KR20070015955A - 고체 화학물질의 지속적인 증기 운반 용 버블러 - Google Patents

고체 화학물질의 지속적인 증기 운반 용 버블러 Download PDF

Info

Publication number
KR20070015955A
KR20070015955A KR1020067025492A KR20067025492A KR20070015955A KR 20070015955 A KR20070015955 A KR 20070015955A KR 1020067025492 A KR1020067025492 A KR 1020067025492A KR 20067025492 A KR20067025492 A KR 20067025492A KR 20070015955 A KR20070015955 A KR 20070015955A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
chambers
bubbler
chamber
compound
carrier gas
Prior art date
Application number
KR1020067025492A
Other languages
English (en)
Inventor
남 헝 트란
데니스 레옹 데아벤포트
테호 코
나다 엘-제인
Original Assignee
아크조 노벨 엔.브이.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 아크조 노벨 엔.브이. filed Critical 아크조 노벨 엔.브이.
Priority to KR1020067025492A priority Critical patent/KR20070015955A/ko
Publication of KR20070015955A publication Critical patent/KR20070015955A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/448—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials
    • C23C16/4481—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials by evaporation using carrier gas in contact with the source material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/06—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material
    • C23C16/18—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material from metallo-organic compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/448—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials
    • C23C16/4481—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials by evaporation using carrier gas in contact with the source material
    • C23C16/4482—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials by evaporation using carrier gas in contact with the source material by bubbling of carrier gas through liquid source material

Abstract

버블러 챔버 조립체로서,
1개의 챔버 또는 일렬로 연결된 2개 이상의 챔버를 포함하며, 모든 챔버들은 실질적으로 수직 배향이고, 화합물의 고체 또는 액체 원료는 챔버 또는 챔버들에 함유되어 있으며, 챔버의 길이 또는 챔버 또는 챔버들을 통과하는 캐리어 가스의 흐름 방향에 따라 일렬로 연결된 챔버들의 결합된 길이와, 챔버 또는 챔버들을 통과하는 캐리어 가스의 흐름 방향 면에서의 챔버 또는 챔버들의 단면적의 평균 상당 직경 사이의 비율은 약 6:1 이상인 것을 특징으로 한다.

