用于通过运载气体输送物质的改进的起泡器的利记博彩app

专利名称：用于通过运载气体输送物质的改进的起泡器的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种用于通过运载气体输送物质的改进的起泡器，并 且涉及输送被物质渗透的运载气体的方法。特别地，本发明涉及一种 输送金属有机物前体以用于化学气相沉积技术的改进的起泡器。
背景技术：
在半导体工业中，通常的惯例是电子装置通过化学气相沉积
(CVD)工艺而生产。将一种液态或固态前体提供于起泡器中，运载 气体(如氢气)可以经由浸渍管通过起泡器起泡，从而所述气体变得 充满了所述前体。所述运载气体/前体的气相混合物随后以可控速率被 送入外延反应器。这种系统用于硅和化合物半导体的制造。重要的是 气相化学成分的浓度要非常地稳定。但是，传统的单使用型起泡器所 提供的沟槽和不均匀表面会导致产品的可变汽化，从而引起气相浓度 的波动。这种波动不利于沉积过程。这对于固态前体(如三曱基铟 (trimethyindium ))的情况尤其显著。
在金属有机物气相外延系统(MOVPE)中，在制造具有三层或 四层的非常复杂的装置结构时，进入到反应室中的稳定的、可控的前 体流是关键因素。历史上，简单的起泡器设计已经被应用于执行这个 任务，其中运载气体流和源温度控制能够提供适当稳定的系统。但是，
施加在MOVPE设备上的增加的容量需求使得其必须具有增加的流量 和更大的起泡器。简单的单汲取管型起泡器不再适合于满足这些需求。 2002年6月27日公开的美国专利申请No.09/870，245和欧洲专利 申请/>开号No.l 160 355 (Shipley Company LLC)描述了一种起泡 器，其具有多孔材料(例如包含于起泡器的圆锥段中的玻璃料)以将 固体材料保持在所述起泡器中并引导运载气体流穿过所述固体材料。 所述玻璃料有助于提供稳定的运载气体流穿过所述固体材料。但是，所述玻璃料为运载气体流过所述材料提供了随机的通道。这可能导致 发生干涉，从而降低所述玻璃料的有效性。

发明内容
本发明的一个目的是提供一种改进的起泡器，其允许加强通过运 载气体输送物质，尤其但不是唯一地用于输送金属有机化合物，以用 于化学气相沉积工艺。
本发明的另一个目的是提供一种通过运载气体输送物质(诸如金 属有机化合物)的改进的方法，以用于化学沉积工艺。
因此，本发明的第一个方面是提供一种起泡器，其包括容纳有一 种物质的密封容器，所述容器具有用于输送运载气体进出所述容器的 进口和出口，所述进口或出口与延伸到所述容器中的导管相连，所述
容器设有位于所述进口和所述出口之间的元件，所述元件中以预定间 距设有多个孔。
所述容器大致为细长圆筒形式。优选地，所述元件由无孔材料制 成。更优选地，所述元件由金属制成，诸如不锈钢。所述元件优选地 横向于所述容器的纵向延伸。所述元件优选是圓形的，其周长遵循所 述容器的内侧轮廓。所述元件优选地为基本平坦的，例如以盘片的形 式。优选地，所述元件基本上跨越所述容器的整个横截面延伸。所述 元件优选地设置于所述容器的下部中。
所述元件优选地从所述导管向外延伸。优选地，所述元件从所述 导管的自由端延伸。例如，所述元件可以被焊接到所述导管上。
优选地，所述带孔的元件包括通过侧面连接的上表面和下表面。 优选地，所述上表面中设置有多个孔，且所述上表面从所述导管的端 部向外延伸。可替换地，所述导管的端部可延伸到形成于所述上表面 和下表面之间的空腔内。所述下表面优选地为实心的。以这种方式， 所述运载气体可以穿过所述孔并被导向入汲取管，反之亦然。优选地， 所述元件为截顶圆筒的形式，其中所述上表面和下表面为圆形盘片。
