專利名稱：有機金屬化合物供給裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及固體有機金屬化合物供給裝置。具體地，本發明涉及 能夠在室溫下以更穩定的濃度進一步增加有機金屬化合物供給量的固 體有機金屬化合物供給裝置。
背景技術：
在化合物半導體的外延生長中，使用有機金屬化合物作為原料。 有機金屬化合物特別經常用于批量生產率和可控性優良的金屬有機化學氣相淀積法(MOCVD)中。例如，在高遷移率電子器件、高亮度光學器件、大容量光學通信 用激光、高密度記錄用激光等中，在使用溫度下呈固態的三甲基銦大 量使用。另外，當制作藍色發光元件時，使用雙環戊二烯基鎂等作為 氮化鎵的p型摻雜劑。將有機金屬化合物置于容器中，通過使載氣流動從而使與載氣接 觸的有機金屬化合物升華而進入載氣中，然后從容器中取出并供給到 氣相生長裝置等中。容器通常是不銹鋼圓筒，為了提高熱效率、有機金屬化合物濃度 的可控性、蒸發量的效率等，在底部的結構、載氣的導入管等中具有 各種特征。另外，從提高生產率的角度考慮，開始使用更大型的裝置。在使用溫度下呈液態的有機金屬化合物如三甲基銦或三甲基鋁 中，通過使載氣在液態的有機金屬化合物中鼓泡而使有機金屬化合物 流動，容易使載氣與有機金屬化合物接觸，從而有機金屬化合物與載氣一起被從容器取出(圖1)。另一方面，當使用固體有機金屬化合物如三甲基銦時，載氣的接 觸不均勻，在該部分中的消耗占優勢地增加而超過其它部分。然后， 該部分的消耗連續地增加而形成流路，并且在載氣沒有流入的部位， 固體有機金屬化合物未被消耗而殘留。因此，固體有機金屬化合物不 能長期以穩定的濃度取出(圖2)。為了有效地使固體有機金屬化合物與載氣接觸，提出了將負載在 惰性載體上的固體有機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的方法(圖3)(參照JP No.l-265511A);將固體有機 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 料填充到容器內的網篩上，然后使載氣從容器下方向上方流動的方法 (參照JP No.9-40489A);和將粒狀的固體有機金屬化合物填充到容 器內的網篩上，然后使載氣從容器的下方向上方流動的方法(參照JP No.lO陽223540A)。另一方面，近年來氣相生長反應裝置變得更大型化，從而使用大 量的固體有機金屬化合物，因此進行了供給固體有機金屬化合物等所用容器的擴大化等。供給的少量有機金屬化合物會增加容器內殘留的固體有機金屬化 合物的量，從而使生產率下降。因此，期望一種與常規的方法、裝置 相比，可以在室溫下以更穩定的濃度供給固體有機金屬化合物，并且 使有機金屬化合物的供給量(使用率)更高的有機金屬化合物供給裝置。發明內容本發明的目的是提供一種可以更穩定的濃度在室溫下供給固體有 機金屬化合物、并且可以使固體有機金屬化合物的使用率更高的有機金屬化合物供給裝置。本發明人對固體有機金屬化合物的供給裝置進行了認真研究，結 果發現，通過使用如下的有機金屬化合物供給裝置，可以有效地利用 固體有機金屬化合物，該供給裝置包括容器，該容器具有能夠將負載 于惰性載體上的有機金屬化合物保持在容器的下部、并使載氣通過其 中的支持板，在容器上部設置的載氣導入口，和在作為容器底部的支 持板下方設置的載氣導出口，并且使載氣從上方向下方通過置于支持 板上的惰性載體上負載的有機金屬化合物，并且完成了本發明。本發明為一種有機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金屬化合物并且供給用于使該有機金屬化合物 升華的載氣；支持板，其能夠保持在該容器的下部負載于惰性載體上 的該有機金屬化合物、并且能夠使載氣通過其中；在該容器上部設置 的載氣導入口；和在作為該容器底部的該支持板下方設置的載氣導出 口，并且載氣從上方向下方通過負載于惰性載體上的該有機金屬化合 物。
圖1是填充了液體有機金屬化合物的容器的斷面示意圖。圖2是填充了固體有機金屬化合物的容器的斷面示意圖。圖3是填充了在常規惰性載體上負載的固體有機金屬化合物的容 器的斷面示意圖。圖4是本發明中的填充了在惰性載體上負載的固體有機金屬化合 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)金屬網狀支持板，(b)柵 格狀支持板)。圖6是表示實施例1中結果的圖形。圖7是表示比較例1中結果的圖形。圖8是表示比較例2中結果的圖形。
具體實施方式
本發明中的固體有機金屬化合物包括作為氣相生長法化合物半導 體的原料等使用的物質，例如，銦化合物如三甲基銦、二甲基氯化銦、 環戊二烯基銦、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、乙基環戊二烯基鋅和環戊二烯基鋅，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，雙環戊二烯基鎂等。另外，所使用的負載固體有機金屬化合物的載體沒有特別限制， 只要該載體對固體有機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，氟化物樹脂，玻璃等。所使用的載體的形狀沒有特別限制，包括諸如無定形、球狀、纖維狀、網狀、箔狀和圓柱形。載體表面優選具有約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、亥里派克填料(HeliPack)、 狄克松填料(Dixon packing)、不銹鋼燒結元件(stainless sintered element)、玻璃棉、金屬棉等。支持板包括金屬網和柵格(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，優選為約1.5至約3mm。孔的形 狀沒有特別限制，包括多角形、圓形、橢圓形等。材料沒有特別的限 制，只是該材料對固體有機金屬化合物呈惰性即可，可以使用玻璃、 金屬、陶瓷等。從熱傳導性的角度考慮優選金屬，特別優選不銹鋼 (stainless)。將固體有機金屬化合物負載到惰性載體上的方法可以使用常規實 施的方法。例如，該方法包括將載體和固體有機金屬化合物根據預定重量比引入旋轉容器中，將所得材料加熱使固體有機金屬化合物熔融， 然后在旋轉攪拌的同時使熔融物逐漸冷卻的方法；將載體引入加熱熔 融的固體有機金屬化合物中，將過量的有機金屬化合物取出，然后逐 漸冷卻的方法等。在進行負載前，除去載體中所含的氧、水分或其它揮發性雜質是 重要的。如果氧、水分等存在于載體表面上，則原料可能變質或者被 污染。當使用有機金屬化合物作為氣相生長等的原料時，可能損害所 得膜的質量，或者不能充分地實現原料的穩定供給。為了避免這些問 題，優選在該載體材料可容許的溫度范圍內對其加熱的同時預先將載 體真空脫氣，然后由惰性氣體如氮或氬等置換空隙部分。負載于載體上的固體有機金屬化合物相對于100重量份載體通常為約IO至約100重量份，優選為約30至約70重量份。如果負載了載 體的約IO重量份以下，則容器的容積中所占的固體有機金屬化合物的 量偏小，因此為了達到足夠量的固體有機金屬化合物可能要將容器增 大到必要以上，因此不經濟。另外，當負載了載體的約IOO重量份時， 單位負載容積的固體有機金屬化合物的表面積不能象預期地那樣變 大，因此可能不會充分地得到效果。圖4顯示了本發明中的包括含有固體有機金屬化合物的容器的有 機金屬化合物供給裝置的一例。在具有彎曲底部的容器1的下部設置 了能夠保持在惰性載體上負載的有機金屬化合物并且能夠使載氣通過 其中的支持板9。容器的上部連接有載氣導入管2和載氣導出管3。載 氣導入口 4位于容器的上部，其開口在負載于惰性載體上的有機金屬 化合物的上方；載氣導出管3通過容器的內部；載氣導出口5位于容 器的底部，其開口于支持板的下方。在圖中，載氣導出管3通過容器的內部，但是不限于此；如果導出口在容器的底部開口于支持板的下方，則導出管可以設置在容器外部。負載于惰性載體上的固體有機金屬化合物由未圖示的供給口以所需量供給到容器1內，并負載于支持板9上。另外，如上所述，固體 有機金屬化合物可以負載于容器內的惰性載體上。載氣導入管2連接到載氣供給源、流量控制裝置(未圖示)等； 載氣導出管3連接到氣體濃度計、氣相生長裝置(未圖示)等，容器l置于恒溫槽中使用。載氣如氫氣從載氣導入管2以預定流量供給，并且使載氣經載氣 導入口 4通過負載于惰性載體上的有機金屬化合物的空間從容器的上 方向下通過，從而從載氣導出口 5通過載氣導出管3將含有有機金屬 化合物的載氣供給到氣相生長裝置等。