TW202326023A - 前驅物容器 - Google Patents

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湯姆 布隆貝格
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芬蘭商皮寇桑公司
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Abstract

前驅物容器，包含由一第一腔室形成以容置前驅物材料的一第一容積；由一第二腔室形成且藉由一分隔壁與該第一容積分開的一第二容積；以及穿過該分隔壁且自該第一容積延伸至該第二容積的一導管，其提供給容置於該第一容積內之該前驅物材料在該第一容積中一壓力增加之後可到該第二容積的一路線。該分隔壁為一氣體可滲透壁，其允許來自該第一容積的氣體滲透至該第二容積。

Description

前驅物容器
發明領域
本發明大體上係有關前驅物容器。
發明背景
本節例示有用的背景資訊，而非承認本文中描述的任何技術代表該技藝之現況。
在CVD(化學氣相沉積)及ALD(原子層沉積)程序中，需要一定最小量的反應性氣體，前驅物，以在一基體表面填充至少一原子層。對於在最佳溫度下進行的理想ALD程序，過量的前驅物不會對一沉積薄膜的生長速率造成負面影響。然而，取決於要沉積的材料以及普行的或要求的沉積條件，過量的前驅化學品可能對膜生長速率具有影響。此外，一些化學品可能相當地昂貴，且使用過多的量可能只會產生不必要的廢料。對於CVD，或者對於ALD及CVD的組合程序，例如沒有一吹掃步驟處理的ALD，前驅物的量可能甚至更為相關。當一前驅物瓶中的一化學品位準改變時，其將導致供該化學品於中蒸發的容積增加或減少，每氣體脈衝的劑量將改變且因此影響膜生長。又另外，惰性氣體(載氣，諸如N2或Ar)的添加可為顯著到足以改變流體的壓力、濃度及/或流速以至於將影響沉積品質。因此，有減輕由前驅物容器內氣體容積變化所造成的問題之必要，此外還有為ALD/CVD反應器的氣體饋送配置提供改良之必要。
發明概要
本發明的某些實施例的一目的是提供一種改良的前驅物容器或至少為現有技術提供一個替代解決方案。
根據本發明的第一個範例態樣，提供一種前驅物容器，其包含： 由一第一腔室形成以容置前驅物材料的一第一容積； 由一第二腔室形成且藉由一分隔壁與該第一容積分開的一第二容積；以及 穿過該分隔壁且自該第一容積延伸至該第二容積的一導管，其提供給容置於該第一容積內的該前驅物材料在該第一容積中一壓力增加之後可到該第二容積的一路線，且該分隔壁為一氣體可滲透壁，其允許來自該第一容積的氣體滲透至該第二容積。
在某些實施例中，該前驅物材料為液態前驅物材料。在某些實施例中，該液態前驅物材料係為熱敏的。一熱敏性前驅物材料在升溫下長期儲存時可能會分解。在某些實施例中，該前驅物材料可選自於包括但不限於下列之群組：金屬有機化合物、有機金屬化合物、有機化合物、矽烷、聚矽烷、經取代矽烷、及環矽烷。
在某些實施例中，該氣體可滲透壁為多孔且燒結的，諸如一多孔燒結鋁片。
在某些實施例中，該前驅物材料充滿整個第一容積。在某些實施例中，該前驅物材料未充滿整個第一容積，使得該液態前驅物材料於該第一容積內形成一液表平面。
在某些實施例中，該導管延伸至容置於該第一容積中前驅物材料的一液表平面下方。在某些實施例中，該導管為一管件，諸如一液浸管。在某些實施例中，該導管為不鏽鋼製。
在某些實施例中，該前驅物容器包含經配置或附接至該第一容積的一入口。在某些實施例中，該入口包含一閥。在某些實施例中，惰性氣體係經由該入口提供至該第一容積。在某些實施例中，該惰性氣體為一載氣。
在某些實施例中，該液態前驅物材料充滿整個第一腔室，以使得該前驅物材料的表平面或彎面與腔室壁直接接觸。在其他實施例中，該液態前驅物未充滿整個第一腔室，以使得該前驅物材料的液表平面或彎面與腔室壁之間有一頂部空間。在某些實施例中，該頂部空間係於該前驅物材料的液表平面或彎面與該分隔壁或分隔壁的導管之間形成。