提供于所述元件中的孔为预定间距的，以保证所述运载气体基本 上穿越容器的全部横截面积扩散，并有助于提供穿过容纳于所述容器内的物质的均匀的运载气体流。设置在所述元件中的孔的尺寸和密度 对提供最佳吸收和运载气体混合物流量来说是重要的。假设保持最佳 密度，孔的布置可以是随机的或为几何图形，诸如以同心圆的形式。 但是，更优选地，孔的布置是随机的。
所述孔的密度优选地在每平方厘米5至25个的范围内，更优选的 是每平方厘米10至20个孔。所述孔的直径优选地小于0.5mm，更优 选地为0.1至0.2mm，尤其为0.15mm。
在本发明的一个优选实施例中，所述容器包括一内腔室和一外腔 室，所述内腔室包括所述导管。所述元件优选地穿过所述内腔室和外 腔室横向地延伸。更优选地，所述腔室为圆筒形的。优选的是，所述 内腔室的直径大约为外腔室直径的三分之一。
所述内腔室的直径优选地为至少20mm，更优选地至少为25mm。 所述外腔室的直径优选地为至少75mm，更优选地为至少80mm。
优选地，所述进口连接到所述外腔室，所述出口连接到所述内腔室。
优选地在内腔室和外腔室中提供将要被携带在运栽气体中的物 质。更优选地，在所述外腔室中的物质与在所述内腔室中的物质的比 率在5: 1至7: 1的范围内。
本发明的一个优选实施例提供了一种起泡器，其包括包含有一种 物质的密封容器，所述容器具有一进口和一出口，以输送运载气体进 出所述容器，所述进口与延伸入所述容器的外腔室连接，所述出口与 所述外腔室内的内腔室相连，所述内腔室和外腔室流体连通，至少一 个所述腔室具有设置在所述进口和所述出口之间的元件，所述元件中 以预定间距设置多个孔。
本发明的第二个方面是提供一种向反应器地点输送物质的方法， 所述方法包括将运载气体引入包含物质的容器内，使所述运载气体穿 过以预定间距设置在元件中的孔，其中所述元件设置于所述容器内， 使所述气体穿过所述物质并将所述运载气体混合物输送到一反应器地 点。
7更优选地，在使所述运载气体穿过设置于所述元件中的孔之前， 使所述运载气体穿过包含所述物质的外腔室。仍然更优选的，在使所 述运载气体传输到反应器地点之前，使它穿过包含另外物质的内腔室。
本发明尤其适用于将液态或固态金属有机化合物(诸如三曱基镓、
三甲基铟、三甲基铝、二曱基锌(dimethylzinc )和三乙基镓 (triethylgallium ))传输到反应器地点。其尤其适用于传输固态前体(诸 如三曱基铟)，或用于任何其中必须保持高度稳定的化学气相浓度的过
应的合适的永夂气体，诸如氢气或氮气。本发明对穿过起泡器的正向 或反向运载气体流均有效。
应当理解，将通过对本领域普通技术人员已知的方法仔细地选择 和控制穿过所述设备的运载气体的压力、温度和流量。


为更好地理解本发明并更清楚地示出本发明是如何实施的，现在 以举例的方式并结合附图仅参考以下例子，这些例子是对使用根据本 发明第一和第二实施例的起泡器通过运载气体输送三甲基铟进行的研 究，其中
图1为根据本发明第一实施例的起泡器的示意图2a为汲取管的端部的横截面视图，其中所述汲取管接纳带孔盘 片以提供一种根据本发明设计的一个实施例的起泡器；
图2b和2c分别为用于附接到如图2a所示的汲取管上的带孔盘片 的平面图和横截面图3为在压力1000mbar、流量1000sccm、温度17。C的条件下， 使用根据本发明的反向流带孔盘片起泡器吸收三曱基铟的Episonl35 读数随时间变化的图表；
图4为在压力250托、流量300sccm、温度17。C的条件下，使用 根据本发明的起泡器消耗三曱基铟的Episonl36百分比读数随时间变 化的图表；
