特許 6157025 蒸発器配送アンプル及びその利用方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6157025

(24)【登録日】2017年6月16日

(45)【発行日】2017年7月5日

(54)【発明の名称】蒸発器配送アンプル及びその利用方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/448 20060101AFI20170626BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20170626BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20170626BHJP

   H01L 21/265 20060101ALI20170626BHJP

   H01J 37/317 20060101ALI20170626BHJP

   H01J 27/02 20060101ALI20170626BHJP

   H01J 37/08 20060101ALI20170626BHJP

【ＦＩ】

   C23C16/448

   H01L21/205

   H01L21/31 A

   H01L21/265 603A

   H01J37/317 Z

   H01J27/02

   H01J37/08

【請求項の数】13

【外国語出願】

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-11999(P2016-11999)

(22)【出願日】2016年1月26日

(62)【分割の表示】特願2014-13897(P2014-13897)の分割

【原出願日】2003年7月1日

(65)【公開番号】特開2016-104912(P2016-104912A)

(43)【公開日】2016年6月9日

【審査請求日】2016年1月26日

(31)【優先権主張番号】10/201,518

(32)【優先日】2002年7月23日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】505307471

【氏名又は名称】インテグリス・インコーポレーテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】グレッグ，ジョン

(72)【発明者】

【氏名】バトル，スコット

(72)【発明者】

【氏名】バントン，ジェフリー，アイ．

(72)【発明者】

【氏名】ナイトー，ドン

(72)【発明者】

【氏名】フイエラー，マリアンヌ

(72)【発明者】

【氏名】ラクスマン，ラビ，ケー．

【審査官】 山田 頼通

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０５−０９８４４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０２５５７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０１−１４７２５４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 国際公開第２００２／０２７０６４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０８−２７９４９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−０７０１７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０５−０１９３５１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平１１−３４２３２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０４９４３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０５９１７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−２９２４０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−２０８８８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２７８９９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−０９７６９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １６／００−１６／５６

Ｈ０１Ｊ ２７／０２

Ｈ０１Ｊ ３７／０８

Ｈ０１Ｊ ３７／３１７

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／２６５

Ｈ０１Ｌ ２１／３１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

容器を加熱して、前記容器の内部に収容された可蒸発材料を蒸発させるステップであって、前記容器は、第１端部と、前記第１端部に配置されたガス入口と、前記第１端部に配置されたガス出口と、前記可蒸発材料を支持し、前記可蒸発材料を有するキャリアガスの接触を促進するための追加の暴露表面積を提供し、及び、前記容器内の熱伝導を促進する少なくとも１つの内部構造と、を有する、ステップと、
前記ガス入口を介して前記容器内に前記キャリアガスを導入して、可蒸発材料を含む飽和したキャリアガスを生成するステップと、
可蒸発材料を含む前記飽和したキャリアガスを前記ガス出口を介して処理設備に配送するステップと、
前記容器がほとんど空か又は空のときに信号の変化を生じるように前記容器の底部の表面上の反射表面に連通される光センサを用いて、前記容器内の前記可蒸発材料の量を監視するステップと、を含み、
前記ガス入口は、前記容器の内部容積内に下方に延在する管に接続されており、前記キャリアガスを導入することは、前記管を通じて前記キャリアガスを流すステップと、前記可蒸発材料との前記接触のために前記内部容積の下側部分内に前記キャリアガスを放出するステップと、を含む、方法。

【請求項2】

前記可蒸発材料は固体可蒸発材料である、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記固体可蒸発材料は固体金属有機材料を含む、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記固体可蒸発材料は、ホウ素（Ｂ）、燐（Ｐ）、銅（Ｃｕ）、ガリウム（Ｇａ）、ヒ素（Ａｓ）、インジウム（Ｉｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、デカボラン（Ｂ_１０Ｈ_１４）、四塩化ハフニウム（ＨｆＣｌ_４）、四塩化ジルコニウム（ＺｒＣｌ_４）、三塩化インジウム（ＩｎＣｌ_３）、有機金属β−ジケトン錯体、シクロペンタジエニルシクロヘプタトリエニル−チタン（ＣｐＴｉＣｈＴ）、三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ_３）、ヨウ化チタン（Ｔｉ_ｘＩ_ｙ）、シクロオクタテトラエンシクロ−ペンタジエニルチタン（（Ｃｏｔ）（Ｃｐ）Ｔｉ）、ビスシクロペンタジエニルチタンジアジド、及び、タングステンカルボニル（Ｗ_ｘ（ＣＯ）_ｙ）のうちの少なくとも１つを含む、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

