[发明专利]薄膜淀积系统

说明书

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。

本发明的现有技术

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。

本发明的概述

本发明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。

这项发明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。