TW505952B

TW505952B - Methods and apparatus for improved vaporization of deposition material in a substrate processing system

Info

Publication number: TW505952B
Application number: TW090102094A
Authority: TW
Inventors: Schmitt John Vincent; Shih-Hung Li; Christophe Marcadal; Anzhong Chang; Ling Chen
Original assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2000-02-01
Filing date: 2001-02-01
Publication date: 2002-10-11
Also published as: JP5190164B2; JP2001335940A; EP1122335A1; JP5732025B2; KR20010078241A; US6596085B1; KR100764959B1; JP2013064200A

Description

505952 A7 五、發明說明（發明領域：本發明係有關於積體電路製造之領域。本發明係更有關於沉積處理系統中之沉積料材蒸發之改良方法與設備0 發明背景：現在’名呂係被大量使用藉* nu 1 1定用於積隨電路中，作為内連線，例如插塞及導孔。然而，愈來愈高之裝置密度，更快之操作頻率，及更大之晶粒大小已經創造了需要一較鋁電阻：為低之金屬，以被使用於内連線結構中。銅之較低電阻率使得其成為替換鋁之材料。已經有很多技術用以沉積銅，包含電鍍，化學氣相沉積（CVD)，及物理氣相沉積（pvD)。一 CVD處理係想要的，因為其經常提供更保角之沉積層。例如，銅之化學氣相沉積可以使用被稱為Cupraseleet⑧之液態銅化合物前驅物加以完成，該前驅物具有公式

Cn(hfac)L。Cupraseleet⑧為美國加州卡斯巴之 Schumacher 公司之註冊商標。Cupraseleet®係由銅（Cu)結合至一沉積控制化合物例如（hfac)及一熱穩定化合物（l)所構成。該 (hfac)代表六氟乙洗丙酮，及（L)代表一配合基驗化合物，例如三甲基乙婦基矽烷（TMVS)。於使用Cu(hfac)L作銅CVD時，前驅物係被蒸發並被通入含有一晶圓之沉積室中。於該室中，前驅物係被以熱能而被溶解於晶圓表面。於想要溫度下，會造成以下反應：第2頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）請先 Μ 背' 注、 $ν 項

頁訂經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 505952 A7

五、發明說明（） 2Cu(hfac)L〜 Cu + Cu(hfac)2 + 2L (公式 1) 所得之銅（Cu)沉積在晶圓之上表面。該反應之副產物 (即Cu(hfac)2及（2L))可以由室中沖洗掉，該室於晶圓處理時係典型保持於真空中。一項使用 Cupraselect®用於CVD可能發生之問題，是於材料由其液體儲存瓶運送至發生CVD之處理室時。典型地，液態Cupraselect®首先被蒸發，並於玻璃瓶及處理室間，被混合以例如，氬，氦或其他氣體（典塑為惰性氣體）之載氣。蒸發器係被加入至傳送系統中，並典型地藉由改變兩環境條件（溫度或壓力）之一加以操作。很多蒸發器提高前驅物之溫度，以建立想要之狀態變化。不幸的是’將溫度提得太高可能造成前驅物之破壞及於玻璃瓶及處理室間之傳送管路中之後續電鍍（沉積）。已知蒸發器之例子為由紐:西蘭之Bronkhurst公司製造之CEM蒸發器，其係用以蒸發前驅物液體。不幸的是，這些裝置可能於蒸發約50-1500克之Cupraselect®後阻塞。此等阻塞可能改變沉積率。對於很多晶圓製造應用中，蒸發率係較佳一晶圓一晶圓地重覆。於蒸發後，Cupraselect®係經常地與一適當載氣被一起抽送入處理室中。此抽送動作可能自Cupraselect®抽出高濃度TMVS，留下較不穩定之銅及（hfac)於玻璃瓶，傳輸系統及處理室間之傳送管路中。在這些狀態下，不想要之電鍍或沉積似乎會發生於各位置處。例如，電鍍可能發生於接近蒸發器，閥，處理室噴氣頭孔等處。電鍍可能改第3頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） (請先閱讀背面之注音？事項3寫本頁) 裝 I- I l_* n )SJβ - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 505952

五、發明說明（變這些系統元件之大小，而降低了室之效能與所得沉積層。另外’不想要之電鍍可能於沉積處理時剥冑，而造成已處理晶®故If或不能使用。維護循環進行於處理室上，以替換或清洗該室，而降低了晶圓產量。如於1998年七月21日所共同申請案第〇9/12〇,〇〇4號並受讓給本案之受讓人，該案係併入作為參考，以提供可重覆沉積狀況，其經常想要創造一前驅物蒸汽，以儘可能接近處理室，以降低於傳送系統中之諸點之沉積，並降低沖洗處理室之時間及成本。於共同申請案之設備令，一蒸發器係直接安置於處理室之蓋部，而減少了用以傳送前驅物之元件，以降低阻塞之機會並使於需要時系統沖洗容易進行。發明目的及概诚：於本發明之一方面中，提供有一種於沉積處理系統中’用於沉積材料蒸發之改良方法與設備。例如，於所例示之實施例中，一蒸發器包含一主體，其定義有一出口及一下凹入口之空腔，其中，該空腔出口係大於下凹空腔入口。悉發器體更進一步定義一第一通道連接至該入口並適用以承載載氣及液體前驅物之混合流至空腔入口。該通遒具有相當短長度及小寬度，以形成液體前驅物之小粒子，並禁止液體前驅物再組合為較大水滴。該容腔係作成以允許載氣及液體前驅物混合流膨脹之形狀，於其由空腔入口流動至空腔出口之時。結果，液體前驅物係為膨脹於空腔第4頁本&張尺度適財國國家標準（CNS)A4規格__(21G X 297公釐)----—-----

