JP2005072195A

JP2005072195A - 気化器用分散器、この気化器用分散器を用いたｍｏｃｖｄ用気化器、及びキャリアガスの気化方法

Info

Publication number: JP2005072195A
Application number: JP2003298829A
Authority: JP
Inventors: Masaki Kusuhara; 昌樹楠原; Masayuki Tsuda; 昌之都田
Original assignee: Watanabe Shoko KK; M Watanabe and Co Ltd
Current assignee: Watanabe Shoko KK; M Watanabe and Co Ltd
Priority date: 2003-08-22
Filing date: 2003-08-22
Publication date: 2005-03-17
Also published as: KR101101123B1; US20080210086A1; KR20060118412A; WO2005020303A1

Abstract

【課題】薄膜形成材料を分散した後のキャリアガスを終端噴射口から噴射した際の分散液の結晶化を防止することができる気化器用分散器、この気化器用分散器を用いたＭＯＣＶＤ用気化器及びキャリアガスの気化方法を提供することを目的とする。
【解決手段】キャリアガスが導入されるガス通路３５の中途部に位置する分散部によりガス通路内に導入されたキャリアガスに複数の薄膜形成原料が分散され、ガス通路３５の下流端部に位置する終端噴射口３５ｂ付近に形成された気流噴射口３８により終端噴射口３５ｂから噴射される複数の薄膜形成材料を分散させたキャリアガスの噴射方向に略沿う気流が噴射される。
【選択図】図１

Description

本発明は、キャリアガスを用いて複数の原料溶液等を気化するための気化器用分散器、この気化器用分散器を用いたＭＯＣＶＤ用気化器及びキャリアガスの気化方法に関する。

特開２０００−２１６１５０号公報

近年、電子デバイスの分野においては、回路の高密度化と共に電子デバイスの一層の小型化および高性能化が望まれており、例えば、トランジスタの組み合わせで情報の記憶動作を行うＳＲＡＭ（ＳｔａｔｉｃＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓｒｅａｄｗｒｉｔｅＭｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙＥｒａｓａｂｌｅａｎｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、或いはトランジスタとキャパシタの組み合わせで情報の記憶動作を行うＤＲＡＭ（ＤｙｎａｍｉｃＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）などのように、電子デバイスの機能を単に回路構成のみで達成するばかりではなく、機能性薄膜等の材料自体の特性を利用してデバイスの機能を実現することが有利になりつつある。

そのため、電子部品に用いられる誘電体材料などの薄膜化が望まれている。このような材料を薄膜化する一つの方法として、ＣＶＤ法がある。

このＣＶＤ法は、ＰＶＤ法、ゾルゲル法、その他の成膜法に比べて成膜速度が大きく、多層薄膜の製造が容易であるなどの特徴を有している。また、ＭＯＣＶＤ法は、有機物を含む化合物を薄膜形成用の原料として用いるＣＶＤ法であり、安全性が高く、膜中のハロゲン化物の混入がないなどの利点を有する。

ＭＯＣＶＤ法に用いられる原料は、一般的に固体粉末あるいは液体であり、これらの原料を容器に入れ、一般的に減圧中で加熱して原料を気化器で気化させた後、キャリアガスによって薄膜成膜装置内に送り込んでいる。

図４は、このようなＭＯＣＶＤ法の気化システムのシステムブロック図（特許文献１参照）である。

図４において、１０は複数の原料溶液等を気化器１へと供給する供給部である。

供給部１０は、キャリアガス（例えば、Ｎ2又はＡｒ）が充填されたガスボンベ１１と、酸素が充填された酸素ボンベ１２と、冷却水が貯留された貯水タンク１３と、強誘電体薄膜用の原料（例えば、３種類の有機金属錯体としてＳｒ（ＤＰＭ）2、Ｂｉ（Ｃ6Ｈ5）3、Ｔａ（ＯＣ2Ｈ5）5）並びに溶剤としてＴＨＦ（テトラヒドロフラン）を貯留した複数のリザーブタンク１４〜１７と、ガスボンベ１１と気化器１とに接続されたガス供給管１８と、酸素ボンベ１２と気化器１とに接続された酸素供給管１９と、貯水タンク１３と気化器１とに接続された給水管２０並びに配水管２１と、リザーブタンク１４〜１７と気化器１とに接続された液体供給管２２〜２５と、リザーブタンク１４〜１７とガスボンベ１１とに接続された多岐管２６とを備えている。

