本发明涉及使用于固体递送应用中的固体前驱物，在所述固体递送应用中，挥发固体前驱物以形成用于例如半导体产品、平板显示器、太阳能板、led及光学涂层的制造中的气相沉积工艺的对应前驱物蒸汽，本发明还涉及包括此类固体前驱物的固体递送设备及用于制备并利用此类固体前驱物的过程。
背景技术：
在使用经挥发以形成用于例如半导体产品、平板显示器、太阳能板、led及光学涂层的制造的应用的对应前驱物蒸汽的固体前驱物时，固体前驱物通常呈精细划分形式使用以最大化表面体积比，使得当加热时，对应最大表面积可用于固体到蒸汽形式的相变。
固体前驱物，即在环境温度及压力条件(例如，25℃及1atm压力)下为固体的前驱物，在涉及封装及处理特性、体积考虑、易纯化性及可制造性的许多应用中具有优于替代的液体或气体前驱物的显著优点。
技术实现要素：
归因于固体前驱物在前述应用中的广泛使用，所属领域继续集中于实现在针对此目的而利用的蒸汽产生操作中提供前驱物蒸汽的更高通量的改进，以及此类蒸汽产生操作的热管理的增强，且前驱物呈使更多前驱物能够装载于相同体积的蒸发器中的形式，从而导致蒸汽供应系统的较低的拥有成本(cost-of-ownership)。
本发明涉及使用于固体递送应用中的固体源试剂前驱物，所述固体递送应用用于气相沉积工艺，例如(通过非限制性实例)化学气相沉积、脉冲化学气相沉积、原子层沉积及其中蒸汽用于源材料上的其它方法及技术，本发明还涉及包括此类固体前驱物的固体递送设备及利用此类固体前驱物的过程。
一方面，本发明涉及一种固体源递送前驱物，其可用于挥发以产生用于气相沉积工艺的前驱物蒸汽，所述固体递送前驱物包括压实颗粒前驱物的固体本体。
另一方面，本发明涉及一种固体递送设备，其包括蒸发器，所述蒸发器包括经调适用于固持本发明的固体源递送前驱物的蒸发器器皿。
另一方面，本发明涉及一种固体递送设备，其包括蒸发器，所述蒸发器包括经调适用于固持本发明的固体源递送前驱物的蒸发器器皿。
另一方面，本发明涉及一种固体递送设备，其包括蒸发器，所述蒸发器包括固持本发明的固体源递送前驱物的蒸发器器皿。
本发明的另一方面涉及一种制造设施，其经配置以制造选自由以下各项组成的群组的产品：半导体产品、平板显示器、太阳能板、led及光学涂层，此制造设施包括本发明的固体递送设备，所述固体递送设备经配置以将前驱物蒸汽递送到所述制造设施中的前驱物蒸汽利用工具。
在另一方面中，本发明涉及一种气相沉积工艺，包括挥发本发明的固体递送前驱物以产生对应前驱物蒸汽，及在气相沉积条件下将材料从前驱物蒸汽沉积于衬底上。
本发明的额外方面涉及一种制备本发明的固体递送前驱物的方法，此方法包括在足够的压力下压实颗粒前驱物以将颗粒前驱物固结成单体式固体本体。
将从以下描述及所附权利要求书更完全明白本发明的其它方面、特征及实施例。
附图说明
图1是针对压实前驱物的挥发而使用于本发明的各种实施例中的一种类型的蒸发器的透视图。
图2是针对与相应现有基线形成对照的运转1及2，前驱物蒸汽的通量率(以克每小时(g/hr)为单位)随蒸发器中剩余的前驱物的填充重量(以克为单位)变化的图表，使针对压实前驱物丸粒测量的前驱物蒸汽通量与在现有基线测试中的对应蒸发条件下针对对应较低密度粉末前驱物材料测量的前驱物蒸汽通量对照而绘制为各别运转1及2中的一小时平均数据(◆)及两小时平均数据(■)。
具体实施方式
本发明涉及固体前驱物，其在固体递送中用于形成用于例如半导体产品、平板显示器、太阳能板、led及光学涂层的制造的气相沉积应用的对应蒸汽。本发明涉及固体源前驱物以及含有此类固体源前驱物的固体递送封装，及用于制备并使用此类固体前驱物的过程。
