專利名稱：汽化器、使用汽化器的各種裝置以及汽化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及優(yōu)選用于諸如MOCVD的沉積裝置的汽化器和汽化方法、以及沉積裝置和其它各種裝置。
背景技術(shù)：
隨著DRAM的發(fā)展產(chǎn)生了依賴于微細(xì)加工的與存儲(chǔ)容量相關(guān)的問題。需要一些用于有關(guān)存儲(chǔ)容量相關(guān)問題的措施，因?yàn)榭紤]軟件錯(cuò)誤容量性能度必須與前一代相同。作為上述問題的措施，電容器面積已經(jīng)被如下所述地增大。一個(gè)平面結(jié)構(gòu)已經(jīng)被作為相當(dāng)于1M容量的單元結(jié)構(gòu)，但被稱作棧結(jié)構(gòu)或溝渠結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)已經(jīng)被作為相當(dāng)于4M或以上的單元結(jié)構(gòu)。而且，在Si基板上層壓熱氧化膜制成的氧化膜和在多晶Si上層壓CVD氮化膜(該層壓膜一般稱作ON膜)的一個(gè)膜被用作電介質(zhì)薄膜。利用板的背側(cè)的翼片型、利用棧型側(cè)部的立體型也被采用，以增大面積從而有助于容量16MDRAM。
但是，由于工藝復(fù)雜導(dǎo)致的工藝數(shù)目增加以及各步驟之間的差別增大引起產(chǎn)量下降已經(jīng)使這種立體結(jié)構(gòu)受到質(zhì)疑，而且在256M比特之后難以實(shí)現(xiàn)。因此，作為進(jìn)一步增加集成度而不會(huì)改變現(xiàn)有DRAM結(jié)構(gòu)的方法，提出將用于電容的電介質(zhì)換成具有更高介電常數(shù)的電介質(zhì)。因而，具有高介電常數(shù)的單金屬順電(paraelectric)氧化物薄膜諸如Ta2O5、Y2O3、HfO2首先引起了注意。至于每種比介電常數(shù)，Ta2O5是28，Y2O3是16，HfO2是大約24，并且是SiO2的4到7倍。
但是，在256MDRAM之后的應(yīng)用中，立體電容器結(jié)構(gòu)是必要的。(BaxSr1-x)TiO3、Pb(ZryTi1-y)O3、(PbaL1-a)(ZrbTi1-b)O3被認(rèn)為是最有前景的材料，它們比上述氧化物具有更高的相對介電常數(shù)并且可預(yù)期用于DRAM。
最近，具有與超導(dǎo)材料的晶體結(jié)構(gòu)非常類似的晶體結(jié)構(gòu)的Bi族層狀結(jié)構(gòu)大大引起了注意，因?yàn)樗哂懈叩慕殡姵?shù)、鐵電體特征的自極化特性并且可作為優(yōu)良的非易失性存儲(chǔ)器。
通常，SrBi2Ta2O9鐵電體薄膜的形成是通過MOCVD方法(金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉積)進(jìn)行的，該方法是一種可行和有前景的方法。
鐵電體薄膜的原料包括例如三種有機(jī)金屬絡(luò)合物Sr(DPM)2，Bi(C6H5)3，Ta(OC2H5)5，它們分別熔融在THF(四氫呋喃)、己烷和其它溶劑中并用作原料溶液。Sr(Ta(OEt)6)2和Bi(OtAm)3能夠熔融在己烷和其它溶劑中并用作原料溶液。
注意，DPM是雙(二苯基膦)甲烷的縮寫。
表1顯示了每種材料的特性。
表1用于鐵電體薄膜的原料的特性


用于MOCVD方法的裝置包括包括反應(yīng)部和供給部，在反應(yīng)部中SrBi2Ta2O9薄膜材料在相反應(yīng)和表面反應(yīng)之后被沉積，供給部將SrBi2Ta2O9薄膜材料和氧化劑供給到反應(yīng)部。
而且，供給部設(shè)置有用于使薄膜材料汽化的汽化器。
顯示在

圖16中的相應(yīng)方法作為有關(guān)汽化器的工藝是目前已知的。圖16(a)顯示的稱作金屬過濾器型，該方法引入加熱到預(yù)定溫度的原料溶液并使加熱到預(yù)定溫度的原料溶液汽化到金屬過濾器中，金屬過濾器用來增加大氣源氣體與SrBi2Ta2O9鐵電體薄膜原料溶液之間的接觸區(qū)域。
但是，在該工藝中，由于汽化數(shù)小時(shí)金屬過濾器被阻塞，因此它不能經(jīng)受長時(shí)間的使用。本發(fā)明人認(rèn)為這是由于溶液從較低汽化溫度被加熱和汽化而造成的。
圖16(b)顯示了一種方法，其中，原料溶液通過施加30kgf/cm2的壓力從10μm的小孔排出并通過膨脹而汽化。
但是，在該方法中仍然存在使用數(shù)小時(shí)后導(dǎo)致小孔阻塞以及不能長時(shí)間使用的問題。
此外，還導(dǎo)致了對于反應(yīng)不能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的原料供應(yīng)，因?yàn)楫?dāng)原料溶液是例如Sr(DPM)2/THF、Bi(C6H5)3/THF、Ta(OC2H5)5/THF的有機(jī)金屬絡(luò)合物的混合溶液并且該混合溶液通過加熱汽化時(shí)，具有最高汽化壓力的溶劑(在此情況下是THF)立即汽化，有機(jī)金屬絡(luò)合物沉積并粘附在加熱面上。就顯示在圖16中的所有方法而言，能夠汽化或者改變呈液態(tài)或者霧態(tài)的溶劑的卡路里能量將增加。
此外，在MOCVD方法中，為了獲得良好的薄膜均勻性，需要獲得原料溶液均勻分散在其中的汽化氣體。但是，在現(xiàn)有技術(shù)中，這種要求不能夠被執(zhí)行。
本發(fā)明人單獨(dú)地提供如下技術(shù)以便該要求能夠被執(zhí)行。
即，如圖15所示，用于MOCVD的汽化器包括(1)分散部，它包括形成在內(nèi)部的氣體通道、將加壓運(yùn)載氣體引入氣體通道的氣體入口、將原料溶液供給到氣體通道的裝置、將包括原料溶液的運(yùn)載氣體送到汽化部的氣體出口、用于冷卻氣體通道的裝置、以及防止輻射熱的噴射部件，防止輻射熱的噴射部件被冷卻以便熱能不通過來自汽化部的輻射熱被施加到位于分散部中的原料氣體；(2)用于加熱和汽化從分散部送來的包括原料溶液的運(yùn)載氣體的汽化部，汽化部包括其一端與MOCVD反應(yīng)管連接、另一端與所述氣體出口連接的汽化管，以及用于加熱汽化管的加熱裝置。
因此，汽化器以一種方式構(gòu)成，使得熱能不通過來自汽化部的輻射熱被施加到位于分散部中的原料氣體。
由于這種技術(shù)的用于MOCVD的汽化器很少阻塞，與現(xiàn)有技術(shù)相比，它能夠長期使用并且能夠向反應(yīng)部穩(wěn)定地供給材料。
而且，就本技術(shù)而言，提前加熱的氧氣的入口已經(jīng)被設(shè)置在汽化部的下游。
但是，即使使用這種技術(shù)，在氣體通道中仍然可以看到晶體沉積從而導(dǎo)致阻塞。
而且，大量的碳(30到40at％)包括在所形成的薄膜中。需要在薄膜沉積之后在高溫下退火(例如在氧氣氛圍下在800℃下進(jìn)行60分鐘)以去除碳。
此外，當(dāng)進(jìn)行沉積時(shí)，會(huì)導(dǎo)致組成比的較大差別。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的要提供一種汽化器，該汽化器能夠長期使用而不會(huì)阻塞，并且能夠向反應(yīng)部穩(wěn)定地供給原料。
