CN108277477B - 液体汽化装置及使用该液体汽化装置的半导体处理*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高效半导体成膜用液体汽化器，该液体汽化器通过将特定成膜用液体原料进行汽化，最后通过载气将汽化后的气体通过气路输出到半导体成膜的反应腔中制备薄膜。该液体汽化装置包含一主体及一阻挡器。该主体定义一腔体，该腔体具有用于接收一或多个原料的一输入端及用于排出气体的一输出端。该阻挡器设置在该主体的腔体中，并藉此将该腔体分成一第一腔体及一第二腔体，其中该第一腔体包含该输入端而该第二腔体包含该输出端。该阻挡器具有一或多个孔状通道，藉此该第一腔体与该第二腔体通过所述孔状通道相互连通。

Description

液体汽化装置及使用该液体汽化装置的半导体处理***
技术领域
本发明系关于半导体晶圆处理领域，尤其是涉及一种液体汽化装置，其主要用于将液体原料汽化并提供给半导体处理***作为反应气体。
背景技术
目前，在半导体薄膜沉积应用及制造领域，反应气体及/或成膜气体主要是由液体原料通过一汽化装置而提供。液体的汽化效率的提升有助于提升原料的利用率，而充分的液体原料汽化也有助于形成满意的半导体薄膜。因此，提高汽化装置的汽化效率成为设计及制造的重点目标。汽化效率的提升主要与一些因素有关，包含延长液体原料的汽化时间及汽化腔体中的温度分布均匀性及其恒定。
中国专利公告第CN103380486B号公开一种汽化装置，其将一加热器设置于一汽化主体的载体气体通道中，且该加热器具有一圆锥或角锥结构，根据记载此手段所形成的薄膜具有相对较少的波纹、微粒和碳含量。中国专利公布第CN105220129A号公开一种汽化装置，其结构设计采用了具有较大的壁面积与横截面流动面积比的一或多个通道，同时配有一或多个加热装置，藉此提升汽化效率。中国专利公告第CN101529564B号公开一种汽化装置，其以多个喷嘴吐出液体原料，每个喷嘴受到一载体气体吐出口包围，并以一加压单元周期性改变液体原料流过的一腔体的容积，藉此使吐出的液滴为小且尺寸均匀。
上述公开的现有技术分别是以改良加热器配置的手段来改善温度的分布，或是以改良汽化装置的腔体的手段来延长汽化时间来提升汽化效率。然而，这些技术手段缺乏同时以延长汽化时间及维持腔体温度均匀度为目标。因此，为了制作质量更好的半导体薄膜或完善相关处理，有必要发展一种同时考虑上述两种因素的高效率半导体成膜汽化装置。
本说明书中对任何先前公开(或其衍生信息)或任何已知事项的引用，不是也不应被视为确认或承认或任何形式的建议，即先前申请案(或其衍生信息)或已知事物，构成本说明书所涉及领域的一般常见知识之一部分。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液体汽化装置，经配置以自一载体气体供给源接收载体气体及自一液体原料供给原接收液体原料，该液体汽化装置包含一主体及一阻挡器。该主体具有一内壁，该内壁定义一腔体，该腔体具有用于接收一或多个原料的一输入端及用于排出气体的一输出端。该阻挡器设置在该主体的腔体中，并藉此将该腔体分成一第一腔体及一第二腔体，其中该第一腔体包含该输入端而该第二腔体包含该输出端，该阻挡器具有一或多个孔状通道，藉此该第一腔体与该第二腔体通过所述孔状通道相互连通。
在一具体实施例中，该主体还具有用于接收载体气体的一第一通道及用于接收液体原料的一第二通道，该第一通道及该第二通道连通至该腔体的输入端。
在一具体实施例中，该第二通道包含自该腔体的输入端向上倾斜延伸的一区段。
在一具体实施例中，该主体包含一第一部分(上主体)及一第二部分(下主体)，该主体的第一部分与第二部分经由一连接手段而结合在一起。
在一具体实施例中，该阻挡器具有一上表面及一下表面，该阻挡器的孔状通道延伸于该上表面及该下表面之间。
在一具体实施例中，该阻挡器具有一上表面及一下表面，其中该阻挡器的上表面与该主体的第一部分的一内壁形成该第一腔体，而该阻挡器的下表面与该主体的第二部分的一内壁形成该第二腔体。
在一具体实施例中，该第一腔体自该输入端至该阻挡器的上表面是以发散方式延伸。
