專利名稱：蒸氣輸送裝置及其制造和使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蒸氣輸送裝置、其制造方法及其使用方法。具體來說，本發(fā)明涉及用來將固體前體化合物以蒸氣相輸送到反應(yīng)器的高輸出量、大容量輸送裝置。
背景技術(shù)：
包括第III-V族化合物的半導(dǎo)體用于很多電子裝置和光電子裝置的生產(chǎn)，例如用于激光器、發(fā)光二極管(LED)、光電檢測(cè)器等的生產(chǎn)。這些材料被用于制造不同組成、厚度為零點(diǎn)幾微米至幾微米的不同的單晶層。使用有機(jī)金屬化合物的化學(xué)氣相沉積(CVD)法被廣泛用于沉積金屬薄膜或半導(dǎo)體薄膜，例如用來沉積第πι-v族化合物的膜。這些有機(jī)金屬化合物可以是液態(tài)或固態(tài)的。在CVD法中，通常將反應(yīng)性氣流輸送到反應(yīng)器，在電子裝置和光電子裝置上沉積 所需的膜。這些反應(yīng)性氣流由被前體化合物蒸氣飽和的載氣(例如氫氣)組成。當(dāng)所述前體化合物是液體的時(shí)候，在輸送裝置(即鼓泡器)中使得載氣(鼓泡)通過液態(tài)前體化合物，得到反應(yīng)性氣流。但是，固體前體則是放置在圓筒形容器或罐子之內(nèi)，在低于其熔點(diǎn)的恒溫下進(jìn)行加熱，使得這些固體前體蒸發(fā)。使用載氣挾帶所述固體前體的蒸氣，將其傳輸?shù)匠练e系統(tǒng)。根據(jù)具體情況，使得載氣通過顆粒狀固體前體而使得所述顆粒狀固體前體發(fā)生升華的方式會(huì)導(dǎo)致所述顆粒床中形成空穴。所述空穴的程度取決于載氣的流速。在極低流速的情況下通常不會(huì)觀察到空穴形成。在低載氣流速條件下，升華在顆粒狀固體的表面上發(fā)生，升華層的厚度實(shí)際上等于零，也即是說，所述升華層幾乎是二維的。因此，在暴露于載氣的整個(gè)表面上，升華速率是均勻的。另一方面，較高的載氣流速會(huì)將升華層的邊界推入顆粒狀固體前體床之內(nèi)更深的位置，升華層的厚度不再等于零。顆粒狀材料實(shí)際上永遠(yuǎn)不會(huì)是均勻的，因此在升華層的表面上，升華速率會(huì)發(fā)生變化。較高的蒸發(fā)速率會(huì)導(dǎo)致較快的材料侵蝕和空腔形成。這些空腔沿著載氣流動(dòng)的一般方向延伸。最終，空腔形成通過整個(gè)顆粒狀固體前體床的通道。此時(shí)，所述載氣會(huì)沿繞路通過所述顆粒狀固體前體床，受控的升華停止。在用于常規(guī)的鼓泡器型固體前體輸送容器中的時(shí)候，所述通道的形成會(huì)導(dǎo)致很差的不穩(wěn)定的輸送速率。所述鼓泡器系統(tǒng)會(huì)導(dǎo)致不穩(wěn)定、不均勻的前體蒸氣流速，當(dāng)使用固體有機(jī)金屬前體化合物的時(shí)候尤其明顯。不均勻的有機(jī)金屬蒸氣相濃度會(huì)給在金屬有機(jī)氣相外延(MOVPE)反應(yīng)器中生長(zhǎng)的膜的組成，特別是半導(dǎo)體膜的組成帶來負(fù)面影響。為了解決如何將固體前體化合物輸送到反應(yīng)器的問題，人們已經(jīng)開發(fā)了一些輸送裝置。Horsky等在美國(guó)專利公開第20080047607號(hào)中描述了一種用來將升華的前體蒸氣的穩(wěn)定蒸氣流輸送到真空室的蒸氣輸送系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括固體前體的蒸發(fā)器，機(jī)械節(jié)流閥，壓力計(jì)以及通向所述真空室的蒸氣管道。所述蒸氣輸送系統(tǒng)包括基于節(jié)流閥的傳感和控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?yàn)檎舭l(fā)器加熱器的調(diào)節(jié)器提供蒸發(fā)器設(shè)定點(diǎn)溫度值，所述蒸發(fā)器加熱器的調(diào)節(jié)器能將所述蒸發(fā)器的溫度保持在設(shè)定點(diǎn)。所述傳感和控制系統(tǒng)儲(chǔ)存至少一個(gè)預(yù)定的閥位移值，該位移值表示所述節(jié)流閥所需的傳導(dǎo)上限。所述傳感和控制系統(tǒng)構(gòu)造成用來監(jiān)控所述節(jié)流閥的位置，當(dāng)檢測(cè)到所述閥接近或者達(dá)到所述位移值的時(shí)候，所述傳感和控制器系統(tǒng)會(huì)升高所述調(diào)節(jié)器加熱器的設(shè)定點(diǎn)溫度值，使得蒸氣產(chǎn)生增加，節(jié)流閥上游的蒸氣壓升高，由此使得節(jié)流閥的閉合回路控制能夠使得閥門回到明顯較低的傳導(dǎo)位置。所述蒸氣輸送系統(tǒng)包括適合進(jìn)行操作的升溫預(yù)定增量的參照表，當(dāng)檢測(cè)到節(jié)流閥接近或者達(dá)到位移值的時(shí)候，所述傳感和控制系統(tǒng)發(fā)揮作用，使得蒸發(fā)器溫度設(shè)定點(diǎn)增大到參照表中的下一步。但是，該系統(tǒng)會(huì)將固體蒸氣的流速限制到O. I-Isccm (標(biāo)準(zhǔn)立方厘米/分鐘)，該流速是非常低的。Chen等人在美國(guó)專利公開第2008/0044573號(hào)中詳細(xì)介紹了一種用來監(jiān)控和控制在加工室內(nèi)將前體從安瓿瓶輸出的方法。該方法中，第一載氣以第一流速?gòu)难b有化學(xué)前體的容器流過，形成第一前體氣體。該方法還包括使得第二載氣以第二流速與第一前體氣體合并，形成第二前體氣體，測(cè)量所述第二前體氣體中的化學(xué)前體的濃度，并計(jì)算所述化學(xué)前體的質(zhì)量流速。但是該方法也包括一些缺點(diǎn)。其中一種缺點(diǎn)在于，由于使用沿相反方向流動(dòng)的第 一載氣和第二載氣，會(huì)導(dǎo)致化學(xué)前體和第二載氣之間的不均勻混和。當(dāng)如Chen所述使用相反方向的流動(dòng)的時(shí)候，如果第二載氣的壓力超過第一載氣的壓力，則會(huì)發(fā)生固體前體不均勻的升華，而此種不均勻的升華會(huì)導(dǎo)致向反應(yīng)器不均勻地供應(yīng)化學(xué)前體。該方法的另一個(gè)缺點(diǎn)在于，該方法需要僅僅將第二前體供給單獨(dú)的加工室。該方法無法用來將前體供給多個(gè)反應(yīng)器，這是因?yàn)闊o法對(duì)多個(gè)反應(yīng)器的競(jìng)爭(zhēng)的需求進(jìn)行平衡，從而向與輸送裝置連通的多個(gè)反應(yīng)器各自均勻地供應(yīng)化學(xué)前體。因此，人們?nèi)匀恍枰倪M(jìn)的輸送裝置，以及輸送固體前體的蒸氣的方法，其中固體前體在輸送裝置中耗盡，所述固體前體的蒸氣濃度保持均勻的足夠高的濃度。人們還需要具有以下特性的輸送裝置所述裝置能將均勻且高通量的前體蒸氣輸送通過工藝過程，直至輸送裝置中的固體前體耗盡，與此同時(shí)，所采用的載氣流速大于I標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明描述了一種輸送系統(tǒng)，該輸送系統(tǒng)包括輸送裝置，該輸送裝置具有入口和出口，所述輸送裝置包括固體前體；第一比例閥，所述第一比例閥與所述輸送裝置的入口連通；所述第一比例閥根據(jù)施加的電壓進(jìn)行操作，用來控制載氣的第一物流流向所述輸送裝置的流量；第二比例閥，所述第二比例閥與所述輸送裝置的出口連通；所述第二比例閥根據(jù)施加的電壓進(jìn)行操作，用來控制載氣的第二物流流向輸送裝置的流量；混合裝置，所述混合裝置位于所述輸送裝置的下游，所述混合裝置進(jìn)行操作將所述第一物流與所述第二物流混合；化學(xué)傳感器，所述化學(xué)傳感器設(shè)置在所述混合室的下游，所述化學(xué)傳感器進(jìn)行操作，用來分析從所述混合室排出的流體物流的化學(xué)含量；所述化學(xué)傳感器與所述第一比例閥連通；以及第一壓力/流量控制器，其與所述化學(xué)傳感器和所述第一比例閥操作連通；所述輸送系統(tǒng)進(jìn)行操作，向與所述輸送系統(tǒng)連通的多個(gè)反應(yīng)器輸送基本恒定摩爾數(shù)前體蒸氣/單位體積載氣。本發(fā)明還描述了一種方法，該方法包括通過輸送裝置將載氣的第一物流傳輸?shù)交旌鲜?；所述輸送裝置包括前體化合物；所述載氣的第一物流的溫度等于或高于20° C;將載氣的第二物流傳輸?shù)剿龌旌鲜?；所述混合室位于所述輸送裝置下游的位置；以及，在所述混合室中將所述第一物流與第二物流合并，形成第三物流；所述第一物流和第二物流在彼此接觸之前沿著彼此相反的方向流動(dòng)。