ガス供給管１８の経路中にはバルブ１８ａとマスフローコントローラ１８ｂとが設けられ、酸素供給管１９の経路中にはバルブ１９ａとマスフローコントローラ１９ｂとバルブ１９ｃとが設けられ、給水管２０の経路中にはバルブ２０ａが設けられ、溶剤用の液体供給管２２の経路中にはバルブ２２ａとマスフローコントローラ２２ｂとが設けられ、錯体用の液体供給管２３〜２５の経路中にはバルブ２３ａ〜２５ａとマスフローコントローラ２３ａ〜２５ｂとが設けられ、多岐管２６の経路中にはバルブ２６ａ〜２６ｄとエアパージ２６ｅとバルブ２６ｆとが設けられている。尚、液体供給管２３〜２５は、液体供給管２２と接続されるように分岐されており、それぞれバルブ２３ｃ〜２５ｃが設けられている。

ガスボンベ１１に充填されたキャリアガスは、ガス供給管１８のバルブ１８ａを開くことにより、マスフローコントローラ１８ｂに流量制御されて気化器１へと供給される。また、ガスボンベ１１に充填されたキャリアガスは、多岐管２６のバルブ２６ｆ並びにバルブ２６ａ〜２６ｄを開くと共にエアパージ用のバルブ２６ｅの放出状態を閉とすることによりキャリアガスがリザーブタンク１４〜１７に送り込まれる。これにより、リザーブータンク１４〜１７内はキャリアガスにより加圧され、貯留された原料溶液はその溶液内に先端が臨んでいる液体供給管２２〜２５内を押し上げられてマスフローコントロ―ラ２２ｂ〜２５ｂにより流量制御された後、気化器１の接続管２〜５に輸送される。

また、同時に、酸素ボンベ１２からマスフロ―コントロ―ラ１９ｂで―定流量に制御された酸素（酸化剤）が気化器１へと輸送される。

さらに、給水管２０のバルブ２０ａを開くことにより貯水タンク１３内の冷却水が気化器１の内部を循環して気化器１を冷却する。

尚、接続管２７〜３０は、図示例では気化器１の軸線方向に沿って並設されているが、実際には貯水タンク１３からの給水管２０又は配水管２１と接続される接続管３１，３２とで放射状に交互に設けられている。

リザーブタンク１５〜１７内に貯留された原料溶液は、溶剤であるＴＨＦに常温で液体又は固体状の有機金属錯体（Ｓｒ（ＤＰＭ）2、Ｂｉ（Ｃ6Ｈ5）3、Ｔａ（ＯＣ2Ｈ5）5）を溶解しているため、そのまま放置しておくとＴＨＦ溶剤の蒸発によって有機金属錯体が析出し、最終的に固形状になる。従って、原液と接触した液体供給管２３〜２５の内部がこれによって閉塞されることを防止するため、成膜作業終了後の液体供給管２３〜２５内及び気化器１内をリザーブタンク１４内のＴＨＦで洗浄すればよい。この際の洗浄は、マスフロ―コントローラ１３ｂ〜２５ｂの出口側から気化器１までの区間とし、作業終了後にリザーブタンク１４内に貯留されたＴＨＦをで洗い流すものである。

図３は、気化器１の要部の構成を示す断面図である。この図３において、気化器１は、ガス供給管１８が接続される分散器２と、分散器２の下流側に連続して接続された反応管３と、反応管３の周囲を覆うヒータ４とを備えている。

