专利名称:消分馏的方法和装置的制作方法
本发明和以几种液态物质为原料的气相化学反应，特别是掺杂的气相化学淀积技术领域：
相关。
为了消除液态掺杂剂在基质液(指硅外延用的SiCl4，GaAs外延用的AsCl3等，文中均同)的分镏问题，H.C.Theuerer在J.Electrochem.Soc.109(1962)P742上曾提出稳态蒸发法，每次外延前都要予先生成稳态，而这种稳态又受温度和流量的影响。应当指出稳态的生成是困难的。后来，R.Nuttall在J.Electrochem.Soc.111(1964)P317上又提出补偿瓶法，补偿瓶只适用于双元溶液中掺杂剂的蒸气压低的场合，且不能消除控制误差累积引起的漂移，加之低温控制的困难，费用的昂贵，由于这种种原因，消分镏技术未获成功，工业生产中人们不得不使用价格是液态掺杂剂百倍、千倍又不稳定、不安全、纯度差的气态掺杂剂。本发明的目的，就是解决前人没解决好的分镏问题。
本发明的原理是向蒸发液中随时补充与被气流带走的相同成分等量液体，以维持蒸发液原有组成和总量不变。
因而，必需有两种成分不同的液体，蒸发液和调节液。在低流速、气液两相达到平衡的场合，调节液就是与蒸发液相平衡的气相成分，若掺杂剂在蒸发液中的摩尔分数浓度为Xd，对于半导体掺杂，掺杂剂在调节液中的摩尔分数浓度Xd′，就有如下简单关系X′d≈PdXdrdPf]]>
式中Pf、Pd分别为基质液和掺杂剂在使用温度下的饱和蒸气压，γd为掺杂剂在该温下该浓度时的活度系数。在高流速、未达平衡的场合，我们必需实测自蒸发瓶中被气流带走的气相成分，来确定调节液的组成。
基于这个原理，可以设计出用于不同场合的各种结构的消分镏装置，以实现等量随时地添加。下面是专为半导体掺杂设计的。
这是由恒液面装置改造而实现的。图中除特殊指明外，全部材料用石英。蒸发液瓶(1)通过注液管道(5、6、7、8)和给气管道(9、11、12、13)和上面较细的园柱状调节液瓶(2)相连。进气管(3)为鼓泡式，鼓泡有将随时注入的调节液混匀之效。出气管(4)在对侧。注液管下部(5)是一个弄成螺旋形的细管，出口端在液层中心。注液管中部软接的F-46管(6)为减少应力，且其外部的夹止阀(7)能够把管道夹扁至液体不通过。注液管上部(8)用细孔石英棒制成。给气管的下端(9)为一φ外7mm薄壁石英管斜切口，其外套加的短石英管(10)是为防止鼓泡时液面波动影响恒液面控制。其上方软接的一小段F-46管或氟橡皮管(11)为减少应力，通过二通活塞阀(12)和上面细孔石英棒制成的管道(13)相连。其上口(17)和瓶(2)相接。注液管和给气管的变细、盘曲和加阀门，都是为防止两种溶液间的浓差扩散。调节液加料口(14)为一外磨口，上方为一二通活塞阀(15)相封。所有磨口都涂以少量抗腐蚀密封油，瓶(2)外的标尺(16)是为观察液面下降速度以监视恒液面装置的运行情况，因为使用当中蒸发液瓶是放在恒温槽中看不见的。蒸发液和调节液的配制，可参阅专利文献《配制液态掺杂剂稀溶液的气体载运方法及其装置》。
消分镏装置使用前的予操作有以下三步1、装料。关闭阀(7)阀(12)。蒸发液严格控制装到给气管道下端口(9)。调节液自磨口(14)加入直到接近给气管上口(17)。封以阀(15)。
2、排除空气。打开阀(7)和阀(15)，让调节液充满整个注液管，直至下端流出少许液体止，关死阀(7)。调节液瓶排气，自阀(15)注入氢，经给气管道(13、12、11)由给气管道口(9)排出，然后关闭阀(15)阀(12)。蒸发液瓶排气，自进气管(3)经出气管(4)排出。
3、放空。打开阀(12)阀(7)，模拟正常使用条件使载气自管(3)经管(4)排出。放空能校正调节液与蒸发液间的失配，这在开始使用及更换使用条件(流速、温度等)都很有用。放空掉液体的多少和失配的严重程度、杂质和基质液蒸气压相差的多少、蒸发液的总量等因素有关，由于自蒸发瓶中输出的气相成分(除载气)，随使用总是追踪调节液的组成，因此，顶重要的是弄清反应管中到底需要怎样的气相组成，调节液就是这种需要的成分。
停止使用时必需关死阀(7)阀(12)。
本发明有以下优点1、适用于多元溶液。
2、有追踪特性，稳定性好。
3、装置成本低。
它的经济效果是明显的。本发明和《配制液态掺杂剂稀溶液的气体载运方法及其装置》一起使用，一方面能扩大价格低的液体掺杂剂的使用面，提高工业生产中的重复性和稳定性;另一方面，能简化系统中的复杂昂贵管路。它能解决当前突出的以BCl3掺于SiCl4中的硅P型外延问题，从长远来说，本方法将在许多领域中有广泛地应用。
权利要求
1.消分馏，为的是保持自蒸发液输出的气相成分不变，本方法的特征是随时补充与被气流带走的成分相同、体积相等的液体。
2.根据权利要求
1所述方法，其特征是需要两种成分不同但互相匹配的溶液蒸发液及在使用条件下和它成动态平衡的气相成分组成的调节液。
3.使用如权利要求
1所述方法的装置，为一恒液面装置，其特征是防扩散，下方的蒸发液瓶通过按顺序连接的下端为斜切口的φ外7mm薄壁石英管、软管、二通活塞、细孔石英棒组成的给气管道，和通过顺序连接的螺旋石英细管、软管及其外的夹止阀、细孔石英棒组成的注液管道分别和上方的调节液瓶相连。
4.根据权利要求
1所述方法，其特征是该装置运转前的予操作，由装料、排除空气、放空三步组成，特别是通过放空来校准调节液和蒸发液最终失配的方法。
专利摘要
本发明和以几种液态物质为原料的气相化学反应，特别是掺杂的气相化学淀积技术领域：
相关。为消除分馏，向蒸发液中随时补充与被气流带走的成分相同，体积相等的液体。此法适用于多元溶液，稳定性好，装置成本低。
文档编号H01L21/205GK86104713SQ86104713
公开日1988年1月27日 申请日期1986年7月10日
发明者杨韧 申请人:杨韧导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan