TW202431494A - 用於形成半導體裝置的前驅體輸送系統 - Google Patents

Abstract

本文描述了前驅體輸送系統的實施例。前驅體輸送系統包括貯槽，該貯槽具有圓柱形主體、在圓柱形主體的第一端上的圓錐形入口及在圓柱形主體的第二端上的圓錐形出口。圓錐形入口及圓錐形出口的每一者獨立地具有在從5度至45度的範圍中的角度。與不具有圓錐形入口及/或圓錐形出口的貯槽相比，用於淨化本文描述的貯槽的時間量減少了至少50%。額外實施例係關於用於從貯槽移除顆粒的方法。與不具有圓錐形入口及/或圓錐形出口的貯槽相比，增加數量的顆粒被從本文描述的貯槽移除。

Description

用於形成半導體裝置的前驅體輸送系統

本申請案主張於2023年1月23日提交的印度申請案第202341004384號的優先權，此申請案的全部揭示內容據此以引用方式併入本文。

本揭露案的實施例大體而言係關於前驅體輸送系統。特定而言，本揭露案的實施例係關於用於半導體裝置形成製程的前驅體輸送系統。

有效的沉積製程需要在相對較短的時間段內將化學前驅體輸送到處理腔室中。隨著半導體裝置的需要變得越來越小，此等半導體裝置的表面積增加。

貯槽係用於儲存化學前驅體並且以預定的（有時係連續的）速率將化學前驅體輸送到處理腔室的部件。目前的輸送系統經常無法隨著時間的推移輸送一致的前驅體濃度。在一些情況下，所輸送的脈衝在脈衝開始時的濃度高於脈衝結束時的濃度。在一些情況下，前驅體的濃度在製程開始時高於製程結束時。此等變化可能導致不規則沉積及裝置故障。另外，一些目前的輸送系統經常輸送含有固體前驅體顆粒的前驅體脈衝。

在處理腔室的週期性維護及/或維修期間，貯槽可暴露於濕氣。濕氣可與來自貯槽的殘留氣體反應，從而導致顆粒的存在。在半導體晶圓處理之前，顆粒必須藉由淨化移除。需要淨化此等顆粒以減少將在處理腔室中定位的半導體晶圓上的缺陷。顆粒通常藉由流動淨化氣體（諸如氬氣(Ar)）來從處理腔室中移除（淨化）。在目前具有管狀貯槽的前驅體輸送系統中，淨化製程持續約16小時至約24小時的範圍內以提供實質上不含顆粒的貯槽。由此，需要大量的淨化氣體來使用目前的前驅體輸送系統以完成淨化製程。

目前的貯槽設計具有平坦的頂表面及底表面以及平坦的入口及出口。形成拐角的平坦表面的存在在貯槽的入口及出口處產生死體積。歸因於貯槽的不可存取的表面積部分（例如，平坦表面及拐角）的存在以及淨化氣體的不規則流動路徑（例如，非層流），處理腔室部件的週期性維護及/或維修經常係低效的。

由此，需要改進的前驅體輸送系統，該等改進的前驅體輸送系統提供一致的、高濃度的前驅體脈衝並且減少淨化貯槽的時間量。

本揭露案的一或多個實施例係關於前驅體輸送系統，該前驅體輸送系統包括具有圓柱形主體的貯槽、在圓柱形主體的第一端上的圓錐形入口、及在圓柱形主體的第二端上的圓錐形出口，圓錐形入口及圓錐形出口的每一者獨立地具有在從5度至45度的範圍中的角度。

本揭露案的額外實施例係關於前驅體輸送系統，該前驅體輸送系統包括貯槽及控制器。貯槽具有圓柱形主體、在圓柱形主體的第一端上的圓錐形入口、及在圓柱形主體的第二端上的圓錐形出口。圓錐形入口及圓錐形出口中的每一者獨立地具有在從5度至45度的範圍中的角度。圓錐形入口具有連接到入口管線的入口閥，並且圓錐形出口具有連接到出口管線的出口閥。控制器連接到入口閥及出口閥中的每一者，該控制器被配置為關閉出口閥以加壓貯槽並且打開出口閥以提供淨化氣體從貯槽穿過圓錐形出口的均勻流動。

本揭露案的另外實施例係關於一種從貯槽移除顆粒的方法。該方法包括：提供貯槽，該貯槽具有圓柱形主體、在圓柱形主體的第一端上的圓錐形入口及在圓柱形主體的第二端上的圓錐形出口。圓錐形入口及圓錐形出口中的每一者獨立地具有在從5度至45度的範圍中的角度。圓錐形入口具有連接到入口管線的入口閥，並且圓錐形出口具有連接到出口管線的出口閥。入口管線及出口管線與貯槽流體連通。該方法進一步包括使用控制器連續地提供淨化氣體穿過出口管線的流動以從貯槽移除顆粒。

在描述本揭露案的若干示例性實施例之前，將理解，本揭露案不限於在以下描述中闡述的構造或製程步驟的細節。本揭露案能夠具有其他實施例並且以各種方式實踐或進行。

如在本說明書及隨附申請專利範圍中使用，術語「基板」指表面、或表面的一部分，其上製程起作用。如亦將由本領域技藝人士所理解，除非上下文另外明確地指出，否則提及基板亦可以指基板的僅一部分。此外，提及在基板上沉積可以意味著裸基板及其上沉積或形成有一或多個膜或特徵的基板。