可蒸発材料を保持するための複数の垂直に積重された容器を備える蒸発装置を利用する方法であって、
前記複数の垂直に積重された容器の各容器は、容器底部と、前記容器底部から上方に延在する容器側壁と、を備え、
前記容器底部及び前記容器側壁は、可蒸発材料を収容するように構成された容器キャビティを形成し、前記複数の垂直に積重された容器はアンプル内に配置され、各容器側壁の少なくとも一部が前記アンプルの側壁に接触するように配置され、前記容器底部の壁を通じたキャリアガスの流れを許容するように複数の孔が設けられ、
前記方法は、
前記キャリアガスを予熱するステップと、
前記複数の垂直に積重された容器に、予熱された前記キャリアガスを供給して、前記容器内に収容された可蒸発材料に接触させるステップと、
前記容器がほとんど空か又は空のときに信号の変化を生じるように前記容器の底部の表面上の反射表面に連通される光センサを用いて、前記容器内の前記可蒸発材料の量を監視するステップと、含む、方法。

【請求項6】

可蒸発材料の蒸発を保持して促進するための容器であって、前記容器は、
容器底部と、前記容器底部から上方に延在する容器側壁であって、前記容器底部と前記容器側壁とは、可蒸発材料を収容するように配置された容器キャビティを形成する、容器側壁と、
前記容器底部から前記容器キャビティ内に延在する複数の突出部と、
前記容器底部を通って延在する内部ガス搬送部材と、
前記容器底部の壁を通るキャリアガスの上方への流れを許容するように前記突出部の側壁上に配置された複数の孔と、を備える、容器。

【請求項7】

前記内部ガス搬送部材は、前記容器の上方に配置されたキャリアガス入口と流体連通し、前記内部ガス搬送部材は、前記容器底部を通るキャリアガスの下方の流れを許容する、請求項６に記載の容器。

【請求項8】

前記容器底部から上方に延在する前記容器側壁は、前記可蒸発材料をその内部に保持するための高さを有する、請求項６に記載の容器。

【請求項9】

アンプル室をさらに備えるシステムを形成し、前記容器は前記アンプル室内に配置される、請求項６〜８のいずれか１項に記載の容器。

【請求項10】

（ａ）複数の垂直に積重された容器であって、各容器が、ソース材料を保持するためのキャビティを有し、各容器が熱伝導材料から構成される、複数の垂直に積重された容器と、
（ｂ）前記複数の垂直に積重された容器の各々に配置されて各々のキャビティ内に延在する複数の通路付き突出部であって、前記通路付き突出部は、隣接する垂直に積重された容器の間にキャリアガスの通過のための通路を形成する、複数の通路付き突出部と、
（ｃ）前記複数の垂直に積重された容器に接触し、各垂直に積重された容器の前記キャビティを通って延在するキャリアガス管と、を備える蒸発器。

【請求項11】

前記複数の垂直に積重された容器の各々は、少なくとも１つの隣接する容器に接触している、請求項１０に記載の蒸発器。

【請求項12】

ソース材料を保持するための前記キャビティは、可蒸発ソース材料をその内部に保持するための底部及び側壁を有する、請求項１０又は１１に記載の蒸発器。

【請求項13】

前記複数の通路付き突出部は、ソース材料を保持するための前記キャビティの前記底部上に配置される、請求項１２に記載の蒸発器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

発明の分野
本発明は蒸発器に関し、より詳細には、たとえば、化学気相成長（ＣＶＤ）法、原子層化学気相成長（ＡＬＣＶＤ）法およびイオン注入法において用いられる液体および固体ソース試薬などの液体および固体材料の蒸発のために、拡大した表面積を提供する多数の容器を有する蒸発器配送システムに関する。

【背景技術】

【0002】

関連技術の説明
化学気相成長法（ＣＶＤ）は、半導体ウエハ処理において、フィルムおよび被膜の前処理用として広範に用いられてきた。ＣＶＤは、たとえば、比較的迅速な処理時間において、非常にコンフォーマルで高質なフィルムを提供するその能力のために、多くの点で好まれている堆積法である。さらに、ＣＶＤは、深いコンタクトおよび他の開口部に関してさえも、非常にコンフォーマルなフィルムを提供することを始めとして、不整な形状の基板を被膜するのに有益である。

