TWI850455B

TWI850455B - 溫度區控制系統以及控制反應物源機殼內的熱傳遞之方法

Info

Publication number: TWI850455B
Application number: TW109130733A
Authority: TW
Inventors: 卡爾路易斯懷特; 艾立克詹姆斯雪洛; 凱爾樊都魯黎亞
Original assignee: 荷蘭商ＡｓｍＩｐ私人控股有限公司
Priority date: 2019-09-13
Filing date: 2020-09-08
Publication date: 2024-08-01

Abstract

提供一種溫度區控制系統以及控制反應物源機殼內的熱傳遞之方法，溫度區控制系統包括反應物源機殼，其經組態以至少部分地排空；容器基底，其經組態以在其中容納固體源化學反應物；及蓋，其經耦合至容器基底之遠端部分。蓋可包括一或多個蓋閥。系統可進一步包括複數個氣體面板閥，其等經組態以從氣體源將氣體輸送至容器。系統可包括加熱元件，其經組態以加熱一或多個蓋閥。系統可包括熱屏蔽，其之第一部分經設置在一或多個蓋閥與容器基底之間。熱屏蔽之第二部分可設置在第一加熱元件與複數個氣體面板閥之間。

Description

溫度區控制系統以及控制反應物源機殼內的熱傳遞之方法

本申請案大致係關於涉及半導體加工設備之系統及方法，及明確言之係關於用於化學蒸氣傳遞的蒸發系統。

[優先權案已併入此案以供參考]

將於與本申請案共同提出申請之申請資料表中指出國外或國內優先權申請專利範圍的任何及所有申請案以引用的方式併入。

典型的固體或液體源反應物輸送系統係設置在包括一或多個加熱元件及/或冷卻元件之系統內。容器可包括待蒸發的化學反應物。載體氣體運載反應物蒸氣連同其通過容器出口，且最終至反應室。

一溫度區控制系統的一些實施例可包括一反應物源機殼，其經組態以至少部分地排空。該系統可包括一容器基底，其經組態以在其中容納固體源化學反應物。該容器基底亦可經組態以設置在該反應物源機殼內。該系統可包括一蓋，其經耦合至該容器基底之一遠端部分，且該蓋可包括一或多個蓋閥。該系統可包括複數個氣體面板閥，其等經組態以從一氣體源輸送氣體至該容器。該系統可包括一第一加熱元件(諸如一加熱器)，其經組態以加熱該一或多個蓋閥。該系統可包括一熱屏蔽，其包括一第一部分及一第二部分。該第一部分可設置在該一或多個蓋閥與該容器基底之間。該第二部分可設置在該第一加熱元件與該複數個氣體面板閥之間。該熱屏蔽可經組態以藉由例如防止、抑制、或減少(相對於不具有一熱屏蔽之一可比較的系統)從該蓋至該容器基底的熱傳遞而阻止從該蓋閥至該容器基底的熱傳遞。

於本說明書中描述之標的物之一或多個實施方案的細節係在伴隨圖式及下文的描述中提出。其他特徵、態樣、及優點當可由說明書、圖式、及申請專利範圍明白。此發明內容及以下實施方式皆不意欲界定或限制本發明標的物之範疇。

100:溫度區控制系統/系統

104:近端方向

108:遠端方向

110:反應物源機殼

120:反應物源容器/容器

124:容器基底

128:容器蓋

132:蓋閥

134:氣體面板閥

142:第一加熱元件/加熱元件

144:第二加熱元件/加熱元件

150:熱屏蔽

150a:第一部分

150b:第二部分

160:第一熱區/熱區

164:第二熱區/熱區

168:第三熱區/熱區

200:溫度區控制系統/系統

210:反應物源機殼

220:反應物源容器

224:容器基底

228:容器蓋

232:蓋閥

234:氣體面板閥

238:冷卻元件

242:第一加熱元件/加熱元件

244:第二加熱元件/加熱元件

246:容器基底加熱元件/加熱元件

248:容器蓋加熱元件/加熱元件

250:熱屏蔽

250a:第一部分

250b:第二部分

260:接收部分/部分

300:實例方法/方法

304:方塊

308:方塊

312:方塊

316:方塊

在所屬技術領域中具有通常知識者鑑於下文之描述、附加之申請專利範圍、及圖式將輕易明白本揭露之這些及其他態樣，該等態樣係意欲說明而非限制本發明，且其中：圖1顯示根據一些組態之實例溫度區控制系統。

圖2顯示根據一些組態之溫度區控制系統的另一實例。

圖3顯示根據一些組態之溫度區控制系統的透視圖。

圖4顯示圖3之溫度區控制系統的側視透視圖。

圖5顯示圖3之溫度區控制系統的後視透視圖。

圖6顯示具有反應物源機殼之溫度區控制系統的前視透視圖。

圖7顯示根據一些組態之在反應物源機殼內之熱屏蔽的透視圖。

圖8顯示根據一些組態之熱屏蔽的透視圖。

圖9顯示根據一些實施例之在反應物源機殼內控制熱傳遞的方法。

本文所提供之標題(若有的話)僅係為了方便起見，且不一定影響所主張發明的範疇或含義。文中描述用來於高容量沉積模組中傳遞經蒸發或昇華之反應物的系統及相關方法。

下列實施方式詳述某些特定實施例以協助瞭解本申請專利範圍。然而，可以多種不同實施例及方法實行本發明的標的物，如本申請專利範圍所界定及涵蓋者。

化學反應物或固體源輸送系統可包括固體或液體源容器及加熱器(例如，輻射熱燈、電阻加熱器、及/或類似者)。該容器包括源前驅物(其亦可稱為「化學前驅物」)，其可係固體(例如呈粉末形式)或液體。加熱器加熱容器以促成前驅物在容器中汽化及/或昇華成化學反應物。容器可具有入口及出口，其等用於使載體氣體(例如氮)通過容器流動。舉實例而言，入口及/或出口可包含閥(此一閥在本文中可稱為「蓋閥」)。載體氣體可係惰性(例如氮、氬、或氦)。通常，載體氣體載送反應物蒸氣(例如，經蒸發或昇華的化學反應物)伴隨其通過容器出口，且最終至反應室。反應室可係用於在基材上沉積。容器通常包括用來使容器之內容物與容器外部流體隔離的隔離閥。一個隔離閥可設置在容器入口之上游，且另一隔離閥可設置在容器出口之下游。一些具體例之源容器包括昇華器、基本上由昇華器所組成、或由昇華器所組成。因此，當於文中提及「源容器(source vessel)」時，亦明確地涵蓋昇華器(諸如「固體源化學昇華器(solid source chemical sublimator)」)。

