TW201923935A - 液體前驅物系統 - Google Patents
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Abstract
此處敘述一種用於半導體處理的前驅物饋送系統之實施例。前驅物饋送系統藉由改良氣化的前驅物材料的流動特徵，對處理腔室提供氣化的前驅物材料的改良的流體控制，其中前驅物材料藉由可為鈍氣的載氣承載。前驅物饋送系統亦在將前驅物傳送至處理腔室的導管中降低壓降的發生。降低壓降的發生亦降低來自氣體的能量減少，因此降低氣體在沿著流動路徑中凝結的傾向。
Description
本揭露案的實施例大致關於半導體製造裝備。更具體而言，本揭露案關於前驅物液體氣化及流動系統。
半導體裝置的製造重大地取決於氣相反應及處理，例如沉積、蝕刻及薄膜成長。前驅物蒸氣通常路由至處理腔室，其中前驅物與其他前驅物及與基板反應，以在基板上實行材料沉積處理。在某些情況中，前驅物在周遭條件下為液體。在此情況中，前驅物轉換成蒸氣以流至處理腔室。對於此等前驅物，可使用液體起泡器，其中載氣流動通過液體前驅物材料，來氣化某些前驅物材料。包括氣化的前驅物及載氣的氣體混合物接著提供至處理腔室。
液體前驅物材料通常保持或儲存於安瓿中，用於流動載氣通過前驅物材料。載氣流動通過筒道或管道至安瓿中在低於液體前驅物的頂部表面的位置處，使得載氣通過液體前驅物而起泡。隨著氣體泡沫通過液體前驅物，部分的液體前驅物氣化至載氣中，而成為載氣及氣化的前驅物的混合物離開安瓿。可加熱液體前驅物以提升氣化。
用於氣化液體（或固體）前驅物的傳統系統，在半導體處理流動反應氣體中與鈍氣於中等壓力下使用至處理腔室，可在高真空下操作。氣體通常流動通過管道，且可遭受使用控制閥門的流體控制。背側壓力調節器可用以維持液體安瓿中的壓力。隨著氣體流動通過背側壓力調節器，氣體（鈍氣加上反應氣體）的壓力下降，且因為絕熱膨脹的結果溫度亦可下降。通過管道至腔室的後續流動因為熱散失而可降低氣體的溫度。受到絕熱膨脹及/或熱散失的結果，在管道中可發生某些凝結。此凝結可攪亂通常用以控制流至處理腔室的氣體的質量流量控制器。此外，凝結可造成控制閥門的操作困難。
隨著半導體工業中裝置尺寸持續縮小，製造商藉由降低製造處理的所有態樣中的變數，尋找增加處理均勻性的方式，包括前驅物蒸氣的凝結。因此，需要傳送氣化的前驅物至半導體處理腔室的改良。
在一個實施例中，提供一種系統，包括容器，用於氣化前驅物，及流出導管，耦合至容器。背側壓力調節器耦合至流出導管，且在容器的下游。前驅物饋送線流體耦合至流出導管，在容器及背側壓力調節器之間。複數個流體控制器耦合至前驅物饋送線。分別的處理腔室相對於前驅物饋送線耦合至複數個流體控制器的各個流體控制器。
在另一實施例中，提供一種系統，包括容器，用於氣化前驅物。具有分支點的流出導管耦合至容器。背側壓力調節器耦合至流出導管的分支點。背側壓力調節器在容器的下游。前驅物饋送線流體耦合至流出導管的分支點。分支點佈置於容器的下游及背側壓力調節器的上游。複數個分支導管耦合至前驅物饋送線。分別的流體控制器耦合至複數個分支導管的各個分支導管。複數個處理腔室的各個處理腔室透過相對於分支導管的處理腔室導管而耦合至分別的流體控制器。
在另一實施例中，提供一種系統，包括容器，用於氣化前驅物。具有分支點的流出導管耦合至容器。推送氣體導管耦合至流出導管。背側壓力調節器耦合至流出導管，在容器的下游。前驅物饋送線流體耦合至流出導管，在容器及背側壓力調節器之間。複數個流體控制器耦合至前驅物饋送線。分別的處理腔室相對於前驅物饋送線耦合至複數個流體控制器的各個流體控制器。氣化的前驅物的流動路徑從容器至分別的處理腔室的各個處理腔室為等距離的。
