用于固体化学制品持续蒸汽发送的起泡器制造技术

本发明专利技术涉及用于固体化学制品持续蒸汽发送的起泡器。一种起泡室组件，包括一个室或两个或多个串联的室，所有室都基本垂直取向。在该一个室或多个室中具有化合物的固态或液态源。所述一个室或多个串联的室沿所述载气穿过该一个室或多个室的流动方向的长度或总长与该一个室或多个室沿所述载气穿过该一个室或多个室的流动方向的横截面的平均直径相当值之比不小于约６∶１。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及提供用于制作半导体的有机金属蒸汽。
技术介绍
随着有机金属化学气相沉积(MOCVD)的发展，有机金属化合物成为化合物半导体工业的原材料。一般用作化学气相沉积母体(precursor)的有机金属化合物包括三甲基铝(TMAL)、三甲基镓(TMG)、三乙基镓(TEG)、三甲基锑(TMSb)、二甲基肼(DMHy)、三甲基铟(TMI)和环戊二烯基镁(Cp2Mg)。一般来说，用于气相沉积的有机金属化合物设置在起泡器中并处于常温下，其中，由输入该起泡器中的载气如氢或氮将该化合物运输并发送到气相沉积室。良好的有机金属母体发送技术提供其中含有的有机金属的量已知、持续、可控的气流。对于液体有机金属化合物来说，由于物质运输和蒸发动能在载气的最合理流速下足够快地提供接近饱和的浓度，因此这是一个直接的过程。一般使用在化学气相沉积(CVD)中的术语“起泡器”指任何用于使发送的载气中母体饱和的用于母体的容器。对于固体有机金属特别是TMI，获得始终不变的发送一直是个问题。在这种情况下，蒸发动能较慢并决定于产品的形态、温度、气体接触时间和表面积等。具有大的表面积的块小、形状不规则的材料比均匀、密集、块大的材料蒸发得快。物质运输也更成问题。重要的是，对于较慢的蒸发过程来说接触时间要充足，并且载气要以足以将合适量的母体发送到CVD室的流速流过所有暴露的表面。例如，沟流会减小接触时间和暴露给流动的气体的面积。已知其它因素例如当载气穿过母体床时的压力变化会造成发送速度异常和载气饱和度的改变。在化合物半导体装置制造中也非常希望以接近饱和的浓度从固体有机金属母体发送持续、稳定的蒸汽。下述若干因素会造成固体有机金属母体的蒸汽发送速度不稳定·固体母体的消耗造成该固体总面积不断减少。表面积大的小颗粒优先蒸发，使得在该床的寿命中表面积早早迅速减小。·固体母体床的侵蚀会造成沟流。·工作中床内压力的变化。·随着固体材料的蒸发和升华出现的团聚过程连同同时发生的为保持平衡在固体母体表面上出现的再沉积，造成颗粒生长效应。在气体饱和时，蒸发和再沉积的速率相同，但床的形态改变成有利于较小表面积。·随着固体母体的消耗，气流路径变短、可接触表面积减小。因此，含有有机金属母体蒸汽的载气越来越不可能饱和。理想的起泡器设计必须克服上述问题并需要达到下述目标·提供稳定持续的蒸汽发送速度，直到起泡器中的固体有机金属基本完全消耗掉。·在最普通和合理的工作参数如温度、压力、载气类型(N2、H2等)和载气流速下提供饱和或接近饱和的浓度。·当工作参数变动时，能作出快速响应并快速重建稳定持续的蒸汽发送速度。从固体有机金属发送蒸汽的一般方法如下1)溶液TMI在工业中使用“溶液TMI”的突出缺点包括夹带溶剂的浮质和使用TMI/TEI时总铟的发送速度的不一致和变动。a)美国专利No.5,232,869(1993)由Epichem实施。此时，用悬浮液克服动能和物质运输。固体母体在通过蒸发而消耗时溶解在溶剂中，以保持平衡状态和一致的发送速度。b)美国专利No.5,502,227(1996)TMI溶解在R3In、例如三乙基铟(TEI)中。2)另一种一般的方法是提高起泡器中流动和固体-气体接触的均匀性的起泡器设计。至今使用的方法包括a)美国专利No.4,916,828(1990)使用与“填料”混合或由其来分散的TMI。b)美国专利No.4,734,999(1987)使用包括汲取管的起泡器，汲取管的端部上装有玻璃料(frit)分配器，起泡器底部直径比顶部小。c)美国专利No.5,019,423(1991)该设计使用的载气向上流过位于有许多小孔的隔板顶上的装有固体有机金属的床。d)美国专利No.4,947,790(1990)沿重力方向流动的载气依次流过厚的气体流入板、固体粉末床和薄的气体流出板。e)PCT专利出版物No.WO99/28532(1999)使用超声波蒸发器。f)美国专利No.5,603,169(1997)使用包括排气管、压缩板和一对多孔薄板的起泡器。