JP4710481B2 - 有機金属化合物供給容器 - Google Patents

Description

本発明は有機金属化合物供給容器に関する。更に詳細には常温で固体の有機金属化合物を有機金属化合物に対しては不活性な担体に被覆してなる担体担持有機金属化合物を充填してなる有機金属化合物供給容器に関するものである。

有機金属化合物は、電子工業用において、例えば化合物半導体の原料として用いられる。有機金属化合物を電子工業において使用する場合には、通常水素ガス等のキャリアガスを有機金属化合物と接触するように吹き流し、有機金属化合物の飽和蒸気として気相成長装置等に導き使用される。

常温（室温）で固体である有機金属化合物の場合には、液体と異なりキャリアガスを吹込んでも積層する固体有機金属化合物中にキャリアガスが通過する流路が形成されたり、或いは気化により小粒径となった固体有機金属化合物が容器底部に堆積したり、結果として固体有機金属化合物とキャリアガスの充分な接触が得られず、気相成長装置へ安定した濃度の有機金属化合物の供給ができないという欠点を有する。

このような常温で固体状有機金属化合物について、一定の再現性ある有機金属化合物の蒸発量が得られる容器として、容器上部にキャリアガス導入管の先端部を垂直に配設し、底部にキャリアガス導出管の先端部を配設し、かつ容器内に有機金属化合物に対して不活性な担体に有機金属化合物を被覆した担体担持有機金属化合物を充填してなる気相成長用有機金属化合物供給容器が知られている（特許文献１参照。）。

しかしながら、特許文献１に記載の供給容器は一定の再現性ある有機金属化合物の蒸発量が得られるが、気相成長の効率を高めるためにキャリアガス流量を多くして有機金属化合物の気化量を多くすると、充填した有機金属化合物の使用率が低下する、すなわち一定濃度の有機金属化合物含有ガスが得られなくなる時点において、供給容器内に残る有機金属化合物が多くなるという問題点を有している。なお、供給容器内に残った有機金属化合物等は取り出され、容器内を洗浄し、容器は再利用される。
特開平１−２６５５１１公報

本発明の目的は、一定の再現性ある有機金属化合物の蒸発量が得られ、キャリアガス流量を多くして有機金属化合物の気化量を多くした場合に、充填した有機金属化合物の使用率の低下を少なくできる有機金属化合物供給容器を提供することである。

本発明者はかかる課題を解決するために鋭意検討した結果、水平方向に対して斜め下方に２０〜５０°傾斜したキャリアガス導入管の先端部を容器上部に設け、底部にキャリアガス導出管の先端部を配設した容器を用い、容器内に有機金属化合物に対して不活性な担体に常温で固体の有機金属化合物を被覆した担体担持有機金属化合物を充填し、キャリアガス導入管の先端部からキャリアガスを導入し、キャリアガス導出管から気化した有機金属化合物を含有するキャリアガスを取り出すことによって、一定の再現性ある有機金属化合物の蒸発量が得られ、キャリアガス流量を多くして有機金属化合物の気化量を多くした場合に、充填した有機金属化合物の使用率の低下を少なくできることを見出し、本発明に至った。

すなわち本発明は、容器上部にキャリアガス導入管の先端部、底部にキャリアガス導出管の先端部を配設し、かつ該容器内に有機金属化合物に対して不活性な担体に常温で固体の有機金属化合物を被覆した担体担持有機金属化合物を充填してなる有機金属化合物供給容器において、キャリアガス導入管の先端部が水平方向に対して斜め下方に２０〜５０°傾斜して配設されていることを特徴とする有機金属化合物供給容器である。

本発明の有機金属化合物に対して不活性な担体に常温で固体の有機金属化合物を被覆した担体担持有機金属化合物を充填した有機金属化合物供給容器を用いることによって、一定の再現性ある有機金属化合物の蒸発量が得られ、キャリアガス流量を多くして有機金属化合物の気化量を多くした場合に、充填した有機金属化合物の使用率の低下を少なくできる。

