专利名称：用于挥发性/热敏感固体和液体化合物的蒸发器/输送容器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种蒸发器，更具体地说，本发明涉及一种蒸发器和输送系统，其具有多个延长井以提供增加的表面积用以蒸发液体和固体物料，例如，在离子注入和化学蒸气沉积工艺中使用的液体和固体源试剂。
背景技术：
在制造集成电路中，发展了许多的工艺，其需要将离子束施加到半导体晶片上。这些工艺包括离子注入、离子束研磨和反应性蚀刻。
离子注入已成为一种标准接受的半导体工业中使用的技术，用于集成电路中使用的工件例如硅晶片的杂质掺杂。常规的离子注入系统包括离子源，其中掺杂元素被离子化，然后随后被加速以形成导向注入工件表面的离子束。掺杂的源材料可以液体或固体提供，取决于其化学和物理性质。当使用固体掺杂材料时，通常置于蒸发器内被加热，随后形成的蒸气输送进入到离子源的内部进行离子化。
用于制造集成电路的典型的源材料包括硼(B)、磷(P)、镓(Ga)、铟(In)、锑(Sb)和砷(As)。出于安全的理由非常优选固体离子源材料，但是固体的半导体掺杂剂存在严重的技术和操作问题。例如，在蒸发器中利用固体前体材料引起加工设备长时间的停工，产品质量变差，在蒸发器和离子源内沉积物聚集。
现有技术的蒸发器系统具有许多的缺点，包括蒸发器内冷凝物料的聚集，及由于其中缺乏均一的加热导致的蒸发器内部“冷点”的形成。在蒸发器系统中不希望沉积物聚集的加剧，所述的系统需要用于转动单个源材料的管式瓶和/或井的内部移动表面。在蒸发器内这样的内部机械装置引入了另外的“冷点”，使蒸发的物料进一步地沉积。另外，由于在内部移动机械装置上沉积物的聚集，这些蒸发器的操作没有效率或不可靠。现有技术蒸发器的缺点对于固体源材料特别的明显，即对温度敏感和蒸气压低。因此，很难使固体以控制的速度进行蒸发以使蒸发固体材料的可再生流被输送到下游沉积体统中或加工设备中。
对于半导体基质的硼掺杂，癸硼烷是极其有利的源材料，由于一经离子化，该化合物可提供含有十个硼原子的分子离子。这样的源材料特别适合于高剂量/低能量的用于形成浅结合的掺杂工艺，因为分子癸硼烷离子束可注入10倍于目前的单硼离子束每单位的硼剂量。
但是，癸硼烷的蒸气压低，而且热敏感，因此在现有技术的蒸发器中不能完全成功地进行蒸发。在现有技术中的蒸发器中癸硼烷往往在“冷点”处冷凝，然后热分解，因此引起内部移动机械装置上沉积物的聚集和/或到达离子源室可输送的癸硼烷蒸气流的减少。
因此，现有技术中需要这样一种蒸发器系统，其可高效地蒸发器固体和液体化合物源，而没有现有技术的缺点，例如源材料的热分解，由于蒸发器内部沉积物的聚集导致的内部移动部件或表面的不可操作性，由于蒸发器内的“冷点”引起的低蒸气压力化合物的冷凝，和/或到达下游沉积系统的蒸气流的不一致。
发明内容
本发明涉及一种蒸发器系统和用于蒸发固体和液体化合物源的方法。这样的系统和方法对于半导体加工应用中具有特定的用途。
本发明的系统和方法可在蒸发器系统内提供均一的加热，减少低蒸气压蒸发的固体前体的冷凝，而且可使蒸发器内的“冷点”减少到最小，因此使蒸气流连续流动到达下游的沉积系统中。
在一个方面，本发明涉及一种不含内部移动或旋转表面的蒸发器，因此其可均一地加热源材料以进行蒸发。
在另一个方面，本发明涉及一种蒸发和输送蒸发的源材料连续流的方法，包括通过同时加热多个延长的井以提供增加量和流动的蒸发材料。
在本发明的又一个方面，本发明涉及一种蒸发器系统，其可提供达到包括Freeman和Bernas型设备离子源的连续的蒸气流。