【0003】

一般に、ＣＶＤ技法には、所望する反応の熱力学に好適な温度および圧力条件の下で化学反応が起こる基板の表面に、ガス状の反応物を配送することが伴う。ＣＶＤを用いて形成可能な層のタイプおよび組成は、反応物または反応前駆体を、基板の表面に配送する能力によって制限される。様々な液体反応物および前駆体が、液体反応物をキャリヤガスで配送することによって、ＣＶＤ用途においてうまく用いられている。液体反応物ＣＶＤシステムにおいては、典型的には、キャリヤガスを、液体反応物の容器を通して、制御された速度でバブリングし、キャリヤガスを液体反応物で飽和させるようにし、次に、飽和したキャリヤを反応チャンバに移送する。固体反応物をＣＶＤ反応チャンバに配送するために類似の試みがなされてきたが、あまり成功していない。ＣＶＤ処理における固体前駆体の配送は、昇華器／バブラ法を用いて実行されるが、この方法において、前駆体は、通常、昇華器／バブラ槽に置かれ、この槽が、次に、前駆体の昇華温度にまで加熱されて、前駆体をガス状の化合物に変換し、この化合物が、水素、ヘリウム、アルゴンまたは窒素などのキャリヤガスとともにＣＶＤ反応器に移送される。しかしながら、この手順は、確実にかつ再現可能に固体前駆体を反応チャンバに配送することにおいては、多くの理由で成功していない。この技法に関する主な問題は、蒸発された固体前駆体の再現可能なフローを処理チャンバに配送できるような、制御された速度で固体を一貫して蒸発させることができないことに集中する。また、急速に流れるキャリヤガスストリームの完全な飽和を保証することが困難である。なぜなら、蒸発器システムにおける固体前駆体の曝された表面積の量が制限され、最大の昇華をもたらす均一な温度が欠如しているからである。

【0004】

ドーパント要素が、イオン化され、次に続いて、注入用にワークピース表面に向けられるイオンビームを形成するために加速されるイオン源を含む従来のイオン注入システムにおいても、類似の問題は固有のものである。固体ドーパント材料が用いられるときには、それは、一般に、加熱のために蒸発器に置かれ、続いて形成される蒸気が、イオン化およびその後のイオンビーム形成のために、イオン源の内部に移送される。

【0005】

固体イオン源材料は、安全上の理由で、大いに好まれているが、固体半導体ドーパントは、深刻な技術的および操作上の問題を呈してきた。たとえば、蒸発器における固体前駆体材料の利用によって、器械類のダウンタイムの拡大、製品品質の劣化および蒸発器内における堆積物の蓄積などが引き起こされる。

【0006】

先行技術の蒸発器システムには、蒸発器内における凝結された材料の蓄積、および蒸発器における均一な加熱の欠如による蒸発器内部での「冷点」の形成を始めとする数々の不都合がある。不要な堆積物の蓄積は、回転個別バイアルおよび／またはソース材料のウェルのための内部可動表面を必要とする蒸発器システムにおいて、激化させられる。これらの内部機構は、蒸発器内に追加的な「冷点」を生じ、蒸発された材料のさらなる堆積をもたらす。さらに、内部可動機構への堆積物の蓄積のために、これらの蒸発器の動作は、効率的でも信頼できるものでもない。先行技術による蒸発器の欠点は、低い蒸気圧で温度感受性の固体ソース材料に特に顕著である。かくして、蒸発された固体前駆体の再現可能なフローを下流の堆積システムに配送できるように、制御された速度で固体を蒸発させることは困難である。

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

したがって、ソース材料の熱解離、蒸発器内における堆積物の蓄積による内部可動部品の動作不能、蒸発器内における「冷点」による低蒸気圧化合物の凝結および／または下流堆積システムへの一貫しない蒸気フローなどの、先行技術に付随する不都合なしに、固体および／または液体ケミカルソースを効率的に蒸発させる蒸発器システムが、当該技術分野で必要とされている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

発明の概要
本発明は、半導体製造用途のために特定の有用性を有する固体および液体ケミカルソースを蒸発させるための蒸発器システムおよび方法に関する。

【0009】

一の態様において、本発明は、典型的な堆積用途に必要とされるフローレートを満たす均一なキャリヤガスフローを、十分な表面積に供給する、ソース材料の蒸発および配送のための蒸気配送システムに関し、この蒸気配送システムは、
ａ）可蒸発ソース材料を保持するための少なくとも１つの容器と、
ｂ）容器に配置された複数の孔付き突出部であって、可蒸発ソース材料が通過するための通路を提供する孔付き突出部と、
ｃ）容器を通過するためのキャリヤガスストリームを導入するキャリヤガス管と、
を備える。