Description

고체 화학물질의 지속적인 증기 운반 용 버블러{BUBBLER FOR CONSTANT VAPOR DELIVERY OF A SOLID CHEMICAL}
본 발명은 반도체 제조 용의 유기 금속 증기의 제공에 관한 것이다.
MOCVD 성장에 있어서 유기 금속 화합물은 화합물 반도체 산업 용의 원료이다. 화학 증기 증착(chemical vapor deposition) 용 전구 물질로서 통상적으로 사용되는 유기 금속 화합물은 트리메틸알루미늄(TMAI), 트리메틸갈륨(TMG), 트리에틸갈륨(TEG), 트리메틸안티모니(TMSb), 디메틸 히드라진(DMHy), 트리메틸인듐(TMI) 및 시클로펜타디에닐마그네슘(Cp2Mg)을 포함한다.
통상적으로 증기 상 증착(vapor phase deposition) 용의 휘발성 유기 금속 화합물은 일정한 온도이며, 버블러로 공급되고, 캐리어 가스(carrier gas), 예컨대 수소 또는 질소를 도입시켜 화합물을 수송하며, 증기 상 증착 챔버로 운반한다.
양호한 유기 금속 전구 물질 운반 기술로 공지되어 있으며, 일정하고 조절 가능한 양의 유기 금속을 함유하는 가스 스트림이 제공된다. 액체 유기 금속 화합 물에 있어서 상기 기술은 일반적으로 간단한 실험인데 이것은 대량 수송 및 기화 동력학이 캐리어 가스의 대개 적당한 유속에서 포화 농도에 가까운 농도를 제공할 만큼 충분하게 신속하기 때문이다. "버블러(bubbler)"라는 용어는 통상적으로 CVD 산업 분야에서 사용되며, 상기에서 언급한 전구 물질에 포화된 캐리어 가스의 운반 용으로 이용되는 전구 물질 용의 컨테이너를 나타낸다.
고체 유기 금속, 특히 TMI의 경우에 일정하게 운반시키는 것이 현재 진행 중인 문제점으로 알려졌다. 상기의 경우에 기화 동력학은 매우 느리며, 예컨대 제품 형태, 온도, 가스 접촉 시간 및 표면적과 같은 문제에 따라서 달라진다. 미세하게 나뉘고 불규칙적인 형태의 표면적이 넓은 재료는 균일하고 밀도가 크며 보다 큰 재료 보다 더 신속하게 증발할 것이다. 대량 수송이 또한 더 큰 문제이다. 느린 증발 공정에서는 효과적인 접촉 시간을 주는 것이 중요하며, 적당한 양의 전구 물질을 CVD 챔버로 운반하기에 충분한 속도에서 노출된 모든 면적을 가로질러 캐리어 가스가 움직이도록 유지하는 것도 중요하다. 예를 들어 채널링(channeling)은 흐르는 가스와의 접촉 시간과 노출 면적을 감소시킬 것이다. 기타 요소, 예컨대 전구 물질 층을 통과하여 흐르는 캐리어 가스로서 압력 변화는 캐리어 가스 포화 정도를 변화시키고 불규칙적인 운반 속도를 야기하는 것으로 알려져 있다.
화합물 반도체 장비 제조에서 포화 농도에 가까운 농도에서 고체 유기 금속 전구 물질로부터 증기를 일정하고 안정하게 운반하는 것이 가장 목적하는 것이다. 고체 유기 금속 전구 물질에 있어서의 불안정한 증기 운반 속도는 하기와 같은 요소에 의해서 영향을 받는다:
Figure 112006089701397-PCT00001
고체의 총 표면적의 감소는 고체 전구 물질의 고갈 때문에 지속적으로 일어난다. 작고 표면적이 넓은 입자는 우선적으로 증발되어 층의 수명 초기에 표면적을 빠르게 감소시킨다.
Figure 112006089701397-PCT00002
고체 전구 물질 층의 침식 때문에 발생할 수 있는 채널링.
Figure 112006089701397-PCT00003
작동 중 층 내부의 압력 변화.
Figure 112006089701397-PCT00004
재증착이 고체 전구 물질 표면 상에 발생하는 동시 균형에 따라 고형 물질의 승화 및 증발로 발생하는 응집 공정에 의한 입자 성장 효과(grain growth effect). 가스 포화에서 증발 및 재증착은 동시에 발생하지만 층 형태는 표면적이 더 적어진다.
Figure 112006089701397-PCT00005
고체 전구 물질이 소비되기 때문에 가스 경로는 더 짧아지고 유용한 표면적은 감소된다. 따라서 유기 금속 전구 물질의 증기로 캐리어 가스를 포화시키는 것은 점점 더 어려워진다.
이상적인 버블러 디자인은 상기에서 기술한 문제점들을 극복해야 하고, 하기의 목표를 획득할 필요가 있다:
Figure 112006089701397-PCT00006
버블러에서 고체 유기 금속이 실질적으로 완전하게 고갈될 때까지 안정하고, 지속적인 증기 운반 속도를 제공하는 것.
Figure 112006089701397-PCT00007
