蒸氣輸送裝置及其制造和使用方法
【專(zhuān)利摘要】一種方法，該方法包括將載氣的第一物流傳輸?shù)桨ㄒ后w前體化合物的輸送裝置。所述方法還包括將載氣的第二物流傳輸?shù)捷斔脱b置下游的位置。所述第一物流從所述輸送裝置排出之后和第二物流合并，形成第三物流，這樣所述第三物流中液體前體化合物的蒸氣露點(diǎn)低于將所述蒸氣傳輸至一個(gè)或多個(gè)CVD反應(yīng)器的導(dǎo)管裝置的溫度。所述第一物流的流動(dòng)方向,第二物流的流動(dòng)方向以及第三物流的流動(dòng)方向是單向的，不是彼此反向的。
【專(zhuān)利說(shuō)明】蒸氣輸送裝置及其制造和使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及蒸氣輸送裝置、其制造方法及其使用方法。具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及用來(lái)將液體前體化合物以蒸氣相輸送到反應(yīng)器的高輸出量、大容量輸送裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]包括第II1-V族化合物的半導(dǎo)體用于很多電子裝置和光電子裝置的生產(chǎn)，例如用于激光器、發(fā)光二極管(LED)、光電檢測(cè)器等的生產(chǎn)。這些材料被用于制造不同組成、厚度為零點(diǎn)幾微米至幾微米的不同的單晶層。使用有機(jī)金屬化合物的化學(xué)氣相沉積(CVD)法被廣泛用于沉積金屬薄膜或半導(dǎo)體薄膜，例如用來(lái)沉積第πι-v族化合物的膜。這些有機(jī)金屬化合物可以是液態(tài)或固態(tài)的。
[0003]在CVD法中，通常將反應(yīng)性氣流輸送到反應(yīng)器，在電子裝置和光電子裝置上沉積所需的膜。反應(yīng)性氣流由挾帶前體化合物蒸氣的載氣(例如氫氣)組成。當(dāng)所述前體化合物是液體的時(shí)候(下文稱(chēng)為液體前體化合物)，在輸送裝置(即鼓泡器)中使得載氣(即鼓泡)通過(guò)液態(tài)前體化合物，通常得到反應(yīng)性氣流。所述輸送裝置包括圍繞容器的浴，所述容器容納所述液體前體化合物。
[0004]液體前體化合物具有特定的蒸發(fā)焓為2.0-10.0瓦-分鐘/克。沒(méi)有載氣流動(dòng)通過(guò)所述輸送裝置時(shí)，所述浴和液體前體化合物的溫度差為零，所述輸送裝置中無(wú)能量消耗。另一方面，需要在特定溫度下將所述液體前體化合物輸送至反應(yīng)器時(shí)，允許載氣流動(dòng)通過(guò)所述液體前體化合物，其結(jié)果為所述液體前體化合物冷卻。該冷卻是不希望的，這是由于液體前體化合物的溫度變化會(huì)導(dǎo)致將要輸送至反應(yīng)器的液體前體化合物的量發(fā)生變化。為了補(bǔ)償溫度變化，所述浴現(xiàn)以加 熱形式將能量傳遞至輸送裝置，以嘗試將液體前體化合物維持在恒定溫度。所述浴和液體前體化合物之間的溫度差因此不再是零。由于熱量從所述浴供應(yīng)至液體前體化合物，現(xiàn)在不再精確地獲知所述液體前體化合物的溫度(即，液體前體化合物中存在溫度變化)。
[0005]早期的液體前體化合物輸送裝置是狹長(zhǎng)的圓柱體，即縱橫比大于2，能容納相當(dāng)于200克特定液體前體化合物的體積。因此該輸送裝置具有大的表面積/液體前體化合物質(zhì)量比，并且能容易地完全浸沒(méi)在市售的恒溫浴中。所述載氣流小，因此所述浴和液體前體化合物之間的溫度差可以忽略不計(jì)。液體前體化合物通量(以摩爾/分鐘計(jì))是已知的，通過(guò)使用鼓泡器其變化極小，在I重量百分比(wt%)之內(nèi)。
[0006]目前的液體前體化合物輸送裝置比早期液體前體化合物輸送裝置大，與早期裝置相比采用較小縱橫比的圓柱體(高度/直徑縱橫比小于2)。目前的輸送裝置容納超過(guò)2千克的液體前體化合物，并且可以容納最高達(dá)10千克的液體前體化合物。這些大圓柱體通常不適合市售的恒溫浴。該圓柱體頂部部分通常暴露于環(huán)境空氣，從而成為加熱或冷卻該液體前體化合物的無(wú)意來(lái)源，這取決于環(huán)境條件。
[0007]此外，在這些目前較大的液體前體化合物輸送裝置中使用大約I標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘的載氣流和I克每分鐘的液體前體化合物蒸發(fā)速率，因此要使用5瓦的能量用于蒸發(fā)。其結(jié)果是該液體前體化合物的溫度容易發(fā)生與所述浴溫度相比超過(guò)2°C的偏差，導(dǎo)致該液體前體化合物通量的偏差高達(dá)10重量％。
[0008]與目前較大的液體前體化合物輸送裝置相關(guān)的另一問(wèn)題是該裝置達(dá)到前體化合物通量穩(wěn)定狀態(tài)所需的時(shí)間。來(lái)自所述輸送裝置的液體前體化合物的蒸氣通量穩(wěn)定之后，反應(yīng)器中的化學(xué)工藝才能進(jìn)行。穩(wěn)定所述液體前體化合物通量的時(shí)間主要取決于熱傳遞區(qū)域和輸送裝置中液體前體化合物的質(zhì)量。這些參數(shù)都僅僅是大概已知的。啟動(dòng)載體氣流后，液體前體化合物利用其自身熱量蒸發(fā)，從而導(dǎo)致液體前體化合物冷卻。較大的液體前體化合物質(zhì)量導(dǎo)致達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)溫度的時(shí)間較長(zhǎng)，而較小的液體前體質(zhì)量導(dǎo)致達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)溫度的時(shí)間較短。達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)溫度所需的時(shí)間取決于熱傳遞區(qū)域和剩余質(zhì)量。
[0009]因此，仍需要改進(jìn)的輸送裝置和方法，用于從大輸送裝置輸送液體前體化合物的蒸氣，該輸送裝置使用至少I(mǎi)瓦能量用于蒸發(fā)。人們還需要具有以下特性的輸送裝置:所述裝置能在整個(gè)工藝中輸送均勻且高通量的前體蒸氣，直至輸送裝置中的液體前體化合物耗盡，與此同時(shí)，所采用的載氣流速大于I標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]一種用于液體前體化合物的輸送系統(tǒng)，其包括:具有入口和出口的輸送裝置；第一比例閥；所述輸送裝置與第一比例閥可操作連通；所述第一比例閥可以進(jìn)行操作(operative),根據(jù)施加的壓力控制載氣的流動(dòng)；物理-化學(xué)傳感器；所述物理-化學(xué)傳感器設(shè)置在所述輸送裝置的下游，可以進(jìn)行操作來(lái)分析從所述輸送裝置流出的流體流的化學(xué)含量(chemical content);所述物理-化學(xué)傳感器與所述第一比例閥連通；和第一壓力/流動(dòng)控制器，所述控制器與所述物理-化學(xué)傳感器和所述第一比例閥操作連通；所述輸送系統(tǒng)可以進(jìn)行操作從而以每單位時(shí)間基本恒定摩爾量的方式將液體前體化合物蒸氣輸送到與輸送系統(tǒng)連通的多個(gè)反應(yīng)器中的每一個(gè)反應(yīng)器中，所述液體前體化合物在所述輸送裝置中為液態(tài)。
[0011]一種方法，所述方法包括:將載氣的第一物流傳輸?shù)捷斔脱b置；所述輸送裝置包含液體前體化合物；所述載氣的第一物流的溫度等于或高于20° C;將載氣的第二物流傳輸?shù)剿鲚斔脱b置下游的一個(gè)位置；所述第一物流的流動(dòng)方向和所述第二物流的流動(dòng)方向不是彼此相反的；以及，所述第一物流從所述輸送裝置排出之后和第二物流合并，形成第三物流；所述第三物流中前體化合物的蒸氣的露點(diǎn)低于常溫。
[0012]圖1是示例性輸送系統(tǒng)的示意圖，其中輸送裝置與一個(gè)或多個(gè)質(zhì)量流量控制器流體連通，所述質(zhì)量流量控制器各自與反應(yīng)器容器流體連通，來(lái)自輸送裝置的蒸氣置于反應(yīng)器內(nèi)選定的表面上；
[0013]圖2是一種示例性輸送系統(tǒng)的示意圖，其中單個(gè)壓力/流量控制器控制通過(guò)輸送裝置的流速；
[0014]圖3是另一種示例性輸送系統(tǒng)的示意圖，其中單個(gè)壓力/流量控制器控制通過(guò)輸送裝置的質(zhì)量流速；
[0015]圖4是一種示例性混合室的示意圖；
[0016]圖5是另一種不例性混合室的不意圖；
[0017]圖6是實(shí)施例中使用的并與本發(fā)明公開(kāi)的輸送裝置進(jìn)行比較的比較輸送裝置的示意圖；
[0018]圖7A是顯示比較輸送裝置填充至其容量的40%時(shí)的性能的圖表；
[0019]圖7B是顯示比較輸送裝置填充至其容量的20%時(shí)的性能的圖表；和
[0020]圖8是示出常規(guī)輸送裝置以及本發(fā)明公開(kāi)的輸送裝置的性能數(shù)據(jù)的圖表。
[0021]在此將參照附圖更完整地描述本發(fā)明，附圖中給出了各種實(shí)施方式。通篇中同樣的附圖標(biāo)記表示同樣的元件。
[0022]應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)描述一種元件在另一元件“之上”的時(shí)候，所述元件可以直接位于另一元件上，或者可以在這兩個(gè)元件之間設(shè)置有插入元件。與之相對(duì)的是，如果稱(chēng)一種元件“直接”位于另一元件“之上”，則不存在插入元件。在本文中，術(shù)語(yǔ)“和/或”包括相關(guān)的所述對(duì)象中一種或多種的任意組合以及全部組合。
[0023]應(yīng)當(dāng)理解，盡管在本文中用術(shù)語(yǔ)第一、第二、第三等描述各種元件、部件、區(qū)域、層和/或部分，但是這些元件、部件、區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)受到這些術(shù)語(yǔ)的限制。這些術(shù)語(yǔ)僅僅用于將一種元件、部件、區(qū)域、層或部分與另一種元件、部件、區(qū)域、層或部分區(qū)別開(kāi)。因此，下文討論的第一元件、部件、區(qū)域、層或部分也可以記作第二元件、部件、區(qū)域、層或部分，而不會(huì)背離本發(fā)明的內(nèi)容。
[0024]本文所用的術(shù)語(yǔ)僅僅用來(lái)描述具體的實(shí)施方式，而不是用于限制。如本文中所用，單數(shù)形式的“一個(gè)”，“一種”和“該”也包括復(fù)數(shù)的指代物，除非文本中有另外的明確表示。還應(yīng)當(dāng)理解，在說(shuō)明書(shū)中，術(shù)語(yǔ)“包含”和/或“包括”，或者“含有”和/或“含有……的”表示存在所述特征、區(qū)域、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件，但是并不排除存在或加入一種或多種其它的特征、區(qū)域、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或其組合的情況。術(shù)語(yǔ)“包括……”包括了術(shù)語(yǔ)“由……組成”以及“基本上由……組成”。本文中術(shù)語(yǔ)“和/或”用來(lái)表示“和”以及“或”。例如，“A和/或B”表示A、B、或A和B。
[0025]另外，在本文中，用相對(duì)術(shù)語(yǔ)，例如“下部的”或“底部”以及“上部的”或“頂部”來(lái)描述附圖所示的一種元件相對(duì)于另一種元件的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)理解，相對(duì)術(shù)語(yǔ)除了圖中所示的取向之外，包括裝置的不同取向。例如，如果將圖中的裝置顛倒，則此前描述為位于另外的元件的“下”方的元件將描述為位于另外的元件的“上”方。因此，根據(jù)附圖的具體取向，示例性的術(shù)語(yǔ)“下部的”包括“下部”和“上部”的取向。類(lèi)似地，如果附圖中的裝置顛倒，之前描述為位于其他元件“以下”或“之下”的元件可以描述為位于其他元件“之上”。因此，示例性術(shù)語(yǔ)“以下”或“之下”可以同時(shí)包括以上和以下的取向。
[0026]除非另外定義，否則，本文中使用的所有術(shù)語(yǔ)(包括技術(shù)術(shù)語(yǔ)和科學(xué)術(shù)語(yǔ))具有本發(fā)明所屬領(lǐng)域普通技術(shù)人員通常所理解的同樣含義。還應(yīng)當(dāng)理解，常用字典中定義的術(shù)語(yǔ)的含義應(yīng)當(dāng)理解為與其在相關(guān)領(lǐng)域和本發(fā)明中的定義一致，除非本文中有另外的表述，否則不應(yīng)理解為理想化或者完全形式化的含義。
[0027]參照理想化實(shí)施方式的截面示意圖描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施方式。因此，可以考慮根據(jù)制造技術(shù)和/或容差而對(duì)所示的形狀進(jìn)行變化。因此，本文所述的實(shí)施方式不應(yīng)理解為僅限于圖中所示的具體形狀，而是應(yīng)該包括例如由于制造導(dǎo)致的形狀偏差。例如，圖中所示和文中描述為平坦的區(qū)域通?？梢跃哂写植诤?或非線性的特征。另外，圖中顯示的尖銳的角可以是圓化的。因此，圖中所示的區(qū)域本身是示意圖，其形狀并不表示區(qū)域的精確形狀，不應(yīng)對(duì)本權(quán)利要求書(shū)的范圍構(gòu)成限制。[0028]本發(fā)明揭示了各種數(shù)值范圍。這些范圍包括端點(diǎn)以及端點(diǎn)之間的數(shù)值。這些范圍內(nèi)的數(shù)值可以互相交換。
[0029]本發(fā)明描述了一種用于液體前體的輸送系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括通過(guò)濃度傳感器和壓力傳感器與反應(yīng)器(包括質(zhì)量流量控制器和反應(yīng)器容器)流體連通的輸送裝置。所述濃度傳感器和壓力傳感器分別與第一和第二壓力/流量控制器電連通，所述第一和第二壓力/流量控制器控制通過(guò)所述輸送系統(tǒng)的載氣的流動(dòng)。所述輸送系統(tǒng)使用載氣物流，所述載氣物流分成兩股載氣物流，第一物流流入所述輸送裝置并與液體前體化合物接觸，第二物流繞過(guò)所述輸送裝置。液體前體是在大氣壓下在-10°C至200°C條件下為液態(tài)的元素或化合物。
[0030]將載體分成兩股物流無(wú)需對(duì)前體溫度保持嚴(yán)格控制，例如將其保持在幾分之一(afraction of)攝氏度。在蒸發(fā)負(fù)載超過(guò)1.0瓦的條件下對(duì)溫度保持如此嚴(yán)格的控制是很難的，并且花費(fèi)昂貴。如果需要的話，整個(gè)第一物流的流路可以加熱至升高的溫度，以應(yīng)對(duì)(counter)任何熱損失并將溫度保持在接近初始(預(yù)期)值。
[0031]所述第一物流較慢的流速與升高的溫度相結(jié)合時(shí)，允許挾帶較大體積的前體蒸氣。垂直于流動(dòng)方向的平面內(nèi)每單位時(shí)間傳輸?shù)那绑w蒸氣量定義為通量，以摩爾每分鐘或以其它的合適單位進(jìn)行測(cè)量。反應(yīng)器中進(jìn)行的工藝取決于所述前體通量。如果不能精確地維持該前體通量，工藝結(jié)果是不可預(yù)計(jì)的。與沒(méi)有物流繞過(guò)(bypass)所述液體前體化合物的比較系統(tǒng)相反，所述前體蒸氣通量在第一物流中較高，在第二氣體物流中為零。
[0032]所述輸送系統(tǒng)用來(lái)將濃度均勻而恒定的前體蒸氣輸送到多個(gè)反應(yīng)器。與設(shè)置在反應(yīng)器上游的質(zhì)量流量控制器結(jié)合使用，可以將每單位時(shí)間輸送至反應(yīng)器的前體蒸氣摩爾數(shù)(即通量)也保持恒定。
[0033]具有高濃度挾帶蒸氣的第一物流和僅含載氣的第二物流在輸送裝置下游處互相接觸，形成第三物流。所述第二物流和第一物流合并形成第三物流。特別是與不使用繞路的比較裝置相比時(shí)，所述第一物流(挾帶有蒸氣)和第二物流(無(wú)蒸氣)合并形成第三物流使得向所述反應(yīng)器輸送更精確濃度的所述前體蒸氣。
