晶圆镀膜用液态源蒸发系统及方法与流程

本发明属于半导体设备，尤其涉及一种晶圆镀膜用液态源蒸发系统及方法。

背景技术：

1、工艺流气阶段，需要将所需反应气体按照工艺配方通入工艺腔体内，并在腔体内进行反应最终在晶圆的表面形成薄膜，为了获得较高的致密度从而实现薄膜更耐刻蚀，能更好的保护基底材料；实现较薄的薄膜可达到较高的k值，进而可以减少栅极介质的漏电电流，减少芯片发热量，就需要使各种工艺气体的流量占比保持恒定，源瓶内液体的温度均匀性，液位高度等保持基本恒定。

2、现有技术半导体设备工艺镀膜过程中，随着工艺的持续进行，源罐的内的液体被蒸发，当液面下降到到设定值时，触发装置补液信号，补液阀打开向源罐内进行填充液，但是，补液过程中液体的流动会造成蒸发罐内液态源温度，液位等波动从而影响液态源的蒸发效率，进而影响进入反应腔的工艺气始终处于未饱和状态。

3、因此，需要设计一种结构简单，性能可靠的液态源蒸发装置来保证工艺气体流量有效占比稳定，为下一步工艺镀膜阶段提供了可靠的前置条件。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种晶圆镀膜用液态源蒸发系统及方法，该系统能大幅提高液态源的蒸发效率，因此提高了载气的携源量，提高了镀膜工艺稳定性及膜层质量。为实现上述目的，采用的技术方案如下：

2、一种晶圆镀膜用液态源蒸发系统，包括：

3、罐体02，用于将载气和气态的源蒸汽通入至工艺腔室，其与进气单元01的输出端、补液单元07的输出端连通；所述进气单元01的输出端输出载气至罐体02，补液单元07的输出端输出液态源至罐体02；

4、蒸发单元08，用于将液态源蒸发成气态的源蒸汽，并使得源蒸汽随载气排出，其包括：

5、导流罩08-2和锥形管08-3，作为液态源的蒸发装置，其大端面均固定于罐体02的内底部；

6、所述导流罩08-2套在锥形管08-3外部，两者之间形成供液态源流动的夹层空间08-7；所述导流罩08-2上开设连通夹层空间08-7和罐体02内部的流道08-4，以将罐体02内的液态源引流至夹层空间08-7；

7、所述导流罩08-2的小端开口，其小端的端面设置有阻流柱08-1，所述阻流柱08-1用于碰撞夹层空间08-7输出的液态源，以将液态源变成气态的源蒸汽；

8、所述锥形管08-3的大端面敞开并连通进气单元01的输出端，其小端面封闭并开设有出气孔08-8；

9、所述出气孔08-8处的气体流速大于锥形管08-3内的气体流速，其周围的压强小于锥形管08-3内的压强、夹层空间08-7液面处的压强，所述出气孔08-8周围压强和夹层空间08-7液面处的压强形成压差；

10、所述压差为罐体02内的液态源由夹层空间08-7的底部沿流向顶部提供动力。

11、优选地，所述导流罩08-2和锥形管08-3之间设置定位环08-6，其用于保证夹层空间08-7空间流道任意横截面同心且均匀分布。

12、所述定位环08-6上开设连通夹层空间08-7的底部和顶部的槽体。

13、优选地，所述阻流柱08-1位于出气孔08-8的正上方。

14、优选地，所述导流罩08-2的内壁上开设沿轴线方向布设的若干导流槽08-5。

15、优选地，所述补液单元07包括稳流单元07-4，其用于降低液体源的流速，包括：

16、连接体07-4-5，其通过螺纹孔固定于罐体02内底部且螺纹孔与罐体02内底部开设的补液通道连通；

17、浮动体07-4-4，套设于连接体07-4-5，其外壁和连接体07-4-5内壁之间形成第一环形通道07-4-7、第二环形通道07-4-3；

18、所述浮动体07-4-4的下端伸出连接体07-4-5，并形成外扩口结构07-4-1，其用于防止在浮动体07-4-4上升过程中，其脱离连接体07-4-5；

19、缓冲槽07-4-6，开设于浮动体07-4-4端面并位于第一环形通道07-4-7和第二环形通道07-4-3交汇区域，其用于补液初始阶段增加液体与浮动体07-4-4端面的接触面积，以保证液体用较低的压力使得浮动体07-4-4与连接体07-4-5两者承接端面脱离；