圖I是示例性輸送系統(tǒng)的示意圖，其中輸送裝置與一個(gè)或多個(gè)質(zhì)量流量控制器流體連通，所述質(zhì)量流量控制器各自與反應(yīng)器容器流體連通，來自輸送裝置的蒸氣置于反應(yīng)器內(nèi)選定的表面上；圖2是一種示例性輸送系統(tǒng)的示意圖，其中單個(gè)壓力/流量控制器控制通過輸送裝置的流速；圖3是另一種示例性輸送系統(tǒng)的示意圖，其中單個(gè)壓力/流量控制器控制通過輸 送裝置的質(zhì)量流速；圖4是另一種示例性輸送系統(tǒng)的另一示意圖，其中單個(gè)壓力/流量控制器控制通過輸送裝置的質(zhì)量流速，所述第一比例閥設(shè)置在所述輸送裝置的下游；圖5是一種示例性混合室的示意圖；和圖6是另一種不例性混合室的不意圖。
具體實(shí)施例方式在此將參照附圖更完整地描述本發(fā)明，附圖中給出了各種實(shí)施方式。通篇中同樣的附圖標(biāo)記表示同樣的元件。應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)描述一種元件在另一元件“之上”的時(shí)候，所述元件可以直接位于另一元件上，或者可以在這兩個(gè)元件之間設(shè)置有插入元件。與之相對(duì)的是，如果稱一種元件“直接”位于另一元件“之上”，則不存在插入元件。在本文中，術(shù)語“和/或”包括相關(guān)的所述對(duì)象中一種或多種的任意組合以及全部組合。應(yīng)當(dāng)理解，盡管在本文中用術(shù)語第一、第二、第三等描述各種元件、部件、區(qū)域、層和/或部分，但是這些元件、部件、區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)受到這些術(shù)語的限制。這些術(shù)語僅僅用于將一種元件、部件、區(qū)域、層或部分與另一種元件、部件、區(qū)域、層或部分區(qū)別開。因此，下文討論的第一元件、部件、區(qū)域、層或部分也可以記作第二元件、部件、區(qū)域、層或部分，而不會(huì)背離本發(fā)明的內(nèi)容。本文所用的術(shù)語僅僅用來描述具體的實(shí)施方式，而不是用于限制。如本文中所用，單數(shù)形式的“一個(gè)”，“一種”和“該”也包括復(fù)數(shù)的指代物，除非文本中有另外的明確表示。還應(yīng)當(dāng)理解，在說明書中，術(shù)語“包含”和/或“包括”，或者“含有”和/或“含有……的”表示存在所述特征、區(qū)域、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件，但是并不排除存在或加入一種或多種其它的特征、區(qū)域、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或其組合的情況。另外，在本文中，用相對(duì)術(shù)語，例如“下部的”或“底部”以及“上部的”或“頂部”來描述附圖所示的一種元件相對(duì)于另一種元件的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)理解，相對(duì)術(shù)語除了圖中所示的取向之外，包括裝置的不同取向。例如，如果將圖中的裝置顛倒，則此前描述為位于另外的元件的“下”方的元件將描述為位于另外的元件的“上”方。因此，根據(jù)附圖的具體取向，示例性的術(shù)語“下部的”包括“下部”和“上部”的取向。類似地，如果附圖中的裝置顛倒，之前描述為位于其他元件“以下”或“之下”的元件可以描述為位于其他元件“之上”。因此，示例性術(shù)語“以下”或“之下”可以同時(shí)包括以上和以下的取向。除非另外定義，否則，本文中使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有本發(fā)明所屬領(lǐng)域普通技術(shù)人員通常所理解的同樣含義。還應(yīng)當(dāng)理解，常用字典中定義的術(shù)語的含義應(yīng)當(dāng)理解為與其在相關(guān)領(lǐng)域和本發(fā)明中的定義一致，除非本文中有另外的表述，否則不應(yīng)理解為理想化或者完全形式化的含義。參照理想化實(shí)施方式的截面示意圖描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施方式。因此，可以考慮根據(jù)制造技術(shù)和/或容差而對(duì)所示的形狀進(jìn)行變化。因此，本文所述的實(shí)施方式不應(yīng)理解為僅限于圖中所示的具體形狀，而是應(yīng)該包括例如由于制造導(dǎo)致的形狀偏差。例如，圖中所示和文中描述為平坦的區(qū)域通?？梢跃哂写植诤?或非線性的特征。另外，圖中顯示的尖銳的角可以是圓化的。因此，圖中所示的區(qū)域本身是示意圖，其形狀并不表示區(qū)域的精確形狀，不應(yīng)對(duì)本權(quán)利要求書的范圍構(gòu)成限制。術(shù)語“包括……”包括了術(shù)語“由……組成”以及“基本上由……組成”。
本發(fā)明揭示了各種數(shù)值范圍。這些范圍包括端點(diǎn)以及端點(diǎn)之間的數(shù)值。這些范圍內(nèi)的數(shù)值可以互相交換。本發(fā)明描述了一種輸送系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括通過濃度傳感器和壓力傳感器與反應(yīng)器(包括質(zhì)量流量控制器和反應(yīng)器容器)流體連通的輸送裝置。所述濃度傳感器和壓力傳感器分別與第一和第二壓力/流量控制器電連通，所述第一和第二壓力/流量控制器控制通過所述輸送系統(tǒng)的載氣的流動(dòng)。所述輸送系統(tǒng)使用載氣物流，所述載氣物流分成兩股載氣物流，第一物流流入所述輸送裝置并與固體前體化合物接觸，第二物流繞過所述輸送裝置。由于所述載氣分成兩股物流，因此使得第一物流的流速可以小于第二物流的流速。還可以將整個(gè)第一物流的流動(dòng)路徑加熱至升高的溫度。所述第一物流較慢的流速與升高的溫度相結(jié)合時(shí)，允許挾帶較大體積的前體蒸氣，并且不會(huì)形成孔道和空穴。將每單位時(shí)間內(nèi)傳輸通過與流動(dòng)方向垂直的平面的前體蒸氣的量稱作通量。在本發(fā)明中，第一物流中的前體蒸氣通量高于比較系統(tǒng)中整個(gè)載氣物流中的前體蒸氣通量，在所述比較系統(tǒng)中，不存在繞過固體前體的物流。這是因?yàn)榈谝晃锪骶哂猩叩臏囟?。