TWI675120B - 用於使沉積製程的化學前驅物起泡之不產生氣溶膠的器皿及方法 - Google Patents

用於使沉積製程的化學前驅物起泡之不產生氣溶膠的器皿及方法 Download PDF

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Abstract

此處所描述的為不產生氣溶膠的器皿，輸送容器，系統及使用其的方法，以提供用於沉積製程的容器中的前驅物利用的改良，以及該容器的清潔及再填充。當某些前驅物分解成蒸氣時，閥及管路中的阻塞被降至最少。本發明避免霧的形成，因而避免來自氣溶膠的阻塞及晶圓污染。

Description

用於使沉積製程的化學前驅物起泡之不產生氣溶膠的器皿 及方法
本發明有關一種用於將前驅物遞送到沉積或處理室的容器和方法。本專利申請案是2017年4月10日提交的美國臨時專利申請案序號62/483,784的非臨時申請案，其全部內容引用併入本案。
電子元件製造工業需要各種化學品作為原材料或前驅物來製造成積體電路和其他電子元件。諸如化學氣相沉積(CVD)和原子層沉積(ALD)製程的沉積方法，在製造半導體元件期間的一個或多個步驟中使用，以在底層(substrate)的表面上形成一個或多個薄膜或塗層。在典型的CVD或ALD製程中，可以處於固相和/或液相的前驅物被傳送到其中包含一種或多種底層的反應室，其中前驅物在某些條件下如溫度或壓力反應，以形成塗層或薄膜在底層表面上。
有幾種可接受的技術向處理室供應前驅物蒸氣。一種方法係以液體形式將液體前驅物提供給處理室，其中液體質量流量控制器(LMFC)控制流量，然後前驅物在使用位置由容器蒸發。第二種方法包 括通過加熱蒸發液體前驅物，並將所得蒸氣以質量流量控制器(MFC)控制的流量供應到腔室。第三種方法包括向上鼓起載體氣體打成氣泡通過液體前驅物。第四種方法涉及使載體氣體能夠流過容納在罐中的前驅物的表面，並將該前驅物蒸汽從罐中排出並隨後輸送到處理工具。
發泡器質量流量控制器
我們已經做出了顯著的努力，來增加容易分解和引起堵塞問題的前驅物的蒸汽輸送。例如，“浸漬管”設計(申請人自己的申請案：US20160333477，整個公開內容在此引入作為參考)，其將鼓泡流減少到真空。“噴射管”設計(申請人自己的申請案：US62/335396，整個公開內容引用併入本文)，其提供載體氣體作為撞擊前驅物液體床層流的層流；和“非浸漬管”設計，可提供蒸氣掃除效果。
然而，這些設計可能面臨一些問題。
對於浸漬管設計，沉積速率可能會低得令人無法接受。而且，如果流量不減少，則會發生分解的材料積聚和閥門堵塞。
噴射管設計將載體氣體作為撞擊前驅物液體床層流的層流 供應。雖然該解決方案解決了氣泡和真空造成的堵塞問題，但隨著液位的降低，會導致不同的沉積速率。
對於非浸漬管設計，化學蒸氣輸送產生不可接受的低沉積速率。
因此，本技術領域需要一種用於將前驅物遞送到沉積或處理室的系統和方法，其主要在克服上述缺點。
本發明的目的是提供一種不產生氣溶膠的器皿，具有安裝蓋子的不產生氣溶膠器皿的容器，使用該容器的系統和方法以及安裝在蓋子上的用於輸送化學前驅物的不產生氣溶膠器皿到沉積或加工現場，以克服上述缺點。
一方面，本發明是一種待安裝在容器的蓋上以將化學前驅物輸送到處理工具的不產生氣溶膠之器皿，其包括：流動導管具有起點、終點以及起點和終點之間的方向轉向；和含有從起點流動的氣溶膠的流體；其中該方向轉向使所述氣霧劑在所述無氣霧劑的容器中的停留時間最大化，以用於相變為蒸氣；並且流道從起點到終點逐漸升高。
另一方面，本發明是一種用於將化學前驅物遞送至處理工具的器皿，包括：一側壁；一基底； 一蓋子；至少一揭露的不產生氣溶膠之器皿，其安裝在該蓋子上；一穿過該蓋子的入口管；和一穿過該蓋子的出口；其中該出口與最後的不產生氣溶膠的器皿的出口流體連通。
又一方面，本發明是一種用於將化學前驅物輸送至處理工具的系統，包括：至少一揭露的不產生氣溶膠之器皿；用於將化學前驅物遞送至處理工具的容器，包括：一側壁；一基底；一蓋子；和一穿過該蓋子的出口；其中所述蓋子與所揭露的至少一個不產生氣溶膠之器皿一起安裝；並且於該出口與最後的不產生氣溶膠容器皿的出口流體連通；以及一來自該容器該出口的化學前驅物的蒸氣。
