處理氣流的裝置的製作方法

2023-11-06 15:34:57 2

專利名稱：處理氣流的裝置的製作方法
處理氣流的裝置本發明涉及用於處理氣流，以防止從工藝反應室(process chamber)中泵抽出含有有機金屬前體的氣流時，鋁或其它金屬在真空 泵中沉積的方法和裝置。在半導體元件生產中的一個主要步驟是通過氣態前體的化學反 應在半導體襯底上形成薄膜。 一種已知的在襯底上沉積薄膜的技術 是化學氣相沉積(CVD)。在該:技術中，工藝氣體被供應到裝載襯底的 工藝反應室，並反應以在襯底表面形成薄膜。用於將鋁層沉積於襯底上的CVD工藝稱為MOCVD (金屬有機 物化學氣相沉積)，其中有機鋁前體由鼓泡器供應到工藝反應室，所 述有機鋁前體夾帶在輸送至鼓泡器的載氣(如氮或氬)中室。還原氫氣 (hydrogen reducing gas)也被供應到工藝反應室以還原前體。將工藝反 應室抽真空並加熱至沉積溫度(通常低於500°C),在此溫度下前體發 生分解而鋁沉積於村底上。在這種沉積工藝中，沉積氣體在工藝反應室中的滯留時間 (residence time)相對較短，而且僅有一小部分供應到室中的氣體在沉 積過程中被消耗。因此，供應到工藝反應室的大部分沉積氣體和沉 積過程所產生的副產物一起一皮排出工藝反應室，並且被前級管道 (foreline)傳輸到用於抽空工藝反應室的真空泵。在真空泵的使用中，由於真空泵的泵送機構(pumping mechanism) 對氣體壓縮而產生熱量。因此，泵送機構溫度迅速上升。如果泵送 機構溫度超過氣流中有機鋁前體分解為鋁的溫度，則會導致鋁在泵 內發生不合需要的沉積，該沉積將使泵送機構受損。沉積溫度低於 250°C的有機鋁前體(例如二甲基乙基胺基鋁烷(DMEAA)和烷基吡咯 烷鋁烷，例如曱基吡咯烷鋁烷(MPA))非常易於在泵內形成鋁沉積。 考慮到上述問題，通常在泵的上遊使用一個或多個加熱的捕集器(trap)，在氣流進入泵之前除去其中的前體。需要頻繁地對所述捕 集器進行排空和清潔維護，通常是幾天一次，從而導致工藝設備停 產，造成耗費。另一個可供選擇的解決方法是使用外部加熱裝置將 泵加熱到高於前體在泵內分解的溫度。然而，這樣的加熱裝置往往 較為昂貴。至少本發明的優選實施方案的目標是試圖解決上述問題和其它 問題。本發明提供一種從工藝反應室(process chamber)中泵抽出含有機 鋁前體的氣流時，防止鋁在真空泵中沉積的方法，該方法包含向真 空泵上遊的氣流供應卣素，使其與前體反應形成氣態卣化鋁的步 驟。該卣素優選為氯，儘管卣素也可以包含溴或碘。通過將前體轉 化為例如可以在其氣相狀態下無害地通過泵的氯化鋁，可以顯著延 長泵的使用壽命而不需對安裝在其上遊的任何捕集器進行維護。優 選以氯自由基的形式將氯加入氣流。優選通過將氯自由基源熱分解 形成氯自由基，例如通過等離子發生器(plasma generator)來進行所述 熱分解。等離子發生器可以位於工藝反應室和泵之間的任何合適的 位置。CCU可以作為氯自由基源。可以將氯傳輸到位於工藝反應室和泵之間的前級管道，或者， 更優選傳輸到位於工藝反應室和泵之間的反應室(reaction chamber)。有機鋁前體可以包含下述的一種三曱基鋁、三乙基鋁、二乙 基乙醇鋁、二曱基氫化鋁、三異丁基鋁、二曱基乙基胺基鋁烷、二 甲基異丙醇鋁、仲丁醇鋁、三(二曱胺根)合鋁、三(二乙胺根)合鋁、 三(乙基甲基胺根)合鋁和例如曱基吡咯烷鋁烷的烷基吡咯烷鋁烷。本發明還提供在含有有才幾鋁前體的氣流進入真空泵之前處理該 氣流的裝置，該裝置包含向真空泵上遊的氣流供應卣素，使其與前 體反應形成氣態由化鋁的設備。
本發明對含有有機金屬的氣流的處理，以阻止在泵內發生金屬沉積具有廣泛的應用，金屬的例子包括但不限於Al、 Co、 Cu、 Fe、 Hf、 Ir、 Ni、 Mo、 Nb、 Ta、 Ti、 Va、 Zn和Zr。因此，本發明還才是 供一種防止從工藝反應室(process chamber)中泵抽出含有有機金屬前 體的氣流時，金屬在真空泵中沉積的方法，該方法包含向真空泵上 遊的氣流供應卣素，使其與前體反應形成氣態金屬卣化物的步驟。可以與卣素反應產生氣態金屬卣化物的有機金屬前體的例子除 了上述有機鋁前體之外，還包含但不限於二(N,N'-二異丙基乙醯胺衝艮) 合鈷(II)、 YBaCuOxCu (N,N'-二仲丁基乙醯胺根)合銅(I)、 二(N，N'-二 異丙基乙醯胺根)合銅(I)、 二(N，N'-二-叔丁基乙醯胺才艮)合鐵(n)、四 (二曱醯胺根)合鉿、Ir(acac)3、 二(N,N'-二異丙基乙醯胺根)合鎳(II)、 六羰基合鉬、乙醇鈮(V)、三(二乙胺根)(叔-丁基亞胺根)合鉭(V)、 二 (二乙胺基)二(二異丙胺基)合鈦(IV)、三異丙氧基氧礬[VO(OiPr)3]、 二乙基鋅和四(二乙胺根)合鋯(IV)。本發明還提供在含有有才幾金屬前體的氣流進入真空泵之前處理 該氣流的裝置，該裝置包含向真空泵上遊的氣流供應卣素，使其與 前體反應形成氣態金屬卣化物的設備。反之亦然。現在將參考附圖
描述本發明，圖中舉例說明了用於處理氣流以 防止金屬在真空泵中沉積的裝置。注意所述描述僅僅是示例性的描 述，本發明不限於此。在此實施例中，該裝置被用於防止鋁在泵中 的沉積，然而如上所述，該裝置可以用於防止另一種金屬在泵中的 沉積。參考附圖，用於加工例如半導體元件、平板顯示設備或太陽能 板設備的工藝反應室10接收各種將用於在其中實施工藝的工藝氣體 室。這些氣體由不同的來源傳輸入工藝反應室10，所述來源大致地 顯示在圖中12和14處，但可以提供任意數目的來源。例如，氬來
源和有機鋁前體可以用於在工藝反應室10中進行在襯底上的鋁層的化學氣相沉積，所述有機鋁前體為例如下述的一種三曱基鋁、三 乙基鋁、二乙基乙醇鋁、二甲基氫化鋁、三異丁基鋁、二曱基乙基 胺基鋁烷、二曱基異丙醇鋁、仲丁醇鋁、三(二曱胺根)合鋁、三(二 乙胺根)合鋁、三(乙基曱基胺根)合鋁和烷基吡咯烷鋁烷。前體可以 由載氣載運傳輸到工藝反應室10,所述載氣為例如氬或氮。工藝設備16通過發送控制信號給閥18和另一流動控制器(無圖 示)，以控制向工藝反應室10的工藝氣體的供應率，來控制向工藝反 應室10的工藝氣體供應。採用泵系統從工藝反應室IO的出口泵抽出廢氣，在工藝反應室 10中形成真空。在室10內的工藝進行期間，僅有一小部分工藝氣體 被消耗，因此廢氣會包含供應到室10的工藝氣體和在室10中產生 的副產物的混合物。泵系統可以包含二級泵20，通常是渦輪分子泵 (turbomolecular pump)或具有相互噴合轉子(intermeshing rotors)的乾式 泵(dry pump)，用以從室10中泵抽出廢氣。