[发明专利]蒸气输送装置及其制造和使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及蒸气输送装置、其制造方法及其使用方法。具体来说，本发明涉及用来将液体前体化合物以蒸气相输送到反应器的高输出量、大容量输送装置。

背景技术

包括第III-V族化合物的半导体用于很多电子装置和光电子装置的生产，例如用于激光器、发光二极管(LED)、光电检测器等的生产。这些材料被用于制造不同组成、厚度为零点几微米至几微米的不同的单晶层。使用有机金属化合物的化学气相沉积(CVD)法被广泛用于沉积金属薄膜或半导体薄膜，例如用来沉积第III-V族化合物的膜。这些有机金属化合物可以是液态或固态的。

在CVD法中,通常将反应性气流输送到反应器，在电子装置和光电子装置上沉积所需的膜。反应性气流由挟带前体化合物蒸气的载气（例如氢气）组成。当所述前体化合物是液体的时候(下文称为液体前体化合物)，在输送装置（即鼓泡器）中使得载气（即鼓泡）通过液态前体化合物，通常得到反应性气流。所述输送装置包括围绕容器的浴，所述容器容纳所述液体前体化合物。

液体前体化合物具有特定的蒸发焓为2.0-10.0瓦-分钟/克。没有载气流动通过所述输送装置时，所述浴和液体前体化合物的温度差为零，所述输送装置中无能量消耗。另一方面，需要在特定温度下将所述液体前体化合物输送至反应器时，允许载气流动通过所述液体前体化合物，其结果为所述液体前体化合物冷却。该冷却是不希望的，这是由于液体前体化合物的温度变化会导致将要输送至反应器的液体前体化合物的量发生变化。为了补偿温度变化，所述浴现以加热形式将能量传递至输送装置，以尝试将液体前体化合物维持在恒定温度。所述浴和液体前体化合物之间的温度差因此不再是零。由于热量从所述浴供应至液体前体化合物，现在不再精确地获知所述液体前体化合物的温度（即，液体前体化合物中存在温度变化）。

早期的液体前体化合物输送装置是狭长的圆柱体，即纵横比大于2，能容纳相当于200克特定液体前体化合物的体积。因此该输送装置具有大的表面积/液体前体化合物质量比，并且能容易地完全浸没在市售的恒温浴中。所述载气流小，因此所述浴和液体前体化合物之间的温度差可以忽略不计。液体前体化合物通量(以摩尔/分钟计)是已知的，通过使用鼓泡器其变化极小，在1重量百分比(wt%)之内。

目前的液体前体化合物输送装置比早期液体前体化合物输送装置大，与早期装置相比采用较小纵横比的圆柱体(高度/直径纵横比小于2)。目前的输送装置容纳超过2千克的液体前体化合物，并且可以容纳最高达10千克的液体前体化合物。这些大圆柱体通常不适合市售的恒温浴。该圆柱体顶部部分通常暴露于环境空气，从而成为加热或冷却该液体前体化合物的无意来源，这取决于环境条件。

此外，在这些目前较大的液体前体化合物输送装置中使用大约1标准升每分钟的载气流和1克每分钟的液体前体化合物蒸发速率，因此要使用5瓦的能量用于蒸发。其结果是该液体前体化合物的温度容易发生与所述浴温度相比超过2℃的偏差，导致该液体前体化合物通量的偏差高达10重量％。

与目前较大的液体前体化合物输送装置相关的另一问题是该装置达到前体化合物通量稳定状态所需的时间。来自所述输送装置的液体前体化合物的蒸气通量稳定之后，反应器中的化学工艺才能进行。稳定所述液体前体化合物通量的时间主要取决于热传递区域和输送装置中液体前体化合物的质量。这些参数都仅仅是大概已知的。启动载体气流后，液体前体化合物利用其自身热量蒸发，从而导致液体前体化合物冷却。较大的液体前体化合物质量导致达到稳定状态温度的时间较长，而较小的液体前体质量导致达到稳定状态温度的时间较短。达到稳定状态温度所需的时间取决于热传递区域和剩余质量。

因此，仍需要改进的输送装置和方法，用于从大输送装置输送液体前体化合物的蒸气，该输送装置使用至少1瓦能量用于蒸发。人们还需要具有以下特性的输送装置：所述装置能在整个工艺中输送均匀且高通量的前体蒸气，直至输送装置中的液体前体化合物耗尽，与此同时，所采用的载气流速大于1标准升/分钟。

发明内容