TWI532873B - 前驅物源罐中提供層流之設備與方法 - Google Patents

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TWI532873B
TWI532873B TW098137846A TW98137846A TWI532873B TW I532873 B TWI532873 B TW I532873B TW 098137846 A TW098137846 A TW 098137846A TW 98137846 A TW98137846 A TW 98137846A TW I532873 B TWI532873 B TW I532873B
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    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
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    • C23C16/448Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials
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Description

前驅物源罐中提供層流之設備與方法
本發明實施例關於前趨物源罐,有時可指安瓿,用於提供蒸汽前趨物材料至製程腔室。
用於在基材上形成一層或多層之材料的化學氣相沉積(CVD)及原子層沉積(ALD)為熟知的技術。材料一般藉由氣相化學品在基板表面處及/或靠近基板表面處之反應形成。通常來說,CVD及ALD涉及處理氣體反應物至基板表面之供給,其中化學反應在基板表面上有利於反應之熱力學的溫度及壓力條件下發生反應。材料(其可藉由使用習知CVD及ALD製程形成)之類型、組成、沉積速率、及厚度均勻性一般受限於供給化學反應物的能力或至基材表面之前趨物。
形成氣體反應物之前趨物材料可源自液體前趨物材料或固體前趨物材料。氣體或液體前趨物材料通常提供至罐,在此處材料被加熱而形成蒸汽。蒸汽通常流入具有基材置於其中之製程腔室且反應而沉積一材料於基材表面上。
用於供給前趨物至製程腔室之多數習知罐可得自商業行為。然而,習知罐產生若干問題。例如,在罐中的紊流可能於載氣中拾起或挾帶固體或液體而與蒸汽一同流向製程腔室。挾帶之固體及液體可導致製程腔室及/或基材之粒子污染。
因此,需要一種改良罐,其可最小化或除去罐中之氣流的擾動。
本發明實施例一般提供一罐設備,其可於罐內提供層流。在一實施例中,罐設備包含:一容器,其界定內部體積和一入口及一出口,其與內部體積流體連通,容器具有外側壁,其包含一第一直徑漸變(transitioning)至一延伸凸緣部份,該延伸凸緣部分具有大於第一直徑之一第二直徑,及一管狀構件延伸穿越入口至一遠端而鄰近內部體積之底部表面,管狀構件具有一上部分,其具有複數孔且以實質垂直管狀構件縱軸之角度形成穿越上部分,各複數孔係配置成容許將載氣引入內部體積。
在另一實施例中,揭露一種用於提供汽化前趨物材料至製程腔室之方法。本發明方法包括:提供一容器,其界定含有前趨物材料之內部體積,加熱前趨物材料以形成蒸汽,將載氣自置於內部體積中之管狀構件流入內部體積,其中載氣自係管狀構件之穿孔部分引入且流動路徑相對於管狀構件實質垂直並與前趨物材料之頂表面平行,及將載氣和蒸汽流向出口。
在另一實施例中,揭露一罐設備。罐設備包括:一環形體,其具有第一直徑耦接至向外延凸緣部分,該向外延凸緣部分具有一大於第一直徑之第二直徑、及一由環形體界定的內部體積,內部體積包含:一第一內直徑,其漸變(transitioning)至一大於第一內直徑之第二內直徑、及複數弧形肩部區耦接至第二內直徑且自第二內直徑向內延伸,其中各弧形肩部區包括適於容置緊固件的螺紋開口。
本文描述之實施例關於一罐,其亦知為安瓿,適於容納前趨物材料。明確地說,本文描述之實施例關於一罐設備,其裝備有穿孔管狀構件而可最小化或除去罐中的擾動,且可最小化或除去挾帶粒子及/或產生粒子。
第1圖為一前趨物源罐100之例示實施例。罐100包含:一頂蓋102、一底部104、及側壁106,其界定內部體積107。罐100可由抗製程腐蝕材料製造,諸如不銹鋼、陶瓷、或鋁。罐100也包含:配置在頂蓋102的開口,如一入口108及一出口110。入口108係耦接至載氣源112,及出口110係耦接至製程腔室114。載氣源112透過管狀構件116將載氣引入內部體積107。罐100之內部體積107適於容納前趨物材料118(其可為液相或固相)。在此實施例中,前趨物材料118為液體前趨物材料。