在某些實施例中，該惰性氣體係在低於該第一容積中容置之前驅物材料的液表平面提供。當該惰性氣體係在低於該前驅物材料的表平面提供時，該前驅物材料起泡並且蒸發。
在某些實施例中，該惰性氣體係在高於該第一容積中容置之前驅物材料的液表平面提供。由於提供至該第一容積的惰性氣體，該第一容積中的壓力增加。該壓力將容置於該第一容積中之前驅物材料的至少一部分經由該導管推至該第二容積。被推至該第二容積之前驅物材料的量可通過引入的壓力量來控制。在某些實施例中，該壓力係通過引入之惰性(或***)氣體的容積及/或流動速率來調節。
在某些實施例中，該第一容積係維持在一第一溫度，而該第二容積係維持在一第二溫度。
在某些實施例中，該前驅物容器包含至少一加熱構件，其係經配置以加熱該第一及/或該第二容積至一第一及/或第二溫度。在某些實施例中，一加熱構件係經配置以加熱該第二容積至一第二溫度，以使得該第二溫度比該第一溫度更暖或更高。當惰性氣體，在該第一容積中的壓力增加之後，流過該氣體可滲透壁、將液態前驅物材料攜載至該第二容積內的同時，該第二容積之加熱至該第二溫度係增加了前驅物材料的蒸發。該第二容積中的更高第二溫度、以及惰性氣體與液態前驅物的良好接觸及混合的組合作用，使液態前驅物蒸發從液相轉變為氣相。
在某些實施例中，用以增加該前驅物材料之蒸發的構件係經配置或附接至該第二容積。在某些實施例中，此構件包括以下中之至少一者：一超音波源、一紅外線(IR)源及一微波源。
在某些實施例中，該前驅物容器包含經配置或附接至該第二容積的一出口。在某些實施例中，該出口包含一閥。在某些實施例中，該惰性氣體及前驅物材料的混合物係自該第二容積經由該出口排放。
在某些實施例中，該惰性氣體及前驅物材料的排放混合物係被導引供進一步使用，諸如進入一ALD、MLD(分子層沉積)、ALE(原子層蝕刻)或 CVD程序中。
在某些實施例中，在脈衝之前(或在一前驅物材料脈衝階段之前)，該第一容積中的壓力與該第二容積中的壓力相同或實質上相似。此外，在某些實施例中，在脈衝之前，該第一溫度與該第二溫度相同或實質上相似。
在某些實施例中，在一脈衝期間(或在一前驅物材料脈衝階段期間)，惰性氣體被提供至該第一容積，導致該第一容積中的一壓力增加，該壓力增加將前驅物材料推動通過該導管至該第二容積。該第二容積被加熱至該第二溫度，其至少在一脈衝期間高於該第一容積中的該第一溫度。提供熱至該第二容積以提高溫度至一第二溫度係使該前驅物材料蒸發以被進一步使用。當該脈衝結束時，該前驅物材料藉由重力自該第二容積流回具有一第一溫度的該第一容積。
在某些實施例中，在脈衝期間(在一前驅物材料脈衝或脈衝階段期間)，該第一容積中的壓力高於該第二容積中的壓力，且該第二容積中的該第二溫度高於該第一容積中的該第一溫度。
在某些實施例中，該等入口及出口閥包含一質流控制器。
在某些實施例中，提供該第一容積的一第一腔室為不鏽鋼或其他低熱傳導材料。在某些實施例中，提供該第二容積的一第二腔室為鋁或其他高熱傳導材料。據此，在某些實施例中，該第一及第二腔室為不同材料製成。
在某些實施例中，該前驅物容器係用於一原子層沉積ALD設備中。在此情境中，術語ALD包含ALD子類型，諸如MLD(分子層沉積)，電漿輔助ALD，例如PEALD(電漿增強原子層沉積)，及光子增強原子層沉積(亦稱為閃光增強ALD)。在替代實施例中，該前驅物容器係用於一化學氣相沉積(CVD)設備中或一原子層蝕刻(ALE)設備中。
根據本發明的第二個範例態樣，提供一種用以在一前驅物容器中處置前驅物材料的方法，該前驅物容器包含由一第一腔室形成的一第一容積；由一第二腔室形成的一第二容積，該第二容積係藉由一氣體可滲透分隔壁與該第一容積分開，該方法包含： 增加該第一容積中的壓力以致使容置於該第一容積內的前驅物材料沿著穿過該分隔壁的一導管自該第一容積延伸至該第二容積；以及 通過該氣體可滲透分隔壁提供自該第一容積至該第二容積的一氣體流。
