TWI344666B - Solid source container with inlet plenum - Google Patents

Description

1344666 ， 九、發明說明： 本專利申請要求2006年1〇月19日提交的系列號爲 60/853〇14的美國臨時專利申請的權益。 發明所屬之技術領域 本發明涉及用於從盛放於容器中的前驅物材料輸送含 刚驅物流體流的容器和用於從一容器分配包括氣態前驅物 的含前驅物流體流的方法。 先前技術 在製造半導體器件過程中，使用一步或多步沈積工藝諸 如，舉例來說，化學氣相沈積和原子層沈積工藝形成一個 或多個覆盍在基材表面的薄膜或塗層。在一傳統的CVD或 者ALD工藝中’一前驅物源可以是固體和/或液體狀態， 其被傳送到一具有一個或多個基材包含其中的反應室，在 φ 此處前驅物材料在一定的條件下例如溫度或壓力反應以在 基材表面形成塗層或者薄膜。 當在一 CVD或ALD工藝中使用一固態前驅物材料 (precursor material )時，該前驅物材料通常在一獨立的腔 室内’例如加熱室内，被加熱到足以形成氣體的溫度，然 後該氣體通常結合一載體氣體被傳送到反應室。在一些情 況下’該固態前驅物材料被加熱到氣體狀態而沒有形成一 中間的液體狀態。該固態前驅物材料的氣化使得産生並傳 送該包含前驅物材料的氣體到反應室變得困難。遇到的困 5 i 1344666 難-般包枯，但是不僅限於此，在容器，氣化室和/或傳送 線中沈積生長；在容器，氣化室和/或傳送線中液體或固： 狀態的材料的凝結，在容器的内部形成“ A ，，.. ^ ，流入到 下游反應室的不均勻氣體。這些問題將導致製造設備的 “停機”以去除液體或者顆粒物質，並且 U』flt»屋生相對 低質量的沈積膜。 本發明是-種用於從盛放於容器中的前驅物材料 含前驅物流體流的容器，該容器包括： 1 。奋積，該内部 容積被分割成一上部容積和一下部容積， 六' I该上部容籍 和該下部容積流體連通，並且該下部容積盛放該前驅物材 料；蓋’包含引導至少一載體氣體到該容器的内 的-流體入口，-流體出口，和一個内部凹槽 立 容積的至少一部分位於該内部凹槽中；側壁，具上 凸緣，其…部凸緣的至少-部分與該：接觸具二:":部 插入于該蓋和該側壁中間，1中 同器， 具中遠隔離器處於兮UΛ 的附近，並且將該内部容積分隔 ' 凸緣 今積刀隔成上部容積和下 和入口充氣件’與流體入口流體連通，該入口充積， 一充氣件腔體朝著該隔離器開口以引導該至小一軋件具有 通過該隔離器並朝向該前驅物材料。 一載體氣體 八本發明也是―㈣於從—容器分配包括氣“ 驅物流體流的方法，該方 4驅物的 估.提供一交。 有-内部容積’該内部容積包括由 益’一 &離益分隔開的一下 6 ^44000 部容積和一上部容藉，甘二 嫌且有—右尸 、其中該容器包括：一蓋，具有一個 f具有一充虱件腔體的入口 充氟件的入口和一個具有 “T”型孔的出口；—且右一^ 有 凸緣的至少一部分接觸 上4 亥凸緣和與側壁連接的基材；通過 該入口將至少一載體翁 ^ 孔體引V至該容器中，其中該至少—