[0034]所述第三物流的露點(diǎn)可以調(diào)節(jié)至低于與所述輸送系統(tǒng)和反應(yīng)器相連的管道和硬件的溫度。以這種方式可以避免相連管道內(nèi)輸送液體前體的冷凝。可以使用多種不同的具有不同露點(diǎn)的液體前體，通過(guò)加熱任意相連管線避免任意前體的冷凝。
[0035]本發(fā)明所述輸送系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于，能夠?qū)⒕鶆蚨_濃度的前體蒸氣輸送至反應(yīng)器，直到來(lái)自輸送裝置的液體前體化合物耗盡。在大于或等于120千帕(kPa) (900托)，優(yōu)選大于或等于160kPa(1200托)，更優(yōu)選大于或等于200kPa(1500托)的壓力條件下，使得通向一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器的前體通量大于或等于0.5克/分鐘，優(yōu)選大于或等于2.0克/分鐘，更優(yōu)選大于或等于10.0克/分鐘。
[0036]該輸送系統(tǒng)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，能夠同時(shí)為多個(gè)反應(yīng)器輸送前體蒸氣。所述輸送系統(tǒng)對(duì)多個(gè)反應(yīng)器的相互競(jìng)爭(zhēng)的需求加以平衡，可以為各個(gè)反應(yīng)器供應(yīng)具有均勻前體蒸氣濃度的物流，而不考慮單獨(dú)的反應(yīng)器的體積要求。本發(fā)明所述輸送系統(tǒng)可以基本恒定濃度向各個(gè)反應(yīng)器輸送前體蒸氣。
[0037]本發(fā)明輸送系統(tǒng)中所述前體蒸氣的濃度對(duì)選定值的波動(dòng)量小于或等于I重量％(wt%),優(yōu)選對(duì)選定值的波動(dòng)量小于或等于0.5wt%,更優(yōu)選對(duì)選定值的波動(dòng)量小于或等于0.2wt%。在常規(guī)輸送系統(tǒng)中，前體蒸氣的濃度波動(dòng)大于10重量％。[0038]所述輸送系統(tǒng)的獨(dú)特之處在于，該系統(tǒng)在不存在任選的混合室的情況下不利用任何相反的流動(dòng)。換而言之，所述輸送系統(tǒng)不利用沿著相反方向流動(dòng)的物流的相互接觸。只有在使用任選的混合室的時(shí)候，所述系統(tǒng)可能利用相反的流動(dòng)。
[0039]如上文所述，所述輸送系統(tǒng)使用混合室。在一個(gè)實(shí)施方式中，當(dāng)輸送系統(tǒng)不采用相反流動(dòng)的時(shí)候，可以使用混合室。所述載氣和前體蒸氣在所述混合室內(nèi)的相互接觸促進(jìn)了更好的混和，由此確保了前體蒸氣能夠均勻地輸送到反應(yīng)器。在另一個(gè)實(shí)施方式中，僅僅當(dāng)輸送系統(tǒng)采用相反流動(dòng)的時(shí)候使用混合室。
[0040]參見(jiàn)圖1，輸送系統(tǒng)100包括輸送裝置102，該輸送裝置分別通過(guò)物理-化學(xué)傳感器104和壓力傳感器106與質(zhì)量流量控制器208和反應(yīng)器200連通。所述物理-化學(xué)傳感器104和壓力傳感器106分別與第一壓力/流量控制器108和第二壓力/流量控制器110操作連通。所述第一壓力/流動(dòng)控制器108與第一比例閥112操作連通，而第二壓力/流量控制器110與第二比例閥114操作連通。在一個(gè)示例性的實(shí)施方式中，所述第一壓力/流動(dòng)控制器108與第一比例閥112電連通，而第二壓力/流量控制器110與第二比例閥114電連通。
[0041]輸送裝置102不設(shè)置在可以用來(lái)改變或穩(wěn)定所述輸送裝置溫度的水浴中。除了受周?chē)h(huán)境的影響，沒(méi)有任何加熱或冷卻的外部源。輸送裝置102的尺寸為0.5-100.0升，設(shè)置在標(biāo)尺(scale) 105上。標(biāo)尺105用來(lái)確定輸送裝置102中包含的液體前體化合物的量。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解輸送裝置102可以大許多倍，例如高達(dá)1，000升，但這種大的輸送裝置的運(yùn)輸和操作將會(huì)更復(fù)雜。
[0042]當(dāng)所述比例閥112和114設(shè)置在輸送裝置102的上游的時(shí)候，操作比例閥來(lái)控制通過(guò)輸送系統(tǒng)100的載氣的流量(flow)。如果需要的話，所述比例閥112可以設(shè)置在輸送裝置的下游，通過(guò)操作來(lái)控制所述載氣和前體蒸氣的流動(dòng)。關(guān)閉閥116，118，120和122用來(lái)隔離輸送裝置的不同部件。在一個(gè)實(shí)施方式中，在常規(guī)操作中，所述關(guān)閉閥116和118是開(kāi)放的。
[0043]當(dāng)施加在比例閥112和114上的電壓增大的時(shí)候，所述比例閥開(kāi)口增大，從而增大通過(guò)比例閥的載氣流量。另一方面，當(dāng)施加在比例閥上的電壓減小的時(shí)候，比例閥開(kāi)口減小，從而減小通過(guò)比例閥的載氣的流量。
[0044]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述物理-化學(xué)傳感器104以及所述第一壓力/流量控制器108、所述第一比例閥112和所述輸送裝置102形成第一閉合回路，該第一閉合回路包括所述載氣的第一物流202。通過(guò)輸送裝置102的入口將載氣的第一物流202導(dǎo)入浸潰管103。所述第一物流在本發(fā)明中也稱(chēng)作“源流”物流，這是因?yàn)樗龅谝晃锪髟谳斔脱b置102中與液體前體化合物接觸，挾帶前體蒸氣。因?yàn)榈谝晃锪鞯墓δ苤皇菕稁绑w蒸氣，因此第一物流通常保持在升高的溫度之下。
[0045]所述第一物流通常保持在環(huán)境溫度0-80°C，優(yōu)選10-50°C，更優(yōu)選15_35°C。第一物流202挾帶所述前體化合物的蒸氣。位于輸送裝置102頂部的出口促進(jìn)挾帶液體前體化合物蒸氣的載氣物流203排放。物流203從輸送裝置102排出，在混合室107中與載體的第二物流204接觸。
[0046]在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述壓力傳感器106以及所述第二壓力/流量控制器110、所述第二比例閥114和所述混合室107形成第二閉合回路，該第二閉合回路包括所述載氣的第二物流204。載氣的第二物流204導(dǎo)入混合室107，在混合室107中與從輸送裝置102的出口排出的物流203接觸。所述第二物流在本發(fā)明中也稱(chēng)作“繞路流”物流，這是因?yàn)樗龅诙锪髟谳斔脱b置中繞過(guò)液體前體化合物。 [0047]所述第一物流202在離開(kāi)所述輸送裝置102之后(作為物流203)與所述第二物流204在混合室107中合并，形成第三物流206，所述第三物流通過(guò)質(zhì)量流量控制器208進(jìn)入反應(yīng)器200。第一物流202 (現(xiàn)物流203)與第二物流204在出口閥122下游合并，形成第三物流206，所述第三物流206被導(dǎo)入反應(yīng)器200。所述第三物流206包含位于載氣中的所需濃度的前體蒸氣。如上文所述，所述物流203和第二物流204不是彼此相反的。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述物流203和第二物流204沿著相同的方向流動(dòng)。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述物流203和第二物流204以1-90°的角度彼此相遇，形成第三物流206，所述第三物流206進(jìn)入反應(yīng)器200。