置於罐100中且自遠端前趨物源180供給之適合的前趨物源材料之實例包括:四氯化鈦(TiCl4)、四(二甲基胺(dimethylamido))鈦(TDMAT,(Me2N4)Ti)、四(二乙基胺(diethylamido))鈦(TEMAT,(Et2N)4Ti)、雙(乙基環戊二烯基(ethylcyclopentadienyl))釕((EtCp)2Ru)、雙(二甲基戊二烯基(dimethylpentadienyl))釕、雙(二乙基戊二烯基(diethylpentadienyl))釕、四(二甲基胺)鉿(TDMAH,(Me2N)4Hf)、四(二乙基胺)鉿(TDEAH,(Et2N)4Hf)、四(甲基乙基胺(methylehtylamido))鉿(TMEAH,(MeEtN)4Hf)、第三丁基亞胺基(tertbutylimido)-三(二甲基胺)鉭(TBTDAT,(tBuN)Ta(NMe2)3)、第三丁基亞胺基-三(二乙基胺)鉭((TBTDET,(tBuN)Ta(NeEt2)3)、第三丁基亞胺基-三(甲基乙基胺)鉭(TBTMET,(tBuN)Ta(NMeEt)3)、五(二甲基胺)鉭(PDMAT,Ta(NMe2)5)、第三戊基亞胺基(tertiaryamylimido)-三(二甲基胺)鉿(TAIMATA,(tAmylN)Ta(NMe2)3),其中tAmyl為第三戊基族(C5H11-or CH3CH2C(CH3)2-),其衍生物,或其組合物。其他適合的前趨物源材料包括:水、雙氧水(H2O2)、氨(NH3)、肼(N2H4)。適合的矽前趨物包括:矽烷(silane,SiH4)、二矽烷(disilane,Si2H6)、氯矽烷(chlorosilane,SiH3Cl)、二氯矽烷(dichlorosilane,SiH2Cl2)、三氯矽烷(trichlorosilane,SiHCl3)、四氯化矽(silicon tetrachloride,SiCl4)、六氯二矽烷(hexachlorodisilane,Si2Cl6)、及其衍生物。
前趨物材料118在罐100內加熱至氣相且蒸汽流入製程腔室114。在一實施例中,加熱器元件120可嵌入側璧106中或耦接至側璧106。在另一實施例中,加熱設備126可耦接至、環繞、或其他方式與側璧106及罐100之其他表面熱連接。在一實施例中,加熱設備126可為加熱套或加熱帶。在另一實施例中,罐100可放置於鄰近加熱源(未示出)處或放置於加熱源(未示出)中,例如烤箱、加熱管或熱板。可操作加熱器元件120或加熱設備126以加熱及汽化前趨物材料118。汽化前趨物材料118可隨後經由載氣透過出口110流出製程腔室114。
管狀構件116之上部分121經穿孔且包括複數徑向孔122,其經配置以將載氣流導向實質垂直管狀構件116及/或罐100之縱軸A的方向。徑向孔122可以一圖案或隨機地分布於管狀構件116之外周圍表面。如圖示,部分引入載氣可藉此透過孔122且以與管狀構件116正交及/或近似平行於前趨物材料118之表面128的方向水平地流出管狀構件116。可設定含有徑向孔122之上部分121的高度以使徑向孔122持續地保持在前趨物材料118之頂表面128上方。在一實施例中,自上部分121最低之孔122至前趨物材料118之頂表面128的最小距離D為約0.25英吋。
在一實施例中,管狀構件116的遠端包括:一開口,經配置以引入前趨物材料118內的部分載氣。在一實施例中,開口124可密封或加蓋以使載氣僅容許流經徑向孔122。在另一實施例中,管狀構件116之遠端包括:一蓋(未示出),其具小孔徑以限制載氣來自遠端的流動。
由於孔122自前趨物材料118之頂表面128設定最小距離D,載氣透過孔122流出而不直接衝擊前趨物材料118。再者,開口124具小尺寸因此限制載氣流入前趨物材料118之量。可建構孔122之配置及開口124而使提供至開口124之氣流最小化且使透過孔122在前趨物材料118上方之氣流最大化。因此,可藉由增加在前趨物材料118之頂表面128上方出現之氣流來減緩或完全除去前趨物材料118產生之粒子。當前趨物材料118藉由加熱器元件120加熱時,前趨物材料118開始汽化。部分載氣透過徑向孔122流出而產生層流路徑,其實質垂直於管狀構件116延伸之方向,且載氣係適於以控制之方式將氣相前趨物材料流出至出口110。藉由一或多個孔122提供之流體路徑及開口124預防或最小化擾動及粒子產生。
