專(zhuān)利名稱(chēng)：有機(jī)金屬化合物供給裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體有機(jī)金屬化合物供給裝置。具體地，本發(fā)明涉及 能夠在室溫下以更穩(wěn)定的濃度進(jìn)一步增加有機(jī)金屬化合物供給量的固 體有機(jī)金屬化合物供給裝置。
背景技術(shù)：
在化合物半導(dǎo)體的外延生長(zhǎng)中，使用有機(jī)金屬化合物作為原料。 有機(jī)金屬化合物特別經(jīng)常用于批量生產(chǎn)率和可控性?xún)?yōu)良的金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積法(MOCVD)中。例如，在高遷移率電子器件、高亮度光學(xué)器件、大容量光學(xué)通信 用激光、高密度記錄用激光等中，在使用溫度下呈固態(tài)的三甲基銦大 量使用。另外，當(dāng)制作藍(lán)色發(fā)光元件時(shí)，使用雙環(huán)戊二烯基鎂等作為 氮化鎵的p型摻雜劑。將有機(jī)金屬化合物置于容器中，通過(guò)使載氣流動(dòng)從而使與載氣接 觸的有機(jī)金屬化合物升華而進(jìn)入載氣中，然后從容器中取出并供給到 氣相生長(zhǎng)裝置等中。容器通常是不銹鋼圓筒，為了提高熱效率、有機(jī)金屬化合物濃度 的可控性、蒸發(fā)量的效率等，在底部的結(jié)構(gòu)、載氣的導(dǎo)入管等中具有 各種特征。另外，從提高生產(chǎn)率的角度考慮，開(kāi)始使用更大型的裝置。在使用溫度下呈液態(tài)的有機(jī)金屬化合物如三甲基銦或三甲基鋁 中，通過(guò)使載氣在液態(tài)的有機(jī)金屬化合物中鼓泡而使有機(jī)金屬化合物 流動(dòng)，容易使載氣與有機(jī)金屬化合物接觸，從而有機(jī)金屬化合物與載氣一起被從容器取出(圖1)。另一方面，當(dāng)使用固體有機(jī)金屬化合物如三甲基銦時(shí)，載氣的接 觸不均勻，在該部分中的消耗占優(yōu)勢(shì)地增加而超過(guò)其它部分。然后， 該部分的消耗連續(xù)地增加而形成流路，并且在載氣沒(méi)有流入的部位， 固體有機(jī)金屬化合物未被消耗而殘留。因此，固體有機(jī)金屬化合物不 能長(zhǎng)期以穩(wěn)定的濃度取出(圖2)。為了有效地使固體有機(jī)金屬化合物與載氣接觸，提出了將負(fù)載在 惰性載體上的固體有機(jī)金屬化合物填充到容器中，并使載氣從容器的上方向下流動(dòng)的方法(圖3)(參照J(rèn)P No.l-265511A);將固體有機(jī) 金屬化合物溶解于溶劑中，將其吸附到多孔粒狀吸附劑上，將所得材 料填充到容器內(nèi)的網(wǎng)篩上，然后使載氣從容器下方向上方流動(dòng)的方法 (參照J(rèn)P No.9-40489A);和將粒狀的固體有機(jī)金屬化合物填充到容 器內(nèi)的網(wǎng)篩上，然后使載氣從容器的下方向上方流動(dòng)的方法(參照J(rèn)P No.lO陽(yáng)223540A)。另一方面，近年來(lái)氣相生長(zhǎng)反應(yīng)裝置變得更大型化，從而使用大 量的固體有機(jī)金屬化合物，因此進(jìn)行了供給固體有機(jī)金屬化合物等所用容器的擴(kuò)大化等。供給的少量有機(jī)金屬化合物會(huì)增加容器內(nèi)殘留的固體有機(jī)金屬化 合物的量，從而使生產(chǎn)率下降。因此，期望一種與常規(guī)的方法、裝置 相比，可以在室溫下以更穩(wěn)定的濃度供給固體有機(jī)金屬化合物，并且 使有機(jī)金屬化合物的供給量(使用率)更高的有機(jī)金屬化合物供給裝置。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種可以更穩(wěn)定的濃度在室溫下供給固體有 機(jī)金屬化合物、并且可以使固體有機(jī)金屬化合物的使用率更高的有機(jī)金屬化合物供給裝置。