與不采用繞路方式的輸送系統(tǒng)(也即是說，其中全部體積的載氣都通過攜帶固體前體的容器的系統(tǒng))相比，所述第一物流的升高的溫度能夠挾帶更高濃度的前體蒸氣，與此同時(shí)，在固體前體化合物的床中不會(huì)形成通道或者空穴。所述輸送系統(tǒng)用來將濃度均勻而恒定的前體蒸氣輸送到多個(gè)反應(yīng)器。在另一個(gè)實(shí)施方式中，每單位時(shí)間輸送到反應(yīng)器的前體的蒸氣的摩爾量也保持恒定。具有高濃度(通量)挾帶蒸氣的第一物流和僅含載氣的第二物流在輸送裝置下游處互相接觸，形成第三物流。因?yàn)榈诙锪鞯牧魉俅笥诘谝晃锪?，所述第一物流和第二物流合并形成第三物流的過程會(huì)使得輸送到反應(yīng)器的前體蒸氣的通量高于不采用繞路方式的比較裝置的情況。如上文所述，在以高通量向反應(yīng)器輸送前體蒸氣的同時(shí)，根本上消除了固體前體中通道和空穴的形成。另外，所述第三物流的露點(diǎn)低于與輸送系統(tǒng)和反應(yīng)器連接的管子和硬件的溫度，并且消除了冷凝現(xiàn)象(固體前體在連接管內(nèi)的沉積)。通過降低第三物流中的蒸氣濃度，蒸氣的露點(diǎn)降低，所述連接線路內(nèi)不會(huì)發(fā)生蒸氣冷凝，由此可以向反應(yīng)器供應(yīng)恒定的蒸氣/載氣比例。通過所述輸送系統(tǒng)，可以調(diào)節(jié)蒸氣的露點(diǎn)，經(jīng)常根據(jù)將載氣傳輸?shù)捷斔脱b置的線路溫度來進(jìn)行調(diào)節(jié)。所述輸送系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于，能夠以均勻而高通量的方式將前體蒸氣輸送通過工藝，直到來自輸送裝置的固體前體耗盡。所述輸送系統(tǒng)可以使得流向反應(yīng)器的載氣流速大于或等于I標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘(slm)，優(yōu)選大于或等于2標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘，更優(yōu)選大于或等于3標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘。該系統(tǒng)能夠在溫度為60°C、壓力為900托的條件下，以大于或等于1500毫摩/分鐘、優(yōu)選大于或等于1750毫摩/分鐘、更優(yōu)選2000毫摩/分鐘的通量輸送前體蒸氣。該輸送系統(tǒng)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，能夠同時(shí)為多個(gè)反應(yīng)器輸送前體蒸氣。所述輸送系統(tǒng)對(duì)多個(gè)反應(yīng)器的相互競(jìng)爭(zhēng)的需求加以平衡，可以為各個(gè)反應(yīng)器供應(yīng)具有均勻前體蒸氣濃度的物流，而不考慮單獨(dú)的反應(yīng)器的體積要求。所述輸送系統(tǒng)可以基本恒定濃度向各個(gè)反應(yīng)器輸送前體蒸氣。在一個(gè)實(shí)施方式中，在2-60分鐘的時(shí)間內(nèi)，每單位體積內(nèi)所述前體蒸氣的濃度相對(duì)于某個(gè)選定值在小于或等于3%的范圍內(nèi)浮動(dòng)，優(yōu)選在2-60分鐘的時(shí)間內(nèi)相對(duì)于所述選定值在小于或等于2%的范圍內(nèi)浮動(dòng)，更優(yōu)選在2-60分鐘的時(shí)間內(nèi)相對(duì)于所述選定值在小于或等于1%的范圍內(nèi)浮動(dòng)。 所述輸送系統(tǒng)的獨(dú)特之處在于，該系統(tǒng)在不存在任選的混合室的情況下不利用任何相反的流動(dòng)。換而言之，所述輸送系統(tǒng)不利用沿著相反方向流動(dòng)的物流的相互接觸。只有在使用任選的混合室的時(shí)候，所述系統(tǒng)可能利用相反的流動(dòng)。如上文所述，所述輸送系統(tǒng)使用混合室。在一個(gè)實(shí)施方式中，當(dāng)輸送系統(tǒng)不采用相反流動(dòng)的時(shí)候，可以使用混合室。所述載氣和前體蒸氣在所述混合室內(nèi)的相互接觸促進(jìn)了更好的混和，由此確保了前體蒸氣能夠均勻地輸送到反應(yīng)器。在另一個(gè)實(shí)施方式中，僅僅當(dāng)輸送系統(tǒng)采用相反流動(dòng)的時(shí)候使用混合室。參見圖1，輸送系統(tǒng)100包括輸送裝置102，該輸送裝置分別通過化學(xué)傳感器104和壓力傳感器106與質(zhì)量流量控制器208和反應(yīng)器200連通。所述化學(xué)傳感器104和壓力傳感器106分別與第一壓力/流量控制器108和第二壓力/流量控制器110操作連通。所述第一壓力/流動(dòng)控制器108與第一比例閥112操作連通，而第二壓力/流量控制器110與第二比例閥114操作連通。在一個(gè)示例性的實(shí)施方式中，所述第一壓力/流動(dòng)控制器108與第一比例閥112電連通，而第二壓力/流量控制器110與第二比例閥114電連通。當(dāng)所述比例閥112和114設(shè)置在輸送裝置102的上游的時(shí)候，操作比例閥來控制通過輸送系統(tǒng)100的載氣的流量。所述比例閥112和114可以設(shè)置在輸送裝置的下游，通過操作來控制所述載氣和前體蒸氣的流動(dòng)。關(guān)閉閥116，118，120和122用來隔離輸送裝置的不同部件。在一個(gè)實(shí)施方式中，在常規(guī)操作中，所述關(guān)閉閥116和118是開放的。當(dāng)施加在比例閥112和114上的電壓增大的時(shí)候，所述比例閥開口增大，從而增大通過比例閥的載氣流量。另一方面，當(dāng)施加在比例閥上的電壓減小的時(shí)候，比例閥開口減小，從而減小通過比例閥的載氣的流量。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述化學(xué)傳感器104以及所述第一壓力/流量控制器108、所述第一比例閥112和所述輸送裝置102形成第一閉合回路，該第一閉合回路包括所述載氣的第一物流202。所述載氣的第一物流202導(dǎo)向輸送裝置102的一個(gè)入口(圖中未顯不)。所述第一物流在本發(fā)明中也稱作源流摂物流，這是因?yàn)樗龅谝晃锪髟谳斔脱b置102中與固體前體化合物接觸，挾帶前體蒸氣。因?yàn)榈谝晃锪鞯墓δ苤皇菕稁绑w蒸氣，因此第一物流通常保持在升高的溫度之下。但是，所述升高的溫度低于容納在所述輸送裝置102中的前體固體的熔點(diǎn)。所述第一物流大體保持在20-80°C，優(yōu)選30-75°C，更優(yōu)選40_70°C。所述第一物流202挾帶前體化合物的蒸氣，同時(shí)均勻地消耗與該第一物流接觸的固體前體化合物的表面。由此可以避免所述固體前體化合物體內(nèi)通道和空穴的形成。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述壓力傳感器106以及所述第二壓力/流量控制器110、所述第二比例閥114和所述輸送裝置102形成第二閉合回路，該第二閉合回路包括所述載氣的第二物流204。所述載氣的第二物流204導(dǎo)向輸送裝置102的一個(gè)出口。所述第二物流在本發(fā)明中也稱作“繞路流”物流，這是因?yàn)樗龅诙锪髟谳斔脱b置中繞過固體前體化合物。所述第一物流202在離開所述輸送裝置102之后與所述第二物流204合并，形成第三物流206，所述第三物流通過質(zhì)量流量控制器208進(jìn)入反應(yīng)器200。在所述出口閥122的下游處，所述第一物流202與所述第二物流204合并。所述第三物流206包含位于載氣 中的所需量的前體蒸氣。由于將載氣分為兩股物流，可以在進(jìn)入輸送裝置之前，對(duì)第一物流進(jìn)行加熱。如上文所述，所述第一物流202和第二物流204不是彼此相反的。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述第一物流202和第二物流204沿著相同的方向流動(dòng)。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述第一物流202和第二物流204以1-90°的角度彼此相遇，形成第三物流206，所述第三物流206進(jìn)入反應(yīng)器200。在一個(gè)實(shí)施方式中，任選的混合室107可以用來將來自第一物流202和第二物流204的流體合并。在所述混合室107中，來自第一物流202和第二物流204的流體可以沿著相反的方向引入。在另一個(gè)實(shí)施方式中，當(dāng)?shù)谝晃锪?02和第二物流204不是沿著相反的方向流動(dòng)的時(shí)候，所述混合室107可以用來合并所述來自第一物流202和第二物流204的流體。下文中將會(huì)對(duì)這兩種實(shí)施方式進(jìn)行更詳細(xì)的討論。
通過將所述第一物流202與第二物流204合并以形成所述第三物流206，載氣中的前體蒸氣的濃度減小，導(dǎo)致前體蒸氣較低的露點(diǎn)。因此，當(dāng)載氣中夾帶的蒸氣遇到降低的溫度的時(shí)候，前體蒸氣不會(huì)發(fā)生冷凝。由此可以為反應(yīng)器供應(yīng)恒定的前體蒸氣/載氣比例。在另一個(gè)實(shí)施方式中，通過將第三物流中的前體蒸氣的露點(diǎn)降至低于常溫，不會(huì)發(fā)生前體蒸氣冷凝，可以為反應(yīng)器供應(yīng)恒定的前體蒸氣/載氣比例。所述第一和第二封閉回路相互協(xié)作，控制輸送到一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)器200的輸送壓力和前體蒸氣濃度。通過與各個(gè)反應(yīng)器連接的質(zhì)量流量控制器208控制流入各個(gè)反應(yīng)器的前體的流速。所述第一和第二閉合回路還互相協(xié)作，將前體蒸氣的露點(diǎn)保持在低于常溫。由此可以防止前體蒸氣冷凝，允許以比其它市售比較系統(tǒng)更高的質(zhì)量流速，向反應(yīng)器傳輸更大量的前體蒸氣。雖然圖I中顯示各個(gè)回路都是閉合回路，但是如果需要的話，這些回路中的一部分也可以是開放的回路。再來看圖1，輸送裝置102包括進(jìn)入閥120，所述進(jìn)入閥可以用來開始或者停止載氣流入輸送裝置102的流動(dòng)。所述輸送裝置102還具有排出閥122，所述排出閥可以用來開始和停止包括挾帶的前體蒸氣的載氣從輸送裝置102流到反應(yīng)器200的流動(dòng)。從圖I還可以看到，所述輸送裝置102與反應(yīng)器200流體連通，使得來自輸送裝置102的前體蒸氣設(shè)置在反應(yīng)器200的選定的表面上。質(zhì)量流量控制器208允許混合物以所需的流量向著反應(yīng)器200流動(dòng)。
所述質(zhì)量流量控制器208和反應(yīng)器200可以包括單獨(dú)的質(zhì)量流量控制器和反應(yīng)器，或者包括多個(gè)質(zhì)量流量控制器和反應(yīng)器(圖中未顯示)。在一個(gè)示例性的實(shí)施方式中，所述質(zhì)量流量控制器208和反應(yīng)器200包括多個(gè)質(zhì)量流量控制器和反應(yīng)器。所述輸送裝置102包括入口(圖中未顯示)和出口(圖中未顯示)，所述載氣從所述入口進(jìn)入，挾帶前體蒸氣的載氣通過所述出口排出到反應(yīng)器200。所述輸送裝置102的入口與進(jìn)入閥120流體連通，而輸送裝置102的出口與所述排出閥122流體連通。所述輸送裝置102通常包括填充材料(圖中未顯示)和固體前體化合物(圖中未顯示)。所述填充材料大體設(shè)置在所述固體前體化合物和入口之間。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述輸送裝置102被加熱套103包圍，所述加熱套用來將所述輸送裝置102保持在升高的溫度。所述加熱套103可以用流體(例如蒸汽套)或電能進(jìn)行加熱。所述加熱套103用來將所述系統(tǒng)100中的氣流(即載氣和前體蒸氣)的溫度始終保持在高于20°C。所述加熱套103將輸送裝置102內(nèi)的前體化合物的溫度保持在20-80°C。在一 個(gè)實(shí)施方式中，用來將載氣傳輸?shù)捷斔脱b置的管子或管道都保持在20-80°C。所述輸送裝置102以及入口和出口可以由不會(huì)受到載氣或固體前體化合物負(fù)面影響、也不會(huì)改變所述載氣或固體前體化合物的組成的材料制造。還希望所述材料能夠耐受操作的溫度和壓力。外殼可以由合適的材料制造，例如由玻璃、聚四氟乙烯和/或金屬制造。在一個(gè)實(shí)施方式中，外殼由金屬構(gòu)成。示例性的金屬包括鎳合金和不銹鋼。合適的不銹鋼包括SS304, SS304L, SS316, SS 316L, SS321, SS347和SS430。示例性的鎳合金包括INCONEL, MONEL 和 HASTELL0Y。在所述輸送裝置102中可以使用很多種填充材料(圖中未顯示)，前提是這些填充材料在使用條件下對(duì)固體前體化合物和圓筒呈惰性。一般來說，希望填充材料是可流動(dòng)的。例如，隨著固體前體化合物從圓筒中被消耗掉，圓筒中的固體前體化合物的水平會(huì)下降，填充材料需要流動(dòng)以填充前體化合物層表面內(nèi)的任意凹陷。合適的填充材料包括陶瓷、玻璃、粘土、有機(jī)聚合物、以及包含上述至少一種材料的組合。合適的陶瓷填充材料的例子包括氧化鋁、二氧化硅、碳化硅、氮化硅、硼硅酸鹽、氧化鋁-硅酸鹽、以及包含上述至少一種材料的組合。所述填充材料可以具有多種形狀，例如珠粒狀、棒狀、管狀、馬蹄狀、環(huán)形、鞍形、圓盤形、淺碟狀，或者其它的合適的形式，例如針形，十字形和螺旋形(線圈形和螺線形)。如果需要，還可以采用不同形狀的組合。填充材料通常可以從各種來源市場(chǎng)購(gòu)得。這些填充材料可以不經(jīng)處理直接使用，也可以在使用之前進(jìn)行清潔。所述輸送裝置102通常包括一個(gè)開口(圖中未顯示)，通過所述開口引入固體前體?？梢酝ㄟ^任意合適的方式將所述固體前體材料加入所述輸送裝置?？梢詫⒐腆w前體化合物以粉末形式加入輸送裝置102，或者可以以熔料的方式加入輸送裝置102(將在下文中進(jìn)行討論)。固體前體化合物與填充材料的體積比可以在很寬的范圍內(nèi)變化，例如10:1至1:10。在一個(gè)實(shí)施方式中，該體積比為1:4至4: I。該固體前體化合物是前體蒸氣的來源。任何適合用于蒸氣輸送系統(tǒng)的固體前體化合物均可用于所述輸送裝置。合適的前體化合物包括銦化合物、鋅化合物、鎂化合物、鋁化合物、鎵化合物，以及包含至少一種上文所述化合物的組合。