图5为在压力250托、流量400sccm、温度17。C的条件下，使用根据本发明的起泡器消耗三甲基铟的Epison 136百分比随时间变化的 图表；图6为在压力250托、流量600sccm、温度17。C的条件下，使用 根据本发明的起泡器消耗三曱基铟的Episonl38百分比读数随时间变 化的图表；图7为在压力250托、流量700sccm、温度17。C的条件下，使用 根据本发明的起泡器吸收三曱基铟的Episonl40读数随时间变化的图 表；图8为在压力250托、流量800sccm、温度17。C的条件下，使用 根据本发明的起泡器消耗三曱基铟的Epison百分比读数随时间变化 的图表；图9为压力329mbar、流量400sccm的条件下，使用根据本发明 的起泡器吸收三曱基铟的起泡器压力随时间变化的图表；图IO为根据本发明第二实施例的起泡器的示意图，其示出了固态 前体充入所述起泡器中；图ll为用于测试图IO所示的起泡器操作的实验室配置的示意图；图12为在流量920sccm、压力250托、温度25。C的条件下，在 使用TMI (335g)的正常流中使用传统起泡器(EP207405起泡器) 消耗三曱基铟的Epison百分比读数随时间变化的图表；图13为在流量800sccm、压力250托、温度25。C的条件下，使 用如图IO所示的起泡器消耗三甲基铟的Epison百分比读数随时间变 化的图表；图14为使用根据本发明第二实施例的起泡器的三甲基铟的流量 (sccm)随高亮度LED生长条件(中等流量中等压力状态)变化的图 表。
具体实施方式
图1至2c示出了根据本发明一个实施例的起泡器。所述起泡器尤 其的但不是唯一的适用于向反应器地点输送金属有机化合物，如三甲 基铟。所述起泡器2具有封闭的腔室4，所述腔室4具有进口管6、出口管8和填充端口 10。所述出口管与延伸穿过大致所述腔室的长度的 汲取管12相连接。带孔盘片14被焊接到所述汲取管的基部，所述盘 片基本上横跨腔室的整个直径延伸。实心盘片ll设置在所述带孔盘片 下方，并通过侧面15与所述带孔盘片相连接。所述盘片可以是不锈钢 材料的，但还可以使用任何其它合适的材料，并且利用激光钻孔技术 形成小孔。在示出的实施例中，所述盘片设有一系列同心圆形式的孔 (参见图2b和2c)。但是，穿过所述盘片的孔的图案不仅限于这种布 置。运载气体(例如氢气)被引入到包含金属有机物前体(如三曱基 铟)的腔室4中。所述气体被导向流过所述带孔盘片12中的孔并吸收 汽化化合物。所述气体混合物随后能够向上穿过所述汲取管12并通过 出口管8离开所述腔室。横跨所述腔室设置的带孔盘片用于在起泡器的整个横截面上分散 所述运载气体，从而使其更均匀地与包含在起泡器中的金属有机物前 体的所有面积相接触。这提高了将前体传输到气相中的效率，且在一 个更宽的操作时间框架中更容易地达到饱和浓度，从而使得来自所述 起泡器的输出流量保持在一个恒定水平。穿过所述盘片的孔的尺寸和密度对优化所述盘片的性能是很重要 的。大概由于在相邻的孔之间出现一些扰乱最佳条件的干扰，因此在 达到 一 个极限的情况下，设置附加的孔将不再提高所述起泡器的性能。 假设维持孔的最佳密度，所述孔的布置可以是随机的或几何图案的。 例如，在一个63mm直径的圆形板的整个区域上，以随机方式设置大 约700个直径为0.15mm的孔，这样可以获得一个很好的结果。可替 换地，对于同心布置，可以在63mm直径的圆形板上i殳置大约350个 孔。应当理解，如本领域技术人员公知的，所述起泡器可设置有适当 的传统装置，以选择和控制流过所述设备的气体的温度、压力和流量。 示例1研究利用如图l所示的反向流起泡器，在运载气体中输送固态三曱基铟的效率。在多种条件下测试所述起泡器，并记录所述起泡器随着时间的流逝给出稳定的Epison读数的条件。所述数据由Trendview 记录器收集，所述Trendview记录器记录所述起泡器的压力、压力控 制器处的压力以及Epison读数。在2个小时内不间断地记录每次流量 的数据。所述Epison读数的误差为士0.005，所述压力读数的误差为 士3mbar。所使用的反向流起泡器的100%灌装水平为300g。将60g的固态 三曱基铟添加到所述起泡器中，使得所述起泡器被充满20%,并且将 所述起泡器与所述Epison成套工具(kit)相连接。