JP2020509239A - アンプルからのフラックスを増加させるための装置 - Google Patents

アンプルからのフラックスを増加させるための装置 Download PDF

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Abstract

半導体製造前駆体のためのアンプルおよび使用方法が記載される。本アンプルは、入り口ポートおよび出口ポートを備える容器を含む。入り口ポートは、容器内の端部にシャワーヘッドを有する。シャワーヘッドは、ガス流がアンプル内の液体の表面に対して垂直にならないように、キャビティ内のガスの流れを方向付ける少なくとも２つの角度付きノズルを有する。

Description

本開示は、一般に、半導体デバイスのためのコンタクトを形成する方法に関する。詳細には、本開示は、限界寸法制御による自己整合コンタクトを形成するためのプロセスに関する。
半導体産業は、化学気相堆積（ＣＶＤ）および原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスに対して液体または固体の形態で提供されるますます多様な化学物質を使用している。前駆体は、典型的には、単一の入り口および単一の出口を有する閉じた容器またはアンプルの内部にある。
低い蒸気圧を有する前駆体は、蒸気をアンプルからプロセスリアクタに運ぶために、キャリアガスをしばしば使用する。これらのタイプのプロセスには、典型的には、２つのタイプのアンプルが使用されており、すなわち、前駆体に沈めたチューブに入り口キャリアガスが入るバブラー、およびアンプルのヘッドスペースをキャリアガスが通り抜けるクロスフローアンプルである。バブラーは、前駆体の飛沫同伴のために使用することできず、クロスフローアンプルも前駆体のフラックスがプロセスパラメータを満たさないため使用することができない状況がある。
したがって、クロスフローアンプルよりも高い前駆体のフラックスを提供するアンプルおよび方法が当技術分野で必要である。
本開示の１つまたは複数の実施形態は、半導体製造前駆体のためのアンプルを対象とする。アンプルは、キャビティを囲む底部、側壁、およびリッドを有する容器を備える。入り口ポートは、キャビティと流体連結している。入り口ポートは、キャビティ内に位置する入り口ポートの端部にシャワーヘッドを有する。シャワーヘッドは、液体が容器内に存在するときに、ガスの流れが液体の表面に対して垂直にならないように、ガスの流れを方向付ける少なくとも２つの角度付きノズルを備える。出口ポートは、キャビティと流体連結している。
本開示のさらなる実施形態は、半導体製造前駆体のためのアンプルを対象とする。アンプルは、キャビティを囲む底部、側壁、およびリッドを有する容器を備える。入り口ポートは、キャビティと流体連結している。入り口ポートは、キャビティ内に位置する入り口ポートの端部にシャワーヘッドを有する。シャワーヘッドは、液体が容器内に存在するときに、各ノズルからのガスの流れが、液体の表面に直交する線に対して測定して、独立して約５°〜約７°の範囲になるようにガスの流れを方向付ける３つの角度付きノズルを備える。出口ポートは、キャビティと流体連結している。
本開示のさらなる実施形態は、前駆体の流れを提供する方法を対象とする。キャリアガスは、内部に液体前駆体を有する前駆体アンプルの入り口ポートを通って流れる。キャリアガスの流れは、入り口ポートの端部にシャワーヘッドを備えたアンプル内で方向付けられる。シャワーヘッドは、液体前駆体の表面に対して垂直ではない角度でガスの流れを方向付ける少なくとも２つの角度付きノズルを備える。キャリアガスおよび前駆体は、出口ポートを通ってアンプルから流出する。
本考案の上記の特徴を詳細に理解することができるように、一部が添付図面に示される実施形態を参照することによって上で要約された本考案のより具体的な記載を行うことができる。しかしながら、添付された図面は、本発明の典型的な実施形態のみを示し、その範囲を限定すると考えられるべきではなく、その理由は、本発明が他の等しく効果的な実施形態を受け入れることができるためであることに留意されたい。
本開示の１つまたは複数の実施形態によるアンプルの断面図である。 図１の拡大された領域２である。 本開示の１つまたは複数の実施形態によるアンプルの部分断面図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態によるアンプルおよび配管の概略図である。
