專利名稱：用于化學(xué)氣相沉積的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例系大體上有關(guān)于用來汽化 一 液體并將該已汽化的液體 與一-載氣混'合的設(shè)備與方法。本發(fā)明實(shí)施例特別適合將汽化的反應(yīng)物提供給 化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的反應(yīng)室，例如為半導(dǎo)體器件制造設(shè)備中的反應(yīng)室提供汽 化反應(yīng)物。
背景技術(shù)：
化學(xué)氣相沉積(CVD)處理廣泛用來沉積半導(dǎo)體器件與集成電路中所使 用的薄膜。此類處理涉及使數(shù)種化學(xué)物蒸汽發(fā)生反應(yīng)而在一基板上產(chǎn)生均質(zhì) 或不均質(zhì)的沉積作用。反應(yīng)速率是通過諸如溫度、壓力與反應(yīng)物氣體流速等 一種或多種參數(shù)來加以控制。對(duì)于此類處理來說，使用低蒸氣壓的液體作為 反應(yīng)前體具有數(shù)項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，也因此更廣為使用的。
現(xiàn)有的CVD處理涉及使用起泡器(bubbler)或汽化爐(boiler)來輸送低蒸 汽壓的氣體。在這些處理中，載氣會(huì)包含該液體而得以運(yùn)輸該液體的蒸汽。 有數(shù)種液態(tài)反應(yīng)物與前體可用在通過使液態(tài)反應(yīng)物含于載氣中來輸送該液 態(tài)反應(yīng)物的CVD處理中。在使用液態(tài)反應(yīng)物的CVD系統(tǒng)里，載氣通常會(huì)被 打成氣泡并以一受控的流速流經(jīng)含有液態(tài)反應(yīng)物的容器，使得該載氣中含有 飽和的液態(tài)反應(yīng)物，隨后將該飽和的載氣輸送至反應(yīng)室。
也曾經(jīng)試圖輸送固態(tài)反應(yīng)物至CVD反應(yīng)室中，但結(jié)果并不成功。在CVD 處理中，是利用升華/發(fā)泡方法來執(zhí)行固態(tài)前體的輸送動(dòng)作，該升華/發(fā)泡方 法通常系將前體置于 一升華/發(fā)泡儲(chǔ)槽中，隨后將該儲(chǔ)槽加熱至該前體的升 華溫度以將該前體轉(zhuǎn)化成氣態(tài)化合物后，再以諸如氫氣、氦氣、氬氣或氮?dú)?等載氣將該氣態(tài)化合物輸送至CVD反應(yīng)室中。然而，因?yàn)樵S多原因，此方 法無法可靠且具再現(xiàn)性地將固態(tài)前體輸送至反應(yīng)室。此技術(shù)的主要問題在于 不能穩(wěn)定地以一控制速率來汽化固體，而無法以再現(xiàn)性的流速將已汽化的固 態(tài)前體輸送至處理反應(yīng)室中。再者，由于汽化系統(tǒng)中固態(tài)前體的暴露表面積
5是有限量的，并且缺乏能夠提供最大升華作用的一致溫度，故此項(xiàng)技術(shù)難以 保證快速流動(dòng)的載氣氣流中能夠含有完全飽和的汽化固態(tài)前體。雖然固態(tài)前 體升華/發(fā)泡系統(tǒng)以及億態(tài)前體發(fā)泡系統(tǒng)均可用來輸送CVD反應(yīng)物，然而這 些系統(tǒng)各自具有不同的問題與考慮。因此，用于固態(tài)升華/起泡器的系統(tǒng)與 設(shè)備并不必然能用于液態(tài)前體發(fā)泡設(shè)備。
第-1A與1B圖顯示用來輸送通過產(chǎn)生一栽氣氣泡使其通過一液態(tài)前體 所產(chǎn)生的蒸汽的現(xiàn)有設(shè)備。第1A圖顯示一現(xiàn)有的汽化設(shè)備10，該汽化設(shè)備 10包含一安瓿或容器12,該容器12中含有一液態(tài)前體材料11。氣體入口 導(dǎo)管14連接至一載氣源30。氣體入口導(dǎo)管14延伸在該液體11的液面下方。 加壓輸送載氣30可提供一由已汽化的液態(tài)前體與載氣所組成的混合物32， 隨后該混合物32通過一連接至CVD反應(yīng)室(未繪出)的出口導(dǎo)管16而離開 該容器12。
