[發明專利]固態前體升華器

有效

• 申請號: 200980107399.0
• 申請日: 2009-01-12
• 公開（公告）號: CN101960044A
• 公開（公告）日: 2011-01-26
• 發明（設計）人: 許敏第;T·肖貝
• 申請（專利權）人: 喬治洛德方法研究和開發液化空氣有限公司
• 主分類號: C23C16/448
• 分類號: C23C16/448
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 吳鵬;牛曉玲

技術領域

本發明總體涉及化學氣相沉積領域，而更準確地說，涉及相變方法和在固態前體(前驅物，precursor)材料的升華中所用的裝置。更具體地說，本發明涉及用于使固態前體材料蒸發而同時約束該固態前體材料的裝置。

背景技術

隨著半導體產業的進步，需要利用新的前體材料，該新的前體材料滿足嚴格的薄膜需求。前體在廣泛的應用中用來沉積半導體層。例如，固態前體可包括用于阻擋層、高k/低k介電層、金屬電極層、互連層、鐵電層、氮化硅層、或氧化硅層的成分。此外，固態前體可包括起用于化合物半導體的摻雜劑作用的成分。某些新穎材料在標準溫度和壓力下呈固體形式，不能直接輸送到半導體薄膜沉積室以用于制造工藝。示例性的前體材料包括由鋁、鋇、鉍、鉻、鈷、銅、金、鉿、銦、銥、鐵、鑭、鉛、鎂、鉬、鎳、鈮、鉑、釕、銀、鍶、鉭、鈦、鎢、釔和鋯構成的那些無機和有機金屬化合物。這些材料通常具有很高的熔點和低蒸汽壓，且在引入沉積室之前必須在窄的溫度和壓力范圍內升華。

已經開發出用于半導體制造工藝的固態前體材料升華的技術。固體升華器系統通常用于生產固體蒸汽(solid?vapor)供沉積用。由于各種各樣的固態前體具有獨立的升華溫度和壓力范圍，所以升華器和輸送系統優選地能具有靈活的操作參數。優選地，將升華器構造為在所期望的溫度和壓力下使前體蒸發，且在沒有污染的情況下將前體輸送到沉積室。

目前，有幾種類型工業用市售固體升華器。在一種應用中，將固態前體收集并隨意堆積在容器隔室內部。將隔室加熱到高溫，并將惰性載氣引入隔室，以便將升華的氣相向下游運送用于薄膜沉積。盡管成本低，但這種應用可能造成載氣不飽和或者前體蒸汽在載氣中的濃度不穩定。另外，由于運行一段時間之后固體的消耗和穿過附聚的固體顆粒形成溝流，所以載氣與固態前體之間的接觸時間顯著地縮短。作為補償這個缺點的一種手段，以及為了減少載氣和固體之間的接觸時間，在隔室內部安裝攪拌結構，以便連續地攪拌固體。攪拌結構設計用來防止固體在運行狀況下附聚、消除溝流、并保持載氣與固體的足夠的接觸。然而，由于堆積在容器內部的前體固體物的消耗和/或高度，攪拌器未能充分縮短接觸時間。此外，攪拌器的活動部件降低了操作效率，增加了維修停機時間，并引起有關泄漏和安全性的問題。

在工業中的另一種常規應用包括將固態前體涂覆在不同結構的表面上。例如，固態前體能涂覆在同心式設置在用于升華的加熱的容器內部的圓柱體表面上。各表面可能經受沿著表面不均勻分布的溫度分布，并因此經受不穩定的固體的升華，而造成不穩定的前體材料蒸汽濃度。可選地，可將涂覆表面安裝在旋轉軸上。該涂覆表面能局部加熱，用于固態前體的平穩升華。然而，利用這種裝置的蒸發速率限于低載氣流量。該載氣流量對于工業規模操作需求而言可能不可行。

最近，已經實施設法將固體材料分布在容器或隔室內部流體式連接的受熱表面上。在這種應用中，載氣穿過許多通路流動，所述通路構造為聯接受熱表面之間/穿過受熱表面的氣體流動路徑。載氣的路線是從下部的受熱表面、穿過通路到達上部的層或位置。在某些應用中，載氣穿過各通路將升華的前體蒸汽從加熱表面的底部表面運送到頂部表面。然而，為了使升華效率和受熱表面的表面積最大化，大量的通路可能是必不可少的。在這些應用中，使通路直徑最小化以使受熱的表面積最大化。小直徑通道很容易被從加熱表面落下的小顆粒或者通道中無意中沉積的前體材料堵塞。

因此，在工業中需要一種固態前體升華器，用于以短接觸時間、高流量、低維修保養來使固態前體升華，生產穩定的飽和載氣。

發明內容

本文公開的是一種用于使固態前體蒸發的裝置。在一實施例中，該裝置包括：容器，所述容器包括可密封開口、流體入口、流體出口和內部尺寸；至少一個第一擱架，該第一擱架具有小于容器內部尺寸的外部尺寸，以便形成外部通道，并包括具有外部尺寸的內部支承件；至少一個第二擱架，該第二擱架包括外部支承件和開口，所述外部支承件定位在容器內部尺寸處，所述開口大于第一擱架內部支承件的外部尺寸；以及其中第一擱架構造成與第二擱架形成疊置的垂直堆垛(stack)，用于定位在容器中，并且穿過外部通道在第一擱架和第二擱架之間建立流體流動路徑。