本發(fā)明的另一目的是提供一種汽化器、一種沉積裝置、其它各種裝置、和汽化方法，即使在沉積(as-deposited)狀態(tài)也能夠顯著地減少碳含量、并精確地控制薄膜的組成比。
本發(fā)明的另一目的是提供一種汽化器和汽化方法，通過它們可以獲得具有均勻分散的原料溶液的汽化氣體。
本發(fā)明的主題分別如下。
根據(jù)本發(fā)明的一種汽化器，包括(1)分散部，所述分散部包括形成在內(nèi)部的氣體通道；將運(yùn)載氣體引入氣體通道的氣體入口；將原料溶液供給到氣體通道的裝置；將包括原料溶液的運(yùn)載氣體送到汽化部的氣體出口；和用于冷卻氣體通道的裝置；以及(2)用于加熱和汽化從所述分散部送來的包括霧化的原料溶液的運(yùn)載氣體的汽化部，所述汽化部包括其一端與諸如沉積裝置的各種裝置的反應(yīng)部連接、另一端與所述氣體出口連接的汽化管；以及用于加熱汽化管的加熱裝置；并且所述汽化器還設(shè)置有位于氣體出口外側(cè)帶有小孔的防輻射部件。
根據(jù)本發(fā)明的一種汽化器，包括(1)分散部，所述分散部包括形成在內(nèi)部的氣體通道；將加壓運(yùn)載氣體引入氣體通道的氣體入口；將原料溶液供給到氣體通道的裝置；和將包括原料溶液的運(yùn)載氣體送到汽化部的氣體出口；以及(2)用于加熱和汽化從所述分散部送來的包括原料溶液的運(yùn)載氣體的汽化部，所述汽化部包括其一端與諸如沉積裝置的各種裝置的反應(yīng)部連接、另一端與所述氣體出口連接的汽化管；以及用于加熱汽化管的加熱裝置；其中(3)所述分散部由以下構(gòu)成具有圓柱形或圓錐形中空部分的分散部本體；和其外徑比圓柱形或圓錐形中空部分的內(nèi)徑小的桿；其中所述桿具有位于其外周汽化器側(cè)的一個(gè)或者多個(gè)凹槽并且被插入在所述中空部分中；以及(4)安裝在氣體出口外側(cè)的防輻射部件，防輻射部件具有位于氣體出口側(cè)的小孔和向著汽化器側(cè)擴(kuò)張的內(nèi)徑。
根據(jù)本發(fā)明的一種汽化器，包括(1)分散部，所述分散部包括形成在內(nèi)部的氣體通道；將運(yùn)載氣體引入氣體通道的氣體入口；將原料溶液供給到氣體通道的裝置；將包括原料溶液的運(yùn)載氣體送到汽化部的氣體出口；和冷卻氣體通道的裝置；以及(2)用于加熱和汽化從所述分散部送來的包括原料溶液的運(yùn)載氣體的汽化部，所述汽化部包括其一端與諸如沉積裝置的各種裝置的反應(yīng)部連接、另一端與所述氣體出口連接的汽化管；以及用于加熱汽化管的加熱裝置；其中作為運(yùn)載氣體的一些氧化氣體可以從氣體入口加到和引入氬氣、氮?dú)饣蚝獾戎?，或者氧化氣體或其氣體混合物可以從在噴射部件附近的第一氧氣供給部引入。
根據(jù)本發(fā)明的一種汽化器，包括(1)分散部，所述分散部包括形成在內(nèi)部的氣體通道；將運(yùn)載氣體引入氣體通道的氣體入口；將原料溶液供給到氣體通道的裝置；將包括原料溶液的運(yùn)載氣體送到汽化部的氣體出口；和冷卻氣體通道的裝置；以及(2)用于加熱和汽化從所述分散部送來的包括原料溶液的運(yùn)載氣體的汽化部，所述汽化部包括其一端與諸如沉積裝置的各種裝置的反應(yīng)部連接、另一端與所述氣體出口連接的汽化管；以及用于加熱汽化管的加熱裝置；其中具有小孔的防輻射部件安裝在所述氣體出口外側(cè)；并且運(yùn)載氣體和氧化氣體可以從所述氣體入口引入。
根據(jù)本發(fā)明的汽化方法的特征在于，在該汽化方法中氧氣被包含在運(yùn)載氣體中，其中，原料溶液被引入氣體通道；接著，通過在將高速運(yùn)載氣體噴射到引入的原料溶液之后使原料溶液受到剪切作用/霧化，以獲得原料氣體；以及隨后將原料氣體供給到汽化部并且被汽化。
根據(jù)本發(fā)明的一種分散器，包括用于供給原料溶液的多個(gè)通道；用于將從多個(gè)溶液通道供給的多種原料溶液混合的混合部；其一端與混合部連通并具有汽化部側(cè)的出口的供給通道；氣體通道，所述氣體通道布置成在供給通道中將運(yùn)載氣體或者運(yùn)載氣體與氧氣的混合氣體噴射到來自混合部的混合原料溶液；以及冷卻供給通道的冷卻裝置。
根據(jù)本發(fā)明的一種汽化器，包括分散器，所述分散器具有用于供給原料溶液的多個(gè)溶液通道；用于將從多個(gè)溶液通道供給的多種原料溶液混合的混合部；其一端與混合部連通并具有汽化部側(cè)的出口的供給通道；氣體通道，所述氣體通道布置成在供給通道中將運(yùn)載氣體或者運(yùn)載氣體與氧氣的混合氣體噴射到來自混合部的混合原料溶液；和冷卻供給通道的冷卻裝置；以及汽化器具有位于氣體出口外側(cè)的具有小孔的防輻射部件；以及所述汽化器還具有用于加熱和汽化從所述分散部送來的包括原料溶液的運(yùn)載氣體的汽化部；其一端與諸如沉積裝置的各種裝置的反應(yīng)部連接、另一端與所述分散器的氣體出口連接的汽化管；和用于加熱汽化管的加熱裝置。
附圖描述圖1是一個(gè)橫截面圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的用于MOCVD的汽化器的主要部件；圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的用于MOCVD的汽化器的總體橫截面圖；圖3是MOCVD的系統(tǒng)流程圖；圖4是儲(chǔ)備箱的主視圖；圖5是一個(gè)橫截面圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的用于MOCVD的汽化器的主要部件；圖6是一個(gè)橫截面圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的用于MOCVD的汽化器的主要部件；圖7(a)和(b)是顯示根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的用于MOCVD的汽化器氣體通道的變型的橫截面圖；圖8是顯示根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的用于MOCVD的汽化器的橫截面圖。
圖9是用于根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的用于MOCVD的汽化器的桿，(a)是側(cè)視圖，(b)是沿著X-X的橫截面圖，和(c)是沿著Y-Y的橫截面圖；圖10是顯示圖9(a)的變型的側(cè)視圖；圖11是顯示第六實(shí)施例中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的曲線圖；圖12是顯示第八實(shí)施例的側(cè)向橫截面圖；圖13是顯示第八實(shí)施例的氣體供應(yīng)系統(tǒng)的概念圖；
圖14是顯示第九實(shí)施例的橫截面圖；圖15是顯示最接近的現(xiàn)有技術(shù)的橫截面圖；圖16(a)和(b)是顯示現(xiàn)有技術(shù)的用于MOCVD的汽化器的橫截面圖；圖17是顯示SBT薄膜結(jié)晶特性的曲線圖；圖18是顯示結(jié)晶SBT薄膜極化特性的曲線圖；圖19是汽化器的詳細(xì)圖；圖20是汽化器的總圖；圖21是采用汽化器的SBT薄膜CVD裝置的示例；圖22是顯示膜成型裝置的橫截面圖；以及圖23顯示了散布在圖22中的熱媒循環(huán)裝置的結(jié)構(gòu)。
