專利名稱：液體輸送系統的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及一種液體輸送系統(LDS)。更具體地講，本發明涉及一種在半導體器件制造過程中利用化學氣相淀積法形成銅線時不僅能夠提高銅淀積速度而且能夠實現高再生性的液體輸送系統。
對于高集成化和高性能的半導體器件，廣泛使用銅金屬線作為半導體器件中使用的金屬線。在銅金屬線中，通過物理氣相淀積(PVD)法，金屬有機化學氣相淀積(MOCVD)法，電鍍法等來淀積金屬層。通過化學氣相淀積法淀積銅所用的常用液體輸送裝置可以包括鼓泡器(bubbler)和直接液體注射(DLI)裝置。
在
圖1中可見，在常用的鼓泡器10中經過輸入管線11引入載氣。然后以給定的比率與盛在鼓泡器10的罐體12中的金屬液體材料13混合，并經過輸出管線14輸出罐體12。載氣與金屬液體材料的混合比率取決于載氣的質量流量，鼓泡器的溫度和壓力。這種常用類型的鼓泡器10不適用于像銅液體材料這樣的具有很低蒸汽壓的液體材料。更具體地講，要求鼓泡器的溫度必須保持恒定。這可能使銅液體材料分解，因而產生顆粒。因此，常用鼓泡器的問題在于，它不僅對半導體淀積膜造成不利影響，而且降低再生性，并且淀積速度低，等等。
圖2是當前在通過金屬有機化學氣相淀積法淀積銅中最廣泛使用的直接液體注射(DLI)裝置230的示意圖，下面詳細說明它的操作。
DLI裝置230主要包括一個微型泵20和一個汽化器30。DLI裝置給來自安瓿19的金屬液體材料施以大約20psi的壓力，并把它們經過第一閥門21送到微型泵20。此時，當第一步進電機22提升第一活塞23時，金屬液體材料充滿第一缸體24。然后，第一閥門21關閉，第二閥門25打開。接著，由于第一活塞23的下降并且借助第二步進電機26提升第二活塞27，充入第一缸體24的金屬液體材料經過第二閥門25流入第二缸體28。接下來，如果第二缸體28完全被金屬液體材料充滿，則第二閥門25關閉，第三閥門29打開。結果，由于第二活塞27下降，把金屬液體材料通過第三閥門29輸送到汽化器30。此時，隨著第一閥門21打開和第一活塞23升起，金屬液體材料再次充入第一缸體24。重復進行這些過程，把金屬液體材料從微型泵20提供到汽化器30。質量流量的控制是由步進電機22和26的循環次數確定的。
從微型泵20供給的金屬液體材料經過輸送閥門31流入99個金屬盤32，在金屬盤32中由加熱區33汽化，并隨后與載氣一同排出。
汽化器30中金屬盤32的驅動依賴于引入的金屬液體材料。汽化器30還有微型泵20可以在其中形成壓力的結構。因此，存在的問題是，極難使金屬液體材料的壓力保持恒定，并且要花費很多時間(幾十分鐘)使金屬液體材料的壓力獲得平衡態。此外，在初始狀態，如果發生金屬液體材料的抽吸，大量的金屬液體材料將進入金屬盤32。因而產生了金屬液體材料汽化困難和一些金屬材料未被汽化而造成汽化器30堵塞的問題。
因此，像銅金屬液體材料這樣的材料所具有的問題在于，由于很低的蒸汽壓和易于分解，很難把它們均勻地淀積在晶片上。因此，由于材料在金屬盤中分解，它們可能會造成堵塞。還有一個問題是，它們會降低再生性，并且由于極短的連續淀積周期，它們不可能應用于制造半導體器件過程的批量生產。
因此，本發明的目的是要提供一種液體輸送系統，在制造半導體器件過程中借助金屬有機化學氣相淀積法利用銅液體材料淀積銅層時，不僅能夠提高銅的淀積速度并且還能夠實現高的再生性。
為了實現上述目的，根據本發明的液體輸送系統(LDS)的特征在于它包括銅液體材料供給裝置，用于經過一個以恒定速度旋轉的注入孔把具有室溫的銅液體材料提供到汽化器裝置；載氣供給裝置，用于通過注射噴嘴注射保持在銅汽化溫度的載氣，并使要經過所述注入孔提供到所述汽化器裝置的銅液體材料形成微小液滴；和注射裝置，用于把汽化的銅蒸汽注射到反應室，所述微小液滴在所述汽化器裝置中汽化。
在以下的說明中結合附圖解釋本發明的上述各個方面和其它特征，其中圖1是在半導體器件的化學氣相淀積法中使用的常用鼓泡器裝置的示意圖；圖2是在半導體器件的化學氣相淀積法中使用的常用直接液體注射(DLI)裝置的示意圖；圖3是在根據本發明的半導體器件的化學氣相淀積法中使用的液體輸送系統(LDS)的示意圖。
下面參考附圖通過優選實施例詳細說明本發明，其中相同或相似的部件使用相同的參考號標注。
圖3是用于使用根據本發明的金屬有機化學氣相淀積法淀積銅層的液體輸送系統(LDS)的示意圖。
根據本發明的液體輸送系統100包括銅液體材料供給裝置40，載氣供給裝置50，汽化器裝置60，和注射裝置70。
銅液體材料供給裝置40包括加壓氣體輸入管線41，其設置有第一閥門42，用于把加壓氣體引入充有銅液體材料44的罐體43；和銅液體材料輸出管線46，設置有第二閥門45，用于利用來自輸入管線41的壓力把銅液體材料44輸送到注入孔47。
可以使用氬(Ar)或氦(He)之類的氣體作為加壓氣體。在注入孔47的頂部裝備有一個用電機49轉動的旋轉裝置48，在系統運行時該旋轉裝置48轉動注入孔47。此時，供給裝置40的溫度在各個方面必須保持在室溫。
載氣供給裝置50包括第一質量流量控制器(MFC)52，用于控制從載氣輸入管線51引入的載氣的質量流量；載氣輸出管線53，用于把載氣從第一MFC 52輸送到被用于保持銅液體材料44汽化溫度的第一加熱套54圍繞的注射噴嘴55；隔熱塊56，在注入孔47和載氣輸出管線53之間用于防止第一加熱套54的熱傳遞到注入孔47區并把注入孔47區總是保持在室溫；和密封裝置57，安裝在注射噴嘴55區，用于防止真空通過載氣輸出管線53從汽化器裝置60的汽化器泄漏。
汽化器裝置60包括汽化器61，用于通過輸出管線53的注射噴嘴55對通過注入孔47注射銅液體材料產生的銅液體材料的超微液滴進行汽化；第二加熱套62，安裝在汽化器61側面，用于使汽化器61的內部保持在銅汽化溫度；加熱器63，安裝在汽化器61底部，用于汽化一些經過汽化器61而未汽化的超微液滴；壓力測量裝置64，用于使汽化器61內部保持在恒定壓力；和具有節流閥66的壓力泵65。
注射裝置70包括銅蒸汽輸入管線71，用于把在汽化器裝置60汽化的銅與載氣一起輸送到第二MFC 72；和銅蒸汽注射器74，用于從銅蒸汽輸出管線73接收其質量流量受第二MFC 72控制的銅蒸汽，從而將其注射到反應室80。環繞銅蒸汽輸入管線71提供有第三加熱套75。
下面說明根據本發明的液體輸送系統100的操作，液體輸送系統100被構造成在半導體器件制造過程中，通過金屬有機化學氣相淀積法利用銅液體材料在晶片上淀積銅層。
當通過氬(Ar)或氦(He)氣把裝有銅液體材料44的罐體43加壓到10至200psi的壓力時，其中的銅液體材料將上升到銅液體材料輸出管線46，同時被加壓氣體輸入管線41加壓。然后，它們被輸送到由轉動裝置48驅動以10至1000rpm轉速旋轉的注入孔47。此時，要求銅液體材料輸出管線46必須保持在室溫。氬(Ar)、氦(He)、氫(H)之類的載氣通過載氣輸入管線51到達第一MFC 52，MFC 52把氣體質量流量控制在20至1000sccm。接著，將受控的載氣經過載氣輸出管線53輸送到錐形注射噴嘴55。此時，通過第一加熱套54，載氣輸出管線53把銅液體材料保持在它們的汽化溫度，因而總是把注射到汽化器61的載氣保持在這個溫度。以高壓把這些載氣與從注射噴嘴55流至注入孔47的銅液體材料一起注射進旋風式汽化器61。此時，旋轉注入孔47區由隔熱塊56保持在室溫。注射的銅液體材料在汽化器61中保持為超微液滴(液體+氣體)狀態。但是，由于汽化器61中的第二加熱套62將溫度保持在銅汽化溫度，因而大部分超微液滴經過汽化器61汽化。而一些未汽化的超微液滴將被安裝在汽化器61底部的加熱器63汽化。壓力測量裝置64一直監測著汽化器61中的壓力。因此，連接到壓力泵65的節流閥66將使汽化器61中的壓力保持恒定。接下來，被第二加熱套62和加熱器63汽化的銅蒸汽經過銅蒸汽輸入管線71，第二MFC72和銅蒸汽輸出管線73連續地輸送到銅蒸汽注射器74。銅蒸汽注射器74把輸送的銅蒸汽注射到安裝著晶片的反應室80。
銅蒸汽輸入管線71設置有用于保持銅汽化溫度的第三加熱套75，因而使輸入管線中的銅蒸汽不會再液化。還把輸入管線71向上傾斜大約30度以上，最好是40至70度安裝，從而使任何未完全汽化的銅的副產品不會流入反應室80。此外，銅蒸汽輸出管線73最好是足夠短，以提高它的傳導性，其長度大約為5至20cm，直徑大約為1/4″。
淀積處理完成后，壓力泵65將汽化器61保持在真空狀態，然后充入保護氣體(atmosphere gas)。