本發(fā)明人對(duì)固體有機(jī)金屬化合物的供給裝置進(jìn)行了認(rèn)真研究，結(jié) 果發(fā)現(xiàn)，通過(guò)使用如下的有機(jī)金屬化合物供給裝置，可以有效地利用 固體有機(jī)金屬化合物，該供給裝置包括容器，該容器具有能夠?qū)⒇?fù)載 于惰性載體上的有機(jī)金屬化合物保持在容器的下部、并使載氣通過(guò)其 中的支持板，在容器上部設(shè)置的載氣導(dǎo)入口，和在作為容器底部的支 持板下方設(shè)置的載氣導(dǎo)出口，并且使載氣從上方向下方通過(guò)置于支持 板上的惰性載體上負(fù)載的有機(jī)金屬化合物，并且完成了本發(fā)明。本發(fā)明為一種有機(jī)金屬化合物供給裝置，包含容器，在室溫下向 該容器中填充固體有機(jī)金屬化合物并且供給用于使該有機(jī)金屬化合物 升華的載氣；支持板，其能夠保持在該容器的下部負(fù)載于惰性載體上 的該有機(jī)金屬化合物、并且能夠使載氣通過(guò)其中；在該容器上部設(shè)置 的載氣導(dǎo)入口；和在作為該容器底部的該支持板下方設(shè)置的載氣導(dǎo)出 口，并且載氣從上方向下方通過(guò)負(fù)載于惰性載體上的該有機(jī)金屬化合 物。


圖1是填充了液體有機(jī)金屬化合物的容器的斷面示意圖。圖2是填充了固體有機(jī)金屬化合物的容器的斷面示意圖。圖3是填充了在常規(guī)惰性載體上負(fù)載的固體有機(jī)金屬化合物的容 器的斷面示意圖。圖4是本發(fā)明中的填充了在惰性載體上負(fù)載的固體有機(jī)金屬化合 物的容器的一例的斷面示意圖。圖5是支持板的一例的示意圖((a)金屬網(wǎng)狀支持板，(b)柵 格狀支持板)。圖6是表示實(shí)施例1中結(jié)果的圖形。圖7是表示比較例1中結(jié)果的圖形。圖8是表示比較例2中結(jié)果的圖形。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明中的固體有機(jī)金屬化合物包括作為氣相生長(zhǎng)法化合物半導(dǎo) 體的原料等使用的物質(zhì)，例如，銦化合物如三甲基銦、二甲基氯化銦、 環(huán)戊二烯基銦、三甲基銦/三甲基胂加合物和三甲基銦/三甲基膦加合 物，鋅化合物如乙基碘化鋅、乙基環(huán)戊二烯基鋅和環(huán)戊二烯基鋅，鋁 化合物如甲基二氯化鋁，鎵化合物如甲基二氯化鎵、二甲基氯化鎵和 二甲基溴化鎵，雙環(huán)戊二烯基鎂等。另外，所使用的負(fù)載固體有機(jī)金屬化合物的載體沒(méi)有特別限制， 只要該載體對(duì)固體有機(jī)金屬化合物呈惰性即可，包括陶瓷如氧化鋁、 二氧化硅、富鋁紅柱石、玻璃碳、石墨、鈦酸鉀、石英、氮化硅、氮 化砷和碳化硅，金屬如不銹鋼、鋁、鎳和鎢，氟化物樹(shù)脂，玻璃等。所使用的載體的形狀沒(méi)有特別限制，包括諸如無(wú)定形、球狀、纖維狀、網(wǎng)狀、箔狀和圓柱形。載體表面優(yōu)選具有約100至約2000(im的 微小凹凸的粗糙表面而非平坦表面，或者在載體自身中具有大量孔(空 隙)。這樣的載體包括氧化鋁球、拉西環(huán)、亥里派克填料(HeliPack)、 狄克松填料(Dixon packing)、不銹鋼燒結(jié)元件(stainless sintered element)、玻璃棉、金屬棉等。支持板包括金屬網(wǎng)和柵格(圖5)，孔的尺寸通常為使得載體不 落下的尺寸，通常為約l至約5mm，優(yōu)選為約1.5至約3mm?？椎男?狀沒(méi)有特別限制，包括多角形、圓形、橢圓形等。材料沒(méi)有特別的限 制，只是該材料對(duì)固體有機(jī)金屬化合物呈惰性即可，可以使用玻璃、 金屬、陶瓷等。從熱傳導(dǎo)性的角度考慮優(yōu)選金屬，特別優(yōu)選不銹鋼 (stainless)。將固體有機(jī)金屬化合物負(fù)載到惰性載體上的方法可以使用常規(guī)實(shí) 施的方法。例如，該方法包括將載體和固體有機(jī)金屬化合物根據(jù)預(yù)定重量比引入旋轉(zhuǎn)容器中，將所得材料加熱使固體有機(jī)金屬化合物熔融， 然后在旋轉(zhuǎn)攪拌的同時(shí)使熔融物逐漸冷卻的方法；將載體引入加熱熔 融的固體有機(jī)金屬化合物中，將過(guò)量的有機(jī)金屬化合物取出，然后逐 漸冷卻的方法等。