圖4示出了底部具有彎曲形狀的容器1。但是，當然也可以使用 具有平底的容器。另外，也可以將載氣導出口 5在底部分成至少多個 導出口以比較穩定地收集氣體。對于負載于惰性載體上的有機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該低于載氣導入口；但是，在載 氣導入口被分散并且容器具有載氣可以均勻地導入負載于惰性載體上 的有機金屬化合物的上部的情況下，則沒有這種限制。例如，象使用 分散板或者具有噴淋頭狀載氣導入口的情況下，當載體被均勻地分散 供給時，載氣導入口的位置和有機金屬化合物的頂端位置可以實質上 是相同水平。本發明的有機金屬化合物供給裝置適于氣相生長等所用原料的供 給裝置。以下將列舉本發明的實施例，但是，本發明不限于此。 實施例1如圖4所示，向具有彎曲底部且容積為約1000cm3 (內徑 110mm，深度120mm，支持板位于最底部上方26mm處(孔尺寸 110mm線網))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，稱為TMI)。 將容器的溫度升至約ll(TC(高于的TMI熔點)使TMI熔融，然后在 旋轉攪拌的同時將所得材料的溫度逐漸冷卻至室溫，從而將TMI負 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，向填充了負載于 氧化鋁球上的TMI的容器中填充流動的氫氣作為載氣。氫氣由導入管 2供給使得從上方向下方通過填充的TMI中，并從導出管3取出。將 容器置于恒溫槽浴中保持25r。容器內的壓力設定在40kPaA。來自容器的氫氣中的TMI濃度通過作為氣體濃度計的Epison濃度 i十(Thomas Swan Scientific Instrument Ltd.帶j)進4亍確定。定期測定TMI濃度，由氫氣流量和TMI濃度評價TMI的使用率 (%)。結果如圖6所示。TMI的濃度在使用率變為約80%之前都是穩定的，然后下降。比較例1如圖3所示的容器中，在除了無支持板以外與實施例1同樣的容 器中，與實施例1同樣地將TMI負載于氧化鋁上。與實施例1同樣地評價了 TMI的使用率(％)。結果如圖7所示。TMI的濃度在使用率變為約75%之前都是穩定的，然后下降。 比較例2除了與實施例1相反從導入管3供給氫氣并且從導出管2取出氫 氣使得氫氣從下方向上方通過填充的TMI中以外，進行與實施例1相 同的操作。當使用率變為約30%時TMI的濃度下降，然后逐漸下降。使用本發明的供給裝置可以在室溫下以更加穩定的濃度提供固體 有機金屬化合物，并且使得固體有機金屬化合物的使用率更高。
權利要求
1.一種有機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金屬化合物并且供給用于使該有機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載于惰性載體上的有機金屬化合物、并且能夠使載氣通過其中；在該容器上部設置的載氣導入口；和在作為該容器底部的該支持板下方設置的載氣導出口，其中載氣從上方向下方通過在支持板上加載的惰性載體上負載的該有機金屬化合物。
2. 根據權利要求1所述的有機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的不銹鋼線網。
3. 根據權利要求l所述的有機金屬化合物供給裝置，其中 所述有機金屬化合物為三甲基銦。
全文摘要
本發明提供一種有機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金屬化合物并且供給用于使該有機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載于惰性載體上的該有機金屬化合物、并且能夠使載氣通過其中；在該容器上部設置的載氣導入口；和在作為該容器底部的該支持板下方設置的載氣導出口；其中載氣從上方向下方通過在支持板上加載的惰性載體上負載的該有機金屬化合物。
文檔編號C30B25/14GK101240446SQ20071019367
公開日2008年8月13日 申請日期2007年11月23日 優先權日2006年11月27日
發明者井手直行, 安部壽充 申請人:住友化學株式會社