用于輸送前體材料的容器和方法

用于輸送前體材料的容器和方法
【專利摘要】本文公開了一種容器，其用于利用載氣從包含在所述容器內的前體材料輸送含有前體的流體流。所述容器限定分段為上空間和下空間的內部空間，所述上空間與所述下空間流體連通，所述下空間包含基本上所有所述前體材料并通過分隔體與所述上空間分隔開。所述容器包括從入口端口延伸通過所述分隔體、具有遠端并且沿所述容器的底部內壁延伸的擴散管，所述遠端具有多個形成于其中的開口。
【專利說明】用于輸送前體材料的容器和方法
[0001] 相關專利申請的交叉引用
[0002] 本專利申請要求2015年4月18日提交的美國臨時專利申請序列號62/149548的權 益。
[圓]發明背景
[0004] 電子器件制造工業需要各種化學物質作為原材料或前體來制造集成電路和其他 電子器件。沉積工藝如化學氣相沉積(CVD)和原子層沉積(ALD)工藝用于半導體器件制造過 程中的一個或多個步驟中W在襯底表面上形成一個或多個薄膜或涂層。在典型的CVD或ALD 工藝中，將可能為固相或液相的前體源輸送到具有包含于其中的一個或多個襯底的反應腔 室，在其中前體在一定條件(如溫度或壓力）下反應W在襯底表面上形成涂層或薄膜。
[0005] 存在若干公認的技術W將前體蒸氣供應到處理腔室。一種工藝將液體前體W液體 形式供應到處理腔室，通過液體質量流量控制器(LMFC)控制流速，然后前體在使用位點處 通過氣化器蒸發。第二種工藝包括通過加熱蒸發液體前體和產生的蒸氣W通過質量流量控 制器(MFC)控制的流速供應到腔室。第=種工藝包括將載氣向上鼓泡通過液體前體。第四種 工藝包括使載氣能夠在包含于罐中的前體的表面上流過并將前體蒸氣帶出該罐和隨后帶 到處理設備處。運第=種工藝(通過升華輸送來自固體前體的化學物質蒸氣)是本發明的主 題。
[0006] 與通過升華輸送來自固體前體的化學物質蒸氣的常規容器相關的一個挑戰是難 W獲得前體的高利用率。換句話說，當將容器停止使用W清潔和再填充時，難W最小化遺留 在容器中的前體量。該問題的一個原因是，在常規的固體源容器中，前體表面與用于循環載 氣的入口和出口之間的距離W及載氣在其中與前體蒸氣接觸的區域的體積隨著前體的耗 盡而增大。
[0007] 已嘗試提高前體利用率，包括更均一地加熱前體腔室和改善載氣循環。雖然運些 努力已經導致前體利用率的改善，但實現運些改善所需的結構可使得容器更難W清潔，因 而有必要進一步提高前體的利用。
[000引發明概述
[0009] 本概述被提供W引入簡化形式的精選要點，其在下文【具體實施方式】中進一步描 述。本概述不旨在確定所要求保護的主題的關鍵特征或必要特征，也不旨在用于限制所要 求保護的主題的范圍。
[0010] 所描述的實施方式，如下文描述并且由隨附的權利要求所限定的，包括對在用于 將含有前體的流體流輸送到沉積工藝的容器中前體利用率的改善，W及簡化該容器的清潔 和再填充。公開的實施方式通過提供一種構造來滿足本領域的需要，該構造允許載氣在容 器底部附近輸送，向上流動通過前體材料，并且在輸送到容器外之前穿過過濾盤(filter disk)。另外，所述容器包括使供應（裝料）端口能夠繞過（bypass)所述過濾盤的肩部分 (shoulder portion)。
[0011] 此外，本發明的系統和方法的若干具體方面概述如下。
[0012] 方面1: 一種容器，其用于利用載氣從包含在所述容器內的前體材料輸送含有前體 的流體流，所述容器包含：
[0013] 分段為上空間和下空間的內部空間（interior volume)，所述下空間包含基本上 所有所述前體材料；
[0014] 限定所述上空間的至少一部分的蓋子；
[0015] 具有上端的側壁，該上端包含上邊緣(upper lip)和上開口，其中所述上邊緣的至 少一部分接觸所述蓋子；
[0016] 限定所述下空間的一部分的基部(base),所述基部包括限定所述下空間的下端的 內部底表面，所述內部底表面具有內部底表面形狀；
[0017] 位于所述側壁的上端處的分隔體，所述分隔體插置于所述蓋子和所述側壁之間并 且跨越所述上開口，所述分隔體由多孔材料形成并且具有形成于其中的第一孔隙 (aperture)；
[0018] 入口，其穿過所述蓋子并與所述內部空間流體連通，所述入口具有從所述蓋子延 伸至所述分隔體的體部，所述體部、所述分隔體和所述蓋子限定在所述體部之外、所述蓋子 之內W及所述分隔體之上的出口腔室；
[0019] 擴散管（difTuser化be),其具有與所述入口流體連通的近端W及位于所述下空 間內的遠端，所述遠端包含噴嘴部分，所述噴嘴部分具有多個形成于其中的開口 W及具有 噴嘴部分形狀；W及
[0020] 出口，其穿過所述蓋子并與所述內部空間流體連通，所述出口具有至少一個開口， 所述至少一個開口各自位于所述出口腔室內；
[0021] 其中所述分隔體和入口在操作上配置為防止除通過所述分隔體之外的、從所述下 空間到所述出口腔室的流連通。
[0022] 方面2:方面1的容器，其中所述分隔體的多孔材料對于粒徑為至少0.7WI1的顆粒的 過濾效率至少為90 %。
[0023] 方面3:方面1-2任一項的容器，其中所述分隔體的多孔材料對于粒徑為至少0.7皿 的顆粒的過濾效率至少為99.9%。
[0024] 方面4:方面1-3任一項的容器，其還包含裝料端口（fi 11 pod )，所述裝料端口穿 過所述蓋子并終止于在所述下空間內沿所述側壁定位的溜槽(chute),所述裝料端口與所 述內部空間流體連通并且繞過所述分隔體。
[0025] 方面5:方面4的容器，其中所述下空間的下部半徑（lower radius)大于所述側壁 的上邊緣的上部半徑(upper radius)，從而限定所述側壁的肩部分。
[00%]方面6:方面5的容器，其中所述下部半徑比所述上部半徑大至少20%。
[0027]方面7:方面5-6任一項的容器，其中所述溜槽位于肩部分中。
[00%]方面8:方面1-7任一項的容器，其中所述噴嘴部分形狀與所述內部底表面形狀基 本上相同。
[0029] 方面9:方面1-8任一項的容器，其中所述噴嘴部分形狀和所述內部底表面形狀都 是凹面的。
[0030] 方面10:方面1-9任一項的容器，其中所述第一孔隙與所述分隔體的中屯、線重疊。
[0031] 方面11:方面1-10任一項的容器，其中所述入口還包含位于所述分隔體下方的連 接器，所述擴散管附接于所述連接器并且可從所述連接器脫離。
[0032] 方面12:方面1-11任一項的容器，其中所述體部還包含法蘭，所述法蘭的尺寸和位 置使得在所述法蘭和所述分隔體之間形成密封，從而防止從所述下空間通過所述第一孔隙 到所述出口腔室的流連通。
[0033] 方面13: -種容器，其用于利用載氣從包含在所述容器內的固體前體材料輸送含 有前體的流體流，所述容器包含：
[0034] 蓋子、具有與所述蓋子接觸的上端的側壁、W及包括內部底表面的基部，所述蓋 子、側壁和基部限定內部空間，所述內部底表面具有凹面形狀；
[0035] 裝料端口，其穿過所述蓋子并與所述內部空間流體連通；
[0036] 入口，其穿過所述蓋子并與所述內部空間流體連通；
[0037] 擴散管，其與所述入口流體連通并位于所述內部空間中，所述擴散管具有近端和 遠端，所述遠端包含具有多個形成于其中的開口的噴嘴部分，所述噴嘴部分具有非線性的 噴嘴部分形狀；W及
[0038] 出口，其穿過所述蓋子并與所述內部空間流體連通，所述出口具有至少一個其上 具有過濾器的開口。
[0039] 方面14:方面13的容器，其中所述內部底表面具有部分楠球形形狀。
[0040] 方面15:方面13-14任一項的容器，其中所述噴嘴部分形狀與位于所述遠端下方的 內部底表面的一部分在形狀上互補(comp 1 imentary)。
[0041] 方面16:方面13-15任一項的容器，其中所述內部底表面和所述側壁在下肩部 (lower shoulder)會合，并且所述噴嘴部分位于所述下肩部W下。
[0042] 方面17:方面13-16任一項的容器，其中所述入口還包括連接器，所述連接器位于 所述內部空間內并且附接于所述擴散管的近端。
[0043] 方面18: -種方法，其包括：
[0044] (a)提供方面1的容器；
[0045] (b)用所述前體材料至少部分地填充所述下空間；
[0046] (C)通過在步驟(C)開始時浸沒在所述前體材料中的噴嘴供應載氣；W及
[0047] (d)將含有前體的流體流從所述出口移除。
[004引方面19:方面18的方法，其還包括：
[0049] (e)在進行步驟(b)至(d)的任一步驟之前，組裝所述蓋子、側壁和基部；
[0050] 其中步驟(b)還包括利用所述裝料端口 W所述前體材料至少部分地填充所述下空 間而不從所述側壁移除所述蓋子。
[0化1] 方面20:方面18-19任一項的方法，其還包括：
[0052] (f)在進行步驟(b)至(e)之后，清潔所述下空間而不從所述側壁移除所述蓋子。
[0053] 方面21:方面18-20任一項的方法，其中步驟(b)還包括：
[0054] (b)用所述前體材料至少部分地填充所述下空間，所述前體材料選自：氯化給 化fCU)、氯化錯（Zr(n4)、氯化粗巧日(：15)、1〇(：15、胖(：16、胖(：15、胖0(：14、抓(：15、^氯化銅、^氯化 侶、S氯化嫁、艦化鐵、六幾基鶴、六幾基鋼、癸棚燒、含有烷基脈基(amidinate)配體的前 體、如叔下醇錯（Zr(t-0Bu)4)、四（二乙基氨基）錯（Zr(肥t2)4)、四（二乙基氨基）給化f (肥t2)4)、四（二甲基氨基)鐵(TDMAT)、叔下基亞氨基S(二乙基氨基)粗(TBTDET)、五(二甲 基氨基)粗(PDMAT)、五化基甲基氨基)粗(PEMAT)、四（二甲基氨基)錯(Zr(醒62)4)、叔下醇 給化f (t-OBu) 4)的前體、及其混合物。
[0055] 方面22:方面18-21任一項的方法，其中步驟(b)還包括：
[0056] (b)用所述前體材料至少部分地填充所述下空間，所述前體材料選自：氯化粗、W 及六氯化鶴和五氯化鶴的混合物。
【附圖說明】
[0057] 本發明的實施方式將在下文結合隨附的附圖進行描述，其中相同的數字表示相同 的元件。
[0058] 圖1是本發明容器的第一實施方式的側透視圖；
[0059] 圖2是本發明容器的第一實施方式沿圖1的線2-2截取的截面圖；
[0060] 圖3是本發明容器的第一實施方式沿圖1的線3-3截取的透視側截面圖；
[0061 ]圖4是本發明容器的第二實施方式的側截面圖；
[0062] 圖5是本發明容器的第二實施方式的部分透視圖，所示不含基部部分并且從底部 看；
[0063] 圖6是本發明容器的第=實施方式的側截面圖；
[0064] 圖7是本發明容器的第=實施方式的部分透視圖，所示不含基部部分并且從底部 看；
[0065] 圖8是本發明容器的第四實施方式的部分透視圖，所示不含基部部分并且從底部 看；
[0066] 圖9是本發明容器的第四實施方式的側截面圖；和
[0067] 圖10是顯示將本發明容器的與現有技術容器的前體遞送速率相比較的試驗結果 的圖表。
【具體實施方式】
[0068] 下文的詳細描述僅提供優選的示例性實施方式，而不旨在限制本發明的范圍、適 用性或構造。相反，下文對優選示例性實施方式的詳細描述將向本領域技術人員提供使得 能夠實施本發明優選示例性實施方式的描述。可對元件的功能和排列作出各種改變而不背 離隨附權利要求書中所述的本發明的精神和范圍。
[0069] 在附圖中，與本發明其它實施方式的那些元件相似的元件通過增加值100的標記 數字表示。除非本文另有說明和/或描述，運樣的元件應視為具有相同的功能和特征，并且 因此對該元件的論述可不在多個實施方式中重復。例如，圖1中的入口端口 b對應于圖4中的 入口端口 206。
[0070] 本說明書和權利要求書中使用的術語"導管konduitr指的是流體可通過其在系 統的兩個或更多個部件之間輸送的一個或多個結構。例如，導管可W包括輸送液體、蒸氣 和/或氣體的管線（pipe)、管道(duct)、通道(passageway)及其組合。
[0071 ] 本說明書和權利要求書中使用的術語"流連通(f 1OW communi cation r指的是兩 個或更多個部件之間的連接性的特性，其使得液體、蒸氣和/或氣體能夠W受控方式（即，沒 有泄漏)在所述部件之間輸送。將兩個或更多個部件偶聯使得它們彼此流連通可W包括本 領域已知的任何合適的方法，例如使用焊接、帶法蘭的導管、墊片和螺栓。兩個或更多個部 件還可w經由可w分隔它們的其他系統部件偶聯在一起。
[0072] 為了便于描述本發明，本說明書和權利要求書中可W使用指向性術語W描述本發 明的部分(例如，上、下、左、右等）。運些指向性術語僅僅旨在幫助描述和要求本發明，而不 旨在W任何方式限制本發明。另外，說明書中引入的與附圖相關聯的標記數字可在一個或 多個后面的附圖中重復而不在說明書中額外說明來為其他特征提供背景。
[0073] 本文公開了用于前體材料(特別是固體前體)氣化的容器W及包括該容器的方法。 該容器通常由具有限定內部空間W容納前體材料的基部、蓋子和側壁的容器構造。在施加 熱量后，前體材料可從固相和/或液相轉變為其氣相。前體材料可W是固體和/或液體。可用 于所述容器中的前體材料的例子包括，但不限于，二甲基阱、氯化給（HfCU)、氯化錯 (化 C14)、氯化粗巧3(：15)、1〇(：15、￥(：16、￥(：15、￥0(：14、抓(：15、；氯化銅、；氯化侶、；氯化嫁、艦 化鐵、六幾基鶴、六幾基鋼、癸棚燒、含有烷基脈基配體的前體、如叔下醇錯(Zr(t-0Bu)4)、 四（二乙基氨基）錯（Zr (肥t2)4)、四（二乙基氨基）給（Hf (肥t2)4)、四（二甲基氨基）鐵 (TDMAT)、叔下基亞氨基S(二乙基氨基)粗(TBTDET)、五（二甲基氨基)粗(PDMAT)、五（乙基 甲基氨基)粗(PEMAT)、四（二甲基氨基)錯(Zr(醒62)4)和叔下醇給化f(t-0Bu)4)的前體、及 其混合物。