如本文所使用的「基板」指在製造製程期間於其上執行膜處理的任何基板或在基板上形成的材料表面。例如，取決於應用，其上可以執行處理的基板表面包括材料，諸如矽、氧化矽、應變矽、絕緣體上矽(silicon on insulator; SOI)、碳摻雜的氧化矽、非晶矽、摻雜矽、鍺、砷化鎵、玻璃、藍寶石、及任何其他材料，諸如金屬、金屬氮化物、金屬合金、及其他導電材料。基板包括但不限於半導體晶圓。基板可暴露至預處理製程以拋光、蝕刻、還原、氧化、羥基化、退火、UV固化、電子束固化及/或烘焙基板表面。除了直接在基板本身的表面上的膜處理之外，在本揭露案中，如下文更詳細揭示，所揭示的任何膜處理步驟亦可在基板上形成的底層上執行，並且術語「基板表面」意欲包括如上下文指出的此種底層。因此，例如，在膜/層或部分膜/層已經沉積到基板表面上的情況下，新沉積的膜/層的暴露表面變為基板表面。

本揭露案的實施例係關於用於在沉積製程（例如，原子層沉積(atomic layer deposition; ALD)製程）期間輸送前驅體的設備及方法。相對於目前的管狀前驅體輸送系統，本揭露案的一些實施例有利地提供在更短的時間段內輸送更高的前驅體濃度。本揭露案的一些實施例有利地提供了能夠將高劑量的化學物質爆發到處理腔室中的設備及方法。高爆發輸送製程可用於在高表面積結構化晶圓上的沉積。

一些實施例有利地提供對在沉積製程期間輸送到處理腔室的前驅體的量的更大控制。本揭露案的一些實施例有利地提供在半導體基板處理方法期間隨時間推移輸送更一致的前驅體濃度。

本揭露案的實施例提供了改進的貯槽設計。本揭露案的實施例有利地提供將連續的化學前驅體流提供到處理腔室中的貯槽。本揭露案的貯槽可用作任何已知沉積技術的部分。在一些實施例中，貯槽用於原子層沉積(ALD)製程、化學氣相沉積(chemical vapor deposition; CVD)製程、脈衝CVD製程、電漿增強的原子層(plasma-enhanced atomic layer; PEALD)製程、及/或電漿增強的化學氣相沉積(plasma-enhanced chemical vapor deposition; PECVD)製程。

本揭露案的一些實施例有利地提供在所得膜中具有較少固體顆粒及較低顆粒夾帶位準的前驅體的輸送。一些實施例有利地提供貯槽，其被配置為減少淨化貯槽的時間量並且從貯槽移除增加數量的顆粒。

本揭露案的實施例提供了滿足用於一般維修的無縫及焊接奧氏體不銹鋼管的標準規範的貯槽，如ASTM A269中所揭示的。

如在本說明書及隨附申請專利範圍中使用，術語「前驅體」、「反應物」、「反應性氣體」及類似者可互換使用以指可以與基板表面反應的任何氣體物種。

如本文所使用的「原子層沉積」或「循環沉積」指相繼暴露兩種或多種反應性化合物以在基板表面上沉積材料層。基板、或基板的部分單獨地暴露至兩種或多種反應性化合物，該等反應性化合物被引入處理腔室的反應區中。在時域ALD製程中，暴露於每種反應性化合物藉由時間延遲分離以允許每種化合物黏附在基板表面上及/或在基板表面上反應並且隨後從處理腔室淨化。認為此等反應性化合物相繼暴露於基板。在空間ALD製程中，基板表面的不同部分同時暴露於兩種或多種反應性化合物，使得在基板上的給定點不同時暴露於多於一種反應性化合物。如在本說明書及隨附申請專利範圍中使用，如將由本領域技藝人士理解，在此方面使用的術語「實質上」意指存在小部分基板可歸因於擴散而同時暴露於多種反應性氣體的可能性，並且不意欲同時暴露。

在時域ALD製程的一個態樣中，將第一反應性氣體（亦即，第一前驅體或化合物A）脈衝到反應區中，接著第一時間延遲。接下來，將第二反應性氣體（亦即，第二前驅體或化合物B）脈衝到反應區中，接著第二延遲。在每個時間延遲期間，將淨化氣體（諸如氬或氦）引入處理腔室中以淨化反應區或以其他方式從反應區移除任何殘留的反應性化合物或反應副產物。替代地，淨化氣體可在整個沉積製程中連續流動，使得僅淨化氣體在反應性化合物的脈衝之間的時間延遲期間流動。交替脈衝反應性氣體，直到在基板表面上形成期望的膜或膜厚度。在任一情況下，脈衝化合物A、淨化氣體、化合物B及淨化氣體的ALD製程被稱為循環。循環可以開始於化合物A或化合物B，並且繼續相應次序的循環，直到獲得具有預定厚度的膜。

如本文所使用的「脈衝」或「供給」意欲指間歇地或不連續地引入處理腔室中的源氣體的數量。取決於脈衝的持續時間，在每次脈衝中特定化合物的數量可隨時間的推移變化。特定處理氣體可包括單個化合物或兩種或多種化合物的混合物/組合。

針對每次脈衝/供給的持續時間係可變的，並且可經調節以適應例如處理腔室的體積容量以及耦合到該處理腔室的真空系統的容量。此外，處理氣體的供給時間可根據處理氣體的流動速率、處理氣體的溫度、控制閥的類型、所採用的處理腔室的類型、以及處理氣體的成分吸附到基板表面上的能力來變化。供給時間亦可基於所形成的層類型以及所形成的裝置的幾何形狀變化。供給時間應當足夠長以提供足夠吸附/化學吸附到實質上基板的整個表面上並且在其上形成處理氣體成分層的化合物的體積。

在一些實施例中，反應物包含惰性氣體、稀釋劑及/或載氣。惰性氣體、稀釋劑及/或載氣可與反應性物質混合並且可以係脈衝的或具有恆定的流量。在一些實施例中，以在約1至約20000 sccm的範圍中的恆定流量將載氣流動到處理腔室中。載氣可係不干擾膜沉積的任何氣體。例如，載氣可包含氬氣、氦氣、氮氣、氖氣、或類似者中的一或多種、或其組合。在一或多個實施例中，載氣在流動到貯槽中之前與反應性物質混合。