示例性的固體前體化合物包括三烷基銦化合物，例如三甲基銦(TMI)和三叔丁基銦；三烷基銦-胺加合物；二烷基鹵化銦化合物，例如二甲基氯化銦；烷基二鹵化銦化合物，例如甲基二氯化銦；環(huán)戊二烯基銦；三烷基銦；三烷基砷加合物，例如三甲基銦-三甲基砷加合物；三烷基銦-三烷基-膦加合物，例如三甲基銦-三甲基膦加合物；烷基鋅鹵化物，例如碘化乙基鋅；環(huán)戊二烯基鋅；乙基環(huán)戊二烯基鋅；鋁烷-胺加合物；烷基二鹵化鋁化合物，例如甲基二氯化鋁；烷基二鹵化鎵化合物，例如甲基二氯化鎵；二烷基鹵化鎵化合物，例如二甲基氯化鎵和二甲基溴化鎵；二環(huán)戊二烯基鎂(“Cp2Mg”);四溴化碳；金屬二酮酸鹽，例如鉿、鋯、鉭和鈦 的二酮酸鹽；金屬二烷基酰氨化合物，例如四(二甲基氣基)給；娃化合物以及錯(cuò)化合物，例如~■ ( ~■ (二甲基甲娃燒基)氣基)錯(cuò)。在以上的固體前體化合物中，術(shù)語“烷基”表示(C1-C6)烷基?？梢詫⒐腆w前體化合物的混合物用于本發(fā)明的輸送裝置中。所述固體前體化合物可以熔結(jié)。在本文中，“熔結(jié)”表示固體前體化合物的熔合。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，與其他常規(guī)技術(shù)或者其他商業(yè)可得的裝置相比，在輸送裝置中的固體前體化合物熔料能夠使得前體化合物在蒸氣相中具有更恒定的穩(wěn)定濃度，使得固體前體化合物更好地從圓筒消耗?！肮腆w前體化合物的熔料”表示固體前體化合物的熔合餅料，其具有基本平坦的頂表面和足夠的孔隙率，使得載氣能夠通過所述餅料。一般來說，當(dāng)首先形成固體前體化合物的熔料的時(shí)候，該熔料的形狀與圓筒的內(nèi)部尺寸一致，也即是說，所述熔料的寬度基本上與進(jìn)入室的內(nèi)部尺寸相等。所述熔料的高度取決于使用的固體前體化合物的量。輸送裝置102可以使用合適的載氣，只要該載氣不與固體前體化合物反應(yīng)即可。載氣的具體選擇取決于各種因素，例如使用的前體化合物以及具體使用的化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)。合適的載氣包括惰性氣體。示例性的氣體包括氫氣、氮?dú)?、氬氣、氦氣等。所述化學(xué)傳感器104是濃度傳感器，測(cè)量載氣內(nèi)的前體蒸氣的濃度。所述化學(xué)傳感器104通過連續(xù)監(jiān)控氣體濃度并控制通過輸送裝置102的第一物流202來顯示濃度變化和/或浮動(dòng)，從而控制進(jìn)入反應(yīng)器的前體蒸氣的傳質(zhì)速率。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述化學(xué)傳感器104是在線聲學(xué)雙氣體濃度傳感器，用來感測(cè)前體蒸氣與載氣的比例。所述化學(xué)傳感器產(chǎn)生聲學(xué)信號(hào)，所述聲學(xué)信號(hào)通過氣體混合物(即所述前體化合物的蒸氣和載氣的混合物)，使用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)精確測(cè)量聲學(xué)信號(hào)的傳輸時(shí)間。然后根據(jù)載氣中的前體蒸氣的物理性質(zhì)，用所述傳輸時(shí)間計(jì)算載氣中的前體蒸氣的濃度。該濃度測(cè)量提供的數(shù)據(jù)可以用來對(duì)前體蒸氣的傳質(zhì)速率進(jìn)行控制，同時(shí)對(duì)前體蒸氣相對(duì)于載氣的任何濃度變化進(jìn)行補(bǔ)償。通過所述第一比例閥112實(shí)現(xiàn)所述傳質(zhì)速率的控制。例如，當(dāng)來自化學(xué)傳感器104的輸出信號(hào)為零伏特的時(shí)候，表示載氣中的前體蒸氣的濃度為O重量％(重量百分?jǐn)?shù))。當(dāng)來自化學(xué)傳感器104的輸出信號(hào)為5伏特的時(shí)候，載氣中的前體蒸氣的濃度為I重量％。在一個(gè)示例性的實(shí)施方式中，所述化學(xué)傳感器104是可以購(gòu)自洛瑞克斯工業(yè)公司(Lorex Industries)的Piezocon*'。在一個(gè)示例性的實(shí)施方式中，當(dāng)所述固體前體化合物是三甲基銦的時(shí)候，用化學(xué)傳感器104控制通過輸送裝置102的流動(dòng)，使得輸送系統(tǒng)100中三甲基銦蒸氣的露點(diǎn)為17° C。位于輸送裝置102和質(zhì)量流量控制器208之間的用來向反應(yīng)器200加料的傳輸導(dǎo)管裝置(即用來傳輸載氣和前體蒸氣的線路)通常保持在20°C的室溫。為了防止三甲基銦蒸氣在傳輸導(dǎo)管裝置中發(fā)生冷凝，為三甲基銦選擇17°C的露點(diǎn)。3° C的差值能夠使得前體蒸氣連續(xù)而穩(wěn)定地流向反應(yīng)器。所述壓力傳感器106測(cè)量輸送裝置102上的壓力。所述壓力傳感器106可以是壓力計(jì)、測(cè)壓器等。所述壓力傳感器106與第二控制器110和第二比例閥114相結(jié)合，提供了用來控制前體蒸氣和載氣的壓力的機(jī)構(gòu)。圖5和圖6中詳細(xì)顯示了任選的混合室107。圖5顯示了混合室107，其中包括相反方向的流動(dòng)，而圖6的混合室107中不包括反向的流動(dòng)。圖5顯示了混合室107，其中第一物流202和第二物流204反向流動(dòng)。該混合室107包括由鎳合金或者不銹鋼制造的室300。所述室300可以具有任意的形狀，但是優(yōu)選是直徑和高度相等或者近似相等的圓筒。在一個(gè)實(shí)施方式中，優(yōu)選混合室的直徑大于或等于I英寸，優(yōu)選大于或等于2英寸，更優(yōu)選大于或等于3英寸。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述圓筒的高度大于或等于2英寸，優(yōu)選大于或等于3英寸，更優(yōu)選大于或等于4英寸。
第一物流202經(jīng)由管道302進(jìn)入室300，而第二物流204經(jīng)由導(dǎo)管304進(jìn)入室300。所述第三物流206經(jīng)由管道306離開室300。當(dāng)所述混合室107用于輸送系統(tǒng)的時(shí)候，所述混合室107的位置使其可以成為所述第一閉合回路和第二閉合回路的一部分。各管道優(yōu)選具有直徑大于或等于O. 25英寸、優(yōu)選大于或等于O. 35英寸、更優(yōu)選大于或等于O. 5英寸的直徑的圓形橫截面。從圖5可以看到，所述管道302和304的出口彼此相反。所述管道的出口設(shè)計(jì)成彼此相反，并且互相之間隔開小于O. 5英寸，使得第一物流202和第二物流204互相緊密混和，然后作為第三物流206通過管道306從所述室排出。所述管道306提供有裝置308，所述裝置308用來將室300和與反應(yīng)器200的入口(圖中未顯示)連通的管道連接。所述管道302裝有凸緣310，該凸緣310和與管道304連通的室300的側(cè)面相互平行。所述凸緣310迫使第一物流202和第二物流在凸緣310和室300的側(cè)面之間的空間312內(nèi)互相形成緊密混合物。圖6顯示了混合室107，其中第一物流202和第二物流204不是彼此反向的。在此情況下，第一物流202經(jīng)由管道302進(jìn)入室300，而第二物流204經(jīng)由導(dǎo)管304進(jìn)入室300。兩股物流在室300內(nèi)交匯，使得兩股物流202和204之間發(fā)生混和，然后它們作為第三物流206經(jīng)由管道306離開室300。在圖5和圖6所示的實(shí)施方式中，所述管道302，304和306可以包括噴嘴、多孔過濾器或者能夠用來強(qiáng)化第一物流202和第二物流204之間的混和的其他裝置。所述混合室還可以包含填充材料，例如珠粒、棒、管狀、馬蹄狀、環(huán)形、鞍形、圓盤形、淺碟狀，或者其它的合適的形式，例如針形，十字形和螺旋形(線圈形和螺線形)的填充材料。