[0074] 在一個實施方式中，惰性載氣諸如，例如氮、氨、氮、氣或其它氣體，流動通過內部 空間并且與前體材料的氣相合并W提供含有前體的氣體流。在另一個實施方式中，可使用 真空(單獨或與惰性氣體結合）W從容器抽取含有前體的氣體流。然后可將含有前體的氣體 流輸送到下游生產設備諸如，例如用于沉積的反應腔室。容器可提供含有前體的氣體流的 連續流而同時避免"冷點（cold spot)"或者可歸因于包含于其中的蒸氣的冷凝的其它問 題。容器還可提供一致的且可再現的流速，其對于多種制造工藝而言可能是有利的。
[00巧]參考圖1，容器101具有蓋子部分117、基部部分118、入口端口 106、出口端口 108、和 供應端口（service po;rt)110(本文還稱作裝料端口）。盡管在該實施方式中，容器101在形 狀上基本上為圓柱形、具有單一側壁119和基本上平的底部外壁120,但應理解，容器101具 有其它形狀，例如空屯、方塊形或球形。
[0076] 參考圖2,容器101限定前體腔室116W容納前體材料(未顯示）。蓋子部分117、基部 部分118和分隔體142可由金屬或其它能夠耐受容器101的操作溫度的材料構造。在一些實 施方式中，蓋子部分117的至少一部分和基部部分118對于包含于其中的前體材料可W是化 學上非反應性的。在運些或替代實施方式中，蓋子部分117、基部部分118和側壁119的至少 一部分可W是導熱的。用于蓋子部分117、基部部分118和側壁119的示例性金屬包括不誘 鋼、儀合金（例如Has1；ell〇y''。合金，由化ynes International，Inc.制造）、鐵、銘、錯、蒙乃 爾（monel)、不透性石墨、鋼、鉆、陽極化侶、侶合金、銀、銀合金、銅、銅合金、鉛、包儀鋼 (nickel clad steel)、石墨、陶瓷材料，滲雜或未滲雜的，或其組合。在一個實施方式中，與 前體接觸的表面的至少一部分可鍛覆有各種金屬，例如鐵、銘、銀、粗、金、銷、鐵和其它材 料，其中上述鍛覆材料可W是滲雜或未滲雜的W提高表面相容性。在運些實施方式中，所述 鍛覆材料對于包含于其中的前體材料可W是非反應性的。
[0077] 在一些實施方式中，例如圖1和2中描繪的那些，入口端口 106和出口端口 108可W 包括閥，其作用為控制流體進入和離開容器101的流。閥可W是手動的、自動的例如氣動的 等等，并且優選能夠在容器101的操作溫度下運行。在一些實施方式中，閥可W裝配有斷開 配件(disconnect fittings) W便于容器101從生產線移除。最小化入口端口 106和出口端 口 108管道(tubing)的彎曲的支架(未顯示)可支撐閥。另外，入口和出口管道可W用標準氣 密配件連接，例如由Swagelok Company of Cleveland,Ohio制造的VCR?配件，其用于連接 兩段單獨的管線。在一些實施方式中，出口端口 108可具有在線（in-line)設置在出口管道 上的一個或多個過濾器W從含有前體的流體流移除任何雜質或顆粒物質。過濾器可由對于 含有前體的流體流化學非反應性的并且具有足夠的粒徑W在含有前體的流體流通過時捕 集含有前體的流體流中的任何雜質或顆粒物質的多孔材料(未顯示)組成。
[0078] 容器101可進一步包含導熱護套，所述護套環繞容器101的至少一部分并且通過裝 配在凹陷處的緊固件保持，所述緊固件例如螺栓和螺母組合來提供適貼配合。導熱護套可 允許熱的均勻分布，并促進將熱傳導到包含在容器101的內部空間中的前體材料。所述護套 和緊固件可由允許護套在加熱時膨脹的不同材料構成。例如，護套可W由侶構成，而容器 101的側壁119可W由不誘鋼構成。
[0079] 容器101和包含于其中的前體材料優選被加熱到來自前體升華的蒸氣壓力為至少 2托(0.2化化），并且更優選至少10托（1.33k化）的溫度下。加熱可W通過各種裝置實現，包 括，但不限于，帶狀加熱器、福射加熱器、循環流體加熱器、電阻加熱系統、感應加熱系統或 其他可單獨或組合使用的裝置。運些加熱源相對于容器101可W是外部和/或內部的。在一 些實施方式中，整個容器101可被引入到爐或水浴中。在其他實施方式中，基部部分118可具 有一個或多個包含于其中的盒式(cartridge)加熱元件（未顯示）。加熱盒可在各種不同位 置插入容器101的內部空間中。再另外的實施方式可W采用一個或多個由射頻功率源操作 的感應加熱線圈。又另外的其它實施方式可W采用與載氣供應流體連通的加熱器，其在載 氣被引入容器101之前將載氣加熱到一定溫度。