添付の図では、同様の構成要素および／または特徴は、同じ参照ラベルを有することがある。さらに、同じタイプの様々な構成要素は、参照ラベルの後にダッシュ、および類似の構成要素を区別する第２のラベルが続くことによって区別されることがある。第１の参照ラベルのみが明細書で使用されている場合、説明は、第２の参照ラベルに関係なく、同じ第１の参照ラベルを有する同様の構成要素のうちのいずれか１つに適用可能である。図中の構成要素のクロスハッチシェーディングは、異なる部分の視覚化を支援することが意図されており、必ずしも異なる構成材料を示すものではない。
本発明のいくつかの例示的な実施形態を説明する前に、本発明は、以下の説明に記載される構造またはプロセスステップの詳細に限定されないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態が可能であり、様々なやり方で実施または実行することができる。
本開示の一部の実施形態は、有利には、クロスフローアンプルよりもフラックスが高いアンプルを提供する。一部の実施形態は、有利には、液体前駆体を通って泡立たないガス流をアンプルに提供する。一部の実施形態は、有利には、前駆体表面に直交しないガス流を提供する。
一部の実施形態では、シャワーヘッドは、内部の液体に対して角度付けされた複数のノズルを備えるアンプルの入り口に設けられている。液体のレベルとシャワーヘッドとの間の距離は、シャワーヘッドが液体に沈まないように維持されている。
図１は、半導体製造試薬とともに使用するためのアンプル１００を示す。「前駆体」という用語は、アンプル１００の内容物を述べるために使用され、プロセス環境に流入する任意の試薬を指す。
アンプル１００は、底部１１２、側壁１１４、およびキャビティ１１８を囲むリッド１１６を備える容器１１０を含む。入り口ポート１２０および出口ポート１３０は、キャビティ１１８と流体連結している。
入り口ポート１２０は、一般に、ガス源に接続可能なように構成され、適切なねじ付き接続または密封接続を有することができる。入り口ポート１２０は、図１および図２に示すように、通路１２１の断面幅を画定する内径を備える通路１２１を有する。通路１２１は、湾曲していても、テーパ付けされていても、または平坦な端部になっていてもよい底端部１２５を有する。
入り口ポート１２０は、キャビティ１１８内に位置する入り口ポート１２０の端部１２３にシャワーヘッド１２２を有する。シャワーヘッド１２２は、通路１２１の底端部１２５と入り口ポート１２０の端部１２３との間に位置する入り口ポート１２０の部分である。シャワーヘッド１２２は、ガスの流れ１４１を方向付ける少なくとも２つの角度付きノズル１４０を備える。シャワーヘッド１２２のノズル１４０の数は、約２〜約２４の範囲、または約２〜約１８の範囲、または約２〜約１２の範囲、または約２〜約１０の範囲、または約２〜約８の範囲、または約２〜約６の範囲、または約２〜約４の範囲とすることができる。一部の実施形態では、シャワーヘッド１２２には３つのノズル１４０がある。
ノズル１４０は、アンプル１００内の液体１５０の表面１５１に直交する線に対して測定して、角度付けされたガスの流れ１４１を提供するように構成されている。図２および図３を参照すると、各ノズル１４０は、表面１５１に直交する線１４５に対して角度θで方向付けられた軸１４４を有する。
角度θは、液体１５０の表面１５１に対して垂直ではない任意の適切な角度とすることができる。各ノズル１４０は、他のノズル１４０とは異なる角度θを有することができる。一部の実施形態では、角度θは、表面１５１に直交する線１４５に対して、１°、２°、３°または４°よりも大きい。一部の実施形態では、角度θは、約２°〜約２５°の範囲、または約２．５°〜約１５°の範囲、または約３°〜約１２°の範囲、または約４°〜約１０°の範囲、または約５°〜約７°の範囲にある。一部の実施形態では、ノズルを出るガスの流れは、容器１１０内の液体１５０の表面１５１に対して垂直ではない。
出口ポート１３０も、容器１１０のキャビティ１１８と流体連結している。出口ポート１３０は、一般に、容器１１０を出るガスが処理チャンバ（または他の構成要素）に流れることを可能にするラインに接続することができるように構成されている。出口ポート１３０は、ガスラインを接続することを可能にするねじ接続を有することができる。