擴(kuò)散器材料20通常為多孔性的燒結(jié)金屬(sintered metal),并可改善汽 化設(shè)備10的發(fā)泡效率。顯示于第1A與1B圖中的汽化器通過加熱容器中的 液態(tài)材料并以一控制速率將載氣引導(dǎo)至靠近容器底面的液態(tài)材料中，而把從 液態(tài)材料轉(zhuǎn)化而成的蒸汽輸送至一處理反應(yīng)室內(nèi)。當(dāng)該載氣氣泡上升至容器 頂面時(shí)，該載氣會(huì)飽合地含有由液態(tài)材料所形成的蒸汽。隨后，該飽和載氣 被輸送至處理反應(yīng)室中，例如輸送至用于半導(dǎo)體制造用途的CVD反應(yīng)室內(nèi)。
在第1A與1B圖中所示的設(shè)備中，載氣氣泡會(huì)產(chǎn)生不想要的液態(tài)前體 小液滴，或可稱為微液滴。這些微液滴會(huì)隨著栽氣與前體蒸汽的混合物被一 同攜帶至出口管中，并送至處理反應(yīng)室。此類微液滴可能造成完成產(chǎn)品中的 缺陷。
因此需要一種用于液體汽化器的方法與設(shè)備，其能以可用于CVD處理 的流率來汽化液體，并減少或避免輸送小液滴液體至處理反應(yīng)室中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例系有關(guān)于在反應(yīng)室中執(zhí)行薄膜形成處理中用以處理一晶 片的設(shè)備與方法。根據(jù)本發(fā)明第 一 實(shí)施例， 一化學(xué)氣相沉積設(shè)備包含一化學(xué) 氣相反應(yīng)室，該反應(yīng)室具有一氣體入口端口與一液態(tài)反應(yīng)物汽化器。該液態(tài)反應(yīng)物汽化器具有一出口端口 ，并且該出口端口連接至該反應(yīng)器入口端口 。 該汽化器包含一容器，該容器具有一上部分、 一下部分、多個(gè)內(nèi)側(cè)面與一底 面。根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例，該容器含有一液態(tài)反應(yīng)物，并且介于這些內(nèi)側(cè) 面之間的空間則定義出 一容器內(nèi)徑。該設(shè)備更包括一連接至一載氣源的入口 端口、 一多孔構(gòu)件以及一氣體輸送導(dǎo)管，其中該多孔構(gòu)件的外徑基本上等于 該容器的內(nèi)徑，以插入該容器的下部分并位于該液態(tài)反應(yīng)物液面的下方，并 且在該多孔構(gòu)件與該容器底面之間定義出一氣室，以及該氣體輸送導(dǎo)管延伸 穿通該氣體入口端口與該多孔構(gòu)件。
介于該多孔構(gòu)件與該容器底面之間的間隙定義出該氣室。在某些實(shí)施例 中，該多孔構(gòu)件為盤狀造型。根據(jù)某些實(shí)施例，該多孔盤系由諸如燒結(jié)金屬
熔塊(sintered metal frit)等燒結(jié)金屬所構(gòu)成，例如不銹鋼熔塊。再一個(gè)或多 個(gè)實(shí)施例中，該設(shè)備適合用來形成基板上的膜層。
本發(fā)明的另 一 實(shí)施例系有關(guān)于一種包含一化學(xué)氣相沉積反應(yīng)室與 一汽 化器的化學(xué)氣相沉積設(shè)備。該汽化器包含一封閉的實(shí)質(zhì)圓桶狀安瓿，該安瓿 具有一頂部分、 一底部分、 一底面、由多個(gè)內(nèi)壁所圍出的一內(nèi)徑以及從該頂 部分延伸出的 一入口端口與一出口端口，其中該出口端口與該反應(yīng)室流體連 通，并且該入口端口與一氣體源流體連通。汽化器更包括一多孔板，該多孔 板具有多個(gè)邊緣表面，這些邊緣表面系與靠近該底面處的安瓿內(nèi)壁接觸，且 該多孔板浸入液態(tài)反應(yīng)物中，該多孔板設(shè)置成能在該多孔板與該底面之間提 供一間隙；以及， 一氣體導(dǎo)管從該入口端口延伸出并穿過該多孔板。在某些 實(shí)施例中，該多孔板與該底面之間的間隙至少約2毫米(mm)。
本發(fā)明又一 實(shí)施例系有關(guān)于 一種化學(xué)氣相沉積方法，該方法包括使一載 氣流經(jīng)一液態(tài)反應(yīng)物，其中該液態(tài)反應(yīng)物容納在由多個(gè)側(cè)壁與一底面所定義 出的一容器中，并且該容器包含一多孔構(gòu)件，該多孔構(gòu)件延伸在容器側(cè)壁之 間并且在該容器的該底部分中定義出一氣室，該多孔構(gòu)件浸入該液態(tài)反應(yīng)物 中而造成該載氣與該液態(tài)反應(yīng)物流經(jīng)該多孔構(gòu)件而從該液態(tài)反應(yīng)物產(chǎn)生一 蒸汽，并且在能轉(zhuǎn)化該液態(tài)反應(yīng)物使其在一反應(yīng)室內(nèi)的一基板上形成一膜層 的條件下，將該蒸汽輸送至一反應(yīng)室中。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，該多孔構(gòu) 件包含一燒結(jié)熔塊，例如一燒結(jié)金屬熔塊，比如說燒結(jié)的不銹鋼熔塊。