【0010】

別の態様において、本発明は、前駆体の蒸発および配送のための蒸気配送システムを提供し、この蒸気配送システムは、
ａ）アンプル底部と、側壁と、着脱自在の上端部とを含み、内部アンプル室を形成するアンプルと、
ｂ）アンプルに連通して結合したガス入口およびガス出口と、
ｃ）内部アンプル室内に配置された少なくとも１つの容器であって、容器底部および側壁を含み、容器キャビティを形成する容器と、
ｄ）少なくとも容器底部に配置され、容器底部を通して通路を提供する複数の孔付き突出部であって、容器キャビティ内に延伸する孔付き突出部と、
を備える。

【0011】

以下により完全に説明するように、前駆体には、固体または液体ソース材料を含んでもよい。前駆体は、限定するわけではないが、デカボラン、ホウ素、燐、ガリウム、インジウム、銅、アンチモン、四塩化ハフニウム、四塩化ジルコニウム、ヒ素、三塩化インジウム、有機金属β−ジケトン錯体、シクロペンタジエニルシクロヘプタトリエニル−チタン（ＣｐＴｉＣｈｔ）、三塩化アルミニウム、ヨウ化チタン、シクロオクタテトラエンシクロ−ペンタジエニルチタン、ビスシクロペンタジエニルチタンジアジド、タングステンカルボニルを始めとする固体前駆体であることが好ましい。

【0012】

さらに別の態様において、本発明は、処理ツールの最小限の後付で従来のアンプルに容易に挿入できる蒸発器に関し、この蒸発器は、
ａ）各容器がソース材料を保持するためのキャビティを有している複数の垂直に積重された容器と、
ｂ）垂直に積重された容器のそれぞれに配置され、各それぞれのキャビティ内に延伸する複数の孔付き突出部であって、近接し垂直に積重された容器間に、キャリヤガスが通過するための通路を形成する孔付き突出部と、
ｃ）複数の垂直に積重された容器と接触し、かつ各垂直に積重された容器のキャビティを通して延伸するキャリヤガス管と、
を備える。

【0013】

さらなる態様において、本発明は、蒸発器を提供し、この蒸発器は、
ａ）アンプル底部およびアンプル側壁を有して、内室を形成するアンプルと、
ｂ）内室を密閉するアンプル上端部と、
ｃ）アンプル上端部に連通して結合したガス入口および出口と、
ｄ）内室内に配置された、複数の垂直に積重され接触している容器であって、各容器が、容器底部および容器側壁を含み、固体前駆体材料を保持するための容器キャビティを形成し、各容器側壁が、アンプル側壁と接触している容器と、
ｅ）各容器底部に配置され、かつ、近接し垂直に積重され接触している容器間に通路を提供する複数の孔付き突出部であって、容器キャビティ内に延伸する孔付き突出部と、
ｆ）内室内に配置され、かつキャリヤガスを垂直に積重され接触している容器の下へ導くために、ガス入口に連通されているキャリヤガス浸漬管と、
ｇ）アンプルを加熱するための手段と、
を備える。

【0014】

別の態様において、本発明は、複数の先細の突出部を含む容器に関するが、これらの先細の突出部は、先細の突出部が容器キャビティ内に延伸するにつれて狭くなる円錐形状の孔を有している。突出部のこの構成によって、アンプル内に配置された複数の垂直に積重された容器を通して、キャリヤガスの実質的に一方向のフローが提供される。

【0015】

さらに別の態様において、本発明は、ソース材料を蒸発させ、それを下流のプロセスチャンバに配送するための方法を提供するが、この方法は、
ａ）蒸発可能ソース材料を自身に含む複数の相互接続され垂直に積重された容器を提供することであって、相互接続され垂直に積重された容器のそれぞれが、複数の通路付き突出部を含むことと、
ｂ）相互接続され垂直に積重された容器を、封止可能アンプル内に配置することと、
ｃ）封止可能アンプル内のソース材料を蒸発させるのに十分な量で、封止可能アンプルに熱を印加することと、
ｄ）蒸発されたソース材料を、封止可能アンプルを通してプロセスチャンバに移動させるために、キャリヤガスを封止可能アンプルに導入することと、
を含む。

【0016】

本発明の他の態様および特徴は、続く開示および添付の特許請求の範囲から、より完全に明らかとなるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一の実施形態による蒸発器の斜視図である。