在進(jìn)行負(fù)載前，除去載體中所含的氧、水分或其它揮發(fā)性雜質(zhì)是 重要的。如果氧、水分等存在于載體表面上，則原料可能變質(zhì)或者被 污染。當(dāng)使用有機(jī)金屬化合物作為氣相生長(zhǎng)等的原料時(shí)，可能損害所 得膜的質(zhì)量，或者不能充分地實(shí)現(xiàn)原料的穩(wěn)定供給。為了避免這些問(wèn) 題，優(yōu)選在該載體材料可容許的溫度范圍內(nèi)對(duì)其加熱的同時(shí)預(yù)先將載 體真空脫氣，然后由惰性氣體如氮或氬等置換空隙部分。負(fù)載于載體上的固體有機(jī)金屬化合物相對(duì)于100重量份載體通常為約IO至約100重量份，優(yōu)選為約30至約70重量份。如果負(fù)載了載 體的約IO重量份以下，則容器的容積中所占的固體有機(jī)金屬化合物的 量偏小，因此為了達(dá)到足夠量的固體有機(jī)金屬化合物可能要將容器增 大到必要以上，因此不經(jīng)濟(jì)。另外，當(dāng)負(fù)載了載體的約IOO重量份時(shí)， 單位負(fù)載容積的固體有機(jī)金屬化合物的表面積不能象預(yù)期地那樣變 大，因此可能不會(huì)充分地得到效果。圖4顯示了本發(fā)明中的包括含有固體有機(jī)金屬化合物的容器的有 機(jī)金屬化合物供給裝置的一例。在具有彎曲底部的容器1的下部設(shè)置 了能夠保持在惰性載體上負(fù)載的有機(jī)金屬化合物并且能夠使載氣通過(guò) 其中的支持板9。容器的上部連接有載氣導(dǎo)入管2和載氣導(dǎo)出管3。載 氣導(dǎo)入口 4位于容器的上部，其開(kāi)口在負(fù)載于惰性載體上的有機(jī)金屬 化合物的上方；載氣導(dǎo)出管3通過(guò)容器的內(nèi)部；載氣導(dǎo)出口5位于容 器的底部，其開(kāi)口于支持板的下方。在圖中，載氣導(dǎo)出管3通過(guò)容器的內(nèi)部，但是不限于此；如果導(dǎo)出口在容器的底部開(kāi)口于支持板的下方，則導(dǎo)出管可以設(shè)置在容器外部。負(fù)載于惰性載體上的固體有機(jī)金屬化合物由未圖示的供給口以所需量供給到容器1內(nèi)，并負(fù)載于支持板9上。另外，如上所述，固體 有機(jī)金屬化合物可以負(fù)載于容器內(nèi)的惰性載體上。載氣導(dǎo)入管2連接到載氣供給源、流量控制裝置(未圖示)等； 載氣導(dǎo)出管3連接到氣體濃度計(jì)、氣相生長(zhǎng)裝置(未圖示)等，容器l置于恒溫槽中使用。載氣如氫氣從載氣導(dǎo)入管2以預(yù)定流量供給，并且使載氣經(jīng)載氣 導(dǎo)入口 4通過(guò)負(fù)載于惰性載體上的有機(jī)金屬化合物的空間從容器的上 方向下通過(guò)，從而從載氣導(dǎo)出口 5通過(guò)載氣導(dǎo)出管3將含有有機(jī)金屬 化合物的載氣供給到氣相生長(zhǎng)裝置等。圖4示出了底部具有彎曲形狀的容器1。但是，當(dāng)然也可以使用 具有平底的容器。另外，也可以將載氣導(dǎo)出口 5在底部分成至少多個(gè) 導(dǎo)出口以比較穩(wěn)定地收集氣體。對(duì)于負(fù)載于惰性載體上的有機(jī)金屬化合物向容器中的填充量而 言，所填充化合物的頂端位置通常應(yīng)該低于載氣導(dǎo)入口；但是，在載 氣導(dǎo)入口被分散并且容器具有載氣可以均勻地導(dǎo)入負(fù)載于惰性載體上 的有機(jī)金屬化合物的上部的情況下，則沒(méi)有這種限制。例如，象使用 分散板或者具有噴淋頭狀載氣導(dǎo)入口的情況下，當(dāng)載體被均勻地分散 供給時(shí)，載氣導(dǎo)入口的位置和有機(jī)金屬化合物的頂端位置可以實(shí)質(zhì)上 是相同水平。本發(fā)明的有機(jī)金屬化合物供給裝置適于氣相生長(zhǎng)等所用原料的供 給裝置。以下將列舉本發(fā)明的實(shí)施例，但是，本發(fā)明不限于此。 