第1A圖顯示現(xiàn)有的汽化設(shè)備； 第1B圖顯示現(xiàn)有的汽化設(shè)備；
第2圖顯示根據(jù)本發(fā)明的汽化設(shè)備的一實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
在描述本發(fā)明示范性實(shí)施例之前，并需明白本發(fā)明并不僅限于以下將敘 述的設(shè)備結(jié)構(gòu)或處理步驟。本發(fā)明還可做出其它實(shí)施例以及不同的實(shí)施與執(zhí) 行方法。本發(fā)明的多個(gè)態(tài)樣提供數(shù)種用于化學(xué)氣相沉積的方法與設(shè)備，其可 用于諸如在基板上形成一薄膜的用途上。
參考第2圖，其顯示一示范性化學(xué)氣相沉積設(shè)備210。 CVD設(shè)備210 包含一內(nèi)含液態(tài)反應(yīng)物或前體211的安瓿或容器212。該安瓿或容器212 可為圓桶形或任何其它適當(dāng)?shù)脑煨?。如?圖所示，容器212是一個(gè)由多個(gè) 內(nèi)壁218與一底面222所圏圍出的封閉容器。該液態(tài)反應(yīng)物211容納在該 容器212的底部分。液態(tài)反應(yīng)物的非限制性范例包括如TEOS、硼酸三曱酯 (trimethyl borate)、硼酸四乙酯(tetraethyl borate)、磷酸四乙酯(tetraethyl phosphate)、膦酸四乙酯(tetraethyl phosphite)、 (二乙基)四(二曱胺)鈦類似 物(tetrakis(dimethylamino)titanium diethyl analog)、 ？K或來自 一液體大量車餘 送槽的類似物。氣體入口導(dǎo)管214提供一入口端口 ，用以連接至一載氣230 的源250。該載氣可儲(chǔ)存于加壓容器中，并可利用多個(gè)現(xiàn)有的流量調(diào)節(jié)器及 /或質(zhì)量流量控制器來控制氣體的流量。
一擴(kuò)散組件232插入該容器212中，且其延伸在內(nèi)壁218之間并鄰近 底面222,其中該擴(kuò)散組件232可為板狀或盤狀。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)實(shí) 施例，介于該擴(kuò)散組件232與底面222之間的距離r D」小于約2毫米。該 擴(kuò)散組件232的外徑或其它剖面尺寸基本上等于該容器212的內(nèi)徑或其它 剖面尺寸。如此一來，該擴(kuò)散組件232可施壓套入或是焊接于容器中，并置 于與該容器的底面222相距一段所欲的距離，使得擴(kuò)散組件232的外緣與 該容器212的內(nèi)側(cè)壁相接觸。介于該容器212的底面222與該擴(kuò)散組件232之間的間隙或間距則定義出一氣室226。所輸送的氣體會(huì)進(jìn)入這個(gè)由擴(kuò)散組
件232的邊緣與該容器側(cè)壁相接所局限的氣室中，并且大部分的氣體會(huì)從該 擴(kuò)散盤的孔洞中釋出。
擴(kuò)散組件232系由一多孔材料所制成。 一多孔材料的范例如燒結(jié)熔塊。 燒結(jié)金屬熔塊可用來制造該擴(kuò)散組件232。適當(dāng)燒結(jié)金屬熔塊的其中一范例 便是不銹鋼。多孔性的不銹鋼燒結(jié)熔塊可購自Mott股份有限公司 (Farmington, CT)。在一實(shí)施例中，該擴(kuò)散組件制造成直徑約5.75英吋、厚 約0.078英吋且孔徑約40微米的盤狀造型。然而，可了解到，本發(fā)明并不 僅局限于具有此特定尺寸或孔徑的擴(kuò)散組件。
