固态前体升华器制造技术

一种用于在升华器中保持固态前体的装置和方法，以使固态前体能蒸发用于使载气饱和。该装置可包括形成内部通道和外部通道的交替的盘状件或搁架，以及用于流体联接所述通道的在各盘状件之间的空间，以便形成穿过升华器的曲折迂回的流体流动路径，用来优化固体蒸汽饱和作用。该方法可包括将载气引导入升华室，在外部通道中绕过第一搁架，在所述空间中越过第一搁架上方，在内部通道中绕过第二搁架，并退出升华室。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本发 明总体涉及化学气相沉积领域，而更准确地说，涉及相变方法和在固态前体 (前驱物，precursor)材料的升华中所用的装置。更具体地说，本专利技术涉及用于使固态前体 材料蒸发而同时约束该固态前体材料的装置。
技术介绍
随着半导体产业的进步，需要利用新的前体材料，该新的前体材料满足严格的薄 膜需求。前体在广泛的应用中用来沉积半导体层。例如，固态前体可包括用于阻挡层、高k/ 低k介电层、金属电极层、互连层、铁电层、氮化硅层、或氧化硅层的成分。此外，固态前体可 包括起用于化合物半导体的掺杂剂作用的成分。某些新颖材料在标准温度和压力下呈固体 形式，不能直接输送到半导体薄膜沉积室以用于制造工艺。示例性的前体材料包括由铝、 钡、铋、铬、钴、铜、金、铪、铟、铱、铁、镧、铅、镁、钼、镍、铌、钼、钌、银、锶、钽、钛、钨、钇和锆构 成的那些无机和有机金属化合物。这些材料通常具有很高的熔点和低蒸汽压，且在引入沉 积室之前必须在窄的温度和压力范围内升华。已经开发出用于半导体制造工艺的固态前体材料升华的技术。固体升华器系统通 常用于生产固体蒸汽(solid vapor)供沉积用。由于各种各样的固态前体具有独立的升华 温度和压力范围，所以升华器和输送系统优选地能具有灵活的操作参数。优选地，将升华 器构造为在所期望的温度和压力下使前体蒸发，且在没有污染的情况下将前体输送到沉积室。目前，有几种类型工业用市售固体升华器。在一种应用中，将固态前体收集并随意 堆积在容器隔室内部。将隔室加热到高温，并将惰性载气引入隔室，以便将升华的气相向下 游运送用于薄膜沉积。尽管成本低，但这种应用可能造成载气不饱和或者前体蒸汽在载气 中的浓度不稳定。另外，由于运行一段时间之后固体的消耗和穿过附聚的固体颗粒形成沟 流，所以载气与固态前体之间的接触时间显著地缩短。作为补偿这个缺点的一种手段，以及 为了减少载气和固体之间的接触时间，在隔室内部安装搅拌结构，以便连续地搅拌固体。搅 拌结构设计用来防止固体在运行状况下附聚、消除沟流、并保持载气与固体的足够的接触。 然而，由于堆积在容器内部的前体固体物的消耗和/或高度，搅拌器未能充分缩短接触时 间。此外，搅拌器的活动部件降低了操作效率，增加了维修停机时间，并引起有关泄漏和安 全性的问题。在工业中的另一种常规应用包括将固态前体涂覆在不同结构的表面上。例如，固 态前体能涂覆在同心式设置在用于升华的加热的容器内部的圆柱体表面上。各表面可能经 受沿着表面不均勻分布的温度分布，并因此经受不稳定的固体的升华，而造成不稳定的前 体材料蒸汽浓度。可选地，可将涂覆表面安装在旋转轴上。该涂覆表面能局部加热，用于固 态前体的平稳升华。然而，利用这种装置的蒸发速率限于低载气流量。该载气流量对于工 业规模操作需求而言可能不可行。最近，已经实施设法将固体材料分布在容器或隔室内部流体式连接的受热表面上。在这种应用中，载气穿过许多通路流动，所述通路构造为联接受热表面之间/穿过受热 表面的气体流动路径。载气的路线是从下部的受热表面、穿过通路到达上部的层或位置。在 某些应用中，载气穿过各通路将升华的前体蒸汽从加热表面的底部表面运送到顶部表面。 然而，为了使升华效率和受热表面的表面积最大化，大量的通路可能是必不可少的。在这些 应用中，使通路直径最小化以使受热的表面积最大化。小直径通道很容易被从加热表面落 下的小颗粒或者通道中无意中沉积的前体材料堵塞。因此，在工 业中需要一种固态前体升华器，用于以短接触时间、高流量、低维修保 养来使固态前体升华，生产稳定的饱和载气。
技术实现思路