온도, 압력, 캐리어 가스 형태(N2, H2 등) 및 캐리어 가스의 유속과 같은 통상적이며 이상적인 작동 파라메터에서 포화 또는 포화에 가까운 농도를 제공하는 것.
Figure 112006089701397-PCT00008
작동 파라메터가 바뀌는 경우 신속하게 반응하여 안정하고 지속적인 증기 운반 속도가 신속하게 다시 설정되도록 하는 것.
고체 유기 금속으로부터 증기를 운반하기 위한 공지된 통상적인 접근 방법은 하기와 같다:
1) TMI 용액: "TMI 용액(solution TMI)"을 사용하는 경우 산업 분야에서 주의해야 할 결점으로는 용매의 에어로졸 비말 동반을 포함하며, TMI/TEI를 사용하는 경우 총 인듐의 운반 속도가 불규칙적으로 변화하는 것을 포함한다.
a) 미국 특허 제5,232,869호(1993): Epichem.에서 실행된 것과 같음. 상기의 경우에 현탁된 액체는 동력학 및 대량 수송을 극복하기 위해 사용된다. 고체 전구 물질은 용매에 용해시킨 다음 증발로 고갈시켜 평형 상태와 일정한 운반 속도를 유지시킨다.
b) 미국 특허 제5,502,227호(1996): 트리에틸인듐(TEI)와 같은 R3In에 용해된 TMI.
2) 또 다른 일반적인 접근 방법은 버블러 중의 흐름 및 고체-가스 접촉을 균일하게 개선시킨 버블러 디자인이다. 지금까지 사용된 전략은 하기를 포함한다:
a) 미국 특허 제4,916,828호(1990): "포장재(packing)"와 혼합 또는 분산된 TMI를 사용함.
b) 미국 특허 제4,734,999호(1987): 하부 대 상부의 버블러 직경이 감소되었고 튜브의 말단에 프릿 디스트리뷰터(frit distributor)가 장착된 딥 튜브(dip tube)를 혼입한 버블러 사용.
c) 미국 특허 제5,019,423호(1991): 이러한 디자인은 복수의 구멍을 함유하는 구획의 상부 상에 고체 유기 금속의 충전층(packed bed)을 통해 위쪽으로 흐르는 캐리어 가스를 사용한다.
d) 미국 특허 제4,947,790호(1990): 캐리어 가스는 하기와 같은 순서로 중력 방향으로 흐른다: 두꺼운 가스 흡입판(thick gas inlet plate), 분말 고체층(powder solid bed) 및 얇은 가스 방출판(thin gas outlet plate)을 통과함.
e) PCT 특허 출원 제WO 99/28532호(1999): 초음파 기화기 사용.
f) 미국 특허 제5,603,169호(1997): 배출관, 압착 판 및 1쌍의 다공질 박판이 장착된 버블러의 사용을 기재하고 있다.
g) 미국 출판 특허 등록 제2002/0078894 A1호(2002): 이러한 버블러는 종래의 딥 튜브 이외의 금속 소결 필터(metal sintered filter)를 함유한다.
h) 미국 특허 제5,553,395호(1996): 본 특허에서는 부채꼴 (원추) 버블러를 사용한 것을 기재하였다.
i) 일본 출판 특허 등록 제2003/303772호: 본 버블러는 컨테이너를 수직으로 나눈 구획 판을 통해 가로지르는 흐름 방향 스위칭 파이프(flow direction switching pipe)가 장착된 고체 유기 금속 화합물 패킹재 컨테이너이다.
불행하게도 이전에 기재된 버블러 디자인 중에서 고체 유기 금속 운반의 모든 문제점을 해결한 것은 없었다. 상기에서 언급한 버블러 디자인 중에서도 광범위한 작동 범위에 걸쳐 증기 원료가 실질적으로 완벽하게 고갈될 때 까지 전구 물 질 재료의 최대 픽업(pick-up)으로 균일한 운반 속도를 제공할 수 있는 것은 없다. 각 버블러 디자인은 가장 효과적으로 작동하는 제한된 범위의 파라메터를 갖는다. 고체 기재가 고갈됨에 따라 불포화 캐리어 가스의 진행이 너무 빠르거나 또는 점차적으로 발생한다. 성급한 진행으로 운반 효율성이 불량해지고, 초기에 제거되고 새로운 버블러로 대체되므로 유용한 유기 금속 제품이 낭비된다. 캐리어 가스 포화 비율이 서서히 떨어지면 증착 공정 중에 검출되지 않는 표준이하의 증착 층의 발생이 유도될 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결한다.
발명의 요약
본 발명의 첫번째 실시양태에서, 본 발명은 하기 (a), (b), (c) 및 (d)를 포함하는 화학 증기 증착 공정으로 기화 화합물을 제공하기 위한 버블러를 포함한다: (a) 출입구와 방출구가 있는 버블러 챔버 조립체(bubbler chamber assembly); (b) 흡입구와 연결되어, 비활성 캐리어 가스를 제공하는 수단; (c) 상기 방출구에 연결되어, 버블러 챔버 조립체로부터 기화 화합물과 캐리어 가스를 제거하고 화학 증기 증착 공정으로 상기 화합물을 운반하는 수단; 및 (d) 화합물이 상기 캐리어 가스에서 기화되도록 버블러 챔버 조립체를 배치하는 온도 제어 수단.
