用于输送工艺气体的方法、系统和装置制造方法及图纸

本文提供了用于将高纯度工艺气体气相输送至关键工艺或应用的方法、系统和装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于输送工艺气体的方法、系统和装置相关申请的交叉引用根据35U.S.C.§119(e)，本申请还要求2016年4月16日提交的美国序列号62/323,697的优先权。这些申请中的每一个的全部内容通过引用并入本文。
用于微电子及其他关键工艺应用中的高纯度工艺气体的气相输送的方法、系统和装置。
技术介绍
各种工艺气体可用于微电子的制造和加工。此外，各种化学品可用于要求高纯度气体的其他环境中，例如，关键工艺或应用，包括但不限于微电子应用、晶片清洗、晶片键合、光致抗蚀剂剥离、硅氧化、表面钝化、光刻掩模清洗、原子层沉积、化学气相沉积、平板显示器、被细菌、病毒和其他生物试剂污染的表面的消毒、工业部件清洗、制药、纳米材料生产、发电和控制装置、燃料电池、动力传输装置以及工艺控制和纯度是关键考虑因素的其他应用。在这些工艺和应用中，有必要在受控操作条件下，例如，在温度、压力和流速下，输送特定量的某些工艺气体。出于各种原因，相对于液相输送优选工艺化学品的气相输送。对于需要低质量流量的工艺化学品的应用，工艺化学品的液体输送不够准确或清洁。从易于输送、准确性和纯度的角度来看，气体输送是理想的。气体流动装置比液体输送装置更适合精确控制。此外，微电子应用及其他关键工艺通常具有广泛的气体处理系统，该系统使得气体输送比液体输送容易得多。一种方法是在使用点或其附近直接蒸发工艺化学组分。蒸发液体提供了一种留下重污染物从而净化了工艺化学品的工艺。然而，出于安全、处理、稳定性和/或纯度的原因，许多工艺气体不适合直接汽化。微电子应用及其他关键工艺或应用中使用了大量工艺气体。臭氧是一种通常用于清洁半导体表面(例如，光致抗蚀剂剥离)和作为氧化剂(例如，形成氧化物或氢氧化物层)的气体。与现有的基于液体的方法相比，在微电子应用及其他关键工艺中使用臭氧气体的一个优点是气体能够接近表面上的高纵横比特征。例如，根据国际半导体技术路线图(ITRS)，当前的半导体工艺应当与小到20-22nm的半节距兼容。半导体的下一个技术节点预计具有10nm的半节距，ITRS在不久的将来要求小于7nm的半间距。在这些尺寸下，基于液体的化学处理是不可行的，因为工艺液体的表面张力阻止其接近深孔或通道的底部以及高纵横比特征的角落。因此，臭氧气体在某些情况下用来克服基于液体的工艺的某些限制，因为气体不会受到同样的表面张力限制。基于等离子体的工艺也用来克服基于液体的工艺的某些限制。然而，基于臭氧和等离子体的工艺有其自身的局限性，包括运行成本、工艺控制不足、不良副反应和清洁效率低等。其他问题涉及成功沉积所需的温度。例如，对于氮化硅(SiN)，氨(NH3)目前通常在超过500℃或者甚至600℃的温度下使用。维持如此高的沉积温度是昂贵的，并且优选地，在更低的温度下沉积。此外，新的半导体器件技术具有严格的热预算，这抑制了400℃以上高温的使用。肼(N2H4)提供了探索更低温度的机会，部分原因是肼的良好热力学导致更低的沉积温度和自发反应，以形成氮化物。尽管在文献中有报道(Burton等人，J.Electrochem.Soc.,155(7)D508-D516(2008))，但是由于使用肼的严重安全问题，肼的使用尚未在商业上采用。通常比肼更安全的替代肼具有导致不希望的碳污染的缺点。因此，需要开发一种更安全的方法，用于将肼用于沉积工艺或输送到其他关键工艺应用中。肼的气相使用受到安全、处理和纯度问题的限制。肼已经用于火箭燃料，并且可能非常具有爆炸性。无水肼具有约37℃的低闪点。安全处理这种材料的半导体工业协议非常有限。因此，需要一种技术来克服这些限制，特别是提供适用于微电子及其他关键工艺应用的基本无水的气态肼。类似地，如Rasirc，Inc.的PCT公开No.2014014511中所解释的(该公开通过引用并入本文)，过氧化氢在关键工艺应用中的气相使用的用途有限，因为高浓度过氧化氢溶液存在严重的安全性和处理问题，并且使用现有技术不可能获得高浓度的气相过氧化氢。
技术实现思路
提供了用于输送基本无水的工艺气流、特别是含肼气流的方法、系统和装置。所述方法、系统和装置在微电子应用和其他关键工艺中特别有用。通常，所述方法包括(a)提供非水性肼溶液，该非水性肼溶液具有包含一定量肼蒸汽的气相；(b)使载气或真空与气相接触；和(c)将包含基本上无水的肼的气流输送至关键工艺或应用。在许多实施例中，气相中的肼的量足以直接向关键工艺或应用提供肼，而无需进一步浓缩或处理含肼气流。在许多实施例中，非水性肼溶液包括稳定剂。在某些实施例中，该方法还包括从气流中除去一种或更多种稳定剂。通过调节这些方法的操作条件，例如，载气或真空的温度和压力、肼溶液的浓度以及肼溶液的温度和压力，肼可以精确和安全地作为工艺气体输送。在某些实施例中，通过向肼溶液中添加能量，例如，热能、旋转能或超声波能，可以控制气相中输送至关键工艺或应用的肼的量。在本专利技术的许多实施例中，非水性肼是纯肼或基本不含水的肼。还提供了使用本文所述的方法输送肼的系统和装置。通常，所述系统和装置包括：(a)非水性肼溶液，其具有包含一定量肼蒸汽的气相；(b)与气相流体接触的载气或真空；以及(c)用于将包含肼的气流输送到关键工艺或应用的设备。