JP5880264B2

JP5880264B2 - 化合物半導体製造装置から排出される有機金属化合物の捕集装置

Info

Publication number: JP5880264B2
Application number: JP2012105275A
Authority: JP
Inventors: 浩二竹林; 晋吉冨; 徹平塚; 浩平杉本; 浩之物部
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 2012-05-02
Filing date: 2012-05-02
Publication date: 2016-03-08
Anticipated expiration: 2032-05-02
Also published as: JP2013235869A

Description

本発明は、化合物半導体製造装置から排出される未反応の有機金属化合物を捕集する装置に関する。具体的には、有機金属化合物が充填された装置から、化合物半導体製造装置へと供給された有機金属化合物が、当該装置内で基板上の成膜として用いられ、未反応（成膜に使用されなかった残り）の有機金属化合物（その分解物も含む）を捕集装置によって捕集し、その後、有機金属化合物を実質的に含まない安全な排ガスを大気中に放出することに関する。

近年、半導体や電子部品等の分野の材料として、各種有機金属化合物の実施に関して多くの研究・開発がなされている。そもそも、有機金属化合物は、その反応性が高いことから当該材料に採用されることが多いものの、例えば、化合物半導体製造装置から未反応の有機金属化合物は大気中に放出された場合、大気中の水分や酸素と爆発を起こす危険性が問題視されていた。

そのため、未反応の有機金属化合物を酸化して安定な酸化物とする方法、例えば、燃焼性ガス（プロパンや水素など）と混合して燃焼させる方法や酸化触媒などを用いる方法（例えば、特許文献１参照）が開示されている。

一方、未反応の有機金属化合物を冷却することで液化して捕集する方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）が開示されている。

特開平１０−５７７６１号公報特開平１０−１４０３５７号公報

前記の有機金属化合物を酸化させる方法では、反応自体が激しいため、急な発熱が懸念される。更に、燃焼によって爆発的に一酸化炭素、二酸化炭素及び水蒸気が発生する、又、燃焼によって生じた金属酸化物が粉塵としてしまうなどの問題があった。
これに対して、液化して捕集する方法では、単に有機金属化合物がその活性を保ったまま液化したに過ぎないため、その後の操作を全て大気中にさらすことなく行わなければならず、操作そのものが煩雑となるという問題があった。

更に、捕集された金属化合物を再利用する際に、金属酸化物であれば還元、ハロゲン化、アルキル化を経由して再生しなければならず、液化した状態である場合には、回収、再生のための取り扱いが煩雑となるという問題があった。

そのため、未反応の有機金属化合物を簡便な方法にて、安定で、かつ再生に適した形態として捕集する方法が求められていた。

本発明の課題は、即ち、上記問題点を解決し、簡便な方法によって、安定で、かつ再生に適した形態として未反応の有機金属化合物を捕集する装置、及び当該装置を用いた有機金属化合物の捕集方法を提供するものである。

本発明の課題は、有機金属化合物供給装置と、
当該供給装置から供給される有機金属化合物を基板上に化合物半導体を堆積させる化合物半導体製造装置と、
当該製造装置から排出される未反応の有機金属化合物を捕集する捕集装置と、
未反応の金属化合物が捕集されたガスを大気中に放出するガス排出部
が順次接続された半導体製造装置において、
前記捕集装置が、その内部にアミン化合物を含み、かつ化合物半導体製造装置から排出されるガスがアミン化合物中を通過させる構造となっていることを特徴とする、化合物半導体製造装置から排出される有機金属化合物の捕集装置によって解決される。

本発明により、化合物半導体製造装置から排出される未反応の有機金属化合物を捕集する装置を提供することができる。

本発明に係る有機金属化合物捕集装置の検証用の実験装置を示す図である。本発明に係る半導体製造装置の概略図を示す図である。

本発明は、有機金属化合物供給装置と、
当該供給装置から供給される有機金属化合物を基板上に化合物半導体を堆積させる化合物半導体製造装置と、
当該製造装置から排出される未反応の有機金属化合物を捕集する捕集装置と、
未反応の有機金属化合物が捕集された排ガスを大気中に放出するガス排出部
が順次接続された半導体製造装置において、
前記捕集装置が、その内部にアミン化合物を含み、かつ化合物半導体製造装置から排出されるガスがアミン化合物中を通過させる構造となっていることを特徴とする、化合物半導体製造装置から排出される有機金属化合物の捕集装置に係るものである。

（有機金属化合物供給装置）
本発明で使用される有機金属化合物供給装置とは、化合物半導体製造装置へ有機金属化合物を供給できるものならば特に限定されないが、具体的には、有機金属化合物を移送するためのキャリアーガス導入管、キャリアーガスと有機金属化合物とが同伴して化合物半導体製造装置へ供給されるための導出管とが備えられ、内部に有機金属化合物が充填されたものが挙げられる。

前記有機金属化合物とは、金属と炭素がσ結合やπ結合で直接結合しているものであり、例えば、トリメチルガリウム、トリエチルガリウムなどの有機ガリウム化合物；トリメチルインジウム、トリエチルインジウムなどの有機インジウム化合物；トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウムなどの有機アルミニウム化合物；ジメチル亜鉛、ジエチル亜鉛、ジイソプロピル亜鉛などの有機亜鉛化合物；ジエチルマグネシウム、ビス（シクロペンタジエニル）マグネシウム、ビス（メチルシクロペンタジエニル）マグネシウム、ビス（エチルシクロペンタジエニル）マグネシウムなどの有機マグネシウム化合物が使用される。

（化合物半導体製造装置）
本発明で使用される化合物半導体製造装置とは、供給装置から供給される有機金属化合物を基板上に化合物半導体を堆積させることができるものならば特に限定されないが、具体的には、有機金属化合物供給装置からキャリアーガスと同伴される有機金属化合物が供給される供給管、化合物半導体を製造させるための成膜対象物（基板）、及び未反応の有機金属化合物やその分解物を導出する排出する配管を供えたものが挙げられる。

（捕集装置）
本発明の捕集装置とは、化合物半導体装置から排出される未反応の有機金属化合物を捕集する装置であり、具体的には、化合物半導体製造装置から排出される未反応有機金属化合物を含むガスを捕集装置に導入する導入管と、未反応の有機金属化合物が除去されたガスを導出される導出管とが備えられ、内部にアミン化合物が充填されたものが挙げられる。

当該捕集装置において、化合物半導体製造装置から排ガスを導入する導入管が、アミン化合物の液面下に設置され、未反応の有機金属化合物が除去されたガスを導出される導出管がアミン化合物の液面上に設置されていることにより、未反応の有機金属化合物を含むガスがアミン化合物の内部を通過させることができる。

前記導入管や導出管の形状や大きさは、ガスが円滑に流通する状態を維持できる程度の範囲に適宜調整すれば良い。又、導入管の先端部に導入されたガスを分散させるためのフィルターや分散材が備えられていることで、未反応の有機金属化合物とアミン化合物が十分に接触することができ、その結果として捕集率が向上する。

本発明のアミン化合物は、例えば、トリペンチルアミン、トリヘキシルアミン、トリヘプチルアミン、トリオクチルアミン、トリノニルアミン、トリデシルアミンなどの炭素原子数５〜１０のトリアルキルアミン；Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−１，６−ヘキサメチレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラエチル−１，６−ヘキサメチレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラプロピル−１，６−ヘキサメチレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラブチル−１，６−ヘキサメチレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラブチル−１，６−ペンタメチレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラブチル−１，６−オクタメチレンジアミンなどのアミノ基投同士に５〜８つのメチレン基を有し、かつ窒素上の置換基が炭素原子数１〜６のアルキル基であるＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラアルキル−１，６−ジアミンが挙げられるが、好ましくはトリオクチルアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラブチル−１，６−ヘキサメチレンジアミンが使用される。なお、これらのアルキル基が、各種異性体を含み、上記以外にも複数種のアルキル基で置換されているアミン化合物でも構わない。また、複数のアミン化合物を混合して使用しても良い。

前記アミン化合物の使用量は、有機金属化合物の種類によって適宜調節するが、有機ガリウム化合物の場合には、有機ガリウム化合物１モルに対して、アミノ基換算で、好ましくは１モル以上、更に好ましくは１．５モル以上；有機アルミニウム化合物の場合には、有機ガリウム化合物１モルに対して、アミノ基換算で、好ましくは１モル以上、更に好ましくは４．５モル以上；有機ガリウム化合物の場合には、有機亜鉛化合物１モルに対して、アミノ基換算で、好ましくは１モル以上、更に好ましくは３モル以上である。上限は特に制限されないが、捕集装置内の容量によって適宜調整する。

捕集装置内の圧力は、好ましくは６７．５ｋＰａ〜常圧であり、内温は好ましくは２０〜６０℃である。

（ガス排出部）
本発明のガス排出部とは、未反応の金属化合物が捕集されたガスを大気中に放出する部位のことであり、その形状はガスを大気中に放出できるための十分な大きさと長さがあれば特に限定されず、半導体製造装置の設置場所やその周辺の環境により適宜調整できる。

（半導体製造装置）
本発明の半導体製造装置とは、前記の有機金属化合物供給装置、化合物半導体製造装置、捕集装置、及びガス排出部が順次接続されたものである。

なお、捕集液（有機金属化合物を含むアミン化合物溶液）を減圧下で濃縮し、有機金属化合物とアミン化合物の複合体を取得後、減圧下で加熱することによって、遊離の有機金属化合物を取得することができる。

次に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。

本発明の未反応有機金属化合物の捕集装置の効果を、図１に示す簡易的な装置により検証した。即ち、有機金属化合物が入った容器内にアルゴンガスを５０ｍｌ／ｍｉｎ．で供給し、有機金属化合物をアルゴンガスと同伴させて、アミン化合物を充填した捕集装置内に送り込んだ。捕集装置から排出されたガスと、捕集装置に導入したガスに含まれる有機金属化合物の量を比較することによって、捕集率を算出した。

実施例１（トリメチルガリウムの捕集）
有機金属化合物；トリメチルガリウム
アミン化合物；トリ（ｎ−オクチル）アミン
アミノ基／ガリウム（モル比）；１．２０
圧力；常圧
温度；２４→４３℃（昇温）
捕集率；９６．０％

実施例２（トリメチルガリウムの捕集）
有機金属化合物；トリメチルガリウム
アミン化合物；Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラブチル−１，６−ヘキサメチレンジアミン
アミノ基／ガリウム（モル比）；１．３６
圧力；常圧
温度；２５→４９℃（昇温）
捕集率；９６．４％

実施例３（トリメチルガリウムの捕集）
有機金属化合物；トリメチルガリウム
アミン化合物；トリ（ｎ−オクチル）アミン
アミノ基／ガリウム（モル比）；０．５０
圧力；常圧
温度；２５→４５℃（昇温）
捕集率；９６．０％

実施例４（トリメチルガリウムの捕集）
有機金属化合物；トリメチルガリウム
アミン化合物；トリ（ｎ−オクチル）アミン
アミノ基／ガリウム（モル比）；１．０
圧力；６７．６ｋＰa
温度；２７→５５℃（昇温）
捕集率；９４．２％

実施例５（トリメチルガリウムの捕集）
有機金属化合物；トリメチルガリウム
アミン化合物；トリ（ｎ−オクチル）アミン
アミノ基／ガリウム（モル比）；１．５６
圧力；６７．６ｋＰa
温度；２８→５６℃（昇温）
捕集率；９８．６％

実施例６（トリメチルアルミニウムの捕集）
有機金属化合物；トリメチルアルミニウム
アミン化合物；トリ（ｎ−オクチル）アミン
アミノ基／ガリウム（モル比）；１．０５
圧力；１３３．３ｋＰａ
温度；２６→３５℃（昇温）
捕集率；５２．５％

実施例７（トリメチルアルミニウムの捕集）
有機金属化合物；トリメチルアルミニウム
アミン化合物；Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラブチル−１，６−ヘキサメチレンジアミン
アミノ基／ガリウム（モル比）；１．５
圧力；１３３．３ｋＰａ
温度；２４→３４℃（昇温）
捕集率；４８．４％

実施例８（トリメチルアルミニウムの捕集）
有機金属化合物；トリメチルアルミニウム
アミン化合物；トリ（ｎ−オクチル）アミン
アミノ基／ガリウム（モル比）；１．５５
圧力；１３３．３ｋＰａ
温度；２８→３４℃（昇温）
捕集率；６６．７％

実施例９（トリメチルアルミニウムの捕集）
有機金属化合物；トリメチルアルミニウム
アミン化合物；トリ（ｎ−オクチル）アミン
アミノ基／ガリウム（モル比）；４．６
圧力；１３３．３ｋＰａ
温度；２４→２９℃（昇温）
捕集率；８６．２％

実施例１０（トリメチルアルミニウムの捕集）
有機金属化合物；トリメチルアルミニウム
アミン化合物；トリ（ｎ−オクチル）アミン
アミノ基／ガリウム（モル比）；５．３
圧力；常圧
温度；２８℃（昇温）
捕集率；９９．５％

実施例１１（ジエチル亜鉛の捕集）
有機金属化合物；ジエチル亜鉛
アミン化合物；トリ（ｎ−オクチル）アミン
アミノ基／ガリウム（モル比）；３．２
圧力；常圧
温度；２８℃（昇温）
捕集率；９３．５％

以上の結果から、本発明の捕集装置により、化合物半導体製造装置から排出される未反応の有機金属化合物を捕集することができるともに、有機金属化合物を実質的に含まない安全な排ガスを大気中に放出することができる。

本発明は、化合物半導体製造装置から排出される未反応の有機金属化合物を捕集する装置に関する。

１捕集装置
２有機金属化合物
３アミン化合物

Claims

有機金属化合物供給装置と、
前記有機金属化合物供給装置から有機金属化合物が供給され、基板上に化合物半導体を堆積させる化合物半導体製造装置と、
当該製造装置から排出される未反応の有機金属化合物を捕集する捕集装置と、
未反応の金属化合物が捕集されたガスを大気中に放出するガス排出部と、
が順次接続された半導体製造装置の前記捕集装置であって、
内部にアミン化合物を含み、かつ前記化合物半導体製造装置から排出されるガスがアミン化合物中を通過する構造となっており、
前記化合物半導体製造装置から排ガスを導入する導入管が、アミン化合物の液面下に設置され、未反応の有機金属化合物が除去されたガスを導出する導出管がアミン化合物の液面上に設置されている、化合物半導体製造装置から排出される有機金属化合物の捕集装置。
有機金属化合物が、有機ガリウム化合物、有機インジウム化合物、有機アルミニウム化合物、有機亜鉛化合物又は有機マグネシウム化合物である請求項１記載の捕集装置。
アミン化合物が、トリオクチルアミン又はＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラブチル−１，６−ヘキサメチレンジアミン、もしくはそれらの混合物である請求項１記載の捕集装置。
アミン化合物の使用量が、前記化合物半導体製造装置から排出されるガス中の有機金属化合物１モルに対して、アミノ基換算で１モル以上である請求項１記載の捕集装置。
請求項１乃至４のいずれかに記載の装置を使用して前記化合物半導体製造装置から排出される排ガスから有機金属化合物を捕集する方法。
請求項５に記載の有機金属化合物を捕集する方法により捕集された捕集液から有機金属化合物を取得する、有機金属化合物の回収方法。