[0048]在一個(gè)實(shí)施方式中，可以使用任選的混合室107來(lái)合并來(lái)自第一物流202 (現(xiàn)物流203 (其包含來(lái)自輸送裝置102的載氣和前體蒸氣))和第二物流204的流體。在所述混合室107中，來(lái)自物流203和第二物流204的流體可以沿著相反的方向引入。在另一個(gè)實(shí)施方式中，當(dāng)物流203和第二物流204不是沿著相反的方向流動(dòng)的時(shí)候，所述混合室107可以用來(lái)合并所述來(lái)自物流203和第二物流204的流體。下文中將會(huì)對(duì)這兩種實(shí)施方式進(jìn)行更詳細(xì)的討論。
[0049]通過(guò)將所述物流203與第二物流204合并以形成所述第三物流206，載氣中的前體蒸氣的濃度減小，導(dǎo)致前體蒸氣較低的露點(diǎn)。因此，當(dāng)載氣中夾帶的蒸氣遇到降低的溫度的時(shí)候，前體蒸氣不會(huì)發(fā)生冷凝。由此可以為一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器供應(yīng)恒定的前體蒸氣/載氣比例。在另一個(gè)實(shí)施方式中，通過(guò)將第三物流中的前體蒸氣的露點(diǎn)降至低于常溫，不會(huì)發(fā)生前體蒸氣冷凝，可以為反應(yīng)器供應(yīng)恒定的前體蒸氣/載氣比例。
[0050]所述第一和第二封閉回路相互協(xié)作，控制輸送到一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器200的輸送壓力和前體蒸氣濃度。通過(guò)與各個(gè)反應(yīng)器連接的質(zhì)量流量控制器208控制流入各個(gè)反應(yīng)器的前體的流速。所述第一和第二閉合回路還互相協(xié)作，保持前體蒸氣的露點(diǎn)，將其精確地調(diào)節(jié)至低于常溫。由此可以防止前體蒸氣冷凝，允許以比其它市售比較系統(tǒng)更高的精度，向反應(yīng)器傳輸更大量的前體蒸氣。雖然圖1中顯示各個(gè)回路都是閉合回路，但是如果需要的話，這些回路中的一部分也可以是開(kāi)放的回路。
[0051]再來(lái)看圖1，輸送裝置102包括進(jìn)入閥120，所述進(jìn)入閥可以用來(lái)開(kāi)始或者停止載氣流入輸送裝置102的流動(dòng)。所述輸送裝置102還具有排出閥122，所述排出閥可以用來(lái)開(kāi)始和停止包括挾帶的前體蒸氣的載氣從輸送裝置102流到反應(yīng)器200的流動(dòng)。從圖1還可以看到，所述輸送裝置102與反應(yīng)器200流體連通，使得來(lái)自輸送裝置102的前體蒸氣設(shè)置在反應(yīng)器200的選定的表面上。質(zhì)量流量控制器208允許混合物以所需的流量向著反應(yīng)器200流動(dòng)。
[0052]質(zhì)量流量控制器208可以包括單個(gè)質(zhì)量流量控制器或多個(gè)質(zhì)量流量控制器，而反應(yīng)器200可以包括單個(gè)反應(yīng)器或多個(gè)反應(yīng)器(未示出)。在一個(gè)示例性的實(shí)施方式中，所述質(zhì)量流量控制器208和反應(yīng)器200包括多個(gè)質(zhì)量流量控制器和反應(yīng)器。
[0053]所述輸送裝置102包括浸潰管103和出口 109，所述載氣從所述浸潰管進(jìn)入，挾帶前體蒸氣的載氣通過(guò)所述出口排出到反應(yīng)器200。所述輸送裝置102的入口與進(jìn)入閥120流體連通，而輸送裝置102的出口與所述排出閥122流體連通。在一個(gè)實(shí)施方式中，用來(lái)將載氣傳輸?shù)捷斔脱b置的管子或管道都保持在20-80°C。
[0054] 所述輸送裝置102以及入口和出口可以由不會(huì)受到載氣或液體前體化合物負(fù)面影響、也不會(huì)改變所述載氣或液體前體化合物的組成的材料制造。還希望所述材料能夠耐受操作的溫度和壓力。外殼可以由合適的材料制造，例如由玻璃、聚四氟乙烯和/或金屬制造。在一個(gè)實(shí)施方式中，外殼由金屬構(gòu)成。示例性的金屬包括鎳合金和不銹鋼。合適的不銹鋼包括SS304, SS304L, SS316, SS316L, SS321, SS347和SS430。示例性的鎳合金包括INCONEL, MONEL和 HASTELL0Y。
[0055]所述輸送裝置102通常包括一個(gè)開(kāi)口(圖中未顯示)，通過(guò)所述開(kāi)口引入液體前體化合物?？梢酝ㄟ^(guò)任意合適的方式將所述液體前體化合物加入所述輸送裝置。
[0056]該液體前體化合物是前體蒸氣的來(lái)源。任何適合用于蒸氣輸送系統(tǒng)的液體前體化合物(包括通常固體化合物的溶液和懸浮液)均可用于所述輸送裝置。合適的前體化合物包括銦化合物、鋅化合物、鎂化合物、鋁化合物、鎵化合物，以及包含至少一種上文所述化合物或這種化合物的液體溶液和懸浮液的組合。優(yōu)選地，所述液體前體化合物選自鋁化合物、鎵化合物和包括至少一種前述化合物的組合?？梢詫⒁后w前體化合物的混合物用于本發(fā)明的輸送裝置中。
[0057]優(yōu)選的液體前體化合物包括三溴化硼、氧氯化磷、三溴化磷、四氯化硅、四溴化硅、原硅酸四乙酯、三氯化砷、三溴化砷、五氯化銻、三甲基鎵(TMGa)、三乙基鎵(TEGa)、三甲基鋁(TMAl)、乙基二甲基銦、叔丁基胂、叔丁基膦、四氯化鍺(GeCl4)、氯化錫(SnCl4)、三甲基砷(CH3) 3As、三甲基鎵(CH3) 3Ga、三乙基鎵(C2H5) 3Ga、異丁基鍺烷(C4H9)GeH3、二乙基碲(C2H5) 2Te、二異丙基碲(C3H7) 2Te、二甲基鋅(CH3) 2Zn、二乙基鋅(C2H5) 2Zn、三甲基銻(CH3) 3Sb、三乙基銻(C2H5)3Sb、三氯化硼(BCl3)、三氟化氯(ClF3)、丙硅烷(Si3H8)等，或包括至少一種上述前體的組合。
[0058]更優(yōu)選的液體前體化合物是三甲基鎵、三乙基鎵、三甲基鋁、叔丁基膦、叔丁基胂、原硅酸四乙酯、四氯化硅、四氯化鍺、異丁基鍺烷、三甲基銻、二甲基鋅、二乙基鋅等，或包括至少一種上述前體化合物的組合。
[0059]輸送裝置102可以使用合適的載氣，只要該載氣不與液體前體化合物反應(yīng)即可。載氣的具體選擇取決于各種因素，例如使用的前體化合物以及具體使用的化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)。合適的載氣包括惰性氣體。示例性的氣體包括氫氣、氮?dú)?、氬氣、氦氣等?br> [0060]所述物理-化學(xué)傳感器104是濃度傳感器，測(cè)量載氣內(nèi)的前體蒸氣的濃度。所述物理-化學(xué)傳感器104通過(guò)連續(xù)監(jiān)控氣體濃度并控制通過(guò)輸送裝置102的第一物流202來(lái)顯示濃度變化和/或浮動(dòng)，從而控制進(jìn)入反應(yīng)器的前體蒸氣的傳質(zhì)速率。
[0061]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述物理-化學(xué)傳感器104是在線聲學(xué)雙氣體濃度傳感器，用來(lái)感測(cè)前體蒸氣與載氣的比例。所述物理-化學(xué)傳感器產(chǎn)生聲學(xué)信號(hào)，所述聲學(xué)信號(hào)通過(guò)氣體混合物(即所述前體化合物的蒸氣和載氣的混合物)，使用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)精確測(cè)量聲學(xué)信號(hào)的傳輸時(shí)間。然后根據(jù)載氣中的前體蒸氣的物理性質(zhì)，用所述傳輸時(shí)間計(jì)算載氣中的前體蒸氣的濃度。該濃度測(cè)量提供的數(shù)據(jù)可以用來(lái)對(duì)前體蒸氣的傳質(zhì)速率進(jìn)行控制，同時(shí)對(duì)前體蒸氣相對(duì)于載氣的任何濃度變化進(jìn)行補(bǔ)償。通過(guò)所述第一比例閥112實(shí)現(xiàn)所述傳質(zhì)速率的控制。其它傳感器包括微電子機(jī)械電路(MEMC)，該微電子機(jī)械電路也能通過(guò)測(cè)量密度來(lái)測(cè)量二元?dú)怏w的組成。
[0062]例如，當(dāng)來(lái)自物理-化學(xué)傳感器104的輸出信號(hào)為零伏特的時(shí)候，表示載氣中的前體蒸氣的濃度為O重量％(重量百分?jǐn)?shù))。當(dāng)來(lái)自物理-化學(xué)傳感器104的輸出信號(hào)為.5伏特的時(shí)候，載氣中的前體蒸氣的濃度為I重量％。在一個(gè)示例性的實(shí)施方式中，所述物