如果需要，還可以采用上文列出的不同填充材料的組合。所述混合室107可以用于下圖2-4所示的任何實(shí)施方式，用于第一物流202與第二物流204接觸的位置。再來看圖1，第一控制器108和第二控制器110是獨(dú)立式比例積分微分(PID)控制模塊，它們?cè)O(shè)計(jì)用來提供輸送系統(tǒng)100的總壓力或載氣流量的最優(yōu)化控制。向第一比例閥112的輸入信號(hào)得自壓力傳感器106。向第二比例閥114的輸入信號(hào)得自化學(xué)傳感器104。每個(gè)壓力/流量控制系統(tǒng)包括三個(gè)基本部件，即工藝傳感器，比例積分-微分控制器和控制元件。在第一比例閥112工作期間，化學(xué)傳感器104測(cè)量工藝壓力或者載氣流速。比例積分-微分控制器將測(cè)得的前體濃度與所需的設(shè)定值相比較，根據(jù)需要調(diào)節(jié)比例閥112，從而在第三物流206中獲得所需的前體蒸氣濃度。在第二比例閥114工作期間，壓力傳感器106控制繞路流量，以保持程序設(shè)定的壓力。通過質(zhì)量流量控制器208實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器200的前體蒸氣要求。作為相應(yīng)，與流量控制器110和第二比例閥114相連的壓力傳感器106調(diào)節(jié)第二物流204中的載氣的流量，從而為第三物流206提供所需的壓力。在一個(gè)實(shí)施方式中，可以使得多個(gè)壓力/流量控制器從屬于一個(gè)主壓力/流量控制器，所述主壓力/流量控制器調(diào)節(jié)載氣的總流速以獲得所需的壓力，與此同時(shí)，所述化學(xué)傳感器104和相連的控制器108保持所需的氣體比例/混合物。例如，圖I的第一比例閥112和第二比例閥114可以從屬于主壓力控制器(圖中未顯示)，從而將整個(gè)載氣流分成第一物流202和第二物流204。在此實(shí)施方式中，未對(duì)濃度進(jìn)行主動(dòng)控制。所述關(guān)閉閥116和118以及進(jìn)入閥120和排出閥122可以是閘式閥，球閥，蝶形閥，針形閥等。
在一個(gè)實(shí)施方式中，對(duì)于一種利用圖I的輸送系統(tǒng)100的方式,所述反應(yīng)器200將蒸氣從輸送裝置102抽取出來。根據(jù)化學(xué)傳感器104和壓力傳感器106提供的信息，所述載氣可以由第一比例閥112和/或第二比例閥114輸送或者同時(shí)由二者進(jìn)行輸送。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述載氣在通過包括第一物流202和第二物流204的流體線路(如管子或管道)的時(shí)候，通常將載體加熱至不高于固體前體化合物的熔點(diǎn)的溫度。所述第一物流202中的載氣通過所述傳輸裝置102，挾帶前體化合物的蒸氣。然后其中挾帶有蒸氣的載氣與第二物流204中的載氣相遇。通過調(diào)節(jié)第一物流202和第二物流204中的載氣的質(zhì)量流速，可以將前體蒸氣的濃度保持在所需的量。通過設(shè)定化學(xué)傳感器104和壓力傳感器106以及相應(yīng)的壓力/流量控制器108和110確定所需的量摂。用化學(xué)傳感器104測(cè)量第三物流206中的前體蒸氣的濃度。用壓力傳感器106測(cè)量載氣(其中挾帶有前體蒸氣)的壓力和/或流速。當(dāng)前體蒸氣相對(duì)于載氣的濃度偏離所需的量或者所需的范圍的時(shí)候，所述化學(xué)傳感器104與控制器108和比例閥112連通，從而調(diào)節(jié)載氣向著輸送裝置102的流量。通過調(diào)節(jié)比例閥112，可以將物流206中的載氣的前體蒸氣的量調(diào)節(jié)到基本恒定的程度。所述第三物流206中挾帶有前體蒸氣的載氣的流速取決于質(zhì)量流量控制器208的要求，通過第二控制器110和第二比例閥114進(jìn)行控制。例如，當(dāng)前體蒸氣的濃度相對(duì)于第三物流206中的載氣下降的時(shí)候，化學(xué)傳感器104至控制器108和第一比例閥112的電連接使得經(jīng)由第一物流202 (包括閥116和進(jìn)入閥120)的載氣流量增大。由此增大了第一物流202中載氣的前體蒸氣的量。通過第一物流202中的流量增加量，減小了第二物流204中的載氣的質(zhì)量流量。所述第一物流202中前體蒸氣量的增加與第二物流204的質(zhì)量流速的減小相結(jié)合，使得制得的第三物流206的前體蒸氣濃度與第一物流202流速調(diào)節(jié)帶來減小之前的前體蒸氣的量相比，蒸氣濃度基本恒定。在另一個(gè)實(shí)施方式中，當(dāng)?shù)谌锪?06中的前體蒸氣濃度增大的時(shí)候，化學(xué)傳感器104至控制器108和比例閥112之間的電連接減小了經(jīng)由第一物流202的載氣的流量。由此導(dǎo)致第二物流204中載氣流量的增大。所述第二物流204中載氣的量的增加與第一物流202的質(zhì)量流速的減小相結(jié)合，使得制得的第三物流206的前體蒸氣濃度與第二物流204流速調(diào)節(jié)帶來減小之前的前體蒸氣的量相比，前體蒸氣濃度基本恒定。因此，來自化學(xué)傳感器104和壓力傳感器106的讀數(shù)用來調(diào)節(jié)或者保持前體蒸氣的濃度以及流向反應(yīng)器200的前體蒸氣流速。如上文所述，本發(fā)明所述的輸送系統(tǒng)100的優(yōu)點(diǎn)在于，其使用第一物流202 (即源流)和第二物流204(即繞路流)將載氣中的前體蒸氣的露點(diǎn)降至低于常溫，或者更優(yōu)選低于傳輸?shù)谌锪?06的連接管和硬件的溫度。圖2顯示輸送系統(tǒng)100的另一個(gè)實(shí)施方式中，其中載氣分成第一物流202 (流經(jīng)固體前體化合物)和第二物流204 (繞過固體前體化合物)，然后重新合并形成第三物流206，其中露點(diǎn)低于常溫。所述第一物流202的流動(dòng)方向，第二物流204的流動(dòng)方向以及第三物流206的流動(dòng)方向是單向的，不是彼此相反的。如上文所述，除了使用混合室的情況以外，在輸送系統(tǒng)中不存在反向的流動(dòng)。這是因?yàn)樵谒鲚斔拖到y(tǒng)中使用反向流動(dòng)不會(huì)產(chǎn)生載氣和前體蒸氣之間所需的混合，會(huì)導(dǎo)致將前體蒸氣以不均勻的分布方式輸送到多個(gè)反應(yīng)器。 圖2的輸送系統(tǒng)100幾乎與圖I的輸送系統(tǒng)相類似，區(qū)別僅在于第二比例閥114和針形閥119的位置。在此情況下，使用由與壓力傳感器106相連的控制器110驅(qū)動(dòng)的單個(gè)比例閥114控制整個(gè)輸送系統(tǒng)100中的壓力。圖2所示的輸送系統(tǒng)100包括至少兩個(gè)閉合回路，用來調(diào)節(jié)壓力以及載氣中的前體蒸氣濃度。從圖2可以看到，所述第一比例閥112位于第二比例閥114的下游，可以任選地從屬于第二比例閥114。針形閥119位于關(guān)閉閥118的下游。所述針形閥119促進(jìn)可調(diào)節(jié)的壓力下降，所述可調(diào)節(jié)的壓力下降可以用來調(diào)節(jié)載氣通過第一比例閥112和輸送裝置102的流動(dòng)。圖3顯示輸送系統(tǒng)100的另一個(gè)實(shí)施方式，該系統(tǒng)包括與輸送裝置102連通的多個(gè)壓力調(diào)節(jié)器。