載體氣體由該入口充氣株沾亡A 礼件的充軋件腔體引導通過該隔離 向下流動，其中該至少— 。 戟體礼體和該氣態前驅物組合形

成6玄Wll·體流，和通過隔離哭“ 阮雖态和该Τ”型孔出口從該容器中 排出該流體流並且將盆八 肘具刀配到下游的沈積系統。。 貫施方式 —一種用於前驅物材料’尤其是一種固態前驅物的氣化的 容器，和一種包含相同前驅物材料的方法在此被公開。該 谷益通常疋由一具有限定一個内部容積以容納前驅物材料 的基材、蓋和側壁的容器構成。通過施加熱，該前驅物材 • 料可以從一固體和/或液體狀態變形爲它的氣體狀態。該前 驅物材料可以是固體和/或液體。可以在該容器中使用的前 驅物材料的例子包括’但不限於，二曱基肼（dimethyl hydrazine) ' 二曱基|呂（trimethyl aluminum(TMA))、氣化 铪（hafnium chloride ( H fCU))、氣化錯（zirconium chloride(ZrCl4))、三氣化銦（indium trichloride)、三氣化 鋁（aluminum trichloride)、碘化鈦（titanium iodide)、碳化鎢 (tungsten carbonyl)、Ba(DPM)2 、二聯三甲基乙酰曱烷鰓 (bis di pivaloyl methanato strontium (Sr(DPM)2)) ' 1344666

TiO(DPM)2、四聯三曱基乙醜曱院錯（tetradipivdoy1 methanato zirconium (Zr(DPM)4))、癸硼烷（decaborane)、 石朋、鎂、鎵、銦、錄、銅、填、石申、裡、四氟删酸鈉（sodium tetrafluoroborates)、包含 alkylamidinate 配位體的無機前驅 物，有機金屬（organometall ic )前驅物例如丁醇三元錯 (zirconium tertiary butoxide (Zr(t-0Bu)4))、四二乙胺結

(tetralcisdiethylaminozirconium (Zr(NEt2)4))、四（二乙胺）铪 (tetrakisdiethylaminohafnium (Hf(NEt2)4))、四二甲基化胺 基鈦（tetrakis (dimethylamino) titanium (TDMAT))、 tertbutyliminotris (deithylamino) tantalum (TBTDET)、五二 乙胺组（pentakis(dimethylamino) tantalum (PDMAT))、五乙 院基甲基胺基组（pentakis (ethylmethylamino) tantalum (PEMAT))、四二甲基化胺基錯 (tetrakisdimethylaminozirconium (Zr(NMe2)4))、丁醇三元铪 (hafniumtertiarybut〇xide (Hf(t_〇Bu)4))，和它們的混合物。 在一個實施例中，該基材，該側壁，和/或該容器的蓋 的内部表面至少具有一個凸 與前驅物材料接觸。該至少 如驅物材料。在—個實施例 舉例來說，氮氣，氩氣，氦 通過該内部容積並且與該前 提供一包含前驅物材料的氣 使用真空，單獨或者與該惰 該容器中該包含前驅物材料 起’其延伸到該内部容積中並 一個&起輔助傳導熱量導向該 中’一種惰性載體氣體諸如， 氣’氬氣’或者其他氣體，其 驅物材料的氣體狀態相組合來 流。在另一個實施例中，可以 性氣體一同使用，以回收來自 的氣流。然後該包含前驅物材 8 1344666 料的氣流可以被傳送到下游製造設備，諸如，例如一用於 ’尤積的反應容器。當爲了避免“冷點”或者其他會導致蒸 汽凝結於其中的問題，該容器可以提供該包含前驅物材料 的氣體的連續氣流。該容器還可以提供一穩定的並且可以 再生的氣流率，其對於多種生産工藝都有益處口

圖1和2分別提供了本發明的容器的一個實施例的一個 分解側視圖和截面圖，其中該至少一個凸起延伸到改容器 的基材。在圖丨和2中，該容器是具有一個蓋12，一個基 材14，側壁丨6和一對襯墊13和15分別位於蓋12和基材 Η的附近的容器10。當容器1〇如所示得大體上爲圓筒形 狀時，當然該容器可以是，例如，空心正方形或矩形管。 Τ墊13和15可以是一個襯墊、〇型環、墊圈、插入襯墊、 等等可以用來使容器10保持真空或者穩定壓力，並且其還 可以是由金屬或者複合材料構成。可選擇的，在不需要—