渦輪分子泵可以在室10 中形成至少l(T3mbar的真空。通常從渦輪分子泵排出的氣體的氣壓 約為 lmbar, 因此泵系統還含有初始泵(primary pump)或前級泵 (backing pump)22,用於接收來自二級泵20的氣體排出物，將氣體的 壓力升至約為大氣壓。 -如上所述，在從室中排出的廢氣中存在有機鋁前體和二級泵20 內工作溫度升高兩種因素相結合會造成在二級泵20中不符合需要的 鋁沉積。鑑於此種情況，配置了向在工藝反應室10和二級泵20之 間的前級管道24提供囟素(例如氯、溴或碘)，使其與前體反應產生 氣態鋁卣化物的裝置。在此實施例中，向前級管道24供應氯以產生 氯化鋁。向位於工藝反應室10和二級泵20之間的前級管道24中的反應 室26供應氯。優選以氯自由基(CP)或氯單質(chlorine)(Cl2和/或Cl) 的形式提供氯。這些種類可以乂人例如供應給等離子發生器28的CC14
得到，上述等離子發生器有例如MKS Astron AX7680 (MKS ASTex Products, Wilmington, MA)或類似設備。在等離子發生器28中，將 CC14試劑傳輸通過由可電離情性氣體(如氮或氬)產生的等離子體，使 所述試劑熱分解。由於多數有反應活性的氯自由基將在很短的傳輸 距離內重新結合為Cl2，因此優選將等離子發生器28安裝緊鄰於反 應室26，以儘可能使氯自由基到達反應室26。提供控制器30以控制等離子發生器28的運行。優選將控制器 30設定為控制等離子發生器28，以便在工藝設備運行時將氯供應到 反應室26，優選剛好在將有機鋁前體供應到工藝反應室IO之前供應 氯，以便從工藝反應室10中泵抽出含有前體的廢氣時，氯存在於反 應室26中。優選控制器30從工藝設備16接收到指示供應到工藝反 應室10的前體量的信號，根據此信號控制器30可以控制供應給等 離子發生器28的CCU供應率，例如通過控制位於等離子發生器和 CC14源34之間的閥32來實現所述控制。在反應室中，氯與有機鋁前體反應產生A1C13，其可以在氣態形 式下被泵送通過二級泵20。由於通過二級泵20的有機鋁前體量的減 少，可以顯著減少泵內由於前體分解而沉積的鋁量，因此可以延長 泵的使用壽命。如上所述，雖然在此實施例中該裝置被用於防止鋁在泵內沉 積，但該裝置可用於防止其它金屬在泵內沉積。可向工藝反應室供 應 一種或多種有衝幾金屬前體以使金屬或化合物在位於工藝反應室中 襯底的表面沉積，而上述前體也可以與囟素反應產生氣態滷化物。 上述前體的例子包括但不限於二(N,N'-二異丙基乙胺根)合鈷(II)、 YBaCuOx Cu (N,N'-二仲丁基乙醯胺根)合銅(I)、 二(N,N'-二異丙基乙 醯胺根)合銅(I)、 二(N，N'-二-叔丁基乙醯胺根)合鐵(n)、四(二曱胺根) 鉿，Ir(acac)3、 二(N,N'-二異丙基乙醯胺根)合鎳(II)、六羰基合鉬、乙 醇鈮(V)、四(二乙胺根)(叔-丁基亞胺根)合鉭(V)、 二(二乙胺基)二(二 異丙胺基)合鈦(IV)、三異丙氧基氧礬[VO(OiPr)3]、 二乙基鋅和四(二
