[发明专利]用于将气相反应物分配至反应腔室的设备和相关方法

说明书

本发明公开一种用于将气相反应物分配至反应腔室的设备。所述设备可包含：被配置成以第一料位容纳源化学品的第一腔室；和第二腔室，其被配置成以第二料位容纳所述源化学品且通过低于所述第一和第二料位的流体通道与所述第一腔室流体连通。所述设备还可包含：与载气进料管线流体连通的第一腔室入口开口，所述载气进料管线被配置成使载气流至所述第一腔室中，以使得所述源化学品的蒸气变得夹带于所述载气中以产生所述气相反应物；第一腔室出口开口，其与气体出口管线流体连通且被配置成用于从所述第一腔室分配所述气相反应物；以及与配备有流量控制器的加压气体进料管线流体连通的第二腔室入口开口，所述流量控制器被配置成用于控制所述第二腔室中的加压气体的流动以控制所述第一腔室中的所述第一料位。还提供用于分配气相反应物的方法。

技术领域

本公开大体上涉及一种用于将气相反应物分配至反应腔室的设备和用于持续延长时段将高度稳定的气相反应物流分配至反应腔室的特定设备。本公开还包含将气相反应物分配至反应腔室的方法。

背景技术

半导体处理设备通常使用一种或多种气相反应物(即前体)作为执行半导体衬底方法，例如沉积方法、清洁方法和蚀刻方法的源化学品。气相反应物一般储存在化学瓶(通常也被称为化学安瓿)中。

高容量半导体制造设施可利用大容量的气相反应物，导致需要定期用额外前体再装填化学安瓿，或者频繁地用排空的化学安瓿更换装满的化学安瓿。

但是，一些形式的前体不易于适用于化学安瓿再装填，例如特定前体可容易地降解或特定前体可在再装填过程中变得强力附接至化学安瓿的内表面。另外，用排空的化学安瓿更换装满的化学安瓿可能对于半导体处理设备产生非所需的停工时间并且还可能使安全储存大量的化学安瓿成为必需。因此，需要限制化学安瓿更换或化学安瓿再装填的频率。

降低化学安瓿更换或化学安瓿再装填的频率的一种基本方法为增加化学安瓿的尺寸，进而允许化学安瓿储存更多源化学品。但是，化学安瓿通常经加热以使源化学品达到操作温度，且稳定、可重复的半导体加工性能使跨越化学安瓿中所储存的前体的最小化温度梯度成为必要。举例来说，化学安瓿可由称为带式加热器的一种形式的加热器加热，其中带式加热器环绕在化学安瓿的外表面周围且包封化学安瓿的外表面。但是，随着化学安瓿的尺寸增加，可在化学安瓿的外表面不合需要地吸收增加比例的由带式加热器提供的热量，进而产生跨越化学安瓿的非所需热梯度和随之发生的半导体制造过程的劣化。

除了与加热较大化学安瓿相关的问题外，化学安瓿尺寸扩大可导致额外的处理问题。举例来说，沉积方法，例如原子层沉积方法可利用一个或多个化学安瓿作为沉积材料的化学品源。可能需要在运行产物基质之前进行稳定化过程以使化学安瓿内部的前体的蒸气压稳定。此稳定化过程可能花费宝贵的处理时间且可称为“虚拟时间(dummy time)”。已发现随着化学安瓿的体积增加，使化学安瓿内部的前体的蒸气压稳定所需的“虚拟时间”也明显地增加，进而浪费高成本的处理时间并且耗费宝贵的前体。

化学安瓿可连接至一种或多种载气的来源。载气被引入至化学安瓿中且在保持于化学安瓿内的源化学品(即前体)的暴露表面上方抽吸。所引起的源化学品蒸发使得源化学品的蒸气变得夹带于载气中，进而产生可分配至反应腔室的气相反应物。已发现源化学品的最大蒸发速率直接出现于载气入口以下，即载气流最接近于源化学品处。还发现随着源化学品被耗尽，源化学品的料位降低，增加载气入口与源化学品的暴露表面之间的距离。载气入口与源化学品的暴露表面之间的距离的增加可导致从化学安瓿流出至反应腔室的气相反应物的非所要变化。举例来说，随着源化学品被耗尽且载气入口与源化学品的表面之间的距离增加，气相反应物从化学安瓿向反应腔室的流动可减少，导致半导体加工条件的非所需变化。

因此，需要持续延长时段将高度稳定的气相反应物流从高容量化学安瓿分配至反应腔室的设备和方法。

发明内容