分散器２は、ガス供給管１８と同軸上に位置するガス通路５とを有する。このガス通路５の始端上流口５ａと終端噴射口５ｂとの間には、各接続管２７〜３０の先端が臨んでおり（図では対向配置された接続管２８，２９のみ図示）、これによりリザーブタンク１５〜１７内に貯留された原料溶液がこのガス通路５内に供給可能となっている。また、分散器２には、接続管３１，３２に連通して貯水タンク１３内の冷却水が循環するための冷却経路６が形成されている。さらに、分散器２には、ガス供給管１８の始端上流口５ａよりも上流側に一端が位置すると共に終端噴射口５ｂに他端が位置するロッド７と、このロッド７の他端を支持するピン８とを備えている。尚、ロッド７の一端はガス供給管１８の端部付近に設けられたピン９により保持されている。

このような構成においては、分散器２の内部に穴を貫通し、その穴の軸線と同軸上に位置するように、穴の内径（４．５０ｍｍ）のよりも小さな外径（４．４８ｍｍ）を有するロッド７を埋め込む。分散器２とロッド７との間に形成された空間によりガス通路５が形成される。ロッド７はビス９により位置決め状態で保持されている。

尚、ガス通路５の断面幅は０．０２ｍｍとなる。この際、ガス通路５の断面幅は、０．００５〜０．１０ｍｍが好ましい。これは、０．００５ｍｍ未満では加工が困難であり、０．１０ｍｍを超えるとキャリアガスを高速化するために高圧のキャリアガスを用いる必要が生じてしまうからである。

ガス通路５の上流からは、ガス供給管１８からキャリアガスが導入される。このキャリアガスには、ガス通路５の中途部に位置する各接続管２７〜３０の先端から原料溶液が滴下されるため、この原料溶液がガス通路５を通過するキャリアガスに分散される。

これにより、ガス通路５の下流の終端噴射口５ｂから反応管３に原料溶液を分散したキャリアガスが噴射され、反応管３内を流れる原料溶液を分散したキャリアガスをヒータ４で加熱し気化した後、図示を略する薄膜成膜装置へと送り込まれる。

ところで、上記の如く構成されたＭＯＣＶＤ用気化器にあっては、終端噴射口５ｂから原料溶液を分散したキャリアガスを噴射した際、終端噴射口５ｂの開口端に分散液が結晶化して残ってしまい、このまま放置しておくと終端噴射口５ｂが詰まってしまうという問題が生じていた。

本発明は、上記問題を解決するため、薄膜形成材料を分散した後のキャリアガスを終端噴射口から噴射した際の分散液の結晶化を防止することができる気化器用分散器、この気化器用分散器を用いたＭＯＣＶＤ用気化器及びキャリアガスの気化方法を提供することを目的とする。

その目的を達成するため、請求項１に記載の気化器用分散器は、キャリアガスが導入されるガス通路と、該ガス通路の中途部に位置して前記ガス通路内に導入されたキャリアガスに複数の薄膜形成原料を分散させる分散部と、前記ガス通路の下流端部に位置する終端噴射口付近に形成されて前記終端噴射口から噴射される複数の薄膜形成材料を分散させたキャリアガスの噴射方向に略沿う気流を噴射することで前記終端噴射口に結晶膜が付着することを防止する気流噴射口とを備えていることを要旨とする。

請求項２に記載の気化器用分散器は、キャリアガスが導入されるガス通路と、該ガス通路の中途部に位置して前記ガス通路内に導入されたキャリアガスに複数の薄膜形成原料を分散させる分散部と、前記ガス通路の下流端部に位置する終端噴射口付近の壁面に沿って形成されて前記終端噴射口から噴射される複数の薄膜形成材料を分散させたキャリアガスの噴射方向に略沿う気流を広範囲に噴射することで前記終端噴射口付近に結晶膜が付着することを防止する気流噴射開口とを備えていることを要旨とする。

請求項３に記載の気化器用分散器は、前記気流噴射開口の開口端が多孔質フィルターに覆われていることを要旨とする。

請求項４に記載の気化器用分散器は、前記気流がキャリアガスの一部であることを要旨とする。

請求項５に記載のＭＯＣＶＤ用気化器は、請求項１乃至請求項４の何れか一つに記載の気化器用分散器に隣接して前記分散部で複数の薄膜形成材料を分散させたキャリアガスを気化する気化部を設けたことを要旨とする。