所述壓力調(diào)節(jié)器用來促進(jìn)進(jìn)入的載氣的壓力降至用于質(zhì)量流量控制器208的壓力水平。在此實(shí)施方式中，所述輸送系統(tǒng)100包括第一壓力調(diào)節(jié)器96和第二壓力調(diào)節(jié)器98，所述第二壓力調(diào)節(jié)器98位于所述第一壓力調(diào)節(jié)器96的下游。所述第一壓力調(diào)節(jié)器96促進(jìn)輸入的載氣的壓力從第一壓力P1降至第二壓力P2,所述第二壓力調(diào)節(jié)器98促進(jìn)壓力從第二壓力P2進(jìn)一步降至第三壓力P3。所述第一壓力P1大于或等于第二壓力P2，所述第二壓力P2大于或等于第三壓力P3。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述第二壓力P2是第一壓力P1的50-70%，優(yōu)選是第一壓力P1的55-65%。在一個(gè)示例性的實(shí)施方式中，所述第二壓力P2為第一壓力P1的58-62%。第三壓力P3是第一壓力P1的40-48%，優(yōu)選是第一壓力P1的43-47%。第一壓力 P1 為 1，900-2，100 托(250-280 千帕)，優(yōu)選 I, 950-2，050 托(260-275 千帕)。第二壓力 P2 為 950-1400 托(125-190 千帕)，優(yōu)選 I, 000-1300 托(130-175 千帕)。第三壓力P3S 500-950托￠5-125千帕)，優(yōu)選850-925托(110-120千帕)。因此所述輸送裝置102可以與具有以下入口壓力的反應(yīng)器200結(jié)合操作500-2, 000托(65-260千帕)，優(yōu)選700-1800托(90-240千帕)，更優(yōu)選900托(120千帕)。所述反應(yīng)器200通過在50-760托(6-101千帕)的壓力范圍內(nèi)運(yùn)作，通過質(zhì)量流量控制器208從輸送裝置100抽取所需的前體蒸氣。在第一壓力調(diào)節(jié)器96的下游設(shè)置第一比例閥112、關(guān)閉閥116、進(jìn)入閥120、輸送裝置102、排出閥122和化學(xué)傳感器104。所述第一比例閥112設(shè)置在第一壓力調(diào)節(jié)器96的下游、第二壓力調(diào)節(jié)器98的上游。第一壓力調(diào)節(jié)器96與所述第一比例閥112、關(guān)閉閥116、進(jìn)入閥120、輸送裝置102、排出閥122和化學(xué)傳感器104流體連通。包括第一壓力調(diào)節(jié)器96、第一比例閥112、關(guān)閉閥116、進(jìn)入閥120、輸送裝置102、排出閥122和化學(xué)傳感器104的流體物流被稱為第一物流202。所述第一物流202將載氣導(dǎo)向輸送裝置102的入口。所述化學(xué)傳感器104與第一比例閥112連通。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述化學(xué)傳感器104與第一比例閥112電連通。所述比例閥112、關(guān)閉閥116、進(jìn)入閥120、輸送裝置102、排出閥122和化學(xué)傳感器104處于閉合回路中。所述第二壓力調(diào)節(jié)器98設(shè)置在關(guān)閉閥118和管道線圈212的上游。所述管道線圈212將載氣的溫度加熱至受到加熱的外殼103內(nèi)的溫度。包括第二調(diào)節(jié)器98、第二閥118和管道線圈212的流體物流被稱為第二物流204。
所述第一物流202與第二物流204接觸，形成第三物流206。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述第一物流202與輸送裝置102排出閥122下游的第二物流204相接觸。所述化學(xué)傳感器104設(shè)置在排出閥122的下游。從化學(xué)傳感器104輸出的信號(hào)通過第一控制器108導(dǎo)向第一比例閥112。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述加熱套103 (圖3所示)包括閥116和118，加熱器212，基本上全部的第一物流202，基本上全部的第二物流204以及基本上全部的第三物流206。此種設(shè)置允許將系統(tǒng)100內(nèi)氣流(即載氣和前體蒸氣)的溫度始終保持在高于20°C，防止第一物流202、第二物流204和第三物流206中的蒸氣前體冷凝。由此允許將前體蒸氣均勻地輸送到反應(yīng)器200或者多個(gè)反應(yīng)器。此種設(shè)置克服了其他市售反應(yīng)器遇到的缺陷，在市售反應(yīng)器中，前體蒸氣經(jīng)常在管道的內(nèi)壁上冷凝，導(dǎo)致前體以不均勻的方式輸送和分布到反應(yīng)器。在一種操作圖3所不的輸送系統(tǒng)100的方式中，反應(yīng)器200從輸送裝置102抽取前體蒸氣和載氣的混合物。所述化學(xué)傳感器104測(cè)量第三物流206中的前體蒸氣濃度和/或流速(或者壓力)。如果第三物流206中的前體蒸氣濃度和/或流速在所需限制范圍以外，所述傳感器104通過第一控制器108與第一比例閥112連通。所述第一控制器108增大或者減小施加給第一比例閥112的電壓。通過閉合或者打開比例閥112，載氣的流速(或壓力)或者載氣中前體蒸氣的濃度可以調(diào)節(jié)到所需的值。圖4顯示圖3的輸送系統(tǒng)100的另一個(gè)實(shí)施方式。在此實(shí)施方式中，所述第一比例閥112設(shè)置在輸送裝置102的下游，而不是如圖3所示設(shè)置在上游。該系統(tǒng)還包括壓力調(diào)節(jié)器96和98，所述壓力調(diào)節(jié)器用來促使引入的載氣的壓力降至所述質(zhì)量流量控制器208用來對(duì)反應(yīng)器200供料的壓力水平。參見圖4，可以看到在第一壓力調(diào)節(jié)器96的下游設(shè)置關(guān)閉閥116，進(jìn)入閥120，輸送裝置102，排出閥122，第一比例閥112和化學(xué)傳感器104。因此，所述第一比例閥112設(shè)置在第一壓力調(diào)節(jié)器96的下游，但是設(shè)置在所述第一物流202和第二物流204相接觸的位置的上游。因此，所述第一物流202包括關(guān)閉閥116，進(jìn)入閥120，輸送裝置102，排出閥122和第一比例閥112。所述第一物流202將載氣導(dǎo)向輸送裝置102的入口。所述第二物流204包括第二閥118和管道的線圈212。