【図2】本発明によるアンプル内に配置された容器に配置された複数の孔付き突出部の上面図である。

【図3】本発明の複数の円筒形状の突出部を示す、容器の側面図である。

【図4】本発明の複数の円錐形状の突出部を示す、容器の側面図である。

【図5】本発明の複数の垂直に積重された容器の側面図である。

【図6】本発明の蒸発器配送システムの簡略化された概略図である。

【図7】アンプルを加熱し、かつキャリヤガスが本発明のアンプルを通って流れるのにつれて、容器ユニット内の温度を検知した結果を示すグラフである。

【図8】アンプルを加熱し、かつ本発明のアンプル内における容器ユニットおよび突出部内の温度を検知した結果を示すグラフである。

【図9】側部の孔を含む複数の円錐形状の突出部を示す、容器の側面図である。

【図10】本発明の代替実施形態を示す。

【発明を実施するための最良の形態】

【0018】

発明および発明の好ましい実施形態の詳細な説明
本発明は、次の知見に基づいている。すなわち、蒸発器システムで用いられるある一定のソース材料は、典型的な堆積用途に必要とされるフローレートを満たすのに十分な量で適切に蒸発されないということである。場合によっては、必要なフローレートを達成するために、２００℃を超える高温を用いて、ソース材料の分解を引き起こす可能性のある昇華速度を増加した。

【0019】

本発明の一の実施形態による、図１に示す蒸発器は、先行技術による蒸発器の欠陥を克服する。この蒸発器配送システム１０には、たとえば、銀、銀合金、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉛、ニッケルクラッド、ステンレス鋼、黒鉛および／またはセラミック材料などの適切な熱伝導材料で製作されるアンプル１２が含まれる。アンプルには、内室を形成する底部１４および側壁１６が含まれる。アンプルは、図示の円筒形状など、アンプルを通してキャリヤガスの均一なフローを容易にする任意の形状とすることができる。アンプルベースの好ましい形状は、正確に機械加工された容器に対して、１インチの１／１０００〜３／１０００の隙間のみを許す非常に厳しい許容値にまで機械加工された円筒形状である。容器の取り付けには壁が極めて平行であることを必要とするが、これは、容器の側壁がそれぞれアンプルベースの内壁と良好な熱接触を有することを保証するためである。理解できるように、容器とアンプル内壁とのむらのない接触を保証するために必要な厳重な許容値のゆえに、容器ユニットの取り付けおよび取り外しプロセスには、簡単な取り付けを可能とするために、ベースおよび容器それぞれの加熱および／または冷却を必要とする可能性がある。

【0020】

キャリヤガス入口２０は、アンプル上端部１８に配置され、キャリヤガスをアンプルに導入するために、アンプルに連通されるのが好ましい。

【0021】

複数の垂直に積重された容器２２が、アンプルの内室内に配置されている。積重された容器は、容易な洗浄および補充のために互いに分離可能でアンプルから着脱自在である。内部キャリヤガス部材２３がアンプル内に配置されているが、この内部キャリヤガス部材２３は、キャリヤガス入口２０に接続（溶接）され、内室の底部および垂直に積重された容器における最も下側の容器の下にキャリヤガスを導く。図１において、内部キャリヤガス部材２３は、各容器キャビティ２７（図３に示す）および容器底部２４を通過している。しかしながら、内部キャリヤガス部材が容器底部と交差する箇所で漏れのない封止を保証するために、特にソース材料が液体の場合には、封止用Ｏ−リング３８（図５に示す）を容器間に配置してもよいことを理解すべきである。各容器（トレイ）側壁の上端面で容器間を封止するために、外側Ｏ−リングを追加することもまた考えられる。

【0022】

また、固体前駆体しだいで、キャリヤガスフローにおける固体の飛沫同伴を止める必要があるかもしれない。高純度ステンレスフリット（おそらく細孔径１〜１００ミクロン）が、キャリヤガスフローレートにおいて任意の位置で付着し得る。フリットは、各突出部の「入口」に付着する可能性があり、大きなディスク状のフリットが、上端トレイに付着し、蓋をアンプルに据え付けることによる圧力によって上端トレイに閉じ込められるか、または出口のガスフロー通路に付着する可能性がある。

【0023】

図３に示すように、個別容器２２は、それぞれ、底部２４および側壁２６を備えて、好ましいソース材料２８を配置するための容器キャビティ２７を形成する。容器は、たとえば、銀、銀合金、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉛、ニッケルクラッド、ステンレス鋼、黒鉛および／またはセラミック材料などの非反応性の熱伝導材料で製作するのが好ましい。

【0024】

個別容器のそれぞれには、複数の突出部３０が含まれ、各突出部には、突出部を通してキャリヤガスが移動するための通路３２が含まれる。突出部の形状は、そこを通してガスが容易に流れるような備えをする任意の構成としてもよい。突出部は、たとえば図３および図４に示すように、形状が円筒状かまたは円錐状であるのが好ましい。

【0025】

図４に、円錐形状の孔を備えた略漏斗様構成を有する突出部３０を示すが、この孔は、先細の突出部が容器キャビティ２７へ延伸するのにつれて細くなる。円錐形状の孔は、近接する下側容器から、より大きな孔開口部３４を通って容器キャビティ（より小さな孔３６）へ、キャリヤガスの通過をもたらし、一方で、キャリヤガスの、下側近接容器への逆流を低減させる。重要なことだが、積重された容器を通して一方向のフローを維持することは、多くの半導体処理システムによって必要とされるフローレートにおいて、蒸発されたソース材料で飽和したキャリヤガスの移動を増進する。蒸発されたソース材料を含むキャリヤガスが、先細の突出部を通して、アンプルの底部から上方へ移動するにつれて、ガス分子が突出部の壁に押し付けられる渦巻き効果が起きる。この渦巻き効果は、蒸発されたソース材料を先細の突出部の加熱された壁と接触させながら、突出部を通して迅速にキャリヤガスを移動させる。かくして、蒸発されたソース材料は、加熱された容器との接触を維持して、蒸発された材料の沈殿を引き起こす可能性があり、および／または突出部における通路を詰まらせる可能性のある冷点の付随的な低減が伴う。

【0026】

突出部は、プロセスまたは昇華速度を最適化するための調整可能性を考慮した、市販の孔付きステンレス鋼ねじなど、容器表面に装着された延長部とすることができる。代替として、突出部は、容器底部の一部として一体的に形成され、これらの突出部への最大の熱移動を可能にする。突出部それぞれの高さは、容器側壁の高さとほぼ同じかまたは低いのが好ましい。各突出部の高さは、容器側壁の高さよりも低く、それによって、それぞれの容器内において、ガスの分散および循環のために、突出部の端部上に頭隙を設けることがより好ましい。代替として、容器および突出部は、容器それぞれに流動化ベッドを生成するように構成することが可能である。キャリヤガスフローは、固体表面の下から容器に入ることができるので、細孔径は、図１０に示す各容器に固体前駆体を保持するのに十分なものであることが理解される。別の実施形態は、図９に示すものなど、固体前駆体の流動化のために固体前駆体を通してキャリヤガスを送るように、自身に孔を含む側壁を有する突出部に関する。

【0027】

突出部は、液体でも固体でも十分な量のソース材料を配置するために、漏れのない領域を提供する高さがあり、漏れを引き起こすことなく、突出部の開いた孔３２を通して、下にある容器へ、必要な蒸発された材料を供給するようにすべきである。各突出部は、容器の底部から垂直に、約０ｍｍから約５ｍｍ延伸するのが好ましく、約１．５ｍｍから約３．０ｍｍ延伸するのがより好ましい。

【0028】

図１に示すように、各容器における突出部の位置決めは、近接する容器の突出部からわずかにオフセットされ、それによって、キャリヤガスは、蒸発されたソース材料と接触するために容器内で循環するようにされ、その後突出部を通して次のレベルの容器に移送される。有利なことに、キャリヤガスが多数のレベルで接触し、また蒸発器システムには増加した量のソース材料があるので、増進された速度でのキャリヤガスの飽和がもたらされる。

【0029】

蒸発器配送システム１０のサイズは、下流のＣＶＤ装置またはイオン注入システムに供給される蒸発ガスの量に依存して異なる。蒸発器のサイズは、一般に、約３〜６インチ、好ましくは約３．７５インチの内径を有するシリンダに対応する。積重された容器を含む容器の量は、蒸発器のサイズによって決定され、３つから５つの容器をアンプルに密閉するのが好ましい。

【0030】

複数の内部容器を含む、本発明のアンプルは、ソース材料のタイプおよび供給量、蒸発ガスの濃度ならびに他の動作条件に従い、加熱して所望の温度に保つことができる。加熱は、蒸発器の回りに巻かれたリボンヒータか蒸発器を覆う形状を有するブロックヒータを用いて、または熱風もしくは液体熱媒体の循環によって行うことができる。加熱方法は、蒸発器が加熱され、所望の温度に正確に保たれる限り、特に限定されない。アンプルは、底部に対して側壁から加熱するのが望ましいが、これは、次の可能性を低減するためである。すなわち、下側の容器がより高い温度で昇華すること、および結果として詰まりをもたらす可能性のある、起こり得る凝結の箇所となり得るより低温の上側容器を形成することの可能性である。好ましい熱移動は、アンプルの側壁から容器の側壁へとなる。加熱方法、加熱されたキャリヤガスの入口管の長さおよびキャリヤガスのフローレートに依存して、キャリヤガスの予熱がまた、必要となる可能性がある。