在某些實施例中，該方法包含： 藉由將一惰性氣體流經由一入口傳遞至該第一容積內以增加壓力。
在某些實施例中，該方法包含： 在一脈衝階段期間提供惰性氣體至該第一容積。
在某些實施例中，該方法包含： 將惰性氣體及前驅物材料經由一出口自該第二容積排放。
在某些實施例中，該方法包含： 在一脈衝階段期間，將該第二容積加熱至高於該第一容積中溫度的一溫度。
在某些實施例中，該方法包含： 用一能量源以增加該第二容積內前驅物材料的蒸發，諸如一超音波源、 一紅外線(IR)源或一微波源。
本發明的不同非約束性的範例態樣及實施例已例示於前文。上述實施例僅用以解釋可在本發明的實行方式中利用的選定態樣或步驟。一些實施例可僅參考本發明的某些範例態樣來提出。應理解的是，對應的實施例亦適用於其它範例態樣。可形成該等實施例之任何適當組合。
在以下說明中，以使用原子層沉積(ALD)技術及原子層蝕刻(ALE)技術為例。
ALD生長機制的基本原理對熟知技藝者來說是已知的。ALD是一種特殊的化學沉積方法，其係基於將至少兩個反應性前驅物物種依序引入至至少一基體。一基本的ALD沉積循環由四個序列步驟組成：脈衝A、吹掃A、脈衝B及吹掃B。脈衝A由一第一前驅物蒸氣組成而脈衝B由另一個前驅物蒸氣組成。非活性氣體及一真空泵通常使用在吹掃A及吹掃B期間從反應空間中清除氣態反應副產物及殘留的反應物分子。一沉積序列包含至少一個沉積循環。重複沉積循環直到該沉積序列產生一所需厚度的薄膜或塗層。沉積循環也可以更簡單或更複雜。舉例而言，該循環可以包括三個或更多被吹掃步驟分開的反應物蒸氣脈衝，或者某些吹掃步驟可以省略。或者，對於電漿輔助ALD，例如PEALD(電漿增強原子層沉積)，或者對於光子輔助ALD，可以藉由分別通過電漿或光子饋入為表面反應提供所需的額外能量來輔助一個或多個沉積步驟。或者反應性前驅物中之一者可以被能量替代，導致單前驅物ALD程序。因此，脈衝和吹掃序列可能取決於每種特定情況而不同。沉積循環形成由一邏輯單元或一微處理器控制的一定時沉積序列。由ALD生長的薄膜係緻密的、無針洞，且具有均勻的厚度。
至於基體處理步驟，該至少一基體通常在一反應容器(或反應腔室)中暴露於時間上分開的前驅物脈衝，以藉由序列式自飽和表面反應將材料沉積在基體表面上。在本申請案的上下文中，術語ALD包含所有適用的以ALD為基的技術以及任何等效或密切相關的技術，諸如，例如以下ALD子類型：MLD(分子層沉積)、電漿輔助ALD，例如PEALD(電漿增強原子層沉積)以及光子輔助或光子增強原子層沉積(亦稱為閃光增強ALD或光­­-ALD)。
然而，本發明不限於ALD技術，而是可以在各式各樣的基體處理設備中加以利用，例如在化學氣相沉積(CVD)反應器中，或在蝕刻反應器中，諸如在原子層蝕刻(ALE)反應器中。
ALE蝕刻機制的基本原理對熟知技藝者來說是已知的。ALE是一種使用自限的序列式反應步驟從一表面移除材料層的技術。一典型的ALE蝕刻循環包含用以形成一反應層的一修飾步驟，以及用以僅去除該反應層的一移除步驟。所述移除步驟可包含使用一電漿物種，特別是離子，以進行層移除。
圖1顯示根據一範例實施例的一前驅物容器之側視示意圖。該前驅物容器100包含提供一第一容積的一第一腔室104；提供一第二容積的一第二腔室102，該第二容積係由一分隔壁107與該第一容積分開；以及穿過該分隔壁107的一導管103。該導管103自該第一容積延伸至該第二容積，其提供給容置於該第一容積內的液態前驅物材料105在壓力增加後到該第二容積的一路線，從而使得該液態前驅物材料在受控條件下能夠在兩個容積之間流體連通。該分隔壁107為一氣體可滲透壁，其允許來自該第一容積的氣體，包括惰性氣體，穿過至由該分隔壁107與該第一容積分開的該第二容積。在一實施例中，該分隔壁107為一多孔片，較佳地一多孔燒結鋁Al片。該惰性氣體可作用為一載氣。