罐100進一步包括:一環形擱架區132,適於增加罐100之體積或頂部空間。在一實施例中,藉由擴大罐100之上部分直徑來提供環形擱架區132。擴大之罐100之上部分包含:一向外延凸緣部分138。在一實施例中,環形擱架區132自罐100之側壁106之外部徑向向外延伸。向外延凸緣部分138耦接至一環形側壁142,其具有大於側壁106之外直徑的直徑。環狀側壁142提供適於耦接至頂蓋102之上表面。在一態樣中,環形擱架區132增加內部體積107之頂部空間。頂蓋102適於藉由複數緊固件136(例如,螺桿或螺栓)耦接至罐100主體。環形擱架區132進一步包括:複數肩部134以增加罐100上部分之厚度,因此提供緊固件136額外的機械支撐。在一實施例中,各肩部134包括:至少一個螺紋孔140,可經由該螺紋孔嵌入緊固件136。在此實施例中,頂蓋102藉由六個緊固件136(圖中僅示出3個)耦接至罐100。在其他實施例中,頂蓋102可藉由更多或更少緊固件136耦接至罐100,且該等緊固件適於由對應數量之孔140容置。
連結第1A圖,第1B圖圖示移除頂蓋102之環形擱架區132的俯視圖。形成於頂蓋102(未示出)中央部份之入口108及出口110的大約位置以虛線示出。環形擱架區132包括:複數肩部134,其經配置以作為環形擱架區132中之半圓形區。在一實施例中,肩部134包括:螺紋螺栓孔140,其適於容置緊固件136。
在一實施例中,複數肩部134以相等間隔置於環形擱架區132上。各複數肩部134包括:弧形部分144,其呈向內朝向內部體積107之弓形且連接環形側壁142之內部弧形部分。介於肩部134及環狀側壁142間之區域增加罐100之體積。在一實施例中,環形擱架區132界定內部體積107之膨脹直徑部分。環形擱架區132向內漸變以減少內部體積107之直徑。在此組態中,罐之頂部空間增加,其可利於延伸載氣及攜於其中之蒸汽的暫停時間。因而,可提供一較高濃度的蒸汽至製程腔室。
連結第1A圖,第1C圖圖示徑向孔122於管狀構件116之上部分的配置。徑向孔122沿著軸B且以一實質垂直縱軸A之角度α形成穿越管狀構件116之周圍表面。
連結第1A圖,第2圖圖示根據本發明實施例之另一罐200。罐200含有固相前趨物材料202。罐200包含:內部體積107,其由頂蓋102、底部104及側壁106界定。固體前趨物材料202可藉由移除頂蓋102被引入內部體積102中。
在此實施例中,加熱器元件216圍繞罐200之至少一部分。加熱器元件可為任何熱源,其經配置以提供熱能給罐200之表面。在一實施例中,加熱器216為加熱帶,其可直接與罐200之表面接觸。固體前趨物材料202可藉由加熱器元件216加熱而汽化及/或昇華。在一實施例中,亦可提供泥漿204及/或固體粒子206於前趨物材料202中以利於自加熱器元件216之熱傳導。
罐200包括:入口108及出口110。入口 108耦接至載氣源112,且出口110連接製程腔室114。載氣源112適於透過入口108提供載氣進入內部體積108且管狀構件226係耦接至入口108。
在此實施例中,管狀構件226具有遠端,其包括一蓋230。蓋230使載氣較高的流體能穿過於管狀構件226之上部分121內形成之複數徑向孔。蓋230亦防止載氣於前趨物材料202中或靠近前趨物材料202之流動,其可最小化或除去粒子污染。徑向孔122形成於管狀構件226之周圍表面上。含有徑向孔122之上部分121的高度可經設定以使徑向孔持續地保持在前趨物材料202之頂表面的上方。在一實施例中,自最低之孔122至前趨物材料202之頂表面的最小距離D為約0.25英吋。
由於孔122自前趨物材料202之頂表面設定一最小距離D,載氣透過孔122流出而不直接衝擊前趨物材料202。蓋230可經配置以預防任何載氣流出。在另一實施例中,管狀構件226之蓋230可具有複數孔隙(未示出)因此限量之載氣可透過彼等孔隙流出管狀構件226。可建構徑向孔122之配置及孔隙以使提供至孔隙之載氣最小化且使在前趨物材料202上方之氣流最大化。因此,可藉由增加在前趨物材料202上方出現之氣流來減緩或完全除去前趨物材料202產生之粒子。
當前趨物材料202藉由加熱器元件216加熱時,前趨物材料202開始汽化。部分載氣透過徑向孔122流出而產生層流路徑,其實質垂直於管狀構件116延伸之方向,且載氣係適於以控制之方式將氣相前趨物材料流出至出口110。
罐200包括:環形擱架區132,其增加罐100之體積或頂部空間,如第1A圖所示。在一實施例中,藉由擴大罐100之上部分直徑來提供環形擱架區132。擴大之罐100之上部分包含:一向外延凸緣部分138。向外延凸緣部分138耦接至一環形側壁142,其具有大於側壁216之外直徑的直徑。在一態樣中,環形擱架區132進一步包括:複數肩部134以增加罐200上部分之厚度。
在離開徑向孔122之後,載氣一般平行於前趨物材料202之頂表面流動,且隨後朝出口110匯聚。因透過徑向孔122之載氣流有助於增加前趨物材料202之頂表面上方的壓力,而可最小化前趨物材料202因釋出載氣而生之攪拌(stirring-up)效應。