化學氣相沉積(CVD)在半導體產業中係已知製程，其用於在基材(諸如矽晶圓)上形成材料薄膜。在CVD中，將不同反應物化學品之反應物蒸氣(包括「前驅體氣體(precursor gas)」)傳遞至反應腔室中之一或多個基板。在許多情況中，反應腔室僅包括支撐於基板固持器(諸如基座)上的單個基板，其中基板及基板固持器維持在期望的製程溫度下。在典型的CVD製程中，相互反應性的反應物蒸氣彼此反應而於基板上形成薄膜，其中生長速率係與溫度及反應物氣體的量相關。在一些變體中，用以驅動沉積反應的能量係全部或部分地由電漿供應。

在一些應用中，反應物氣體係以氣態形式儲存在反應物源容器中。在此類應用中，反應物在大約1大氣壓及室溫之標準壓力及溫度下通常係氣態。該等氣體的實例包括氮氣、氧氣、氫氣、及氨。然而，在一些情況中，使用在標準壓力及溫度下為液體或固體之源化學品(「前驅體(precursor)」)的蒸氣(例如，氯化鉿、氧化鉿、二氧化鋯等)。對於一些固體物質(文中稱為「固體源前驅體(solid source precursor)」、「固體化學反應物(solid chemical reactant)」、或「固體反應物(solid reactant)」)而言，在室溫下之蒸氣壓相當低，以致其通常經加熱及/或維持在極低壓下，來產生用於反應製程的足量反應物蒸氣。一旦經汽化(例如，經昇華或蒸發)，使氣相反應物保持處於或高於蒸發溫度通過處理可防止閥、過濾器、導管、及與輸送氣相反應物至反應室相關聯的其他組件中之非所欲的冷凝。來自該等天然固體或液體物質之氣相反應物有用於在各種其他工業中的化學反應。

原子層沉積(ALD)係另一種用來在基板上形成薄膜的已知製程。在許多應用中，ALD使用如本文所述之固體及/或液體源化學品。ALD為其中膜經由在循環中執行之自飽和反應來積聚之類型之氣相沈積。膜之厚度係由所執行的循環數目來決定。在ALD製程中，氣態反應物係交替地及/或重複地供應至基板或晶圓，以在晶圓上形成材料薄膜。一種反應物在自限性過程中吸附在晶圓上。不同的隨後經脈衝之反應物與經吸附材料起反應以形成所欲材料的不多於單一個分子層。可通過在經吸附物種之間及與經適當選擇試劑之相互反應發生分解，諸如以配位體交換或吸除反應。在一些ALD反應中，每循環形成不超過一個分子單層。通過重複的生長循環製成較厚的膜，直至達到目標厚度。

在一些ALD反應中，具相互反應性的反應物在氣相中保持分開，且在基板暴露至不同反應物之間插入移除過程。舉例而言，在時間分割ALD製程中，反應物於脈衝中提供至固定基板，其通常藉由沖洗或抽氣期分隔開；在空間分割ALD製程中，基板移動通過具有不同反應物之區；及在一些製程中，可組合空間分割及時間分割ALD兩者之態樣。熟悉技藝人士當明瞭一些變型或混合製程容許一些量的類CVD反應，其係通過選擇在正常ALD參數窗外之沉積條件及/或通過容許於暴露至基板期間於相互反應性反應物之間之一些量的重疊。

反應物源容器常規上配有延伸自容器入口及容器出口之氣體管線、管線上之隔離閥、及閥上之配件，該等配件經組態以連接至剩餘的基材處理設備之氣體流管線。常係所欲的是提供一或多個額外的加熱器以用於加熱反應物源容器與反應室之間的各種閥及氣體流管線，以防止反應物蒸氣冷凝並沉積在此類組件上。因此，源容器與反應室之間的氣體載送組件可稱為「熱的(hot)」，因為溫度大致上係維持高於反應物的汽化/冷凝/昇華溫度。

可包括各種容器以用於使用源前驅物填充反應物源容器，如本文所述者。習知地，源容器係從反應器系統移除以供再填充，不過在經設置於反應器系統中的同時進行再填充的容器亦適於本文之實施例。反應器系統中的機殼可含有例如處於真空條件下之一或多個容器。此外，根據本文之一些實施例之容器可設置在反應器系統附近、相鄰反應器系統處、或反應器系統之內。使容器近接反應器系統可降低對長管路的需求、減少在配管內冷凝的可能性、及或降低對不必要的流體元件之需求。額外的特徵係在本文中參照各種組態描述。

由於一些實施例之化學反應物或固體源輸送系統中可包括各種加熱及/或冷卻元件，將該系統分成二或更多個熱區可有利於控制哪(幾)個區中的哪些元件獲取額外的加熱或冷卻。如果熱區之間未維持隔離，在加熱及/或冷卻元件之間可存在熱串音(thermal cross-talk)的風險，其可導致不良或不精確的溫度控制。此外，若在熱區之間或之中存在對熱連通(例如輻射)的不充分控制，一些系統組件可變得加熱及/或冷卻至超出所欲或未達所欲的程度，其可導致反應物之非所欲的分解或冷凝，造成系統損傷。下游組件(例如氣體管線、閥、過濾器等)可控制在較高溫度，以便防止經昇華化學品的冷凝，如上文所述者。加熱系統亦不得過度加熱經昇華化學品而讓分解有可能發生。

導因於可例如在不同輻射區中之各種反應器及/或容器組件之間的熱串音，精確且準確地控制多個加熱及/或冷卻源通常係困難的。此可導致各區的競爭控制。此外，意欲監控及/或控制一熱區中之溫度的溫度感測器(諸如熱耦)可受到來自另一熱區之熱輻射的影響。在未對例如固體前驅物輸送系統中之各種組件進行精確溫度控制的情況下，熱點及冷點可存在於蒸氣輸送系統中，其等可導致反應物的冷凝(例如在閥、管路、過濾器等之內)及/或分解。

