DE3339625C2

DE3339625C2 -

Info

Publication number: DE3339625C2
Application number: DE19833339625
Authority: DE
Inventors: Georg Dr. 5100 Aachen De Gaertner; Helmut 5190 Stolberg De Grosche
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1983-11-02
Filing date: 1983-11-02
Publication date: 1991-01-31
Also published as: GB2151662B; JPH0530908B2; FR2554131A1; GB2151662A; DE3339625A1; FR2554131B1; JPS61110766A; GB8427276D0

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anreichern eines Trägergases oder Trägergasgemisches mit dem Dampf oder den Dämpfen eines wenig flüchtigen, in Form kleiner fester Teilchen vorliegenden Stoffes oder Stoffgemisches, mit einem Gefäß mit einem beheizbaren Innenraum zur Aufnahme des Stoffes oder Stoffgemisches, der mit einer Zuleitung für das Trägergas und einer Ableitung für das angereicherte Trägergas versehen ist, wobei die Leitungen derart in den Innenraum münden, daß das Trägergas bei Betrieb der vorrichtung durch den Stoff oder das Stoffgemisch hindurchströmt.The invention relates to a device for enriching a Carrier gas or carrier gas mixture with the steam or Steaming a little volatile, in the form of small solid Particles of the substance or mixture of substances present, with a Vessel with a heated interior to hold the Substance or mixture of substances with a feed line for the Carrier gas and a discharge for the enriched Carrier gas is provided, the lines in such a way in the Interior open that the carrier gas when operating the device through the substance or mixture of substances flows through.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-OS 31 36 895 bekannt. Die bekannte Vorrichtung besteht aus einem verdampfergefäß mit Deckel. Innerhalb des Verdampfer gefäßes befindet sich ein Sieb, auf dem beim Betrieb der vorrichtung ein pulverförmiger Ausgangsstoff liegt. Unterhalb des Siebes bzw. in dessen Bereich ist im Verdampfergefäß ein Heizelement angeordnet. Von einem Trägergas-Vorratsbehälter führt eine Zuleitung zum Verdampfergefäß, in das die Zuleitung unterhalb des Siebes mündet. Vom Innenraum des Verdampfergefäßes oberhalb des Siebes führt eine Dampf-Ableitung zu einem Reaktor, in dem eine reaktive Abscheidung aus der Gasphase stattfindet, in dem also ein CVD-Verfahren durchgeführt wird. Die Untersuchungen, die zur Erfindung geführt haben, befaßten sich mit der Anreicherung von Trägergasen mit Gasen für die reaktive Abscheidung insbesondere von Selten erdmetallen (III B-Metallen) bzw. Seltenerdmetall verbindungen (III B-Verbindungen), speziell von Thorium und Thoriumverbindungen, aus der Gasphase. Da die entsprechenden Ausgangsverbindungen für das CVD-Verfahren in der Regel als metallorganische Verbindungen bei Zimmertemperatur pulverförmig vorliegen - nur solche sind bei leichtem Erhitzen schon etwas flüchtig -, wird die Ausgangsverbindung mit einem Trägergas zu einer Substratoberfläche transportiert, auf der Schichten abgeschieden werden sollen. Das Trägergas, vorzugsweise ein Edelgas, insbesondere Argon, durchströmt einen Sättiger, der mit der pulverförmigen Ausgangsverbindung gefüllt ist und auf eine geeignete Temperatur aufgeheizt ist.Such a device is from DE-OS 31 36 895 known. The known device consists of a evaporator flask with lid. Inside the evaporator vessel is a sieve on which the device is a powdered starting material. Below the sieve or in its area is in Evaporator vessel arranged a heating element. Of a Carrier gas storage container leads to a supply line Evaporator vessel into which the supply line is located below the sieve flows. From the interior of the evaporator vessel above the Siebes leads a steam discharge to a reactor in which reactive deposition from the gas phase takes place in which is a CVD process. The investigations that led to the invention dealt with the enrichment of carrier gases with gases for the reactive deposition, especially of rare ones earth metals (III B metals) or rare earth metal compounds (III B compounds), especially of thorium and Thorium compounds, from the gas phase. Because the corresponding Starting compounds for the CVD process usually as organometallic compounds at room temperature are in powder form - only those are light Heating somewhat volatile - becomes the starting compound with a carrier gas to a substrate surface transported on which layers are to be deposited. The carrier gas, preferably an inert gas, in particular argon, flows through a saturator, which with the powder Output connection is filled and on a suitable Temperature is heated.