五、發明說明（）中之載氣所分散。於例π之實施例的例子中，蒸發器係被安裝於化學氣相讥積i之气子上。於另一方面，蒸發器進一步包含一熱板’其係安置於一噴氣頭及空腔出口之間，並適用以蒸發所分散之液體前驅物成為蒸發材料。安置於例示實施例中之室蓋中之噴氣頭係適用以分散沉積用之蒸發材料至一晶圓或其他工件上。於所例示之實施例的一方面中，於沖洗或其他清洗表不前，蒸發器之阻塞可以降低，以增加沉積系統之產量。應了解的是，前述只是本發明之-實施彳列之簡要說明，以及，對所揭示之各實施例的各種變更可以在不脫離本發明之精神或範圍下加以依據本揭示完成。因此，前述概要並不用以限制本發明之範圍。而是，本發明之範圍只為隨附之申請專利範圍及其等效所決定。置式簡軍說昍：第1圖為依據本發明之一實施例之CVD銅沉積系統之示意圖；經濟部智慧財產局員工消費合作社印製第2圖為第1圖之蒸發器及cvd室的剖面圖；第3圖為第2圖之蒸發器之放大剖面圖；第4圖為第3圖之蒸發器之通道及空腔入口之放大剖面固 · 國，第5圖為沿著第2圖之線5-5所看之第2圖蒸發器的熱板俯視圖；及第5頁本紙張尺度適用中國國家標準（CN^A4規格（ χ挪公爱）------ 505952 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五發明說明（）第6圖為操作沉積系統之控制系統示意圖。為了容易了解，相同參考號已儘可能地使用’以表示於圖中所共用之相同元件。隱號對照說明= 10 液體配送系統 11 液體反應劑 12 蒸發器 13 可控制閥 14 液體流量控制器 15 手動閥 16 液體配送槽 17 系統控制器 18 處理室 19 蓋部 20 汲取管 24 來源 26 開頭空間 30 液體入口 34 氣體槽 36 氣體入口 38 質流控制器 39 沖洗管路 41 真空管路 200 原子化台 202 蒸發室 204 閥體 206 連接器 208 液體前驅物供給管路 210 連接器 212 氣體供給管路 220 流體通道 222 流體通道 224 載氣通道 230 流體 232 流體 236 交界處 240 噴嘴 224a 1 氣體通遒 244 閘 246 閘構件 260 空腔 262 空腔入口第6頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

505952 A7 _B7 五、發明說明（） 262 空腔入 π 264 原子化台出 α 270 外殼 272 蒸發室内部 274 中央入 V 276 密封請先 280 熱板 282 通遒閱讀 284 開口 286 内部背面之 288 凹槽 289 流動箭頭方向注意 290 管路 292 加熱套事項再 300 密封 302 側壁填 % 304 地板 308 噴氣頭未頁 310 小孔 3 12 受熱托架 313 加熱線圈 314 環形板 316 基材 318 蓋環 324 喷氣板 326 下凹部 338 閥 342 壓力控制單元 343 流量 344 小孔 347 路徑 350 路徑 352 路徑 802 處理機單元 804 記憶體 806 大量儲存裝置 808 輸入控制單元 810 顯示單元 812 控制系統匯流排經濟部智慧財產局員工消費合作社印製發明詳細說明：本發明例示實施例的特性包含前驅物材料（例如用於銅CVD之Cup r a select®)之改良蒸發。雖然本發明之例示第7頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 五、發明說明（) 實施例係以CVD成長銅薄膜加以描述，但熟習於本技藝者可以了解，本發明可以應用至任何其他薄膜沉積處埋中，其中想要取得控制及可重覆處理材料之配置，以改良所得到薄膜及降低於系統中之污染程度。其他液體前驅物或反應劑包含但並不限定於TEOS，硼酸三甲酯，硼酸吗乙酯，磷酸四乙酯，膦酸四乙酯，四（二甲胺）鈦二乙基同系物及水。Cupraselect®以外之銅化合物前驅物也可以使用〇經濟部智慧財產局員工消費合作社印製現在參考第1圖，其中示出一液體配送系統1 〇，其利用一蒸發器1 2，用以蒸發反應劑液體，而降低蒸發器之阻塞。液體流率係為液體流控制器1 4及一系統控制器1 7間之閉路系統所控制，該系統控制器包含一可程式工作站。於系統10中，例如Cupraselect⑧之液體反應劑11係由液體配送槽16被輸送至熱或電漿加強型CVD處理室18中。室1 8可以為傳統的，除了該蒸發器1 2係較佳直接安裝於主1 8之蓋部1 9，這係如以下所詳述。適當室的例子包含（没有前述蓋部修改）共同所有領證之諸美國專利，其由阿達米等人所領證於1991年三月19日之第5，〇〇〇，！ 13號；由佛斯特等人所領證於198 7年五月26日之第4,668,365 號；由班忍等人所領證於1986年四月1日之第4,579,080 號；由班忍等人所領證於1985年一月29日之第4,496,609 號，及由伊斯特等人所領證於1980年^--月4日之第 4,2 3 2,063號，這些案均併入本案作為參考。液體配送槽16具有一汲取管20,其延伸入槽16中，第8育本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 505952 A7