在一具体实施例中，该第二腔体自该阻挡器的下表面至该输出端是以收敛方式延伸。
在一具体实施例中，该阻挡器具有一上表面、一下表面及于该上表面和下表面之间延伸的一侧部，该阻挡器的上表面具有一顶点，且该顶点相对该侧部凸出。
在一具体实施例中，本发明液体汽化装置更包含与该主体的第二通道连接的一流量控制手段，用以控制该第二通道的液体原料流量。
在一具体实施例中，本发明液体汽化装置更包含一固定手段，用以将该阻挡器固定在该主体的腔体中。该固定手段包含自该阻挡器的侧部延伸的一凸出部及自该主体的内壁向内延伸的一凹陷部，通过该凸出部与该凹陷部的匹配使该阻挡器定位在该腔体中。
在一具体实施例中，本发明液体汽化装置更包含一加热手段，设置于该主体的一***，用以将热导引至该主体。
在一具体实施例中，本发明液体汽化装置更包含一绝缘套，用于将所述汽化装置与周围环境隔绝。
本发明的再一目的在于提供一种半导体处理***，包含一反应腔体及一液体汽化装置。该反应腔体具有用于提供反应气体的一喷淋装置。该液体汽化装置包含一主体及一阻挡器。该主体具有一内壁，该内壁定义一腔体，该腔体具有用于接收一或多个原料的一输入端及用于排出气体的一输出端，该输出端连通耦接至该反应腔体的喷淋装置。该阻挡器设置在该主体的腔体中，并藉此将该腔体分成一第一腔体及一第二腔体，其中该第一腔体包含该输入端而该第二腔体包含该输出端，该阻挡器具有一或多个孔状通道，藉此该第一腔体与该第二腔体通过所述孔状通道相互连通。
本发明液体汽化装置从提高汽化时间、保证汽化腔体内的温度分部均匀且恒定两方面着手。通过这样的结构设计，提高汽化装置的储热能力，增加储热量，进而提升汽化装置对于温度波动的敏感性，保证了温度恒定。同时，在汽化腔体中设置有阻挡器，其增加汽化装置的加热面积，保证汽化装置腔体内的温度分布均匀。此外，阻挡器中所形成的孔状通道使得混合气体(包含未充分汽化的液体原料、载体气体及原料气体)有序排出，相对地提高汽化时间。本发明液体汽化装置还可包含下列特点：1.结构精巧且制造成本相对低；2.利于气体排出的垂直式配置；3.液体原料的输入采倾斜路径；4.汽化装置可拆卸进行维护。
应了解，本发明的广泛形式及其各自特征可以结合使用、可互换及/或独立使用，并且不用于限制参考单独的广泛形式。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为使用本发明液体气化装置的半导体处理***的结构框图；
图2为本发明液体气化装置的结构示意图；
图3为图2的剖面图；
图4为本发明液体气化装置的阻挡器的结构示意图；
图5为图4中阻挡器的上表面的结构示意图；
图中：100半导体处理***；110反应腔体；111支撑结构；112喷淋装置；120汽化装置；121载体气体供应源；122液体原料供应源；123控制器；130排气***；200汽化装置；210绝缘套；211绝缘套的顶部；212绝缘套的侧壁；213绝缘套的地板；220第一管路；221流量控制手段；222第二管路；223第三管路；230主体；230a上主体；230b下主体；231上主体的上表面；232下主体的下表面；233主体的外表面；234第一通道；235第二通道；236第三通道；237主体的内壁；237a第一内壁；237b第二内壁；238a输入端；238b输出端；239a第一腔体；239b第二腔体；240螺钉；241O型环；242加热手段；250阻挡器；251孔状通道；252上表面；253下表面；254侧部；255凸出部；256顶点。
具体实施方式
在本说明书和以下申请专利范围中，除非上下文另有要求，否则文字「包括」以及诸如「包括」或「包含」之类的变体将被理解为暗示包括所述整数群组或步骤，但不排除任何其他整数或整数群组。
图1显示本发明半导体处理***的一实施例100。该***100包含一反应腔体110、一汽化装置120及一排气***130。一般而言，典型的反应腔体110主要具有用于支撑晶圆的一支撑结构111，用于提供反应气体的一喷淋装置112及用于排出处理废气的至少一排气通道(未显示)。反应腔体110大致上呈筒状，支撑结构111具有水平承载晶圆的一基座及支撑基座的支撑部件。所述基座可埋入用于加热基座和晶圆的一加热器，其一般经由连接至所述加热器的一电源提供电力，藉此调整基座的温度。喷淋装置112设置于反应腔体110的顶部，并经配置以接收来自汽化装置120的气体并供应至反应腔体110中。排气***130具有多个管路、控制阀门及泵浦，这些组件协同运作以控制反应腔体110中的气压。
