薄膜淀积系统技术方案

一种化学气相淀积装置，该装置包括用来把母料分配给位于汽化舱内的蒸发器的分配器。输送导管与处理舱一起参与蒸发。流量计位于输送导管内，以便测定通过输送导管的母料流量。另外，流量控制器也位于输送导管内，以便根据实测流速控制母料的流量。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
这是1998年4月14日申请的美国专利申请第09/060,007号的部分继续申请，在此通过引证将其全部内容并入。本专利技术的现有技术化学气相淀积(CVD)是一种在基材上形成薄膜的过程，通常是由液体或固体的母料产生蒸汽，然后把那些蒸汽输送到基材的表面，在那里这些蒸汽通过反应形成薄膜。用于化学气相淀积的系统被用于许多应用，例如，半导体制作，在那种场合CVD被用于形成半导体层、介电层和金属层的薄膜。通常有三种用于完成CVD的系统类型，其中包括基于扩散器的系统、液体质量流控制系统和直接注射液体系统。基于扩散器的系统，即“打泡器”，基本上是让气流通过热液体母料起泡的系统。当气流通过液体母料时，来自液体母料的蒸汽被吸收到该气流中。这种气体混合物被输送到处理舱，在那里该气体在热基材表面上起反应。打泡器通常在恒定的温度下给液体母料加热。超过时间，这种恒温加热往往引起母料分解使它就CVD而言变成无用的。在试图把这种分解降低到最低限度的努力中，打泡器的温度通常保持低于那个获得液体母料的最佳蒸汽压的温度。液体质量流控制系统试图把母料以液体状态输送到通常位于基材附近的蒸发器。母料汽化后，通常用输送它的载气把它带给热基材。液体质量流控制器是一种适合控制液体的热质流量控制器，它被用于测量和控制流向蒸发器的液体母料的流速。液体质量流控制器存在着许多缺点。首先，液体质量流控制器对颗粒和溶解在液体母料中的气体是极为敏感的。其次，液体质量流控制器对液体母料的温度变化也是敏感。第三，液体质量流控制器通常用气体来协助液体母料的汽化，因此增大了产生固体颗粒和气溶胶和确保在该处理系统中高气体载荷的可能性。第四，大多数液体质量流控制器不能在高于40℃的温度下运行，但某些液体母料[例如五乙氧化钽(TAETO)]低于那个温度具有高粘度。由于其敏感性，这种液体流量控制器能够精确和再现到液体流量满刻度的1％。进一步说，在用TAETO润湿液体质量流控制器或许多其他母料之一暴露在空气中时，该母料通常将发生反应，产生可能破坏该液体流量控制器的固体。基于液泵的系统把液体母料泵送到汽化位置，该位置通常在热基材附近。基于液泵的系统一般是两种主要类型之一。一种类型把液体流量计用在带高压液泵的生产线中。另一种类型使用高精度的高压计量泵。这两类都对液体中的颗粒极为敏感。基于液体流量计的系统对溶解在液体中的气体也是敏感的。液体中被溶解敏感。两者实现起来都是极为复杂的，而且两者都不能容忍高温(最高50℃)。带计量泵的系统难以使高粘度液体汽化。最后，两者都因其极为复杂和大尺寸而难以在制造环境中实现。目前CVD设备的设计通常是针对高工作压力优化的。使用高工作压力很可能是由下述事实造成的，即迄今为止CVD的母料通常要么是在室温下蒸汽压比较高的材料，要么事实上是加压气体。实例包括硅酸四乙氧酯(TEOS)、TiCl4、硅烷和六氟化钨等。选择这些材料是因为它们具有高蒸汽压，因此可能是易于输送的。工作压力通常恰好在这些材料各自的稳定蒸汽压范围内。本专利技术的概述本专利技术涉及在制造适合各种各样应用的材料和结构时用于化学气相淀积的系统和方法。该系统非常适合在制造用于半导体工业的器件时使用，而且能够在涉及薄膜淀积和加工的其他应用中使用。除了制造介电层、金属化层和包括硅、锗、Ⅱ-Ⅵ和Ⅲ-Ⅴ材料的定向生长的半导体膜之外，该系统还可以用于光学薄膜的精密制造，例如，包括滤光片、钻石薄膜的消反射涂层或叠层介电结构、或用于多芯片模块或光电器件的复合结构。与传统的CVD材料薄膜相比，未来的薄膜需要新材料，这些材料将具有低蒸汽压，并且为了实现适当的蒸汽压往往被加热到接近它们的分解温度。一些本身具有低蒸汽压和低热分解温度的母料被看成是就淀积氧化钨膜、氮化钨膜、一氮化钛膜、铜膜和铝膜而言最好的选择。这项专利技术的装置包括在汽化舱内的蒸发器和位置适合把母料分配给该蒸发器的分配器。输送导管把汽化舱与处理舱(在那里化学蒸汽被淀积在基材上)连接起来。流量计放在便于测量通过输送导管的蒸汽流量的位置，而流量控制器则放在便于控制通过输送导管的蒸汽流量的位置。