個或兩個襯墊13和15的情況下，蓋丨2和/或基材14可以 與側壁16對準用以形成一個氣密的或者耐壓的密封。蓋 U可以通過一個或多個圖丨所示的例如螺釘或者銷釘的緊 固件19扣固定到側壁16上。在一個可選擇的實施例中， 蓋丨2可以通過凹槽固定到側壁16上，該凹槽對應互補的 凹槽，互補的凹槽對準並允許蓋12固定到側壁16(未示出） 上。在另外-個實施财，蓋12通過焊接、鍵合、钻結或 者其他方法連接到側壁16上。校準銷釘（未示出）可以用 於確定合適的位置並且對於該可移動基材的實施例，裝配 到該蓋與該側壁之間和/或該側壁與該基材之間。 9 ^44666 蓋12、基材14和側壁16限定出—内部容積〗7用於盛 ' 放5亥前驅物材料。蓋12、基材14和側壁1 ό可以由金屬或 者可以承受容器10的工作溫度的其他材料構成。在一特定 貫知例中，蓋1 2的至少一部分、基材1 4和側壁丨6可以是 不與盛放於其中的前驅物材料發生化學反應的。在這些、 或是可選的實施例中，蓋12、基材14和側壁16可以具有 熱傳導性。用於蓋12、基材14和側壁1 6的示例性金屬包 • 括不銹鋼、欽、鉻、錯、蒙乃爾合金、不滲透性石墨、鉬、 鈷、陽極氧化鋁、鋁合金、銀、銀合金、銅、銅合金、鉛、 覆鎳鋼、陶瓷材料、摻雜的或未摻雜的、或者它們的組合 物。在一個實施例中’接觸該前驅物材料的表面的至少一 部分可以被電鍍上多種金屬，例如鈦、鉻、銀、钽、金、 鉑、鈦和其他材料，其中該上述電鍍金屬可以是摻雜的或 者疋未摻雜以用於提升表面相容性。在這些實施例中，該 電鍍金屬可以與儲存在此處的前驅物材料不發生反應。 • 蓋1 2可以包含一用於一惰性載體氣體或它們的混合物 流動的流體入口 22和一用於含前驅物流體流流動的流體 出口 24。通過入口 22引流至容器1 〇的示例性的惰性載體 氣體包括，但不限於，氫氣、氦氣、氖氣、氮氣、氬氣、 氙氣或者它們的混合物。在一特定的實施例中，該含前驅 物流體流不是借助一載體氣體，而是一真空、壓差或者其 他方法從容器丨〇中抽回。在這些實施例中，入口 U和任 何的閥門或相關聯的結構是可以選擇的。蓋丨2也可以被描 述爲具有—個用於將該前驅物材料（未示出）引導至内邹 U44666 ，如，一自側壁延仲出的鰭片、_ J 型管、或者—“ τ” 型管也可以引導該惰性栽體氣體層流狀流 實謝，該“r型管可以在—個或者 ：:: /或可以是大尺寸的。在一特宏& + 丨弓成角和 特弋的實施例令，出口 24可以 包含一延伸至内部容積〗 幻s子，該管子是具有 或者其他構形的管子。在這 一耳她例中，出口 24 沾兮 ‘‘丁”型管可以狀添加或 的遠 管上。 〜管在机體入口上的“ τ”型 在圖1和2所示的實施例令六 導η , 〇 ^ ^ m 令器1〇進一步包括一個 導熱叙體18,其包圍容器 ，u 凹槽20中扣件保持，例 用卡在 配合。導熱殼體可以使得埶I八 "月動 容考丨0& …、里刀佈均勻並改善傳入包含在 奴殼體可以、…杜“驅物材料的熱量的傳導。導 …、成篮了 U通過扣件和 ^ 材f4同^ π 飞允。午叙體在受熱時膨脹的不同

材科固弋於容器1 〇的 U 構成，作爲g g i β Μ , 〇 ’導體殼體18可以由鋁 爲合益10的側壁16可丨、/丄 殼俨18·5Γ m 由不錄鋼10構成。導埶 从體丨8可以用彈簧固定於側 守…' 包含的前驅物材料在為以補償該容器和其中 啊n隹欠熱時的膨脹。 可以通過多種方法， |5 4+ , ^ „ ，、匕括但是不限於，帶狀加埶芎、