一部の実施形態では、図１に示すように、リッド１１６は、底部１１２および側壁１１４とは別個の構成要素である。リッド１１６は、適切に成形された開口部１６０を通る取り外し可能なボルトを使用して、容器１１０の側壁１１４に接続されてもよい。開口部１６０は、ねじ付きボルトの容易な接続を可能にするためにねじ付き部分を有することができる。容器１１０内の前駆体を変更または追加することができるように、ボルトを取り外してリッド１１６を容器１１０から取り外すことができる。一部の実施形態では、容器１１０は、流体密封シールを形成するためにリッド１１６と側壁１１４との間に配置されたＯリング１６２を含む。
一部の実施形態では、図４に示すように、リッド１１６は、容器１１０の側壁１１４および底部１１２と一体的に形成することができる。アンプル１００をプロセスチャンバに追加することができるように、異なる配管構成をリッド１１６に接続することができる。一部の実施形態では、入り口ライン１７０が入り口ポート１２０に接続されている。入り口バルブ１７２は、ガス源１７５と入り口ポート１２０との間の入り口ライン１７０上に配置することができる。入り口バルブ１７２は、リッド１１６と一体的に形成されても、または別個の構成要素としてリッド１１６に接続されてもよい。出口管１８０を出口ポート１３０に接続することができる。一部の実施形態の出口管１８０は、出口ポート１３０と処理チャンバ１８５との間に位置する出口バルブ１８２を含む。キャビティ１１８の内容物が容器１１０の外部の環境から隔離されるように、入り口バルブ１７２および出口バルブ１８２を使用してアンプル１００を隔離することができる。一部の実施形態では、入り口ライン１７０および／または出口ライン１８０に沿って複数のバルブがある。バルブ１７２、１８２は、手動バルブまたは空気圧バルブとすることができる。
一部の実施形態では、アンプル１００は、キャビティ１１８内に液体１５０を含む。液体１５０は、半導体製造プロセスで使用するための前駆体とすることができる。一部の実施形態の液体１５０は、ジコバルトヘキサカルボニルｔｅｒｔ−ブチルアセチレン（ＣＣＴＢＡ）を含む。
図３を参照すると、液体１５０の表面１５１までのシャワーヘッド１２２の距離Ｄは、時間および前駆体の使用とともに変化する可能性がある。前駆体が使用されると、容器１１０内の容積が減少し、それにより距離Ｄが増加する。距離Ｄは、シャワーヘッド１２２が液体１５０に接触し、または液体１５０に沈むのを防止するのに十分である。
一部の実施形態では、入り口ポート１２０およびシャワーヘッド１２２を通るガス流１４１は、バブリングすることなく液体前駆体の液体／ガス界面を乱すのに十分である。一部の実施形態では、液体／ガス界面を乱すことにより、液体１５０の表面１５１にディンプル１５３が形成される。ディンプル１５３は、最大約３ｍｍの深さを有することができる。一部の実施形態では、ディンプルは、（表面１５１から測定して）約０．１ｍｍ以上の深さを有する。一部の実施形態では、ディンプル１５３は、約２．５ｍｍ、２ｍｍ、１．５ｍｍ、１ｍｍまたは０．５ｍｍ以下の深さを有する。液体１５０のレベルが低下するにつれ、処理中にガス流１４１を調整して、液体／ガス界面の十分な乱れを維持することができる。一部の実施形態のガス流１４１は、出口ポート１３０での液体１５０の凝縮を防止するのに十分な最高速度を有する。
本明細書全体を通して、「一実施形態」、「ある特定の実施形態」、「１つまたは複数の実施形態」、あるいは「実施形態」への言及は、実施形態に関連して記載される特定の特徴、構造、材料、または特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれていることを意味する。したがって、本明細書全体を通して様々な場所での「１つまたは複数の実施形態では」、「ある特定の実施形態では」、「一実施形態では」、あるいは「実施形態では」などの語句の出現は、必ずしも本発明の同じ実施形態を指しているとは限らない。さらに、特定の特徴、構造、材料、または特性は、１つもしくは複数の実施形態において任意の適切なやり方で組み合わせることができる。
本発明は、本明細書では特定の実施形態を参照して記載されているが、これらの実施形態は、本発明の原理および用途の単なる例示であることを理解されたい。本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本発明の方法および装置に様々な変更および変形を加えることができることは当業者には明らかであろう。したがって、本発明は、添付された特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内にある変更形態および変形形態を含むことが意図されている。