流量计和流量控制器两者都借助通信联络与为控制流量控制器而编程的处理器耦合，以便根据实测蒸汽流量管理通过输送导管的蒸汽流量。在优选实施方案中，流量计包括有一对开口端的管子，该管子作为层流单元。该流量计进一步包括一对与管子开口端对接的电容测压计，以便测量横跨该层流单元的压降。在进一步的优选实施方案中，流量控制器是与流量计连通的比例控制阀。该装置更进一步的优选实施方案包括把母料供应给分配器的储舱。分配器受处理器控制，而从分配器接受母料的蒸发器包括使母料汽化的热表面。优选的是借助通信联络与处理器耦合的压力传感器被置于汽化舱中。因此，在某项实施方案中处理器控制蒸发器产生蒸汽的速率，例如通过控制分配器把母料从储舱分配给蒸发器的速率来实施控制。在该装置的另一个实施方案中，输送导管的出口被置于处理舱中，而喷头把处理舱分为上游部分和下游部分，其中所述出口在上游部分中；基材夹盘则在下游部分中。上游压力传感器被置于便于在上游部分中测量蒸汽压的位置，而下游压力传感器被置于便于在下游部分中测量蒸汽压的位置。上游压力传感器和下游压力传感器两者都借助通信联络与处理器耦合。在进一步的优选实施方案中，喷头是“主动的”，它使控制通过喷头的蒸汽流速成为可能。在该装置的优选实施方案中发现的其他特点包括加热器与输送导管保持热接触、直流或交流电源被连接到基材夹盘上、以及用于升降基材夹盘的升降装置。这项专利技术的另一个实施方案是用于半导体加工的群集式工具，其中包括与晶片处理中心连接的上述CVD装置。在这项专利技术的方法中，母料在汽化舱中汽化，测量汽化舱与处理舱之间的气体流量，并且根据实测的气体流量控制汽化舱之间与处理舱的气流速度。在这项专利技术的方法的另一个实施方案中，母料的蒸汽压被测定，并且根据实测的蒸汽压控制母料的汽化速率，优选的是通过控制从储舱朝蒸发器上分配母料的速率来控制母料的汽化速率。优选的是淀积的发生将借助受表面驱动的反应。尽管如此，本专利技术的实施方案还包括淀积的发生并非借助受表面驱动的反应的方法。这项专利技术的系统和方法提供众多的效益。首先，它们允许以比采用使用载气的系统所能实现的纯度和压力或通量高得多的形式把母料输送给基材。因此，气相反应和必然形成颗粒的或然率将大大减少。由于较高的浓度将导致较高的淀积速率，所以这项专利技术不需要把等离子体引入处理舱。因此，该装置将得到简化，并且由等离子体引发的母料聚合也将减少或被消除。其次，对交付给处理舱的母料浓度的控制得到增强，因此改善了对薄膜厚度和均匀性的控制。第三，因为在不使用载气的情况下把低温和低压的蒸汽流直接输送到处理舱中，所以在许多应用中，与依据与载气和温度有关的回收利用率或依据热质流控制器或液体输送系统推断母料蒸汽流速的使用载气的标准系统相比，使昂贵的母料的利用率提高了10倍以上。同样，因为不用载气以及比较低的流速和比较长的驻留时间通常将导致比较高的母料利用率，所以从处理舱中排出的未反应的工艺气体可能被维持在非常低的水平。第四，由于与热蒸发器接触时间短暂，所以母料的分解受到限制。尽管在需要时将把少量的母料输送给蒸发器，但是由于它在储舱中保持在较低的温度下所以大宗母料的使用寿命得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化学处理装置，其中包括：一个包括蒸发器的汽化舱；一个与汽化舱流体连通的处理舱；以及一个流量控制器，它在处理舱中控制蒸汽从蒸发器至热基材的流动，其中所述热基材具有这样的反应表面以致薄膜将在该表面上形成。

【技术特征摘要】
US 1998-4-14 09/060,0071．一种化学处理装置，其中包括一个包括蒸发器的汽化舱；一个与汽化舱流体连通的处理舱；以及一个流量控制器，它在处理舱中控制蒸汽从蒸发器至热基材的流动，其中所述热基材具有这样的反应表面以致薄膜将在该表面上形成。2．根据权利要求1的装置进一步包括分配器，该分配器的位置适合把母料分配给蒸发器；输送导管，该输送导管把汽化舱与处理舱连接起来；流量计，它测定通过输送导管的蒸汽流量；以及借助通信联络与流量计和流量控制器耦合的处理器，该处理器是编程的以便控制根据实测蒸汽流量支配通过输送导管的蒸汽流量的流量控制器。3．根据权利要求2的装置，其中所述流量计包括至少一个压力传感器。4．根据权利要求2的装置，其中所述流量计包括层流单元。5．根据权利要求4的装置，其中所述层流单元是有一对开口端的管。6．根据权利要求2的装置，其中所述流量计包括一对压力传感器，所述每个压力传感器与层流单元的开口端一一对准。7．