〜射加熱益、迴圈流體 J 熱系統或者其他可以單獨使加熱糸統、感應式加 器10和包含在其中的」或者1 且合使用的方法，將容 狀態下的溫度，# 物材料加熱到該材料在其氣體 時加熱到昇：溫二者.f該前驅物材料爲-固態前驅物材料 X k些加熱源可以相對於容器丨0在其外 12 : = Γ:。在一些實施例中，整個容器1()可以被引入到 者在另一些實施例中，基…以具有一個或 例二：:加其:㈣式加熱部件。圖6描述了-個實施 s工U件36插入到容器丨内部 不同位置處。仍有兑#寄—， ^ 一十夕、有 貫％例可以使用由- RF電源控制的 5 :個感應式加熱旋管。還有其他的實施例可以使用一 加熱為，泫加熱器是與載體氣體源流體連通，該載體氣體

源，載體氣體弓丨入容器1〇之前將其加熱到一定的溫度。 合态10可以進一步具有一個或者多個熱電偶埶敏電 阻或者其他溫度敏感器件，其可以監視容器1〇和包含在皇 中的前驅物材料的溫度。該一個或者多個熱電偶可以佈置 在該基材、蓋、内部容積和/或該容器的其他區域上。可將 -個或者多個熱電偶或者其他溫度敏感器件連接至一控制 器或者電月i，所述控制器或者電腦與熱源電通訊用於使内 部容積内和位於其中的化學物質保持一致的溫度。

合器10可以進一步具有一個或者多個延伸至内部容積 1 7中的突起34。圓1、2和5描述了 _個使用多個“釘狀” 凸起34的實施例。突起34可以由_種導熱材料或者由其 組成的混合物形成。在一些實施例中，例如圖2所描述的， 突起34可以由例如銅34a的導熱过和例如不銹鋼3仆的與 前驅物材料接觸的不反應的表面構成。在圖5所示的實施 例中，基材14可以從側壁16上移除以使其便於清潔和保 養。當突起34如圖中延伸自基材14，其可以想象到突起 34也可以自側壁16、蓋！2、基材丨4或者它們的組合延伸 13 1344666 7。犬起34接觸到包含於其中的前驅物材料 :改善熱傳導。佈置突起34以使位於該突起和其中包含的 前驅物材料之間的氣體不受阻止的流動。進一纟，突起34 還可以避免前驅物材料的燒結。 圖3和4描述了一個具有“類似苜蓿葉狀的，，突起 34 ’其自基材14’延伸。基材14，和側壁16，被描述爲一體

化轉配；然而，基材丨4可被移除。該具有苜稳葉狀的突起 34可以將内部容積丨7’分隔成獨立的但是相互連接的區域 以使§亥載體氣體在該容器中不受阻礙的流動。 圖7和圖7a至7g描述了一個實施例的範例，該實施例 公開了谷器1 〇 〇 ’其中至少一個突起1 〗是“轉片狀，，並 且自容器1 00側壁1 04 (其爲一側壁和基材的—體化的組 衣）延伸至内σί5谷積1 1 3。在έ玄被描述的實施例中，結片狀 突起101是大體上垂直於流體入口元件和流體出口元件 11 0和I 1 2。再次參閱圖7，容器1 00有—個蓋1 〇2、側壁 1 04、一個内凸緣1 06、能允許一惰性載體氣體或者其混合 物流動的一流體入口元件11 0、允許含前驅物流體流流動的 —流體出口元件丨1 2、一個用於將前驅物材料引導至容器 1 0 0的内部谷積1丨3内的填充部1 〇 8。在特定實施例中，填 充部1 08可以用作一個水平感應部使用 在這些實施例 中，該部分可以包含，例如一視窗、感測器、探針、和/或 其他用於探測容器令的前驅物材料存在的工具。 圖7a至7〇七供了谷器1〇〇的蓋1〇2的多個詳細視圖。 如圖7a和7b所示的，容器1〇〇具有一個“ τ”型管體丨14， 14 1344666 和/或該輸出的包含前驅物的流體流動管路的任 例如圖7£所描述的-特定的實施例中 。在 从 以在隔板〗18上 的内部凹槽122安裝-個或者多個過據器板。 在-個實施例中’容器】。和100可以進一步包含一一 :爲用來確定内部容積17所含物質的窗口（未在圖中： )\爲了減少氣體凝結和沈積在窗口上，合適的材料包括 具有高效熱傳導性的透明材料，包括 刊了寸巴枯，例如金剛石、鉍