如本发明的背景技术部分中所指示，所属领域通常采用呈精细划分形式(如经加热以形成对应前驱物蒸汽的粉末)的固体前驱物。在此使用中，例如通过使用铣削及研磨操作而最小化颗粒材料的粒子大小，以便最大化表面体积比且提供用于从加热的固体粒子产生蒸汽的最大表面积通常被视为高度合意的。
然而，与此常规常识相反，出乎意料且意外地发现，当为形成例如呈丸粒、薄片、小片、珠粒、圆盘、单块等形式的压实固体本体而高度压实颗粒固体前驱物材料时，此类压实固体本体在用于从前驱物固体产生前驱物蒸汽的挥发操作中经加热时能够产生显著较高水平的前驱物材料通量。此外，作为附属优点，此类压实固体本体能够避免当将对应精细划分的粉末材料用于蒸汽产生时所遇到的粒子运输及“粉化”及固体移位行为，以及放宽对蒸发器器皿中的微细粒子过滤器的要求，所述微细粒子过滤器是必要的以便避免蒸汽中挟带前驱物的微细粒子，所述蒸汽从蒸发器器皿排放以递送到下游前驱物蒸汽利用过程系统。
已证明本发明的优点是，在同一温度及与挥发固体接触的载体气体的同一流动速率下，相对于呈精细划分的粉末形式的对应前驱物可实现的通量，提供经递送前驱物蒸汽通量的至少15％、高达50％及更高的实质性增加。在特定实施例中，经递送前驱物蒸汽通量的增加可为20％、25％、30％、35％、40％或45％中的至少任一者，高达相应较高值，在特定范围中，所述相应较高值可高达40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、100％、200％、500％、1000％或更高。
因此本发明预期压实固体前驱物本体，其相对于呈低密度粉末形式合成的对应前驱物而经基本上压实。在各种实施例中，压实固体前驱物本体可具有如由测量压实材料(例如，呈丸粒、薄片、珠粒、圆盘、单块形式或呈其它压实件形式)的个别件的体密度的比重瓶技术确定的片密度，所述片密度比呈粉末形式的相同质量的前驱物的体密度(其经测量为自由流动粉末的包络密度)高至少15％，且在特定实施例中，压实固体前驱物本体的片密度可比呈颗粒形式的相同质量的前驱物的体密度高至少20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、100％、110％、120％、130％、140％、150％，且达到2000％或更高，其中呈颗粒形式的前驱物的体密度经测量为自由流动粉末的包络密度，且其中压实材料的个别件的体密度可接近所述材料的绝对密度的100％，例如，可至少是所述材料的绝对密度的80％、82％、85％、87％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％及99％。
如在此上下文中所用，呈粉末形式的前驱物的包络密度或体密度通过将自由流动的粉末倒入在其中粉末不进一步经摇晃、压实或固结的容器或“包络体”而确定，使得所确定的密度包含孔、间隙体积及粉末样本中的其它空隙体积。
前驱物材料的绝对密度是在不包含空隙体积的情况下确定的密度，且因此是前驱物材料的无空隙固有密度。
压实前驱物材料本体的片密度是包含压实本体内的任何空隙但不包含压实本体外部的任何空隙体积的压实前驱物材料本体的体密度。
将了解，压实本体内的空隙将取决于压实本体的起始材料所经受的压实的性质及程度而减少。举例来说，起始材料可呈粉末形式，在用于对材料施加压缩并将其固结成单件形式的压缩模具或其它设备中将所述粉末形式的起始材料压缩为产物压实本体。随着压缩力的量值增大，前驱物材料的空隙被进一步“压缩掉”，且压实本体的体密度逐渐变得更接近前驱物材料的固有或真实(绝对)密度。压实可例如通过制粒机、单点压力机、多点压力机、挤出机或经配置以将压实压力施加到起始材料使得起始材料经压实为具有较高密度的单体式本体形式的任何其它适合设备而实现。