本発明における有機金属化合物は、室温で固体であって、気相成長用等に使用されるものであって、具体的にはトリメチルインジウム、ジメチルクロルインジウム、シクロペンタジエニルインジウム、トリメチルインジウム・トリメチルアルシンアダクト、トリメチルインジウム・トリメチルホスフィンアダクト等のインジウム化合物、エチル沃化亜鉛、エチルシクロペンタジエニル亜鉛、シクロペンタジエニル亜鉛等の亜鉛化合物、メチルジクロルアルミニウム等のアルミニウム化合物、メチルジクロルガリウム、ジメチルクロルガリウム、ジメチルブロモガリウム等のガリウム化合物、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム等が挙げられる。

また、これら有機金属化合物を担持せしめる有機金属化合物に対して不活性な担体としては、アルミナ、シリカ、ムライト、グラッシーカーボン、グラファイト、チタン酸カリ、石英、窒化珪素、窒化硼素、炭化珪素等のセラミックス類、ステンレス、アルミニウム、ニッケル、タングステン等の金属類、弗素樹脂、硝子等が使用される。
担体の形状は特に限定されるものではなく、不定形状、球状、繊維状、網状、コイル状、円管状等各種形状のものが使用される。
担体は比表面積が大きい方が好ましく、担体表面が平滑なものより約１００〜２０００μｍ程度の微細な凹凸を有するもの、あるいは担体自身に多数の気孔（空隙）を有するものが好ましい。このような担体としてはアルミナボール、ラシヒリング、ヘリパック、ディクソンパッキン、ステンレス焼結エレメント、グラスウール等が挙げられる。

担体に有機金属化合物を担持させる方法は、従来一般に実施されている方法を採用することができる。例えば容器中に担体と有機金属化合物とを予め重量比に従って投入し、次いでこれを加熱して有機金属化合物を融解せしめ、その後回転撹拌しつつ徐冷する方法、有機金属化合物を加熱溶融した中に担体を投入し、次いで過剰の溶融有機金属化合物を抜き取った後、冷却する方法等が挙げられる。

担持を行うに際しては、予め担体に含まれる酸素や湿分、その他の揮発性不純物を除去しておく事が肝要である。もし、担体表面に酸素や湿分等が存在すると、有機金属化合物が変質したり汚染されたりするため、気相成長用として使用した際に、得られる膜の品質を損なうばかりでなく、本発明の目的とする原料の安定供給が出来なくなる。この様な不都合を避けるために担体は予め、その材料の許容される範囲の温度で加熱しつつ真空脱気を行い、然る後に窒素やアルゴン等の不活性ガスで空隙部を置換しておく事が推奨される。

担体上に担持する有機金属化合物は通常、担体１００重量部に対して約１０〜１００重量部、好ましくは約２０〜７０重量部の範囲とするのがよい。約１０重量部以下では、容器容積に占める有機金属化合物の量が少ないため、容器を必要以上に大きくしなければならず、経済的ではない。また約１００重量部を超えて担持させる場合には、担持させなかった場合と比べて、充填容積当りの有機金属化合物の表面積が期待する程には大きくならないためか本発明の目的とする効果が充分得られなくなる。

図１は本発明の有機金属化合物供給容器の一実施態様の断面模式図である。容器１は通常、湾曲状の底部を有する円筒状のものが用いられる。容器１の上部にキャリアガス導入管２およびキャリアガス導出管４が取り付けられており、キャリアガス導入管の先端部３が水平方向に対して斜め下方に約２０〜５０°、好ましくは約２５〜４５°傾斜して配設されている。キャリアガス導出管の先端部５は容器の底部に配設されている。容器内部には、担体に担持された有機金属化合物６が充填されている。図４は従来の有機金属化合物供給容器の断面模式図であり、本発明の供給容器は、従来のキャリアガス導入管の先端部３が垂直に配設されている供給容器とは、キャリアガス導入管の先端部３が約２０〜５０°傾斜して配設されている点で異なる。なお、容器１には、有機金属化合物および担体、または担体担持有機金属化合物の投入口（図示していない）が設けられている。