理-化學(xué)傳感器104是可以購(gòu)自威科公司(Veeco Corporation)的PIEZOCON、
[0063]在一個(gè)示例性的實(shí)施方式中，當(dāng)所述液體前體化合物是三甲基鎵的時(shí)候，用物理-化學(xué)傳感器104控制通過(guò)輸送裝置102的流動(dòng)，使得輸送系統(tǒng)100中三甲基鎵蒸氣的露點(diǎn)為15°C。位于輸送裝置102和質(zhì)量流量控制器208之間的用來(lái)向反應(yīng)器200加料的傳輸導(dǎo)管裝置(即用來(lái)傳輸載氣和前體蒸氣的線路)通常保持在20°C的室溫，從而避免將傳輸導(dǎo)管裝置溫度保持高于20°C的成本費(fèi)用。為了防止三甲基鎵蒸氣在傳輸導(dǎo)管裝置中發(fā)生冷凝，為三甲基鎵選擇15°C的露點(diǎn)。5°C的差值能夠使得前體蒸氣連續(xù)而穩(wěn)定地流向反應(yīng)器。
[0064]所述壓力傳感器106測(cè)量輸送裝置102上的壓力。所述壓力傳感器106可以是壓力計(jì)、測(cè)壓器等。所述壓力傳感器106與第二控制器110和第二比例閥114相結(jié)合，提供了用來(lái)控制前體蒸氣和載氣的壓力的機(jī)構(gòu)。
[0065]圖4和圖5中詳細(xì)顯示了任選的混合室107。圖4顯示了混合室107，其中包括相反方向的流動(dòng)，而圖5的混合室107中不包括反向的流動(dòng)。
[0066]圖4顯示了混合室107，其中物流203和第二物流204反向流動(dòng)。該混合室107包括由鎳合金或者不銹鋼制造的室300。所述室300可以具有任意的形狀，但是優(yōu)選是直徑和高度相等或者近似相等的圓柱體。在一個(gè)實(shí)施方式中，優(yōu)選混合室的直徑大于或等于I英寸(2.5cm),優(yōu)選大于或等于2英寸(5cm),更優(yōu)選大于或等于3英寸(7.5cm)。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述圓柱體的高度大于或等于2英寸(5cm),優(yōu)選大于或等于3英寸(7.5cm),更優(yōu)選大于或等于4英寸(IOcm)。
[0067]物流203經(jīng)由管道302進(jìn)入室300，而第二物流204經(jīng)由導(dǎo)管304進(jìn)入室300。所述第三物流206經(jīng)由管道306離開(kāi)室300。當(dāng)所述混合室107用于輸送系統(tǒng)的時(shí)候，所述混合室107的位置使其可以成為所述第一閉合回路和第二閉合回路的一部分。
[0068]各管道優(yōu)選具有直徑大于或等于3毫米(mm) (0.125英寸)、優(yōu)選大于或等于6mm(0.25英寸)、更優(yōu)選大于或等于12mm(0.5英寸)的外徑的圓形橫截面。從圖4可以看到，所述管道302和304的出口彼此相反。所述管道的出口設(shè)計(jì)成彼此相反，并且互相之間隔開(kāi)小于12mm，使得物流203和第二物流204互相緊密混合，然后作為第三物流206通過(guò)管道306從所述室排出。所述管道306提供有裝置308，所述裝置308用來(lái)將室300和與反應(yīng)器200的入口(圖中未顯示)連通的管道連接。
[0069]所述管道302裝有擋板310，該擋板310和與管道304連通的室300的側(cè)面相互平行。所述擋板310迫使第一物流202和第二物流在擋板310和室300的側(cè)面之間的空間312內(nèi)互相形成緊密混合物。
[0070]圖5顯示了混合室107，其中物流203和第二物流204不是彼此反向的。在此情況下，物流203經(jīng)由管道302進(jìn)入室300，而第二物流204經(jīng)由導(dǎo)管304進(jìn)入室300。兩股物流在室300內(nèi)交匯，使得兩股物流203和204之間發(fā)生混合，然后它們作為第三物流206經(jīng)由管道306離開(kāi)室300。在圖4和圖5所示的實(shí)施方式中，所述管道302，304和306可以包括噴嘴、多孔過(guò)濾器或者能夠用來(lái)強(qiáng)化物流203和第二物流204之間的混合的其他裝置。所述混合室還可以包含填充材料，例如珠粒、棒、管狀、馬蹄狀、環(huán)形、鞍形、圓盤(pán)形、淺碟狀，或者其它的合適的形式，例如針形，十字形和螺旋形(線圈形和螺線形)的填充材料。所述填充材料可以由陶瓷材料(例如氧化鋁、二氧化硅、碳化硅、氮化硅、硼硅酸鹽、鋁硅酸鹽和包括至少一種上述材料的組合)和/或金屬如不銹鋼或鎳合金構(gòu)成。如果需要，還可以采用上文列出的不同填充材料的組合。所述混合室107可以用于下圖1-3所示的任何實(shí)施方式，用于物流203與第二物流204接觸的位置。
[0071]再來(lái)看圖1，第一控制器108和第二控制器110是獨(dú)立式比例積分微分(PID)控制模塊，它們?cè)O(shè)計(jì)用來(lái)提供輸送系統(tǒng)100的總壓力或載氣流量的最優(yōu)化控制。第一比例閥112的輸入信號(hào)得自壓力傳感器106。第二比例閥114的輸入信號(hào)得自物理-化學(xué)傳感器104。每個(gè)壓力/流量控制系統(tǒng)包括三個(gè)基本部件，即工藝傳感器，比例-積分-微分控制器和控制兀件?？刂破?08和110也可以通過(guò)程序邏輯控制器(Programmable LogicControllers) (PLC,如Omron CJlW控制器)的軟件與用于閥112和114的合適的驅(qū)動(dòng)硬件聯(lián)用來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0072]在第一比例閥112工作期間，物理-化學(xué)傳感器104測(cè)量工藝壓力或者載氣流速。比例-積分-微分控制器將測(cè)得的前體濃度與所需的設(shè)定值相比較，根據(jù)需要調(diào)節(jié)比例閥112，從而在第三物流206中獲得所需的前體蒸氣濃度。
[0073]在第二比例閥114工作期間，壓力傳感器106控制繞路流量，以保持程序設(shè)定的壓力。通過(guò)質(zhì)量流量控制器208實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器200的前體蒸氣要求。作為相應(yīng)，與流量控制器110和第二比例閥114相連的壓力傳感器106調(diào)節(jié)第二物流204中的載氣的流量，從而為第三物流206提供所需的壓 力。
[0074]在一個(gè)實(shí)施方式中，可以使得多個(gè)壓力/流量控制器從屬于一個(gè)主壓力/流量控制器，所述主壓力/流量控制器調(diào)節(jié)載氣的總流量以獲得所需的壓力，與此同時(shí)，所述物理-化學(xué)傳感器104和相連的控制器108保持所需的氣體比例/混合物。例如，圖1的第一比例閥112和第二比例閥114可以從屬于主壓力控制器(圖中未顯示)，從而將整個(gè)載氣流分成物流203和第二物流204。在此實(shí)施方式中，未對(duì)濃度進(jìn)行主動(dòng)控制。
[0075]所述關(guān)閉閥116和118以及進(jìn)入閥120和排出閥122可以是閘式閥，球閥，蝶形閥，針形閥等。它們也可以通過(guò)PLC控制，當(dāng)反應(yīng)器200的需求是零時(shí)，有利于保持精確的前體濃度。
[0076]在一個(gè)實(shí)施方式中，對(duì)于一種利用圖1的輸送系統(tǒng)100的方式,所述反應(yīng)器200將蒸氣從輸送裝置102抽取出來(lái)。根據(jù)物理-化學(xué)傳感器104和壓力傳感器106提供的信息，所述載氣可以由第一比例閥112和/或第二比例閥114輸送。
[0077]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述載氣在通過(guò)包括第一物流202和第二物流204的流體線路(如管子或管道)的時(shí)候，任選地將載體加熱至不高于液體前體化合物的沸點(diǎn)的溫度。所述第一物流202中的載氣通過(guò)所述輸送裝置102，挾帶前體化合物的蒸氣。然后其中挾帶有蒸氣的載氣(物流203)與第二物流204中的載氣相遇。通過(guò)調(diào)節(jié)第一物流202和第二物流204中的載氣的質(zhì)量流量，可以將前體蒸氣的濃度保持在所需的量。