在许多实施例中，非水性肼溶液包括一种或更多种稳定剂。在某些实施例中，所述系统和装置还包括用于从气流中除去一种或更多种稳定剂的设备。在许多实施例中，气相中肼的量足以直接向关键工艺或应用提供肼，而无需进一步浓缩或处理含肼气流。在某些实施例中，用于输送包含肼的气流的设备是包含气相的顶部空间的出口，该顶部空间直接或间接地连接到微电子应用或其他关键工艺系统，允许包含肼的气流从顶部空间流向使用其的应用或工艺。本文中描述的肼输送组件(HDA)就是这样一种装置。通过调节系统和装置的操作条件，例如，载气或真空的温度和压力、肼溶液的浓度以及肼溶液的温度和压力，肼可以精确和安全地作为工艺气体输送。在某些实施例中，通过向肼溶液中添加能量，例如，热能、旋转能或超声波能，可以控制气相中输送至关键工艺或应用的肼的量。本文公开的方法、系统和装置的许多实施例利用与含肼溶液接触的膜。膜的使用具有安全优点。在某些实施例中，膜将含肼溶液与含肼气相完全或部分分离。通过消除气相和液相之间的接触，肼在气相中的突然分解将受到限制，并且不会由于膜的存在而引起在液相中相应的分解。本文还公开了用于容纳包含挥发性化学品或化学组合物(例如，肼、过氧化氢、水、醇、胺或氢氧化铵)的液体的装置，其中，该装置包括顶部空间，其中，包含化学品或组合物的蒸汽作为待被并入工艺气体流的工艺气体而进入顶部空间。包含化学品或组合物的工艺气流通常输送至关键工艺应用。在某些实施例中，该装置包括(a)容纳包含挥发性化学品或化学组合物的液体的腔室；(b)包含气相的顶部空间，该气相包含气相中的挥发性化学品或化学组合物；(c)入口，载气流可通过该入口进入腔室；以及(d)受保护出口，包含载气和挥发性化学品或化学组合物的工艺气流可通过该受保护出口离开顶部空间。在某些实施例中，顶部空间是腔室的一部分。在某些替代实施例中，顶部空间不同于腔室并且与腔室流体连通，以允许气相中的挥发性化学品或化学组合物从腔室移动到顶部空间中。在许多实施例中，膜促进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，包括：(a)在被配置为含有液体和气相的装置中提供包含工艺化学品和溶剂的非水性溶液，其中，所述非水性溶液具有包含工艺化学品的一定量的无水蒸汽的气相；(b)使载气或真空与气相接触，以形成气流；和(c)将包含无水蒸汽的气流输送至关键工艺或应用，其中，所述工艺化学品是肼或过氧化氢，并且其中，所述溶剂选自乙二醇、三甘醇、α‑丙二醇、β‑丙二醇、1,3‑二甲基‑3,4,5,6‑四氢‑2(1H)‑嘧啶酮(DMPU)、1,3‑二甲基‑2‑咪唑啉酮(DMEU)和四甲基脲。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.16 US 62/323,6971.一种方法，包括：(a)在被配置为含有液体和气相的装置中提供包含工艺化学品和溶剂的非水性溶液，其中，所述非水性溶液具有包含工艺化学品的一定量的无水蒸汽的气相；(b)使载气或真空与气相接触，以形成气流；和(c)将包含无水蒸汽的气流输送至关键工艺或应用，其中，所述工艺化学品是肼或过氧化氢，并且其中，所述溶剂选自乙二醇、三甘醇、α-丙二醇、β-丙二醇、1,3-二甲基-3,4,5,6-四氢-2(1H)-嘧啶酮(DMPU)、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(DMEU)和四甲基脲。2.根据权利要求1所述的方法，还包括通过改变以下参数中的至少一个来改变气相的至少一种组分的浓度：(a)非水性溶液的温度、(b)非水性溶液的压力、(c)非水性溶液的浓度、(d)载气的温度、(e)载气或真空的压力以及(f)载气的流速。3.根据权利要求1所述的方法，其中，至少一个膜设置在所述装置中，所述膜被配置为至少部分地将气相与非水性溶液分离。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述无水蒸汽以比非水性溶液中的任何其他组分更快的速度渗透所述膜。5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述膜是离子交换膜。6.根据权利要求1所述的方法，还包括从气流中去除污染物。7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述载气选自氮气、氩气、氢气、清洁干燥空气、氦气、氨气和在室温和大气压下稳定的其他气体。8.根据权利要求1所述的方法，还包括通过向所述非水性溶液中添加能量来改变所述气相的至少一种组分的浓度。9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述非水性溶液是包含按重量计约25％至约69％肼的非水性肼溶液。10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述非水性肼溶液包含按重量计约65％至约69％的肼。11.根据权利要求1所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔·小阿尔瓦雷斯，拉塞尔·J·霍姆斯，杰弗瑞·J·史派杰曼，爱德华·海因莱因，克里斯托弗·拉莫斯，杰里迈亚·特拉梅尔，
申请(专利权)人：拉瑟克公司，
类型：发明
国别省市：美国,US