藉由在系統中設置一或多個熱屏蔽，可將熱輻射導向所欲組件，而同時隔離不同熱區中的其他組件。因此，可達成優越的溫度控制。熱屏蔽可採取各種形式(例如經設置在熱區之間的反射板，諸如本文更詳細描述的反射板)。反射板可包括金屬片(例如不鏽鋼)，其經調適以從一或多個加熱元件反射輻射熱。

通常，容器內可含有(例如儲存)呈固體狀態的化學前驅物，且該化學前驅物可經昇華或汽化以傳遞至另一位置(例如，沉積模組或反應室)。在一些組態中，載體氣體可用以將經蒸發的化學前驅物從容器運載至另一位置(例如，至沉積模組或至反應室)。因此，容器的基底可較佳地處於相對低溫(例如，以使前驅物維持為固體)，且容器的蓋可較佳地處於相對高溫(例如，以促成前驅物進入氣相以允許其流至另一位置(諸如沉積模組或反應室)，同時最小化或防止閥及下游流動路徑中的冷凝)。

圖1顯示根據一些組態之實例溫度區控制系統100。溫度區控制系統100可包括反應物源機殼110、反應物源容器120、及熱屏蔽150。在反應物源機殼110內，溫度區控制系統100可包括第一加熱元件(諸如加熱器)142及第二加熱元件(諸如加熱器) 144。第一加熱元件142可經組態以連通熱至一或多個蓋閥132。第二加熱元件144可經組態以加熱一或多個氣體面板閥134。如本文所述，溫度區控制系統100可包括一或多個額外元件。熱屏蔽150包括第一部分150a及第二部分150b。第二部分150b可阻止(例如，相對於不具有熱屏蔽150之可比較的系統，抑制、防止、或減少)從蓋閥132至容器基底124的熱傳遞。溫度區控制系統100可包括反應器系統(未圖示)。

反應物源機殼110可界定機殼軸線，其在近端方向104及遠端方向108上延伸。反應物源容器120可設置為近接熱屏蔽150的至少一部分。第一加熱元件142及/或第二加熱元件144之至少一者可設置在反應物源容器120的遠端。第一部分150a可設置為大約平行機殼軸線。第二部分150b可設置為與第一部分150a橫向(例如與該第一部分成直角)。第一部分150a及/或第二部分150b可包含對應的板，然而亦可使用其他結構(例如區塊、幕、網等)。

熱屏蔽150可經組態以創建二或更多個熱區。如圖1所示，溫度區控制系統100可包括第一熱區160、第二熱區164、及第三熱區168。第一熱區160及/或第二熱區164可設置在第二部分150b及/或第三熱區168的遠端。第一熱區160可跨第一部分150a相對於第二熱區164側向地設置。熱屏蔽150之第二部分150b可包括間隙，該間隙經調適以允許一或多個蓋閥132通過其中。因此，在一些組態中，一或多個蓋閥132的遠端部分可至少部分地設置在第二熱區164中。氣體面板閥134可耦合至反應物源機殼110的內表面。如所示，氣體面板閥134可至少部分地設置在第一熱區160內。因此，在一些實例中，蓋閥132及氣體面板閥134的部分可設置在分開的熱區中。氣體面板閥134可設置在出口(及調節通過出口之氣體流的任何蓋閥132)的下游及反應室的上游。氣體面板閥134可控制至反應室的反應物流。

反應物源容器120可包括容器基底124及經耦合至其之容器蓋128。容器蓋128可包括一或多個蓋閥132(例如入口閥及/或出口閥)。容器蓋128及/或容器基底124可設置為近接熱屏蔽150的第二部分150b。因此，在一些實例中，反應物源容器120的至少一部分(例如容器基底124、容器蓋128)係設置在第三熱區168內。因此，蓋閥132、氣體面板閥134、及反應物源容器120的部分可設置在不同的熱區中。

反應物源容器120可含有化學反應物(例如固體或液體源前驅物)。「固體源前驅體(solid source precursor)」具有其於所屬技術領域中中鑑於本揭示內容的慣用及一般含義。其係指在標準條件(例如室溫及大氣壓力)下為固體之源化學品。反應物源容器120可界定在近端方向104及遠端方向108上延伸之容器軸線(例如，可平行於機殼軸線)。參照圖1，容器軸線可以「上(up)」及「下(down)」定向來定向。如所示，容器基底124係設置為近接容器蓋128。圖1不應視為限制反應物源容器120可含有的元件數，如本文所述。在一些實施例中，容器蓋128係經調適以機械地附接至容器基底124。此可使用一或多個附接裝置(例如，螺栓、螺釘等)來完成。在某些實施例中，容器蓋128及/或容器基底124係以氣密方式機械地附接。在一些實施例中，容器蓋128係可拆離地固定在容器基底124上。如本文所述之反應物源機殼110可經組態以維持其內容物處於真空條件下。預期根據一些實施例將反應物源容器120設置在真空中可促成維持反應物源容器120中的溫度梯度，例如使得熱主要係從遠端方向108沿著容器軸線傳導至近端方向104部分。

反應物源容器120可包括一或多個冷卻元件(未圖示)及/或諸如第一加熱元件142及第二加熱元件144之加熱元件(例如諸如加熱棒、加熱絲、加熱板等的加熱器)。冷卻元件(例如水冷器或冷卻板)可設置在容器基底124之近端部分處或附近。如所示，一或多個加熱元件142、144(例如加熱棒、加熱絲、加熱板等)可設置在容器蓋128之遠端部分處或附近。使用加熱及/或冷卻元件可提供對溫度梯度及/或溫度之更精確的控制。在一些實例中，(多個)冷卻元件係設置在容器基底124的近端。一或多個冷卻元件可設置為相鄰於容器基底124(例如與該容器基底接觸)。因此，相對於容器蓋128，一或多個冷卻元件可優先冷卻容器基底124，從而形成從容器120之近端部分至容器之遠端部分的溫度梯度。額外或替代地，一或多個加熱元件可設置在容器蓋128的遠端。冷卻元件可包括流體冷卻元件(例如水冷式、氣冷式等)或由流體冷卻元件組成。加熱元件可包括加熱器或由加熱器組成。一或多個加熱元件142、144可經組態以經由輻射加熱溫度區控制系統100之各別元件(諸如容器蓋128之一或多個蓋閥132(其等可例如藉由第二加熱元件144來加熱)及/或一或多個氣體面板閥134(其等可例如藉由第二加熱元件144來加熱)。在一些實例中，加熱元件可經由傳導加熱容器蓋128及/或一或多個蓋閥132、氣體面板閥134、及/或溫度區控制系統100的其他元件。