[0080] 容器101還可W具有一個或多個熱電偶、熱敏電阻或其他可W監控容器101和包含 在其中的前體材料的溫度的溫度敏感裝置。該一個或多個熱電偶可位于基部部分118、蓋子 部分117、前體腔室116和/或容器的其它區域中。該一個或多個熱電偶或其它溫度敏感裝置 可連接到與加熱源電連通的控制器或計算機，W保持所述容器的前體腔室116和包含在其 中的化學物質中的均勻溫度。
[0081] 參考圖2,容器101包含基部部分118和蓋子部分117。蓋子部分117可通過一個或多 個緊固件117a例如螺絲或銷釘(參見圖1)緊固到基部部分118上。蓋子部分117和基部部分 118之間的表面可通過密封件（seal)150密封W形成氣密密封。密封件150可W是封條、0形 環、墊片、嵌件等等，其可用于允許容器101保持真空或持續的壓力并且可由金屬或聚合物 材料構造。或者，蓋子部分117和/或基部部分118可對準或焊接到側壁119上W形成氣密或 耐壓密封而不需要密封件150。
[0082] 入口端口 106延伸通過蓋子部分117,經入口彎曲（inlet bend)114轉向，并連接到 體部131。體部131引導載氣通過分隔體142。體部131包括法蘭141，其經摩擦配合形成對分 隔體142的密封。體部131還包括在分隔體142下方延伸的連接器132。體部131延伸通過分隔 體142的中屯、的孔149,并且擴散管130在鄰近前體腔室116頂部的接合部136處連接于連接 器132。擴散管130具有線性的上部146(其從接近容器101的中屯、線123的點向下延伸進入前 體腔室116中）、彎曲148(其向外朝向側壁119彎曲）、第二線性部分158W及反向曲線162(其 反向朝向中屯、線123彎曲，并且然后平行于容器101的底壁120的內部底表面125延伸）。
[0083] 在擴散管130的末端140,噴嘴138包含多個噴嘴開口（孔）174,載氣通過其進入前 體腔室116。在該實施方式中，噴嘴開口 174優選直徑在0.001英寸(0.0025cm)和0.25英寸 (0.64cm)之間，并且大約40個噴嘴開口位于平行于容器101的內部底表面125延伸的擴散管 130的部分中。
[0084] 噴嘴開口 174優選橫跨容器101的內部底表面125均勻地分布W使得能夠實現最佳 的前體利用。優選噴嘴開口 174沿噴嘴138的側面(僅一側170在圖中可見)定位W將載氣流 引導入盡可能寬的前體行列（swath)中，使得分配器(distr化utor)不會在擴散管130正上 方隨前體的早期升華而快速地變成無覆蓋的。一旦擴散管130是無覆蓋的，則載氣中蒸氣的 飽和將快速減小，并且質量流的下降將導致工藝關停W將容器101替換為另一個滿的容器。 因此，為了延長容器101的使用時間和提高前體利用率，噴嘴開口 174優選沿開口 174所在的 擴散管130的部分均等地間隔，并且所述開口優選位于擴散管130的下半段中（即，擴散管 130的中屯、線W下）。
[0085] 作為提供多個噴嘴開口 174的替代方案，多個噴嘴開口 174所在的擴散管130的部 分可W替換為焊接或粘接在擴散管130端部的金屬燒結料(frit)。合適的燒結料的一個例 子是由Mott Corporation制造的31化型、系列1200的多孔不誘鋼杯。使用燒結料(過濾器） 代替噴嘴開口 174的一種益處是燒結料執行過濾功能并且防止前體材料被吸入擴散管130 或擴散管130上游的任何導管中。在容器101作為部件的系統的啟動過程中，擴散管130短暫 地抽真空并不是罕見的。
[0086] 載氣通過擴散管130的噴嘴138中的開口 174離開，并且通過固體前體顆粒床(未顯 示）向上移動。隨著載氣通過前體向上擴散，其與升華的前體混合并且在通過出口端口 108 離開容器101之前穿過分隔體(過濾盤)142。
[0087] 在第一實施方式中，提供分隔體142來防止未升華的前體與外流的（outgoing)含 有前體的流體流混合。圖2和3提供了分隔體142的圖示說明，所述分隔體142擱置在基部部 分118的上邊緣151上，并且起到將容器101的內部空間分割為上空間111(也稱為入口腔室） 和下空間116(也稱為前體腔室）的作用。分隔體142限定上空間111和下空間116之間的分界 線。