請求項６に記載のキャリアガスの気化方法は、ガス通路の中途部複数箇所から薄膜形成材料を導入してキャリアガスに前記薄膜形成材料を分散させた後、前記ガス通路の下流端部に位置する終端噴射口から複数の薄膜形成材料を分散させたキャリアガスを噴射すると共に、前記終端噴射口付近にからキャリアガスの噴射方向に略沿う気流を噴射することによって前記終端噴射口に結晶膜が付着することを防止することを要旨とする。

請求項１に記載の気化器用分散器によれば、キャリアガスが導入されるガス通路の中途部に位置する分散部によりガス通路内に導入されたキャリアガスに複数の薄膜形成原料が分散され、ガス通路の下流端部に位置する終端噴射口付近に形成された気流噴射口により終端噴射口から噴射される複数の薄膜形成材料を分散させたキャリアガスの噴射方向に略沿う気流が噴射されて終端噴射口に結晶膜が付着することが防止される。

次に、本発明のＭＯＣＶＤ用気化器を図面に基づいて説明する。尚、以下の各実施例において、原料供給システム等の見かけ上のシステム構成は図４に示したものと同一であるため、ここではシステム全体の詳細な説明は省略する。

（実施例１）
図１は、本発明のＭＯＣＶＤ用気化器の実施例１を示す。

図１において、気化器１は、ガス供給管１８が接続される分散器２と、分散器２の下流側に連続して接続された反応管３と、反応管３の周囲を覆うヒータ４とを備えている。なお、反応管３とヒータ４とで気化部を構成している。

分散器２は、ガス供給管１８と同軸上に位置するガス通路３５を有する。このガス通路３５の始端上流口３５ａと終端噴射口３５ｂとの間には、各接続管２７〜３０の先端（分散部）が臨んでおり（図では対向配置された接続管２８，２９のみ図示）、これによりリザーブタンク１５〜１７内に貯留された原料溶液がこのガス通路３５内に供給可能となっている。また、分散器２には、接続管３１，３２に連通して貯水タンク１３内の冷却水が循環するための冷却経路３６が形成されている。さらに、分散器２には、始端上流口３５ａに一端が位置すると共に終端噴射口３５ｂに他端が位置するロッド３７を備えている。また、分散器２には、終端噴射口３５ｂの近傍に気流噴射口３８が開口形成されており、この気流噴射口３８にはキャリアガスの一部（又は酸素でも良い）が導入される。

ロッド３７は、中途部から終端噴射口３５ｂ側に向かって互いに軸心方向に接近するように先端部分が先細りとされると共に、分散器２の穴内壁と協働してガス通路３５を形成する。また、ロッド３７には、貯水タンク１３内の冷却水（若しくは別タンクからの液体又は気体）が循環するための冷却経路３７ａが形成されている。尚、ロッド３７の先端部分は、円錐（又は截頭円錐）形状とされており、この先端形状に沿うように分散器２の穴内壁を形成することによりガス通路３５が終端噴射口３５ｂで合流することとなる。この先端部分は、多角錐（又は截頭多角錐）形状としても良い。また、終端噴射口３５ｂの合流部分は終端噴射口３５ｂよりもキャリアガス搬送方向上流側に位置しても良い。

このような構成においては、複数の薄膜形成材料を分散させたキャリアガスを終端噴射口３５ｂから噴射する際、この複数の薄膜形成材料を分散させたキャリアガスの噴射方向に略沿う気流（キャリアガスの一部若しくは酸素）が気流噴射口３８から噴射され、これにより終端噴射口３５ｂに結晶膜が付着することが防止されている。

（実施例２）
図２は、本発明のＭＯＣＶＤ用気化器の実施例２を示す。

図２において、気化器１は、ガス供給管１８が接続される分散器２と、分散器２の下流側に連続して接続された反応管３と、反応管３の周囲を覆うヒータ４とを備えている。なお、反応管３とヒータ４とで気化部を構成している。