參見第1圖及第2圖，本揭露案的一些實施例涉及前驅體輸送系統100。前驅體輸送系統100包含具有圓柱形主體的貯槽110，其中在圓柱形主體的第一端上具有圓錐形入口112並且在圓柱形主體的第二端上具有圓錐形出口114。在一或多個非限制性實施例中，圓錐形入口112係在圓柱形主體的第二端上，並且圓錐形出口114係在圓柱形主體的第一端上。

在處理腔室的週期性維護及/或維修期間，貯槽可暴露於濕氣。濕氣可與來自貯槽的殘留氣體反應，從而導致顆粒的存在。在半導體晶圓處理之前，顆粒必須藉由淨化移除。需要淨化此等顆粒以減少將在處理腔室中定位的半導體晶圓上的缺陷。顆粒通常藉由流動淨化氣體（諸如氬氣(Ar)）來從處理腔室中移除（淨化）。在目前具有管狀貯槽的前驅體輸送系統中，淨化製程持續約16小時至約24小時的範圍內以提供實質上不含顆粒的貯槽。由此，需要大量的淨化氣體來使用目前的前驅體輸送系統來完成淨化製程。

在一或多個實施例中，圓錐形入口112及圓錐形出口114的每一者獨立地具有在從5度至45度的範圍中的角度。已經有利地發現，在從5度至45度的範圍中的角度有助於沖洗顆粒，並且增加氣流（諸如淨化氣流）進入及離開貯槽110的層流性及速度。

貯槽110可以由技藝人士已知的任何適宜材料製成。本揭露案的實施例提供了滿足用於一般維修的無縫及焊接奧氏體不銹鋼管的標準規範的貯槽110，如其全部內容藉由引用方式併入本文中的ASTM A269中所揭示的。

不受理論的束縛，認為小於5度的角度不會改進流入及流出貯槽110的氣流的層流性。亦認為大於45度的角度（諸如50度的角度）需要特殊的工具來製造具有此種角度的入口及/或出口部件。認為用於製造具有大於45度的角度的入口及/或出口部件的工具包括但不限於用於製造具有容差的角度的片狀金屬晶粒切割機、彎曲設備、用於焊接的裝備、表面刨平設備（特別地用於圓錐形的頂部及底部處的表面）、及內表面精整工具，所有此等對於技藝人士而言係已知的。

不受理論的束縛，認為在從5度至45度的範圍內（諸如在從30度至45度的範圍中）的較大角度增加了氣流的速度。在一些實施例中，圓錐形入口112及圓錐形出口114的每一者獨立地具有15度的角度或20度的角度。

形成拐角的平坦表面的存在在目前貯槽的入口及出口產生死體積。歸因於貯槽的不可接近的表面積部分（例如，平坦表面及拐角）的存在以及淨化氣體的不規則流動路徑（例如，非層流），處理腔室部件的週期性維護及/或維修經常係低效的。使用目前具有平坦頂表面及底表面的貯槽的前驅體輸送容易受到貯槽內的渦流的影響。認為貯槽內的頂點數量的增加導致表面上形成的顆粒量增加，並且頂點的存在使得從表面移除顆粒更加困難。此外，認為隨著每個頂點的密度增加，形成的顆粒量增加。有利地，已經觀察到，與不具有圓錐形入口及/或圓錐形出口的貯槽相比，具有圓錐形入口112及圓錐形出口112的貯槽110具有更少的頂點（並且因此顆粒量減少）。在一些實施例中，具有圓錐形入口112及圓錐形出口114的貯槽110不具有頂點。

已經觀察到，與不具有圓錐形入口及/或圓錐形出口的貯槽相比，用於淨化貯槽（例如，貯槽110）的時間量減少了至少50%。本揭露案的貯槽設計（諸如貯槽110）有利地將淨化時間減少到約4小時至約8小時，以提供實質上不含顆粒的貯槽。有利地，淨化時間的減少實現更快的處理腔室啟動時間並且減少淨化顆粒所需的淨化氣體（諸如氬氣(Ar)）的量。

第3圖圖示了前驅體輸送系統200的示意圖。在一或多個實施例中，前驅體輸送系統200包括前驅體輸送系統100。在第3圖中，前驅體輸送系統100連接到入口管線120及出口管線130。在一些實施例中，諸如在第1圖至第4圖中，在圓錐形入口112上存在入口閥125並且在圓錐形出口114上存在出口閥135。入口閥125連接到入口管線120並且出口閥135連接到出口管線130。

貯槽110可具有任何適宜的尺寸。貯槽110的尺寸可以本領域技藝人士設想的任何方式修改，只要圓錐形入口112及圓錐形出口114的每一者獨立地具有在從5度至45度的範圍中的角度。在一或多個實施例中，圓柱形主體具有約6吋的高度。在一或多個實施例中，圓柱形主體具有約3吋的內徑。在一或多個實施例中，當圓柱形主體具有約3吋的內徑時，圓柱形主體具有約1公升(L)的體積。

在一或多個實施例中，當包括第一端上的圓錐形入口112及第二端上的圓錐形出口114時，貯槽110具有約13吋的高度。在一或多個實施例中，當包括圓錐形入口112上的入口閥125及圓錐形出口上的出口閥135時，貯槽110具有約15吋的高度。

再次參見第3圖，前驅體輸送系統200包括連接到入口管線120及出口管線130的前驅體輸送系統100以及連接到入口閥125及出口閥135的每一者的控制器150。

在一些實施例中，控制器150被配置為關閉出口閥135以加壓貯槽110並且打開出口閥135以提供淨化氣體從貯槽110穿過圓錐形出口114、穿過出口管線130到下游部件（例如，處理腔室180）的均勻流動。