压实前驱物材料的单体式本体可具有任何适合尺寸，且作为压缩固体可具有任何适合形状或构造。在各种实施例中，压实前驱物材料可经提供为具有0.2cm或更大的尺寸的单体式本体，虽然在其它实施例中，具有较小大小的压实前驱物材料单体式本体可为优选的。通过说明性实例，各种实施例中的前驱物材料的单体式本体可呈薄片或小片形式，所述薄片或小片具有其各自尺寸在从0.2到2.5cm的范围中且厚度在从0.2到2.5cm的范围中的面。作为另一实例，前驱物材料的单体式本体可呈圆柱形圆块形式，所述圆柱形圆块具有在从2到20cm的范围中的直径，及在从1到4cm的范围中的厚度。压实前驱物材料的单体式本体的形状或构造可为几何规则的或特性不规则的，且通常其可呈适合于在其中采用前驱物材料的特定蒸发器或蒸发环境的任何空间填充几何形式。举例来说，在一些实施例中，前驱物材料的单体式本体可通常等效于或在其它方面符合单体式本体部署于其中的蒸发器容器中的内部体积的尺寸。当采用大量压实单体式本体时，前驱物材料单体式本体的大小及形状可经选择以提供蒸发器的内部体积的最佳空间填充。举例来说，单体式本体可为圆柱形状的丸粒，所述丸粒具有相等的长度(l)及直径(d)尺寸，例如丸粒厚度2mm且直径2mm(即，l/d＝1)。
非限制性实例包含：co、hf、zr、al、ti、w、mo、ba、nb、pb、mg、mn、ta、fe、ni、cu、zn、ga、b、si、ge、sr、la、y、ir、pt、pd、rh、ru、in、sn、bi、y、ce、pr、eu、er、yb、lu及dy、卤化物、羰基化合物、卤氧化物、烷基化合物、醇盐、环戊二烯基化合物、β-二酮酸酯、甲硅烷基化合物、脒基化合物、甲脒化合物、羧酸盐、hfc14、zrc14、a1c13、tic14、wc16、wc15、nbc14、mooc14、nbf4、w(co)6、mo(co)6、co(co)6、co2(co)8、六羰基六氟-2-丁炔二钴、六羰基叔丁基丙炔二钴、二钴六羰基三甲基甲硅烷基丙炔、(co)2cono(cntbu)、(3,3-二甲基-1-丁炔)二鲨基三羰基、羰基钴双(三甲基甲硅烷基乙炔)、二钴六羰基三甲基甲硅烷基乙炔、双(三甲基甲硅烷基)酰氨基钴(ii)、三甲氧基五甲基环戊烯基钛、5-二甲基氨基钽、三甲基铟、双环戊二烯基镁、四甲基锌、四乙基锌、前述的组合物及衍生物以及在20到30℃的环境温度条件及约1atm的环境压力下为固体的任何其它前驱物材料。
用于形成压实前驱物单体式本体的起始材料可呈可压实以形成此类单体式本体的任何适合起始材料形式。优选地，起始材料呈精细划分形式，如粉末或粒状材料。压实为单体式本体时的起始材料必须而后保持充分的结构完整性以供呈此形式的前驱物材料的后续使用。举例来说，压实前驱物材料单体式本体在于使用点处装载到蒸发器中以用于产生前驱物蒸汽时，期望保持充分的结构完整性以在此装载及后续安装及蒸发器的初始使用期间维持单体式本体形式，且有利地具有充分的结构完整性以适应封装及从制造地点到使用点的运输。一般来说，期望贯穿至少初始蒸发操作维持压实前驱物材料的原始单体式本体形式，但在一些例子中，期望形成压实前驱物材料的具有分割层或渐逝区域的单体式本体，使得例如在对压实前驱物材料本体施加热之后，压实材料的较大初始本体划分成较小组成件。
在这方面，如果压实前驱物材料单体式本体在蒸发器器皿的制造点处或填充点处安置于蒸发器中，且经填充蒸发器随后作为闭合器皿运输到使用地点，那么压实材料单体式本体必须在对后续蒸汽产生操作无不利影响的情况下适应此处理及后续运输及在过程设施处(将在所述处产生供使用的蒸汽)的蒸发器器皿安装。因此，优选地，以将贯穿后续蒸发操作的至少一初始阶段维持且具有最小磨损、粉化行为等的形式形成前驱物材料的压实单体式本体。