五、發明說明（）經濟部智慧財產局消費合作社印製 _第9頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（21〇 x 297公釐）以及，一源24，其提供例如氦之加壓氣體至槽丨6之頂部之"開頭，，空間，於液體反應劑！丨上，用以由槽打入液體。液體流量控制器1 4係連接於液體配送槽1 6及蒸發器i 2 之液體入口 3 0之間。一已控制量之液體係為蒸發器丨2所接收’其將該液體轉換為蒸汽，並為载氣所傳送該蒸汽經由處理A 1 8之蓋部1 9 ’該載氣係例如氦，氮或氬。一包含有載氣之氣體槽3 4係經由一質流控制器3 8連接至蒸發器1 2之氣體入口 3 6，該質流控制器調整氣體流速。於很多應用中，液體1 1可能是有毒及/或腐蝕性的。為了使系統1 0及其元件閥及其他元件容易服務，一沖洗管路3 9係連接於氣體槽34及液體流監視器之間，以允許操作者於操作前，以沖洗系統1 〇中之反應劑U及其蒸汽。為了更進一步降低於系統中反應劑之量，一真空管路41係用以配合沖洗管路39，以將液體及蒸汽由系統排出。（真空管路4 1係連接至CVD處理室之真空系統。可遙控（例如，氣力）閥1 3係被插入於每一管路上。這些闕均被打開及關閉，以完成一般操作及沖洗及抽氣操作。為了加強安全性及故障忍受度，每一具有遙控閥13之管路可以具有一手動閥1 5，其可以於遙控閥故障時，手動地關閉。蒸發器1 2之一實施例係更詳細地示於第2至4圖中。首先，參考第2圖，蒸發器12包含一，，原子化•’台200，其混合了液體前驅物1 1與載氣，然後，被允許快速地膨脹。結果，液體前驅物被破壞並分散於載氣中，成為細粒予或水滴，其然後再被送至一蒸發室202中，予以蒸發。名詞

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 505952 A7 _ _ B7 五、發明說明（） "原子化器”，並不是想要表示原子化台200必須分散液體前驅物呈原子程度。然而，吾人相信原子化台200確實分散液體前驅物為煙塵狀分散於載氣流中，至蒸發室202 中。一煙塵粒子之直徑可以範圍由例如1(Γ7至1〇-4公分（4 Χ1(Τ8至4Χ10·5吋）；擾流氣體可以分散1〇〇倍大之粒子。於一應用中，吾人相信依據所例示實施例之原子化台分散一 Cupraselect®液體前驅物，使得多數被分散於載氣流至蒸發室202之粒子液禮前驅物具有實質小於密耳（〇吋）之尺寸及更類似煙塵狀尺寸粒子。粒子尺寸當然可以取決於應用而加以改變。原子化台200包含一閥體204，其經由液體入口 3〇接收液體前驅物流，及經由氣體入口 3 6接收載氣流。液體入口 30包含一連接器206，其接收來自液體控制器 14(第1圖）之液體前驅物供給管路208之一端。氣體入口 3 6包含一連接器2 1 0，其經由一控制閥1 3接收來自質流控制器38之氣體供給管路212之一端。連接器206及210 可以為已知連接器設計’其係適用於特定應用中。管路2Q8 及212可以於上述共同申請案中所述之彈性管，以使室蓋 1 9之開閉容易。現在，參考第3及4圖，原子化台20〇之閥體2〇4包含一流體通道220，其係為第二流體通遒222所連接至液體入口連接器206，及一第三流體通遒224，連接至氣體入口連接器210❶如第4圖所見，閥體通遒220接收來自通遒224(弟3圖）之載氣流230及來自通遒222(第3圖）之第10頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

505952 A7 B7 五、發明說明（）液體前驅物流232，如於所示實施例中，係被正交排列於第一通遒22(Γ。吾人相信此一配置提供一剪切τ交界處 236 ’其造成液體前驅物流232被載氣流23〇所剪切於τ 交界處236 ’並完成載氣流之混合，分別如由流232及230 之組合部232a及230a所代表。於所示實施例中，混合通遒220具有一相當窄寬度，如於第4圖之W所示。通道的窄寬度被認為以完成相當小粒子或水滴之形成’於液體前驅物為載氣流230所剪切於 T交界處236時。於所示實施例中，混合通遒具有一範圍由20-30密耳之直徑，但取決於特定應用而可以更大或更小0 混合通道220具有一對入口 220a及220b定位於該T 交界處236。一入口 220a係連接至通道222 ,以接收由通道222來之液體前驅物。另一入口 220b係連接至通道 224，以接收來自通遒224之載氣。於所示實施例中，混合通道220由液體如驅物入口 220a至空腔入口 262具有相當短總長’於第4圖中為l所表示。混合通遒220相對於混合通道寬度W之短長度被認為是禁止於載氣及液體前驅物之混合流由T交界處236流至空腔入口 262之時，液體前驅之粒子再結合為較大水滴《於所示實施例中，混合通道220長度L對寬度w之比例範圍由2: 1至20: 1。該比例可以取決於應用加以改變。混合通遒220之入口 220b係連接至載氣通遒2245之減少直徑部224a。於所不實施例中’減少直徑部224a且第11頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -IV n tt— n n n^OJI a— n n ϋ n I» n I i 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 505952 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（）有相同於混合通遒220之寬度。由氣體通遒224之較大直徑部224b來之載氣流對混合通道220之流速比係為一定位在收縮氣體通道224a前之收縮喷嘴部240(第3圖）所加速。於所示實施例中，收縮噴嘴部240係為半球形，以平滑地收縮氣體流至減少直徑通遒224a及混合通道220。吾人相信氣體流之收縮藉由 "細腰管作用’’而加速了氣體流速。於所示實施例中，收縮嘴嘴邵240降低了氣體通道224之直徑，以約1〇比1之因素。於混合通遒前之噴背部240係為可選用的，並具有各種其他外形’其包含圓柱形及截頭圓錐形。於類似方式下，由液體通道222對混合通道220之流速比係為定位於液體通道222中於混合通道22〇前之收縮喷嘴所加速。於所示實施例中，收縮噴嘴係為第3圖中之以244標示之”零滯死體積，，閥所代表。但其他類型之閥也可以使用。閥244包含一由246所代表之閥構件，其定位於閥構件座上，並接近液體通道222，以防止液體前驅物之流入混合通道220中。於開放位置巾，閥構件246係遠離開閥座’經由闕之液體流係被類似於氣體流之方式收縮，以加速進入混合通道之液體前驅物之流速。來自液體通道222經閥244至混合通冑220之液體流的收縮係被以液體通道222之減少直徑閥通道244a(第4圖）所代表。於所示實施例中’通道244a具有約1G密耳之直徑及作用闕 2“以約^“降低了液體通道222之直徑。零滞死體積閩（结構細節係為熟習於本技藝者所知，並可以採各種形第12頁本紙張尺度適用中國國家標準（CMS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) • n I I— ------------ 505952 A7