石、碳化矽、透明陶瓷材料等。 皿 备玄谷益的工作溫度可以士Ρ诚+南4 j以根據此處包含的前驅物材料來 確定’但是範圍可以通常爲大約從25。。到5峨，或者大 约從⑽t到3_。該容器的工作壓力範圍可以大約從 10 2t〇rr到10_〇rr，或大約從0」加至200t〇rr。 在-個實施例中，此處公開的該容器的使用方法包括通 過填充口 26將例如固態前驅物材料的前驅物材料引入至 容器1〇的内部容積17内，内部容積内的該固態前驅物材 料接觸到延伸到内部容積17内的一個或者多個突起Μ。 更爲優選的是，該前驅物材料填充到某點，該點與至少一 個大起的至少一部分連續接觸，，亥突起沒有延伸出該包含 至少一個突起的内部容積17的區域。緊固緊固蓋12、基 材14、和側壁16來提供一個壓力密閉的或者氣密的密封。 開啓閥門23以使惰性載體氣體通過渦流發生管體J流動 並進入内部谷7。使用一熱源，例如筒式加熱部件將該 月J驅物材料加熱至昇華溫度並形成_前驅物氣體。惰性載 體氣體與該前驅物氣體組合以形成含前驅物流體流。該包 16 1344666 穿過隔離器，該實施例阻止 或固體被氣體源攜帶走。當 允許容器被置於不會對顆粒 了包括固態前驅物自身的顆粒 進行輪送和操作時，該實施例 的産生或者入口和出口的拔插 帶來的負面影響的、非垂直方向上。 在此雖然詳細的描述了本發明並且涉及了特定的實 例，對於本領域技術人員來講可以在不脫離本發明精神和 範圍的前提下進行多種變化和修正是顯而易見的。

圖式簡單說明 圖1是此處公開的該容器的—個實施例的分解側視圖。 圖2提供示出了内部容積的圖丨的容器的裝配側視圖。 圖3是此處公開的該容器的另一個實施例的集合的側 壁和基材元件的等距視圖。 圖4是圖2中的集合的側壁和基材元件的頂視圖。 圖5是根據本發明的一個實施例的包含多個凸起的一 個可拆卸基材的等距視圖。 圖6是此處公開的包含一插入到該容器中的加熱器筒 的°亥谷器的一個實施例的分解等距視圖。 圖7 k供此處公開的該容器的另一個實施例一分解等 距視圖，其中該凸起爲“鰭片狀”並且自側壁延伸。 圖7a是圖7中該容器的蓋分解等距視圖。 圖7b是圖7中該容器的蓋裝配等距視圖。 圖7c是圖7中該容器的蓋頂部視圖。 圖7d是圖7中該容器的蓋的混合截面正視圖。 21 圖7e疋圖7中该容器的主體部的分解等距視圖。 - 圖"是示出了圖7中的隔離器和容器主體部的關係的 分解等距視圖。 圆7g是示出了插在圖7 "該容器主體部與蓋（未示 出）間的一個隔離器的頂部視圖。 圖J是示出了此處描述的容器和現有技術的容器使用 克月』驅物填充和溫度爲1 6()°C下相對輸送速度對裝料剩 φ 餘％比例的圖表。 圖9疋不出了此處描述的容器和現有技術的容器使用 〇克則驅物填充和溫度爲丨8 〇 下相對輸送速度對裝料剩 餘％比例的圖表。 圖1 〇是描述當使用500克前驅物填充時此處描述的一 個容器的相對輸送速度對容器壽命的圖表。 圖11是本發明的蓋，入口和出口的一個具體實施例的 截面圖’其示出了該入口徑向地連接到入口充氣件。 •圖12是本發明的蓋，入口和出口的具體實施例的沿圖 11中線12—12的平面圖。 圖13是不帶蓋的入口的透視圖’其示出了該入口充氣 件的細節和在該入口和出口之上的歧管裝置，其中入口軸 向連接到入口充氣件。只以部分剖面示出了側壁。 主要元件符號說明 1〇、100.，容器；12..蓋；13、15.,襯墊；14、14’·.基材； 16、16’..側壁；17、17,、113内部容積；a導熱殼體； 22

Claims (1)