容器基底124對容器蓋128之高度比率可使得在容器蓋128之一或多個蓋閥132之內或之間有利地形成溫度梯度，例如以保持這些閥處於足夠高溫(例如處於或高於第二臨限溫度)，以便最小化或防止容器蓋128之蓋閥132中的冷凝，而容器基底124仍為足夠低溫以在其中含有液體或固體源前驅物。容器基底124之高度對容器蓋128之高度的比率可大於約1、大於約1.5、大於約2、大於約3、大於約4、大於約5、大於約6、大於約8、大於約10、大於約12、大於約15、大於介於其等之間的任何值、或落在具有其中之端點的任何範圍內(例如，1至2、1至5、1至10、1至15、2至5、2至10、2至15、5至10、5至15、或10至15)。容器基底124及/或容器蓋128可包括陶瓷、金屬、或其他結構材料。

可係有利的是最小化反應物源容器120將需要的體積或覆蓋區，例如使得其可設置在溫度區控制系統100內。小型化容器總成可減少此一覆蓋區。在某些實施例中，各反應物源容器120可具有介於約40cm²與150cm²之間的面積(例如，在其上放置反應物源容器120)。

容器蓋128可包括一或多個入口及/或出口(未圖示)。入口及/或出口可各自包括對應的蓋閥132。容器蓋128可包括一或多個入口(諸如化學品入口及/或載體氣體入口)及出口。化學品入口可經組態以接收源前驅物通過其中。源前驅物可在(例如從較大體積的填充容器)進入反應物源容器120時呈固體、液體、經昇華、或經蒸發形式(例如與載體氣體耦合)。載體氣體出口可經組態以接收載體氣體進入容器。載體氣體及氣相反應物可通過出口退出容器。在一些實施例中，化學品入口及載體氣體入口係相同入口。

載體氣體入口可允許通過其中之載體氣體流。載體氣體入口可包括對應的閥，其經耦合至反應物源容器120之載體氣體入口。閥可經組態以調節通過載體氣體入口的氣體流。載體氣體可在反應物源容器120內與經昇華或蒸發的化學品耦合。來自反應物源容器120之流出物於是包括載體氣體及從反應物源容器120內部汽化的反應物氣體。在一些實施例中，反應物源容器120的內部係經組態以在填以化學反應物之後含有頂部空間。頂部空間可與化學品入口、載體氣體入口、及/或化學品出口流體連通，並可經組態用於藉由頂部空間中的流體(例如載體氣體)而使化學反應物昇華。因此，頂部空間可提供失效安全，使得即使入口/出口之一或多者經堵塞，化學反應物仍可持續昇華或蒸發。

非活性或惰性氣體係較佳地用作用於經汽化前驅物之載體氣體。載體氣體(例如氮、氬、氦等)可通過載體氣體入口饋入反應物源容器120中。在一些實施例中，不同的惰性氣體可用於各種製程及本文所述之各種系統中。將理解，可包括未圖示之額外的閥及/或其他流體控制元件。

流出物(例如載體氣體加上經蒸發化學品)可通過出口。出口可與反應室或沉積模組及/或另一填充容器連通。在一些組態中，出口係經組態以將經蒸發化學品(例如，連同載體氣體)傳遞至反應室或沉積模組，以例如為下游的化學反應做準備。化學品入口、載體氣體入口、及化學品出口之一或多者可包括對應的閥(例如蓋閥132)，該閥經組態以控制通過其中的氣體流。關於實例固體源化學昇華器及/或其流控技術可見於2012年3月20日核發，發明名稱為「PRECURSOR DELIVERY SYSTEM」之美國專利第8,137,462號中，特此為所有目的而將其全文以引用方式併入本文中。將理解，可包括未圖示之額外的閥及/或其他流體元件。在某些組態中可包括未圖示的其他閥及其他流體元件。

在某些組態中，容器基底124係經調適以容納固體源前驅物。容器基底124可包含實質上平面狀表面，以用於容納源前驅物，但其他形狀及變體係可行的。反應物源容器120可界定內部(諸如由反應物源容器120之壁及頂板以及容器基底124的底板內部所劃定的空間)。在一些實施例中，該內部係經組態以含有化學反應物(諸如固體源化學品)。反應物源容器120或其部分可以各種方式配置。例如，反應物源容器120可包括單一區段，或者可包括經堆疊及/或附接至彼此之二或更多個側向區段(諸如含有源前驅物的料盤)。

在一些實施例中，反應物源容器120之總成高度可在約25cm至120cm的範圍內。在一些實施例中，高度可在約50cm至100cm的範圍內，且在一些實施例中可係例如約60cm(約24吋)。在一些實施例中，反應物源容器120的寬度(例如直徑)可在約20cm至50cm的範圍內。在一些實施例中，反應物源容器120的寬度可在約30cm至40cm的範圍內，且在某些實施例中可係例如約38cm(約15吋)。在一些實施例中，反應物源容器120可具有在約1至4的範圍內之高度：直徑的深寬比。在一些實施例中，容器佔據大約圓柱形的形狀，但其他形狀亦係可行的。因此，在一些實施例中，反應物源容器120包含圓柱形狀、基本上由圓柱形狀組成、或由圓柱形狀組成。在一些實施例中，本文所述之各種實施例中之反應物源容器120(未經填充)的質量範圍可從約10kg至50kg。在一些實施例中，經填充的反應物源容器120之質量可在約35kg至85kg的範圍內。容器的較小質量可允許更容易運輸，但較大質量可促成較高體積的反應物、較少的再填充需求、及允許針對昇華器的較長填充。