此處敘述一種用於半導體處理的前驅物饋送系統之實施例。前驅物饋送系統藉由改良氣化的前驅物材料的流動特徵，對處理腔室提供氣化的前驅物材料的改良的流體控制，其中前驅物材料藉由可為鈍氣的載氣承載。前驅物饋送系統亦在將前驅物傳送至處理腔室的導管中降低壓降的發生。降低壓降的發生亦降低來自氣體的能量減少，因此降低氣體在沿著流動路徑中凝結的傾向。
第1圖為根據一個實施例的前驅物饋送系統100的概要流程圖。前驅物饋送系統100包括前驅物氣化容器102及流體耦合至前驅物氣化容器102的載體氣源104。來自載體氣源104的載氣流動通過前驅物氣化容器102，幫助氣化保持在其中的前驅物。在一個實施例中，閥門136佈置於載體氣源104及前驅物氣化容器102之間，以控制載氣流動進入前驅物氣化容器102。前驅物可為液體或固體。前驅物氣化容器102配置成當來自載體氣源104的載氣流動通過此時，氣化前驅物。舉例而言，能量應用結構（未顯示）可佈置於前驅物氣化容器102之中或四周，例如內部熱交換器或外部熱護套。在另一範例中，載氣可以特定方式，在前驅物氣化容器102之中施加能量至前驅物。
載氣在前驅物氣化容器102之中與氣化的前驅物混合，且成為氣體混合物離開前驅物氣化容器102通過流出導管106。流出導管106與前驅物氣化容器102流體連通。推送氣源108透過推送氣體導管110與流出導管106流體連通。推送氣體導管110在前驅物氣化容器102下游的推送氣體混合點112處耦合至流出導管106。推送氣源108提供推送氣體至前驅物饋送系統100。推送氣體稀釋在氣體混合物中的前驅物氣體濃度。推送氣體亦在前驅物饋送系統100中增加氣體混合物的壓力。在一個實施例中，閥門134佈置於推送氣體導管110上，介於推送氣源108及流出導管106之間。閥門134控制推送氣體的流動，從推送氣源108進入前驅物饋送系統100。在推送氣體混合點112處注入推送氣體減輕或降低前驅物饋送系統100的導管之中材料的濃度。
氣體混合物在推送氣體混合點112處形成，而包括氣化的前驅物、載氣及推送氣體。氣體混合物流動朝向前驅物饋送系統100的分支點118（定位於推送氣體混合點112的下游）。分支點118佈置於推送氣體混合點112及背側壓力調節器114之間。推送氣體混合點112在前驅物氣化容器102的下游及分支點118的上游。
背側壓力調節器114透過導管144耦合至分支點118。背側壓力調節器114透過降低壓力導管126與容器116流體連通。背側壓力調節器114佈置於容器116及分支點118之間。處理饋送線120耦合至分支點118。在一個實施例中，容器116為用於並未流至處理饋送線120中的至少部分的氣體混合物的儲存容器。在其他實施例中，容器116為溢流容器、緩衝腔室、處理腔室、或洗滌器、或回收器。在一個實施例中，容器116並非流體或壓力相依的。
隨著氣體混合物從前驅物氣化容器102進入流出導管106，在前驅物饋送系統100中的壓力增加。當前驅物饋送系統100中的壓力增加至超過藉由背側壓力調節器114設定的壓力值時，並非在氣體混合物至處理腔室124的流動路徑中的背側壓力調節器114開啟，使得至少一部分的氣體混合物能夠流至容器116。當前驅物饋送系統100中的壓力降低至藉由背側壓力調節器114設定的壓力值時，背側壓力調節器114關閉，以維持前驅物饋送系統100中的壓力。背側壓力調節器114調節前驅物饋送系統100中氣體混合物的流動，以維持前驅物氣化容器102及前驅物饋送系統100中的壓力。維持前驅物饋送系統100中的壓力避免氣化的前驅物沿著氣體混合物的流動路徑凝結。
處理饋送線120可劃分成複數個分支導管138、140及142。諸如質量流量控制器的流體控制器122佈置於複數個分支導管138、140及142之各者上。各個流體控制器122控制對分別的處理腔室124的氣體混合物的流動。流體控制器122彼此平行地安排。在一個實施例中，流體控制器122之一或更多者與至少一個其他流體控制器122串聯。在此情況中，最靠近分支點118的流體控制器122控制氣體混合物的流動至下游的任何流體控制器122及處理腔室124。
處理腔室124透過相對應的處理腔室導管128、130及132與分別的流體控制器122流體連通。在一個實施例中，從分支點118至處理腔室124的氣體混合物的流動路徑為等距離的。在一個實施例中，從分支點118至處理腔室124的流動路徑為不同的。在一個範例中，複數個分支導管138、140、142的長度為相同的，而處理腔室導管128、130、132的長度為不同的。在另一範例中，處理腔室導管128、130、132的長度為相同的，而分支導管138、140、142的長度為不同的。流體控制器122及處理腔室124之各者在分支點118的下游。
控制器133耦合至前驅物饋送系統100。控制器133控制在前驅物氣化容器102中前驅物氣化的比率。儘管控制器133顯示為耦合至前驅物氣化容器102，應理解控制器133通常耦合至前驅物饋送系統100，且配置成控制閥門134、136、流體控制器122及背側壓力調節器114之各者的態樣，以控制通過其中的流體的流動。在一個實施例中，控制器133耦合至推送氣源108，以控制由此經過的推送氣體的流動。前驅物饋送系統100的其他態樣亦可藉由控制器133控制。
前驅物饋送系統100降低處理饋送線120及分支導管138、140及142中氣化的前驅物凝結的發生。舉例而言，可降低處理饋送線120及流體控制器122之間發生的凝結，或流體控制器122及相對應處理腔室124之間發生的凝結。背側壓力調節器114並非在前驅物氣體混合物從前驅物氣化容器102至處理腔室124的流動路徑中。亦即，前驅物氣體混合物從前驅物氣化容器102直接流至流體控制器122，且並未遭受通過背側壓力調節器114的壓降，除非背側壓力調節器114藉由控制器133的指示而為開啟的狀態。因此，氣體混合物的熱函不會驅動至立即的凝結點。
從前驅物氣化容器102至流體控制器122的前驅物饋送系統100在藉由背側壓力調節器114及推送氣源108設定的壓力下操作。此外，因為流體控制器122在前驅物氣化容器102及處理腔室124之間建立大部分的壓降（例如，當開啟以允許流動通過時），所以流體控制器122以更加可管理的壓降操作，而非嘗試使用非常小的壓降控制快速流動的氣體流。此舉使得流體控制器122能夠較簡單的調整及較佳的回應，而允許氣體混合物更均勻地流至處理腔室124。儘管第1圖中圖示的前驅物饋送系統100包括三個流體控制器122，應考量可具有其他閥門，例如截止閥，及在前驅物饋送系統100中的其他流體特徵。
儘管第1圖中圖示三個處理腔室124，例如一個、兩個或任何適合數量的任何數量的處理腔室124可耦合至前驅物饋送系統100。如圖示，單一前驅物氣化容器102可用以提供處理氣體至多重處理腔室124。以此方式，可移除與前驅物氣化容器102的操作相關聯的變數，例如熱輸入比率、壓力及溫度量測及控制、載氣流動控制、前驅物氣體濃度及類似者，因為前驅物饋送系統100的部件從前驅物氣化容器102至背側壓力調節器114為共同的。此外，前驅物饋送系統100與傳統饋送系統比較，降低空間的需求及成本，傳統饋送系統通常對半導體製作廠的各個分別的處理腔室具有專用的前驅物饋送硬體。此外或替代地，包括額外的前驅物氣化容器102及背側壓力調節器114的多重前驅物饋送系統100可耦合至處理腔室124，以提供對處理腔室124不同的前驅物混合。
在前驅物饋送系統100的操作期間，前驅物饋送系統100的一或更多閥門開啟及/或關閉以引導前驅物氣體在所欲的時間至預訂的處理腔室124。閥門的開啟及關閉導致前驅物饋送系統100的導管或管道之中的壓力及/或溫度改變。溫度或壓力的改變可導致導管或管道之中材料的非故意凝結。