g)美国已出版的专利申请No.2002/0078894 A1(2002)该起泡器包括金属烧结过滤器而不是普通汲取管。h)美国专利No.5,553,395(1996)该专利公开了锥形起泡器。i)日本已出版的专利申请No.2003/303772该起泡器为固体有机金属化合物填料容器，包括横穿过垂直隔开该容器的隔板的气流变向管。但上述起泡器设计没有一个能解决固体有机金属发送的所有问题。上述起泡器设计没有一个能在很广工作范围内在蒸汽源完全消耗前提供具有母体材料最大提取的均匀发送速度。每一种起泡器设计都具有其能有效工作的有限的参数范围。随着固体基料的消耗，会过早或逐渐出现非饱和载气。过早出现非饱和载气会造成差的发送效率，并由于起泡器过早报废和更换新起泡器而浪费贵重的有机金属材料。在沉积过程中如未检测到载气饱和度百分比的缓慢下降，则会形成不符合标准的沉积层。本专利技术即是要解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术主要实施例包括用于在化学气相沉积工艺过程中提供汽化化合物的起泡器，该起泡器包括(a)具有进口和出口的起泡室组件；(b)与进口连接并用于提供惰性载气的装置；(c)与出口连接、用于从起泡室组件移除汽化化合物和载气、并将该化合物发送到化学气相沉积工艺过程的装置；以及(d)起泡室组件处于其中的温度控制装置，该装置使化合物汽化到载气中。起泡室组件包括一个室或两个或多个串联的室，所有这些室基本垂直取向。所述一个或多个室中包含所述化合物的固态或液态源。一个室或多个串联的室沿载气穿过该一个室或多个室的流动方向的长度或总长与该一个室或多个室沿载气穿过该一个室或多个室的流动方向的横截面的平均直径相当值之比不小于约6∶1。本专利技术的其他实施例包括关于所述室的长度、直径和取向、化合物和载气的组成的详细情况，这些都在下面详细说明。附图说明图1A流过装有所述固体材料的细长形圆柱的载气的基本概念；图1B用于两个串联的室的气流图；图1C用于四个串联的室的气流图；图2一起泡器设计，包括直径尺寸和形状不同的三个室，两个小直径进口和出口室以及一个U形管大直径室，所有室通过缩小的管系串联；图3具有三个180°回转弯头的起泡器；图4具有三个90°斜接弯头的多室起泡器；图5具有由直径相同管系构成的三个室的起泡器，两个直的管系进口和出口室，以及一个U形管室，所有室通过缩小的管系串联；图6四室起泡器，每室底部上具有玻璃料；图7四室起泡器，每室底部上具有气体分散管；图8螺旋柱体，其中，气体向下流过该螺旋的一边，到达位于起泡器底部上该螺旋的第二边，然后向上流动到出口，该螺旋的有效长度等于或大于该螺旋室中的一个的平均横截面的6倍；图9例1的Epison曲线；图10例2的Epison曲线；图11例3的Epison曲线。具体实施例方式我们发现，使载气流过上述装有三甲基铟(TMI)的起泡器时，在大部分装在该圆柱中的TMI消耗掉前能提供具有TMI蒸汽饱和的稳定气流。(见图1A)根据这一观察结果，本专利技术提供一种用于固态源(MOCVD)系统的改进的发送装置。该起泡器设计概念包括一种独特的细长形柱体设计，该细长形柱体设计在载气中提供母体浓度饱和或接近饱和的蒸汽。该细长形柱体设计克服了上述热量和物质运输问题，因为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在化学气相沉积工艺过程中提供汽化化合物的起泡器，该起泡器包括：（ａ）具有进口和出口的起泡室组件；（ｂ）与进口连接并用于向化合物提供惰性载气的装置；（ｃ）与出口连接、用于从起泡室组件移除汽化化合物和载气、并将该化合物发送到化学气相沉积工艺过程的装置；以及（ｄ）起泡室组件处于其中的温度控制装置，该装置使化合物汽化到所述载气中；所述起泡室组件包括一个室或两个或多个串联的室，所有室都基本垂直取向，在这些室中具有所述化合物的固态或液态源，所述一个室或多个串联的室沿所述载气穿过该一个室或多个室的流动方向的长度或总长与该一个室或多个室沿所述载气穿过该一个室或多个室的流动方向的横截面的平均直径相当值之比不小于约６∶１。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：NH特兰，DL迪文波特，T科，N埃尔赛因，
申请(专利权)人：阿克佐诺贝尔股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]