熱屏蔽150可經組態以維持容器基底124與一或多個蓋閥132的遠端部分之間的溫度梯度，使得容器基底124可維持處於或低於第一臨限溫度，而一或多個蓋閥132的遠端部分可維持處於或高於一第二臨限溫度，該第二臨限溫度大於該第一臨限溫度。例如，容器基底124及一或多個蓋閥132的遠端部分可維持溫度差(例如，第二臨限溫度與第一臨限溫度之間的差)。例如，基底與蓋之間的溫度差可係至少約1℃、約2℃、約3℃、約4℃、約5℃、約6℃、約7℃、約8℃、約9℃、約10℃、約11℃、約12℃、約13℃、約14℃、約15℃、約18℃、約20℃、約25℃、約30℃、介於其等之間的任何值、或落在具有其中之端點的任何範圍內(例如，約1℃至約5℃、約1℃至約10℃、約1℃至約15℃、約1℃至約20℃、約1℃至約25℃、約5℃至約10℃、約5℃至約15℃、約5℃至約20℃、約5℃至約25℃、約10℃至約15℃、約10℃至約20℃、或約10℃至約25℃)。梯度可跨一距離(例如軸向距離)設置，該距離係約1吋、約2吋、約3吋、約6吋、約9吋、約12吋、約15吋、約18吋、約21吋、約24吋、約27吋、約30吋、約33吋、約36吋、介於其等之間的任何值、或落在具有其中之端點的任何範圍內(例如，約3至約9吋、約3至約12吋、約3至約24吋、約3至約36吋、約9至約12吋、約9至約24吋、約9至約36吋、約12至約24吋、約12至約36吋、或約24至約36吋)。

熱屏蔽150可包括各種形狀。熱屏蔽150在一些組態中可形成「T」形(諸如圖1所示者)。在其他組態中，熱屏蔽150可形成「L」形或「I」形。在一些組態中，熱屏蔽順應介於(i)第一加熱元件142及(ii)第二加熱元件144與氣體面板閥134之間的區。熱屏蔽150可包括金屬(例如不鏽鋼、鋁、鈦等)(諸如經組態以反射熱輻射者)。第一部分150a實質上可係平面狀，且實質上可無孔。第二部分150b實質上可額外或替代地呈平面狀。在一些組態中，第二部分150b包括接收部分(例如狹槽、孔、間隙等)，其經組態以接收溫度區控制系統100的一或多個元件(例如蓋閥132)通過其中。熱屏蔽150可包括特徵，其等允許其他元件(例如第一加熱元件142、第二加熱元件144)具有連接特徵以通過其中。例如，加熱元件142、144之支撐部分可通過熱屏蔽150的一部分。熱屏蔽150可固定在(例如耦合至)反應物源機殼110之一或多個部分(例如頂板、壁)上。

圖2顯示根據一些組態之溫度區控制系統100的另一實例。如所示，熱屏蔽150之第一部分150a可設置在第一加熱元件142與第二加熱元件144之間。如所示，在一些組態中，第二部分150b可設置在容器蓋128的一部分下方。第二加熱元件144可經設置，使得其經組態以較第一加熱元件142提供更多熱(例如輻射熱)至蓋閥132。在一些組態中，如圖2所示，蓋閥132及氣體面板閥134實質上可設置在相同的熱區內。第一部分150a可經成形以接納蓋閥132之一或多者。

圖3至圖6顯示根據一些實施例之實例溫度區控制系統200的各種態樣。圖3顯示溫度區控制系統200的透視圖。如所示，溫度區控制系統200可包括反應物源容器220、熱屏蔽250(例如具有第一部分250a及第二部分250b)、第一加熱元件242、第二加熱元件244、冷卻元件238、一或多個容器基底加熱元件246、及/或本文所揭示之其他元件。溫度區控制系統200可包括本文所述之溫度區控制系統100的一或多個特徵。

反應物源容器220可包括容器基底224、容器蓋228、一或多個蓋閥232、及/或其他元件。反應物源容器220可包括本文針對反應物源容器120所述之一或多個元件及/或功能。如本文所述，容器基底224可安座於冷卻元件238上。例如，容器基底224可設置為相鄰於冷卻元件238。冷卻元件238可經組態以使容器基底224維持處於或低於本文所述之臨限溫度。

反應物源容器220可包括分開的容器蓋228及容器基底224的側壁(如圖示)，或者其等可成一整體(例如由單一結構形成)。容器蓋228可具有圓形或矩形截面形狀，然而其他形狀亦係合適的。化學反應物可安放在反應物源容器220的內部中。

所繪示的反應物源容器220可(直接或間接地)耦合至沉積模組，該沉積模組特別適於在一或多個氣相反應室中輸送欲使用的氣相反應物。氣相反應物可用於化學沉積(CVD)或原子層沉積(ALD)。在一些實施例中，包括控制處理器及儲存在電腦可讀媒體上的程式，使得本文所揭示之實施例的系統及方法係經組態以引導反應器系統執行ALD。反應器系統可包含溫度區控制系統。在某些實施例中，包括控制處理器及儲存在電腦可讀媒體上的程式，使得本文所揭示之實施例係經組態以引導反應器系統執行CVD。反應器系統可包含溫度區控制系統。

本文所揭示之一或多個加熱元件可包括部分環圈並可包括絲。冷卻元件238可係冷卻板。溫度區控制系統200可包括額外元件(諸如閥、入口、出口、加熱元件、冷卻元件、支撐結構、及/或其他元件)。例如，在一些實施例中，反應物源容器220可與一或多個控制器(未圖示)相關聯，該(等)控制器可經組態以指示系統(諸如反應器系統)執行ALD，如本文更詳細描述者。在一些實施例中，一或多個控制器包括處理器及記憶體，其等經程式化以指示系統(諸如反應器系統)執行ALD。一或多個控制器可經組態以控制沉積模組中的任何加熱器、泵、至用於壓力控制之泵的閥、用於基材處置之機器手臂控制、及/或用於控制氣體流的閥，包括至反應物源容器220之載體氣體流及來自該反應物源容器之氣相反應物流。

在一些實施例中，如本文所述，反應物源容器220可包括一或多個加熱元件。在一些實施例中，加熱元件之一或多者可設置為垂直地相鄰於或垂直地近接反應物源容器220。在一些實施例中，一或多個加熱元件係經組態以藉由傳導加熱反應物源容器220。在某些實施例中，加熱元件包含加熱器板，其經設置為與容器蓋228側向地隔開。在某些實施例中，加熱元件(例如加熱器)可設置在反應物源容器220的遠端。在一些實施例中，一或多個閥可經傳導加熱及/或輻射加熱。反應物源容器220可設置在機殼(例如反應物源機殼210)中，其經組態以係氣密的，以允許泵回至低壓(諸如介於約0.1Torr與20Torr之間，例如約5Torr)，且因而促成機殼內之有效率的輻射加熱、至大氣之最小的傳導或對流損耗。在一些組態中，反應物源容器220可放置在較高壓力下(諸如100Torr、200Torr、300Torr、500Torr)或在大氣壓力下。其他壓力係可行的。在一些實施例中，固體源總成(如本文所揭示)可在目標真空壓力下進行操作。在一些實施例中，目標真空壓力可在約0.5Torr至350Torr之範圍內(諸如約50Torr)。在某些實施例中，可使用一或多個壓力控制器來調節固體源總成中的真空壓力。