[0078]通過(guò)設(shè)定物理-化學(xué)傳感器104和壓力傳感器106以及相應(yīng)的壓力/流量控制器108和110確定“所需的量”。用物理-化學(xué)傳感器104測(cè)量第三物流206中的前體蒸氣的濃度。用壓力傳感器106測(cè)量載氣(其中挾帶有前體蒸氣)的壓力和/或流速。
[0079]當(dāng)前體蒸氣相對(duì)于載氣的濃度偏離所需的量或者所需的范圍的時(shí)候，所述物理-化學(xué)傳感器104與控制器108和比例閥112連通，從而調(diào)節(jié)載氣向著輸送裝置102的流量。通過(guò)調(diào)節(jié)比例閥112，可以將物流206中的載氣的前體蒸氣的量調(diào)節(jié)到基本恒定的程度。所述第三物流206中挾帶有前體蒸氣的載氣的流速取決于質(zhì)量流量控制器208的要求，通過(guò)第二控制器110和第二比例閥114進(jìn)行控制。
[0080]例如，當(dāng)前體蒸氣的濃度相對(duì)于第三物流206中的載氣下降的時(shí)候，物理-化學(xué)傳感器104至控制器108和第一比例閥112的電連接使得經(jīng)由第一物流202 (包括閥116和進(jìn)入閥120)流向輸送裝置102的載氣流量增大。同時(shí)繞路流204減少相同的量。由此增大了第三(合并)物流206中載氣的前體蒸氣的量。所述物流203中前體蒸氣量的增加與第二物流204的質(zhì)量流速的減小相結(jié)合，使得制得的第三物流206的前體蒸氣濃度與第一物流202流速調(diào)節(jié)帶來(lái)減小之前的前體蒸氣的量相比，前體蒸氣濃度基本恒定。
[0081]在另一個(gè)實(shí)施方式中，當(dāng)?shù)谌锪?06中的前體蒸氣濃度增大的時(shí)候，物理-化學(xué)傳感器104至控制器108和比例閥112之間的電連通減小了經(jīng)由第一物流202的流動(dòng)通過(guò)輸送裝置102的載氣。由此導(dǎo)致第二物流204中載氣流量的增大。所述第二物流204中載氣流量的增加與第一物流202的載氣流量的減小相結(jié)合，使得制得的第三物流206的前體蒸氣濃度與第二物流204流速調(diào)節(jié)帶來(lái)減小之前的前體蒸氣的量相比，前體蒸氣濃度基本恒定。
[0082]因此，來(lái)自物理-化學(xué)傳感器104和壓力傳感器106的讀數(shù)用來(lái)調(diào)節(jié)或者保持嚴(yán)密受控的前體蒸氣的濃度以及流向反應(yīng)器200的前體蒸氣流速。
[0083]如上文所述，本發(fā)明所述的輸送系統(tǒng)100的優(yōu)點(diǎn)在于，其使用第一物流202 (即源流)和第二物流204(即繞路流)將載氣中的前體蒸氣的露點(diǎn)降至低于常溫，或者更優(yōu)選低于傳輸?shù)谌锪?06的連接管和硬件的溫度。
[0084]圖2顯示輸送系統(tǒng)100的另`一個(gè)實(shí)施方式中，其中載氣分成第一物流202 (流經(jīng)液體前體化合物并成為物流203)和第二物流204 (繞過(guò)液體前體化合物)，然后重新合并形成第三物流206，其中露點(diǎn)低于常溫。所述第一物流202的流動(dòng)方向，第二物流204的流動(dòng)方向以及第三物流206的流動(dòng)方向是單向的，不是彼此相反的。如上文所述，除了使用混合室的情況以外，在輸送系統(tǒng)中不存在反向的流動(dòng)。這是因?yàn)樵谒鲚斔拖到y(tǒng)中使用反向流動(dòng)不會(huì)產(chǎn)生載氣和前體蒸氣之間所需的混合，會(huì)導(dǎo)致將前體蒸氣以不均勻的分布方式輸送到多個(gè)反應(yīng)器。
[0085]圖2的輸送系統(tǒng)100幾乎與圖1的輸送系統(tǒng)相類(lèi)似，區(qū)別僅在于第二比例閥114和針形閥119的位置。在此情況下，使用由與壓力傳感器106相連通的控制器110驅(qū)動(dòng)的單個(gè)比例閥114控制整個(gè)輸送系統(tǒng)100中的壓力。圖2所示的輸送系統(tǒng)100包括至少兩個(gè)閉合回路，用來(lái)調(diào)節(jié)壓力以及載氣中的前體蒸氣濃度。
[0086]從圖2可以看到，所述第一比例閥112位于第二比例閥114的下游，可以任選地從屬于第二比例閥114。針形閥119位于關(guān)閉閥118的下游。所述針形閥119促進(jìn)可調(diào)節(jié)的壓力下降，所述可調(diào)節(jié)的壓力下降可以用來(lái)調(diào)節(jié)載氣通過(guò)第一比例閥112和輸送裝置102的流動(dòng)。
[0087]圖3顯示輸送系統(tǒng)100的另一個(gè)實(shí)施方式，該系統(tǒng)包括與輸送裝置102連通的多個(gè)壓力調(diào)節(jié)器。所述壓力調(diào)節(jié)器用來(lái)促進(jìn)進(jìn)入的載氣的壓力降至用于質(zhì)量流量控制器208的壓力水平。[0088]在此實(shí)施方式中，所述輸送系統(tǒng)100包括第一壓力調(diào)節(jié)器96和第二壓力調(diào)節(jié)器98，所述第二壓力調(diào)節(jié)器98位于所述第一壓力調(diào)節(jié)器96的下游。所述第一壓力調(diào)節(jié)器96促進(jìn)輸入的載氣的壓力從第一壓力P1降至第二壓力P2,所述第二壓力調(diào)節(jié)器98促進(jìn)壓力從第二壓力P2進(jìn)一步降至第三壓力P3。所述第一壓力P1大于或等于第二壓力P2，所述第二壓力P2大于或等于第三壓力P3。
[0089]在一個(gè)實(shí)施方式中，所述第二壓力P2是第一壓力P1的50-90%，優(yōu)選是第一壓力P1的55-65%。在一個(gè)示例性的實(shí)施方式中，所述第二壓力P2為第一壓力P1的70-85%。第三壓力P3是第一壓力P1的40-48%，優(yōu)選是第一壓力P1的43-47%。
[0090]第一壓力P1 為 I, 900-2，100 托(250-280 千帕)，優(yōu)選 I, 950-2，050 托(260-275 千帕)。第二壓力 P2 為 950-1400 托(125-190 千帕)，優(yōu)選 I, 000-1300 托(130-175 千帕)。第三壓力P3S 500-950托(65-125千帕)，優(yōu)選850-925托(110-120千帕)。因此所述輸送裝置102可以與具有以下入口壓力的反應(yīng)器200結(jié)合操作:500-2, 000托(65-260千帕)，優(yōu)選700-1800托(90-240千帕)，更優(yōu)選900托(120千帕)。通過(guò)在50-760托(6-101千帕)的壓力范圍內(nèi)運(yùn)作的所述反應(yīng)器200通過(guò)質(zhì)量流量控制器208從輸送裝置100抽取用于反應(yīng)器中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)的精確的前體蒸氣。
[0091]在第一壓力調(diào)節(jié)器96的下游設(shè)置第一比例閥112、關(guān)閉閥116、進(jìn)入閥120、輸送裝置102、排出閥122和物理-化學(xué)傳感器104。所述第一比例閥112設(shè)置在第一壓力調(diào)節(jié)器96的下游、第二壓力調(diào)節(jié)器98的上游。
[0092]第一壓力調(diào)節(jié)器96與所述第一比例閥112、關(guān)閉閥116、進(jìn)入閥120、輸送裝置
102、排出閥122和物理-化學(xué)傳感器104流體連通。包括第一壓力調(diào)節(jié)器96、第一比例閥112、關(guān)閉閥116、進(jìn)入閥120、輸送裝置102、排出閥122和物理-化學(xué)傳感器104的流體物流被稱(chēng)為第一物流202。所述第一物流202將載氣導(dǎo)向輸送裝置102的入口。