Die aus der DE-OS 31 36 895 bekannte Vorrichtung hat den Nachteil, daß sie nur einen kurzen Durchströmungsweg des Gases durch das gasbildende Material aufweist. Die Ausbeute an Reaktionsgas für das CVD-Verfahren bzw. dessen Konzentration im Gasstrom sind dementsprechend niedrig.The device known from DE-OS 31 36 895 has the Disadvantage that they have only a short flow path of the Has gas through the gas-forming material. The yield of reaction gas for the CVD process or its Concentrations in the gas stream are accordingly low.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art, insbesondere einen Sättiger, zu schaffen, die bzw. der einen langen Durchströmungsweg aufweist.The invention has for its object a device of the type mentioned, in particular a saturator create a long flow path having.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gefäß einen herausnehmbaren, genau passenden Metallkörper enthält, daß in mindestens eine Außenwandung des Metall körpers mindestens eine Rille eingearbeitet ist und daß diese Außenwandung mit einer Innenwandung des Gefäßes derart in Berührung steht, daß die Rille den genannten Innenraum bildet.This object is achieved in that the A removable, precisely fitting metal body contains that in at least one outer wall of the metal body is incorporated at least one groove and that this outer wall with an inner wall of the vessel in such a way is in contact that the groove said interior forms.

Um einen möglichst langen Durchströmungsweg zu erreichen, muß die Rille möglichst lang sein. Hierfür ist es zweck mäßig, daß die Rille spiralförmig oder zickzackförmig oder mäanderförmig gewunden ist. In order to achieve the longest possible flow path, the groove must be as long as possible. It is for this purpose moderate that the groove spiral or zigzag or is meandering.

Die Außenwandung des Metallkörpers, in die die Rille eingearbeitet ist, steht vorzugsweise mit dem Boden des Gefäßes in Berührung. Hieraus ergibt sich, daß die Rille vorzugsweise in die Unterseite des Metallkörpers eingearbeitet ist. Es ist aber auch möglich, die Rille in die Seitenwände des Metallkörpers einzuarbeiten.The outer wall of the metal body into which the groove is incorporated, preferably stands with the bottom of the Vessel in contact. It follows that the groove preferably in the bottom of the metal body is incorporated. But it is also possible to groove in incorporate the side walls of the metal body.

Um zu verhindern, daß Teilchen des Stoffes oder Stoffgemisches vom Trägergas mitgerissen werden, ist es zweckmäßig, zwischen der Gasableitung und dem Innenraum einen gasdurchlässigen Körper anzuordnen.To prevent particles of the substance or Mixture of substances are carried away by the carrier gas, it is Appropriately, between the gas discharge and the interior to arrange a gas permeable body.

Die Vorrichtung nach der Erfindung hat den Vorteil, daß sie sich auf einfache Weise mit dem feinteiligen dampfbildenden Stoff oder Stoffgemisch, z.B. einem Pulver, füllen läßt. Beispielsweise wird zum Füllen eines erfindungsgemäßen Sättigers die in die Unterseite eines Kupferblocks eingearbeitete Rille bis zum Boden einer mit dem Pulver gerade ausreichend gefüllten Wanne oder Pfanne aus V2A-Edelstahl eingedrückt. Die so gefüllte Rille wird bei Betrieb vom Trägergas durchströmt.The device according to the invention has the advantage that it easily with the fine-particle vapor-forming Substance or mixture of substances, e.g. a powder. For example, to fill an inventive Saturator in the bottom of a copper block incorporated groove to the bottom of one with the powder just enough filled tub or pan V2A stainless steel pressed in. The groove filled in this way becomes Carrier gas flows through operation.