在一些實施例中，用來控制溫度區控制系統200之元件(例如反應物源機殼210、反應物源容器220)的電子及/或電腦元件可見於系統中的別處。例如，中央控制器可控制一或多個室本身的設備以及控制連接至各種容器及任何相關聯加熱器的閥兩者。一或多個閥可用以控制反應物源容器220各處的氣體流。

一或多個容器基底加熱元件246可從容器基底224開始側向地設置。例如，一或多個容器基底加熱元件246可沿著對應的一或多個平面設置，該等平面例如平行於容器軸線延伸。一或多個容器基底加熱元件246可捲繞於例如對應的一或多個平面內。相較於反應物源容器220的近端部分，一或多個容器基底加熱元件246可設置為較接近反應物源容器220的遠端部分(例如容器基底224的遠端部分)。

圖4顯示圖3之溫度區控制系統200的側視透視圖。圖5顯示圖3之溫度區控制系統200的後視透視圖。如圖5所示，溫度區控制系統200可包括一或多個氣體面板閥234。第二加熱元件 244可經組態以例如藉由輻射熱加熱氣體面板閥234。第二加熱元件244可包括加熱線圈。所揭示之其他加熱元件可包括加熱線圈。

圖6顯示具有反應物源機殼210之溫度區控制系統200的前視透視圖。反應物源機殼210可包括反應物源機殼110的功能，例如以在真空中含有包含容器基底224及容器蓋228之反應物源容器。溫度區控制系統200亦可包括容器蓋加熱元件248。如所示，在一些實例中，容器蓋加熱元件248可經組態以加熱容器蓋228，並可設置在第二部分250b與容器蓋228之間。因此，在一些實施例中，容器蓋加熱元件248可經組態以加熱容器蓋228勝過其加熱一或多個蓋閥232。容器基底224可經定尺寸以在反應物源機殼210內佔據大於30%的底板空間。溫度控制系統可包括在反應器系統中。

圖7至圖8顯示根據一些組態之熱屏蔽250的實例。圖7顯示反應物源機殼210內之熱屏蔽250的透視圖。如所示，熱屏蔽250可耦合(例如附接、緊固)至反應物源機殼210的頂部部分(例如頂板)及/或側部分(例如壁)。第一部分250a可設置為正交於第二部分250b。

圖8顯示根據一些組態之熱屏蔽250的透視圖。熱屏蔽250可包括一或多個接收部分以允許溫度區控制系統200的一或多個元件通過其中。例如，第二部分250b可包括接收部分260，其經組態以接收一或多個蓋閥232通過其中。接收部分260可經成形以接納蓋閥232。

圖9顯示一些實施例之控制反應物源機殼內之熱傳遞的實例方法300。方法300可使用如本文所述之溫度區控制系統(例如溫度區控制系統100及/或溫度區控制系統200)執行。反應器(諸如沉積反應器)可包含溫度區控制系統。下述之各種元件可對應於本文針對圖1至圖8所述之元件。

方法300可包括在方塊304處使載體氣體經由容器蓋入口連續地流入容器基底中。在方塊308處，方法300可進一步包括從反應物源機殼之加熱元件將熱傳遞至蓋入口。

包括經設置在入口與容器基底之間的第一部分之熱屏蔽(例如熱屏蔽150、熱屏蔽250)可阻止從加熱元件至容器基底之熱傳遞，使得入口係維持在高於容器基底的溫度。阻止從加熱元件至容器基底的熱傳遞可包括(a)從第一加熱元件至入口的熱傳遞率對(b)從第一加熱元件至容器基底的熱傳遞率的比率(亦即，(a)對(b)的比率)大於臨限比率。臨限比率可係約1、約2、約3、約4、約5、約6、約7、約8、約9、約10、大於介於其等之間的任何值、或落在具有其中之端點的任何範圍內(例如，1至2、1至5、1至10、2至5、2至10、3至8、或5至10)。阻止從加熱元件至容器基底的熱傳遞可包括使蓋維持處於或高於第二臨限溫度而不使容器基底升高至高於第一臨限溫度，該第一臨限溫度低於該第二臨限溫度。各種第一臨限溫度及第二臨限溫度係在本文中參照圖1至圖8揭示。例如，第二臨限溫度對第一臨限溫度的比率可係至少約1、至少約1.1、至少約1.2、至少約1.3、至少約1.4、至少約1.5、至少約1.6、至少約1.7、至少約1.8、至少約1.9、至少約2、至少約介於其等之間的任何值、或落在具有其中之端點的任何範圍內(例如，1至1.4、1至1.7、1.2至1.5、1.3至1.7、1.5至2、或1.8至2)。溫度(及/或溫度值本身)的比率可以攝氏度(℃)或凱氏溫度(K)為基礎。例如，第一及/或第二臨限溫度可係約135℃。

方法300可包括將容器基底設置在冷卻元件上。例如，容器基底可接觸冷卻元件。例如，容器基底可設置為相鄰於冷卻元件。冷卻元件可經組態以使容器基底維持處於或低於本文所述之臨限溫度。因此，方法300可包括使化學反應物的至少一些在容器基底內維持固體形式。額外或替代地，方法300可包括使氣相反應物維持處於或高於汽化溫度。因此，方法300可包括防止閥、過濾器、導管、及與輸送氣相反應物至反應室相關聯的其他組件中之非所欲的冷凝。方法300可額外或替代地包括使蒸氣壓維持在非常低壓，以生成足量的反應物蒸氣用於反應製程。

在方塊312處，方法300可進一步包括在容器基底中例如經由昇華或蒸發使載體氣體中的化學前驅物汽化。方法300可在方塊316處進一步包括使經汽化化學反應物流過蓋出口至反應室。須注意，如本文所述，載體氣體可經由入口進入容器。舉實例而言，反應物流過入口可受與入口氣體連通之蓋閥132的控制。舉實例而言，反應物流過出口可受與出口氣體連通之蓋閥132的控制。