一般来说，压实材料应充分地自粘附，使得粒子是起始材料的微粒，所述微粒彼此粘结成形成前驱物材料的单体式本体的固结质量块，或替代地，如果压实材料不充分地自粘附以维持单体式形式，那么可向起始材料添加惰性非挥发性粘合剂或其它基质材料以确保在本发明的前驱物材料的生产中圆满实现且维持单体式本体形式。
此例子中的粘合剂或基质材料优选地在压实材料单体式本体为产生前驱物蒸汽而经受的挥发条件下是非挥发性的，或如果在此类条件下是挥发性的，那么期望粘合剂或基质材料的对应蒸气相对于产生的前驱物蒸汽所流向的气相沉积工艺是良性的。粘合剂或基质材料可例如包括非挥发性、非反应性聚合物介质、高纯度、非挥发性碳质材料或者具有高纯度及非挥发性、非反应性特性的其它适合粘合剂或基质材料，所述粘合剂或基质材料有效地将结构完整性赋予给压实前驱物材料，使得其在后续处理、封装及至少初始使用期间保持其单体式本体形式。因此期望粘合剂或基质材料对在其中利用对应前驱物材料的固体递送挥发及气相沉积工艺呈惰性。
在一些例子中，相对于相同起始材料中的同系或在其它方面紧密相关的化合物，起始材料的组合物将对压实前驱物材料单体式本体的形态及物理特性具有影响。举例来说，已发现在一些例子中，具有不同小部分的六氯化钨的五氯化钨与六氯化钨的混合物需要不同程度的压实，以便实现类似的结构完整性及形态特性。将了解，可容易凭经验确定特定压实条件，以针对前驱物起始材料中的相关化合物的特定混合组合物确定最佳压力级及温度条件。尽管预期相关材料的混合物，但纯前驱物材料优选用于产生前驱物蒸汽。
一般来说，前驱物起始材料的压实可在环境或接近环境温度条件下(例如在从15℃到30℃的范围中的温度下)执行，以实现颗粒前驱物起始材料的固结。在一些实施例中，较高温度可用于压实操作中，且在其它实施例中，在前驱物起始材料的压实中的热(高温)处理可能是期望的，以实现颗粒前驱物起始材料的固结。
本发明的一个实施例涉及由固体前驱物颗粒使用段落[0028]中列举的材料中的至少一者通过在20到30℃之间的温度及从大约4800psi到48500psi变化的压力下(大约326到3300atm)压制材料形成压实前驱物化合物。
在本申请案的另一实施例中，段落[0028]的材料的纯组合物的前驱物颗粒材料及尤其单独地形成的组合物用于形成压缩前驱物固体材料，其中所述材料是如此使得其在小于250℃的压缩之后具有升华温度，且可在从大约4800psi到48500psi变化的压力(大约326到3300atm)下被压制。随后，此实施例的优点是其在温度小于250℃时最小化材料分解及开裂，且优选地在温度范围为20到30℃的情况下在压缩期间被采用。此外，在20到250℃的温度下压缩将导致材料密度相对于未压缩形式(例如粉末形式)急剧增加，使得所得压实固体前驱物材料将实现与形成所得压实固体前驱物材料的颗粒材料相关联的晶体密度的至少百分之五十。
在本申请案的另一实施例中，呈粉末形式的基本上纯的或完全纯五氯化钨颗粒在20到30℃之间在大约4,800psi(大约326atm)下压缩。以粉末形式，五氯化钨的密度是0.3到0.5gm/cm3，而应注意，一旦压缩，发现在3.0到3.2gm/cm3之间的密度，其中所述密度是与包括基本上五氯化钨的固体组合物相关联的大约3.8gm/cm3的晶体密度的百分之86。此外，对于本申请案的此实施例，可使用包括大约85％到95％五氯化钨及5％到15％六氯化钨的材料。应进一步注意，结合五氯化钨采用六氯化钨的优点是组合增大了密度且减小了所得压缩固体的开裂。因此，根据此实施例的所得固体前驱物的密度是由相同材料组成的晶体固体的密度的大约百分之80且为粉末形式的密度的至少六倍。