汽化装置120经由个别的管路与一载体气体供应源121和一液体原料供应源122连通耦接，使得载体气体及液体原料可同步或不同步向汽化装置120传递。所述管路可具有用于控制气体或液体流量的专用阀，尤其这些阀可由一控制器123的讯号控制。所述控制器123亦可经配置以控制汽化装置120至反应腔体110之间管路的其他阀。
在习知的汽化装置中，液体原料有时部分并未完全被汽化，而是以微粒的形式随着管路进入反应腔体的喷淋装置，使得喷淋装置喷出不纯净的反应气体，造成不满意的沉积薄膜质量。本发明提供之液体汽化装置旨在避免液体原料汽化不完全，其主要从延长汽化时间及温度分布均匀性着手，使液体原料输出汽化装置前受到充分汽化。
图2至图3显示本发明液体汽化装置的一实施例200，其中图2显示设备的外观，图3为图2的纵向剖面图，其显示该汽化装置200的内部配置。根据该实施例，汽化装置为垂直配置，意即载体气体及液体原料在该汽化装置中大致上由上往下流动。
参见图2，汽化装置200具有用于热绝缘的一绝缘套210，其呈圆柱体。在该实施例中，绝缘套210是由多个组件组装而成。如图3所示，绝缘套210具有一顶部211、一或多个侧壁212及一地板213，这些部件可经由已知手段组装而构成绝缘套。在其他实施例中，绝缘套可呈其他形状。在绝缘套210的顶部211附近提供有一第一管路220及一流量控制手段221。在绝缘套210的侧壁212的附近提供有一第二管路222。在绝缘套210的地板213附近提供有一第三管路223。
第一管路220自绝缘套210内穿越顶部211，作为接收来自一载体气体源的载体气体的管路。第二管路222自绝缘套210内穿越侧壁212，作为接收来自一液体原料源的液体原料的管路。第三管路223自绝缘套210内部穿越地板213，作为汽化器体的输出管路。前述管路可包含用于连接外部管路的一连接手段，像是VCR连接器。流量控制手段221经由配置以控制由第二管路222进入汽化装置的液体原料流量。流量控制手段221可采用已知的手段，像是以一阀组件与第二管路222配合。
参见图3，该实施例的汽化装置还包含一主体230，其被包覆在绝缘套210中。主体230具有与顶部211相对的一上表面231、与地板213相对的一下表面232及与侧壁212相对的一外表面233。第一管路220自主体230的上表面231向上延伸，第二管路222自主体230的外表面233横向延伸，第三管路223自主体230的下表面232向下延伸。该等管路可与主体230一体成型。经适当安排，主体230与绝缘套210的侧壁212的一内表面之间存在一间隙，其具有足够的空间以提供一加热手段242。该加热手段可设置于主体230的一***，用以将热注入主体230。在一实施例中，所述加热手段为电阻丝加热，例如设置加热线圈于主体230的***表面。
在该实施例中，主体230包含一第一部分230a及一第二部分230b，即一上主体和一下主体。主体230的第一部分230a与第二部分230b经由一连接手段而结合在一起，像是以复数个螺钉240将两者固定。例如，上主体和下主体的接触面可提供有对应的螺孔让螺钉穿越***。上主体230a在相对于上表面231的一侧呈凹陷结构，而下主体230b在相对于下表面232的一侧呈凸出结构，所述凹陷结构与凸出结构相互匹配，形成上下主体的一接触接口。可提供一气密手段以密封所述接触接口，例如提供一或多个O型环241在上主体230a和下主体230b的接触面之间。
上主体230a提供有用于接收载体气体的一第一通道234及用于接收液体原料的一第二通道235。第一通道234沿着第一管路220以收敛的方式向下延伸。第二通道235与第一通道234连通连接，并自第一通道234倾斜地向上延伸。第二通道235通过所述流量控制手段221，如一针型阀，与第二管路222连通耦接。在一实施例中，第二管路222为水平管路，而第二通道235相对第二管路222倾斜十五度。这样的设计是避免液体原料通过第二通道235逆流。在第一通道234的末端靠近第二通道235处具有一汇流区段，此处载体气体与液体原料交会。此外，下主体230b提供有一第三通道236，其沿着第三管路223延伸。