五、發明說明（）式…：而，應可以了解的是，於閉合閥位置中，於混合通道220及坐於閥244之閥座中之閥構件246間之閥244之任何閉合通遒< 體積（由，，滯死腳"通遒244a所代表）於實際仑了 to地小，因此，被指定為”零滯死體積"。降低閥通遒之滯死腳之滯死體積使清洗及沖洗容易進行。於所示實他例中，當224閉合時，被沖洗之滯死腳244a之體積係少於lcc，並較佳為少於〇〇〇lcq立方公分）。闕之尺寸可以取決於應用而加以變化。另外，於一些應用中閥係可選用的。如由第3圖中所看到，載氣及液體前驅物之混合係為 ’吧合通道220所傳送至形成於閥體2〇4中之空腔260中。於所示實施例中，混合通道22〇由剪切Τ236至空間260 具有一相當恆定直徑，使得混合物係被傳送至空腔26〇， /又有進步之收縮。為了降低反壓，於一些例子中，吾人想要最少化降低直徑通道之長度。然而，較佳地，混合通道係足夠長，以中心地導引載氣及液體前驅物之混合流至膨脹空腔中。空腔260具有半球形入口部260a，其後有一大致圓柱形出口部260b。半球形入口部260a定義空腔入口 2 62，並係下凹入空腔壁中，並流體連接至混合通道220之末端。於所示實施例中，空腔260缺少一噴氣尖端或其他延伸入空腔中之入口構件。於空腔260之相對端處，圓柱出口部260b定義一具有内徑遠大於空腔入口 262者之空腔出口 264。如於第3圖所示，空腔260之直徑於半球形部第13頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）請先閱讀背 Sr 之注意事項 m % 本頁 I I I 垂 I 訂線經濟部智慧財產局員工消費合作社印製經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 505952 A7 一 B7 五、發明說明（） 260a中單調地增加。結果，載氣及液體前驅物之混合物離開混合通道220於空腔入口 262處，快速地膨脹’於其通過該半球形入口部260a時，並未被半球形入口部260a所收縮。吾人相信混合流體之快速膨脹協助液體前驅物被分佈為由快速膨脹載氣流所產生之很細微粒子之煙塵流。於所示實施例中，空腔260之内徑於圓拄出口部260b 中大致保持不變。出口部260b於例示實施例中，於直徑上係約1/4比1/2。原子化台之空腔260可以具有所示及所述半球形及圓柱形外之大小及形狀。例如，截頭圓錐空腔可以被使用，這係取決於應用而定。然而，於空腔中之收縮可能造成沉積至空腔壁上之材料的增加0 如由第2圖中看出，蒸發器12之蒸發室202包含一外殼270，其定義一大致圓柱形蒸發室内部272。液體前驅物及載氣之煙塵狀分佈係為原子化台1 264所輸送至由蒸發室202外殼270所定義之中心入口 274。原子化台200 之閥體204係被固定至蒸發室200之外殼270，以原子化器2 00之出口對準蒸發室202之入口 274。於原子化台200 及蒸發室202間之連接係被適當密封276所密封（第3 圖）。於所示實施例中，蒸發室入口 2 7 4包含一大致圓柱形部274a(第3圖），其具有相同於原子化台出口 264之圓柱部260b之内徑，其後，有一截頭圓錐形膨脹噴嘴部274b。安置於室内部272及面對蒸發室入口 274的是一熱板 2 80，其係被加熱至足夠以蒸發到熱板280由載氣所產生第14頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