參考標(biāo)號說明1 分散部本體2 氣體通道3 運(yùn)載氣體4 氣體入口5 原料溶液6 原料供給孔7 氣體出口8 分散部9a，9b，9c，9d Bis10 桿18 冷卻裝置(冷卻水)20 汽化管
21 加熱裝置(加熱器)22 汽化部23 連接部24 接頭25 氧氣引入裝置(第一氧氣(氧化氣體)供給口)29 原料供給入口30a，30b，30c，30d 質(zhì)量流量控制器31a，31b，31c，31d 閥32a，32b，32c，32d 儲(chǔ)備箱33 運(yùn)載氣體儲(chǔ)罐42 排出口40 閥44 反應(yīng)管46 氣體容器51 錐形部70 凹槽101 小孔102 防輻射部件200 氧氣引入裝置(第二氧氣(氧化氣體)載體供給口)301 上游環(huán)302 下游環(huán)303a，303b 傳熱通道304 換熱板304a 排氣口氣體噴嘴
306 排出口308 孔口312 基片加熱器320 熱媒入口321 熱媒出口390 熱量引入媒介391 熱量導(dǎo)出媒介3100 硅基片具體實(shí)施方式
(第一實(shí)施例)圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的用于MOCVD的汽化器。
該實(shí)施例包括分散部8和汽化部22。分散部8包括形成在構(gòu)成分散部的分散部本體1內(nèi)部的氣體通道2，將加壓運(yùn)載氣體3引入氣體通道2的氣體入口4、將原料溶液5供給到通過氣體通道2的運(yùn)載氣體并使原料溶液5霧化的裝置(原料供給孔)6、將包括霧化的原料溶液5的運(yùn)載氣體(原料氣體)送到汽化部22的氣體出口7、以及冷卻在氣體通道2中流動(dòng)的運(yùn)載氣體的裝置(冷卻水)18。用于加熱和汽化從分散部8送來的原料溶液分散在其中的運(yùn)載氣體的汽化部22包括其一端與MOCVD反應(yīng)管連接、另一端與分散部8的氣體出口7連接的汽化管20，以及用于加熱汽化管20的加熱裝置(加熱器)21，其中具有小孔101的防輻射部件102設(shè)置在氣體出口7外側(cè)。
以下將更加詳細(xì)地描述該實(shí)施例。
在圖示實(shí)施例中，分散部本體1內(nèi)部是一個(gè)中空圓柱形部分。桿10裝配在中空分中，由分散部本體1內(nèi)壁和桿10限定一個(gè)氣體通道2。此外，中空部分不局限圓柱形，也可采用其它形狀。例如，圓錐形形狀是優(yōu)選的。呈圓錐形的中空部分圓形定位圈(nest)的角度優(yōu)選地為0到45度，更優(yōu)選地為8到20度。在其它實(shí)施例中情況相同。
氣體通道的橫截面積優(yōu)選地是從0.10到0.5mm2。
如果氣體通道的橫截面積小于0.10mm2，該過程是非常困難的。當(dāng)氣體通道的橫截面超過0.5mm2時(shí)，對大量高壓運(yùn)載氣體流的需要將導(dǎo)致運(yùn)載氣體的加速。當(dāng)使用大量流動(dòng)的運(yùn)載氣體時(shí)，需要更大能力的大型真空泵以保持反應(yīng)室處于減壓狀態(tài)(例如1.0托)。合適的流動(dòng)即氣體通道面積為0.10到0.5mm2是優(yōu)選的以獲得工業(yè)實(shí)用性，因?yàn)殡y于采用排氣能力超過10,000升/分鐘(在1.0托)的真空泵。
氣體入口4安裝在氣體通道2的一端。運(yùn)載氣體(例如氮?dú)狻鍤夂秃?源與氣體入口4連接。
原料供給孔6安裝在側(cè)部上近似位于分散部本體1中部并且與氣體通道2連通，以便將原料溶液5引入到氣體通道2中、并且將原料溶液5分散到流過氣體通道2的運(yùn)載氣體中，使其成為原料氣體。
通向汽化部22中的汽化管20的氣體出口7安裝在氣體通道2的一端。
冷卻水18流動(dòng)的空間11形成在分散部本體1中，在氣體通道2中流動(dòng)的運(yùn)載氣體通過在空間11中流動(dòng)的冷卻水18而被冷卻?；蛘咄ㄟ^設(shè)置珀耳帖效應(yīng)元件代替該空間來冷卻運(yùn)載氣體。只有溶劑在氣體通道2中汽化，而不會(huì)導(dǎo)致原料溶液的溶劑和有機(jī)金屬絡(luò)合物在氣體通道2中同時(shí)汽化，氣體通道2通過汽化部22的加熱器21受到熱影響。這里，通過冷卻在氣體通道2中流動(dòng)、原料溶液分散在其中的運(yùn)載氣體可以防止溶劑被單獨(dú)地汽化。尤其是，冷卻原料供給孔6的下游側(cè)是重要的，并且至少原料供給孔6的下游側(cè)被冷卻。冷卻溫度是低于溶劑沸點(diǎn)的溫度。例如，對于THF它低于67℃或者更低。尤其是，在氣體出口7的溫度非常重要。
此外，在這個(gè)實(shí)施例中，具有小孔101的防輻射部件102設(shè)置在氣體出口7外側(cè)。標(biāo)號103，104表示諸如O形環(huán)的密封材料。防輻射部件102可以是例如由特氟隆、不銹鋼、陶瓷等組成。此外，優(yōu)選地是由良好導(dǎo)熱性材料制成。根據(jù)本發(fā)明人的發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有技術(shù)中由于穿過氣體出口7的輻射熱，氣體通道2中的氣體通過汽化部中的熱量變得過熱。因此，即使通過冷卻水18被冷卻，氣體中的低熔點(diǎn)成分沉積在氣體出口7附近。
防輻射部件是一個(gè)用于防止輻射熱擴(kuò)散到氣體中的部件。因此，優(yōu)選地將小孔101的橫截面積減小到小于氣體通道2的橫截面積。減小到1/2或者更小是優(yōu)選的，減小到1/3或者更小是更優(yōu)選的。
此外，優(yōu)選地使小孔小型化。尤其是，優(yōu)選地使小孔小型化而其尺寸可以使噴出的氣體速度變成亞音速。
而且，優(yōu)選地是，小孔的長度是小孔尺寸的5倍或者更長，更優(yōu)選地是，小孔的長度是小孔尺寸的10倍或者更長。
而且，通過冷卻分散部即使長期使用也不會(huì)導(dǎo)致碳化物在氣體通道中(尤其是氣體出口)發(fā)生堵塞。
分散部本體1在分散部本體1的下游側(cè)連接到汽化管20上。分散部本體1與汽化管20之間的連接通過接頭24來實(shí)現(xiàn)，并且這部分是連接部23。
圖2是一個(gè)總圖。汽化部22包括汽化管20和加熱裝置(加熱器)21。加熱器21是一個(gè)加熱并汽化原料溶液分散在其中、并且在汽化管20中流動(dòng)的運(yùn)載氣體的加熱器。在現(xiàn)有技術(shù)中，加熱器21是通過將圓柱形加熱器或者覆套式電阻加熱器固定在汽化管20的外周邊上而形成的。這是因?yàn)椴捎镁哂写鬅崛萘康囊后w或者氣體作為熱媒的方法是最好的，以便加熱而獲得沿著汽化管縱向方向的均勻溫度。
優(yōu)選地采用諸如SUS316L的不銹鋼作為汽化管20。汽化管20的尺寸僅僅可以被常規(guī)地確定到汽化氣體的溫度被充分加熱的一個(gè)長度。例如，當(dāng)SrBi2Ta2O9原料溶液0.04ccm被汽化時(shí)，可以使用的汽化管尺寸是外徑為3/4英寸并且長度為幾百毫米。
盡管汽化管20的下游側(cè)邊緣與MOCVD裝置的反應(yīng)管連接，在該實(shí)施例中氧氣供給口25安裝在汽化管20上作為氧氣供給裝置，使得被加熱到預(yù)定溫度的氧氣與運(yùn)載氣體混合。
首先，描述原料溶液向汽化管的供給。