1344666 .十、申請專利範圍： 1 . 一種用於從盛放於容器中的前驅物材料輸送含前驅 物流體流的容器，該容器包括： ° 内部容積，m玄内部容積被分隔成一上部容積和一下 部容積，其中該上部容積和該下部容積是流體連通的並且 該下部容積盛放該前驅物材料； 蓋，包括一流體入口其將至少一載體氣體弓丨導至該容器 的内部容積，一流體出口，和一個内部凹槽，其中該 谷積的至少一部分位於該内部凹槽中； 側壁’具有-上部凸緣，其中該上部凸緣的至 與該蓋接觸； 隔離器’插入該蓋和該側壁之間，其中該隔離器處於該 上部凸緣的附近並且將該内部容積分隔成上部容積和下 容積；和 ° 入口充氣件，與該流體入口流體連it，該入口充氣件具 有一充氣件腔體朝著該隔離器開口以引導該至少-載體Γ 體通過該隔離器並朝向該前驅物材料。 孔 2 .如申請專利範園第 氣件尺寸設計爲與蓋的下 觸以阻止該至少一載體氣 1項所述的容器，其中該入口充 部表面和該隔離器的上部表面接 體旁路通過該隔離器。 3.如申請專利範圍第 氣件是該蓋的一部分。 項所述的容器 其中該入口充 24 1344666 , 4 ·如申請專利範圍第1項所述的容器， 氣件具有圓筒形狀。 5 ·如申請專利範圍第4項所述的容器， 腔體具有所述入口充氣件尺寸小的圓筒形狀 至少一載體氣體的一排放口。 6 ·如申請專利範圍第1項所述的容器， 包括過濾器。 7 ·如申請專利範圍第5項所述的容器， 將該充氣件腔體的排放口全部覆蓋。 8 ·如申請專利範圍第7項所述的容器， φ 將位於下部容積中的前驅物材料與該流體出 9 ·如申請專利範圍第1項所述的容器， 口包括一個在其入口端部爲“T”型的通路 1 0 ·如申請專利範圍第9項所述的容器， 口的入口端部具有與該通路的橫截面成一角 1 1 ·如申請專利範圍第1 0項所述的容器 其中該入口充 其中該充氣件 ，包含用於該 其中該隔離器 其中該隔離器 其中該隔離器 口隔離。 其中該流體出 〇 其中該流體出 度的開口。 ，其中具有一 25 1344666 Γ* 角度的該流體出口開口定位成使得由該具有角度的開口形 成的平面基本上與該蓋的上部容積的内部表面相切。 1 2 ’如申明專利砣圍第1項所述的容器，其中該流體入 口相對入口充氣件的側面軸向連接到該充氣件腔體。 13.如中請專利範圍第1項所述的容器，其中該流體入 口在入口充氣件的中本 t夹軸向連接到該充氣件腔體。 1 4 . 一種用於從一定哭八a , +益刀配包括氣態前驅物的含前驅物 流體流的方法，該方法包括： 提供一容器，其具有一内 門邙合積，該内部容積包括由一 隔離器分隔開的一下部容藉知 L Αι? 合積和—上部容積，其中該容器包 括：一蓋，具有一 j固帶1右_*# 八有 充耽件腔體的入口充氣件的 入口和一個具有“ T”型：f丨的山 . 孔的出口 ’ 一具有一上部凸緣的側 少—部分接觸該凸緣和與側壁連 壁’其中該上部凸緣的 接的基材； 通過該入口將至少一截體备麟 双體狀體引導至該容器中，其中該 至少一載體氣體由該入口充翁杜沾六γ A 尤札件的充氣件腔體引導通過該 隔離器向下流動’其中該至φ 主乂 一載體軋體和該氣態前驅物 組合形成該流體流；和 通過隔離器和該“ T”型子[ψ π 斗—σ丄 i札出口從該容器中排出該流體 流並且將其分配到下游的沈積系統。 26 1344666 1 5 ·如申請專利範圍第14項所述的方法，其中該至少 一載體氣體從該入口軸向地流進該入口充氣件。 1 6 .如申請專利範圍第1 4項所述的方法，其中該至少 一載體氣體從該入口徑向地流進入口充氣件。

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