sensor (122) zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit des zweiten Fluids und zum Bereitstellen eines Signals, welches diese anzeigt; einen dritten Sensor (72) zum Messen der Veränderung beim Druck in dem Verteilerkopf (82) und Bereitstellen eines Signals, welches diese anzeigt; und einen Computer (PLC) zum Empfangen von Signalen von den ersten, zweiten und dritten Sensoren (48; 122; 72), Bestimmen der Strömungsgeschwindigkeiten des ersten und zweiten Fluids, Bestimmen der Veränderung beim Druck in dem Verteilerkopf (82), Bestimmen von jedweden Einstellungen, welche bei den Strömungsgeschwindigkeiten des ersten und zweiten Fluids erforderlich sind, um das gewünschte Strömungsverhältnis aufrecht zu erhalten, und Senden von mindestens einem Signal, welches die erforderlichen Einstellungen bei den Strömungsraten anzeigt, zu einer Strömungsverhältnis-Steuereinrichtung.
Dynamisches Gasmischzuführsystem wie in Anspruch 13, wobei der Computer eine programmierte Logiksteuereinrichtung (PLC für programmed logic controller) ist.
Dynamisches Gasmischzuführsystem wie in Anspruch 7, wobei das erste Fluid Trichlorsilan ist und das zweite Fluid Wasserstoff ist.
Dynamisches Gasmischzuführsystem wie in Anspruch 7, wobei das dritte Fluid ein Inertgas ist.
System gemäß Anspruch 7 zum Mischen und Führen eines Abscheidungsprozessgases zu mindestens einem Werkzeug (86) zur chemischen Dampfabscheidung, umfassend: einen Verteilerkopf (82) zum Ansammeln des Abscheidungsprozessgases und zum Verteilen des Abscheidungsprozessgases auf jedes Werkzeug (82) in Reaktion auf einen Bedarf des Werkzeugs (86); einen Sensor (72) in Kommunikation mit dem Verteilerkopf (82) zum Bestimmen eines Druckabfalls in dem Verteilerkopf (82), welcher durch eine Veränderung in der Strömung des Abscheidungsprozessgases von dem Verteilerkopf (82) erzeugt wird; Zuführung von flüssigem Abscheidematerial (12); eine Heizvorrichtung (18) zum Verdampfen des flüssigen Abscheidematerials und Übererhitzen des resultierenden Dampfes; eine erste Strömungs-Steuereinrichtung (44) zum Steuern der Strömungsgeschwindigkeit des übererhitzten Dampfes von der Heizvorrichtung (18) zum Verteilerkopf (82); und Mittel (46) zum Regeln der ersten Strömungs-Steuereinrichtung (44), um eine Strömung des übererhitzten Dampfes zu ermöglichen, proportional in einer umgekehrten Beziehung zu einer Veränderung beim Druck in dem Verteilerkopf (82); wobei das System ferner umfasst: mindestens eine Zuführung von mindestens zwei Trägergasen (90); eine zusätzliche Strömungs-Steuereinrichtung in Kommunikation mit jeder Zuführung von Trägergas zum Steuern der Strömungsgeschwindigkeit jedes Trägergases; Mittel zum Regeln der zusätzlichen Strömungs-Steuereinrichtung, um eine Strömungsgeschwindigkeit in einem vorher gewählten Verhältnis der Massen-Strömungsgeschwindigkeit des übererhitzten Dampfes durch die erste Strömungs-Steuereinrichtung zu ermöglichen; eine dynamische Mischeinrichtung zum Mischen jedes strömungs-gesteuerten Trägergases mit dem strömungs-gesteuerten übererhitzten Dampf; und Mittel zum Führen des resultierenden gemischten gasförmigen Gemisches zu dem Verteilerkopf (82).
System wie in Anspruch 17, wobei mindestens zwei Trägergase vorhanden sind, wobei mindestens ein Trägergas ein reaktives Material ist und mindestens ein Trägergas ein Intertmaterial ist.
System wie in Anspruch 17 oder 18, ferner umfassend eine Heizeinrichtung (100) zum Erhöhen der Temperatur jedes Trägergases über den Taupunkt des übererhitzten Dampfes vor dem Mischen.