如圖3所示，儲(chǔ)備箱32a，32b，32c和32d分別通過質(zhì)量流量控制器30a，30b，30c和30d以及閥31a，31b，31c和31d原料供給孔6連接。
而且，每個(gè)儲(chǔ)備箱32a，32b，32c和32d與運(yùn)載氣體罐33連接。
圖4顯示了儲(chǔ)備箱的細(xì)節(jié)。
儲(chǔ)備箱裝有原料溶液，并且例如1.0到3.0kgf/cm2的運(yùn)載氣體(例如惰性氣體氬氣、氦氣、氖氣)被送到相應(yīng)儲(chǔ)備箱(由SUS制造、內(nèi)容積為300cc)。由于儲(chǔ)備箱內(nèi)部通過運(yùn)載氣體被加壓，原料溶液在與溶液接觸的管中被向上推動(dòng)，并且在壓力作用下被輸送到質(zhì)量流量控制器(由STEC制造，最大流量為0.2cc/min)，在這里流量被控制，并且從汽化器原料供給口29輸送到原料供給孔6。
它通過在質(zhì)量流量控制器中控制到恒定流量的運(yùn)載氣體被輸送到反應(yīng)部。同時(shí)，在質(zhì)量流量控制器(由STEC制造，最大流量為2L/min)中被控制到固定流量的氧氣(氧化劑)也被輸送到反應(yīng)部。
由于液態(tài)或者固態(tài)有機(jī)金屬絡(luò)合物已經(jīng)在常溫下溶解在諸如THF的溶劑中，通過THF溶劑的汽化原料溶液沉積有機(jī)金屬絡(luò)合物并且最終變成固態(tài)。因此，假定的結(jié)果是，與儲(chǔ)備溶液接觸的管道內(nèi)部或者管道的其它部分將出現(xiàn)堵塞。因此，僅僅需要在沉積工作結(jié)束之后用THF或者其它溶劑來清洗管道內(nèi)部或者汽化器內(nèi)部以控制管道的堵塞，并且安裝清洗管線。清洗是在從容器出口側(cè)到汽化器的一部分上進(jìn)行的，包括原料容器更換工作，并且用溶劑沖洗與每個(gè)工作相配的部分。
閥31b，31c和31d被打開，運(yùn)載氣體被強(qiáng)制給入到儲(chǔ)備箱32b，32c和32d中。至于原料溶液，它被強(qiáng)制給入到質(zhì)量流量控制器(由STEC制造，最大流量為0.2cc/min)，在這里流量被控制，并且原料溶液被輸送到汽化器原料供給孔6。
另一方面，運(yùn)載氣體從汽化器的氣體入口被引入。優(yōu)選地將供給口側(cè)的最大壓力設(shè)定為3kgf/cm2或更小，此時(shí)能夠通過的最大流量為大約1200cc/min，并且氣體通道2的通道流速達(dá)到每秒一百幾十米。
當(dāng)原料溶液從原料供給孔6被引入到在汽化器的氣體通道2中流動(dòng)的運(yùn)載氣體時(shí)，原料溶液受到高速流動(dòng)的運(yùn)載氣體的剪切作用并且霧化成極其細(xì)小的微粒。結(jié)果，原料溶液以極其細(xì)小的微粒狀態(tài)分散在運(yùn)載氣體中。原料溶液以極其細(xì)小的微粒狀態(tài)分散在其中的運(yùn)載氣體(原料氣體)被霧化、保持高速進(jìn)入汽化部22中并且被排出。氣體通道和原料供給孔形成的角度被優(yōu)化。當(dāng)氣體通道和原料溶液入口形成銳角(30度)時(shí)，溶液被氣體所吸引。如果是90度或者更大，溶液被氣體所推動(dòng)。最佳角度是由溶液的粘度和流量決定的。當(dāng)溶液的粘度和流量較大時(shí)，通過該角度更加尖銳可以使溶液平滑地流動(dòng)。當(dāng)采用己烷作為溶劑形成SBT膜時(shí)，大約84度是優(yōu)選的，因?yàn)檎扯群土髁慷驾^小。
被控制到恒定流量的三種原料溶液經(jīng)過每個(gè)原料供給口29從原料供給孔6流入氣體通道2，在被排入汽化部22之前隨著變成高速氣流的運(yùn)載氣體在氣體通道中移動(dòng)。對于分散部8，由于原料溶液被來自汽化部22的熱量加熱并且促進(jìn)了諸如THF的溶劑的汽化，從原料供給口29到原料供給孔6的部分以及部分氣體通道2通過諸如水的冷卻媒介被冷卻。
以細(xì)小微粒狀態(tài)分散在從分散部8排出的運(yùn)載氣體中的原料溶液在就要到達(dá)MOCVD的反應(yīng)管之前通過與來自氧氣供給口25且被加熱到預(yù)定溫度的氧氣混合而變成混合氣體，當(dāng)在被加熱器21加熱到預(yù)定溫度的汽化管20中輸送時(shí)有助于汽化，并且流入反應(yīng)管中。在該實(shí)施例中，通過分析汽化氣體而不是沉積的反應(yīng)方式來對它進(jìn)行評價(jià)。
真空泵(未示出)排出口42連接，反應(yīng)管44中諸如水分的雜質(zhì)通過減壓運(yùn)行大約20分鐘而被除去，然后關(guān)閉排出口下游的閥40。
冷卻水以大約400cc/min流入汽化管。另一方面，3kgf/cm2的運(yùn)載氣體以495cc/min流動(dòng)，反應(yīng)管44的內(nèi)部填充有充足的運(yùn)載氣體，此后打開閥40。氣體出口7的溫度低于67℃。
汽化管20的內(nèi)部被加熱到200℃，從反應(yīng)管44到氣體容器(gas pack)46的部分以及氣體容器被加熱到100℃，并且反應(yīng)管44的內(nèi)部被加熱到300至600℃。
儲(chǔ)備箱被其中的運(yùn)載氣體加壓，并且通過質(zhì)量流量控制器使預(yù)定的液體流動(dòng)。
Sr(DPM)2、Bi(C6H5)3、Ta(OC2H5)5和THF分別以0.04cc/min、0.08cc/min、0.08cc/min和0.2cc/min的流量流動(dòng)。
二十分鐘后打開位于氣體容器46前方的閥，反應(yīng)產(chǎn)物被收集在氣體容器46中，并且通過汽相色譜分析檢驗(yàn)所檢測的產(chǎn)物與基于反應(yīng)原理已經(jīng)檢驗(yàn)的反應(yīng)式產(chǎn)物是否一致。結(jié)果，在該實(shí)施例中所檢測的產(chǎn)物與基于反應(yīng)原理已經(jīng)檢驗(yàn)的反應(yīng)式產(chǎn)物非常一致。
而且，測量了粘附在氣體出口7外表面?zhèn)鹊奶蓟锏牧?。結(jié)果，碳化物的粘附量非常低，并且小于采用如圖14所示裝置的情況。
通常，在混合物或者金屬溶解變成溶入溶劑的薄膜原料以獲得原料溶液的情況下，原料溶液變成液/液狀態(tài)(完全的溶劑液體)，而金屬變成絡(luò)合物。但是，本發(fā)明人仔細(xì)地檢驗(yàn)了原料溶液并且發(fā)現(xiàn)，金屬絡(luò)合物不一定分成分子狀態(tài)，而是在某些情況下金屬絡(luò)合物可以尺寸為1到100nm的微粒存在于溶劑中，并且在另一些情況下，金屬絡(luò)合物可以部分地以固/液狀態(tài)存在?？梢韵胂螅?dāng)原料溶液處于這種狀態(tài)時(shí)，尤其容易導(dǎo)致在汽化過程中的堵塞。但是，在使用本發(fā)明的汽化器的情況下，即使原料溶液處于這種狀態(tài)也不會(huì)導(dǎo)致堵塞。
而且，細(xì)小微粒容易在重力作用下沉淀到溶液底部，原料溶液存在于溶液底部。因而，在防止堵塞方面，需要通過加熱底部(在溶劑汽化點(diǎn)之下直到最后)使細(xì)小微粒在存放溶液中產(chǎn)生對流和均勻擴(kuò)散。而且，優(yōu)選地是加熱底部并且冷卻容器頂部的側(cè)部。當(dāng)然，它們應(yīng)當(dāng)在低于溶劑汽化溫度的溫度下被加熱。