又一方面，本發明是一種用於將化學前驅物遞送至處理工具的方法，包括：提供至少一不產生氣溶膠容器；提供一容器，包括：一側壁；一基底； 一蓋子；以及一穿過該蓋子的出口；其中所述蓋子與所揭露的至少一個不產生氣溶膠器皿一起安裝；並且於該出口與最後的不產生氣溶膠器皿的出口流體連通；將化學前驅物的蒸氣從該器皿的該出口輸送到處理工具。
不產生氣溶膠的器皿的流動導管具有橫截面，該橫截面的形狀選自至少部分圓形，至少橢圓形，至少部分正方形，至少部分矩形及其組合；或本技術領域中使用的任何其他形狀。
不產生氣溶膠器皿尚包括覆蓋流動導管的蓋子。
在一些實施例中，不產生氣溶膠器皿的流動導管可以是具有螺旋形或蛇形形狀的管。
在一些實施方案中，不產生氣溶膠的器皿包含一頂面，其中器皿的頂面具有選自圓形、橢圓形、方形、矩形、蛇形形狀及其組合的形狀。
不產生氣溶膠器皿還包括用於將不產生氣溶膠容器安裝到容器的蓋子的安裝孔，或另一不產生氣溶膠器皿中至少設有一安裝孔。
不產生氣溶膠器皿還包括在流動導管的起點處的篩網，以減少進入不產生氣溶膠器皿的氣溶膠的尺寸。
不產生氣溶膠器皿還包括一用於增強相變為蒸氣的加熱器。
該容器可以具有任何形狀。形狀包括但不限於圓柱形、矩形立方體、直角立方體、矩形箱體、矩形六面體、直角矩形或矩形平行六 面體；並且具有圓形、橢圓形、正方形、矩形或本技術領域中使用的任何其他形狀的橫截面。
以下將結合圖式來說明本發明，其中圖式所標記之同樣號碼代表同樣的元件：圖1提供不產生氣溶膠容器皿的一種設計。
圖2提供不產生氣溶膠容器皿的另一種設計。
圖3係揭示將如圖1所示的不產生氣溶膠器皿(蓋打開)安裝到容器蓋的方式。
圖4係揭示與圖3中所示相同的安裝，其中蓋係蓋於不產生氣溶膠的器皿上。
圖5係揭示將如圖2所示的不產生氣溶膠器皿(蓋打開)安裝到容器蓋上的方式。
圖6係揭示與圖5中所示相同的安裝，其中蓋係蓋在不產生氣溶膠的器皿上。
本段係描述不產生氣溶膠的器皿；在其蓋子上裝配、安裝或加工不產生氣溶膠器皿的容器；以及包括用於化學氣相沉積(CVD)或原子層沉積(ALD)製程中的沉積反應器等處理工具的容器和化學前驅物的系統；和系統的使用方法。
更具體地說，這裡描述的是不產生氣溶膠的器皿。不產生 氣溶膠器皿可以安裝在現有容器的蓋子上，這將允許鼓泡抽真空，而不會將氣溶膠輸送出容器。由於只有運載氣體和化學蒸氣離開容器，因此分解的化學物質的積聚將受到限制，並且可以防止堵塞。而且，化學氣溶膠不會到達晶片並造成污染。
為了幫助描述本發明，在說明書中定義和使用了一些術語。
說明書和申請專利範圍中使用的術語“導管”，是指一種 或多種結構，流體可以通過該結構在系統的兩個或多個部件之間運輸。例如，導管可以包括輸送液體、蒸氣和/或氣體的管道，導管，通道及其組合。
說明書和申請專利範圍中使用的術語“氣溶膠”，是指懸浮在氣體中的微小液滴；例如由懸浮在空氣中的非常細小的水顆粒組成的霧。
說明書和申請專利範圍中使用的術語“流動連通”，是指兩個或多個部件之間的連接性質，其使液體、蒸氣和/或氣體以受控方式在部件之間傳輸(即沒有洩漏)。將兩個或更多個部件聯接成彼此流動連通可以涉及本技術領域已知的任何合適的方法，例如使用焊接、凸緣導管、墊圈和螺栓。
說明書和申請專利範圍中所使用的術語“電流通”，是指使用電子設備來操作本文所述的系統或方法，並且可以被組裝為單獨的系統，以控制流速、溫度和其他物理屬性。
在說明書和申請專利範圍中，可以使用一些方向術語來描 述本發明的各部分(例如，上、下、左、右等)。這些方向術語僅旨在幫助描述和要求保護本發明，而不是意圖以任何方式限制本發明。另外，可以在一個或多個後續圖式中重複說明書中引用的與圖式相關聯的圖式標註，而無需在說明書中進行額外的描述，以便為其他特徵提供上下文。
本案所揭露的實施例，提供避免形成氣溶膠並用固體堵塞入口管的結構，以滿足本發明領域的需要。
如圖1所示之不產生氣溶膠器皿，係本案揭露的實施例之一。請注意，圖1中揭露的不產生氣溶膠容器係為倒置，以顯示其細節。
如圖1所示者，不產生氣溶膠的器皿具有流動導管(或流動路徑)，入口(或導管的起點)和出口(或導管的終點)。含有氣溶膠的流體從起點流向終點。
