[发明专利]处理气流的装置

说明书

本发明涉及用于处理气流，以防止从工艺反应室(process chamber)中泵抽出含有有机金属前体的气流时，铝或其它金属在真空 泵中沉积的方法和装置。

在半导体元件生产中的一个主要步骤是通过气态前体的化学反 应在半导体衬底上形成薄膜。一种已知的在衬底上沉积薄膜的技术 是化学气相沉积(CVD)。在该技术中，工艺气体被供应到装载衬底的 工艺反应室，并反应以在衬底表面形成薄膜。

用于将铝层沉积于衬底上的CVD工艺称为MOCVD(金属有机 物化学气相沉积)，其中有机铝前体由鼓泡器供应到工艺反应室，所 述有机铝前体夹带在输送至鼓泡器的载气(如氮或氩)中室。还原氢气 (hydrogen reducing gas)也被供应到工艺反应室以还原前体。将工艺反 应室抽真空并加热至沉积温度(通常低于500℃)，在此温度下前体发 生分解而铝沉积于衬底上。

在这种沉积工艺中，沉积气体在工艺反应室中的滞留时间 (residence time)相对较短，而且仅有一小部分供应到室中的气体在沉 积过程中被消耗。因此，供应到工艺反应室的大部分沉积气体和沉 积过程所产生的副产物一起被排出工艺反应室，并且被前级管道 (foreline)传输到用于抽空工艺反应室的真空泵。

在真空泵的使用中，由于真空泵的泵送机构(pumping mechanism) 对气体压缩而产生热量。因此，泵送机构温度迅速上升。如果泵送 机构温度超过气流中有机铝前体分解为铝的温度，则会导致铝在泵 内发生不合需要的沉积，该沉积将使泵送机构受损。沉积温度低于 250℃的有机铝前体(例如二甲基乙基胺基铝烷(DMEAA)和烷基吡咯 烷铝烷，例如甲基吡咯烷铝烷(MPA))非常易于在泵内形成铝沉积。

考虑到上述问题，通常在泵的上游使用一个或多个加热的捕集 器(trap)，在气流进入泵之前除去其中的前体。需要频繁地对所述捕 集器进行排空和清洁维护，通常是几天一次，从而导致工艺设备停 产，造成耗费。另一个可供选择的解决方法是使用外部加热装置将 泵加热到高于前体在泵内分解的温度。然而，这样的加热装置往往 较为昂贵。

至少本发明的优选实施方案的目标是试图解决上述问题和其它 问题。

本发明提供一种从工艺反应室(process chamber)中泵抽出含有机 铝前体的气流时，防止铝在真空泵中沉积的方法，该方法包含向真 空泵上游的气流供应卤素，使其与前体反应形成气态卤化铝的步 骤。

该卤素优选为氯，尽管卤素也可以包含溴或碘。通过将前体转 化为例如可以在其气相状态下无害地通过泵的氯化铝，可以显著延 长泵的使用寿命而不需对安装在其上游的任何捕集器进行维护。优 选以氯自由基的形式将氯加入气流。优选通过将氯自由基源热分解 形成氯自由基，例如通过等离子发生器(plasma generator)来进行所述 热分解。等离子发生器可以位于工艺反应室和泵之间的任何合适的 位置。CCl₄可以作为氯自由基源。

可以将氯传输到位于工艺反应室和泵之间的前级管道，或者， 更优选传输到位于工艺反应室和泵之间的反应室(reaction chamber)。

有机铝前体可以包含下述的一种：三甲基铝、三乙基铝、二乙 基乙醇铝、二甲基氢化铝、三异丁基铝、二甲基乙基胺基铝烷、二 甲基异丙醇铝、仲丁醇铝、三(二甲胺根)合铝、三(二乙胺根)合铝、 三(乙基甲基胺根)合铝和例如甲基吡咯烷铝烷的烷基吡咯烷铝烷。

本发明还提供在含有有机铝前体的气流进入真空泵之前处理该 气流的装置，该装置包含向真空泵上游的气流供应卤素，使其与前 体反应形成气态卤化铝的设备。

本发明对含有有机金属的气流的处理，以阻止在泵内发生金属 沉积具有广泛的应用，金属的例子包括但不限于Al、Co、Cu、Fe、 Hf、Ir、Ni、Mo、Nb、Ta、Ti、Va、Zn和Zr。因此，本发明还提 供一种防止从工艺反应室(process chamber)中泵抽出含有有机金属前 体的气流时，金属在真空泵中沉积的方法，该方法包含向真空泵上 游的气流供应卤素，使其与前体反应形成气态金属卤化物的步骤。