在一些實施例中，包含前驅體的載氣穿過入口管線120輸送到貯槽110。在一些實施例中，當出口閥135關閉到預定壓力時，包含前驅體的載氣加壓貯槽110。

在一些實施例中，控制器150連接到入口閥125並且被配置為打開及關閉入口閥125以將貯槽110充注到預定壓力。儘管未圖示，控制器150可以使用技藝人士已知的連接類型連接到部件的任一者。

在一些實施例中，打開入口閥125以將貯槽110充注到預定壓力。貯槽110中的壓力可以使用技藝人士已知的任何壓力量測裝置（例如，壓力計115）來量測。貯槽110中的壓力可以變化並且可基於所使用的特定前驅體來最佳化。

在一些實施例中，一旦貯槽110達到預定壓力，關閉入口閥125。壓力計115、或其他壓力量測裝置可以位於貯槽110的內部體積內，如圖中圖示，或可以沿著入口管線120或出口管線130定位。在一些實施例中，一或多個壓力量測裝置（諸如壓力計115）位於入口管線120、出口管線130或貯槽110的一或多者中。

在一些實施例中，只要出口閥135打開，入口閥125就關閉。在一些實施例中，只要出口閥135關閉，入口閥125就打開。不受理論的束縛，據信僅允許入口閥125及出口閥135中的一者在任何給定時間打開防止固體前驅體顆粒直接從前驅體安瓿流動到處理腔室中。在一些實施例中，控制器150被配置為關閉打開的入口閥125或打開的出口閥135，之後打開入口閥125及出口閥135中的另一者。

在一些實施例中，出口閥135係快速脈衝閥（亦稱為快速切換閥或高速閥）並且孔口132位於貯槽110與出口閥135之間。在一些實施例中，快速脈衝閥被配置為在50毫秒內打開及/或關閉。在一些實施例中，快速脈衝閥被配置為在40毫秒、30毫秒、20毫秒或10毫秒內打開及/或關閉。在一些實施例中，快速脈衝閥係完全打開或完全關閉的閥。在一些實施例中，快速脈衝閥係可變開度閥，該閥可以允許調變穿過閥的流動輪廓。在一些原子層沉積(ALD)製程實施例中，出口閥135係用於控制氣體到腔室的輸送的快速切換閥，並且入口閥125係技藝人士熟悉的可以在ALD循環的時間尺度上操作的任何閥。

孔口132可以係限制穿過出口管線130的流動的任何適宜的孔口。孔口大小取決於例如穿過貯槽110及孔口132流動的特定氣體、貯槽的操作壓力及/或穿過孔口132的氣體的流動速率。一些實施例的孔口132係具有穿過其延伸的精確孔徑的盤狀部件。在一些實施例中，孔口132具有在約100 μm至約1500 μm範圍中的大小。

在一些實施例中，控制器150被配置為將貯槽110加壓到足以提供來自貯槽110的氣體的均勻流動的壓力，而不使貯槽壓力降低超過25%、超過20%、超過15%、超過10%、超過5%、超過2%、或超過1%。在一些實施例中，貯槽壓力足以使得在沉積製程的過程中提供來自貯槽的氣體的均勻流動。在一些實施例中，貯槽壓力足以使得在前驅體輸送脈衝的長度上提供來自貯槽110的氣體的均勻流動。

不受理論的束縛，據信若貯槽110維持在高壓下，則當出口閥135打開時提供的氣體流動將係均勻的。如在此方面所使用的，「均勻氣體流動」具有從脈衝開始到脈衝結束變化小於或等於約5%、小於或等於約2%、小於或等於約1%、或小於或等於約0.5%的流動速率。

控制器150可連接到出口閥135、入口閥125、及/或加熱器160中的一或多者。在一些實施例中，存在連接到獨立零件的多於一個的控制器150，並且主控制處理器耦合到單獨處理器的每一者以控制前驅體輸送系統100。控制器150可係任何形式的通用電腦處理器、微控制器、微處理器等等中的一個，該控制器可以在工業設置中用於控制各個腔室及子處理器。

一些實施例的控制器150包括處理器152、耦合到處理器152的記憶體154、耦合到處理器152的輸入/輸出裝置156、以及支援電路158以在不同電子部件及實體部件之間進行通訊。記憶體154可以包括暫時性記憶體（例如，隨機存取記憶體）及非暫時性記憶體（例如，儲存器）中的一或多個。

處理器的記憶體154或電腦可讀取媒體可係容易獲得的記憶體中的一或多個，諸如隨機存取記憶體(random access memory; RAM)、唯讀記憶體(read-only memory; ROM)、軟碟、硬碟、或任何其他形式的數位儲存器（局部或遠端）。記憶體154可以保存指令集，該指令集可藉由處理器152操作以控制前驅體輸送系統200、250的參數及部件。支援電路158耦合到處理器152，用於以習知方式支援處理器。例如，電路可包括快取記憶體、電源供應器、時鐘電路、輸入/輸出電路、子系統、及類似者。

製程可通常在記憶體中儲存為軟體常式，當由處理器執行時，該軟體常式導致處理腔室執行本揭露案的製程。軟體常式亦可由第二處理器（未圖示）儲存及/或執行，該第二處理器位於由處理器控制的硬體遠端。本揭露案的一些或所有方法亦可在硬體中執行。因此，製程可在軟體中實施並且在硬體中使用電腦系統執行，作為例如特殊應用積體電路或其他類型的硬體實施方式，或作為軟體及硬體的組合。當由處理器執行時，軟體常式將通用電腦轉換為專用電腦（控制器），該專用電腦控制前驅體輸送系統的操作，使得製程得以執行。