不產生氣溶膠器皿還可以具有用於將其本身安裝到容器的蓋上的安裝孔。
流動路徑可以是管狀的，其具有任何形狀的橫截面(通過製成與蓋的表面形成直角的直通切割導管)，例如選自以下的形狀：至少部分的圓形，至少橢圓形，至少部分正方形，至少部分矩形，以及它們的組合或本技術領域中使用的任何其它形狀。
流動管道在入口處以大開口(即，更大的橫截面積)開始並且逐漸減小尺寸(減小或更小的橫截面積)並在出口處結束。也就是說，流動導管具有從始點到結束點的橫截面積減小的情況。
該流動導管在起點和終點之間具有許多方向轉向，以使氣溶膠在容器中的停留時間最大化，以促進相變為蒸氣。
流動路徑從起點逐漸升高到終點。
方向轉向也為氣溶膠或任何不經歷相變為蒸氣的冷凝材料提供重複的表面接觸，使得它們可以從懸浮液中脫落，並沿著相反的方向沿升高的流動路徑向下流動/滑落，如液體並最終從起點(入口)滴回容器中。
如果停留時間仍然不足，則可以安裝諸如加熱器筒的加熱器，並將其用於加熱不產生氣溶膠的器皿。因此，來自加熱器的熱傳導將確保從氣溶膠到蒸氣完全相變。
為了減少進入器皿的氣溶膠，也可以在入口處添加濾網。
不產生氣溶膠器皿可堆疊，以確保蒸氣在容器出口處不含氣溶膠。
如圖2中所示者，係用於不含氣霧劑的容器的不同設計的另一種類型的流動路徑。流動路徑或流動導管為螺旋管形狀或任何蛇形管形狀。
如圖2,5和6中所示者，係流動導管具有圓形形狀之一的實施例。
不產生氣溶膠器皿可以具有用於將容器安裝在表面上的安裝單元。不產生氣霧劑的容器還具有一片蓋子，其在圖1中未揭示，但在圖3和4中揭示，以覆蓋整個流動路徑。
如圖5和6所示者，不產生氣霧劑的器皿還具有中心錐形形狀的部件，以保持流動路徑，使得流動路徑從起點(入口)到終點(出口)逐漸升高。不產生氣溶膠器皿還有一個覆蓋整個路徑的蓋子。
螺旋管或蛇形管再次提供用於氣溶膠或任何不經過相變為蒸氣的冷凝物質的重複表面接觸，使得它們能夠從懸浮液中脫落，並沿相反方向流動/滑落方向，而使液體最終從起點(入口)滴回容器中。
該不產生氣溶膠的器皿具有頂面，具有選自圓形、橢圓形、正方形、矩形、蛇形形狀及其組合的形狀。
一不產生氣溶膠器皿或一疊不產生氣溶膠器皿，可以安裝或安裝到現有容器的蓋子上，其將允許鼓泡抽成真空，而不會將氣霧劑運輸到容器外。
由於只有載氣和化學蒸氣離開容器，分解的化學物質的積聚將受到限制，並且可以防止堵塞。
用於輸送化學前驅物的容器，將具有安裝在其蓋子上的不產生氣溶膠器皿或一疊不產生氣溶膠器皿。
該容器可以具有任何形狀，包括但不限於圓柱形、矩形立方體、直角立方體、矩形箱體、矩形六面體、直角矩形或長方體；並且具有圓形、橢圓形、正方形、矩形或本技術領域中使用的任何其他形狀的橫截面。加工工具的容器容積從100毫升(ml)到10升不等。這裡所述的容器可以進一步包括用於初始填充和清潔儲存器的裝置。
該容器的構造材料通常為不銹鋼，但可以由其他材料製成，這取決於前驅物與所使用材料的反應性。本文所述的設備的構造材料具有以下特徵中的一個或多個：化學兼容性以防止腐蝕或與前驅物反應，足夠強度以支持所使用的壓力和真空力，並且通常密封以將真空從1mTorr到500mTorr，取決於使用的過程化學品和/或溶劑。容器還包含一 個或多個閥門和端口和感應器，以允許接觸前驅物。
在某些實施例中，容器具有大的帽子、蓋子或塞子，其例如通過螺釘或其他手段固定在儲存器的頂部上，並用彈性體或金屬O形環和/或墊圈予以密封。該蓋子具有平坦表面，用於安裝不產生氣溶膠器皿或一疊不產生氣溶膠器皿，以及安裝其他部件，如液位感應探頭。
有幾種方法將器皿安裝到器皿的蓋子上。
在一些實施例中，如圖3至圖6所示，可以藉以多個螺栓將蓋子安裝在器皿上。器皿的出口是呈管狀或平坦表面，其係與蓋子的出口對齊的。
在一些實施例中，可選用夾子來支撐器皿的安裝方法。
在一些實施例中，器皿流動路徑可以從蓋外來加工，並且可以分別加工蓋，用以與蓋配合。
在一些改良的實施例中，器皿和蓋子可以製造為單一部件。這樣的方法得使用3D列印。
在申請專利範圍中，可以使用字母來識別所要求保護的方法步驟(例如，a、b和c)。這些字母用於幫助參考該方法步驟，除非這種順序僅僅在申請專利範圍中有某種程度具體記載，否則其不是在指示執行所要求保護步驟之順序。