溫度區控制系統可包括複數個氣體面板閥，其等經組態以調節氣相反應物從容器至反應室的流動。該方法可進一步包括加熱複數個氣體面板閥。熱屏蔽的第二部分可阻止從第二加熱元件至蓋之入口及/或出口的熱傳遞。第二部分可設置在(i)包括第二加熱元件及複數個氣體面板閥之第一區與(ii)包括入口及出口之第二區之間。第一區可對應於第一熱區160及/或第二區可指第二熱區164，各者在上文參照圖1討論。因此，氣體面板閥可維持高於容器基底的溫度。維持此溫度梯度可抑制或防止反應物在(較高溫的)氣體面板閥中冷凝，同時允許源前驅物仍穩定地儲存在(較低溫的)容器基底中。

方法300可進一步包括冷卻容器基底的一部分。如本文所使用，「冷卻(cooling)」係指熱的移除或撤出，且因此可指使容器基底維持相對低溫及/或阻止容器基底的溫度上升以及數值上降低容器基底的溫度。冷卻容器基底的一部分可包括水冷容器基底的部分。方法300可進一步包括過濾通過入口、出口、或兩者之微粒物質。過濾微粒物質可包括防止或阻止低於臨限溫度的反應物通過其中，並允許高於臨限溫度的反應物通過其中。臨限溫度可係本文所述的任何臨限溫度(諸如介於約120℃與約160℃之間的溫度)。過濾器可包括陶瓷或金屬之至少一者。方法300可包括至少部分地排空反應物源機殼。方法300之其他特徵及/或步驟可引申自本文之圖1至圖8的討論。

說明性實例

下文係上述一些實施例之非限制性實例的列表。

在一第1實例中，一種溫度區控制系統包含：一反應物源機殼，其經組態以至少部分地排空；一容器基底，其經組態以在其中容納固體源化學反應物，該容器基底經組態以設置在該反應物源機殼內；一蓋，其經耦合至該容器基底之一遠端部分，該蓋包含一或多個蓋閥；複數個氣體面板閥，其等經組態以從一氣體源將氣體輸送至該容器；一第一加熱元件，其經組態以加熱該一或多個蓋閥；及一熱屏蔽，其之一第一部分經設置在該一或多個蓋閥與該容器基底之間，且其之一第二部分經設置在該第一加熱元件與該複數個氣體面板閥之間，該熱屏蔽經組態以阻止從該蓋閥至該容器基底之熱傳遞。

在一第2實例中，如實例1所述之系統，其進一步包含一冷卻元件，該冷卻元件與該容器基底之一近端部分熱連通，且經組態以優先冷卻該容器基底之該近端部分，從而建立從該容器基底之該近端部分至該遠端部分之一溫度梯度。

在一第3實例中，如實例2所述之系統，其中該冷卻元件包含一水冷式元件，其經熱耦合至該容器基底。

在一第4實例中，如實例1至3中任一者所述之系統，其中該熱屏蔽之該第一部分包含一第一板，且該熱屏蔽(heath shield)之該第二部分包含一第二板，該第一板經設置為與該第二板成一角度。

在一第5實例中，如實例4所述之系統，其中該第一板及該第二板經設置為大約彼此成直角。

在一第6實例中，如實例4至5中任一者所述之系統，其中該第一板經設置在該一或多個蓋閥與該容器基底之間，且其中該第二板經設置為大約平行該容器基底的一軸線。

在一第7實例中，如實例1至6中任一者所述之系統，其進一步包含一第二加熱元件，該第二加熱元件經設置使得該第二板係設置在該一或多個蓋閥與該複數個氣體面板閥之間。

在一第8實例中，如實例1至7中任一者所述之系統，其中該熱屏蔽係經組態以阻止至該容器基底之一熱傳遞，使得從該第一加熱元件至該一或多個蓋閥之一熱傳遞率對從該第一加熱元件至該容器基底之一熱傳遞率的一比率大於約5。

在一第9實例中，如實例1至8中任一者所述之系統，其中該熱屏蔽之該部分係經組態以設置在該一或多個蓋閥與該蓋的至少一部分之間。

在一第10實例中，如實例1至9中任一者所述之系統，其中該第一加熱元件係經組態以使該一或多個蓋閥維持高於一第一臨限溫度而不使該容器基底升高至高於一第二臨限溫度，該第二臨限溫度低於該第一臨限溫度。

在一第11實例中，如實例10所述之系統，其中該冷卻元件連同該第一加熱元件使該一或多個蓋閥維持高於一第一臨限溫度而不使該容器基底升高至高於一第二臨限溫度，該第二臨限溫度低於該第一臨限溫度。

在一第12實例中，如實例10或11所述之系統，其中該第一臨限溫度對該第二臨限溫度的一比率係至少約1.15。

在一第13實例中，如實例10至12中任一者所述之系統，其中該第一臨限溫度係小於約135℃。

在一第14實例中，如實例10至13中任一者所述之系統，其中該第二臨限溫度係大於約135℃。

在一第15實例中，如實例1至14中任一者所述之系統，其中該一或多個蓋閥之各者包含一各別入口或出口，其經組態以控制通過其中的一氣體流。

在一第16實例中，如實例1至15中任一者所述之系統，其中該一或多個蓋閥之各者包含一各別過濾器，該過濾器經組態以防止微粒物質通過其中。

在一第17實例中，如實例16所述之系統，其中該複數個過濾器之至少一者的一孔隙率係經組態以防止低於一臨限溫度之該反應物通過其中，並允許高於該臨限溫度之該反應物通過其中。

在一第18實例中，如實例16所述之系統，其中該臨限溫度係介於約120℃與約160℃之間。

在一第19實例中，如實例16至18中任一者所述之系統，其中該過濾器包含一陶瓷或一金屬之至少一者。

在一第20實例中，如實例1至19中任一者所述之系統，其中該容器基底高度對該容器基底寬度的一比率係大於約2。

在一第21實例中，如實例1至20中任一者所述之系統，其中該容器基底的一截面包含至少兩平坦邊緣。

在一第22實例中，如實例1至21中任一者所述之系統，其中該容器基底包含一陶瓷或金屬。

在一第23實例中，一種控制一反應物源機殼內的熱傳遞之方法包含：使載體氣體經由該容器之一蓋之一入口連續地流入一容器基底中；從該反應物源機殼之一加熱元件將熱傳遞至該蓋之該入口，其中包含經設置於該入口與該容器基底之間的一第一部分之一熱屏蔽阻止從該加熱元件至該容器基底之一熱傳遞，使得該入口係維持高於該容器基底之一溫度；在該容器基底中使載體氣體中之一化學前驅物汽化；及使該經汽化化學反應物流過該蓋之一出口至一反應室。