本文公开的是一种用于使固态前体蒸发的装置。在一实施例中，该装置包括容 器，所述容器包括可密封开口、流体入口、流体出口和内部尺寸；至少一个第一搁架，该第一 搁架具有小于容器内部尺寸的外部尺寸，以便形成外部通道，并包括具有外部尺寸的内部 支承件；至少一个第二搁架，该第二搁架包括外部支承件和开口，所述外部支承件定位在容 器内部尺寸处，所述开口大于第一搁架内部支承件的外部尺寸；以及其中第一搁架构造成 与第二搁架形成叠置的垂直堆垛(stack)，用于定位在容器中，并且穿过外部通道在第一搁 架和第二搁架之间建立流体流动路径。在另一个实施例中，一种用于在升华室中支承固态前体的装置包括第一搁架，该 第一搁架包括用于支承固态前体的顶部表面、底部表面、和垂直取向的内部支承件；第二搁 架，该第二搁架包括用于支承固态前体的顶部表面、底部表面、和垂直取向的外部支承件， 所述外部支承件周向/沿圆周设置在第二搁架上，并热耦合/联接(couple)到升华室内壁 上；内部通道，该内部通道设置在第二搁架和第一搁架内部支承件之间；外部通道，该外部 通道设置在第一搁架和第二搁架外部支承件之间；以及在第一和第二搁架之间的水平设置 的空间，该空间在升华室中内部通道和外部通道之间建立流体流动路径。在另一个实施例中，一种用于使固态前体蒸发的装置包括容器，该容器包括流体 入口、流体出口和内壁；一系列堆叠的盘状件，所述盘状件包括内部盘状件和外部盘状件， 其中每个内部盘状件与容器内壁形成外部流体通道，每个外部盘状件与内部支承件形成内 部流体通道；在各个堆叠的盘状件之间的空间，用于保持固态前体；和气体流动路径，该气 体流动路径从流体入口开始、在内部流体通道和外部流体通道中围绕堆叠的盘状件、在所 述空间中越过堆叠的盘状件上方、并通到流体出口。在另一个实施例中，一种沉积薄膜的方法包括将固态前体装载到第一搁架上，其 中第一搁架包括用于保持固态前体的环形槽；将固态前体装载到第二搁架上，其中第二搁 架包括用于保持固态前体的环形槽；将第一搁架和第二搁架垂直地堆叠，在它们之间具有 一分隔空间；将堆叠的第一搁架和第二搁架安置在升华室中，该升华室具有载气入口和载 气出口 ；密封升华室；加热升华室；使载气从入口流进、穿过外部通道围绕第一搁架、穿过 分隔空间越过第一搁架及其上的固态前体的上方、穿过内部通道围绕第二搁架、越过第二 搁架及其上的固态前体的上方、并流到出口 ；将固体蒸汽饱和气体引导到沉积室；以及沉 积蒸汽中的固体。上面已经相当概括地概述了本专利技术的某些实施例的某些特征和技术优势，以便更好地理解后面本专利技术的详细说明。这些和另外的实施例、特征和潜在优势在下面详细说明中将显而易见。附图说明为了详细说明本专利技术的优选实施例，现在参照附图进行，其中图1示出根据本专利技术的实施例的用于使固态前体升华、包括交替的环形盘状件的 升华器。图2A示出用于升华器的环形盘状件的实施例。图2B示出构造成用于在升华器内堆叠的环形盘状件的实施例。图3示出构造成用于在升华器内交替装配并堆叠的环形盘状件的实施例。图4A示出用于升华器的锥形的环形盘状件的实施例。图4B示出构造成用于在升华器内交替装配并堆叠的锥形的环形盘状件的实施 例。图5示出包括锥形的环形盘状件的用于使固态前体升华的升华器的实施例。图6A-6C示出用于使固态前体升华的升华器中的环形盘状件的前体保持装置的 各种实施例。图6D示出包括环形盘状件和前体保持装置的用于使固态前体升华的升华器的实 施例。图7示出用于包括交替环形盘状件的升华器的操作的示意流程图。图8示出包括交替环形盘状件的升华器在变化的气体流量下的操作数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于使固态前体蒸发的装置，该装置包括：容器，该容器包括可密封的开口、流体入口、流体出口和内部尺寸；至少一个第一搁架，该第一搁架具有小于容器内部尺寸的外部尺寸，以形成外部通道，并包括具有外部尺寸的内部支承件；至少一个第二搁架，该第二搁架包括外部支承件和开口，所述外部支承件定位于容器内部尺寸处，所述开口大于第一搁架内部支承件的外部尺寸；以及其中，第一搁架构造成与第二搁架形成重叠的垂直堆垛，以定位在容器内，并且通过外部通道在第一搁架和第二搁架之间建立流体流动路径。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：许敏第，T肖贝，
申请(专利权)人：乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]