低灌装水平用来 代表接近其使用寿命终点的起泡器，在使用传统起泡器时，该终点对 应于其中吸收率下降的一灌装水平。因此，所述灌装水平使得能够在 难度参数下对所述起泡器的有效饱和效率进行研究。源的温度保持在 17。C。图3至9示出了在各种压力和流量下使用本发明的起泡器时运载 气体中三甲基铟的吸收和消耗。所述图表代表由超声系统测量的来自 所述起泡器的输出流量。这个系统报告出直接与运载气体中的金属有 机物的浓度相关的读数。期望的是在给定流量、压力和温度下获得一 个恒定输出浓度。这种输出由图表中的直线表示。当条件改变时，所 述读数将变化，并且正是这种波动产生了问题。在使用三曱基铟的情 况中，接触时间和可利用的表面面积是在气相中获得产品恒定浓度的 关键。本发明有助于对穿过所述产品的运载气体路径进行优化，以在 所述起泡器的整个使用寿命期间获得均匀的接触，并且在使用过程中 随着所述起泡器中容纳物的消耗而保持良好的汽化效率。相比之下， 传统的单个浸渍腿布置会导致读数发生更大波动以及在终点出现吸收 量的更大下降。如在图3至9中所示，对于40-60g的灌装水平，反向流带孔盘式 起泡器在760托的压力下工作良好，并且达到1000 sccm流量。在250 托的压力下，在流量高于700sccm时所述Epison读数变得不稳定之前， 所述起泡器给出高达600sccm流量的好结果。对于大气压下高达1000sccm的流量以及在减小的压力下高达500sccm的流量的流动稳 定性是对使用相同设备获得的标准浸渍腿效果的显著改进。应当注意到，对于前面的试验，没有观察到在经受超过5mbar的 浮动时理想的压力控制，从而不利地影响输出的稳定性。但是，即使 对于这些未优化的参数，根据本发明的起泡器的设计能够提供比通过 传统汲取管提供的单个大孔进口所能实现的更好的结果。此外，在多 个图表中出现了一个导引时期，可以相信该导引时期与带孔盘片的性 能相比，与压力控制更加相关。在示出的实施例中使用的是固态前体三甲基铟，但是本发明的所 述起泡器同样可以;陂用于输送液态前体，所述液态前体被用于任何化 学气相沉积或必须要保持高度稳定的化学气相浓度的CVD类应用。 这尤其与高流量用途相关，在高流量用途中使用标准起泡器设计更加 难以实现运载气体饱和。在液态前体的情况下，相对于由传统汲取管 提供的一个较大的单个孔，提供于所述盘片上的小尺寸孔的穿孔可以 产生小尺寸的气泡，以允许在较浅的液体深度的情况下的完全气体饱 和。这保证了在所述起泡器的使用寿命期间以提高的效率实现饱和， 从而保证了稳定的输出流量。所述小的气泡同样使得在腔室内的前体 表面被较少地扰乱，从而导致压力波动减小，并且因此获得一个更稳 定的输出。在固态前体的情况下，相对于进入传统单个汲取管的较大 孔，穿过所述盘片提供的小尺寸孔提供更小的通道区域，以形成核， 因此改善了由所述运载气体接触的表面区域的一致性。这提高了输出 气相浓度的稳定性，并提高了在所述起泡器寿命期间的输出稳定性。 设置大致横穿所述起泡器的腔室的直径延伸的带孔盘片有助于使运载 气体跨过整个腔室横截面扩散，由于所述气体更均匀地与容纳于所述 腔室内的物质的所有区域相接触，因此这有益于饱和效率。通过在更 宽的操作时间框架范围更容易地实现饱和浓度，从所述起泡器输出的 输出流量保持在一个恒定的水平。应当理解的是，根据本发明的起泡器可以被用于将气体流沿常规 正向方向向下输送到所述汲取管并向上穿过容纳于所述腔室内的金属有机化合物，或同样地用于反向流结构，其中在所述反向流结构中， 气体被向下输送穿过所述金属有机化合物并向上输送至所述汲取管。清楚的是，配备运载气体必须穿过的给定密度的一系列孔改善了 随时间变化的起泡器流量输出的稳定性和起泡器灌装水平。同时还提 高了相对于运载流量和操作压力的流量输出的稳定性。实施例2附图中的图10示出了根据本发明第二实施例的起泡器。为了简要 起见，与关于图1至2c已经描述过的相同特征给予相同的参考标记。 