在一些實施例中，控制器150具有用於執行獨立製程或子製程的一或多種配置來執行使用本文描述的前驅體輸送系統200、250輸送化學前驅體。控制器150可以連接到中間部件並且被配置為操作中間部件以執行方法的功能。例如，控制器150可以連接到氣體閥、致動器、馬達、加熱器等中的一或多個並且被配置為控制氣體閥、致動器、馬達、加熱器等中的一或多個。

一些實施例的控制器150具有選自下列的一或多種配置：用於打開出口閥的配置；用於關閉出口閥的配置；用於打開入口閥的配置；用於關閉入口閥的配置；以及用於控制加熱器160的配置。

在一些實施例中，控制器150連接到加熱器160以將貯槽110維持在預定溫度。在一些實施例中，預定溫度足夠高以防止前驅體凝結。

在一些實施例中，前驅體輸送系統200包含與入口管線120流體連通的前驅體源170。前驅體源170可包括技藝人士已知的任何適宜的前驅體。在一些實施例中，前驅體源170包括非晶矽(a-Si)前驅體。在一些實施例中，前驅體源170包括鋁(Al)前驅體。前驅體源170可包括但不限於過渡金屬前驅體。在一些實施例中，前驅體源170可包括鈦(Ti)前驅體、鎢(W)前驅體、及/或鉭(Ta)前驅體。在一或多個實施例中，鎢(W)前驅體包括但不限於五氯化鎢(WCl ₅)。在一或多個實施例中，前驅體源包括含氮前驅體，包括但不限於氮(N ₂)氣、氨(NH ₃)氣、二氮烯(N ₂H ₂)、或肼(N ₂H ₄)。在一或多個實施例中，前驅體源包括氬(Ar)氣。

淨化時間取決於所使用的具體前驅體。認為與其他前驅體相比，氨(NH ₃)氣例如具有黏性，並且在貯槽的表面上形成更多顆粒。因此，例如，淨化貯槽（例如，貯槽110）中的氨(NH ₃)氣的時間量可能比不那麼黏性的不同前驅體更長。有利地，已經觀察到，與不具有圓錐形入口及/或圓錐形出口的貯槽相比，淨化貯槽（例如，貯槽110）的時間量減少了至少50%，諸如60%或70%。淨化時間的減少有利地實現更快的處理腔室啟動時間並且減少淨化顆粒所需的淨化氣體（諸如氬氣(Ar)）的量。

在一些實施例中，將前驅體源170維持在低於貯槽110的預定溫度的溫度下。在一些實施例中，前驅體源170的溫度足夠高以在前驅體源170內提供前驅體的蒸氣壓。在一些實施例中，貯槽110的預定溫度足夠高以防止貯槽110內的前驅體凝結。

在一些實施例中，前驅體源的溫度至少在三個位置處控制。在一些實施例中，前驅體源170（例如，安瓿）的底部維持在第一溫度下，前驅體源170的頂部維持在高於第一溫度的第二溫度下，並且貯槽110以及入口管線120及出口管線130的部分維持在高於第一溫度及第二溫度的第三溫度下。不受任何特定操作理論的束縛，據信使前驅體源170的頂部處於比前驅體源的底部更高的溫度下防止氣相前驅體凝結或再沉積成液體或固體前驅體。此外，據信維持第三溫度高於第二溫度將進一步降低入口管線120、貯槽110或出口管線130內凝結或沉積的可能性。在一些實施例中，在第二溫度與第一溫度之間、及/或在第三溫度與第二溫度之間的溫度梯度足以確保除了在前驅體源的底部之外存在可忽略量的凝結相前驅體或沒有凝結相前驅體的累積。在一些實施例中，第二溫度為比第一溫度高至少約1℃、2℃、3℃、 4℃、5℃、6℃、7℃、8℃、 9℃、10℃、11℃、12℃、13℃、14℃、15℃、16℃、17℃、18℃、19℃、或20℃。在一些實施例中，第三溫度為比第二溫度高至少約1℃、2℃、3℃、 4℃、5℃、6℃、7℃、8℃、 9℃、10℃、11℃、12℃、13℃、14℃、15℃、16℃、17℃、18℃、19℃、或20℃。在一些實施例中，加熱器如何建造及安裝的限制增加了溫度設定點差異，以確保在差異內存在足夠的溫度梯度。在一些實施例中，鄰近前驅體源170的頂部的加熱器的溫度設定點（主要控制第二溫度）在比鄰近前驅體源的底部的加熱器（主要控制第一溫度）高約5℃至約15℃的範圍中。在一些實施例中，加熱器的設定點取決於化學物質在前驅體源中的凝結相中所佔據的體積。

在一些實施例中，前驅體源170包含設施氣體管線或前驅體安瓿中的一或多個。在一些實施例中，設施氣體管線提供前驅體而無需載氣。在一些實施例中，前驅體安瓿藉由加熱前驅體以在前驅體安瓿內提供蒸發的前驅體來提供在室溫下為固體或液體的前驅體。蒸發的前驅體藉由載氣攜帶到貯槽中。參見第3圖，前驅體源170的一些實施例包括具有源入口閥178的源入口管線177。一些實施例的源入口管線177用於使載氣流動到前驅體源170中。一些實施例的源入口閥178允許隔離前驅體源170以防止氣體穿過源入口管線177進入或離開前驅體源170。

在一些實施例中，前驅體輸送系統200包含與出口管線130流體連通的處理腔室180。在一些實施例中，控制器150被配置為打開出口閥135，以提供氣體從貯槽110到處理腔室180的均勻流動。

在具體實施例中，前驅體輸送系統200係用於在半導體基板表面上沉積膜的原子層沉積(ALD)製程、化學氣相沉積(CVD)製程、脈衝CVD製程、電漿增強的原子層(PEALD)製程、及/或電漿增強的化學氣相沉積(PECVD)製程的部分。