20、补液通道内的液态源经引流槽07-4-8流入第一环形流道07-4-7，浮动体07-4-4与连接体07-4-5的承接端面脱离，液态源经第一环形流道07-4-7流入第二环形通道07-4-3，最终进入罐体2内；所述引流槽07-4-8开设于连接体下端面07-4-2。

21、优选地，所述第一环形流道07-4-7的流通截面积，小于第二环形通道07-4-3的流通截面积。

22、优选地，所述罐体02内还设置加热单元5，用于维持液态源的温度，其包括：

23、支撑柱05-5，其下端卡设于罐体02的底部限位槽内；

24、加热底板05-2，用于安装若干独立的加热丝05-3，其与支撑柱05-5可拆卸连接，其在需要加热的表面开设有用于安装加热丝05-3的弧形槽；

25、每根所述加热丝05-3，均绕行若干圈后，其末端集成于过线真空法兰05-1引出；每根加热丝05-3均形成一个独立温区；

26、若干热电偶05-6，用于测量加热底板05-2的温度，热电偶与温区相一一对应，其感应端均与加热底板05-2接触，其末端均集成于过线真空法兰05-1引出；

27、所述过线真空法兰05-1安装于罐体02且与罐体盖板10形成密封。

28、优选地，所述加热底板05-2为导热金属板，其背面设置环形镜面反射板05-7，所述镜面发射板05-7用于将热量反射至加热底板05-2上方区域液面，以减少热量向四周辐射损失，提高液态源的加热效率；

29、所述镜面反射板05-7的背面与支撑销轴05-4螺纹连接，支撑销轴05-4的下端穿过镜面发射板05-7，其穿出段安装有开口销为镜面反射板05-7限位。

30、优选地，罐体盖板10上安装内置热电偶03，其伸入罐体02中液态源的内部，用于测量液态源的温度。

31、一种晶圆镀膜用液态源蒸发方法，包括以下步骤：

32、通过进气单元01持续向罐体02内补充恒压工艺载气、补液单元07持续向罐体02内补充液态源；

33、气体沿着锥形管08-3向上喷出，导流罩08-2上连通夹层空间08-7和罐体02内部的流道08-4，将罐体02内的液态源引流至夹层空间08-7；

34、气体沿着锥形管08-3向上喷出过程中，气体的流速逐渐增大，到达小端时气体流速达到最大值，载气最终经过锥形管08-3上的出气孔08-8喷出；

35、出气孔08-8处产生负压，使液态源沿着夹层空间08-7向上，最终经夹层空间08-7的上端快速喷出并撞击其上安装的阻流柱08-1；

36、在高速撞击下向四周飞向的液态源变成气态分子，随载气一起从排气口04排出。

37、与现有技术相比，本发明的优点为：

38、1、罐体内设置有主动液体蒸发装置，即蒸发单元，大幅提高液态源的蒸发效率，以及气态源在载气中的占比，从而提高了镀膜工艺稳定性及膜层质量。

39、2、稳流单元能有效控制补液过程中的液体流动冲击，有效避免了因补液过程造成的源瓶温度的波动，以及液面的冲击晃动造成源瓶内液位计信号的误触发；同时有效防止罐体底部源残杂流向厂务集中供液系统。

40、3、罐体内设置间接电阻加热系统，即加热单元，设置多个独立温区，每个温区单独设置并相对应一个热电偶；通过温控系统内部pid参数的调节保证温度稳定阶段不同温区温度差不大于0.5℃，从而保证了源液温度均匀性和稳定性，并不随外部因素产生变化能有效精准的对液体的温度变化进行补偿。

41、4、液位计位于罐体内u型钣金与罐体内壁焊接的柱装空间内，保证了液位计免受液面的冲击晃动造成源瓶内液位计信号的误触发有效避免了因液位波动造成信号的误触发。

42、5、罐体外壁采用特殊保温材料,大幅减少了罐体与外界的热交换，降低了能耗；

43、6、温控开关的设计使得该装置具有双重安全过热保护功能。

44、7、整体结构简单紧凑，安装方便，加工制造成本低。