擴(kuò)散組件232位于容器的下部分內(nèi)，并且浸入該液態(tài)反應(yīng)物211中。 氣體入口導(dǎo)管214延伸在該液態(tài)反應(yīng)物211的液面下并穿過該擴(kuò)散組件 232。加壓輸送該載氣230可提供由載氣與已汽化液態(tài)前體所構(gòu)成的混合物 32，隨后該混合物32通過出口導(dǎo)管或出口端口 216而離開容器212,并且 該出口導(dǎo)管或出口端口 216連接至一 CVD反應(yīng)室260。并了解到，可在該 容器212與CVD反應(yīng)室260之間連接一個(gè)或多個(gè)質(zhì)量流量控制器或調(diào)節(jié)器， 此外該CVD反應(yīng)室可為傳統(tǒng)的熱增強(qiáng)式或電漿增強(qiáng)式化學(xué)氣相沉積反應(yīng) 室。例如，此反應(yīng)室260可為于1991年3月19日授予Adamik等人的美 國專利5000113號(hào)、于1987年5月26曰授予Foster等人的美國專利 4668365號(hào)、于1986年4月1日授予Benzing等人的美國專利4579080 號(hào)、于1985年1月29日授予Benzing等人的美國專利4496609號(hào)以及于 1980年11月4曰授予East等人的美國專利4232063號(hào)等專利中所敘述的 反應(yīng)室，在此將這些文獻(xiàn)納入本文中以供參考。
使用時(shí)，方才所述的這些CVD反應(yīng)室可用來在諸如半導(dǎo)體基板等基板 上形成膜層。因此，化學(xué)氣相沉積方法包括使一載氣從一氣體供應(yīng)源透過入 口導(dǎo)管或管子214而流經(jīng)該液態(tài)反應(yīng)物211。流經(jīng)液態(tài)反應(yīng)物的載氣氣流會(huì) 造成該載氣與該液態(tài)反應(yīng)物流過該多孔構(gòu)件，而從該液態(tài)反應(yīng)物產(chǎn)生蒸汽， 并且在能轉(zhuǎn)化該液態(tài)反應(yīng)物使其在反應(yīng)室260內(nèi)的一基板上形成一膜層的 條件下，將該蒸汽輸送至該反應(yīng)室260中。
根據(jù)本發(fā)明多個(gè)實(shí)施例，使用延伸在容器212的整個(gè)剖面中的多孔構(gòu)件，能夠產(chǎn)生讓形成且混入載氣與液態(tài)前體蒸汽所組成的混合氣流中的微液 滴數(shù)量幾可忽略的結(jié)果。并通過利用該熔塊盤分配液體而能使用任何剩余的 液態(tài)前體體積，而允許更有效地消耗該液態(tài)反應(yīng)物。此多孔構(gòu)件設(shè)置在液體
中，并且使該多孔構(gòu)件的底面與該容器或安瓿底面之間具有一固定為2毫米 的間隙或氣室。
雖然已參考數(shù)個(gè)特定實(shí)施例來描述本發(fā)明，但需明白的是，這些實(shí)施例 僅用來示范說明本發(fā)明原理與用途。熟悉該項(xiàng)技藝者了解可在不偏離本發(fā)明 精神與范圍下對(duì)本發(fā)明方法做出各種修飾與變化。因此，本發(fā)明亦涵蓋這些 落入后附權(quán)利要求中的修飾與變化態(tài)樣及其均等物。
權(quán)利要求
1. 一種化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其包含一化學(xué)氣相沉積反應(yīng)室，其具有一氣體入口端口與一液態(tài)反應(yīng)物汽化器，該汽化器具有一出口端口與一容器，其中該出口端口連接至該反應(yīng)器的氣體入口端口，且該容器包含一上部分、一下部分、多個(gè)內(nèi)側(cè)面與一底面，該容器包含一液態(tài)反應(yīng)物，并且介于這些內(nèi)側(cè)面之間的空間定義出一容器內(nèi)徑；一入口端口，其連接至一載氣源；一多孔構(gòu)件，其外徑基本上等于該容器的內(nèi)徑，被插入該容器的下部分中直至低于該液態(tài)反應(yīng)物的液面，并且在該多孔構(gòu)件與該容器的底面之間定義出一氣室；以及一氣體輸送導(dǎo)管，其延伸穿過該氣體入口端口與該多孔構(gòu)件。
2. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，該氣室是由介于該多孔構(gòu) 件與該容器的底面之間的 一 間隙所定義而成。
3. 如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，該多孔構(gòu)件被塑造成一盤狀。
4. 如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，該盤是由燒結(jié)金屬所構(gòu)成。