在一些實施例中，前驅體輸送系統200包含與入口管線120流體連通的前驅體源170。前驅體源170可包括技藝人士已知的任何適宜的前驅體。前驅體源170可包括但不限於過渡金屬前驅體。在一些實施例中，前驅體源170可包括鈦前驅體、鎢前驅體、及/或鉭前驅體。

在一些實施例中，沉積膜包含原子層沉積(ALD)，該原子層沉積包括將半導體基板表面暴露於第一前驅體、淨化氣體、第二前驅體、及淨化氣體的一或多個循環。在一些實施例中，沉積膜包含空間ALD製程，其中第一反應性氣體及第二反應性氣體同時輸送到反應區，但藉由惰性氣體遮幕及/或真空遮幕分離。在一些實施例中，沉積膜包含共同流動一或多種前驅體。在一些實施例中，沉積膜包含化學氣相沉積(CVD)。在一些實施例中，沉積膜包含脈衝化學氣相沉積(pCVD)，其中將前驅體中的一者或兩者脈衝輸送到腔室中。

在一些實施例中，前驅體輸送系統200係原子層沉積(ALD)製程的部分，用於沉積包含氮化鈦(TiN)、氮化鈦矽(TiSiN)、氮化鉭(TaN)、鈦鋁(TiAl)、非晶矽及氮化鈦(TiN)的合金、以及其任何合金及/或組合的膜。

參見第4圖，在一些實施例中，前驅體輸送系統200包含複數個入口管線120a、120b、120c、120d，每個入口管線120a、120b、120c、120d具有入口閥125a、125b、125c、125d。在第4圖中圖示的的實施例允許貯槽110充注有一種或多於一種不同的前驅體。每個前驅體源170a、170b、170c、170d具有相同的前驅體或不同的前驅體。例如，每個前驅體源170a、170b、170c、170d可以具有穿過入口管線120流動到相同貯槽110中的相同前驅體。在一些實施例中，貯槽可充注有來自若干前驅體源170a、170b、170c、170d的前驅體。不受理論的束縛，據信多個前驅體源的使用允許貯槽110內更大濃度的前驅體。期望此對於具有低蒸氣壓的前驅體而言特別明顯。

一些實施例的前驅體源170a、170b、170c、170d穿過連接到入口管線120的入口歧管129連接到貯槽110，如第4圖所示。在一些實施例中，前驅體源170a、170b、170c、170d的每一者穿過分離的入口管線（未圖示）連接到貯槽並且與貯槽流體連通。入口管線120可以包括入口歧管閥111以將入口歧管129與貯槽110的內部隔離。一些實施例的入口閥125a、125b、125c、125d經獨立控制以將獨立的前驅體源連接到入口歧管129。例如，此佈置可以允許在不停止沉積製程的情況下替換前驅體源中的一者。一些實施例的控制器150被配置為調節到獨立前驅體源的入口閥125a、125b、125c、125d的壓力、流動速率及/或打開/關閉時間，以補償連接到入口歧管129的前驅體源的數量的改變。

在所圖示的實施例中，出口閥在前驅體源與歧管之間定位並且經獨立（或一起）控制以對貯槽110進行充注。技藝人士將認識到，入口閥125可以位於入口歧管129與貯槽110之間，使得入口閥125a、125b、125c、125d及入口閥125的功能及控制相反。例如，所圖示的入口閥可用於將前驅體源連接到入口歧管129，並且入口閥125充當控制閥以對貯槽110進行充注。

在一些實施例中，前驅體源170a、170b、170c、170d的每一者連接到載氣源。在所圖示的實施例中，每個前驅體源170a、170b、170c、170d穿過載體歧管179連接到相同的載氣源，並且穿過載體入口閥178a、178b、178c、178d連接到載體入口管線177a、177b、177c、177d。此允許單個載氣源（例如，室內氣體管線）同時向所有前驅體源170a、170b、170c、170d提供載氣，同時允許獨立控制穿過前驅體源的每一者的氣體流動。在一些實施例中，前驅體源170a、170b、170c、170d的每一者連接到分離的載氣源並且可以獨立地控制。

在一些實施例中，前驅體輸送系統200包含複數個出口管線130a、130b、130c、130d，該等出口管線穿過出口歧管139連接到出口管線130並且與該出口管線流體連通。如所圖示，一些實施例的出口管線130a、130b、130c、130d的每一者具有出口閥135a、135b、135c、135d。一些實施例的出口管線130a、130b、130c、130d中的每一者連接到一或多個處理腔室180a、180b、180c、180d。換言之，在一些實施例中，貯槽110可流體連接到多個處理腔室180a、180b、180c、180d。在一些實施例中，如第4圖所示，每個出口管線130a、130b、130c、130d包括孔口132a、132b、132c、132d，如關於第3圖所描述的。不受理論的束縛，據信充注的貯槽110可以藉由向多個處理腔室180a、180b、180c、180d提供前驅體來允許更大的處理量。

在一些實施例中，將貯槽110加壓到大於或等於處理腔室180的壓力的預定壓力。在一些實施例中，貯槽110的壓力為處理腔室180的壓力的約2倍、約3倍、約4倍、約5倍、約10倍、約15倍、約20倍、約25倍、約30倍、約40倍。倍、約50倍、約100倍、約125倍、約150倍、約175倍、約200倍、約250倍、約300倍、約400倍、約500倍、約750倍或約1000倍。在一些實施例中，貯槽與處理腔室中的處理空腔的壓力比取決於在貯槽110與處理腔室180中的處理空腔之間的體積比以及處理流動速率。在一些實施例中，貯槽110的壓力維持在處理腔室壓力的約50倍至約1000倍的範圍中，或在約75倍至約500倍的範圍中，或在約100倍至約200倍的範圍中。