為了減輕或避免非所欲的凝結，推送氣源108的閥門134可操作以維持前驅物饋送系統100的導管/管道之中所欲的壓力及/或溫度。溫度/壓力的維持減輕前驅物饋送系統100的導管/管道之中的凝結。如上所述，控制器133促進推送氣源108的閥門134的控制。
控制器133可基於來自感測器146的訊號操作推送氣源108的閥門，此等感測器146沿著前驅物饋送系統100的導管/管道佈置。範例感測器146可包括例如溫度及/或壓力感測器。回應於從感測器146接收的訊號，控制器133可操作前驅物饋送系統100的態樣，例如操作推送氣源108的閥門134及/或背側壓力調節器114，以減輕前驅物饋送系統100之中的凝結。在其他實施例中，諸如感測器146的感測器可佈置於整個前驅物饋送系統100的不同位置中。此外，儘管未顯示，應考量加熱元件可沿著前驅物饋送系統100的導管/管道佈置，以進一步促進壓力/溫度的調節。在此範例中，控制器133配置成控制加熱元件。
此處所述的前驅物饋送系統100可用以氣化在半導體處理中使用的許多前驅物材料。舉例而言，高階的矽烷類，例如乙矽烷、丙矽烷及其他矽烷低聚物可在前驅物饋送系統100中氣化。同樣地，可使用較高階的鍺烷及硼烷、可選的烷基化物。矽、鍺、碳、硼、磷及砷的混合的分子亦可在前驅物饋送系統100中氣化。諸如烷基胂及膦的其他前驅物，例如第三丁基胂（TBA）可在前驅物饋送系統100中氣化。諸如第III族材料的烷基的有機金屬前驅物，例如三甲基鋁、三甲基鎵及/或三甲基銦可在前驅物饋送系統100中氣化。以上所有的前驅物的混合可在此處所述的前驅物饋送系統100中使用。
儘管以上導向本揭露案的實施例，可衍生本揭露案的其他及進一步實施例而不會悖離本揭露案的基本範疇，且本揭露案的範疇藉由以下申請專利範圍決定。
100‧‧‧前驅物饋送系統
102‧‧‧前驅物氣化容器
104‧‧‧載體氣源
106‧‧‧流出導管
108‧‧‧推送氣源
110‧‧‧推送氣體導管
112‧‧‧推送氣體混合點
114‧‧‧背側壓力調節器
116‧‧‧容器
118‧‧‧分支點
120‧‧‧處理饋送線
122‧‧‧流體控制器
124‧‧‧處理腔室
126‧‧‧降低壓力導管
128‧‧‧處理腔室導管
130‧‧‧處理腔室導管
132‧‧‧處理腔室導管
133‧‧‧控制器
134‧‧‧閥門
136‧‧‧閥門
138‧‧‧分支導管
140‧‧‧分支導管
142‧‧‧分支導管
144‧‧‧導管
146‧‧‧感測器
本揭露案所載的特徵可以以上方式詳細理解，而本揭露案的更具體說明，如以上簡要概述，可參考實施例而獲得，某些實施例圖示於隨附圖式中。然而，應理解隨附圖式僅圖示本揭露案的通常實施例，且因此不應考慮為範疇的限制，因為本揭露案認可其他均等效果的實施例。
第1圖為根據一個實施例的前驅物饋送系統的概要流程圖。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記)
無
無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記)
無
無
Claims (20)
- 一種系統，包含： 一容器，用於氣化一前驅物；一流出導管，耦合至該容器；一背側壓力調節器，耦合至該流出導管，該背側壓力調節器在該容器的下游；一前驅物饋送線，流體耦合至該流出導管，在該容器及該背側壓力調節器之間；複數個流體控制器，耦合至該前驅物饋送線；及分別的處理腔室，相對於該前驅物饋送線耦合至該複數個流體控制器的各個流體控制器。
- 如請求項1所述之系統，進一步包含： 一控制器，耦合至且配置成控制通過該容器、該背側壓力調節器及該複數個流體控制器的各個流體控制器的流體的一流動。