505952 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 —---- 1 *---------- 五、發明說明（）之液體前驅物粒子之溫度。於所示實施例中，蒸發室入口 2 7 4之内徑於圓柱部 2 74a中大致保持不變，並於截頭圓錐部2 74a中以線性單調方式加以膨脹。蒸發室202之入口 274可以具有所示及所述之圓柱及截頭圓錐以外之形狀。例如，半球形入口可以被使用，這係取決於應用而定。然而，於入口中之收縮可能造成沉積於室入口壁之材料的增加。如由第5圖所見，熱板280係安置於蒸發室内部272 中並具有一環形外區280a，其係定義多數通遒282，其係安置於外區280a旁。每一熱板通遒282通過經熱板28〇 , 以允許蒸發材料通過熱板280,並通過於處理室18中之蓋部19中之開口 284(第2圖）至處理室18之内部286。通遒 282之大小及數量可以取決於應用加以變化。於所示實施例中，較佳地，通道為足夠大尺寸及數量，以於蒸氣通過熱板時，降低或消除任何壓差。由沿著截頭圓錐部274b側之線290(第2圖）所表示之視線交叉於熱板280之上表面上之中心碟形區280b。結果，蒸發室入口 274之截頭圓錐部274b之側邊導引大量之分散液體前驅物材料入予以蒸發之熱板280之中心區 2 8 0b。其他角度也可以取決於應用加以選擇备如於第2及5圖所示，熱板280中心區280b具有多數同心凹槽288，其係收納來自原子化台200之液體前驅物之水滴，並蒸發該等水滴成為蒸汽。凹槽增加了熱板之有效面積，用以傳送熱能至水滴，以蒸發水滴。另外’凹第15頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公f ) {請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁} --------丨訂——I線·· 505952 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（）槽收集水滴，其不會立即蒸發，直到水滴收集足夠能量而蒸發為止。通過熱板280之通道282及經由蓋部開口 284 至沉積室1 8内部之蒸發材料，係以流量箭頭289所表示。於所示實施例中，熱板280之凹槽288具有範圍由 1/16至1/8吋之寬度，及範圍由1/4至1/2吋之深度。該尺寸係取決於應用加以改變。較佳地，凹槽大小被作成以維持良好熱傳導，以禁止熱板頂面過量冷卻。另外，凹槽之大小可以影響製造成本及清洗效率。包含閥體204，室外殼270，及熱板280之蒸發器12 係被加熱套292所加熱，該加熱套包圍蒸發室外殼27〇之外部及熱板外區2 8 0 a之外部。所例示實施例中之蒸發器 12之元件包含閥體204，蒸發室外殼27〇 ,及熱板280係由銘製作。應了解的是’其他高導熱材料也可以使用。原子化台200及包含與液體前驅物或蒸汽接觸之熱板28〇之蒸發室之元件的溫度於例示實施例中係加以控制β溫度較佳係足夠高’以完成液體前驅之蒸發，並足夠低以避免化學物之劣化。於所示實施例中，液體前驅物為 Cupraseiect®，這些元件之較佳溫度範圍係7〇_75。匚。溫度範圍當然可以取決於應用而加以改變。除了加熱套外，加熱可以藉由任何已知及可接受之用以室元件加熱之機構加以完成，例如，但並不限定於與遠端加熱之流體之流體交換，電阻性加熱元件，安裝於熱板28〇上，室外殼27〇或閥體204中，及於室内之加熱燈（未示出）等。若熱板係為所施加之熱所加熱或加熱於熱板之外區28〇a中，較佳第 16 頁 ^紙張尺度適种關家標準（CNS)A4規^7¾ X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂._ :線i ^05952 A7 •-*--—丨·丨丨丨—__B7 __ —_ 五、發明說明（）地，熱板通遒282留下足夠外區28〇a材料於相鄰通道間，以允許熱予以適當地傳導至内熱板區28〇b。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製蒸發室外殼270係安裝於熱板外區28〇b上，該28〇b 隨後安裝於沉積室蓋部1 9上，該蓋部丨9對準蓋部丨9中之開口 284。於蒸發器熱板28〇及沉積室蓋部19間之連接係以適“笟封3 〇〇加以密封（第2圖），如同於蒸發器外殼 270及熱板280間之連接般。沉積室μ係為侧壁302,地板3〇4及蓋部19所定義。蓋部19加入一噴氣頭308，其具有多數小孔310於其中，以分散沉積用蒸氣。沉積室18 更包含一受熱托架312,用以維持一基材316,其例如一半導體晶圓，其上想要沉積銅。托架312係由耐用金屬材料’例如銘或例如氮化鋁或氮化硼之陶瓷材料所作成。托架312同時作用為一力口熱器或散熱器，並包含有其他元件以加熱或由晶圓316吸收熱量。例如，托架312可以提供以一或多數電阻性加熱線圈3 1 3，其係連接至一電源。該電源提供一電流流經線圈3 1 3，其於基材托架3 1 2内產生熱，其然後被傳導至晶圓3 16。一環形板3 1 4包圍室壁 302，並提供一支撐給蓋環318。當來自蒸發器12之蒸氣前驅物接觸受熱晶圓時，銅係藉由CVD被沉積於基材3 ! 6 上。蓋環318提供對基材316之週邊部及下室區之保護，這些區域中之沉積係不想要的。一壓力控制單元342(例如真空泵）係經由閥33 8(例如節流閥）連接至處理室18，以控制室壓。沉積室之噴氣頭係可選用並可以任何傳統噴氣頭。另第17頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 505952 A7 — ----—-§1 五、發明說明（）外’嘴氣頭可以如上述共同申請案中所述加以建構。如於此所述’噴氣頭308係被製造以不只作為一用於蒸發前驅物及載氣材料之配送板，同時，也可以作為一”二次熱板”’以捕捉及再蒸發過量處理材料。噴氣頭308藉由形成於噴氣頭308中之多數選用凹孔段326及安置於噴氣頭上之選用遮蔽板324，而執行此功能。完全蒸發之處理材料流289由蒸發器12進入室18。流343持續經過多數提供於遮蔽板324中之小孔344並通過於喷氣頭308中之多數小孔3 1 0。遮蔽板小孔344係偏移開噴氣頭小孔3 1 0，以降低液體前驅物污染。明確地說，來自蒸發器12之未完全蒸發（液體）材料流345係為喷氣頭308頂上之下凹部 3 26之一所捕獲。