在本发明的再一个方面，本发明涉及引入一种用于蒸发的源材料，而不使用机械断裂源材料管式瓶的内部机械装置。
根据本发明的一个方面，提供一种包括具有其中用于放置蒸气源材料多个延长井的导热块的蒸发器。在导热块内是与多个延长井连接而连通的内部空隙。密封导热块以形成密闭的容器，将热施加到其上以同时而且均一地加热内部空隙和延长井以蒸发源材料。
在密封蒸发器内的温度和压力通过温度调节装置进行控制。蒸发的源材料在至少内部空隙中聚集，通过与下游沉积系统连接连通的出口释放。这种沉积系统可包括但不限制于等离子体掺杂系统、离子注入系统、化学和金属蒸气沉积系统等。
在蒸发器系统的一个实施方式中，延长井是圆柱形的构造，并提供足够的数量以提供接触源材料相应的另外的表面积，以产生相应的增加量的蒸发的源材料。
在另外一个方面，本发明涉及一种蒸发源材料的方法，包括如下的步骤将源材料引入导热块中的多个延长井中，多个延长井与导热块内的空隙连接连通用于聚集蒸发的源材料；密封导热块以在多个井和内部空间内形成密封的蒸发器和/或真空；给导热块施加热以加热延长井而且同时蒸发其中的源材料；及将蒸发的源材料输送到连接连通的沉积系统。
从随后的公开和所附的权利要求书本发明的其他方面和实施方式更加完全地显而易见。
附图简述
图1、本发明一个实施方式的蒸发器的侧视图。
图2、本发明的导热块中形成的多个延长井的顶视图。
图3、图2导热块的透视图。
图4、本发明说明性实施方式的加热组件和控制设备的接线图。
本发明的详细描述和其优选的实施方式本发明基于这样的观察，即在蒸发器系统中，由于蒸发器内的“冷点”引起其中蒸气的冷凝，使用的特定源材料不能以足够的量充分地蒸发以给下游沉积设备提供连续的蒸气流。
根据示意于图1中的本发明一个实施方式的蒸发器，克服了现有技术蒸发器的缺点。导热块14，由如下适当的导热材料制造，例如银、银合金、铜、铜合金、铝、铝合金、铅、复合镍、不锈钢、石墨和/或陶瓷材料，其中具有螺旋钻孔的多个延长井12。将源材料16引入到延长井中用于与延长井内部侧壁直接接触。
导热块14还包括与延长井12连接连通的内部空隙18。通过位于传导块外表面上的加热装置20加热导热块以提供足够的热量以保证基本上所有的延长井的内表面都被基本上同时而且均一地加热。
蒸发的物料流通过导管24、通过关闭阀26(位于打开位置)进入沉积系统28，其中蒸发的物料可被注入在或沉积在接受基质上。优选加热导管24和关闭阀26以保证蒸气的连续流，而使其中蒸发物料的冷凝量或沉积量最小。另外，输送系统使用加热的质量流量或压力控制器以更准确地提供适当的工艺要求的流速。
导热块14，形成了其中的内部顶部空间18和延长井12，由适当的传导材料形成，优选由铝或铜制造，因为这些金属具有高的导热性。除了延长井的钻孔，内部顶部空间18也从块中钻出孔。优选，传导块的内部体积为约120cm3～约200cm3，更优选为约140cm3～约170cm3。传导块的内部体积被分为内部空隙和延长井，优选井的内部体积为约1/3～约1/2传导块的内部体积。在一个说明性的实施方式中，传导块的内部体积为约160cm3，延长井结合的内部体积为约60cm3。
延长井12可具有任何适当的构造，优选通常为圆柱构造，如图2和3示意。延长井在传导块中要充分间隔以在井侧壁之间提供足够量的传导材料以保证在所有的延长井中均一加热。优选，井的内径为约3mm～约8mm，更优选为约4mm～约6mm。多个延长井急剧地降低了与源材料接触的表面积，因此，在每单位时间内更多的源材料可被蒸发。