Eine spiralförmige Ausbildung der Rille hat den zusätzlichen Vorteil, daß vermittels einer Drehbewegung in Spiralaußenrichtung eine dichte Füllung der Rillen mit dem Pulver erreicht wird und zugleich der Bodenkontakt der Aufsatzflächen recht gut wird.A spiral shape of the groove has the additional Advantage that by means of a rotary movement in Spiral outer direction a tight filling of the grooves with the Powder is reached and at the same time the ground contact Top surfaces will be pretty good.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der, daß sich ihre Teile nach Herausnahme des Metallkörpers leicht reinigen lassen.Another advantage of the device according to the invention is of that their parts after removing the metal body easy to clean.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in einer Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. In der Zeichnung zeigen: Some embodiments of the invention are in one Drawing shown and will be described in more detail below explained. The drawing shows:

Fig. 1 einen Sättiger im Schnitt, Fig. 1 a saturator in section,

Fig. 2 einen herausnehmbaren Metallkörper (Metalleinsatz) mit spiralförmiger Rille und Fig. 2 shows a removable metal body (metal insert) with a spiral groove and

Fig. 3 einen herausnehmbaren Metallkörper (Metalleinsatz) mit mäanderförmiger Rille. Fig. 3 shows a removable metal body (metal insert) with a meandering groove.

Die zeitliche Abfolge der Inbetriebnahme des Sättigers nach Fig. 1 verläuft folgendermaßen: Zuerst wird in eine Pfanne 1 aus Edelstahl feines gas bildendes Pulver eingefüllt. Anschließend wird ein genau passender Kupferblock 2 mit einer in dessen Unterseite eingearbeiteten Spiralnut oder Spiralrille 3 fest auf das Pulver aufgedrückt, und zwar mit einer Drehbewegung entgegen der späteren Strömungsrichtung, und passend zum Trägergas einlaß 4 mit einem Stift (nicht dargestellt) verankert. Der Gasaustritt 5 liegt in der Mitte des Kupferblocks und enthält ein Maschengitter und davorgestopfte Al₂O₃-Wolle. Dieses kombinierte Sieb soll einen Austritt des Pulvers verhindern. . The timing of the start of the saturator of Figure 1 is as follows: First, in a pan 1 is made of stainless steel fine gas-filled forming powder. Subsequently, a precisely fitting copper block 2 is firmly pressed onto the powder with a spiral groove or spiral groove 3 worked into its underside, with a rotational movement counter to the later flow direction, and anchored to the carrier gas inlet 4 with a pin (not shown). The gas outlet 5 is in the middle of the copper block and contains a mesh and Al ₂ O ₃ wool stuffed in front of it. This combined sieve is intended to prevent the powder from escaping.

Über dem Kupferblock 2 kann noch ein weiterer Kupfereinsatz, z.B. ein Hohlzylinder mit Abschluß und Austrittsöffnung (nicht dargestellt), eingesetzt und mit einem Bajonett verschluß mit festem Andruck auf dem Sättigerblock festgeklemmt werden. Der Raum zwischen Kupfereinsatz und Sättigerblock stellt dann eine Mischkammer für weitere CVD-Ausgangsgase dar. Über deren Austrittsdüse kann dann das zu beschichtende Substrat in einem Reaktor angeordnet werden (nicht dargestellt).Yet another use of copper, for example can the copper block 2, a hollow cylinder with the conclusion and exit port (not shown), and inserted with a bayonet lock with a fixed contact pressure on the saturator be clamped. The space between the copper insert and the saturator block then represents a mixing chamber for further CVD starting gases. The substrate to be coated can then be arranged in a reactor (not shown) via its outlet nozzle.

In Fig. 2 ist ein Metallkörper 2 mit spiralförmiger Rille 3 und in Fig. 3 ein Metallkörper 2 mit mäanderförmiger Rille 3 dargestellt, wobei der Trägergaseinlaß mit 4 und der Gasaustritt mit 5 bezeichnet sind. In FIG. 2 is a metal body 2 with a spiral groove 3 and in Fig., A metal body 2 shown with a meandering groove 3 3, wherein the carrier gas inlet to the gas outlet 4 and are designated 5.