噴氣頭3〇8及遮蔽板324係被加熱至約 65°C，其係適用以蒸發液體前驅物材料（即cupraselect®) 之適當溫度。該加熱係由已知及可接受以室元件加熱之機構完成，例如，但並不限定於與流體遠端加熱之流體交換，於噴氣頭308及/或遮蔽板324内或上之電阻性加熱元件，於室18内之加熱燈等。因此，液體材料蒸發並沿著路徑3 4 7經噴氣頭3 0 8之多數小孔3 1 0之一。未完全蒸發材料量可以沿著路徑350發生，於遮蔽板324上蒸發，並沿著路徑352持續成為一蒸發流。吾人相信藉由捕捉及二次蒸發此液體，噴氣頭308及遮蔽板324防止液體材料流至晶圓表面。上述各種元件例如熱板2 8 0 ’外殼2 7 0，或閥體2 〇〇可以都被作成單石或單件結構。或者，這些元件可以由次第18頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----；------I!裝 (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) ·111111 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 505952 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（元件所組合，這係取決於特定應用而定。上述設備及處理可以執行於一系統中，其係為處理機為主控制系統17(第1圖）所控制。第8圖顯示一例如第夏圖所示之沉積系統1 0之方塊圖，其具有此一控制系統 1 7，其可以用於此一應用中。控制系統i 7包含—處理機早元802’ 一記憶體804，一大量儲存裝置806，一輸入控制單元8 0 8 ,及一顯示單元，這些均連接至一控制系統匯流排8 1 2 〇處理機單元802形成——般目的電腦，其當執行執行所示實施例銅之CVD之程式時，變成一特定目的電腦。雖然，此實施例係被描述為執行於軟體並被執行於一般目的電腦上’但熟習於本技藝者可以了解到，本發明可以使用例如特殊功能積體電路（ASIC)或其他硬體電路加以操作。因此’本發明之實施例的控制方面應可以了解到可以被全部被實施或部份被實施於軟體，硬體或軟硬體上。處理機單元802係為一微處理機或其他引擎，其係可以執行儲存於一記憶體中之指令者。記憶體8〇4可以包含一硬碟機，隨機存取記憶體（RAM)，唯讀記憶體（R〇M)， RAM及ROM之組合，或其他處理機可讀取儲存媒體。記憶體804包含處理機單元802所執行之指令，以完成沉積系統10之執行。於記憶體804中之指令係呈程式碼之形式/程式碼可以符合不同程式語言之任一。例如，程式碼可以寫成〇，C + +，培基，Pascal，或若干其他語言。大量儲存裝置8 06儲存資料及指令並由處理機可讀取第19頁 f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} -農！ I 訂·！.\ 505952 A7 B7 五、發明說明（經濟部智慧財產局員工消費合作社印製儲存媒體，例如磁碟或磁帶取回之資料及程式碼。例如，大量儲存裝置806可以為一硬碟機，軟碟機，磁帶機，或光碟機。大量儲存裝置806反應於由處理機單元8〇2來之指令，而儲存及取回指令。為大量儲存裝置806所儲存及取回之資料及程式碼指令係被處理機單元802所利用，以操作沉積系統90。資料及程式碼指令係首先為大量儲存裝置806所取回，然後，被傳送至記憶體804為處理機單元 802所使用。顯示單元810在處理機單元802之控制下，提供圖形顯示及文字數字形式之資訊，給室操作者。輸入控制單元 808連接資料輸入裝置，例如鍵盤，滑鼠，或光筆，給處理機單元802，以提供室操作者輸入之程式。控制系統匯流排8 1 2提供於所有連接至控制系統匯流排802之裝置間之資料及控制信號之傳送。雖然控制系統匯流排係被顯示為直接連接至處理機單元802中之諸裝置的單一匯流排，但控制系統匯流排802可以也是諸匯流排之集合。例如，顯示單元810，輸入控制單元808及大量儲存裝置806可以連接至輸入-輸出週邊匯流排，而處理機單元802及記憶體804係連接至一本地處理機匯流排。本地處理機匯流排及輸入-輸出週邊匯流排係連接在一起，以形成控制系統匯流排8 1 2。控制系統1 7係連接至依據所例示實施例中之銅CVD 所用的沉積系統1 〇之元件。每一元件係連接至控制系統匯流排8 1 2，以完成於控制系統1 7及元件間之通訊。這些第20頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項\^寫本頁) 裝 ϋ ϋ n 一 δ” β n n n n I n - 線_· 505952 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（元件包含如下：多數閥8 14(例如第1圖之閥1 3及1 5)，加熱元件（例如第2圖之加熱元件3 13及加熱套292),恩力控制單元3 42，流量控制器（例如第1圖中之流量控制器i 4 及38)，蒸發器12(包含第3圖之閥244)，及一壓力源控制器（例如第1圖之壓力源24)。控制系統1 7提供信號給室元件’並使得這些元件於目標設備中，執行形成一銅層之操作。於操作中，處理機單元802反應於由記憶體8〇4取回之程式碼指令，而指示室元件之操作。例如，一旦一晶圓被放置於處理室1〇〇中，處理機單元8〇2執行由記憶體8〇4 取回之指令，例如，作動加熱元件313 ,控制闕814,以產生想要前驅物及載氣材料之流速，移動托架312至予以 CVD之定位等。這些指令之執行造成沉積系統ι〇之元件操作以沉積一材料層於基材上。上述新穎沉積系統可以提供用以改良CVD操作，藉由更完整及均勻地分散及蒸於室中之前驅物材料。另外，沉積系統之各種特性可以包含以降低阻塞或過量及不相要之電鍵，其將可能於室中造成粒子及/或系統元件之提早故障或過量之維修。應了解的是，前述只是本發明> 疋冬赞爻一些實施例的說明，及對所揭示各實施例之改變可以一疚據所揭π者在不脫離本發明之精神及範圍下加以完成。口此，則迷說明並不是用以限制本發明之範圍。而是，蓼、士 1 ▲ 赞明·^範圍係只由隨附 t申清專利範圍及其等效加以決第21頁故張尺度適用中_豕標準（CNS)A4規X 297公爱） (請先閱讀背面之注音？事項3寫本頁) 裝 ·n ϋ n n n n n · n -I ·1 I I 1 I ,