貯槽110的體積可以係小於、等於或大於處理腔室180中的處理空腔的體積的任何適宜的體積。在一些實施例中，貯槽110具有比處理空腔更小的體積。在一些實施例中，貯槽110具有與處理空腔的體積約相同的體積(±10%)。在一些實施例中，貯槽110的體積大於處理腔室180的體積。例如，在以高流量的載氣/淨化氣體輸送小濃度前驅體的製程中，貯槽體積大於處理空腔體積。在一些實施例中，貯槽110的體積為處理腔室180的體積的約1.2倍、約1.5倍、約1.75倍、約2倍、約3倍、約4倍、約5倍、約7倍、約10倍、約15倍、或約20倍。在一些實施例中，貯槽體積足以使得每個脈衝係腔室中的處理空腔體積的小分數。

在一些實施例中，當氣流進入入口閥125並且離開出口閥135時，對貯槽110進行充注以具有相同的壓力。已經有利地發現，當氣流進入入口閥125並且離開出口閥135時，對貯槽110進行充注以具有相同的壓力有助於沖洗顆粒並且增加氣流（諸如淨化氣流）進入及離開貯槽110的層流性及速度。認為當氣流進入入口閥125並且離開出口閥135時，當對貯槽110進行充注到不同的壓力時，氣體可以不規則的流動路徑（例如，非層流）流入及流出貯槽110。

不受理論的束縛，據信當貯槽110具有比處理腔室180更大的壓力時，當出口閥打開時輸送的前驅體脈衝將具有一致的高壓，因為貯槽110的壓力降並不顯著。如在此方面所使用的，不顯著的壓力降小於或等於在出口閥打開之前的預定貯槽壓力的約25%、小於或等於約20%、小於或等於約15%、小於或等於約10%、小於或等於約5%、小於或等於約2%、或小於或等於約1%。

本揭露案的一些實施例係關於用於將前驅體或反應性氣體輸送到例如處理腔室（諸如處理腔室180）的方法。在一些實施例中，本揭露案的方法利用如本文描述的前驅體輸送系統。根據本揭露案的一些實施例的方法包含使用控制器150向貯槽110充注前驅體。控制器150被配置為打開入口管線120上的入口閥125並且關閉出口管線130上的出口閥135。入口管線120及出口管線130與貯槽110流體連通。控制器150用於穿過出口管線130從充注的貯槽110提供前驅體流。控制器被配置為打開出口閥135。

在一些實施例中，將前驅體連續地提供到貯槽110。在一些實施例中，控制器150被配置為關閉入口閥125，同時打開出口閥135。在一些實施例中，方法進一步包含重複出口閥135的打開及關閉。在一些實施例中，貯槽110經充分充注以提供小於約25%的工作循環。在一些實施例中，控制器150被配置為將貯槽110充注到足以提供來自貯槽的氣體的均勻流動而不使貯槽壓力降低超過25%的壓力。

額外實施例涉及從貯槽移除顆粒的方法。方法包括提供作為前驅體輸送系統100的部分的貯槽，諸如本文描述的貯槽110。方法包括使用控制器（諸如控制器150）連續地提供淨化氣體穿過出口管線流動，以從貯槽移除顆粒。在一些實施例中，淨化氣體流可穿過入口管線提供以從貯槽移除顆粒。有利地，方法提供了在所得膜中具有較少固體顆粒及較低顆粒夾帶位準的前驅體的輸送。一些實施例有利地提供被配置為減少淨化貯槽的時間量並且從貯槽移除增加數量的顆粒的貯槽。

在整個此說明書中提及「一個實施例」、「某些實施例」、「一或多個實施例」或「一實施例」意味著結合實施例描述的特定特徵、結構、材料、或特性包括在本揭露案的至少一個實施例中。因此，在整個此說明書的各個位置中出現片語諸如「在一或多個實施例中」、「在某些實施例中」、「在一個實施例中」或「在一實施例中」不必指本揭露案的相同實施例。此外，特定特徵、結構、材料或特性可以任何適宜方式結合在一或多個實施例中。

儘管本文的揭示已經參考特定實施例進行描述，本領域技藝人士將理解，所描述的實施例僅說明本揭露案的原理及應用。本領域技藝人士將顯而易見，可以對本揭露案的方法及設備進行各種修改及變化，而不脫離本揭露案的精神及範疇。因此，本揭露案可以包括在隨附申請專利範圍及其等效的範疇內的修改及變化。

100:前驅體輸送系統 110:貯槽 112:圓錐形入口 114:圓錐形出口 115:壓力計 120:入口管線 120a:入口管線 120b:入口管線 120c:入口管線 120d:入口管線 125:入口閥 125a:入口閥 125b:入口閥 125c:入口閥 125d:入口閥 130:出口管線 130a:出口管線 130b:出口管線 130c:出口管線 130d:出口管線 132:孔口 132a:孔口 132b:孔口 132c:孔口 132d:孔口 135:出口閥 135a:出口閥 135b:出口閥 135c:出口閥 135d:出口閥 139:出口歧管 150:控制器 152:處理器 154:記憶體 156:輸入/輸出裝置 158:支援電路 160:加熱器 170:前驅體源 170a:前驅體源 170b:前驅體源 170c:前驅體源 170d:前驅體源 177:源入口管線 177a:載體入口管線 177b:載體入口管線 177c:載體入口管線 177d:載體入口管線 178:源入口閥 178a:載體入口閥 178b:載體入口閥 178c:載體入口閥 178d:載體入口閥 179:載體歧管 180:處理腔室 180a:處理腔室 180b:處理腔室 180c:處理腔室 200:前驅體輸送系統 250:前驅體輸送系統