[0088] 分隔體可W是任何如上所述的平面分隔體，但一個實施方式可W是從厚度為 0.047英寸(0.12cm)，并且對于尺寸0.7WI1的顆粒具有99.9%的效率、對于尺寸0.35WI1的顆 粒具有99.0 %的效率和對于所有粒徑具有90 %的效率和具有2.0-2.甜g的起泡點的多孔片 材制造的3.9英寸(9.91 cm)直徑的31化不誘鋼過濾盤。
[0089] 取決于前體，可能需要阻止在外流的含有前體的流體流中的固體夾帶。在運些實 施方式中，容器101可進一步包括任選的不誘鋼過濾器239或燒結料(見圖4)，運可W防止未 升華的前體進入外流的含有前體的流體流。任選的不誘鋼燒結料的孔徑范圍可W是0.1到 100微米。任選的燒結料可W安裝在上空間111和/或外流的含有前體的流體的流體路徑中。 在某些實施方式中，過濾器安裝在出口端口 108上(參見，例如，圖4中過濾器239安裝在出口 端口 108上）。
[0090] 容器101的操作溫度可根據包含于其中的前體材料而變化，但通常范圍可W是約 25°C至約500°C，或約100°C至約300°C。所述容器的操作壓力的范圍可W是約2托至約1，000 托，或約0.1托至約200托。在許多應用中，壓力范圍10至200托是優選的。
[0091 ]在一個實施方式中，使用容器101的方法包括通過供應端口 110引入前體材料(例 如固體前體材料)并進入容器101的前體腔室116中。優選前體材料填充至它與擴散管130的 至少一部分產生連續接觸的點。更優選地，前體覆蓋擴散管130的噴嘴138。蓋子部分117和 基部部分118被緊固W提供耐壓密封或氣密的密封件150。
[0092] 加熱源，例如加熱盒，用于使前體材料達到升華溫度并形成前體氣體。惰性載氣通 過入口端口 106進入，移動通過擴散管130,并與前體氣體合并W形成含有前體的流體流。所 述含有前體的流體流穿過分隔體142和出口端口 108,并通過在線過濾器(未顯示巧Ij達下游 生產裝置，例如用于薄膜沉積的反應腔室。
[0093] 首先構建、清潔、吹掃、干燥和檢漏容器101是有益的。然后將固體前體顆粒通過重 力經由供應端口 110裝載。供應端口 110位于蓋子部分117上，并且供應端口溜槽在容器101 的肩部122處向下延伸到前體腔室中，其在分隔體142的周緣下方和外側。運允許前體的填 充和清潔或W其它方式供應或檢查容器101而不必移除蓋子部分117和拆卸體部131、分隔 體142和擴散管130。
[0094] 前體腔室116具有下部半徑127,其優選比鄰近分隔體142的上部半徑126大至少 10% (更優選大至少20%)。運一差異允許肩部122足夠厚W具有供應端口溜槽112,其繞過 分隔體142并與構架于其中的供應端口 110對準。
[00M]圖4示出容器201的第二實施方式的側截面圖，容器201是固體源前體的散裝容器 (bu化con化iner)。在該實施方式中，容器201的底壁220具有彎曲的內部底表面225。容器 201的側壁219在底肩部265處與彎曲的內部底表面225會合。在該實施方式中，內部底表面 225具有部分球形的形狀。該形狀使得容器201的壁219能夠比內部底表面225基本上是平面 時更薄(且因此更輕）。非平面內部底表面的益處還可W利用其他彎曲的形狀(例如部分楠 球形形狀)獲得。如本說明書和權利要求書中使用的，部分楠球形形狀的表面旨在指部分楠 球形和部分球形形狀二者。
[0096] 在該實施方式中，擴散管230鄰近于容器201的中屯、線223安裝，并且其向下朝向容 器201的內部底表面225延伸。擴散管230順著(follow)上彎曲248,中間的直部分(middle strai曲t portion)258朝向容器201的側壁219延伸并且順著下彎曲262向下沿容器201的 內部底表面225延伸。擴散管的噴嘴238順著容器201的內部底表面225的彎曲。噴嘴238上的 多個開口 274在容器201的底肩部265W下。噴嘴23的往著容器201的內部底表面225的最低點 277延伸。運導致高的前體利用率，意味著低百分比的前體遺留在容器201中。
[0097] 在該實施方式中，期望擴散管230的噴嘴238(也稱為遠端)順著在噴嘴238下方的 內部底表面225部分的形狀。因此，在該實施方式中，噴嘴238具有弓形形狀。