因徑向孔122經配置以將載氣實質水平地引導出管狀構件226及前趨物202之頂表面的上方,可產生載氣之層流路徑而可控制地且均勻地流出汽化之前趨物材料202至開口110。因此,可預防流動於內部體積107中之擾動的發生,且當汽化前趨物材料202藉由載氣抽空時前趨物材料202之固體部分不會被帶走。在一實施例中,管狀構件226之遠端可延伸至鄰近內部體積107之底部。
連同第1A圖及第2圖,第3圖根據本發明之一實施例圖示罐300之另一實施例。罐300包括:複數擋板326及328。雖然前趨物材料118示為液相,應了解前趨物材料118亦可如第2圖所示之前趨物材料202而為固相。
可提供複數擋板326及328於內部體積107中而使擋板326及328與管狀構件116實質平行地延伸。擋板326可耦接至底部104,且擋板328耦接至頂蓋102。擋板326及328可由抗內部體積107之製程環境的材料製成,例如陶瓷、不銹鋼或鋁。擋板326及328接觸前趨物材料118以利於前趨物材料118中之熱傳導。此外。擋板326及328之配置可提供載氣(自徑向孔122朝向出口110)較大之平均流體路徑以使載氣可結合較高之蒸汽密度。之後,汽化前趨物材料118可流至製程腔室114。源自載氣源112之載氣藉由管狀構件116被引入內部體積107。
管狀構件116之上部分121經穿孔且包括複數徑向孔122。徑向孔122可以一圖案或隨機地分布於管狀構件116之外周圍表面。如圖示,部分引入載氣可隨後透過孔122且以與管狀構件116正交及/或近似平行於前趨物材料118之頂表面323的方向,水平地流出管狀構件116。在一實施例中,自最低之孔122至前趨物材料118之頂表面323的最小距離D為約0.25英吋。藉由擋板326及328,流出徑向孔122之載氣可實質此等平行擋板326及328之方向移動,因此產生沿著擋板326及328延伸之方向的層流。
雖然前述係針對本發明實施例,但可鑒於本揭示發展出其他及進一步的實施例,且不會背離本發明之基本範圍,以及其由如下申請專利範圍決定的範圍。
A...縱軸
B...軸
D...距離
100、200、300...罐
102...頂蓋
104...底部
106...側壁
108...入口
110...出口
112...載氣源
114...腔室
116、226...管狀構件
118、202...前趨物材料
120、216...加熱器元件
121...上部分
122...徑向孔
124...開口
126...加熱設備
128、323...頂表面
132...環形擱架區
134...肩部
136...緊固件
138...凸緣部分
140...孔
142...環形側壁
144...弧形部分
180...前趨物材料源
204...泥漿
206...固體粒子
230...蓋
326、328...擋板
藉由參照上述實施例與發明內容之說明,可詳細了解本發明之前述特徵,其中部分係說明於伴隨之圖示中。然應注意的是,伴隨之圖式僅說明了本發明的典型實施例,因而不應視為對其範疇之限制,亦即本發明亦可用其他等效實施方式。
第1A圖示根據本發明之一實施例之前趨物源罐的截面圖。
第1B圖示示於第1A圖之前趨物源罐而無頂蓋的俯視圖。
第1C圖示根據本發明之一實施例之管狀構件之上部份的部份截面圖。
第2圖示根據本發明之另一實施例之前趨物源罐的截面圖。
第3圖示根據本發明之另一實施例之前趨物源罐的截面圖。
為了清楚表示內容,該等圖示已簡化且非按照比例繪製。為了使其容易了解,已儘可能指定使用相同的元件符號圖示相同的元件。可預期一個實施例中的一些元件可有益於結合在其他實施例中。
A...縱軸
B...軸
D...距離
100...罐
102...頂蓋
104...底部
106...側壁
108...入口
110...出口
112...載氣源
114...腔室
116...管狀構件
118...前趨物材料
120...加熱器元件
121...上部分
122...徑向孔
124...開口
126...加熱設備
128...頂表面
132...環形擱架區
134...肩部
136...緊固件
138...凸緣部分
140...孔
142...環形側壁
180...前趨物材料源

Claims (24)

  1. 一種用於供應一前趨物材料至一製程腔室的設備,其至少包含:一容器,其具有一頂蓋置於其上,該容器具有界定一內部體積之一底部與一側壁,該內部體積在該側壁之一內部表面、該底部之一內部表面、與該頂蓋之一表面之間,該頂蓋具有與該內部體積流體連通之一入口及一出口,其中該側壁包括一外表面,其包含:一第一直徑漸變(transitioning)至一延伸凸緣部份,該延伸凸緣部分具有大於該第一直徑之一第二直徑;及一管狀構件,延伸穿越該入口,該管狀構件具有位於鄰近該底部之該內部表面的一遠端,該管狀構件具有一上部分,其具有複數孔且以實質垂直該管狀構件縱軸之一角度形成穿越於該上部分,配置該等複數孔之各者以容許一載氣引入該內部體積。