而且，優(yōu)選地是，加熱器設(shè)定或者控制熱量，使得汽化管上部的熱量大于下游部分的熱量。也就是說，由于被水冷卻的氣體從分散部被噴出，優(yōu)選地設(shè)置一個(gè)加熱器，該加熱器設(shè)定或者控制熱量，使得在汽化管上部較多、而在汽化管下部較少。
(第二實(shí)施例)圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的用于MOCVD的汽化器。
在該實(shí)施例中，冷卻水通道106繞著防輻射部件102的外周邊形成，并且冷卻裝置50繞著連接部23的外周邊安裝，防輻射部件102被冷卻。
而且，繞著小孔101的出口形成有凹部107。
其它方面與第一實(shí)施例相同。
在該實(shí)施例中，所檢測的產(chǎn)物與基于反應(yīng)原理已經(jīng)檢驗(yàn)的反應(yīng)式產(chǎn)物的一致性比在第一實(shí)施例中更好。
而且，作為測量在分散部本體1的氣體出口7側(cè)的外表面上的碳化物的粘附量的結(jié)果，碳化物的粘附量大約是第一實(shí)施例情況下的1/3。
(第三實(shí)施例)圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的用于MOCVD的汽化器。
在該實(shí)施例中，錐形部51形成在防輻射部件102上。由于錐形部51，使得在相關(guān)部分的死區(qū)消失，可以防止原料的停滯。
其它方面與第二實(shí)施例相同。
在該實(shí)施例中，所檢測的產(chǎn)物與基于反應(yīng)原理已經(jīng)檢驗(yàn)的反應(yīng)式產(chǎn)物的一致性比在第二實(shí)施例中更好。
而且，作為測量在分散部本體1的氣體出口7側(cè)的外表面上的碳化物的粘附量的結(jié)果，碳化物的粘附量幾乎為零。
(第四實(shí)施例)圖7顯示了有關(guān)氣體通道的變型實(shí)施例。
凹槽70形成在桿10的表面上，在圖7(a)中桿10的外徑制成基本上與在分散部本體1內(nèi)部所開的孔的內(nèi)徑相同。因此，僅僅通過將桿10放置在孔中就可將桿10設(shè)置在孔中而不會(huì)有偏差。而且不必使用螺釘。凹槽70作為氣體通道。
注意的是，多個(gè)凹槽70可以與桿10的縱向中心軸線平行地或者螺旋形地形成在桿10的表面上。螺旋形凹槽可以使原料氣體更加均勻。
圖7(b)顯示了在桿10的末端部分形成混合部的示例。末端部分的最大直徑制成幾乎與在分散部本體1內(nèi)部所開的孔的內(nèi)徑相同。由桿的末端部分和孔的內(nèi)面形成的空間作為氣體通道。
顯然，可以通過采用圓形橫截面的桿和在孔中形成凹部來形成氣體通道，盡管顯示在圖7(a)和圖7(b)中的示例顯示了對桿10的表面進(jìn)行的加工處理。優(yōu)選地設(shè)定桿具有例如JIS規(guī)定的大約H7×h6到JS7。
(第五實(shí)施例)將參照圖8描述第五實(shí)施例。
根據(jù)該實(shí)施例的用于MOCVD的汽化器包括分散部8和汽化部22。分散部8包括形成在內(nèi)部的氣體通道，將加壓運(yùn)載氣體3引入氣體通道的氣體入口4、將原料溶液5a，5b供給到氣體通道2的裝置、以及將包括原料溶液5a，5b的運(yùn)載氣體送到汽化部22的氣體出口7。用于加熱和汽化從分散部8送來的包括原料溶液的運(yùn)載氣體的汽化部22包括其一端與MOCVD裝置的反應(yīng)部連接、另一端與氣體出口7連接的汽化管20，以及用于加熱汽化管20的加熱裝置。其中，分散部8包括具有圓柱形中空部分的分散部本體1、以及外徑小于圓柱形中空部分內(nèi)徑的桿10。桿10具有一個(gè)或者多個(gè)位于桿10外周上的螺旋凹槽60，并且桿10被插入在圓柱形中空部分中。防輻射部件101安裝在氣體出口7外側(cè)，防輻射部件101具有小孔101并且具有向著汽化部22一側(cè)呈錐形擴(kuò)張的內(nèi)徑。
當(dāng)原料溶液5被供給到高速氣體3在其中流動(dòng)的氣體通道時(shí)，原料溶液受到剪切作用并且被霧化。即，液態(tài)的原料溶液通過運(yùn)載氣體的高速流動(dòng)受到剪切作用，并且成為微粒。成為微粒的原料溶液以微粒狀態(tài)分散在運(yùn)載氣體中。這方面與第一實(shí)施例相同。
以下條件優(yōu)選地用于執(zhí)行最佳的剪切作用和霧化。
優(yōu)選地以0.005到2cc/min、0.005到0.02c/min，更優(yōu)選地以0.1到0.3cc/min供給原料溶液5。當(dāng)有兩種或者多種原料溶液(包含溶劑)被同時(shí)供給時(shí)，它涉及它們的總量。
而且，優(yōu)選地以10到200m/sec，更優(yōu)選地以100到200m/sec供給運(yùn)載氣體。
顯然，原料溶液的流量與運(yùn)載氣體的流量是相關(guān)的，氣體通道的橫截面積和形狀應(yīng)選擇成獲得最佳的剪切作用和霧化，使得可以獲得極其細(xì)小的微粒薄霧。
在該實(shí)施例中，螺旋凹槽60繞著桿10的外周形成，并且在分散部本體1與桿10之間存在間隙空間。結(jié)果，包括變成霧化狀態(tài)的原料溶液的運(yùn)載氣體作為直行氣流在間隙空間中直接前行，同時(shí)沿著螺旋凹槽60形成旋轉(zhuǎn)氣流。
因而，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，霧化成直行氣流和旋轉(zhuǎn)氣流相伴狀態(tài)的原料溶液被均勻分散在運(yùn)載氣體中。直行氣流和旋轉(zhuǎn)氣流相伴時(shí)可以獲得均勻分散的原因不是非常清楚，但可以作如下假定。通過存在旋轉(zhuǎn)氣流，離心力作用于氣流，從而導(dǎo)致二次流。通過二次流促進(jìn)了原料與運(yùn)載氣體的混合。即，通過旋轉(zhuǎn)氣流的離心作用在與氣流的垂直方向產(chǎn)生二次導(dǎo)流，結(jié)果，似乎是霧化的原料溶液被更加均勻地分散在運(yùn)載氣體中。
以下將更加詳細(xì)地描述該實(shí)施例。
在該實(shí)施例中，作為示例它用于向氣體通道供給四種原料溶液5a，5b，5c和5d(5a，5b和5c是有機(jī)金屬原料，5d是諸如THF的溶劑原料)。
在該實(shí)施例中，為了混合包括變成薄霧和極其細(xì)小微粒的原料溶液的運(yùn)載氣體(稱作“原料氣體”)，一沒有螺旋凹槽的部件安裝在與桿10的原料供給孔6對應(yīng)的部分的下游。該部件就是預(yù)混合部65。在預(yù)混合部65中，三種有機(jī)金屬的原料氣體混合到一定程度，并且在其下游的螺旋結(jié)構(gòu)區(qū)域中變成完全混合的原料氣體。至于預(yù)混合部65的長度，優(yōu)選地是5到20mm，更優(yōu)選地是8到15mm以獲得均勻混合的原料氣體。在該范圍之外，其中三種有機(jī)金屬原料氣體中的僅僅一種比另外兩種有機(jī)金屬原料氣體更稠密的混合原料氣體可以被送到汽化部22。
在該實(shí)施例中，平行部件67和錐形部件58安裝在桿10的上游側(cè)的邊緣66。分散部本體1的圓柱形中空部分設(shè)置有內(nèi)徑與桿10的平行部件67的外徑相同的平行部件，以及與桿10的錐形部件相同的錐形部件，分別對應(yīng)于平行部件67和錐形部件58。因此，如果桿10從圖中左上側(cè)插入，桿10將保持在分散部本體1的中空部分中。