Claims (15)

  1. キャビティを囲む底部、側壁、およびリッドを有する容器と、
    前記キャビティと流体連結する入り口ポートであって、前記キャビティ内に位置する前記入り口ポートの端部にシャワーヘッドを有し、液体が前記容器に存在するときにガスの流れが前記液体の表面に対して垂直にならないように、前記シャワーヘッドがガスの前記流れを方向付ける少なくとも２つの角度付きノズルを備える、入り口ポートと、
    前記キャビティと流体連結する出口ポートと、
    を備える、半導体製造前駆体のためのアンプル。
  2. 前記ノズルが、液体が存在するときに、前記液体の前記表面に直交する線に対して測定して、独立して約２°〜約２５°の範囲に角度付けされている、請求項１に記載のアンプル。
  3. 前記ノズルが、液体が存在するときに、前記液体の前記表面に直交する線に対して測定して、独立して約５°〜約７°の範囲に角度付けされている、請求項１に記載のアンプル。
  4. ２〜４個の範囲のノズルがある、請求項１に記載のアンプル。
  5. ３つのノズルがある、請求項１に記載のアンプル。
  6. 前記リッドが前記容器の前記側壁および底部と一体的に形成されている、請求項１から５までのいずれか１項に記載のアンプル。
  7. 前記リッドが前記底部および側壁とは別個の構成要素である、請求項１から５までのいずれか１項に記載のアンプル。
  8. 前記リッドが取り外し可能なボルトを使用して、前記容器の前記側壁に接続されている、請求項７に記載のアンプル。
  9. 前記リッドと前記側壁との間に配置されたＯリングをさらに備える、請求項８に記載のアンプル。
  10. 前記キャビティ内に液体前駆体をさらに含む、請求項１から５までのいずれか１項に記載のアンプル。
  11. 前記液体前駆体がジコバルトヘキサカルボニルｔｅｒｔ−ブチルアセチレンを含む、請求項１０に記載のアンプル。
  12. ガスの前記流れを提供するためのガス源をさらに備える、請求項１０に記載のアンプル。
  13. ガスの前記流れが、バブリングすることなく前記液体前駆体の液体／ガス界面を乱すのに十分である、請求項１２に記載のアンプル。
  14. 前記液体／ガス界面を乱すことにより前記液体前駆体の前記表面にディンプルが形成され、前記ディンプルが約１ｍｍ以下の深さを有する、請求項１３に記載のアンプル。
  15. 内部に液体前駆体を有する前駆体アンプルの入り口ポートを通してキャリアガスを流すステップと、
    前記入り口ポートの端部にシャワーヘッドを備える前記アンプル内でキャリアガスの前記流れを方向付けるステップであって、前記シャワーヘッドが前記液体前駆体の表面に対して垂直ではない角度でガスの前記流れを方向付ける少なくとも２つの角度付きノズルを備える、ステップと、
    出口ポートを通して前記アンプルから前記キャリアガスおよび前駆体を流出させるステップと、
    を含む、前駆体の流れを提供するための方法。
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