有利的是，延长井是固定的，不置于任何移动表面或其他转变的表面上，因此使每一个延长井整个长度与导热块直接接触。同样重要的是，蒸发器内“冷点”的减少(相对现有技术的蒸发器)，因为蒸发器的整个内部体积被同时加热。蒸发器内“冷点”的减少可基本上消除同时驻留在蒸发器内蒸气物料的沉积或冷凝。另外，本发明的蒸发器使用简单的设备，不包括现有技术蒸发器中产生问题沉积表面的转动或注入机械装置。
源材料16被引入到延长井中，之后用密封盖22密封蒸发器。可有利的是本发明描述的蒸发器系统可使用固体和液体源材料。优选，源材料是这种一种固体，包括例如癸硼烷、硼、镓、铟、锑、磷、砷、锂、四氟硼酸钠等的固体盐，及其混合物。
作为源材料使用的固体通过加热传导块壁实现的生华方法进行蒸发。升华方法使固体例如癸硼烷从固态转变为蒸气状态，而不经过中间的液态。本发明可有效用于任何适当的固体源材料例如这样的固体材料，特征在于升华温度为约20℃～约150℃，蒸气压力为约10-2乇～约103乇。
通过任何的热调节系统可控制蒸发器内的温度，包括单不限制于构造和布置用于控制温度操作的电热丝式加热器、辐射加热器、循环流体加热器、电阻加热系统、感应加热系统等。
在一个优选的实施方式中，至少一个电阻器20，优选至少四个电阻器(电阻加热组件)布置于传导块的垂直外表面上以提供足够的热量以蒸发封闭的物料，并在传导块整个体积内提供一致的温度。
而且，电阻器可位于关闭阀26上以保证导管24和关闭阀保持在一定的温度，所述的温度可减少蒸发器和沉积系统28之间阀或流动管线中蒸气的沉积。本领域的普通技术人员能够调节蒸发器的温度以实现对于每一种具体源材料最好的结果。
传导块内的温度通过热电偶30或电热调节器或其他适合的用于接触导热块表面的温度感应接头或设备进行测量。因此，系统可布置为如图所示，包括控制温度的设备，用于通过热电偶30得到来自传导块的输入温度和输出给电阻器20的控制信号，这样加热传导块并保持在适当的温度，与图4中的接线图一致。
在另外的实施方式中，传导块包括一个设置的窗口以确定蒸发器中的内容物。适当的材料包括透明的具有足够导热性的材料以使窗口上的冷凝和沉积减少到最小的材料，例如金刚石、蓝宝石、碳化硅、透明的陶瓷材料等。
本发明的使用蒸发器系统的方法包括将源材料16引入到导热块14中的延长井12中。密封盖22和关闭阀26优选制造为一个片，位于传导块的顶部，优选地密封到其上，例如通过O形环组件和机械紧固件例如螺丝钉23。使用电阻器20，内部温度升高到可蒸发封闭源材料足够的温度。打开阀26以将蒸发的物料输送到沉积装置28，所述的阀具有约2mm～约10mm直径的开孔。
参考如下具体非限制性实施例进一步说明本发明。
实施例1将癸硼烷引入到本发明构造的蒸发器中。将蒸发器加热到不同的温度，关闭阀内使用不同的开孔尺寸以确定优化的可持续的癸硼烷流速到达下游的沉积或注入系统中。最大可实现的流速列于表1中(在表中列出的温度是蒸发器的温度)表1
上述结果表明根据本发明的教导蒸发的癸硼烷可提供随开孔尺寸增加持续而且连续的流动。多个延长井提供了与有效的源材料接触增加的表面积，产生了相应增加量的蒸发的源材料到达下游沉积或注入系统中。
尽管参考说明性的实施例和特征以各种方式公开了本发明，但应理解本发明描述的实施方式和特征并非意欲限制本发明，对于本领域的普通技术人员而言已经暗示它们具有其他的变化、修饰和其他的实施方式。因此本发明应从广义上进行解释，与以下描述的权利要求一致。
权利要求