所述第一物流202與第二物流204接觸，形成第三物流206。在一個(gè)實(shí)施方式中，在所述第一比例閥112的下游處，所述第一物流202與第二物流204相接觸。所述化學(xué)傳感器104設(shè)置在第一比例閥112的下游。從化學(xué)傳感器104輸出的信號(hào)通過第一壓力/流量控制器108導(dǎo)向第一比例閥112。所述化學(xué)傳感器104與第一比例閥112電連通。在一些情況下，通過將第一比例閥設(shè)置在輸送裝置102的下游，有利于抑制在流過輸送系統(tǒng)100的某些情況下可能會(huì)發(fā)生的濃度振蕩。因?yàn)樵诖藢?shí)施方式中，輸送裝置100中的壓力較高，因此流過輸送裝置100的流量通常較高，以獲得相同的濃度。在一種制造輸送系統(tǒng)100的方法中，所述比例閥112和/或114設(shè)置在輸送裝置102的上游。關(guān)閉閥116和/或118分別設(shè)置在比例閥112和/或114的下游以及輸送裝置102的上游。所述輸送裝置102設(shè)置在受熱的外殼103之內(nèi)。所述進(jìn)入閥120和排出閥122分別設(shè)置在輸送裝置102的入口和出口處。所述化學(xué)傳感器104和壓力傳感器106設(shè)置在輸送裝置102的下游，分別與比例閥112和/或114形成閉合回路。所述輸送系統(tǒng)100通過質(zhì)量流量控制器208與反應(yīng)器200流體連通。所述質(zhì)量流量控制器208設(shè)置在反應(yīng)器200的上游。 所述輸送系統(tǒng)100的優(yōu)點(diǎn)在于，可以以比其他比較裝置更大的流速輸送前體蒸氣的恒定物流。該方法不包括任何反向的流動(dòng)。通過輸送系統(tǒng)100的流動(dòng)包括沿著單獨(dú)方向的流動(dòng)。由此使得載氣和前體蒸氣之間更好地混合，防止固體前體中形成孔。對(duì)于包括反向流的系統(tǒng)，當(dāng)一股流的壓力增至高于另一股流的時(shí)候，會(huì)發(fā)生一些問題。在此情況下，對(duì)反應(yīng)器供應(yīng)的前體蒸氣是不均勻的。還會(huì)導(dǎo)致固體前體發(fā)生不均勻升華，這會(huì)在固體前體中產(chǎn)生孔，這些孔的產(chǎn)生又會(huì)導(dǎo)致向反應(yīng)器供應(yīng)的前體蒸氣不均勻。所述系統(tǒng)100還允許向反應(yīng)器200輸送均勻濃度的前體。該特征使得系統(tǒng)100與能夠在每單位時(shí)間供應(yīng)恒定摩爾數(shù)的其他比較輸送系統(tǒng)區(qū)別開。每單位時(shí)間輸送恒定摩爾數(shù)不一定總是意味著每單位體積具有恒定的摩爾數(shù)，特別是系統(tǒng)中載氣反向流動(dòng)的時(shí)候。此種情況經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致每單位體積輸送到反應(yīng)器的載氣中前體的量發(fā)生浮動(dòng)，由此導(dǎo)致制得的產(chǎn)品不均一。本發(fā)明所述的系統(tǒng)100還使得可以在很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)以均一質(zhì)量流量的方式向反應(yīng)器供應(yīng)前體。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述輸送系統(tǒng)100可以在溫度高于或等于60°C、壓力等于或大于900托(120千帕)的條件下，以等于或大于1500微摩爾/分鐘、優(yōu)選大于或等于1750微摩爾/分鐘、更優(yōu)選等于或大于2000微摩爾/分鐘的速率輸送前體蒸氣，與此同時(shí)，向反應(yīng)器200供應(yīng)載氣的流速保持在等于或大于I標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘(slm)，優(yōu)選等于或大于2標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘，更優(yōu)選等于或大于3標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘。
權(quán)利要求
1.一種輸送系統(tǒng)，其包括 輸送裝置，所述輸送裝置具有入口和出口；所述輸送裝置包含固體前體； 第一比例閥；所述第一比例閥與所述輸送裝置的入口連通；所述第一比例閥根據(jù)施加的電壓進(jìn)行操作，用來控制載氣的第一物流流向所述輸送裝置的流量； 第二比例閥；所述第二比例閥與所述輸送裝置的出口連通；所述第二比例閥根據(jù)施加的電壓進(jìn)行操作，用來控制載氣的第二物流流向所述輸送裝置的流量； 混合裝置；所述混合裝置位于所述輸送裝置的下游，所述混合裝置進(jìn)行操作來將所述第一物流與第二物流混合； 化學(xué)傳感器；所述化學(xué)傳感器設(shè)置在所述混合室的下游，所述化學(xué)傳感器進(jìn)行操作來分析從所述混合室排出的流體物流的化學(xué)含量；所述化學(xué)傳感器與所述第一比例閥連通；以及 第一壓力/流量控制器，所述第一壓力/流量控制器與所述化學(xué)傳感器和第一比例閥操作連通；所述輸送系統(tǒng)進(jìn)行操作，向與所述輸送系統(tǒng)連通的多個(gè)反應(yīng)器輸送基本恒定摩爾數(shù)前體蒸氣/單位體積載氣。
2.如權(quán)利要求I所述的輸送系統(tǒng)，其特征在于，所述混合室與包含所述第一物流的第一管道以及包含第二物流的第二管道流體連通。
3.如權(quán)利要求2所述的輸送系統(tǒng)，其特征在于，所述第一物流和第二物流在彼此接觸之前沿著相反的方向流動(dòng)。
4.如權(quán)利要求2所述的輸送系統(tǒng)，其特征在于，所述第一物流和第二物流不是沿著相反的方向流動(dòng)的。
5.如權(quán)利要求I所述的輸送系統(tǒng)，其特征在于，所述第一物流和第二物流在一個(gè)通道內(nèi)混合，所述通道在第一管道的凸緣和混合室的側(cè)面之間形成。
6.如權(quán)利要求I所述的輸送系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括壓力傳感器和第二壓力/流量控制器；所述壓力傳感器與所述輸送裝置流體連通；所述第二壓力/流量控制器與所述第二比例閥電連通。
7.如權(quán)利要求I所述的輸送系統(tǒng)，其特征在于，所述第一壓力/流量控制器、第一比例閥、輸送裝置、混合室和化學(xué)傳感器處于第一閉合回路中。
8.如權(quán)利要求6所述的輸送系統(tǒng)，其特征在于，所述第二壓力/流量控制器、第二比例閥、混合室和壓力傳感器處于第二閉合回路中。
9.一種方法，所述方法包括 通過輸送裝置將載氣的第一物流傳輸?shù)交旌鲜?；所述輸送裝置包含前體化合物；所述載氣的第一物流的溫度等于或高于20° C; 將載氣的第二物流傳輸?shù)剿龌旌鲜?；所述混合室位于所述輸送裝置下游的位置；以及 在所述混合室中合并所述第一物流和第二物流，形成第三物流；所述第一物流和第二物流在彼此接觸之前沿著彼此相反的方向流動(dòng)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，該方法還包括將信號(hào)從設(shè)置在所述第三物流中的化學(xué)傳感器傳輸?shù)降谝粔毫?流量調(diào)節(jié)器和/或第二壓力/流量調(diào)節(jié)器，所述第一壓力/流量調(diào)節(jié)器進(jìn)行操作來控制第一物流中的載氣的流速，所述第二壓力/流量調(diào)節(jié)器進(jìn)行操作來 控制所述第二物流中的載氣的流速。
全文摘要
一種方法，該方法包括將載氣的第一物流傳輸?shù)桨ü腆w前體化合物的輸送裝置。所述載氣的第一物流的溫度等于或高于20℃。所述方法還包括將載氣的第二物流傳輸?shù)捷斔脱b置下游的位置。所述第一物流和第二物流合并，形成第三物流，使得第三物流中的所述固體前體化合物的蒸氣的露點(diǎn)低于常溫。所述第一物流的流動(dòng)方向,第二物流的流動(dòng)方向以及第三物流的流動(dòng)方向是單向的，不是彼此反向的。
文檔編號(hào)B01J4/00GK102794136SQ20121016482
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月24日
發(fā)明者E·沃克, R·L·小迪卡洛 申請(qǐng)人:羅門哈斯電子材料有限公司