上述液體輸送系統100也可以用于汽化難于汽化的液體材料，例如，半導體器件制造過程中廣泛使用的鋁(Al)，鉭(Ta)，TEOS等之類的氧化物，BST等之類的材料，以及銅。
從以上對本發明的說明可以知道，液體輸送系統能夠將載氣經過旋轉注入孔注射到錐形噴嘴，因而使得銅液體材料可以形成超微顆粒。因此，與常用液體輸送裝置(鼓泡器和DLI裝置)相比，本發明可以消除常用汽化器中的堵塞現象，可以實現高再生性，并且因此可以提高淀積速度。因此，它的突出優點在于，它使利用化學氣相淀積法制造銅膜可以應用于半導體器件，并且由于汽化裝置的簡化，便利了設備的管理和清潔。
本發明是參考了與特定應用有關的特定實施例說明的。熟悉本領域并了解本發明的普通技術人員，應當知道其范圍內的額外修改和應用。
因此，附屬的權利要求將包括任何和所有本發明范圍內的應用、修改和實施。
權利要求
1.一種液體輸送系統，包括銅液體材料供給裝置，用于經過以恒定速度旋轉的注入孔向汽化器裝置供給具有室溫的銅液體材料；載氣供給裝置，用于經過注射噴嘴注射保持在銅汽化溫度的載氣，并使經過所述注入孔提供到所述汽化器裝置的銅液體材料形成微小液滴；和注射裝置，用于把汽化的銅蒸汽注射到反應室中，所述微小液滴是在所述汽化器裝置中汽化的。
2.根據權利要求1所述的液體輸送系統，其中所述銅液體材料供給裝置包括充有銅液體材料的罐體；加壓氣體輸入管線，用于把加壓氣體引入所述罐體；和銅液體材料輸出管線，用于利用來自輸入管線的壓力把銅液體材料輸送到注入孔。
3.根據權利要求2所述的液體輸送系統，其中所述加壓氣體是氬或氦氣，并被加壓到10至200psi。
4.根據權利要求2所述的液體輸送系統，其中所述注入孔在其頂部具有一個由電機轉動的裝置，該裝置以10至1000rpm的轉速旋轉。
5.根據權利要求1所述的液體輸送系統，其中所述載氣供給裝置包括第一質量流量控制器，用于控制載氣的質量流量；載氣輸出管線，具有用于把來自所述第一質量流量控制器的載氣保持在銅汽化溫度的第一加熱套；隔熱塊，用于防止所述第一加熱套的熱傳遞到所述注入孔；和密封裝置，用于防止所述汽化器裝置的真空泄漏到所述注射噴嘴。
6.根據權利要求5所述的液體輸送系統，其中所述載氣是氬、氦和氫中的任意一種。
7.根據權利要求1所述的液體輸送系統，其中所述汽化器裝置包括汽化器，具有用于汽化所述微小液滴的第二加熱套和一個加熱器；和壓力泵，具有用于使所述汽化器中的壓力保持恒定的壓力測量裝置和一個節流閥。
8.根據權利要求7所述的液體輸送系統，其中所述加熱套安裝在所述汽化器的側面以使所述汽化器保持在銅汽化的溫度，并且所述加熱器安裝在所述汽化器的底部以汽化任何未汽化的微小液滴。
9.根據權利要求7所述的液體輸送系統，其中所述壓力測量裝置監測所述汽化器的壓力，連接到所述壓力泵的所述節流閥保持所述汽化器的壓力恒定。
10.根據權利要求1所述的液體輸送系統，其中所述注射裝置包括銅蒸汽輸入管線，具有用于使所述銅蒸汽保持穩定的第三加熱套；第二質量流量控制器，用于控制都是從所述銅蒸汽輸入管線輸入的所述銅蒸汽和所述載氣的質量流量；和銅蒸汽輸出管線，用于把所述銅蒸汽和所述載氣從所述第二質量流量控制器輸送到用于把它們注射到所述反應室的所述銅蒸汽注射器。
11.根據權利要求10所述的液體輸送系統，其中所述銅蒸汽輸入管線以向上傾斜40至70度的角度安裝，使得未完全汽化的銅副產品不能進入所述反應室。
12.根據權利要求10所述的液體輸送系統，其中所述銅蒸汽輸出管線的長度為5至20cm，直徑為大約1/4″。
全文摘要
本發明披露了一種在制造半導體器件過程中通過化學氣相淀積法淀積銅線時使用的液體輸送系統(LDS),其包括:銅液體材料供給裝置,用于經過以恒定速度旋轉的注入孔向汽化器裝置供給具有室溫的銅液體材料;載體供給裝置,用于經過注射噴嘴注射保持在銅汽化溫度的載氣,并使經過所述注入孔提供到所述汽化器裝置的銅液體材料形成微小液滴;和注射裝置,用于把汽化的銅蒸汽注射到反應室中,所述微小液滴是在所述汽化器裝置中汽化的。
文檔編號C23C16/448GK1260407SQ9912396
公開日2000年7月19日 申請日期1999年11月19日 優先權日1998年12月30日
發明者表成奎 申請人:現代電子產業株式會社