버블러 챔버 조립체는 1개의 챔버 또는 일렬로 연결된 2개 이상의 챔버를 포함하며, 상기 모든 챔버는 실질적으로 수직 배향이다. 챔버 또는 챔버들은 화합물의 액체 또는 고체 원료를 함유한다. 챔버의 길이 또는 챔버 또는 챔버들을 통과 하는 캐리어 가스의 흐름 방향에 따라 일렬로 연결된 챔버들의 결합 길이와 챔버 또는 챔버들을 통과하는 캐리어 가스의 흐름 방향 면에서의 챔버 또는 챔버들의 단면도의 평균 상당 직경(average diameter equivalent) 사이의 비율은 6:1 이상이다.
본 발명의 다른 실시양태는 챔버의 길이, 직경 및 배향, 화합물 및 캐리어 가스의 조성물에 관한 상세한 내용을 포함하며, 이후에 상세하게 설명하였다.
도 1A: 주요 고체 물질로 충전된 좁고 긴 컬럼을 통해 흐르는 캐리어 가스의 기본 개념.
도 1B: 2개의 연속 챔버에 있어서의 가스 흐름도.
도 1C: 4개의 연속 챔버에 있어서의 가스 흐름도.
도 2: 상이한 직경 크기 및 모양의 3개(2개의 직경이 작은 흡입구와 방출구 챔버; 및 1개의 U-관의 직경이 큰 챔버)의 챔버가 있는 버블러 디자인. 모든 챔버는 축소형 관(reducing tubing)을 통해 일렬로 연결되어 있음.
도 3: 3개의 180 °리턴 밴드 반경 엘보(return bend radius elbow)를 갖는 버블러.
도 4: 3개의 90 °연귀 엘보(mitered elbow)를 갖는 다-챔버 버블러.
도 5: 동일한 직경의 관의 3개 챔버(2개의 직선 관 흡입구 및 방출구 챔버; 및 1개의 U-관 챔버)를 갖는 버블러. 모든 챔버는 축소형 관을 통해 일렬로 연결 되어 있음.
도 6: 각 챔버의 하부에 프릿(frit)이 있는 4개의 챔버 버블러.
도 7: 각 챔버의 하부에 가스 분산 관이 있는 4개의 챔버 버블러.
도 8: 가스가 버블러 하부의 나선 구조의 두번째 측면과 연결된, 나선 구조의 한쪽 측면을 통해 아래로 흐르고 방출구를 향해 위쪽으로 흐르는 나선형 실린더(helical cylinder). 나선 구조의 유효 길이는 나선형 챔버 중 1개의 평균 단면적의 6배와 동일하거나 또는 더 큼.
도 9: 실시예 1과 관련된 에피손 프로파일(epison profile).
도 10: 실시예 2와 관련된 에피손 프로파일.
도 11: 실시예 3과 관련된 에피손 프로파일.
트리메틸인듐(TMI)로 로딩된 상기에 요약한 버블러를 통해 캐리어 가스가 운반되면 컬럼에 로딩된 대부분의 TMI가 고갈될 때 까지 TMI 증기로 포화된 안정한 가스 스트림을 제공한다는 것을 발견하였다(도 1A 참조). 이러한 발견을 기본으로 본 발명은 고체 원료(MOCVD) 시스템 용의 개선된 운반 장치를 제공하는 것이다.
버블러 디자인 개념은 캐리어 가스 중 전구 물질 증기의 포화 또는 포화에 가까운 농도를 제공하는 길고 좁은 독특한 실린더 디자인을 포함한다. 상기 길고 좁은 실린더 디자인으로 화합물에 의한 가스의 채널링을 최소화시키고 챔버 벽을 통한 화합물로의 열 이동을 최대화시키기 위한 전도력에 의해서 고체 물질과 담체 가스의 접촉을 최대화시킬 수 있기 때문에 이전에 설명한 열 수송 및 대량 수송의 문제점을 극복한다. 따라서 본 발명의 버블러는 종래의 버블러와 비교해서 더 낮은 압력과 더 높은 캐리어 가스 유속에서 사용할 수 있다.
화학물질의 증기압은 온도와 직접적으로 관련이 있다. 일정한 증기압을 유지시키기 위해서 사용하는 버블러는 항온 수조에 침지시키거나 또는 주문 제작 외부열 교환기를 입혀야 한다. 대부분의 MOCVD 기계는 1차 옵션이 장착되어 있다. 상기 버블러의 구조는 항온 수조의 직경에 제한을 준다. 따라서 하나의 긴 직선 관을 사용하는 대신에 버블러는 단일관 또는 다관 밴딩, 또는 연속적으로 함께 연결된 관 다발 또는 동심관(concentric tube)으로 제작되어야 한다.
본 발명의 버블러 디자인은 다수의 원료 물질이 고갈될 때 까지 고체 원료 물질의 연속적이며 안정한 운반 속도를 제공한다. 상기 버블러는 하기에 기재된 몇몇 특성 또는 모든 특성을 포함할 수 있다:
Figure 112006089701397-PCT00009