除了存在如上面关于图1至2c已经描述的带孔盘片14外，所述起泡 器设有双腔室20、 22，其中内腔室22包括由外腔室20包围的起泡器 的浸渍腿。所述内腔室22具有比传统的腔室更宽的直径。在这一点上，浸渍 腿通常为0.25英寸(6.35mm)左右，然而本发明的内腔室的直径为1 英寸(25.4mm)左右。所述外腔室的直径为3.388英寸(86mm )左 右。此外，如图10所示，前体(例如TMI)既被放置在内腔室中， 又被放置在外腔室中。位于外腔室中的前体与位于内腔室中的前体的 比率为5: 1-7: 1左右。所述浸渍腿本身大约充满75 %的前体，且所 述外腔室大约充满25%的前体。例如，对于300g灌装，将会有达到 60g的TMI位于中央汲取管容积中，其余的位于外部第二腔室中。通过使用图11中所示的试验装置，对使用如图10所示的起泡器 的前体的吸收和稳定性进行研究。在使用Epichem设备(Epison ) 测试时，显示设计优于传统起泡器，如图12和13所示的，它们示出 了通过使用本发明的起泡器，即使下降到低灌装水平，仍然可以实现 前体输出的高稳定性，显示非常高的效率。图14同时显示出在"理论 流动，，和"实际流动，，之间具有极好的一致。此外，根据本发明第二实施例的起泡器能够在不得不更换起泡器之前使用高百分比前体。例如， 对于初始灌装水平为300g的起泡器，在更换起泡器之前，85%的起泡13器可以达到超过900/。的使用率，并且在更换之前，35%的起泡器可以 达到超过98%的使用率。所述结果显示出，使起泡器具有双腔室、更宽的汲取管、跨越所 述腔室的带孔盘片，以及提供在所述起泡器的每个区段内的特定比率 的前体，提供了改进的吸收稳定性和性能。所述汲取管的直径的增加放慢了气体流过这个区域的速度，以提高接触停留时间并提高气体饱 和度。此外，位于所述汲取管和腔室的出口处的所述带孔盘片引导所 述已饱和气体流入到起泡器内部的下段的所有部分，到达加满的前体 存储所停留的地方，从而在整个源使用期间，能够将排气浓度保持在 一个稳定的水平。所述起泡器适合于在高和低流动条件下输送固体源，并且可被用 于运载气体的反向流动。
权利要求
1、一种起泡器，其包括容纳有一种物质的密封容器，所述容器具有用于输送运载气体进出所述容器的进口和出口，所述进口或出口被连接到延伸入所述容器中的一导管上，所述容器设有位于所述进口和所述出口之间的一元件，所述元件中以预定间距设置多个孔。
2、 根据权利要求l所述的起泡器，其中所述容器为细长圆筒形。
3、 根据权利要求1或2所述的起泡器，其中所述元件由无孔材料 制成。
4、 根据权利要求3所述的起泡器，其中所述元件由金属制成。
5、 根据权利要求4所述的起泡器，其中所述元件由不锈钢制成。
6、 根据前述任一权利要求所述的起泡器，其中所述元件横向于所 述容器的纵向延伸。
7、 根据权利要求2-6中任一权利要求所述的起泡器，其中所述元 件是圆形的，并且所述元件的周长遵循所述容器的内侧轮廓。
8、 根据前述任一权利要求所述的起泡器，其中所述元件为基本上 平的。
9、 根据前述任一权利要求所述的起泡器，其中所述元件J^本上跨 过所述容器的整个横截面延伸。
10、 根据前述任一权利要求所述的起泡器，其中所述元件提供于 所述容器的下部中。
11、 根据前述任一权利要求所述的起泡器，其中所述元件从所述 导管向外延伸。
12、 根据权利要求11所述的起泡器，其中所述元件从所述导管的 自由端延伸。
13、 根据权利要求11或12所述的起泡器，其中所述元件被焊接 到所述导管上。
14、 根据权利1-6中任一权利要求所述的起泡器，其中所述元件 包括通过侧面连接的上表面和下表面。
15、 根据权利要求14所述的起泡器，其中所述上表面中设置有多 个孔，并且所述上表面从所述导管的自由端向外延伸。