[0093]所述物理-化學(xué)傳感器104與第一比例閥112連通。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述物理-化學(xué)傳感器104與第一比例閥112電連通。所述比例閥112、關(guān)閉閥116、進(jìn)入閥120、輸送裝置102、排出閥122和物理-化學(xué)傳感器104處于閉合回路中。
[0094]所述第二壓力調(diào)節(jié)器98設(shè)置在關(guān)閉閥118和混合室107的上游。包括第二調(diào)節(jié)器98和第二閥118的流體物流被稱(chēng)為第二物流204。
[0095]從輸送裝置排出的所述物流203與第二物流204接觸，形成第三物流206。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述物流203與輸送裝置102排出閥122下游的第二物流204相接觸。所述物理-化學(xué)傳感器104設(shè)置在排出閥122的下游。從物理-化學(xué)傳感器104輸出的信號(hào)通過(guò)第一控制器108導(dǎo)向第一比例閥112。
[0096]在一種操作圖3所不的輸送系統(tǒng)100的方式中，反應(yīng)器200從輸送裝置102抽取前體蒸氣和載氣的混合物。所述物理-化學(xué)傳感器104測(cè)量第三物流206中的前體蒸氣濃度和/或流速(或者壓力)。如果第三物流206中的前體蒸氣濃度和/或流速在所需限制范圍以外，所述傳感器104通過(guò)第一控制器108與第一比例閥112連通。所述第一控制器108增大或者減小施加給第一比例閥112的電壓。通過(guò)閉合或者打開(kāi)比例閥112，載氣的流速(或壓力)或者載氣中前體蒸氣的濃度可以調(diào)節(jié)到所需的值。[0097]在一種制造輸送系統(tǒng)100的方法中，所述比例閥112和/或114設(shè)置在輸送裝置102的上游。關(guān)閉閥116和/或118分別設(shè)置在比例閥112和/或114的下游以及輸送裝置102的上游。所述輸送裝置102設(shè)置在受熱的外殼103之內(nèi)。所述進(jìn)入閥120和排出閥122分別設(shè)置在輸送裝置102的入口和出口處。所述物理-化學(xué)傳感器104和壓力傳感器106設(shè)置在輸送裝置102的下游，分別與比例閥112和/或114形成閉合回路。所述輸送系統(tǒng)100通過(guò)質(zhì)量流量控制器208與反應(yīng)器200流體連通。所述質(zhì)量流量控制器208設(shè)置在反應(yīng)器200的上游。
[0098]所述輸送系統(tǒng)100的優(yōu)點(diǎn)在于，可以以比其他比較裝置更大的流速輸送前體蒸氣的恒定物流。該方法不包括任何反向的流動(dòng)。通過(guò)輸送系統(tǒng)100的流動(dòng)包括沿著單一方向的流動(dòng)。這得到載氣和液體前體蒸氣之間更好的混合。對(duì)于包括反向流的系統(tǒng)，當(dāng)一股流的壓力增至高于另一股流的時(shí)候，會(huì)發(fā)生一些問(wèn)題。在此情況下，對(duì)反應(yīng)器供應(yīng)的前體蒸氣是不均勻的。
[0099]所述系統(tǒng)100還允許向反應(yīng)器200輸送均勻且濃度高度精確的液體前體化合物。該特征使系統(tǒng)100與其它嘗試向反應(yīng)器供應(yīng)均勻濃度的液體前體化合物的比較輸送系統(tǒng)不同。通過(guò)產(chǎn)生每單位體積恒定的摩爾數(shù)(特別是系統(tǒng)中載氣反向流動(dòng)的時(shí)候)通?？梢缘玫矫繂挝粫r(shí)間恒定摩爾數(shù)的輸送。前體濃度波動(dòng)通常使得每單位時(shí)間輸送至反應(yīng)器的前體發(fā)生波動(dòng)，導(dǎo)致產(chǎn)生不均勻(non-conforming)的產(chǎn)物。
[0100]本發(fā)明所述的系統(tǒng)100還使得可以在很長(zhǎng)的時(shí)間(10分鐘至幾個(gè)月)內(nèi)以均一質(zhì)量流量的方式向反應(yīng)器供應(yīng)前體。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述輸送系統(tǒng)100可以在溫度高于或等于15°C、壓力等于或大于900托(120千帕)的條件下，以等于或大于1500微摩爾/分鐘、優(yōu)選大于或等于1750微摩爾/分鐘、更優(yōu)選等于或大于2000微摩爾/分鐘的速率輸送前體蒸氣，與此同時(shí)，向反應(yīng)器 200供應(yīng)載氣的流速保持在等于或大于I標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘(slm)，優(yōu)選等于或大于2標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘，更優(yōu)選等于或大于3標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘。
[0101]以下實(shí)施例用來(lái)證明本發(fā)明公開(kāi)的輸送裝置與比較輸送裝置相比向所述反應(yīng)器輸送穩(wěn)定濃度的液體前體化合物。圖6是現(xiàn)有技術(shù)比較輸送裝置400的示意圖，該比較輸送裝置400包括I標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘質(zhì)量流量控制器402，恒溫浴404，直接浸沒(méi)在液體前體化合物中的溫度計(jì)406和二元?dú)怏w濃度傳感器408。載氣是氮?dú)?。每秒鐘記錄載氣流量、液體前體化合物溫度和蒸氣濃度。液體前體化合物是三甲基鎵。
[0102]圖7A和7B顯示液體前體化合物溫度和液體前體化合物蒸氣濃度與縱橫比接近I的4.6千克(kg)圓柱體的流體中分步變化(step change)的響應(yīng)關(guān)系。當(dāng)所述源打開(kāi)用于外延生長(zhǎng)時(shí)或從工具組的供應(yīng)系統(tǒng)(the supply in cluster tool)中添加或減少反應(yīng)器時(shí)，這些分步變化是常見(jiàn)的。流體中的變化能改變流向在線的其它反應(yīng)器的三甲基鎵通量。實(shí)驗(yàn)的浴溫度是5°C?？倝毫镮OlkPa(760托)。
[0103]圖7A顯示圓柱體在填充水平為40% (1.8kg)的響應(yīng)。雖然浴溫度為5.(TC，三甲基鎵無(wú)流動(dòng)時(shí)的溫度為5.7V。如圖6所示的裝置中，圓柱體的頂部未浸沒(méi)在浴中，來(lái)自周?chē)諝獾臒崃考訜崴鋈谆墶Ａ髁哭D(zhuǎn)變?yōu)镮標(biāo)準(zhǔn)升每分鐘(slm)之后，在達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)之前花費(fèi)85分鐘或者消耗25克三甲基鎵以達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，載氣以及挾帶的蒸氣被送入將進(jìn)行外延生長(zhǎng)的反應(yīng)器。I slm時(shí)溫度差為0.7°C，表示實(shí)際上到達(dá)基材的通量?jī)H為目標(biāo)三甲基鎵的0.971倍。[0104]圖7B表示填充水平為20% (820克)的相同的圓柱體。流量轉(zhuǎn)變?yōu)镮slm之后，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所需時(shí)間為95分鐘，與填充水平為40%的圓柱體相比沒(méi)有明顯變化。由于之前的實(shí)驗(yàn)(即40%填充水平)中熱傳遞區(qū)域減少，溫度差增加至1.4°C。三甲基鎵流量是目標(biāo)通量的0.94倍。