Claims

505952 A8 B8 C8 D8 ^__I___ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製申請專利範圍 1 · 一種與載氣源及液體前驅物源一起使用以執行化學氣相沉積之設備，該設備至少包含：請先閱讀背 δ 之注意事項一沉積室，具有一蓋部；及一蒸發器，其係為該蓋部所承載，該蒸發器包含一主體，定義一空腔，其具有一出口及一入口，其中出口係大於該入口，該主體更定義一第一通遒，連接至該入口並具有一寬度W及一長度L並適用以承載載氣及液體前驅物之混合流量至該空腔入口，其中第一通遒對空腔入口之長度L對寬度W之比並不超出20: 1，及其中該液體前驅物係被膨脹經該空腔之載氣所分散。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之設備，其中上述之第一通道之長度L對寬度W之比例為至少2 : 1。 3 ·如申請專利範圍第1項所述之設備，其中上述之第一通遒之長度為少於100密耳。 4 ·如申請專利範圍第1項所述之設備，其中上述之第一通遒的寬度為少於30密耳。 5 ·如申請專利範圍第1項所述之設備，其中上述之空腔入口係凹陷。 6 ·如申請專利範圍第1項所述之設備，其中上述之主體更第22頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）申請專利範圍包含一第二通道，適用以承載一液體前驅物流，及一閥，安置於該第二通道内’該闕具有相關開放及關閉位置，並適用以當於開放位置時，允許一液體前驅物流流經第二通道至第一通道。 7·如申請專利範圍第1項所述之設備，其中上述之第一通遒具有一載氣入口及一液體前驅物入口，其係與空腔入口分離開第一通道長度L,及其中上述之主體更包含一第二通遒，適用以承載液體前驅物流並連接至第一通道液體前驅物入口，及一第三通道連接至該第一通道載氣入口並適用以承載一載氣流至該第一通遒，其中上述之第一通道承載該液體前驅物及載氣之混合流長度L，至該空腔入口。 8.如申請專利範圍第1項所述之設備，其中上述之室具有一嘴氣頭，其係適用以分佈蒸發材料，及一熱板，安置於噴氣頭及空腔出口之間及適用以在為噴氣頭所分佈前，蒸發所分佈之液體前驅物成為蒸發材料。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 9·如申請專利範圍第7項所述之設備，其中上述之第二通道係以一角度連接至第/通道，使得來自第三通道之載氣流經第一通道，並且，混合來自第二通遒之液體前驅物流與流動在第一通道中之載氣。第23貫氏張尺度财關冢標準(CNS)A4規格（210 公釐）"-- 505952 六經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 1 0.如申請專利範圍第9項所述之設備，其中上述之第二通遒係正交地連接至該第一通道。 1 1.如申請專利範圍第7項所述之設備，其中上述之第一通道具有一第一流量截面積，以及，第二通道具有第二流量截面積，其係小於第一流量截面積。 1 2.如申請專利範圍第7項所述之設備，其中上述之第一通遒具有一第一流量截面積及第三通遒具有一第三流量截面積，其係大於第一流量截面積。 1 3.如申請專利範圍第6項所述之設備，其中上述之閥係為一零滯死體積閥。 14. 如申請專利範圍第6項所述之設備，其中上述之第二通道當該閥係於閉合位置時，定義一滯死腳部於該閥及第一通道之間，以及，其中上述之滯死腳部具有.lcc或更少之體積。 15. 如申請專利範圍第14項所述之設備，其中上述之滯死腳部具有0.00 lcc或更少之體積。 1 6.如申請專利範圍第1項所述之設備，其中上述之空腔具有一流量截面積，其由入口至出口呈單調地增加。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）請先閲讀背之注意事項 I t 505952 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8六、申請專利範圍 17.如申請專利範圍第1項所述之設備，其中上述之主體具有一半圓球形壁定位，以定義該空腔之半球形部份。 1 8 ·如申請專利範圍第1項所述之設備，其中上述之主體具有一圓柱形壁’定位以定義該空腔之一圓柱形部。 1 9·如申請專利範圍第1項所述之設備，其中上述之主體具有一截頭圓錐形壁，定位以定義該空腔之截頭圓錐部。 2 0 ·如申請專利範圍第1 6項所述之設備，其中上述之空腔為喷嘴形。 2 1 ·如申請專利範圍第8項所述之設備，其中上述之熱板具有一表面，面對該空腔出口並定義多數凹槽。 22·如申請專利範圍第21項所述之設備，其中上述之熱板之凹槽係為同心的。 2 3 ·如申請專利範圍第2 1項所述之設備，其中上述之熱板之凹槽具有範圍由1/16至1/8吋之寬度。 24·如申請專利範圍第2 1項所述之設備，其中上述之熱板之凹槽具有範圍由1/4至1/2吋之深度。 -------------- « (請先閲讀背面之注意事項寫本頁) 11111 線 _ 第25頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) 刈5952 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 25·—種與一载氣源一液體前驅物源及一沉積室一起使用以執行化學氣相沉積之蒸發器，該蒸發器至少包含：一主體，定義一空腔，其具有一出口及一入口，該主體更定義一第一通遒，連接至該空腔入口並適用以承载一載氣及液體前驅物流至該空腔入口，該第一通遒具有一液體入口，並於液體入口及空腔入口間定義一寬度以及一長度L，該主體更定義一第二通道，連接至該第一通遒液體入口，並適用以承載液體前驅物流至第一通遒，及一第三通道連接至第一通道，並適用以承載載氣况至第一通遒，其中液體前驅物及載氣流係被混合於液體入口及空腔入口間之第一通道中，及於液體入口及空腔入口間之第一通道之長度L對寬度W之比例並不超出20 : 1，及其中該空腔係作成一形狀，以允許載氣膨服經該空腔，以分佈液體前驅物。 26.如申請專利範圍第25項所述之蒸發器，其中上述之第一通遒的長度L對寬度w之比例係至少2 : 1。 2 7 ·如申請專利範圍第2 5項所述之蒸發器’其中上述之第 —通遒的長度為少於1〇〇密尊。 2 8 ·如申請專利範圍第2 5項所述之蒸發器，其中上述之第 —通遒的寬度為少於30密斗。第26貫氏張尺度適用中國國家標準^^) 請先閱讀背面_ 之注意一* 事項 I» I袭頁 I ^ I I I I I I 1T i I 及體閥之該少於更部或腳CC 死 1 滯有一具義部定腳，死時滯置該位中合其閉及於，閥間該道當通道一通第。二該積經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 505952 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 2 9.如申請專利範圍第25項所述之蒸發器，其中上述之空腔入口為凹陷。 3 0.如申請專利範圍第25項所述之蒸發器，其中上述之主體更包含一閥，安置於第二通道中，該閥具有個別之開放及關閉位置，並適用以當於開放位置時，允許液體前驅物流經過該第二通遒至該第一通遒。 3 1.如申請專利範圍第30項所述之蒸發器，其中上述之閥係為零滯死體積閥。 32.如申請專利範圍第30項所述之蒸發器，其中上述之第 33. 如申請專利範圍第32項所述之蒸發器，其中上述之滞死腳部具有O.OOlcc或更少之體積。 34. 如申請專利範圍第25項所述之蒸發器，更包含一熱板，面對該空腔出口並適用以蒸發所分佈之液體前驅物成為蒸發材料。 3 5.如申請專利範圍第25項所述之蒸發器，其中上述之第第27頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) 請先閲讀背 δ - 之注意，事，項

