[发明专利]在基材上形成薄膜的方法和设备

说明书

技术领域

本发明一般涉及用来将气相的前体输送到外延反应器的方法和设备。具体来说，本发明涉及用来保持气相的前体相对于载气的浓度的方法和设备。 

背景技术

人们将化学气相沉积(“CVD”)法应用于电子工业，特别是用于半导体工业，用来沉积一些材料层。通常以钢瓶提供可以为固体或液体的前体。在使用的时候，载气进入钢瓶，通过前体，被前体所饱和，然后载气/前体蒸气混合物从钢瓶排出，流向沉积反应室。在沉积反应室内，在基材上生长前体的层或膜。 

一般来说，钢瓶(也称为鼓泡器，更通常称作蒸发容器)由不锈钢制成，具有延伸入前体表面之中和以下的气体入口。该气体入口通常被称作“浸渍管”。高纯度的载气通过浸渍管，向上通过液体前体而鼓泡，并将前体蒸气输送到沉积反应器。 

对于大部分的CVD工艺，必需的是将精确计量的量的前体蒸气(通常单位为毫摩/分钟或其它常规单位)配送到反应室。常用的输送精确量的前体蒸气的方法依赖于严格控制前体的温度以及蒸发容器(钢瓶)内的总压力。图1显示了一种常规的用于CVD工艺的高性能前体蒸发装置，其包括载气进料管线1；载气进料管线中的质量流量控制器2；装在温度调节室4内的前体钢瓶3，前体钢瓶3中装有前体6；还包括浸渍管5，用来将载气送入前体钢瓶3中前体6液面以下；气体出口管线7，用来将载气/前体蒸气混合物从前体钢品3送出，送到反应室9，气体出口管线7包括任选的浓度换能器8，其将信号输送到电子控制器10，而后者对质量流量控制器2进行调节(根据公式 其中A为校准常数)。质量流量控制器2 由质量流量换能器和气流阀门组成。通过将钢瓶保持在温度调节的室内来控制前体温度。使得钢瓶内的液体前体蒸发将会略微降低液体的温度，因此会降低气相的前体相对于载气的浓度。对于大部分使用小尺寸钢瓶为单一反应室供应前体化合物的CVD系统，这种略微的温度降低不会对气相的前体的浓度造成显著影响。可以通过增大送入鼓泡器的载体的质量流量来调节任何浓度变化，但是对于大部分的装置，这种变化如此微小，以致可省去浓度换能器8。这种方法提供了恒定的气相的前体浓度，较好在设定值的±0.5％以内(例如对于设定值为10摩尔％的前体浓度，气相浓度为9.95-10.05％)，这对于大多数的CVD工艺是可以接受的。 

在工业中存在使用更大尺寸的钢瓶的趋势，因为由此会减小钢瓶替换次数，可以缩短设备停机时间。这种更大尺寸的钢瓶也越来越多地用于为一个或更多个沉积反应器提供前体。同样地，专业化的CVD方法需要对蒸气浓度进行更主动的控制，以弥补前体的不均匀蒸发(这是由于钢瓶中前体液体的蒸发冷却造成的)。当钢瓶为多个反应器供应前体的时候，通过增大气体混合物的流量来弥补蒸发的前体浓度相对于载气减小的做法无法解决前体浓度减小的问题。例如，每个反应器可能实施不同的沉积工艺，可能具有不同的浓度要求。另外，除非使用浓度换能器，否则无法得到适当调节质量流量的信息。 

人们已知用单个前体源钢瓶为多个沉积反应器输送蒸发的前体的设备。例如，国际专利申请WO 2001/42539(Ravetz等)揭示了一种为多个外延反应器输送蒸发的前体的方法和设备，其使用常规的质量流量控制器来调节输送到各个外延反应器的流速。Ravetz的方法是常规方法，因为其依赖于调节质量流量，而没有任何用来弥补气相前体浓度变化的装置。这种方法未能提供先进的气相沉积法所需的蒸发的前体浓度控制。 

发明内容