[0105]為校正通量變化而結(jié)合對(duì)各圓柱體復(fù)雜的工程學(xué)控制會(huì)使基礎(chǔ)設(shè)施成本增加至極高。因此，工業(yè)上采用校正圖來(lái)解決圓柱體使用壽命內(nèi)的通量偏移。這表示每個(gè)工具在每次運(yùn)行時(shí)都必須進(jìn)行單獨(dú)調(diào)適。調(diào)適中的不確定性降低了外延生長(zhǎng)率。應(yīng)注意對(duì)于大于4kg的圓柱體，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間較長(zhǎng)，圓柱體壽命內(nèi)的偏移更明顯。達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間越長(zhǎng)，在外延生長(zhǎng)啟動(dòng)之前浪費(fèi)(即，排至系統(tǒng)外部)的三甲基鎵的量越高。
[0106]從圖7A和7B可以看出，每次載氣的流動(dòng)速率發(fā)生變化時(shí)，液體前體化合物的溫度有明顯的變化。溫度的變化伴隨著載氣中三甲基鎵濃度的明顯變化。不僅蒸氣物流中液體前體化合物的濃度變化，而且需要大量時(shí)間使?jié)舛茸兓呌谀骋惶囟舛?穩(wěn)定狀態(tài))，可以通過(guò)圖表的幫助發(fā)現(xiàn)該濃度并在運(yùn)行工藝時(shí)對(duì)其進(jìn)行校正。該濃度變化以及附隨的慣性(回到穩(wěn)定狀態(tài)所需的時(shí)間量)是不希望的，可以通過(guò)使用本發(fā)明公開(kāi)的輸送裝置來(lái)克服。
[0107]同時(shí)對(duì)本發(fā)明詳細(xì)描述的輸送裝置進(jìn)行測(cè)試，該裝置具有如圖3所示的相同構(gòu)造。所述濃度在載氣流中保持在0-2slm的范圍?？倝毫镮OlkPa(760托)。三甲基鎵圓柱體處于化學(xué)通風(fēng)櫥(chemical hood)中，不對(duì)調(diào)節(jié)三甲基鎵溫度進(jìn)行設(shè)置。該實(shí)施例的液體前體化合物也是三甲基鎵。對(duì)新的輸送系統(tǒng)工作而言，三甲基鎵的確切溫度不是必須知道的。詳細(xì)結(jié)果見(jiàn)圖8。圖8包括常規(guī)輸送裝置以及本發(fā)明公開(kāi)的輸送裝置的數(shù)據(jù)。從圖8中可以看出，當(dāng)供應(yīng)至該輸送裝置的載氣量發(fā)生變化時(shí)，常規(guī)裝置中三甲基鎵濃度明顯變化。但是，對(duì)于本發(fā)明公開(kāi)的圖3的輸送裝置來(lái)說(shuō)，供應(yīng)至該輸送裝置的載氣量發(fā)生變化之后，濃度立刻返回其設(shè)置濃度。
[0108]總體來(lái)說(shuō),對(duì)攜帶大于0.5千克液體前體化合物、優(yōu)選大于4千克液體前體化合物、更優(yōu)選大于10千克液體前體化合物的輸送裝置而言，在10分鐘至幾個(gè)月的時(shí)間內(nèi)每單位體積液體前體化合物蒸氣的濃度與選定值的波動(dòng)量小于或等于I重量％，優(yōu)選小于或等于0.5重量％，更優(yōu)選小于或等于0.25%。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述輸送裝置使用的能量大于或等于約I瓦，優(yōu)選大于或等于約3瓦，更優(yōu)選大于或等于約5瓦，以使液體前體蒸發(fā)并將其輸送至反應(yīng)器。前體化合物輸送中大幅降低的體積波動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡S長(zhǎng)時(shí)間而產(chǎn)生的波動(dòng)的大幅減少。化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝依賴(lài)于均勻且已知的每單位時(shí)間的前體化合物進(jìn)料。本發(fā)明增加了長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)該進(jìn)料的精確度，由常規(guī)裝置所得的10重量％增加至0.2重量％。
【權(quán)利要求】
1.一種用于液體前體化合物的輸送系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 一種輸送裝置，其包括入口和出口 ； 第一比例閥；所述輸送裝置與所述第一比例閥操作連通；所述第一比例閥能夠基于施加的電壓進(jìn)行操作來(lái)控制所述載氣的流量； 物理-化學(xué)傳感器；所述物理-化學(xué)傳感器設(shè)置在所述輸送裝置的下游，所述化學(xué)傳感器能夠進(jìn)行操作來(lái)分析從所述輸送裝置排出的流體物流的化學(xué)含量；所述物理-化學(xué)傳感器與所述第一比例閥連通；以及 第一壓力/流量控制器，該第一壓力/流量控制器與所述物理-化學(xué)傳感器和第一比例閥操作連通；所述輸送系統(tǒng)能夠進(jìn)行操作，向與所述輸送系統(tǒng)連通的多個(gè)反應(yīng)器輸送基本恒定摩爾數(shù)液體前體化合物蒸氣/單位體積載氣；所述液體前體化合物在所述輸送裝置中為液態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的輸送系統(tǒng)，其特征在于，所述第一比例閥位于所述輸送裝置的上游，與所述第一壓力/流量控制器電連通。
3.如權(quán)利要求1所述的輸送系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括:壓力傳感器，所述壓力傳感器與所述輸送裝置流體連通；第二比例閥和第二壓力/流量控制器；所述第二比例閥與所述第二壓力/流量控制器電連通。
4.如權(quán)利要求1所述的輸送系統(tǒng)，其特征在于，所述第一壓力/流量控制器、第一比例閥、輸送裝置和物理-化學(xué)傳感器處于第一閉合回路中。
5.如權(quán)利要求3所述的輸送系統(tǒng)，其特征在于，所述第二壓力/流量控制器、第二比例閥、和壓力傳感器處于第二閉合回路中。
6.如權(quán)利要求1所述的輸送系統(tǒng)，其特征在于，所述輸送系統(tǒng)能夠進(jìn)行操作，在溫度為-10°C至200°C、壓力等于或大于100千帕的條件下，以等于或大于0.2標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘的載氣流速、等于或大于0.1克/分鐘的速率輸送液體前體化合物的蒸氣。
7.如權(quán)利要求1所述的輸送系統(tǒng)，其特征在于，所述輸送系統(tǒng)能夠進(jìn)行操作，將精確的蒸氣濃度保持在設(shè)定值的+-0.5重量％，并將前體蒸氣輸送到多個(gè)反應(yīng)器。
8.如權(quán)利要求1所述的輸送系統(tǒng)，其特征在于，所述輸送系統(tǒng)中所有的流動(dòng)都是單向的，任何流動(dòng)都不是彼此反向的。
9.一種方法，該方法包括: 將載氣的第一物流傳輸?shù)捷斔脱b置；所述輸送裝置包括液體前體化合物；所述載氣的第一物流的溫度等于或高于20° C ;所述液體前體化合物在所述輸送裝置中是液態(tài)； 將載氣的第二物流傳輸?shù)捷斔脱b置下游的位置；所述第一物流的流動(dòng)方向和第二物流的流動(dòng)方向不是彼此反向的；以及 所述第一物流從所述輸送裝置中排出之后和所述第二物流合并，以形成第三物流；所述第三物流中的液體前體化合物蒸氣的露點(diǎn)低于環(huán)境溫度。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，該方法還包括將信號(hào)從設(shè)置在所述第三物流中的物理-化學(xué)傳感器傳輸?shù)降谝粔毫?流量調(diào)節(jié)器和/或第二壓力/流量調(diào)節(jié)器，所述第一壓力/流量調(diào)節(jié)器進(jìn)行操作來(lái)控制所述第一物流中的載氣的流速，所述第二壓力/流量調(diào)節(jié)器進(jìn)行操作來(lái)控制所述第二物流中的載氣的流速。
11. 如權(quán)利要求1所述的輸送系統(tǒng)，其特征在于，所述第一比例閥位于所述輸送裝置的下游，與所述第一壓力/流 量控制器電連通。
【文檔編號(hào)】C23C16/448GK103572258SQ201310300292
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月18日
【發(fā)明者】E·沃爾克, R·L·小迪卡洛 申請(qǐng)人:羅門(mén)哈斯電子材料有限公司