5. 如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，該盤是由燒結(jié)金屬熔塊所 構(gòu)成。
6. 如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，該金屬包括不銹鋼。
7. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備適用于在基板上形 成膜層。
8. —種化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其包括一化學(xué)氣相反應(yīng)室；一汽化器，其包含一密閉的大致圓桶狀的安瓿，該安瓿具有一頂部分、 一底部分、 一底面、由多個(gè)內(nèi)壁所圍出的一內(nèi)徑以及從該頂部分延伸出的一 入口端口與一出口端口，其中該出口端口與該反應(yīng)室流體連通，并且該入口 端口與 一 氣體源流體連通；《多孔板，其具有多個(gè)邊緣表面，這些邊緣表面與鄰近該底面處的安瓿 內(nèi)壁相接觸且被浸入一液態(tài)反應(yīng)物中，該多孔板被設(shè)置成能在該多孔板與該 底面之間提供 一 間隙；以及一氣體導(dǎo)管，其從該入口端口延伸出去并通過該多孔板。
9. 如權(quán)利要求8所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其特征在于，該多孔板是 由一多孔燒結(jié)金屬熔塊所制成。
10. 如權(quán)利要求9所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其特征在于，介于該多孔 板與該底面之間的間隙小于約2毫米。
11. 如權(quán)利要求10所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備，其特征在于，該多孔金 屬板是由不銹鋼所制成。
12. —種化學(xué)氣相沉積方法，該方法包括使 一 載氣流過 一 液態(tài)反應(yīng)物，該液態(tài)反應(yīng)物被容納在由多個(gè)側(cè)壁與 一 底 面所定義出的一容器內(nèi)，該容器包含一多孔構(gòu)件，該多孔構(gòu)件延伸在該容器 的這些側(cè)壁之間并在該容器的一底部分中定義出一氣室，該多孔構(gòu)件被浸入 該液態(tài)反應(yīng)物中，從而造成該載氣與該液態(tài)反應(yīng)物流經(jīng)該多孔構(gòu)件以便從該 液態(tài)反應(yīng)物產(chǎn)生一蒸汽，并且將該蒸汽輸送至一反應(yīng)室中，該反應(yīng)室處在能 轉(zhuǎn)化該液態(tài)反應(yīng)物從而在該反應(yīng)室內(nèi)所包含的一基板上形成一膜層的條件 下。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，該多孔構(gòu)件包含一燒結(jié)熔塊。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于成。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于:
16. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于 底面間隔開不到2毫米的距離。該燒結(jié)熔塊由金屬所構(gòu)該金屬包括不銹鋼。 該多孔構(gòu)件與該容器的
全文摘要
本發(fā)明提供用以產(chǎn)生汽化的液態(tài)前體材料的方法與設(shè)備。該方法與設(shè)備可作為化學(xué)氣相沉積設(shè)備或系統(tǒng)的一部分。該方法與設(shè)備包括提供一用來容納液態(tài)前體(211)的容器(218)以及擴(kuò)散組件(232)，其中該擴(kuò)散組件的外剖面尺寸基本上等于該容器的內(nèi)剖面尺寸。
文檔編號(hào)C23C16/448GK101426953SQ200780012930
公開日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2007年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月11日
發(fā)明者D·K·卡爾森, E·桑切斯, S·庫普里奧 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司