主体230具有一内壁237。根据可分离的上主体230a及下主体230b，内壁237分成第一内壁237a及第二内壁237b。结合时，主体230的内壁237定义一腔体(未编号)，该腔体具有用于接收一或多个原料的一输入端238a及用于排出气体的一输出端238b。腔体的输入端238a位于上主体并与第一通道234连通以接收包含载体气体及液体原料的混合原料。腔体的输出端238b位于下主体并与第三通道236连通以排出充分汽化后的混合气体。混合后的载体气体和液体原料从腔体的输入端238a进入后，开始多阶段的汽化过程，其中所述阶段是由结构所导致。
参阅图3至图5，本发明液体汽化装置200还包含一阻挡器250，设置在主体230的腔体中，并藉此将腔体分成一第一腔体239a及一第二腔体239b。第一腔体239a包含所述输入端238a，第二腔体239b包含所述输出端238b。阻挡器250具有一或多个孔状通道251，如图4及图5所示，藉此第一腔体239a与第二腔体239b仅能通过所述孔状通道251相互连通。根据此安排，混合的载体气体和液体原料依序通过第一腔体239a、阻挡器250、第二腔体239b及第三通道236。具体而言，通过第三通道的为载气以及液态源气化后的气体。上主体230a、下主体230b及阻挡器250可由相同材质制成，比如铝合金。
图4显示该实施例的阻挡器250的纵向剖面。阻挡器250呈一圆盘，其具有一上表面252、一下表面253及一侧部254。孔状通道251则在上表面252及下表面253之间延伸。因此，并参图3，所述第一腔体239a是由上主体230a的第一内壁237a及阻挡器250的上表面252定义，而所述第二腔体239b是由下主体230b的第二内壁237b及阻挡器250的下表面253定义。该实施例的内壁237还特别配置，使得第一腔体239a是从输入端238a以发散的方式延伸至阻挡器250的上表面，而第二腔体239b是从阻挡器250的下表面以收敛的方式延伸至输出端238b。
该实施例的液体汽化装置还包含一固定手段，用以将阻挡器250固定在主体230的腔体中。并参图3及图4，阻挡器250的侧部254在与上表面252同一侧延伸有一凸出部255，而主体230的上主体230a的一内壁向内延伸有一凹陷部(未标示)，其经配置与所述凸出部255对应。通过所述凸出部与凹陷部的匹配使阻挡器250稳定容置在腔体中。在本发明的其他实施例中，关于所述凸出部与凹陷部的修改对于本领域技术者来说是可行的。
阻挡器250的上下表面分别呈一***，其具有一顶点256，而该顶点256可相对该侧部254或凸出部256凸出。在一实施例中，如根据图4剖面，上表面252及/或下表面253以顶点256为中心的两侧倾斜面大致上具有一百五十度的夹角。这样的设计可增加混合气体与阻挡器250的接触面积，无论是在第一腔体239a或第二腔体239b，藉此提升汽化效率。
图5为图4的俯视图，其显示复数个孔状通道251以对称的方式环绕顶点256，且每一孔状通道为圆柱延伸。在其他实施例中，孔状通道可为矩形延伸。凸出部256为上表面上的一凸环，但在其他实施例中，凸出部255可包含多个分离的部件。
基于本发明液体汽化器，载体气体首先将进入第一通道234汇流区段的液体原料吹扫至第一腔体239a并在其中进行第一次汽化。接着，混合气体(包含上未完全汽化的液体原料)到达阻挡器250的上表面252然后流入孔状通道251进行第二次汽化。最后，混合气体进入第二腔体239b进行第三次汽化。过程中，本发明阻挡器增加了气体流动路径的长度，即相对的延长了汽化的时间，确保液体原料获得充分汽化。在一些可能性中，通过适当配置，一或多个阻挡器的实施也是可行的。本发明液体汽化装置的结构还提升了储热能力，热量可被局限在腔体的周围，使温度的分部均匀，有助于汽化效率。充分汽化的混合气体成为反应气体，其通过第三通道236运送至如图1描述的反应腔体的作为薄膜处理的使用。