구조 재료: 함유된 고체 원료와 화학작용을 하지 않는 유리, 플라스틱 또는 금속과 같은 임의의 적당한 재료. MOCVD 산업 분야에서 표준 사양이므로 스테인레스 스틸이 바람직하다.
Figure 112006089701397-PCT00010
버블러는 캐리어 가스를 도입시키기 위한 흡입구 포트, 고체 원료와 접촉한 후 증기 포화 캐리어 가스를 방출하기 위한 배기구 포트 및 화합물 원료를 로딩하기 위한 1개 이상의 필 포트(fill port)를 갖는다.
Figure 112006089701397-PCT00011
버블러의 흡입구와 방출구 포트는 프릿과 함께 또는 프릿 없이 장착할 수 있다.
Figure 112006089701397-PCT00012
버블러는 단일 챔버 또는 다 챔버를 포함할 수 있다.
Figure 112006089701397-PCT00013
챔버의 내부 직경은 전체 길이를 통틀어 동일하거나 또는 상이할 수 있다.
Figure 112006089701397-PCT00014
챔버의 직경 또는 평균 상당 직경은 약 1.3 ㎝ 내지 약 7.6 ㎝의 범위내이다.
Figure 112006089701397-PCT00015
챔버는 이의 단면적을 원형으로 제한하지 않는다. 챔버는 원형, 타원형, 정사각형, 직사각형, 나선 구조 또는 당업에 공지된 어떠한 형태일 수도 있다.
Figure 112006089701397-PCT00016
챔버는 유효 경로 길이를 늘리기 위해 내부 배플(baffle) 또는 코러게이션(corrugation)을 장착할 수 있다.
Figure 112006089701397-PCT00017
챔버는 일렬로 연결되어 있으며. 실질적으로 수직 위치에 있지만, 수평선에서 약 45 °이상에 배치하는 것이 바람직하다. 그러나 수평선에서 45 ° 이상의 각에서 지그 재그 패턴으로 연결될 수도 있다.
Figure 112006089701397-PCT00018
챔버는 동일하거나 또는 더 작은 단면적 직경의 챔버를 갖는 컨넥터(connector)를 사용하여 소통할 수 있다.
Figure 112006089701397-PCT00019
버블러 조립체는 연달아 인접한 챔버들과 각 말단에 연결되는 약 1.3 ㎝ 내지 약 7.6 ㎝의 평균 직경의 실질적으로 수평 배향의 관을 포함하는 연달아 인접한 챔버 사이에서의 컨넥터를 가지는 일렬로 연결된 2개 이상의 챔버를 포함할 수 있으며, 상기 연달아 인접한 챔버들과 컨넥터 관 사이의 연결은 연귀 또는 만곡 피팅(fitting)일 수 있다.
Figure 112006089701397-PCT00020
챔버는 상기 캐리어 가스가 하나의 관에서 연달아 연결된 다음 관으로 통과되어 버블러 조립체 중에 유기 금속 화합물이 있는 동안 가능한 오랫동안 버블러 관 조립체 방출구에서 캐리어 가스 포화 조건이 유지될 수 있도록 연결시킬 수 있다. 예를 들어 실시예 1에서 설명하고 있는 것과 같이 17 ℃로 제어된 온도의 트리메틸인듐으로 충전된 본 발명의 버블러는 버블러 내에 트리메틸인듐이 있는 시간의 95 % 이상 동안 포화된 캐리어 가스를 제공할 수 있다.
Figure 112006089701397-PCT00021
버블러는 각 챔버의 하부에 가스 분산 장치를 공급하거나 또는 공급하지 않을 수 있다. 가스 분산 장치는 제어된 다공도를 갖는 프릿과 같은 다공성 요소(도 6 참조), 또는 가스 분산 관(도 7 참조)일 있다.
Figure 112006089701397-PCT00022
챔버 또는 연결 챔버의 총 길이는 버블러 챔버 조립체의 방출구에서 화합물로 > 90 % 포화될 수 있는 캐리어 가스 용으로 효과적이여야 한다.
Figure 112006089701397-PCT00023
버블러 챔버 조립체는 동심 챔버의 환상 공간(annular space)을 포함하는 1개 이상의 챔버가 일렬로 연결된 2개 이상의 챔버를 포함할 수 있다.
Figure 112006089701397-PCT00024
버블러는 항온 유동체 순환 용의 흡입구 및 방출구 포트가 장착된 외부 컨테이너로 에워 쌀수 있다.
Figure 112006089701397-PCT00025
버블러의 개별 챔버는 열 교환기를 입힐 수 있다.
Figure 112006089701397-PCT00026