キャリアガス導入管２およびキャリアガス導出管４は、図１では容器の上部に取り付けられているが、キャリアガス導入管の先端部３が容器の上部に、キャリアガス導出管の先端部５が容器の底部に配設されれば、容器の側部でも構わない。

キャリアガス導入管の先端部３は、水平方向に対して斜め下方に約２０〜５０°傾斜していると共に、容器の中心軸から離れた位置から容器の側壁に対して傾斜して配設されていることが好ましい。
図２は、キャリアガス導入管の先端部の平面方向の配置を示す断面模式図である。キャリアガス導入管２は円筒容器の中心軸から離れた位置に配設され、その先端部３は容器の側壁に対して傾斜して配設されている。この配置によって、先端部からのキャリアガスは
旋回流を形成して流れ（図中に模式的に矢印で示す）、偏流が無くなる。

図３は、キャリアガス導入管の先端部の構造の例を示す図である。（Ａ）では、容器の天板７の部分の開口部が、水平方向に対して斜め下方に約２０〜５０°傾斜して先端部を構成している。（Ｂ）では、天板７に水平方向に対して斜め下方に約２０〜５０°傾斜する配管を配設して、先端部を構成している。

担体担持有機金属化合物の容器への充填量は、通常、キャリアガス導入管の先端部より下部を目処とするが、容器内で有機金属化合物を担体に担持させる場合には、容器の３０〜７０容積％程度である。

底部が湾曲状の容器を示したが、特にこれに限られるものではなく、円錐状等の容器も使用可能である。製作の簡易さおよび一定濃度のガスを安定にしかも高効率で供給できる点から、湾曲状の底部を有する容器が好ましく用いられる。
容器の底部とキャリアガス導出管の先端部５との間隔は約２〜１５ｍｍ、好ましくは約２〜１０ｍｍ、さらに好ましくは２〜５ｍｍである。約１５ｍｍより大きくなると有機金属化合物の使用率が低下するので好ましくない。

上記した方法で担体に担持された有機金属化合物が充填された供給容器１は使用場所に搬送され、キャリアガス導出管４が気相成長装置等（図示していない）に接続され、また、キャリアガス導入管２が水素ガス等のキャリアガスの供給源に接続される。供給容器を一定温度に保持し、キャリアガスを供給し、担体担持有機金属化合物の間隙をぬいながら容器の上部より下部にキャリアガスを移行せしめることにより、該温度での一定濃度の有機金属化合物を含むキャリアガスをキャリアガス導出管４を経て気相成長装置等に供給される。これによって、一定の再現性ある有機金属化合物の蒸発量が得られ、キャリアガス流量を多くして有機金属化合物の気化量を多くした場合でも、充填した有機金属化合物の使用率の低下を少なくできる。

以下、実施例で本発明を詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

有機金属化合物供給容器として下記の容器を用いた。
（容器Ａ）
内容積８００ｍｌのステンレス製容器（湾曲状の底部）で、図１、図２および図３（Ａ）に模式的に示したと同様のものであり、容器の天板に、キャリアガス導入管２、キャリアガス導出管４、担体および有機金属化合物の投入口が配設されている。キャリアガス導入管の先端部は、図３（Ａ）に示すように、容器天板７の部分の開口部を、水平方向に対して斜め下方に３０°傾斜して構成されている。また、図２に示すように、キャリアガス導入管２は円筒容器の中心軸から２４ｍｍ離れた位置に配設され、その先端部３は容器の側壁に対して傾斜して配設されている。さらに、容器の底部とキャリアガス導出管の先端部５との間隔は３ｍｍである。
（容器Ｂ）
キャリアガス導入管の先端部が図４に示すような容器天板に対して垂直方向を向いている以外は、容器Ａと同様の容器。

容器内および導管を窒素置換後、担体として、真空脱気し、空隙部を窒素置換した約４ｍｍφのアルミナボール４３５ｇおよびトリメチルインジウム３００ｇを窒素雰囲気中で投入口から容器内に充填した。充填した容器をトリメチルインジウムの融点以上に加熱してトリメチルインジウムを融解させ、次に容器を回転させながら徐々に冷却して、トリメチルインジウムを担体のアルミナボールの表面に固化、担持させた。

（有機金属化合物の供給）
水素ボンベ、流量制御装置、上記の担体担持有機金属化合物を充填した有機金属化合物供給容器、ガス濃度計、トリメチルインジウム捕集用深冷トラップ、圧力制御装置および真空ポンプをこの順序に接続した。
供給容器は恒温槽に入れ、２５℃に保持した。ガス濃度計としてエピソン濃度計（トーマス スワン サイエンティフィック イクイップメント社製）を用いた。

実験１：担体担持有機金属化合物を充填した容器Ａについて、キャリアガス導入管から水素ガスを９００ｍｌ／分（大気圧換算）で供給し、トリメチルインジウムを気化させ、ガス濃度計でトリメチルインジウム濃度を測定した。
実験２：また、担体担持有機金属化合物を充填した容器Ｂについて、キャリアガス導入管から水素ガスを９００ｍｌ／分（大気圧換算）で供給し、同様にトリメチルインジウム濃度を測定した。
実験３：担体担持有機金属化合物を充填した容器Ｂについて、キャリアガス導入管から水素ガスを６００ｍｌ／分（大気圧換算）で供給し、同様にトリメチルインジウム濃度を測定した。
これらの使用率（一定濃度のトリメチルインジウムガスが得られる間に気化したトリメチルインジウムの総重量の容器へのトリメチルインジウム充填量に対する比率）の比（実験１を基準）を求めた。結果を表１に示す。

上記のとおり、従来の容器（Ｂ）を使用した場合、水素ガス流量が多くすると使用率が低下するが、本発明の容器（Ａ）を使用することによって、水素ガス流量を多くしても、従来の容器を使用した場合に比べて使用率を高くすることができる。

本発明の有機金属化合物供給容器の一実施態様の断面模式図である。 キャリアガス導入管の先端部の平面方向の配置を示す断面模式図である。 キャリアガス導入管の先端部の構造の例を示す図である。 従来の有機金属化合物供給容器の断面模式図である。

符号の説明

１ 容器
２ キャリアガス導入管
３ キャリアガス導入管の先端部
４ キャリアガス導出管
５ キャリアガス導出管の先端部
６ 担体担持有機金属化合物
７ 容器の天板

Claims (4)

1. 容器上部にキャリアガス導入管の先端部、底部にキャリアガス導出管の先端部を配設し、かつ該容器内に有機金属化合物に対して不活性な担体に常温で固体の有機金属化合物を被覆した担体担持有機金属化合物を充填してなる有機金属化合物供給容器において、キャリアガス導入管の先端部が水平方向に対して斜め下方に２０〜５０°傾斜して配設されていることを特徴とする有機金属化合物供給容器。
2. 容器が円筒状であり、キャリアガス導入管の先端部が、水平方向に対して斜め下方に２０〜５０°傾斜していると共に、容器の中心軸から離れた位置から容器の側壁に対して傾斜して配設されていることを特徴とする請求項１記載の有機金属化合物供給容器。
3. 容器の底部とキャリアガス導出管の先端部との間隔が２〜１５ｍｍであることを特徴とする請求項１または２記載の有機金属化合物供給容器。
4. 有機金属化合物がトリメチルインジウムであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の有機金属化合物供給容器。
   
   
   
   
   

Images