- 如請求項1所述之系統，其中該等分別的處理腔室在該背側壓力調節器的下游。
- 如請求項1所述之系統，其中該複數個流體控制器的各個流體控制器彼此平行。
- 如請求項1所述之系統，進一步包含： 複數個處理腔室導管，該複數個處理腔室導管的各個處理腔室導管佈置於該複數個流體控制器之一分別的流體控制器及該分別的處理腔室之間。
- 如請求項5所述之系統，其中該複數個流體控制器的各個流體控制器沿著該複數個處理腔室導管與該分別的處理腔室等距離。
- 如請求項6所述之系統，其中該複數個流體控制器的各個流體控制器與在該前驅物饋送線上的一分支點流體連通，且在該複數個流體控制器的各個流體控制器及該分別的處理腔室之間的一距離為不同的。
- 一種系統，包含： 一容器，用於氣化一前驅物；一流出導管，具有一分支點，該流出導管耦合至該容器；一背側壓力調節器，耦合至該流出導管的該分支點，該背側壓力調節器在該容器的下游；一前驅物饋送線，流體耦合至該流出導管的該分支點，該分支點佈置於該容器的下游及該背側壓力調節器的上游；複數個分支導管，耦合至該前驅物饋送線；分別的流體控制器，耦合至該複數個分支導管的各個分支導管；及複數個處理腔室，該複數個處理腔室的各個處理腔室透過相對於該等分支導管的一處理腔室導管而耦合至該分別的流體控制器。
- 如請求項8所述之系統，進一步包含： 一控制器，耦合至且配置成控制通過該容器、該背側壓力調節器及該複數個流體控制器的各個流體控制器的流體的一流動。
- 如請求項8所述之系統，其中該分別的處理腔室在該等流體控制器的下游。
- 如請求項8所述之系統，其中該複數個流體控制器的各個流體控制器平行於該複數個流體控制器的其餘流體控制器。
- 如請求項8所述之系統，進一步包含： 複數個處理腔室導管，該複數個處理腔室導管的各個處理腔室導管佈置於該複數個流體控制器之一個流體控制器及該分別的處理腔室之間。
- 如請求項12所述之系統，其中該複數個流體控制器的各個流體控制器沿著該複數個處理腔室導管與該分別的處理腔室等距離。
- 如請求項13所述之系統，其中該複數個流體控制器的各個流體控制器與該分支點流體連通，且在該複數個流體控制器的各個流體控制器及該分別的處理腔室之間的一距離為不同的。
- 一種系統，包含： 一容器，用於氣化一前驅物；一流出導管，具有一分支點，該流出導管耦合至該容器；一推送氣體導管，耦合至該流出導管；一背側壓力調節器，耦合至該流出導管，該背側壓力調節器在該容器的下游；一前驅物饋送線，流體耦合至該流出導管，在該容器及該背側壓力調節器之間；複數個流體控制器，耦合至該前驅物饋送線；及分別的處理腔室，相對於該前驅物饋送線耦合至該複數個流體控制器的各個流體控制器，該氣化的前驅物的一流動路徑從該容器至該分別的處理腔室的各個處理腔室為等距離的。
- 如請求項15所述之系統，進一步包含： 一降低壓力導管，相對於該流出導管耦合至該背側壓力調節器；及一集裝器（container），耦合至該降低壓力導管。
- 如請求項15所述之系統，其中該背側壓力調節器配置成維持該容器及該流出導管中的一壓力。
- 如請求項15所述之系統，進一步包含： 一控制器，耦合至且配置成控制通過該容器、該背側壓力調節器及該複數個流體控制器的各個流體控制器的流體的一流動。
- 如請求項15所述之系統，其中該複數個流體控制器的各個流體控制器平行於該複數個流體控制器的其他流體控制器。
- 如請求項15所述之系統，其中該推送氣體導管耦合至該流出導管，在該容器的下游且在該分支點的上游，該複數個流體控制器在該分支點的下游，且該等處理腔室在該等流體控制器的下游。
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