根据权利要求2的装置，其中所述压力传感器是电容测压计。8．根据权利要求1的装置，其中流量控制器是借助通信联络与所述流量计耦合的比例控制阀。9．根据权利要求1的装置，进一步包括向分配器供应母料的储舱，所述蒸发器包括一个使来自该储舱的母料一经分配就汽化的热表面。10．根据权利要求2的装置，其中所述分配器受所述处理器控制。11．根据权利要求1的装置，进一步包括至少一个置于处理舱中的压力传感器，所述压力传感器借助通信联络与所述处理器耦合。12．根据权利要求2的装置，其中所述输送导管包括被置于处理舱中的出口，并且所述装置进一步包括定位在处理舱中的基材夹盘；把处理舱分为上游部分和下游部分的喷头，所述出口在上游部分，而所述的基材夹盘在下游部分；为测量上游部分的蒸汽压力而定位的上游压力传感器；以及为测量下游部分的蒸汽压力而定位的下游压力传感器。13．根据权利要求1的装置，其中所述舱室包括舱室外壳和舱室外壳内的处理空间，基材的温度高于舱室外壳的内表面温度。14．根据权利要求12的装置，其中上游压力传感器和下游压力传感器两者都借助通信联络与处理器耦合。15．根据权利要求12的装置，其中所述喷头是主动的。16．根据权利要求10的装置，进一步包括至少一个定位在汽化舱中的压力传感器，在汽化舱中的压力传感器借助通信联络与所述的处理器耦合。17．根据权利要求1的装置，进一步包括与输送导管有热接触的加热器。18．根据权利要求1的装置，其中位于处理舱中的基材夹盘被连接到直流或交流电源上。19．根据权利要求1的装置，进一步包括位于处理舱中的基材夹盘和升降装置，该升降装置受处理器控制，而基材夹盘可以借助该升降装置升高和下降。20．根据权利要求1的装置，其中所述处理器与压力传感器相连并且被编程以便控制实测蒸汽压力的函数和蒸发器产生蒸汽的速率。21．一种用于半导体加工的群集式工具，其中包括晶片处理中心；与晶片处理中心结合的处理舱；汽化舱；在汽化舱内定位的蒸发器；连接汽化舱和处理舱的输送导管；流量计，该流量计的位置适合测量从汽化舱进入处理舱的气体流量；以及借助通信联络与所述流量计耦合的处理器，所述处理器是编程的，以便作为来自蒸发器的实测气体流量的函数实施控制。22．一种用于在处理舱中控制化学气相淀积的系统，该系统包括有蒸发器位于其中的汽化舱、连接所述汽化舱和所述处理舱的输送导管、位置适合测量从汽化舱流入处理舱的气体流量的流量计，以及位置适合控制来自汽化舱的气体流量的流量控制器，该系统包括处理模块控制器；许多温度控制模块，这些模块按照处理模块控制器的指令维持系统各组成部分的温度；许多压力控制模块，这些模块按照处理模块控制器的指令监测蒸汽压力；许多流量控制模块，这些模块按照处理模块控制器的指令控制蒸汽流量；升降装置控制模块，该模块按照处理模块控制器的指令控制升降装置在处理舱内的升降。23．根据权利要求22的系统，其中处理模块控制器执行主控程序，该程序准备晶片加工的处理舱、准备接收至少一个用于加工的晶片、在处理舱中接收晶片、对所述晶片实施加工、打开阀门以允许从处理舱中取出所述晶片，以及在取出晶片后完成各种清洗功能。24．根据权利要求23的系统，进一步包括在处理模块控制器上执行的蒸发器子进程，该蒸发器子进程检测横跨诸压力控制模块的压降并且反馈给蒸发器以便升高汽化舱中的压力。25．根据权利要求23的系统，进一步包括在处理模块控制器上执行的蒸汽相流量控制子进程，该蒸汽相流量控制子进程监视至少两个压力控制模块之间的压力差，并且确定被监视的压力是否足以适合处理舱的操作，如果被监视的压力太低，则向至少一个流量控制模块发信号以提高流量控制，如果被监视的压力太高，则向至少一个流量控制模块发信号以降低流量控制。26．根据权利要求25的系统，其中蒸汽相流量控制子进程进一步设置反应物的气体流速，以便维持进入处理舱的蒸汽流量。27．根据权利要求23的系统，进一步包括在处理模块控制器上执行的处理舱压力控制子进程，该处理舱压力控制子进程测量处理舱内的压力，并且控制节流阀以便把处理压力维持在某个设定压力下。28．一种群集式加工装置，包括从晶片源接受晶片的第一运输模块；第一组处理系统，每个被耦合的处理系统都从第一运输模块接收晶片、然后处理收到的晶片，并且在完...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯F洛恩，杰克P萨勒诺，
申请(专利权)人：CVD系统公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]