在本申请案的另一实施例中，呈粉末形式的五氯化钨六氯化钨颗粒材料在超过35,000psi的压力下在100℃到175℃之间的温度下被压缩，这可导致具有超过3.5gm/cm3的密度的压缩固体材料。
在本申请案的另一实施例中，呈粉末形式的基本上包括羰基钨的前驱物材料颗粒在20到30℃之间在大约4,800psi(大约326atm)下被压制。所得压缩固体前驱物材料具有大约1.7gm/cm3的密度，而颗粒羰基钨的粉末形式具有1.0gm/cm3的密度，且与羰基钨相关联的晶体密度是大约2.6gm/cm3。因此，所得固体前驱物材料的密度相对于其颗粒形式增加百分之70，且具有羰基钨的纯晶体固体的大约60％的密度。
固体前驱物材料的压缩可通过模压、等静压制通过可在本申请案中另外表述的技术实现或通过使用所属领域中已知的其它形式的压制实现。当在压缩或其它方面期间需要加热时，加热可通过采用电阻加热(电加热带)来实现，可在压缩期间通过应用激光源、电感、应用火焰或气体源通过应用摩擦通过可在本申请案中另外表述的技术实现所期望温度，或通过使用所属领域中已知的其它形式的压制实现所期望温度。
应注意，本申请案的各种实施例的益处是能够增加压缩前驱体材料的密度使得更多材料可被放置在装载器皿内，包含(但不限于)蒸发器器皿。
尽管本发明的压实单体式本体前驱物材料相比于从其形成此压实单体式本体的颗粒材料，可用于实现前驱物蒸汽的更高通量的实现，可在各种工艺条件下利用压实单体式本体，在所述条件下产生等效于或甚至低于此类压实单体式本体的颗粒源材料可实现的通量的通量，但其中压实单体式本体形式的前驱物材料提供例如易于处理及抗颗粒挟带的其它优点。
本发明进一步预期一种制造设施，其经配置以制造需要供应来自本发明的固体递送设备的蒸汽的产物，其中固体递送设备包括含有本发明的固体递送前驱物的蒸发器，且其中制造设施包括呈某种配置的固体递送设备，所述配置用于将蒸汽从固体递送设备的蒸发器递送到制造设施中的蒸汽利用工具。
图1是针对压实前驱物的挥发而使用于本发明的各种实施例中的类型的蒸发器的透视图。
蒸发器10包括器皿12，所述器皿由适合的导热材料(举例来说，例如银、银合金、铜、铜合金、铝、铝合金、铅、镍包层、不锈钢、石墨、涂布碳化硅的石墨、氮化硼、陶瓷材料等中的任一者或此类类型的材料的两者或两者以上的组合物、混合物或合金)制作。器皿还可包括其表面上的保护涂层。
器皿包括一起形成器皿的内部体积的底面14及外接侧壁16。器皿可具促进载体气体穿过器皿的内部体积的平稳流动的任何适合形状。在图1中所示的说明性实施例中，器皿具有圆柱形状。器皿包含其上安装载体气体入口阀20的盖18，所述载体气体入口阀经布置以在阀打开时选择性地将载体气体引入到器皿的内部体积中。
在器皿的内部体积中定位多个经垂直堆叠托盘22。经堆叠托盘彼此隔开且为易于清洁及再填充而可从器皿移除。在器皿内定位内部载体气体下管23，所述内部载体气体下管(例如)通过焊接、铜焊等连接到盖中的与入口阀20相关联的气体入口且将载体气体输送到内部体积的底部，所述底部在经垂直堆叠托盘阵列中的最低托盘下方。在所示的实施例中，下管23通过每一托盘的圆柱套环，所述圆柱套环延伸穿过托盘的底面。为协助确保下管与托盘的底面的接合点处的防泄漏密封，密封o形环38可定位于连续托盘之间。额外外o形环也可用于每一托盘侧壁的顶部表面上的托盘之间的密封。
如所说明，个别托盘22中的每一者具有用以形成托盘腔的底面及侧壁，所述托盘腔用于放置并支撑压实前驱物的单体式本体。托盘优选地由非反应性导热材料(举例来说，例如银、银合金、铜、铜合金、铝、铝合金、铅、镍包层、不锈钢、石墨、涂布碳化硅的石墨、氮化硼、陶瓷材料或前述材料中的两者或两者以上的组合物、混合物或复合物)制作。托盘在蒸发器器皿的内部体积内可彼此呈垂直隔开关系，如连续托盘堆叠。在此托盘堆叠中，贯穿堆叠的相邻托盘之间的间隔可为恒定的，或替代地，托盘可隔开达不同间隔距离，以在蒸发器的操作中提供前驱物材料的最佳消耗，使得蒸发器器皿的内部体积中的前驱物蒸汽产生通量贯穿此内部体积维持于适合的高等级。
当蒸发器器皿内部体积含有前驱物材料支撑托盘阵列时，托盘可彼此相同，或替代地，托盘阵列可包括不同类型的托盘。举例来说，在各种实施例中，托盘可具有由外接侧壁围绕的不同高度，使得由阵列中的不同托盘固持的前驱物材料的压实单体式本体的体积可变化。因此，可采用具有较高侧壁的托盘来固持比由具有较短侧壁的托盘所固持体积更大的前驱物材料的压实单体式本体。
图1所说明的实施例中的个别托盘中的每一者包括多个通管30，其中每一通管包含用于使载体气体移动穿过通管的通路。通管可具有提供穿过其的气体流动的任何形状或配置。优选地，通管是圆柱形状或圆锥形状。各种实施例中的通管从托盘的底面向上延伸且界定与托盘底面中的对应开口连通的中心通路。在其它实施例中，通管以相同方式从托盘的底面向上延伸，但还于托盘下方向下延伸，使得中心通路由通管围封，例如，作为通管在托盘的底面上方及下方的中心孔。
通管可以任何适合方式(例如，通过焊接、铜焊、机械紧固件附接、压入配合、锻造等)固定到托盘的底面。在替代方案中，通管可整体形成为托盘底面的部分。在特定实施例中，通管中的每一者的高度与托盘侧壁的高度近似相同，虽然预期其中通管中的每一者的高度大于或小于此侧壁的其它实施例。
相应托盘的侧壁可具有足够高度，使得托盘可堆叠以形成蒸发器的器皿的内部体积中的垂直延伸的堆叠阵列。
在另外实施例中，托盘可不制作有侧壁，且可借助于器皿的内壁表面上的支撑件、由圆周密封垫片或其它安装结构或元件而安装于内部体积中。预期额外实施例，其中托盘呈彼此垂直隔开关系而安装为组合件。举例来说，托盘可在蒸发器的组装及拆卸期间于框架或其它定位结构上安装为单体式阵列，所述单体式阵列视需要插入到器皿的内部体积中及从所述内部体积撤回。
在一个特定实施例中，托盘中的每一者具有外接侧壁，且每一通管的高度小于托盘侧壁的高度，借此在通管的末端上方提供头部空间供气体在相应托盘内扩散及循环。
替代地或另外，托盘可在其中制作有多孔开口，其中前驱物的压实单体式本体支撑于托盘的顶部表面上，其中载体气体流动穿过通管及/或多孔开口，以在蒸发器的操作期间吸收从前驱物的压实固体本体挥发的前驱物蒸汽。将理解，存在于托盘结构中的通管及/或多孔开口的尺寸是如此以便保持前驱物的压实固体本体支撑于托盘上。在各种其它实施例中，托盘中的每一者或(替代地)托盘中的一或多者可由多孔玻璃质材料(例如经烧结金属基质或经烧结陶瓷基质材料)形成，从而提供渗透通道，气体可在蒸汽产生操作中流过所述渗透通道，且压实前驱物材料支撑于所述渗透通道上。
多孔玻璃质还可用于蒸发器设备的前驱物蒸汽出口处，以过滤排放的前驱物蒸汽使得其在所期望程度上不含颗粒。多孔玻璃质还可用于蒸发器设备的载体气体入口处，以对应地过滤为与前驱物材料的压实单体式本体接触而经引入到蒸发器设备的载体气体。
在各种实施例中，每一通管从托盘的底部向上垂直地延伸到可例如在从约0.5mm到约5mm的范围中、且更优选地在从约1.5mm到约3.0mm的范围中的高度。
如图1中所示，通管在每一托盘中的定位可与通管在相邻托盘中的位置略有偏移，借此在载体气体与前驱物蒸汽的所得气体混合物运输穿过通管进入下一相邻托盘区域之前迫使载体气体在托盘内循环以使载体气体与前驱物的压实固体本体接触。通过此布置，使载体气体与前驱物的压实固体本体接触的多个层允许载体气体以高效率的方式变得饱和。
蒸发器10的大小可取决于将供应到下游流体利用装备(例如化学气相沉积(cvd)设备、脉冲cvd设备、原子层沉积(ald)设备、离子植入系统、溅镀设备或气相外延设备)的蒸汽的量而大幅变化。在各种实施例中，蒸发器具有圆柱构造，所述圆柱构造具有可在从3到6英寸的范围中的内径。蒸发器器皿的内部体积中的托盘的数目将由蒸发器的大小确定。在各种实施例中，三到五个托盘围封于蒸发器器皿中。
含有大量托盘的蒸发器可经加热且保持在适合于待蒸发的前驱物的压实固体所期望温度、从蒸发器递送到下游前驱物蒸汽利用设施的载体气体混合物中的前驱物蒸汽的所期望浓度及用于蒸发操作中的一组特定操作条件。
蒸发器器皿的加热可以任何适合方式进行。在一个实施例中，带状加热器缠绕蒸发器。在另一实施例中，采用具有覆盖蒸发器的至少大部分外表面的形状的块状加热器来加热蒸发器器皿。在另一实施例中，高温下的热传导流体可与蒸发器器皿的外表面接触，以实现对其加热。另一实施例涉及通过照射于蒸发器器皿上的红外线或其它辐射能量而加热。在固体递送过程的特定实施方案中必要或期望时，还可加热与蒸发器器皿相关联的流量电路或者所选择的组件或其部分。
在另一实施例中本发明预期，通过热气体在器皿中的循环而加热源试剂，以实现蒸发器中的前驱物的压实固体本体的对流加热。
加热蒸发器器皿的方法不受特定限制，只要蒸发器借此达到用于挥发前驱物的压实固体本体的所期望温度等级且以准确且可靠方式维持于此温度等级处即可。
期望以热均匀的方式加热蒸发器器皿，使得器皿的内部体积中的温度偏差最小化。在特定实施例中，其中托盘与壁直接热接触，经由来自壁的热传导而加热此类托盘提供一种用以蒸发托盘上的前驱物的压实固体本体的方便且有效的方法。
在一些应用中可期望，利用蒸发器器皿的内部体积中的经增加表面积结构来增强前驱物的压实固体本体的加热的程度及速率，以用于其挥发。
作为用于实现前驱物的压实固体本体的高效蒸发的另一手段，可在将载体气体引入到蒸发器器皿的内部体积之前加热载体气体，以协助前驱物的压实固体本体的加热及其挥发。举例来说，将载体气体供应到入口阀20的流量线可为热跟踪的，或以其它方式经受加热，以实现载体气体以所期望温度等级递送到蒸发器器皿。
在一些应用中可期望，蒸发器器皿具有较大热质量，以便在处理期间维持更一致的温度。用于给定应用中的蒸发器的特定温度将取决于下游前驱物蒸汽利用设备(例如，cvd设备、ald设备或离子植入系统及特定类型)的操作条件、蒸汽压力及所提供的前驱物的压实固体本体的量。在各种实施例中，可采用在适合范围中或适合值(例如，在从约40℃到约300℃的范围中、在从200℃到300℃的范围中，或在其它特定温度范围中)的蒸发器温度。
在特定实施例中，利用前驱物的压实固体本体的蒸发器递送系统可各进一步包括：用于将载体气体供应到蒸发器器皿的线；用于从蒸发器器皿排放源试剂蒸汽的线；流量电路组件，例如流量控制阀、质量流量控制器、调节器、流量限制孔元件、热电偶、压力换能器、监测及控制装置、用于将热能输入到蒸发器器皿的加热器、用于维持载体气体供应线及源试剂蒸汽排放线中的温度的加热器等。
在一些实施例中，对前驱物蒸汽排放线进行加热以维持比蒸发温度高的温度，以便防止此类排放线中的冷凝。排放线的加热程度可具有任何适合等级，所述等级提供避免冷凝的必要安全裕度。举例来说，在特定应用中，可将线加热到超过前驱物材料的蒸发温度5℃到10℃的温度。在其它实施例中可期望，将前驱物蒸汽排放线加热到接近但小于前驱物蒸汽的分解温度的高温度。
应了解，根据本发明的用于挥发前驱物的压实固体本体的蒸发器设备可具有广泛变化的类型，且可类似于或(替代地)显著地不同于结合图1说明性描述的特定蒸发器。举例来说，蒸发器可利用其它支撑结构用于前驱物的压实固体本体，或替代地可包括与前驱物的压实固体本体的床完全包装在一起而在器皿的内部体积中无特定辅助支撑结构或表面的蒸发器器皿。