【0031】

有利なことに、本発明の蒸発器配送システムは、一連の加熱された容器を提供し、これらの容器が、加熱された表面積を増加する複数の加熱された突出部をさらに提供し、それによって、増加した熱の配分により、固体ソース材料の昇華を可能とする。アンプルが、処理中に、より一貫した温度を提供し維持する大きな熱量を有することは、望ましい可能性がある。本発明は、大きな熱量を備えた設計とされたが、これは、固体状態から蒸気状態へと、固体ソース材料の昇華を持続するためには、熱が必要だという事実に基づいている。所与の温度において、固体の蒸気圧は、界面におけるその材料の分圧である。すなわち、所与の期間において、表面から昇華する分子の数と同じ数の分子が、固体表面に凝結する。ガス状態における分子が、キャリヤガスによって、固体／ガス界面から取り去られた場合には、平衡が破壊される。明らかに、十分な熱が固体表面に供給され、昇華の潜熱を補う場合には、平衡を回復するために、昇華が、より速い速度で起こる。複数の加熱された突出部を設けることによって、伝導容器全体は、加熱された表面として作用し、それによって、昇華速度を増加し、飽和キャリヤガスのフローレートの増加をもたらし、通路付きの突出部を詰まらせる可能性のある蒸発されたソース材料の沈殿を低減する。

【0032】

蒸発器の温度は、下流のＣＶＤ装置またはイオン注入システムの動作条件、ならびに蒸気圧およびソース材料の量に依存して異なる。温度は、一般に、約４０〜約３００℃である。

【0033】

本発明の蒸発器配送システムには、キャリヤガスを供給するためおよび蒸発器に接続された蒸発ガスを移動させるためのライン、ならびに圧力および温度測定用の調整バルブおよび器械がさらに含まれる。ガス供給ライン、および下流の半導体製造プロセスチャンバへ蒸発された材料を移動させるラインにおいて温度を維持するために、ヒータを設けてもよい。ラインにおける凝結を防ぐために、下流ラインをアンプルよりも５〜１０℃高くすることが望ましい。

【0034】

本発明の蒸発器システムを利用する方法には、ソース材料を容器に導入し、その後容器をアンプル内に積重することが含まれる。ソース材料は、固体、液体または溶剤に溶解された固体であってもよい。さらに、ソース材料は、任意の様々な方法により、フィルムの形状で、容器キャビティ内の容器および突出部の表面に被膜してもよく、これらの方法には、加熱により金属錯体を溶解し、溶解された金属錯体を支持体に塗布し、次に冷却する方法が含まれる。また、金属錯体を溶剤に溶解して、容器および突出部の表面に塗布し、続いて減圧下で溶剤を除去することができる。下流処理システムにおいて種々のソース材料が用いられることになる場合には、本発明によって、垂直に積重された容器の異なる容器に、異なるソース材料を導入する能力が提供される。

【0035】

内部ガスキャリヤ部材２３と接触している複数の垂直に積重された容器を含む、図５に示す蒸発器ユニット４４は、アンプルに配置される。アンプル上端部蓋１８（図１および２に示す）は、伝導アンプルの上端部に配置され、そしてＯ−リング要素（Ｏ−リングは、テフロン、エラストマまたは金属シールで製作してもよい）および／またはねじなどの機械的固定具などによって、アンプルに締め付けられる。アンプルを加熱するための手段が連結され、アンプルおよび接触している容器内の内部温度が、密閉されたソース材料を蒸発させるために十分な温度へ高められる。昇華速度は、第１のすなわち最も下側の容器で最大であろう。なぜなら、そのトレイには、純粋なキャリヤが入るのに対して、その上の容器には、部分的または完全に飽和したキャリヤガスが入るからである。したがって、底部容器にはより多くの前駆体を入れること、および／または容器の高さ寸法を増やして、プロセスツールにおけるアンプルの耐用期間を通して、より均一な表面積を考慮することが必要となる可能性がある。

【0036】

ソース材料として用いられる固体は、昇華プロセスを通して蒸発されるが、このことは、伝導材料で製作された複数の垂直に積重された容器と好ましくは接触している伝導アンプルの壁を加熱することによって達成される。昇華プロセスには、固体、たとえば、デカボランを、中間の液体状態に入ることなく、固体状態から蒸気状態へ変換することが含まれる。本発明は、任意の適切な固体ソース材料、たとえば、約２０℃〜約３００℃間の範囲における昇華温度で特徴付けられ、かつ約１０^−２トル〜約１０^３トルの範囲における蒸気圧を有する固体材料と用いると効率的である。

