[发明专利]脉冲气体传送的控制和方法

说明书

向美国专利局提交的 PCT 申请说明

对于其可能涉及的所有人员而言：

已知居住在美国马萨诸塞州黑弗里尔的美国公民 Paul Meneghini 在发明“脉冲气体传送的控制和方法”中进行了一些改进，下面在说明书中结合附图对本发明进行说明，在几幅附图中的相同附图标记指示相同的部件。

相关申请 

本申请要求于2010年1月19日提交的美国专利申请No.12/689,961的权益，其整个教导通过参考引用于本文。 

技术领域

本公开内容总体涉及少且精确量的气体或蒸汽传送的测量和控制，并且更具体地涉及用于准确地传送经计量的气体或蒸汽脉冲以便控制在每个脉冲中所传送的气体或蒸汽的确切摩尔量的校准控制系统和方法。 

背景技术

如本文中所提到的，在上下文所允许的任何地方，所指的“气体”或“多个气体”分别包括“蒸汽”或“多个蒸汽”。半导体设备的制备往往需要将多达十二种或更多种的气体精细同步并精确测量地传送到处理工具，诸如处理腔室或反应器。在制造过程中使用各种制法，并且会需要很多分离的处理步骤。例如，半导体设备被要求进行清洗、抛光、氧化、掩膜、蚀刻、掺杂、金属化等。所使用的步骤、其特定的顺序以及所涉及的材料都有助于特定设备的制作。 

随着设备尺寸不断缩小至低于90纳米，半导体路线图（roadmap）表明多种应用都将需要原子层沉积（ALD）工艺，仅举以下几个例子：诸如用于铜互连的阻挡物的沉积、钨核层的生成以及高导电介质的生产。在ALD工艺中，在维持于真空下的处理腔室中两种或两种以上的前驱体气体依次流过晶片表面。两种或两种以上的前驱体气体通常以一连串连续脉冲引入到一个或多个反应器内，以使得这些气体可与晶片表面上的位点或功能团反应。脉冲需要被精细地控制，以使得所传送气体的摩尔数是精确的。事实上，对于ALD工艺而言，控制通常需要非常的精确以便控制每一脉冲中所传送气体的原子或分子数量。例如，参见美国专利No.7,615,120（Shaii 等）、No.6,913,031（Nowata等）和No.6,887,521（Basceri）；以及美国专 利申请公开No.2007/0022951（Spartz）和No.2006/0130755（Clark）。当所有可用位点所具有的前驱体气体之一（例如，气体A）饱和时，反应停止并且通常采用吹扫用气体将多余的前驱体分子从处理腔室中吹除。当下一前驱体气体（例如，气体B）流过晶片表面时，通常重复该过程。例如，将用于仅仅利用两种前驱体气体的简单过程的典型周期限定为：前驱体气体A的一个脉冲、吹除、前驱体气体B的一个脉冲、以及吹除。通常重复该顺序，直到达到最终的厚度。与前驱体气体的自限制表面反应的这些周期的每一个均导致每一周期一单原子层的沉积膜。 

引入到工具，诸如处理腔室或反应器的前驱体气体的脉冲通常使用开/关型阀或切断式阀来控制。一个阀用作至待被充载的容器的进气阀，而第二个阀用作从容器的用于控制传送到工具的脉冲的排气阀。排气阀仅打开从存储容器传送所期望的摩尔量的前驱体气体所必需的预定时间段。目前控制脉冲流的一种方法，其在专利No.7,615,120（Shajii等）的公开内容中示例出，包括对用于充载存储容器的合适进气阀的打开和关闭计时进行控制的技术。所传送的摩尔数是基于排气阀上游的已知容积的存储容器中的压降和实时气体温度模型，以解决存储容器容积中由于来自阀操作的转换，即，打开和关闭进气阀和排气阀以用于控制气体或蒸汽流入容器或流出容器，而造成的气体温度波动。这种方法由于其取决于流经系统的气体性质而需要气体的先验知识。 

发明内容

仍然期望提供一种新颖和改进的系统和方法，所述系统和方法通过控制无关于所传送的气体的每个脉冲的持续时间来快速和重复地作为气体脉冲来将可预测和可重复数量的前驱体气体传送到诸如处理腔室或反应器的工具。