為了能夠詳細理解本揭露案的上述特徵所用方式，可參考實施例進行對上文簡要概述的本揭露案的更特定描述，一些實施例在附圖中圖示。然而，應注意，附圖僅圖示本揭露案的常見實施例，並且由此不被認為限制其範疇，因為本揭露案可允許其他等同有效的實施例。

第1圖圖示了根據本揭露案的一或多個實施例的前驅體輸送系統的示意性等角視圖；

第2圖圖示了根據本揭露案的一或多個實施例的前驅體輸送系統的示意性剖視圖；

第3圖圖示了根據本揭露案的一或多個實施例的前驅體輸送系統的示意圖；以及

第4圖圖示了根據本揭露案的一或多個實施例的前驅體輸送系統的示意圖。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

100:前驅體輸送系統

110:貯槽

112:圓錐形入口

114:圓錐形出口

115:壓力計

120:入口管線

125:入口閥

130:出口管線

132:孔口

135:出口閥

150:控制器

152:處理器

154:記憶體

156:輸入/輸出裝置

158:支援電路

160:加熱器

170:前驅體源

177:源入口管線

178:源入口閥

180:處理腔室

200:前驅體輸送系統

Claims (20)

1. 一種前驅體輸送系統，包括： 一貯槽，具有一圓柱形主體、在該圓柱形主體的一第一端上的一圓錐形入口、及在該圓柱形主體的一第二端上的一圓錐形出口，該圓錐形入口及該圓錐形出口的每一者獨立地具有在從5度至45度的一範圍中的一角度。
2. 如請求項1所述之前驅體輸送系統，進一步包括一出口閥，該出口閥在該圓錐形出口上，該出口閥連接到一出口管線。
3. 如請求項1所述之前驅體輸送系統，進一步包括一入口閥，該入口閥在該圓錐形入口上，該入口閥連接到一入口管線。
4. 如請求項2所述之前驅體輸送系統，進一步包括連接到該出口閥的一控制器，該控制器被配置為關閉該出口閥以加壓該貯槽並且打開該出口閥以提供一淨化氣體從該貯槽穿過該圓錐形出口的一均勻流動。
5. 如請求項4所述之前驅體輸送系統，其中該控制器連接到該入口閥，該控制器被配置為打開及關閉該入口閥以將該貯槽充注到一預定壓力。
6. 如請求項4所述之前驅體輸送系統，其中該控制器連接到一加熱器以將該貯槽維持在一預定溫度下。
7. 如請求項4所述之前驅體輸送系統，其中與不具有一圓錐形入口及/或一圓錐形出口的貯槽相比，一增加數量的顆粒被從該貯槽移除。
8. 如請求項4所述之前驅體輸送系統，其中與不具有一圓錐形入口及/或一圓錐形出口的貯槽相比，用於淨化該貯槽的一時間量減少了至少50%。
9. 如請求項1所述之前驅體輸送系統，進一步包括一前驅體源，該前驅體源選自一設施氣體管線或與該入口管線流體連通的一前驅體安瓿中的一或多者，該前驅體源維持在低於該貯槽的一預定溫度的一溫度下。
10. 如請求項1所述之前驅體輸送系統，其中該圓錐形入口及該圓錐形出口中的每一者的該角度係20度。
11. 如請求項1所述之前驅體輸送系統，其中該圓柱形主體具有約6吋的一高度。
12. 如請求項1所述之前驅體輸送系統，其中該圓柱形主體具有約3吋的一內徑。
13. 如請求項1所述之前驅體輸送系統，其中該貯槽具有約13吋的一高度。
14. 一種前驅體輸送系統，包括： 一貯槽，具有一圓柱形主體、在該圓柱形主體的一第一端上的一圓錐形入口、及在該圓柱形主體的一第二端上的一圓錐形出口，該圓錐形入口及該圓錐形出口中的每一者獨立地具有在從5度至45度的一範圍中的一角度，該圓錐形入口具有連接到一入口管線的一入口閥並且該圓錐形出口具有連接到一出口管線的一出口閥；以及 一控制器，連接到該入口閥及該出口閥中的每一者，該控制器被配置為關閉該出口閥以加壓該貯槽並且打開該出口閥以提供一淨化氣體從該貯槽穿過該圓錐形出口的一均勻流動。
15. 如請求項14所述之前驅體輸送系統，其中該圓錐形入口及該圓錐形出口中的每一者的該角度係20度。
16. 如請求項14所述之前驅體輸送系統，其中該貯槽具有約13吋的一高度並且該圓柱形主體具有約6吋的一高度及約3吋的一內徑。
17. 如請求項14所述之前驅體輸送系統，其中與不具有一圓錐形入口及/或一圓錐形出口的貯槽相比，一增加數量的顆粒被從該貯槽移除。
18. 如請求項14所述之前驅體輸送系統，其中與不具有一圓錐形入口及/或一圓錐形出口的貯槽相比，用於淨化該貯槽的該時間量減少了至少50%。
19. 一種從一貯槽移除顆粒的方法，該方法包括以下步驟： 提供一貯槽，具有一圓柱形主體、在該圓柱形主體的一第一端上的一圓錐形入口及在該圓柱形主體的一第二端上的一圓錐形出口，該圓錐形入口及該圓錐形出口的每一者獨立地具有在從5度至45度的一範圍中的一角度，該圓錐形入口具有連接到一入口管線的一入口閥並且該圓錐形出口具有連接到一出口管線的一出口閥，該入口管線及該出口管線與該貯槽流體連通；以及 使用一控制器連續地提供一淨化氣體穿過該出口管線的一流動以從該貯槽移除顆粒。
20. 如請求項19所述之方法，其中與不具有一圓錐形入口及/或一圓錐形出口的貯槽相比，用於淨化該貯槽的該時間量減少了至少50%，並且一增加數量的顆粒在該貯槽中被移除。