與第一實(shí)施例不同，即使采用比3kgf/cm2更高壓力的運(yùn)載氣體，也能夠防止桿10移動(dòng)，因?yàn)樵谠搶?shí)施例中設(shè)置的錐形部件能夠保持住桿10。即，如果采用圖8所示的保持技術(shù)，運(yùn)載氣體能夠以3kgf/cm2或更高壓力流動(dòng)。結(jié)果，可以減小氣體通道的橫截面積，并且以更小量供給更高速運(yùn)載氣體。即，也可以50到300mm/sec的速度供給高速運(yùn)載氣體。如果采用這種保持技術(shù)，它也類似地適用于先前其它實(shí)施例。
如圖9(b)所示，凹槽67a，67b，67c和67d作為氣體通道形成在在桿10與原料供給孔6相對應(yīng)的部分上，每個(gè)凹槽67a，67b，67c和67d的深度優(yōu)選地為0.005到0.1mm。如果深度小于0.005mm，模制凹槽變得困難。而且，更優(yōu)選地是0.01到0.05mm。通過凹槽深度在該范圍內(nèi)就不會(huì)產(chǎn)生堵塞。而且，容易獲得高速氣流。
示于圖1的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和其它結(jié)構(gòu)也可用于桿10的維持和氣體通道的形成。
凹槽60的數(shù)目可以是圖9(a)所示的單個(gè)，但也可以如圖10所示的兩個(gè)或者多個(gè)。而且，當(dāng)形成有兩個(gè)或者多個(gè)凹槽時(shí)它們可以交叉。當(dāng)它們交叉時(shí)可以獲得更加均勻分散的原料氣體。但是，每個(gè)凹槽的橫截面積設(shè)定為使得氣體流速為10m/sec或者更高。
螺旋凹槽的尺寸和形狀不必特別限定，并且提出如圖9(c)所示尺寸和形狀作為一個(gè)示例。
在該實(shí)施例中，如圖8所示，氣體通道通過冷卻水18被冷卻。
而且，在該實(shí)施例中，擴(kuò)張部件69獨(dú)立地安裝在汽化部22的入口側(cè)，并且縱向防輻射部件102布置在擴(kuò)張部件中。小孔101形成在防輻射部件的氣體出口7一側(cè)，其內(nèi)徑向著汽化部一側(cè)呈錐形擴(kuò)張。
擴(kuò)張部件69也是一個(gè)用于防止原料氣體停滯的部件，如第三實(shí)施例所述。當(dāng)然，擴(kuò)張部件69不必獨(dú)立地安裝，也可以采用如圖6所示的整體結(jié)構(gòu)。
擴(kuò)張部件69的擴(kuò)張角θ優(yōu)選地是5到10度。當(dāng)擴(kuò)張角θ在這個(gè)范圍時(shí)，原料氣體可以供給到分散部而不會(huì)破壞旋轉(zhuǎn)氣流。而且，當(dāng)擴(kuò)張角θ在這個(gè)范圍時(shí)，流體阻力最小，存在的死區(qū)最小，以及由于死區(qū)存在導(dǎo)致的渦流最少。擴(kuò)張角θ更優(yōu)選地是6到7度。在圖6所示實(shí)施例中的優(yōu)選擴(kuò)張角θ范圍也是類似。
(第六實(shí)施例)原料溶液和運(yùn)載氣體采用圖8所示裝置在如下條件下被供給，并且檢驗(yàn)原料氣體的均勻性。
引入的原料溶液的量Sr(DPM)20.04cc/minBi(C6H5)30.08cc/minTa(OC2H5)50.08cc/min
THF 0.2cc/min運(yùn)載氣體氮?dú)?0～350m/s圖8所示裝置被用作汽化裝置。但是，使用沒有形成如圖9所示螺旋凹槽的桿作為桿。
原料溶液從原料供給孔6供給，而運(yùn)載氣體速度不同地變化。分別從原料供給孔凹槽67a被供給Sr(DPM)2，凹槽67b被供給Bi(C6H5)3，凹槽67c被供給Ta(OC2H5)5，凹槽67d被供給諸如THF的溶劑。
不進(jìn)行在汽化部的加熱，在氣體出口7收集原料氣體，并且測量所收集的原料氣體中的原料溶液的微粒直徑。
結(jié)果作為相對值顯示在圖11中(采用根據(jù)圖12(a)顯示的現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)示例的裝置的情況被設(shè)定為1)。從圖11可以看出，通過將流速設(shè)定到50m/sec或者更高，分散微粒直徑變得更?。煌ㄟ^將流速設(shè)定到100m/sec或者更高，分散微粒直徑還變得更小。但是，即使流速設(shè)定到200m/sec或者更高，分散微粒直徑不再變化。因此，100m/sec到200m/sec是更優(yōu)選的范圍。
(第七實(shí)施例)在該實(shí)施例中，使用形成有螺旋凹槽的桿作為桿。
其它方面與第六實(shí)施例相同。
在第六實(shí)施例中，已經(jīng)供給到凹槽的原料溶液的密度在凹槽延伸部件中較高。即，相應(yīng)地一種原料溶液的密度在其通過的凹槽的每個(gè)延伸部分中高于其它兩種原料溶液Sr(DPM)2的密度在凹槽67a的延伸部分中比其它兩種原料溶液的密度高，Bi(C6H5)3的密度在凹槽67b的延伸部分中比其它兩種原料溶液的密度高，Ta(OC2H5)5的密度在凹槽67c的延伸部分中比其它兩種原料溶液的密度高。
但是，在本實(shí)施例中，已經(jīng)在螺旋凹槽邊緣獲得的混合原料氣體的每種有機(jī)金屬原料在任何部分都是均勻的。
(第八實(shí)施例)圖12和13顯示了第八實(shí)施例。
在現(xiàn)有技術(shù)中如圖12所示，氧氣已經(jīng)僅僅在汽化部22的下游被引入。正如在現(xiàn)有技術(shù)部分所述，大量碳包含在通過現(xiàn)有技術(shù)形成的膜中。而且，在原料中的組成配置與在沉積膜中的組成配置之間存在差別。即，當(dāng)原料被調(diào)節(jié)到化學(xué)計(jì)量混合比的組成比、被汽化和沉積時(shí)，實(shí)際的沉積膜結(jié)果是與化學(xué)計(jì)量混合比有偏差的組成膜。尤其是可以觀察到幾乎不包括鉍(大約是0.1at％)的現(xiàn)象。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，其原因與氧氣被引入的位置相關(guān)。即，已理解的是，如果從氣體入口4引入氧氣，二次氧氣供給口200最接近噴射口，氧氣入口25(第一氧氣供給口)帶有運(yùn)載氣體，如圖20所示，在形成的膜中的組成與原料溶液中的組成之間的組成比差別可以被顯著地最小化。
運(yùn)載氣體和氧氣可以提前混合，并且它們的混合氣體可以從氣體入口4引入。
(第九實(shí)施例)SBT膜是通過圖19和20所示的汽化器以及圖21所示的CVD裝置而形成的，然后檢測其極化特性和其它特性。
更具體地，汽化器條件和反應(yīng)室條件如下控制，SBT薄膜被形成在一個(gè)基片上，該基片是在氧化硅基體上涂敷200nm的鉑。