[0098] 容器201具有比第一實施方式更大的內部空間。由于該實施方式不具有限定下空 間和上空間的盤狀分隔體(參見圖2-3的142 )，所W容器201的整個內空間是前體空間216。
[0099] 圖5示出容器201的第二實施方式的蓋子部分217的底部透視圖。入口端口206延伸 通過蓋子部分217并通過連接器232與擴散管230連接。出口端口 208包含過濾器239并且延 伸通過蓋子部分217。供應端口溜槽212延伸通過蓋子部分217,允許在不移除蓋子或斷開任 何入口或出口管線的情況下填充前體。在該實施方式中，端口207和209被塞住并用于將額 外的結構支持連接到閥組件。
[0100] 圖6和7分別示出容器301的第=實施方式的側截面圖和底透視圖。在該實施方式 中，擴散管330遠離容器301的中屯、線323彎曲并且朝向內部底表面325延伸，從而形成底部 彎曲部分362。底部彎曲部分362基本上是水平的和環形形狀的，并且位于容器301的底肩部 365W 下。
[0101]圖8和9分別示出容器401的第四實施方式的蓋子部分417的底部透視圖和容器第 四實施方式的側截面圖。擴散管430遠離容器401的中屯、線423彎曲并且向下朝向容器401的 內部底表面延伸，從而與二次噴嘴彎曲475形成基本上水平的環，該二次噴嘴彎管475與大 體上水平的部分重疊。擴散管440的整個噴嘴438位于容器401的底肩部465W下。二次噴嘴 彎曲475沿著容器401的內部底表面的最低點477延伸。運導致前體的高利用率，其降低了生 產成本并減少了與將容器401替換為充滿前體的容器401相關聯的設備停機時間 (downtime)。
[。…。實施例
[0103] 為了展現本發明的優點，進行了兩個試驗。試驗1利用圖1-4所示的容器101進行， 其包括在彎曲的擴散管130上具有多個噴嘴開口 174(參見例如圖2)。試驗2利用美國專利 No.9,109,287中描述的現有技術容器進行，所述專利通過引用全文并入本文。該現有技術 容器具有終止于分隔體142之上的入口端口（即，未提供擴散管130)，但在其它方面與圖1-4 所示的容器101相同。運導致載氣只在分隔體142的上方被引入該容器的下部分中。
[0104] 兩個試驗都通過W下步驟進行:將1千克固體前體氯化粗(TaCls)引入容器內，然 后將該容器置于加熱到90°C的爐中、保持在80°C的侶板上。保持該溫度梯度W避免在分隔 體142上的固體冷凝。在試驗過程中，下游壓力保持在100托下，且氮氣載氣W10秒間隔脈 沖，在旁路和入口端口 106之間交替。試驗W四種不同的載氣流速250、500、750和1000標準 立方厘米/分鐘(seem)對每個容器重復。
[0105] 測量了兩個容器的氯化粗前體的輸送速率。利用Piezocon氣體濃度傳感器進行測 量，且結果示于圖10。如圖10所示，本發明的容器101提供了比現有技術容器更高（高達六 倍)的氯化粗的輸送速率。
[0106] 盡管本發明的原理已參考優選實施方式描述如上，但應清楚地理解，該描述僅僅 通過舉例給出，而不作為對本發明范圍的限制。
【主權項】
1. 一種容器，其用于利用載氣從包含在所述容器內的前體材料輸送含有前體的流體 流，所述容器包含： 分段為上空間和下空間的內部空間，所述下空間包含基本上所有所述前體材料； 限定所述上空間的至少一部分的蓋子； 具有上端的側壁，該上端包含上邊緣和上開口，其中所述上邊緣的至少一部分接觸所 述蓋子； 限定所述下空間的一部分的基部，所述基部包括內部底表面，所述內部底表面限定所 述下空間的下端，所述內部底表面具有內部底表面形狀； 位于所述側壁的上端處的分隔體，所述分隔體插置于所述蓋子和所述側壁之間并且跨 越所述上開口，所述分隔體由多孔材料形成并且具有形成于其中的第一孔隙； 入口，其穿過所述蓋子并與所述內部空間流體連通，所述入口具有從所述蓋子延伸至 所述分隔體的體部，所述體部、所述分隔體和所述蓋子限定在所述體部之外、所述蓋子之內 以及所述分隔體之上的出口腔室； 擴散管，其具有與所述入口流體連通的近端以及位于所述下空間內的遠端，所述遠端 包含噴嘴部分，所述噴嘴部分具有多個形成于其中的開口以及具有噴嘴部分形狀;以及 出口，其穿過所述蓋子并與所述內部空間流體連通，所述出口具有至少一個開口，所述 至少一個開口各自位于所述出口腔室內； 其中所述分隔體和入口在操作上配置為防止除通過所述分隔體之外的從所述下空間 到所述出口腔室中的流連通。2. 根據權利要求1所述的容器，其中所述分隔體的多孔材料的過濾效率對于粒徑為至 少0 · 7μπι的顆粒至少為90%。