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之設備,其中該容器包含一前趨物材料。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之設備,其中該管狀構件之該上部分與容納於該容器內之該前趨物材料之一頂表面間的一最小距離係約四分之一英吋。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之設備,其中該前趨物材料包含:一流體或一固體前趨物材料。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之設備,其中該管狀構件之該遠端包括一蓋。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之設備,其中該管狀構件之該遠端係受限的(restricted)。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之設備,其中該管狀構件之該遠端係開放。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之設備,其進一步包含:至少一個擋板,其實質地與在該內部體積中的該管狀構件平行延伸。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之設備,其中該擋板係耦接至該底部表面或該頂蓋。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之設備,其進一步包含:一加熱器元件。
  11. 一種用於提供汽化前趨物材料至一製程腔室的方法,其至少包含以下步驟: 提供一容器,該容器具有界定容納一前趨物材料之一內部體積的一頂蓋、一底部、與一側壁,該頂蓋具有與該內部體積流體連通之一入口及一出口;加熱該前趨物材料以形成一蒸汽;自置於該內部體積之一管狀構件流送一載氣至該內部體積中,該管狀構件具有位於鄰近該底部之一內部表面的一遠端,其中該載氣係自該管狀構件之一穿孔部分引入且其流動路徑係相對於該管狀構件實質垂直並與該前趨物材料之該上表面平行;及流送該載氣及蒸汽至一出口。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之方法,其中該穿孔部份與容納於該容器內之該前趨物材料之一頂表面間的一最小距離係約四分之一英吋。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之方法,其中該前趨物材料包含:一流體或一固體前趨物材料。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之方法,其中該管狀構件之該遠端包括一蓋。
  15. 如申請專利範圍第11項所述之方法,其中該管狀構件之該遠端包含一開口。
  16. 如申請專利範圍第11項所述之設備,其進一步包含:至少一個擋板,其實質地與該內部體積中之該管狀構件平行延伸。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之方法,其中該擋板自該底部或該容器之一頂部延伸。
  18. 如申請專利範圍第11項所述之方法,其進一步包含以下步驟:以一加熱器元件加熱該前趨物材料。
  19. 如申請專利範圍第11項所述之方法,其中該穿孔部分包含複數徑向孔係經配置以產生該載氣之一層流,而抽空呈一汽化態之該前趨物材料至該出口。
  20. 一種罐設備,其至少包含:一環狀體,具有一底部與從該底部延伸之一外圍表面,該外圍表面漸變至一向外延伸凸緣部分,該向外延伸凸緣部分具有大於該環狀體之一外直徑的一外直徑;一頂蓋,耦接至該凸緣部分,其中一內部體積由該頂蓋與該環狀體界定,該內部體積具有一第一內直徑漸變至鄰近該凸緣部分之一第二內直徑,該第二內直徑大於該第一內直徑;及複數弧形肩部區,其耦接至該第二內直徑且自該第二內直徑向內延伸,該等弧形肩部區之各者包括:一螺紋 開口,適於容置一緊固件。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之罐設備,其中該環狀體之一側壁係與周圍大氣連接。
  22. 如申請專利範圍第20項所述之罐設備,其中該內部體積之一側壁係與一大氣連接,其中該大氣具有低於周圍大氣之一壓力。
  23. 如申請專利範圍第20項所述之罐設備,其中該等弧形肩部區進一步包含複數半圓形肩部。
  24. 如申請專利範圍第23項所述之罐設備,其中該半圓形肩部進一步包含:至少一個開口,其用於容置一緊固件。
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