在一實施例中，該前驅物容器100進一步包含用以加熱該第二容積的一加熱器108。在另一實施例中，該前驅物容器100包含經配置以提供載氣至該第一容積的一入口，其包含一閥106。在一實施例中，該前驅物容器包含經配置用以提供載氣及前驅物自該第二容積排出的一出口，其包含一閥101。該等閥101，102可包含質流控制器。
在一實施例中，該第一腔室104為不鏽鋼製，而該第二腔室102為鋁製。在另一實施例中，該導管103為一液浸管，較佳地不鏽鋼製。
圖2顯示根據一範例，在一前驅物材料脈衝階段期間使用中的圖1之前驅物容器之側視示意圖。該前驅物材料105係以一第一溫度儲存在該第一容積中，但在前驅物材料的使用(脈衝)期間，該前驅物材料在該第二容積中加熱至一第二溫度。惰性載氣110係通過包含閥106的一入口注入該第一容積，用以增加前驅物材料105，較佳地液態前驅物材料，的液表平面或彎面與分隔壁107之間的一頂部空間中之壓力。該壓力將前驅物材料105通過導管103推至該第二容積，以使得前驅物材料105"透過加熱器108加熱至一第二且更高的溫度。同時，惰性載氣110’流過分隔壁107，並且流過前驅物105’將其蒸發。在更高的溫度以及惰性(或***)載氣與該前驅物的接觸及混合的組合作用下，該前驅物被有效地蒸發。該***載氣及蒸發前驅物的混合物109流過包含一閥101的一出口。
當脈衝結束時，該前驅物材料藉由重力流回該第一容積(未示出)。
在施加一脈衝之前，該第一容積中的壓力與該第二容積中的壓力相同或相似，且該第一溫度與該第二溫度相同或相似。
當施加一脈衝時，該第一容積中的壓力高於該第二容積中的壓力，且該第二容積中的該第二溫度高於該第一容積中的該第一溫度。
圖3顯示根據進一步範例實施例的一前驅物容器之側視示意圖。該前驅物容器300包含提供一第一容積的一第一腔室304；提供一第二容積的一第二腔室302，該第二容積係由一分隔壁307與該第一容積分開；以及穿過該分隔壁107的一導管103。該導管303自該第一容積延伸至該第二容積，其提供給該第一容積所含的前驅物材料305在壓力增加後可到該第二容積的一路線。該分隔壁307為一氣體可滲透壁，其允許來自該第一容積的氣體穿過至由該分隔壁307與該第一容積分開的該第二容積。在一實施例中，該分隔壁307為一多孔片，較佳地一多孔燒結鋁Al片。該前驅物容器進一步包含構件315，諸如一超音波源、一紅外線(IR)源及/或一微波源，用以增加該第二容積中前驅物的蒸發率。在某些實施例中，該構件315係經附接(或配置)至該第二腔室302。
在某些實施例中，該前驅物容器300進一步包含用以加熱該第二容積的一加熱器308。在另一實施例中，該前驅物容器300包含經配置以提供載氣至該第一容積的一入口，其包含一閥306，以及經配置用以提供載氣及前驅物自該第二容積排出的一出口，其包含一閥301。該等閥301，306可包含質流控制器。
在某些實施例中，該第一腔室304為不鏽鋼製，而該第二腔室302為鋁製。在某些實施例中，該導管303為一液浸管，較佳地不鏽鋼製。
在不限制專利請求項的範圍和解釋的情況下，本文中揭露的一個或多個範例實施例的某些技術效果列舉於下。一技術效果係由於更高溫度以及載氣與前驅物的良好接觸及混合的組合作用，前驅物被有效地蒸發。另一技術效果係前驅物可以在比蒸發時一更低的溫度下儲存且因此減少前驅物的熱分解。該前驅物容器係緊湊的、簡單的及安全的。另一技術效果係該前驅物容器可以用以儲存在長期儲存時對熱分解敏感的化學品。另一技術效果係此種緊湊型解決方案使敏感化學品穩定及安全。
前述說明已藉由本發明的特定實行方式及實施例的非限制性範例提供了發明人目前所設想用來實施本發明的最佳模式的一充分且有教益的說明。然而，熟知技藝者很清楚本發明並不限於以上提出的實施例的細節，而是可以在不脫離本發明的特點之下，使用等效手段在其它實施例中實行。
此外，本發明之上述所揭露的實施例的一些特徵可在未對應地使用其它特徵的情況下被使用而獲得效益。因此，前述說明應被視為僅是例示本發明的原理，而不是對其限制。因此，本發明的範疇僅受限於所附的申請專利範圍。
