JP4595356B2 - 有機金属化学気相堆積装置用原料気化器 - Google Patents
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- 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
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Description
(i)固体原料から溶剤を用いて液体原料を調製し、
(ii)該液体原料を、該固体原料の蒸気圧が実質上一定に保持されるような大きさの孔径を有するオリフィスを具有する気化器内へ、該気化器に接続された配管を通して導入し、
(iii)該気化器内の液体原料に含まれる溶剤を該気化器内から蒸発除去させ、
(iv)該気化器内に残留する該固体原料を加熱昇華させることによって該気化器内に該原料ガスを発生させ、次いで
(v)該原料ガスを該オリフィスを通して有機金属化学気相堆積装置系へ供給する」が提供される。
従って、例えば、従来は原料選択の幅が狭いために毒性の高い四エチル鉛やテトラネオペントキシ鉛等を使用しなければならないために、工業的な規模での有機金属化学気相堆積法による製造が困難であったチタン酸ジルコン酸鉛薄膜も、本発明によれば、該方法によって工業的に製造することが可能となる。
図1は、本発明による気化器を装備する有機金属化学気相堆積装置の一態様を示す模式的構成図である。
また、図2は、図1に示す本発明による気化器の操作手順を示す模式的構成図である。
この場合、「気化器9内に存在する固体原料10の蒸気圧が実質上一定に保持される」とは、気化器9の設定温度によって規定される固体原料10の蒸気圧PmmHgと気化器9内で実測される固体原料10の蒸気圧P'mmHgとの差が約0〜0.5mmHg、好ましくは約0〜0.2mmHg、特に好ましくは約0〜0.05mmHgの範囲内に保持されることを意味する。
なお、気化器9の体積、オリフィス8の孔径、成膜速度および固体原料10の蒸気圧等を考慮して、複数個のオリフィスを配設してもよい。
所望により、使用する気化器9の容積、充填口14の口径の大きさ、および気化器9の連続的な使用時間等に応じて、複数の充填口を配設してもよい。
(i)固体原料から溶剤を用いて液体原料13を調製し、
(ii)該液体原料13を、該固体原料の蒸気圧が実質上一定に保持されるような大きさの孔径を有するオリフィス8を具有する気化器9内へ、該気化器9に接続された配管11を通して導入し、
(iii)該気化器9内の液体原料13に含まれる溶剤を該気化器9内から蒸発除去させ、
(iv)該気化器9内に残留する該固体原料10を加熱昇華させることによって該気化器内に該原料ガスを発生させ、次いで
(v)該原料ガスを該オリフィス8を通して有機金属化学気相堆積装置系へ供給する」が提供される。
液体原料13の濃度は、固体原料10の種類、溶剤の種類、および原料の充填効率等に応じて適宜選定すればよく、特に限定的ではないが、通常は、約0.1〜5mol/l、好ましくは約0.2〜2mol/l、特に好ましくは約0.5〜1mol/lである。
所望により、このような溶剤は2種以上適宜併用してもよい。
図2の(A)に示す状態においては、液体原料導入用配管11に連絡するバルブ6を開放すると共に、配管11と真空ポンプ5に連絡するバルブ6’を閉鎖する。
図2の(B)に示す状態においては、系外の液体原料13は、液体流量調整器15、バルブ6および配管11を経由し、気化器9の原料充填口14から気化器内へ充填される。
図2の(C)に示す状態においては、バルブ6の閉鎖とバルブ6’の開放をおこなった後、気化器9の底部に貯留された液体原料13を加熱ヒーター7によって加熱することによって溶剤を蒸発させると共に、真空ポンプ5を駆動させて気化器9の内部を排気する。この排気によって、気化器内の溶剤は液体原料充填口14から配管11とバルブ6’を経由して系外へ除去され、気化器9の底部には固体原料10が残留する。溶剤を除去した後は、バルブ6’を閉鎖する。
このような成膜条件下において、基板2上に所望の薄膜(例えば、TiO2薄膜)を形成させることができる。
チタンイソプロポキシピバロイルメタン(2.66g)をテトラヒドロフラン(10ml)に溶解させることによって原料溶液を調製した(原料濃度:0.5mol/l)。また、TiO2薄膜を堆積させるための基板2としてはシリコンウエハを使用した。
この原料溶液を気化器9内へ配管11を通して導入した。真空ポンプ5を用いて気化器内を排気しながら加熱用ヒーター7を用いて原料溶液を80℃で15分間加熱することによってテトラヒドロフランを気化器内から蒸発除去した。
この場合の操作手順は、図2に基づいて先に説明した手順に準拠しておこなった。
次いで、基板2の温度を基板加熱ヒーター1を用いて500℃に設定し、反応室3の内部の圧力を真空ポンプ5’を用いて275Paに調整し、個体原料10の昇華によって発生する原料ガスのキャリアガスとしてのアルゴンの流量を流量調整器16を用いて14scc/mに調整すると共に、反応ガスとしての酸素ガスの流量を流量調整器16’を用いて100scc/mに調整し、また、気化器9の内部の温度は加熱用ヒーター7を用いて150℃、155℃または160℃に設定した。
図3から明らかなように、いずれの気化温度においても、二酸化チタン薄膜の膜厚は堆積時間の増加に伴ってほぼ直線的に増加しており、このことは、本発明による気化器を使用する場合には、固体原料の安定した気化と一定の堆積速度が達成されることを示す。また、図3は、気化器9の温度を適宜選定することによって、基板上への原料ガスの堆積速度を制御することができることも示す。
2 基板
3 反応室
4 予熱器
4’ 予熱器
5 真空ポンプ
5’ 真空ポンプ
6 バルブ
6’ バルブ
7 加熱用ヒーター
8 オリフィス
9 気化器
10 固体原料
11 液体原料導入用配管
12 保温用ヒーター
13 液体原料
14 液体原料用充填口
15 液体流量調整器
16 流量調整器
16’ 流量調整器
Claims (5)
- 下記の工程(i)〜(v)を有する有機金属化学気相堆積装置用原料ガスの供給方法:
(i)固体原料から溶剤を用いて液体原料を調製し、
(ii)該液体原料を、該固体原料の蒸気圧が実質上一定に保持されるような大きさの孔径を有するオリフィスを具有する気化器内へ、該気化器に接続された配管を通して導入し、
(iii)該気化器内の液体原料に含まれる溶剤を該気化器内から蒸発除去させ、
(iv)該気化器内に残留する該固体原料を加熱昇華させることによって該気化器内に該原料ガスを発生させ、次いで
(v)該原料ガスを該オリフィスを通して有機金属化学気相堆積装置系へ供給する。 - オリフィスの孔径が50〜5000μmである請求項1記載の方法。
- 堆積される薄膜がチタン酸ジルコン酸鉛である請求項1または2に記載の方法。
- 固体原料を溶剤に溶解させて液体原料を調製する請求項1記載の方法。
- 溶剤がテトラヒドロフラン、酢酸ブチル、エチルシクロヘキサン、トルエン、キシレンおよびテトラエチルヘプタンジオンから成る群から選択される溶剤である請求項1記載の方法。
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