버블러는 화합물이 실행 조건하에서 기화할 수 있을 때 까지 화합물, 액체 또는 고체, 유기 금속 또는 비-유기 금속을 사용할 수 있다. 가능한 화합물로는 상기에서 언급한 유기 금속 화합물뿐만 아니라 하기 화합물 중 1개 이상을 포함하는, 비-유기 금속 화합물을 포함한다: 트리메틸알루미늄(TMAL), 트리메틸갈륨(TMG), 트리에틸갈륨(TEG), 트리메틸안티모니(TMSb), 디메틸 히드라진(DMHy), 트리메틸인듐(TMI) 및 시클로펜타디에닐마그네슘(Cp2Mg), 탄소 테트라브로마이드(CBr4), 하프늄 테트라클로라이드(HfCl4).
Figure 112006089701397-PCT00027
화합물이 액체인 경우 캐리어 가스의 흐름은 챔버 또는 챔버들을 통해 단지 상향류(up-flow)일 수 있다.
Figure 112006089701397-PCT00028
화합물이 고체인 경우 입자가 이러한 목적 용으로 제공되는 오프닝(opening)을 통해 버블러 챔버 또는 챔버들에 편리하게 로딩되고 충전될 수 있는 동안 어떠한 모양 및 크기의 입자도 포함할 수 있다.
Figure 112006089701397-PCT00029
캐리어 가스는 수소, 질소 및 비활성 가스(예를 들어 아르곤, 헬륨)로 이루어진 가스로부터 선택할 수 있다. 수소는 바람직한 캐리어 가스이다.
Figure 112006089701397-PCT00030
챔버 또는 챔버들의 내부 벽에 캐리어 가스의 흐름 방향에 실질적으로 수직으로 맞춰진 배블 또는 코러게이션이 장착된 배플을 함유하거나 또는 물결 주름이 있을 수 있다.
Figure 112006089701397-PCT00031
기화되는 화합물은 패킹재와 혼합된 고체 입자를 포함할 수 있다. 패킹재는 화합물과 캐리어 가스에 화학작용을 일으키지 않는 실질적으로 구형 입자 또는 기타 모양을 포함할 수 있다. 패킹재는 스테인레스 스틸 및/또는 유리 볼 또는 기타 모양을 포함할 수 있다.
하기의 실시예를 본 발명을 설명하기 위해 제시하였다.
실시예 1
트리메틸인듐(320 g)을 도 2의 버블러에 충전하고, 수소를 캐리어 가스로서 사용하였다. 본 실험의 조건으로 수소 유속은 300 sccm, 제어된 다운스트림 압력은 225 Torr, 및 항온은 17 ℃이다. 에피손 방법(epison tool)은 수소 중의 TMI 농도를 기록하기 위해 사용하였다. 도 9의 에피손 프로파일에서 보여주는 것과 같이 TMI 운반 속도는 TMI 충전물 중 65 % 이상이 고갈될 때 까지 일정하다.
실험의 상세한 사항:
도 2의 버블러
필 중량 : TMIn 320 g
상당 직경의 길이 : 20
챔버의 총 수 : 3
시험 조건: P = 225 Torr(300 mbar)
T = 17 ℃
H2 흐름 = 300 sccm
실시예 2
트리메틸인듐(320 g)을 도 2의 버블러에 충전하고, 수소를 캐리어 가스로서 사용하였다. 본 실험의 일렬로 연결된 조건으로 수소 유속은 600 sccm, 700 sccm 및 100 sccm, 제어된 다운스트림 압력은 180 Torr, 및 항온은 17 ℃이다. 에피손 방법은 수소 중의 TMI 농도를 기록하기 위해 사용하였다. 도 10의 에피손 프로파 일에서 보여주는 것과 같이 TMI 운반 속도는 TMI 충전물 중 92 % 이상이 고갈될 때 까지 일정하다.
실험의 상세한 사항:
도 2의 버블러
필 중량 : TMIn 320 g
상당 직경의 길이 : 20
챔버의 총 수 : 3
시험 조건: P = 180 Torr(240 mbar)
T = 17 ℃
H2 흐름 = 600, 750, 1000 scc
실시예 3
트리메틸인듐(100 g)을 단일 챔버 버블러에 충전하고, 질소를 캐리어 가스로서 사용하였다. 본 실험의 조건으로 질소 유속은 250 SCCM, 제어된 다운스트림 압력은 360 Torr, 및 항온은 25 ℃이다. 에피손 방법은 질소 중의 TMI 농도를 기록하기 위해 사용하였다. 도 11의 에피손 프로파일에서 보여주는 것과 같이 TMI 운반 속도는 TMI 충전물 중 약 30 %가 고갈될 때 까지 충분하게 떨어진다.
실험의 상세한 사항:
도 11의 버블러(종래의 실린더)
필 중량 : TMIn 100 g
상당 직경의 길이 : 2.125
챔버의 총 수 : 1
시험 조건: P = 360 Torr(480 mbar)
T = 25 ℃
H2 흐름 = 250 sccm
상기 실시예에서는 챔버의 길이 또는 챔버들의 결합된 길이(챔버 또는 챔버들을 통한 캐리어 가스의 흐름 방향에 따라 일렬로 연결됨)와 챔버 또는 챔버들의 단면적의 평균 상당 직경의 비율이 약 6:1 이상인 버블러는 비율이 약 6:1 이하인 경우에서는 가능하지 않은 정도로 일정한 기화 화합물의 운반 속도를 획득할 수 있다는 것을 매우 설득력있게 설명하고 있다.