實(shí)施例1如圖4所示，向具有彎曲底部且容積為約1000cm3 (內(nèi)徑 110mm，深度120mm，支持板位于最底部上方26mm處(孔尺寸 110mm線(xiàn)網(wǎng)))的容器中，填充435克平均粒徑(直徑)4.5mm的 氧化鋁球作為惰性載體和填充300克三甲基銦(以下，稱(chēng)為T(mén)MI)。 將容器的溫度升至約ll(TC(高于的TMI熔點(diǎn))使TMI熔融，然后在 旋轉(zhuǎn)攪拌的同時(shí)將所得材料的溫度逐漸冷卻至室溫，從而將TMI負(fù) 載于氧化鋁上。從氫氣瓶以基本恒定的約900cmV分鐘(大氣壓換算，容器中填充 部單位面積的流量約9.5 cmVcm"分鐘)的流量，向填充了負(fù)載于 氧化鋁球上的TMI的容器中填充流動(dòng)的氫氣作為載氣。氫氣由導(dǎo)入管 2供給使得從上方向下方通過(guò)填充的TMI中，并從導(dǎo)出管3取出。將 容器置于恒溫槽浴中保持25r。容器內(nèi)的壓力設(shè)定在40kPaA。來(lái)自容器的氫氣中的TMI濃度通過(guò)作為氣體濃度計(jì)的Epison濃度 i十(Thomas Swan Scientific Instrument Ltd.帶j)進(jìn)4亍確定。定期測(cè)定TMI濃度，由氫氣流量和TMI濃度評(píng)價(jià)TMI的使用率 (%)。結(jié)果如圖6所示。TMI的濃度在使用率變?yōu)榧s80%之前都是穩(wěn)定的，然后下降。比較例1如圖3所示的容器中，在除了無(wú)支持板以外與實(shí)施例1同樣的容 器中，與實(shí)施例1同樣地將TMI負(fù)載于氧化鋁上。與實(shí)施例1同樣地評(píng)價(jià)了 TMI的使用率(％)。結(jié)果如圖7所示。TMI的濃度在使用率變?yōu)榧s75%之前都是穩(wěn)定的，然后下降。 比較例2除了與實(shí)施例1相反從導(dǎo)入管3供給氫氣并且從導(dǎo)出管2取出氫 氣使得氫氣從下方向上方通過(guò)填充的TMI中以外，進(jìn)行與實(shí)施例1相 同的操作。當(dāng)使用率變?yōu)榧s30%時(shí)TMI的濃度下降，然后逐漸下降。使用本發(fā)明的供給裝置可以在室溫下以更加穩(wěn)定的濃度提供固體 有機(jī)金屬化合物，并且使得固體有機(jī)金屬化合物的使用率更高。
權(quán)利要求
1.一種有機(jī)金屬化合物供給裝置，包含容器，在室溫下向該容器中填充固體有機(jī)金屬化合物并且供給用于使該有機(jī)金屬化合物升華的載氣；支持板，其能夠保持在該容器的下部負(fù)載于惰性載體上的有機(jī)金屬化合物、并且能夠使載氣通過(guò)其中；在該容器上部設(shè)置的載氣導(dǎo)入口；和在作為該容器底部的該支持板下方設(shè)置的載氣導(dǎo)出口，其中載氣從上方向下方通過(guò)在支持板上加載的惰性載體上負(fù)載的該有機(jī)金屬化合物。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)金屬化合物供給裝置，其中 所述支持板為孔尺寸約1至約5mm的不銹鋼線(xiàn)網(wǎng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的有機(jī)金屬化合物供給裝置，其中 所述有機(jī)金屬化合物為三甲基銦。
全文摘要
本發(fā)明提供一種有機(jī)金屬化合物供給裝置，其包含容器，在室溫下向該容器中填充固體有機(jī)金屬化合物并且供給用于使該有機(jī)金屬化合物升華的載氣；支持板，其能夠保持在該容器的下部負(fù)載于惰性載體上的該有機(jī)金屬化合物、并且能夠使載氣通過(guò)其中；在該容器上部設(shè)置的載氣導(dǎo)入口；和在作為該容器底部的該支持板下方設(shè)置的載氣導(dǎo)出口；其中載氣從上方向下方通過(guò)在支持板上加載的惰性載體上負(fù)載的該有機(jī)金屬化合物。
文檔編號(hào)C30B25/14GK101240446SQ20071019367
公開(kāi)日2008年8月13日 申請(qǐng)日期2007年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月27日
發(fā)明者井手直行, 安部壽充 申請(qǐng)人:住友化學(xué)株式會(huì)社