在一第24實例中，如實例23所述之方法，其中該反應物源進一步包含複數個氣體面板閥，其等經組態以使該載體氣體流至該容器，該方法進一步包含加熱該複數個氣體面板閥，其中該熱屏蔽之一第二部分經設置在(i)包含一第二加熱元件及複數個氣體面板閥之一第一區與(ii)包含該入口及出口之一第二區之間，阻止從該第二加熱元件至該蓋之入口及出口的一熱傳遞。

在一第25實例中，如實例23至24中任一者所述之方法，其進一步包含冷卻該容器基底的一部分。

在一第26實例中，如實例25所述之方法，其中冷卻該容器基底的一部分包含水冷該容器基底的該部分。

在一第27實例中，如實例24至26中任一者所述之方法，其中阻止從該加熱元件至該容器基底之該熱傳遞包含(a)從該第一加熱元件至該入口之一熱傳遞率對(b)從該第一加熱元件至該容器基底之一熱傳遞率的一比率大於約4。

在一第28實例中，如實例24至27中任一者所述之方法，其中阻止從該加熱元件至該容器基底之該熱傳遞包含使該蓋維持高於一第一臨限溫度而不使該容器基底升高至高於一第二臨限溫度，該第二臨限溫度低於該第一臨限溫度。

在一第29實例中，如實例28所述之方法，其中該第一臨限溫度對該第二臨限溫度的一比率係至少約1.15。

在一第30實例中，如實例28至29中任一者所述之方法，其中該第一臨限溫度係小於約135℃。

在一第31實例中，如實例28至30中任一者所述之方法，其中該第二臨限溫度係大於約135℃。

在一第32實例中，如實例23至31中任一者所述之方法，其進一步包含過濾通過該入口、該出口、或兩者之微粒物質。

在一第33實例中，如實例32所述之方法，其中過濾微粒物質包含防止低於一臨限溫度之該反應物通過其中，並允許高於該臨限溫度之該反應物通過其中。

在一第34實例中，如實例32所述之方法，其中該臨限溫度係介於約120℃與約160℃之間。

在一第35實例中，如實例32至33中任一者所述之方法，其中該過濾器包含一陶瓷或一金屬之至少一者。

在一第36實例中，如實例23至35中任一者所述之方法，其進一步包含至少部分地排空該反應物源機殼。

其他考量

在前文的說明書中，本發明已參照其特定實施例描述。然而，將係顯而易見的是，可在不偏離本發明之較廣義精神及範疇的情況下對其作出各種修改及變化。因此，本說明書及圖示係欲視為說明性而非限制意義。

實際上，將理解，本揭露之系統及方法各自具有若干創新態樣，其等之中沒有任何單一者單獨對本文所揭示之所欲屬性負責或為該等屬性所必需。本文所述之各種特徵及製程可獨立於彼此使用或者可以各種方式組合。所有可行的組合及子組合係意欲落在本揭露之範疇內。

本說明書在分開實施例的背景下所描述的某些特徵亦可在單一實施例中組合實施。反之，在單一實施例之背景下描述的各種特徵亦可分開在多個實施例中或以任何合適的子組合實施。此外，雖然本文可將特徵描述為作用於某些組合中且甚至初始即如此主張，來自所主張之組合的一或多個特徵可在一些情況下自該組合去除，且所主張的組合可導向子組合或子組合之變體。沒有任何單一特徵或一組特徵係每一個實施例所必需或不可或缺的。

將理解，除非另有具體陳述或在上下文中依所用而有其他認知，本文所用的條件語言(諸如，舉例而言，「可(can/could/might/may)」、「例如(e.g.)」、及類似者)通常係意欲傳達某些實施例包括而其他實施例不包括某些特徵、元件、及/或步驟。因此，這種條件性語言一般無意暗示一或多個具體例以任何方式需要特徵、元素及/或步驟，或者一或多個具體例必然包括在有或沒有作者輸入或提示之情況下用來決定是否包括此等特徵、元素及/或步驟或此等特徵、元素及/或步驟是否欲於任何特定具體例中執行的邏輯。用語「包含(comprising)」、「包括(including)」、「具有(having)」及類似者係同義詞，且係以開放式方式包含地使用，且並未排除額外的元件、特徵、行為、操作等等。同樣地，用語「或(or)」係以其包含意義(而非以其排除意義)使用，使得當例如用以連接元件列表時，用語「或(or)」意指列表中之元件的一者、一些者、或全部。此外，除非另有指定，本申請案及附加申請專利範圍中所用之冠詞「一(a/an)」及「該/所述(the)」係欲解釋為意指「一或多者(one or more)」或「至少一者(at least one)」。類似地，雖然操作在圖式中可以特定順序描繪，須認知到此類操作不需以所示之特定順序或以循序順序執行或者執行所有經繪示操作以達成所欲結果。進一步地，圖式可以流程圖形式示意性地描繪一或多個實例製程。然而，可將未描繪的其他操作併入示意性繪示的實例方法及製程中。例如，可在所繪示操作的任何者之前、之後、同時、或之間執行一或多個額外操作。此外，操作可在其他實施例中重新配置或重新排序。在某些情況下，多工及並行處理可係有利的。此外，本文所述之實施例中的各種系統組件的分離不應瞭解為在所有實施例中均需要此類分離，且應瞭解，所述組件及系統通常可共同整合在單一產品中或封裝成多個產品(例如，過濾器插件及包含外殼及基底之源容器)。此外，其他實施例屬於下列申請專利範圍之範疇。在一些情況下，申請專利範圍中所述之動作可以不同順序執行而仍達成所欲結果。

因此，申請專利範圍並非意欲限制本文所示之實施例，而係欲符合與本揭露、本文所揭示之原理及特徵一致的最廣義範疇。例如，雖然針對從固體源供應蒸氣以用於饋送沉積室供半導體製造而提供本揭露中的許多實例，可針對廣泛多樣的其他應用及/或在眾多其他背景下實施本文所述之某些實施例。