乙醯胺根)合鋯(IV)。毫無疑問，本領域技術人員知道其它可與卣素 反應產生氣態卣化物的有機金屬前體，因此本發明不限於上述的有 機金屬前體或其中所含的金屬。
權利要求
1. 一種在從工藝反應室中泵抽出含有有機金屬前體的氣流時，防止金屬在真空泵中沉積的方法，所述方法包含向所述真空泵上遊的氣流供應滷素，使其與所述前體反應形成氣態金屬滷化物的步驟。
2. 權利要求1的方法，其中所述金屬包括Al、 Co、 Cu、 Fe、 Hf、 Ir、 Ni、 Mo、 Nb、 Ta、 Ti、 Va、 Zn和Zr中的一種。
3. —種在從工藝反應室中泵抽出含有有機鋁前體的氣流時，防 止鋁在真空泵中沉積的方法，所述方法包含向所述真空泵上遊的氣 流供應囟素，使其與所述前體反應形成氣態卣化鋁的步驟。
4. 上述權利要求中任一項的方法，其中所述卣素包括氯、溴和 碘的一種。
5. 權利要求4的方法，其中以氯自由基的形式將氯加入氣流。
6. 權利要求5的方法，其中通過將氯自由基源熱分解形成氯自 由基。
7. 權利要求6的方法，其中通過等離子體將氯自由基源熱分解。
8. 權利要求6或7的方法，其中所述氯自由基源包括CCU。
9. 上述權利要求中任一項的方沐，其中將卣素傳輸到位於工藝 反應室和泵之間的反應室。
10. 上述權利要求中任一項的方法，其中所述前體為下述的一 種三曱基鋁、三乙基鋁、二乙基乙醇鋁、二甲基氬化鋁、三異丁 基鋁、二曱基乙基胺基鋁烷、二曱基異丙醇鋁、仲丁醇鋁、三(二甲 胺根)合鋁、三(二乙胺根)合鋁、三(乙基曱基胺根)合鋁和例如曱基吡 咯烷鋁烷的烷基吡咯烷鋁烷。
11. 一種用於在含有有機金屬前體的氣流進入真空泵之前處理該 氣流的裝置，所述裝置包含向所述真空泵上遊的氣流供應卣素，使其與前體反應形成氣態金屬卣化物的設備。
12. 權利要求11的裝置,，其中安裝所述供應設備以向氣流供應 氯、溴和石典中的一種。
13. 權利要求11或12的裝置，其中安裝所述供應設備以向氣流 供應氯自由基，並且包含從氯自由基源產生氯自由基的設備。
14. 權利要求13的裝置，其中'所述產生氯自由基的設備將氯自 由基源熱分解。
15. 權利要求14的裝置，其中所述產生氯自由基的設備包括等 離子發生器。
16. 權利要求11至15中任一項的裝置，所述裝置包含用於接收 氣流和來自所述供應設備的卣素的反應室。
17. 權利要求11至16中任一項的裝置，其中所述前體包括下述 的一種三曱基鋁、三乙碁鋁、二乙基乙醇鋁、二甲基氬化鋁、三 異丁基鋁、二曱基乙基胺基鋁烷、二曱基異丙醇鋁、仲丁醇鋁、三 (二曱胺根)合鋁、三(二乙胺根)合鋁、三(乙基甲基胺根)合鋁和例如 曱基吡咯烷鋁烷的烷基吡咯烷鋁烷。
18. —種用於在含有有機鋁前體的氣流進入真空泵之前處理該氣 流的裝置，所述裝置包含向真空泵上遊的氣流供應氯，使其與前體 反應形成氯化鋁的設備。
全文摘要
一種在從工藝反應室中泵抽出含有有機鋁前體的氣流時，防止鋁在真空泵內沉積的方法，所述方法包括向真空泵上遊的氣流供應氯，使其與前體反應形成在氣相狀態下可以無害的通過泵的氯化鋁。
文檔編號C23C16/20GK101400821SQ200780008754
公開日2009年4月1日 申請日期2007年2月22日 優先權日2006年3月14日
發明者C·J·肖, C·M·拜利 申請人:愛德華茲有限公司