参考如说明本发明的特定实施例的下文非限制性实例更完整展示本发明的压实前驱物的特征及优点。
实例1
五氯化钨的压实丸粒由此前驱物的粉末形式的起始材料制备，所述起始材料在粒化之前具有40到90μm的粒子大小及0.3到0.5g/ml的粉末密度。施加到初始粉末材料的压力是4800psi。所得丸粒是具有圆柱形式的圆盘形状，其具有13.8mm的直径及2.0到2.7mm的厚度。丸粒的密度从3到3.2g/ml变化。一千克(1kg)的丸粒装载于megavaptm蒸发器(美国马萨诸赛州比勒利卡的entegris公司)中且经加热以产生对应前驱物蒸汽。比较结果与对应现有测试(“现有基线”)，其中在相同加热条件下将一千克(1kg)的粉末形式起始材料引入到相同蒸发器以产生前驱物蒸汽。
在两组不同的工艺条件下进行连续运转。第一组工艺条件(运转1)包含用于产生前驱物蒸汽的蒸发器的操作，所述操作持续4小时的周期，以165℃的蒸发器温度、穿过蒸发器的以每分钟500标准立方厘米(sccm)的体积流率的氩载体气体流、以60托(torr)的蒸发器压力，其中载体气体预加热(+5℃)、蒸发器阀加热(+10℃)且排放气体线加热(+20℃)。第二组工艺条件(运转2)包含用于产生前驱物蒸汽的蒸发器的操作，所述操作持续4小时的周期、以160℃的蒸发器温度、穿过蒸发器的以每分钟200标准立方厘米(sccm)的体积流率的氩载体气体流、以15托的蒸发器压力，其中载体气体预加热(+5℃)、蒸发器阀加热(+10℃)且排放气体线加热(+20℃)。
连续测试的结果展示于图2中，其中针对与相应现有基线形成对照的运转1及2中的每一者，将前驱物蒸汽的通量率(以克每小时(g/hr)为单位)绘制为随蒸发器中剩余的前驱物的填充重量(以克为单位)变化。使针对压实前驱物丸粒测量的前驱物蒸汽通量与在对应蒸发条件下针对对应粉末前驱物材料测量的前驱物蒸汽通量对照而将图2中的数据绘制为相应运转1及2中的一小时平均数据(◆)及两小时平均数据(■)。
对于运转1中的4小时的蒸发器操作周期，来自含有经粒化前驱物的蒸发器器皿的前驱物蒸汽通量始终为前驱物蒸汽在从56到62g/hr的范围中，对比于41.9g/hr的现有基线前驱物蒸汽通量，从而表示前驱物蒸汽通量的34到48％的增大，其中平均增大超过40％。
对于运转2中的4小时的蒸发器操作周期，来自蒸发器器皿的前驱物蒸汽通量在蒸发器操作的初期时基本上超过80g/hr的现有基线前驱物蒸汽通量值，其中针对使用经粒化前驱物的蒸汽产生的初始一小时平均值比现有基线值高15％，且其中针对使用经粒化前驱物的蒸汽产生的初始2小时平均值约比现有基线值高10％。
运转2中的经粒化前驱物的相应通量等级显示到现有基线值以下等级的连续下降，但与运转1数据的此不一致归因于蒸发器在蒸发器的操作中处于早期固体消耗点处，这是因为运转1中的蒸发器完全装载经粒化前驱物，而运转2中的蒸发器所含有的经粒化前驱物的量小于70％且以比运转1中所执行基本上高的通量等级较快地消耗。然而数据展示，通过恰当地选择工艺条件，使用本发明的压实前驱物有可能实现来自蒸发器器皿的相比于使用粉末化前驱物可实现的通量等级显著更高等级的前驱物蒸汽通量。
虽然本文中已参考特定方面、特征及说明性实施例陈述本发明，但将了解，本发明的利用不因此受限，而是扩展到且涵盖众多其它变化、修改及替代实施例，如应在基于本文中描述的基础上向所属领域的一般技术人员所提议。对应地，如后文主张的本发明希望在其精神及范围内被广泛地理解及解译为包含全部此类变化、修改及替代实施例。