Die Außenwände von Sättiger und Reaktor bestehen aus V2A-Edelstahl und sind hochvakuumdicht ausgeführt. Sie befinden sich in einem Ofen mit getrennter Heizung für den Sättiger und für den Reaktor und die Mischkammer. Letztere befinden sich bei Betrieb auf etwas höherer Temperatur als der Sättiger, um einen Wandniederschlag der III B-Ausgangs verbindung zu vermeiden. Nach einer Reihe von Beschichtungen ist in der Regel eine Reinigung der Sättigeranordnung und ein erneutes Füllen mit der Ausgangsverbindung notwendig, da viele der verwendeten pulverförmigen metallorganischen Ausgangsverbindungen in der Nähe des Schmelzpunktes schon zu dissoziieren beginnen, aber gerade dort auch den höchsten auf die Dauer realisierbaren Dampfdruck aufweisen. Außerdem kann eine sukzessive Zersetzung durch Kontakt mit den beim CVD-Verfahren entstehenden aggressiven Verbindungen (z.B. WF₆ und HF) verursacht werden.The outer walls of the saturator and reactor are made of V2A stainless steel and are designed to be highly vacuum-tight. They are located in an oven with separate heating for the saturator and for the reactor and the mixing chamber. The latter are at a slightly higher temperature than the saturator during operation in order to avoid wall precipitation of the III B output connection. After a series of coatings, it is generally necessary to clean the saturator arrangement and refill it with the starting compound, since many of the powdered organometallic starting compounds used begin to dissociate near the melting point, but it is precisely there that the highest long-term vapor pressure can be achieved exhibit. In addition, a gradual decomposition can be caused by contact with the aggressive compounds (eg WF ₆ and HF) that arise during the CVD process.

Die gesamte Anordnung kann zu Reinigungszwecken mit wenigen Handgriffen auseinandergenommen und mittels einer Bürste in verdünnten Lösungen von Detergentien gereinigt werden, mit anschließendem Nachspülen mit Wasser und Äthanol.The entire arrangement can be cleaned with a few Disassembled handles and in with a brush diluted solutions of detergents are cleaned with then rinse with water and ethanol.

Bei der Anwendung des Sättigers wurden als pulverförmige Ausgangsverbindungen Thoriumacetylacetonat (Th(AA)₄) bzw. Thoriumtrifluoracetylacetonat (Th(3FAA)₄) und als Trägergas Argon verwendet. Die Sättigertemperatur betrug bei der Füllung mit Th(AA)₄ 160°C ± 5°C bzw. 100 bis 120°C bei Th(3FAA)₄-Füllung; die Reaktortemperatur lag 20°C über der Sättigungstemperatur. Als Abscheidungsgeschwindigkeiten für die Thorium enthaltenden Schichten wurden etwa 0,1 bis 0,4 µm/min erzielt, die bei Th(AA)₄ bei der jeweils dritten Beschichtung stark abnahmen und bei Th(3FAA)₄ etwa 6 Beschichtungen lang realisiert werden konnten, wobei die Dauer einer Beschichtung höchstens 4 Stunden betrug.When using the saturator, thorium acetylacetonate (Th (AA) ₄ ) or thorium trifluoroacetylacetonate (Th (3FAA) ₄ ) were used as powdered starting compounds and argon was used as the carrier gas. The saturator temperature for filling with Th (AA) _{4 was} 160 ° C ± 5 ° C or 100 to 120 ° C for Th (3FAA) ₄ filling; the reactor temperature was 20 ° C above the saturation temperature. The deposition rates for the thorium-containing layers were about 0.1 to 0.4 μm / min, which decreased significantly with Th (AA) ₄ with the third coating in each case and could be realized with Th (3FAA) ₄ for about 6 coatings, the duration of a coating was at most 4 hours.

Claims

1. Device for enriching a carrier gas or carrier gas mixture with the vapor or vapors of a non-volatile substance or substance mixture present in the form of small solid particles, with a vessel with a heated interior for receiving the substance or substance mixture, which has a feed line for the carrier gas and a discharge line for the enriched carrier gas is provided, the lines opening into the interior in such a way that the carrier gas flows through the substance or mixture of substances during operation of the device, characterized in that the vessel ( 1 ) has a removable, precisely fitting metal body ( 2 ) contains that a groove ( 3 ) is incorporated in at least one outer wall of the metal body and that this outer wall is in contact with an inner wall of the vessel in such a way that the groove forms the interior mentioned.

2. Device according to claim 1, characterized in that the groove ( 3 ) is spiral or zigzag or meandering.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the outer wall of the metal body ( 2 ), into which the groove ( 3 ) is incorporated, is in contact with the bottom of the vessel ( 1 ).

4. Apparatus according to claim 1, 2 or 3, characterized in that a gas-permeable body is arranged between the gas discharge line ( 5 ) and the interior ( 3 ).