分散器２は、ガス供給管１８と同軸上に位置するガス通路３５を有する。このガス通路３５の始端上流口３５ａと終端噴射口３５ｂとの間には、各接続管２７〜３０の先端（分散部）が臨んでおり（図では対向配置された接続管２８，２９のみ図示）、これによりリザーブタンク１５〜１７内に貯留された原料溶液がこのガス通路３５内に供給可能となっている。また、分散器２には、接続管３１，３２に連通して貯水タンク１３内の冷却水が循環するための冷却経路３６が形成されている。さらに、分散器２には、始端上流口３５ａに一端が位置すると共に終端噴射口３５ｂに他端が位置するロッド３７を備えている。また、分散器２には、終端噴射口３５ｂを形成する壁面に気流噴射開口４８が開口形成されており、この気流噴射開口４８にはキャリアガスの一部（又は酸素でも良い）が導入される。尚、気流噴射開口４８の開口端は多孔質フィルター４９に覆われている。

このような構成においては、複数の薄膜形成材料を分散させたキャリアガスを終端噴射口３５ｂから噴射する際、この複数の薄膜形成材料を分散させたキャリアガスの噴射方向に略沿う気流（キャリアガスの一部若しくは酸素）が気流噴射開口４８から噴射され、これにより終端噴射口３５ｂに結晶膜が付着することが防止されている。

本発明のＭＯＣＶＤ用気化器の実施例１を示す要部の断面図である。本発明のＭＯＣＶＤ用気化器の実施例２を示す要部の断面図である。従来のＭＯＣＶＤ用気化器を示す要部の断面図である。ＭＯＣＶＤ法の気化システムのシステムブロック図である。

符号の説明

１…気化器
２…分散器
３…反応管
４…ヒータ
３５…ガス通路
３５ａ…始端上流口
３５ｂ…終端噴射口（合流部）
３８…気流噴射口
４８…気流噴射開口
４９…多孔質フィルター

Claims

キャリアガスが導入されるガス通路と、該ガス通路の中途部に位置して前記ガス通路内に導入されたキャリアガスに複数の薄膜形成原料を分散させる分散部と、前記ガス通路の下流端部に位置する終端噴射口付近に形成されて前記終端噴射口から噴射される複数の薄膜形成材料を分散させたキャリアガスの噴射方向に略沿う気流を噴射することで前記終端噴射口に結晶膜が付着することを防止する気流噴射口とを備えていることを特徴とする気化器用分散器。
キャリアガスが導入されるガス通路と、該ガス通路の中途部に位置して前記ガス通路内に導入されたキャリアガスに複数の薄膜形成原料を分散させる分散部と、前記ガス通路の下流端部に位置する終端噴射口付近の壁面に沿って形成されて前記終端噴射口から噴射される複数の薄膜形成材料を分散させたキャリアガスの噴射方向に略沿う気流を広範囲に噴射することで前記終端噴射口付近に結晶膜が付着することを防止する気流噴射開口とを備えていることを特徴とする気化器用分散器。
前記気流噴射開口の開口端が多孔質フィルターに覆われていることを特徴とする請求項２に記載の気化器用分散器。
前記気流がキャリアガスの一部であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載の気化器用分散器。
請求項１乃至請求項４の何れか一つに記載の気化器用分散器に隣接して前記分散部で複数の薄膜形成材料を分散させたキャリアガスを気化する気化部を設けたことを特徴とするＭＯＣＶＤ用気化器。
ガス通路の中途部複数箇所から薄膜形成材料を導入してキャリアガスに前記薄膜形成材料を分散させた後、前記ガス通路の下流端部に位置する終端噴射口から複数の薄膜形成材料を分散させたキャリアガスを噴射すると共に、前記終端噴射口付近にからキャリアガスの噴射方向に略沿う気流を噴射することによって前記終端噴射口に結晶膜が付着することを防止することを特徴とするキャリアガスの気化方法。