【0037】

温度は、限定するわけではないが、制御された温度操作のために組み立てられおよび構成されたストリップヒータ、放射ヒータ、加熱されたエンクロージャ、循環流体ヒータ、抵抗加熱システム、誘導加熱システム等を始めとする任意の熱調節システムによって、蒸発器内で制御してもよい。さらに、アンプル内の温度は、熱電対、サーミスタ、または熱伝導アンプルおよび／または容器の表面に接触するように構成された任意の他の適切な温度検知接合部または装置によって検知することができる。

【0038】

容器からソース材料が使い尽くされたときを判定するために、本発明者らは、上端トレイおよび／または底部トレイにおける固体または液体の量を判定するレベルセンサ監視システムを考えているが、これは、容器の底面における反射面に連通され、容器がほとんど空かまたは空のときに、信号の変化を生じる光センサなどである。

【0039】

図６は、蒸発器１０にキャリヤガスを供給するための簡略化された蒸発器配送システム６６を示す。キャリヤガスソース６４は、蒸発器１０に接続されてキャリヤガスを供給する。ソース材料を導入する代替モードにおいて、液体ソース材料は、液体ソース容器６７から導入してもよい。キャリヤガスのフローレートは、フローメータ６８によって監視および制御してもよく、これらのフローメータ６８は、キャリヤガス配送ラインおよび蒸発されたソース材料を処理チャンバ７０に移送するラインに配設される。ガス配送ラインは、高フローレートを考慮して、ポリマーなど低い摩擦係数を有する材料で製造するのが好ましい。蒸発器配送システムは、蒸発器ユニット１０に連通された少なくとも１つの加熱手段７２によって発生される熱エネルギの伝送をもたらす熱伝導材料で製造するのが好ましい。

【0040】

完全な蒸発のために必要なパワー量は、ソース材料およびキャリヤガスの化学的性質ならびにそれらの混合物のフローレートの関数である。本発明によると、蒸発器に移動される熱パワーは、最適な恒温温度を提供するために、約１００Ｗ〜約３０００Ｗの間である。このように、流れている混合物によって吸収される加熱パワーは、利用可能な加熱パワーの少量の部分である。したがって、ガス蒸気によって吸収されるパワーは、利用できる加熱パワーに対して、取るに足らない外乱であり、伝導加熱表面の理想的な恒温温度を実質的に維持することが可能とされる。

【0041】

操作において、前駆体ソース材料は、乾燥ボックスまたはグローブボックスに入れて容器ユニットに装荷し、アンプルが開いている間の、前駆体と酸素および湿気との反応を除くのが好ましい。ガスソース６４からのキャリヤガスは、１ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍのガスフローで、ガス入口２０から蒸発器ユニットに導入される。キャリヤガスは、キャリヤガスの安定したフローをもたらす圧力で蒸発器内へ移送され、このフローが、垂直に積重された容器の突出部を通して押し込まれる。キャリヤガスは、垂直に積重された容器の異なるレベルを通して上方へと渡って行くので、キャリヤガスは、蒸発されたソース材料で飽和され、ガス出口バルブ４０で蒸発器ユニットからプロセスチャンバ７０へ移送される。

【0042】

本発明の利点は、次の実施例を参照して、より完全に例証される。

【実施例】

【0043】

実施例１
図１に示すような、本発明のアンプル内に積重された５つの容器を有する容器ユニットを含む本発明の蒸発器をテストし、アンプルから容器への熱伝導性の有効性を判定した。アンプルは、良質なステンレス鋼で製造され、アンプル周囲の回りにぴったり合う形状を有するブロックヒータに接続された。ヒータは、可変ＡＣ電圧源でありかつ加熱の程度を制御する可変トランスに接続された。アンプル内に配置された個別容器のいくつか、すなわち、容器１および５が、加熱の均一性およびアンプルから容器への熱移動の有効性を判定するために、温度センサに接続された。アンプルに導入され、かつ約５００ｓｃｃｍで容器ユニットを通過するキャリヤガスのソースに、アンプルを接続した。図７に示すように、アンプルに装着されたヒータの温度が上昇するにつれて、容器で検知された内部温度もまた、熱伝導の有効性に応じて上昇した。容器１および５で検知された温度は、アンプルの温度と同等であり、容器の積重を通した加熱の均一性を示した。かくして、個別容器は、前駆体材料を蒸発させるために均一に加熱される追加表面積を提供する。

【0044】

図８は、アンプルから、容器５に配置された突出部への熱の配分を示す。温度は１３０℃に上昇され、アンプル内の熱配分は、最初の１時間の蒸発の後で、ほぼ一定であった。多数の容器が、前駆体材料を配置するための増加した領域を提供するので、アンプルへの補給なしに、より多くの製品の製造が可能であり、それによって、器械のオフタイムを低減する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】