具體條件六乙氧基鉭化鍶Sr(Ta(OC2H5)6)20.1mole溶液(溶劑己烷)0.02ml/min三叔戊氧基鉍Bi(O-t-C5H11)30.2mole溶液(溶劑己烷)0.02ml/min第一運(yùn)載氣體 氬氣＝200sccm(引入氣體入口4)第一運(yùn)載氣體 氧氣＝10sccm(引入氣體入口4)第二運(yùn)載氣體 氬氣＝20sccm(引入氣體入200)第二運(yùn)載氣體 氧氣＝10sccm(引入氣體入200)反應(yīng)物 氧氣＝200sccm(引入分散噴射部件下部25)反應(yīng)物氧氣溫度216℃(在從分散噴射部件下部引入之前通過獨(dú)立安裝的加熱器控制該溫度)晶片溫度475℃空間溫度299℃空間距離30mm噴頭溫度201℃反應(yīng)壓力1托沉積時(shí)間20分鐘結(jié)果SBT膜厚度 大約300nm(沉積速度 大約150nm/min)SBT組成 Sr5.4at％Bi16.4at％Ta13.1at％O 61.4at％C 3.5at％在形成的膜中的組成與原料溶液中的組成之間的組成比差別很小，沉積速度變成大約是現(xiàn)有技術(shù)的五倍。可以說，從氣體入口4與運(yùn)載氣體一起引入少量氧氣是十分有效的。碳的含量低至3.5at％。
通過污垢從汽化管下部消失的事實(shí)已經(jīng)證實(shí)控制汽化有機(jī)金屬復(fù)合物的再冷凝/升華(凝固)的巨大效果，因?yàn)?00cc/min的反應(yīng)物氧氣的溫度在反應(yīng)物氧氣從分散噴射部件下部引入之前通過獨(dú)立安裝的加熱器被精確地控制(在216℃)。
在已經(jīng)形成SBT薄膜之后，它被放入氧氣氛圍下在750℃進(jìn)行30分鐘的結(jié)晶過程，以形成上部電極，然后通過測量和鑒定來發(fā)現(xiàn)其良好的結(jié)晶和極化特性。這顯示在圖17和18中。
如圖2所示，假如諸如氧氣的氧化氣體通過氣體入口4或者最接近噴射口的主氧氣供給口被引入，優(yōu)選地是通過同時(shí)將氧氣引到汽化部下游來合適地控制氧氣量，以減小組成比的差別并且減少碳含量。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，所形成的膜中的碳含量可以減少5％到20％。
參照圖20來描述SBT薄膜的沉積工藝。
閥2打開，閥1關(guān)閉，并且在反應(yīng)室被抽到高度真空幾分鐘之后，晶片從加載閘室(loading lock chamber)運(yùn)送到反應(yīng)室。此時(shí)，六乙氧基鉭化鍶Sr(Ta(OC2H5)6)20.1mole溶液(溶劑己烷)0.02ml/min三叔戊氧基鉍Bi(O-t-C5H11)30.2mole溶液(溶劑己烷)0.02ml/min第一運(yùn)載氣體 氬氣＝200sccm(引入氣體入口4)第一運(yùn)載氣體 氧氣＝10sccm(引入氣體入口4)流入汽化器，并且通過閥2和自動(dòng)壓力調(diào)節(jié)閥被抽到真空泵。
此時(shí)，壓力計(jì)通過自動(dòng)壓力調(diào)節(jié)閥被控制到4托。
在晶片被運(yùn)送幾分鐘之后，如果溫度是穩(wěn)定的，如下氣體流入反應(yīng)室，閥1打開而閥2關(guān)閉以開始沉積。
六乙氧基鉭化鍶Sr(Ta(OC2H5)6)20.1mole溶液(溶劑己烷)0.02ml/min三叔戊氧基鉍Bi(O-t-C5H11)30.2mole溶液(溶劑己烷)0.02ml/min第一運(yùn)載氣體 氬氣＝200sccm(引入氣體入口4)第一運(yùn)載氣體 氧氣＝10sccm(引入氣體入口4)第二運(yùn)載氣體 氬氣＝20sccm(引入氣體入口200)第二運(yùn)載氣體 氧氣＝10sccm(引入氣體入口200)反應(yīng)物 氧氣＝200sccm(引入分散噴射部件下部25)反應(yīng)物氧氣溫度216℃(在從分散噴射部件下部引入之前通過獨(dú)立安裝的加熱器控制該溫度)晶片溫度475℃反應(yīng)室壓力被控制在1托(通過沒有示出的自動(dòng)壓力調(diào)節(jié)閥)當(dāng)所需時(shí)間(在這個(gè)情況下20分鐘)過去之后，閥2打開而閥1關(guān)閉以停止沉積。
在反應(yīng)室中的氣體被抽到高度真空以完全去除反應(yīng)物氣體之后一分鐘，將晶片取出放到加載閘室。
電容器結(jié)構(gòu)Pt(200nm)/CVDSBT(300nm)/PT(175nm)/Ti(30nm)/SiO2/Si電容器制備工藝下部電極構(gòu)成PT(175nm)/Ti(30nm)/CVDSBT成型膜(300nm)SBT膜結(jié)晶處理(擴(kuò)散爐退火晶片750℃，30分鐘，氧氣氛圍)
上部電極構(gòu)成Pt(200nm)退火650℃，氧氣，30分鐘通常，由于反應(yīng)氧氣(例如，200sccm)在常溫下被加入汽化管中，有機(jī)金屬氣體被冷卻、附著并積聚到汽化管上。
通常，當(dāng)對從汽化管下部供給的反應(yīng)氧氣進(jìn)行溫度控制時(shí)，通過將加熱器卷繞到不銹鋼管外側(cè)(在外部是1/4英寸，10到100cm長)來控制不銹鋼管外壁的溫度(例如，219℃)。
不銹鋼管外壁的溫度(例如，219℃)被認(rèn)為是在管中流動(dòng)的氧氣(流量200sccm)的溫度。
但是，在上述實(shí)施例中，通過微型熱電偶測量時(shí)，發(fā)現(xiàn)溫度升高大約僅僅35℃。
因此，通過在加熱之后用熱電偶直接測量氧氣溫度并控制加熱器的溫度來精確地控制氧氣溫度。
升高流過管中的氣體諸如氧氣的溫度是不容易的，因此填料被放入加熱管道中以提供熱交換效率。而且，被加熱的氧氣溫度被測量，并且加熱器的溫度被合適地控制。顯示在圖20中的熱交換器是用于該控制的裝置。
(第十實(shí)施例)第十實(shí)施例顯示在圖14中。
上述實(shí)施例是這樣一種裝置，其中，通過將氣體噴射到每種原料溶液上，單一原料溶液被霧化，被霧化的原料溶液隨后被混合。但是，本實(shí)施例是這樣一種裝置，其中，多種原料溶液被混合，被混合的原料溶液隨后被霧化。
該實(shí)施例包括分散器150和汽化器。分散器150具有用于供給原料溶液5a，5b多個(gè)溶液通道130a，130b；用于混合從多個(gè)溶液通道130a，130b供給的多種原料溶液5a，5b的混合部109；其一端與混合部109連通、并具有汽化部22一側(cè)的出口107的供給通道110；氣體通道120，它布置成在供給通道110中將運(yùn)載氣體或運(yùn)載氣體與氧氣的混合氣體噴射到來自混合部109的混合原料溶液；以及用于冷卻供給通道110的冷卻裝置。汽化器具有位于出口107外側(cè)的具有小孔101的防輻射部件。汽化器還具有用于加熱和汽化從分散器150送來的包括原料溶液的運(yùn)載氣體的汽化部22；其一端與MOCVD裝置的反應(yīng)管連接、另一端與分散器150的出口107連接的汽化管；以及用于加熱汽化管的加熱裝置2。
本實(shí)施對即使混合也不發(fā)生反應(yīng)的原料溶液有效。而且，由于原料溶液在混合之后被霧化，比溶液霧化之后被混合的情況具有更準(zhǔn)確的組成比。如果在混合部109中設(shè)置一個(gè)用于分析原料溶液的組成的裝置(未示出)、并根據(jù)分析結(jié)果控制原料溶液5a，5b的供給量，可以獲得更加準(zhǔn)確的組成比。
此外，由于在該實(shí)施例中不需要采用桿(圖1中的10)，通過桿傳導(dǎo)的熱量不會(huì)加熱供給通道110的內(nèi)部。而且，供給通道110的橫截面積可以比在原料溶液霧化之后混合的情況下更小。此外，由于出口107的橫截面積可以更小，供給通道110的內(nèi)部幾乎不會(huì)由于熱輻射而被加熱。因此，在沒有設(shè)置防輻射部件102的情況下，可以減少晶體析出。但是，當(dāng)需要進(jìn)一步抑制晶體析出時(shí)，可以如圖14所示地設(shè)置防輻射部件102。