1.一种蒸发器，包括导热块，所述的导热块具有其中形成的多个非移动延长井，用于放置蒸气源材料，所述的多个延长井与导热块内部空间连接连通用于蒸气的聚集；一种装置，用于将热施加到导热块内的多个延长井；一种装置，用于密封导热块；及出口，用于排出蒸发器中形成的蒸气。
2.如权利要求1的蒸发器，还包括控制机械装置，用于控制由于施加热产生的温度。
3.如权利要求1的蒸发器，含有液体源材料。
4.如权利要求1的蒸发器，含有固体源材料。
5.如权利要求1的蒸发器，含有癸硼烷。
6.如权利要求1的蒸发器，其中在导热块中形成至少四个延长井。
7.如权利要求1的蒸发器，其中用于给导热块加热的装置包括至少一个电阻加热组件。
8.如权利要求1的蒸发器，其中导热块的每一个壁具有至少一个连接到其上的电阻加热组件。
9.如权利要求1的蒸发器，其中控制温度的装置包括热电偶。
10.如权利要求6的蒸发器，其中这样布置控制温度的装置以使块保持在足够的温度以蒸发源材料。
11.如权利要求1的蒸发器，其中导热块由铝或铝合金制造。
12.如权利要求6的蒸发器，其中导热块的内部体积为约160cm3。
13.如权利要求12的蒸发器，其中多个延长井构成的内部体积为约60cm3。
14.如权利要求1的蒸发器，其中导热块被均一地加热，因此减少了延长井和内部空间内的冷点。
15.一种蒸发源材料的方法，包括如下步骤将源材料引入到导热块中形成的多个延长井中，多个延长井与导热块内的内部空间连接连通用于聚集蒸发的源材料；密封导热块以在多个井和内部空间内形成真空；给导热块施加热以同时加热延长井并蒸发其中的源材料以形成源材料蒸气；及将源材料蒸气输送到沉积系统中。
16.如权利要求15的方法，其中沉积系统包括选自离子注入装置、化学蒸气沉积装置和金属有机化学蒸气沉积装置的工艺装置。
17.如权利要求15的方法，还包括控制通过施加热的步骤产生的温度。
18.如权利要求15的方法，其中源材料是液体或固体。
19.如权利要求15的方法，其中源材料含有癸硼烷。
20.如权利要求15的方法，其中在导热块中形成至少四个延长井。
21.如权利要求15的方法，其中施加热的步骤包括电阻方式加热导热块。
22.如权利要求15的方法，其中将导热块内的温度保持在足够的温度以蒸发源材料。
23.如权利要求15的方法，其中导热块由铝或铝合金制造。
24.如权利要求15的方法，其中导热块被均一地加热，因此减少了延长井和内部空间内的冷点。
25.一种蒸发和沉积系统，包括蒸发器，包括导热块，所述的导热块具有其中形成的多个固定的延长井用于放置蒸气源材料，所述的多个延长井与导热块内的内部空间连接连通用于蒸气的聚集；给导热块施加热以蒸发源材料的装置；用于密封导热块的装置；用于从蒸发器排出蒸发的源材料的出口；及与出口以蒸气流动连通结合的沉积系统。
26.如权利要求25的系统，其中源材料直接与延长井内表面接触。
全文摘要
一种在蒸发器系统内均一加热条件下，用于蒸发固体和/或液体化学源材料的蒸发器系统，在蒸发器内减少蒸发源材料的冷凝，而且使“冷点”最小化，以提供基本上连续的蒸气流到达下游注入或沉积(如MOCVD)系统。蒸发器包括导热块，所述的导热块具有其中形成的多个延长井以持留蒸气源材料。在导热块内是与延长井连通的内部体积。密封所述的导热块以形成封闭的容器，向其中加热以同时均一地加热所有延长井并蒸发其中的源材料。
文档编号H01L21/02GK1606632SQ02825485
公开日2005年4月13日 申请日期2002年11月21日 优先权日2001年12月18日
发明者马修·B·多纳图奇, 王录平, 詹姆斯·迈尔 申请人:高级技术材料公司