此外，本发明液体汽化装置还具有组装上的优点。首先，可将上主体230a倒置，并将O型环连同阻挡器250根据所述固定手段放置在上主体230a的适当位置。利用所述螺钉手段将下主体230b对应结合至上主体230a。完成主体的组装后，将该主体旋转摆正，使上主体230a朝上。将所述流量控制手段***上主体230a预设的一安装孔中。接着，依序安装加热手段及所述绝缘套。最后，分别安装一连接器，如VCR接头，至所述管路。至此，本发明液体汽化装置大致上完成组装。关于拆卸，可根据上述顺序逆向操作。
本领域技术人员将了解，许多变化和修改将变得显而易见。本领域技术人员应了解的所有这些变化和修改，都应落在上述本发明中广泛的精神和范畴内。

Claims (14)

1.一种液体汽化装置，经配置以自一载体气体供给源接收载体气体及自一液体原料供给原接收液体原料，其特征在于，该液体汽化装置包含：
一主体，具有一内壁，该内壁定义一腔体，该腔体具有用于接收一或多个原料的一输入端及用于排出气体的一输出端；及
一阻挡器，设置在该主体的腔体中，并藉此将该腔体分成一第一腔体及一第二腔体，其中该第一腔体包含该输入端而该第二腔体包含该输出端，该阻挡器具有一或多个孔状通道，藉此该第一腔体与该第二腔体通过所述孔状通道相互连通，该阻挡器具有一上表面、一下表面及于该上表面和下表面之间延伸的一侧部，该阻挡器的上表面具有一顶点，且该顶点相对该侧部凸出。
2.按照权利要求1所述的液体汽化装置，其特征在于：该主体还具有用于接收载体气体的一第一通道及用于接收液体原料的一第二通道，该第一通道及该第二通道连通至该腔体的输入端。
3.按照权利要求2所述的液体汽化装置，其特征在于：该第二通道包含自该腔体的输入端向上倾斜延伸的一区段。
4.按照权利要求1所述的液体汽化装置，其特征在于：该主体包含一第一部分及一第二部分，该主体的第一部分与第二部分经由一连接手段而结合在一起。
5.按照权利要求1所述的液体汽化装置，其特征在于：该阻挡器具有一上表面及一下表面，该阻挡器的孔状通道延伸于该上表面及该下表面之间。
6.按照权利要求4所述的液体汽化装置，其特征在于：该阻挡器具有一上表面及一下表面，其中该阻挡器的上表面与该主体的第一部分的一内壁形成该第一腔体，而该阻挡器的下表面与该主体的第二部分的一内壁形成该第二腔体。
7.按照权利要求6所述的液体汽化装置，其特征在于：该第一腔体自该输入端至该阻挡器的上表面是以发散方式延伸。
8.按照权利要求6所述的液体汽化装置，其特征在于：该自二腔体自该阻挡器的下表面至该输出端是以收敛方式延伸。
9.按照权利要求1所述的液体汽化装置，其特征在于：更包含与该主体的第二通道连接的一流量控制手段，用以控制该第二通道的液体原料流量。
10.按照权利要求1所述的液体汽化装置，其特征在于：更包含一固定手段，用以将该阻挡器固定在该主体的腔体中。
11.按照权利要求10所述的液体汽化装置，其特征在于：该固定手段包含自该阻挡器的侧部延伸的一凸出部及自该主体的内壁向内延伸的一凹陷部，通过该凸出部与该凹陷部的配合使该阻挡器定位在该腔体中。
12.按照权利要求1所述的液体汽化装置，其特征在于：更包含一加热手段，设置于该主体的一***，用以将热导引至该主体。
13.按照权利要求1所述的液体汽化装置，其特征在于：更包含用于将所述汽化装置与周围环境隔绝的一绝缘套。
14.一种半导体处理***，其特征在于，包含：
一反应腔体，具有用于提供反应气体的一喷淋装置；及
一液体汽化装置，包含：
一主体，具有一内壁，该内壁定义一腔体，该腔体具有用于接收一或多个原料的一输入端及用于排出气体的一输出端，该输出端连通耦接至该反应腔体的喷淋装置；及
一阻挡器，设置在该主体的腔体中，并藉此将该腔体分成一第一腔体及一第二腔体，其中该第一腔体包含该输入端而该第二腔体包含该输出端，该阻挡器具有一或多个孔状通道，藉此该第一腔体与该第二腔体通过所述孔状通道相互连通，该阻挡器具有一上表面、一下表面及于该上表面和下表面之间延伸的一侧部，该阻挡器的上表面具有一顶点，且该顶点相对该侧部凸出。
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