3. 根據權利要求1或2所述的容器，其還包含裝料端口，所述裝料端口穿過所述蓋子并 終止于所述下空間內沿所述側壁定位的溜槽，所述裝料端口與所述內部空間流體連通并且 繞過所述分隔體。4. 根據權利要求3所述的容器，其中所述下空間的下部半徑大于所述側壁的上邊緣的 上部半徑，從而限定所述側壁的肩部分。5. 根據權利要求4所述的容器，其中所述下部半徑比所述上部半徑大至少20%。6. 根據權利要求4所述的容器，其中所述溜槽位于所述肩部分中。7. 根據權利要求1-6任一項所述的容器，其中所述噴嘴部分形狀與所述內部底表面形 狀基本上相同。8. 根據權利要求1-7任一項所述的容器，其中所述噴嘴部分形狀和所述內部底表面形 狀都是凹面的。9. 根據權利要求1-8任一項所述的容器，其中所述入口還包含位于所述分隔體下方的 連接器，所述擴散管附接于所述連接器并且可從所述連接器脫離。10. 根據權利要求1-9任一項所述的容器，其中所述體部還包含法蘭，所述法蘭的尺寸 和位置使得在所述法蘭和所述分隔體之間形成密封，從而防止從所述下空間通過所述第一 孔隙到所述出口腔室的流連通。11. 一種容器，其用于利用載氣從包含在所述容器內的固體前體材料輸送含有前體的 流體流，所述容器包含： 蓋子、具有與所述蓋子接觸的上端的側壁、以及包括內部底表面的基部，所述蓋子、側 壁和基部限定內部空間，所述內部底表面具有凹面形狀； 裝料端口，其穿過所述蓋子并與所述內部空間流體連通； 入口，其穿過所述蓋子并與所述內部空間流體連通； 擴散管，其與所述入口流體連通并位于所述內部空間中，所述擴散管具有近端和遠端， 所述遠端包含具有多個形成于其中的開口的噴嘴部分，所述噴嘴部分具有非線性的噴嘴部 分形狀；以及 出口，其穿過所述蓋子并與所述內部空間流體連通，所述出口具有至少一個在其上具 有過濾器的開口。12. 根據權利要求11所述的容器，其中所述內部底表面具有部分橢球形形狀。13. 根據權利要求12所述的容器，其中所述噴嘴部分形狀與位于所述遠端下方的內部 底表面的一部分在形狀上互補。14. 根據權利要求11-13任一項所述的容器，其中所述內部底表面和所述側壁在下肩部 處會合，并且所述噴嘴部分位于所述下肩部以下。15. 根據權利要求11-14任一項所述的容器，其中所述入口還包括連接器，所述連接器 位于所述內部空間內并且附接于所述擴散管的近端。16. -種方法，其包括： (a) 提供根據權利要求1-15任一項所述的容器； (b) 用所述前體材料至少部分地填充所述下空間； (c) 通過在步驟(c)開始時浸沒在所述前體材料中的噴嘴供應載氣；以及 (d) 將含有前體的流體流從所述出口移除。17. 根據權利要求16所述的方法，其還包括： (e) 在進行步驟(b)至(d)的任一步驟之前，組裝所述蓋子、側壁和基部； 其中步驟(b)進一步包括利用所述裝料端口以所述前體材料至少部分地填充所述下空 間而不從所述側壁移除所述蓋子。18. 根據權利要求16或17所述的方法，其還包括： (f) 在進行步驟(b)至(e)之后，清潔所述下空間而不從所述側壁移除所述蓋子。19. 根據權利要求16-18任一項所述的方法，其中步驟(b)進一步包括： (b)用所述前體材料至少部分地填充所述下空間，所述前體材料選自：氯化鉿(HfCl4)、 氯化鋯(ZrCl4)、氯化鉭(TaCl5)、MoCl5、WCl6、WCl 5、W0Cl4、NbCl5、三氯化銦、三氯化鋁、三氯 化鎵、碘化鈦、六羰基鎢、六羰基鉬、癸硼烷、含有烷基脒基配體的前體、如叔丁醇鋯(Zr(t-0Bu)4)、四（二乙基氨基)鋯(Zr(NEt 2)4)、四（二乙基氨基)鉿(Hf(NEt2)4)、四（二甲基氨基)鈦 (TDMAT)、叔丁基亞氨基三（二乙基氨基）鉭（TBTDET)、五（二甲基氨基）鉭（TOMAT)、五（乙基 甲基氨基)鉭(PEMAT)、四（二甲基氨基)鋯(Zr(Mfe 2)4)、叔丁醇鉿(Hf(t-0Bu)4)的前體、及其 混合物。20. 根據權利要求16-18任一項所述的方法，其中步驟(b)還包括： (b)用所述前體材料至少部分地填充所述下空間，所述前體材料選自：氯化鉭、以及六 氯化鎢和五氯化鎢的混合物。
【文檔編號】C23C16/18GK106048558SQ201610244829
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年4月18日
【發明人】C·M·伯特徹, T·A·斯泰德爾, S·V·伊萬諾夫
【申請人】氣體產品與化學公司