16、 根据权利要求14所述的起泡器，其中所述上表面中设置有多 个孔，并且所述导管的所述端延伸到形成于所述上表面和下表面之间 的空腔中。
17、 根据权利要求14、 15或16所述的起泡器，其中所述下表面 为实心的。
18、 根据权利要求14-17中任一权利要求所述的起泡器，其中所 述元件为截顶圆筒的形式，并且所述上表面和下表面包括圆形盘片。
19、 根据前述任一权利要求所述的起泡器，其中所述多个孔以随 机或不规则的图案布置。
20、 根据权利要求1至18中任一权利要求所述的起泡器，其中所 述多个孔以几何或规则图案布置。
21、 根据权利要求20所述的起泡器，其中所述孔以一系列同心圓 的方式布置。
22、 根据前述任一权利要求所述的起泡器，其中穿过所述元件设 置的所述孔的密度在每平方厘米5-25个孔的范围内。
23、 根据权利要求22所述的起泡器，其中穿过所述元件设置的所 述孔的密度在每平方厘米10-20个孔的范围内。
24、 根据前述任一权利要求所述的起泡器，其中每个孔的直径小 于0.5mm。
25、 根据权利要求24所述的起泡器，其中每个孔的直径为0.1至 0.2mm。
26、 根据前述任一权利要求所述的起泡器，其中所述容器包括一 内腔室和一外腔室，所述内腔室包括所述导管。
27、 根据权利要求26所述的起泡器，其中所述元件跨过所述内腔 室和外腔室横向地延伸。
28、 根据权利要求26或27所述的起泡器，其中所述腔室为圆筒 形的，且所述内腔室的直径大约为所述外腔室的直径的三分之一。
29、 根据权利要求28所述的起泡器，其中所述内腔室的直径为至 少20mm。
30、 根据权利要求28或29所述的起泡器，其中所述外腔室的直 径为至少75mm。
31、 根据权利要求26-30中任一权利要求所述的起泡器，其中所 述进口连接到所述外腔室，所述出口连接到所述内腔室。
32、 根据权利要求26-31中任一权利要求所述的起泡器，其中要 被所述运栽气体运载的所述物质提供于所述内腔室和外腔室中。
33、 根据权利要求32所述的起泡器，其中所述外腔室与所述内腔 室中的所述物质的比率在5: l至7: l的范围内。
34、 一种起泡器，其包括容纳有一种物质的密封容器，所述容器 具有用于输送运载气体进出所述容器的进口和出口 ，所述进口被连接 到延伸入所述容器中的一外腔室上，所述出口被连接到位于所述外腔 室中的一内腔室上，所述内腔室和外腔室流体连通，至少一个所述腔 室设有位于所述进口和所述出口之间的元件，所述元件中以预定间距 设置多个孔。
35、 一种向反应器地点输送物质的方法，所述方法包括将运载气 体引入到包含有物质的容器中，使所述运载气体穿过多个孔，所述孔 以预定间距设置在位于所述容器中的 一元件中，4吏所述气体穿过所述 物质并向反应器地点输送运载气体混合物。
36、 根据权利要求35所述的方法，其中在使所述运载气体穿过设 置在所述元件中的孔之前，使所述运载气体穿过容纳有所述物质的外 腔室。
37、 根据权利要求36所述的方法，其中在将所述运载气体输送到 反应器地点之前，使所述运载气体穿过容纳有另外物质的内腔室。
38、 将根据前述任一权利要求所述的起泡器用于向反应器地点输 送液态或固态金属有机化合物的用途。
39、 根据权利要求38所述的将起泡器用于输送固态金属有机化合 物的用途。
全文摘要
一种用于向反应器地点输送液态或固态金属有机化合物的起泡器(2)。所述起泡器具有内腔室和外腔室，以及位于其进口(6)和出口(8)之间的设有多个孔的元件(14)。所述元件(14)优选地为具有预定孔密度的带孔盘片的形式，以提供流过所述起泡器的运载气体的最佳吸收和流动。
文档编号C23C16/448GK101310042SQ200680042933
公开日2008年11月19日 申请日期2006年10月12日 优先权日2005年11月17日
发明者G·威廉姆斯, H·坎宁, R·坎乔利亚, R·奥德拉 申请人:西格玛-奥吉奇公司