盡管這里在上述顯示了具有單一小孔的實(shí)施例，但是也可以采用多個(gè)小孔。此外，小孔的直徑優(yōu)選地為2mm或者更小。如果該裝置設(shè)置多個(gè)小孔，也可以使它們直徑更小。
而且，在上述實(shí)施例中，當(dāng)載體氣流通道與原料溶液引入方向之間的角度是銳角(30度)時(shí)，原料溶液被氣體所牽引。當(dāng)該角度是90度或者更大時(shí)，原料溶液被氣體所推動(dòng)。因此，30至90度是優(yōu)選的。更具體地，最合適角度是由溶液的粘度和流量決定的。當(dāng)粘度或流量較大時(shí)，通過使其成為更加尖銳的角度可以使溶液平滑地流動(dòng)。因此，與粘度和流量相匹配的最合適角度應(yīng)當(dāng)通過在實(shí)踐之前的試驗(yàn)等獲得。
此外，在上述實(shí)施例中，優(yōu)選地設(shè)置一個(gè)機(jī)構(gòu)，以便將噴頭與接受器之間的空間距離安置在任意距離上。
此外，理想地是設(shè)置用于控制原料溶液流量的液體質(zhì)量流量控制器，以及設(shè)置用于在液體質(zhì)量流量控制器上游側(cè)使原料溶液脫氣的脫氣裝置。如果原料溶液不經(jīng)脫氣就被引入質(zhì)量流量控制器，沉積的薄膜的偏差(dispersion)會(huì)出現(xiàn)在同一晶片上或者在另外的晶片之間。通過在脫去氦氣之后將原料溶液引入質(zhì)量流量控制器，可以顯著地減小薄膜厚度偏差。
通過設(shè)置將原料溶液、氦氣壓力供給容器、液體質(zhì)量流量控制器以及前后管道的溫度控制到恒定溫度的裝置，可以進(jìn)一步防止薄膜厚度偏差。而且，也可以防止化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定的原料溶液的品質(zhì)發(fā)生變化。當(dāng)形成SBT薄膜時(shí)，沉積被精確地控制在5到20℃的范圍內(nèi)。尤其是，該溫度范圍在11到13℃更理想。
此外，在如圖22和23所示的將預(yù)定氣體噴射到硅基片的基片表面上以對基片表面進(jìn)行表面處理的基片表面處理裝置中，理想地是這種裝置設(shè)置有與熱媒入口320連接、用于使熱媒流過的上游環(huán)301，與預(yù)定熱媒的熱媒出口321連接的下游環(huán)，以及相互沿著平行方向連接在上游環(huán)301和下游環(huán)302之間、并且形成熱媒通道的至少兩個(gè)傳熱通道303a，303b。而且，在相鄰傳熱通道303a，303b之間的從上游環(huán)301到下游環(huán)302的流動(dòng)通道方向交替變換，并且理想的熱媒循環(huán)通道是使氣體達(dá)到規(guī)定溫度。
而且，優(yōu)選地是，基片表面處理裝置處于熱媒循環(huán)通道上的預(yù)定平面上，并具有與處于一個(gè)平面上的熱媒循環(huán)通道熱連接的換熱板304，該平面沿著平行方向形成有熱媒流動(dòng)通道，并且能夠通過熱媒將換熱板304的平面加熱到大體上均勻的溫度。
而且，優(yōu)選地是，基片表面處理裝置處于熱媒循環(huán)通道上的預(yù)定平面上，并具有與處于一個(gè)平面上的熱媒循環(huán)通道熱連接的換熱板304，該平面沿著平行方向形成有熱媒流動(dòng)通道，并且能夠通過熱媒將換熱板304的平面加熱到大體上均勻的溫度。
此外，在換熱板304的平面上，優(yōu)選地形成有多個(gè)相互連通小孔，用于將預(yù)定氣體傳遞到平面的垂直方向，通過多個(gè)相互連通小孔的預(yù)定氣體在該平面上被加熱到大體上均勻的溫度。
因此，在緊鄰熱媒循環(huán)通道的傳熱通道之間從上游環(huán)到下游環(huán)的流動(dòng)通道方向可以設(shè)置成依次變換。因而，緊靠傳熱通道的區(qū)域的溫差形成為高/低/高/低。通過這種設(shè)置，可以均勻加熱或者冷卻換熱板。此外，這種結(jié)構(gòu)也具有與處于一個(gè)平面上的熱媒循環(huán)通道熱連接的換熱板，該平面沿著平行方向形成有熱媒流動(dòng)通道。因此，可以通過熱媒將換熱板的平面加熱到大體上均勻的溫度。
工業(yè)應(yīng)用性根據(jù)本發(fā)明，可以提供用于MOCVD的沉積裝置和用于其它裝置的汽化器，它們能夠長期使用而不會(huì)阻塞、并且能夠穩(wěn)定地將材料供給到反應(yīng)部。
根據(jù)本發(fā)明，可以獲得有機(jī)金屬材料在其中均勻分散的汽化氣體。
權(quán)利要求
1.一種汽化方法，所述汽化方法包括如下步驟將原料溶液引入氣體通道；通過將運(yùn)載氣體噴射到引入的原料溶液使原料溶液受到剪切作用/霧化，以獲得原料薄霧；以及將原料薄霧供給到汽化部以使它汽化；其中運(yùn)載氣體被制成包括氧氣。
2.如權(quán)利要求1所述的汽化方法，其特征在于，所述運(yùn)載氣體的噴射速度是10到200m/s。
3.如權(quán)利要求1或2所述的汽化方法，其特征在于，以0.005到2cc/min引入原料溶液。
4.如權(quán)利要求1到3任一所述的汽化方法，其特征在于，使運(yùn)載氣體或原料氣體流動(dòng)，從而在原料溶液從其引入的部分下游形成螺旋形氣流和在螺旋形氣流上層相伴流動(dòng)的直行氣流。
5.如權(quán)利要求1到4任一所述的汽化方法，其特征在于，在引入原料溶液的部分與所述汽化部之間冷卻原料氣體。
6.一種沉積方法，其特征在于，將采用如權(quán)利要求1到5任一所述的汽化方法汽化的氣體導(dǎo)入沉積室中進(jìn)行沉積。
7.如權(quán)利要求6所述的沉積方法，其特征在于，當(dāng)反應(yīng)物氣體流入反應(yīng)室時(shí)，抑制流量變化；在反應(yīng)等待時(shí)間過程中，繼續(xù)使沉積氣體通過汽化器流到排出側(cè)。
全文摘要
一種可長期使用而不會(huì)阻塞、并且能夠向反應(yīng)部穩(wěn)定供給原料的汽化器包括分散部(8)，所述分散部包括形成在分散部本體(1)內(nèi)部的氣體通道(2)，將加壓運(yùn)載氣體(3)引入氣體通道(2)的氣體入口(4)，將原料溶液(5)供給到流過氣體通道(2)的運(yùn)載氣體的裝置(6)，將包括原料溶液(5)的運(yùn)載氣體送到汽化部(22)的氣體出口(7)，和用于冷卻在氣體通道(2)內(nèi)流動(dòng)的運(yùn)載氣體的裝置(18)；用于加熱和汽化從分散部送來的包括霧化的原料溶液的運(yùn)載氣體的汽化部(22)，所述汽化部包括其一端與諸如沉積裝置的各種裝置的反應(yīng)部連接、另一端與所述氣體出口(7)連接的汽化管(20)，和用于加熱汽化管(20)的加熱裝置(21)；以及安裝在所述氣體出口(7)外側(cè)的具有小孔(101)的防輻射部件(102)。
文檔編號C23C16/52GK1966762SQ20061009586
公開日2007年5月23日 申請日期2002年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月18日
發(fā)明者都田昌之, 楠原昌樹, 梅田優(yōu), 深川滿 申請人:株式會(huì)社渡邊商行, 都田昌之