505952 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍二通遒係以一角度連接至第一通道，使得來自第三通遒之載氣流經第一通遒，並且，混合來自第二通遒之液體前驅物流與該流動在第一通道中之載氣。 3 6.如申請專利範圍第25項所述之蒸發器，其中上述之第一通遒具有一第一流量截面積，以及，第二通道具有第二流量截面積，其係小於第一流量截面積。 37.如申請專利範圍第25項所述之蒸發器，其中上述之第一通遒具有一第一流量截面積及第三通道具有一第三流量截面積，其係大於第一流量截面積。 3 8.如申請專利範圍第25項所述之蒸發器，其中上述之空腔具有一流量截面積，其由空腔入口至空腔出口呈單調地增加。 39. 如申請專利範圍第34項所述之蒸發器，其中上述之熱板具有一表面，面對該空腔出口並定義多數凹槽。 40. 如申請專利範圍第39項所述之蒸發器，其中上述之熱板之凹槽係為同心的。 41. 如申請專利範圍第39項所述之蒸發器，其中上述之熱板之凹槽具有範圍由1/16至1/8吋之寬度。第28頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) 裝寫太 -n n n m fl ϋ 一 * n n n n n In n I - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ABCD 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 505952 六、申請專利範圍 42·如申請專利範圍第39項所述之蒸發器，其中上述之熱板之凹槽具有範圍由1/4至1/2吋之深度。 43 · —種與載氣源及液體前驅物源一起使用以執行化學氣相沉積之設備，該設備至少包含：一沉積室，具有一蓋部；及一蒸發器，其係為該蓋部所承載’該蒸發器包含一銘主體，定義一噴嘴形空腔，該空腔具有一出口及一下凹入口 ’其中該出口係大於該入口及該空腔出口具有一超出1/4吋之寬度，該主體更定義一第一通遒連接至該入口並具有一寬度W及長度L，並適用以承载載氣及液體前驅物之混合流至該空腔入口，其中第一通遒之長度 L係少於1〇〇密耳及第一通道之寬度W係少於3〇密耳，及第一通遒對空腔内口之長度L對寬度W之比例為2: 1至20: 1之範圍内及其中該第一通道具有一載氣入口並一液體前驅物入口與該空腔入口分隔開第一通道長度L’及其中該主體更包含一第二通道，適用以承載液體前驅物流並連接至第一通道液體前驅物入口，及一第三通道連接至該第一通遒載氣入口並適用以承載載氣流至第一通遒，其中該第一通道承載於長度L上之液體前驅及載氣混合流至空腔入口；其中該液體前驅物係為膨脹經該空腔之載氣所分佈，該蒸發器更包含一閥，安置於該第二通道内，該閥具有個別之開放及閉合位置，並適用以當開放位置時，允許液體前驅物流經第二通道第29頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） " " —

505952 六經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍至該第一通遒，其中該第二通遒當該閥於閉合位置時，於該閥及該第一通道間定義一滯死腳部，及，其中該滯死腳部具有.1 CC或更少之體積；其中該室具有一喷氣頭，適用以分佈蒸發材料，及其中蒸發器更具有一鋁熱板，其係安置於喷氣頭及空腔出口間並適用以於被喷氣頭所分佈之前，蒸發被分佈之液體前驅物成為蒸發材料，其中該熱板具有一表面，面對該空腔出口並定義多數同心凹槽。 44. 一種用以執行化學氣相沉積之方法，至少包含步驟：於第一混合通道中，組合載氣及液體前驅物之流，以流入為一化學氣相沉積室蓋部所承載之蒸發器主體之空腔入口，其中該第一混合通道之長對寬比並不超出 20 ： 1 ；膨脹由該空腔入口流動至空腔出口之載氣及液體前驅物組合流，其中該空腔出口係大於該入口，使得該液體前驅物係為膨脹經空腔之載氣所分佈；及蒸發被分佈之液體前驅物，以產生一蒸汽；及沉積該蒸汽於沉積室中之基材上。 45 . —種蒸發用於化學氣相沉積中之液體的方法，至少包含步騾：於第一混合通道中，組合載氣及液體銅化合物前驅物流，以流至一主體之空腔入口，其中該第一混合通道第30頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）請先閲讀背面之注意事項再I 頁I w I ! ! I 1 I tr ί I 505952 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍之長對寬比並不超出20 : 1 ; 膨脹由空腔入口流至主體中之空腔出口之載氣及液體前驅物之組合流，其中該空腔出口係大於該入口，使得該液體前驅物係為膨脹經空腔之載氣所分佈；及蒸發被分佈之液體前驅物，以產生一蒸汽。 46.如申請專利範圍第45項所述之方法，更包含：於蒸汽產生完成時，閉合一閥，以中斷液體前驅物至第一通道之流動；及沖洗於閉合閥及第一通道間之滯死通遒，該閥係被分隔以足夠接近第一通道，使得該滯死腳具有0.1 cc或更少之體積。 -------I---—h^i — (請先閱讀背面之注意事項本頁) -線；經濟部智慧財產局員工消費合作社印製第31頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）