Claims (11)

  1. 一種不產生氣溶膠的器皿，包括：一流動導管，具有一入口、一出口以及該入口和該出口之間的一具有方向轉向的流動導管；以及其中，該流動導管係從該入口逐漸升高到該出口。
  2. 如請求項1所述的不產生氣溶膠器皿，其中該流動導管具有截面，該截面的形狀係選自至少部分圓形，至少部分橢圓形，至少部分正方形，至少部分矩形及其組合；其中該流動導管的橫截面面積係從該入口到該出口減小。
  3. 如請求項1所述的不產生氣溶膠器皿，進一步包括覆蓋該流動導管的蓋子。
  4. 如請求項1所述的不產生氣溶膠器皿，其中該流動導管是具有螺旋形或蛇形形狀的管。
  5. 如請求項1所述的不產生氣溶膠器皿，進一步包括一頂面，其中，該器皿的頂面具有選自圓形、橢圓形、正方形、矩形、蛇形形狀及其組合的形狀。
  6. 如請求項1所述的不產生氣溶膠器皿，其中該流動導管的入口包括一篩網，以減少進入該不產生氣溶膠器皿的氣霧劑。
  7. 如請求項1所述的不產生氣溶膠容器，進一步包括一用於增強將氣溶膠相變成為蒸氣的加熱器。
  8. 如請求項1所述的不產生氣溶膠器皿，進一步包括一用於將該不產生氣溶膠器皿安裝到容器蓋子的安裝孔，或至少有一不產生氣溶膠器皿另設有一安裝孔。
  9. 一種用於將化學前驅物遞送至處理工具的容器，包括：一側壁；一基底；一蓋子；至少一安裝在蓋子上的如請求項1至8中任一項所述的不產生氣溶膠器皿；一穿過該蓋子的入口管；以及一穿過該蓋子的出口管；其中該出口管與該至少不產生氣溶膠器皿的出口流動連通，以及該器皿的入口與該化學前驅物的一來源流動連通。
  10. 一種用於將化學前驅物儲存和遞送至處理工具的系統，包括：用於將化學前驅物遞送至處理工具的容器，包括：一側壁；一基底；一蓋子；至少一安裝在該蓋子上的如請求項1至8中任一項所述的不產生氣溶膠器皿；一穿過該蓋子的入口管；與一穿過該蓋子的出口管；其中該出口管與該至少一不產生氣溶膠器皿的出口流體連通；以及來自該容器出口的化學前驅物的蒸氣。
  11. 一種用於將化學前驅物儲存和遞送至處理工具的方法，包括：一如請求項10中提供的系統，以及將純粹為蒸氣相的該化學前驅物從該容器的出口輸送到處理工具。
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