100:前驅物容器 101:閥 102:第二腔室 103:導管 104:第一腔室 105:液態前驅物材料,前驅物材料 105’:前驅物 105":前驅物材料 106:閥 107:分隔壁 108:加熱器 109:混合物 110,110’:惰性載氣 300:前驅物容器 301:閥 302:第二腔室 303:導管 304:第一腔室 305:前驅物材料 306:閥 307:分隔壁 308:加熱器 315:構件
現在將僅藉由舉例方式，參照附圖說明本發明，其中： 圖1顯示根據一實施例的一前驅物容器之側視示意圖； 圖2顯示根據一實施例，在一脈衝階段的圖1中揭露的前驅物容器之側視示意圖；以及 圖3顯示根據某些替代實施例的一前驅物容器之側視示意圖。
100:前驅物容器
101:閥
102:第二腔室
103:導管
104:第一腔室
105:液態前驅物材料
106:閥
107:分隔壁
108:加熱器

Claims (16)

  1. 一種前驅物容器，其包含： 由一第一腔室形成以容置前驅物材料的一第一容積； 由一第二腔室形成且藉由一分隔壁與該第一容積分開的一第二容積；以及 穿過該分隔壁且自該第一容積延伸至該第二容積的一導管，其提供給容置於該第一容積內之該前驅物材料在該第一容積中一壓力增加之後可到該第二容積的一路線，且該分隔壁為一氣體可滲透壁，其允許來自該第一容積的氣體滲透至該第二容積。
  2. 如請求項1之前驅物容器，其中該前驅物容器包含經配置至該第一容積的一入口。
  3. 如請求項1或2之前驅物容器，其中該前驅物容器包含經配置至該第二容積的一出口。
  4. 如請求項1至3中任一項之前驅物容器，其中該前驅物容器包含經配置至該第一容積的一入口，用以在一脈衝階段期間提供惰性氣體至該第一容積。
  5. 如請求項1至4中任一項之前驅物容器，其中該前驅物容器包含經配置至該第二容積的一出口，用以自該第二容積排放惰性氣體及前驅物材料的一混合物。
  6. 如請求項2至5中任一項之前驅物容器，其中該入口或出口包含一閥。
  7. 如請求項1至6中任一項之前驅物容器，其包含經配置以加熱該第二容積之一附接加熱構件。
  8. 如請求項7之前驅物容器，其中該加熱構件係經配置以在一脈衝階段期間加熱該第二容積至高於該第一容積中溫度的一溫度。
  9. 如請求項1至8中任一項之前驅物容器，其中第一腔室由低熱傳導性之材料製成，且與該第一腔室的材料相比，該第二腔室係由高熱傳導性之材料製成。
  10. 如請求項1至9中任一項之前驅物容器，其包含經配置或附接至該第二容積用以增加蒸發之構件，該構件較佳地包含一超音波源、一紅外線源或一微波源。
  11. 一種用以在一前驅物容器中處置前驅物材料的方法，該前驅物容器包含由一第一腔室形成的一第一容積、由一第二腔室形成的一第二容積，該第二容積係藉由一氣體可滲透分隔壁與該第一容積分開，該方法包含： 增加該第一容積中的壓力，以致使容置於該第一容積內的前驅物材料沿著穿過該分隔壁的一導管自該第一容積延伸至該第二容積；以及 通過該氣體可滲透分隔壁提供自該第一容積至該第二容積的一氣體流。
  12. 如請求項11之方法，其中該方法包含： 藉由將一惰性氣體流經由一入口傳遞至該第一容積內以增加壓力。
  13. 如請求項11或12之方法，其中該方法包含： 在一脈衝階段期間將惰性氣體傳遞至該第一容積。
  14. 如請求項11至13中任一項之方法，其中該方法包含： 將惰性氣體及前驅物材料經由一出口自該第二容積排放。
  15. 如請求項11至14中任一項之方法，其中該方法包含： 在一脈衝階段期間，將該第二容積加熱至高於該第一容積中溫度的一溫度。
  16. 如請求項11至15中任一項之方法，其中該方法包含： 用一能量源增加該第二容積內該前驅物材料的蒸發，該能量源諸如為一超音波源、一紅外線(IR)源或一微波源。
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