Claims (21)

  1. 기화된 화합물(vaporized compound)을 화학 증기 증착 공정(chemical vapor deposition process)으로 제공하기 위한 버블러(bubbler)로서,
    하기 (a) 내지 (d)를 포함하며:
    (a) 흡입구와 방출구가 있는 버블러 챔버 조립체(bubbler chamber assembly);
    (b) 상기 흡입구에 연결되어, 화합물에 비활성 캐리어 가스(inert carrier gas)를 제공하는 수단;
    (c) 상기 방출구에 연결되어, 상기 버블러 챔버 조립체로부터 상기 기화 화합물과 캐리어 가스를 제거하고 상기 화학 증기 증착 공정으로 상기 화합물을 운반하는 수단; 및
    (d) 화합물이 상기 캐리어 가스에서 기화되도록 상기 버블러 챔버 조립체를 배치하는 온도 제어 수단
    상기 버블러 챔버 조립체는 1개의 챔버 또는 일렬로 연결된 2개 이상의 챔버를 포함하고,
    상기 모든 챔버들은 실질적으로 수직 배향이며,
    상기 챔버 또는 챔버들은 상기 화합물의 고체 또는 액체 원료를 함유하고, 및
    상기 챔버의 길이 또는 상기 챔버 또는 챔버들을 통과하는 상기 캐리어 가스 의 흐름 방향에 따라 일렬로 연결된 챔버들의 결합 길이와, 상기 챔버 또는 챔버들을 통과하는 상기 캐리어 가스의 흐름 방향 면에서의 상기 챔버 또는 챔버들의 단면적의 평균 상당 직경(average diameter equivalent)의 비율은 약 6:1 이상인 것을 특징으로 하는 버블러.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버 또는 챔버들의 총 길이는 상기 버블러 챔버 조립체의 상기 방출구에서 상기 화합물이 > 90 % 포화되도록 상기 캐리어 가스에 있어서 충분해야 하는 것을 특징으로 하는 버블러.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 버블러 챔버 조립체 내의 챔버 또는 챔버들은 수평으로부터 약 45 °이상에 배치되는 것을 특징으로 하는 버블러.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 버블러 조립체를 포함하는 챔버들의 평균 내부 직경은 약 1.3 ㎝ 내지 약 7.6 ㎝인 것을 특징으로 하는 버블러.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 버블러 조립체를 포함하는 챔버들의 평균 내부 직경은 이들 전체 길이 를 통틀어서 동일하거나 또는 상이한 것을 특징으로 하는 버블러.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 버블러 조립체는 연달아 인접한 챔버들과 각 말단에 연결되는 관을 포함하는 연달아 인접한 챔버들 사이에서의 컨넥터(connector)를 가지는 일렬로 연결된 2개 이상의 챔버들을 포함하며,
    상기 연달아 인접한 챔버들과 상기 컨넥터의 챔버들 사이의 연결은 연귀 피팅(mitered fitting)인 것을 특징으로 하는 버블러.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 버블러 조립체는 연달아 인접한 챔버들과 각 말단에 연결되는 관을 포함하는 연달아 인접한 챔버들 사이에서의 컨넥터를 가지는 일렬로 연결된 2개 이상의 챔버들을 포함하며,
    상기 연달아 인접한 챔버들과 상기 컨넥터의 챔버들 사이의 연결은 만곡 피팅(rounded fitting)인 것을 특징으로 하는 버블러.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 버블러 챔버 조립체는 동심 챔버(concentric chamber)의 환상 공간(annular space)을 포함하는 1개 이상의 챔버와 일렬로 연결된 2개 이상의 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 버블러.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 화합물은 유기 금속 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 버블러.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 유기 금속 화합물은 트리메틸알루미늄(TMAL), 트리메틸갈륨(TMG), 트리에틸갈륨(TEG), 트리메틸안티모니(TMSb), 디메틸 히드라진(DMHy), 트리메틸인듐(TMI) 및 시클로펜타디에닐마그네슘(Cp2Mg)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 버블러.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 유기 금속 화합물은 트리메틸인듐, 시클로펜타디에닐마그네슘, 또는 트리메틸인듐과 시클로펜타디에닐마그네슘을 포함하는 것을 특징으로 하는 버블러.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 화합물은 액체를 포함하는 것을 특징으로 하는 버블러.
  13. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 화합물은 고체를 포함하는 것을 특징으로 하는 버블러.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 고체 화합물은 탄소 테트라브로마이드, 하프늄 테트라클로라이드, 또는 탄소 테트라브로마이드와 하프늄 테트라클로라이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 버블러.
  15. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 화합물은 액체를 포함하며, 버블러 챔버 조립체는 캐리어 가스가 챔버를 통해 단지 상향류로만 흐르도록 하는 것을 특징으로 하는 버블러.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐리어 가스는 수소, 질소 및 비활성 가스로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 버블러.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 캐리어 가스는 수소를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔버 또는 챔버들의 내부 벽은 물결 모양으로 주름이 잡혀있거나, 또는 상기 캐리어 가스의 흐름 방향에 실질적으로 수직으로 정렬된 배플(baffle) 또는 코러게이션(corrugation)을 갖는 배플을 포함하는 것을 특징으로 하는 버블러.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 화합물은 패킹재(packing)와 혼합된 고체 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 버블러.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 패킹재는 상기 화합물 및 캐리어 가스와 화학작용을 일으키지 않는 실질적으로 구형인 입자 또는 기타 형태를 포함하는 것을 특징으로 하는 버블러.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 구형 입자 또는 기타 형태는 스테인레스 스틸, 유리 볼/기타 형태, 또는 스테인레스 스틸과 유리 볼/기타 형태를 포함하는 것을 특징으로 하는 버블러.
KR1020067025492A 2004-05-20 2005-05-17 고체 화학물질의 지속적인 증기 운반 용 버블러 KR20070015955A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020067025492A KR20070015955A (ko) 2004-05-20 2005-05-17 고체 화학물질의 지속적인 증기 운반 용 버블러

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US60/572,687 2004-05-20
KR1020067025492A KR20070015955A (ko) 2004-05-20 2005-05-17 고체 화학물질의 지속적인 증기 운반 용 버블러

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20070015955A true KR20070015955A (ko) 2007-02-06

Family

ID=43650267

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020067025492A KR20070015955A (ko) 2004-05-20 2005-05-17 고체 화학물질의 지속적인 증기 운반 용 버블러

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20070015955A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014018740A1 (en) * 2012-07-25 2014-01-30 William Kimmerle Chemical precursor bubbler assembly

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014018740A1 (en) * 2012-07-25 2014-01-30 William Kimmerle Chemical precursor bubbler assembly

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1747302B1 (en) Bubbler for constant vapor delivery of a solid chemical
JP4789126B2 (ja) 気化した有機金属化合物を化学蒸着系に提供する装置
US10392700B2 (en) Solid vaporizer
US7487956B2 (en) Method and apparatus to help promote contact of gas with vaporized material
TWI537416B (zh) A CVD reactor with a strip inlet region and a method of depositing a layer on the substrate in such a CVD reactor
JP2012082527A (ja) 供給装置
KR20140067993A (ko) 전달 장치
EP2418300B1 (en) Delivery device and method of use thereof
CN101426953A (zh) 用于化学气相沉积的装置和方法
CN110885970A (zh) 固体前驱体蒸汽的稳压和纯化装置以及ald沉积设备
JP2001115263A (ja) ２つのフリットを有するバブラー
US7584942B2 (en) Ampoules for producing a reaction gas and systems for depositing materials onto microfeature workpieces in reaction chambers
US20050249873A1 (en) Apparatuses and methods for producing chemically reactive vapors used in manufacturing microelectronic devices
US20220195595A1 (en) Precursor capsule, a vessel and a method
KR20070015955A (ko) 고체 화학물질의 지속적인 증기 운반 용 버블러
JP7402985B2 (ja) 固体及び液体材料のための蒸気供給システム
CN116240524A (zh) 用于气相沉积反应器的远程固体源反应物输送系统
KR20100060910A (ko) 고체화합물의 기화용 가열장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
J201 Request for trial against refusal decision
AMND Amendment
B601 Maintenance of original decision after re-examination before a trial
J301 Trial decision

Free format text: TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20130311

Effective date: 20131114

J2X1 Appeal (before the patent court)

Free format text: APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL