気化器、薄膜形成装置及びＭＯＣＶＤ装置
【課題】 原料溶液が均一に分散した気化ガスを得ることができるＭＯＣＶＤ用気化器及
び原料溶液の気化方法を提供すること。
【解決手段】(1)ガス通路に加圧されたキャリアガス３を導入するためのガス導入口４と
、ガス通路に原料溶液5aを供給する手段と、原料溶液含有キャリアガスを気化部22に送る
ためのガス出口７と、を有する分散部８と、(2)一端がMOCVD装置の反応管に接続され、他
端が前ガス出口７に接続された気化管20と、気化管20を加熱するための加熱手段と、を有
し、分散部８から送られてきた、原料溶液を含むキャリアガスを加熱して気化させるため
の気化部22と、を有し、(3)分散部８は、円筒状中空部を有する分散部本体１と、円筒状
中空部の内径より小さな外径を有するロッド10とを有し、ロッド10の外周の気化器22側に
螺旋状の溝60を有し、ロッド10は該円筒状中空部に挿入されている。
び原料溶液の気化方法を提供すること。
【解決手段】(1)ガス通路に加圧されたキャリアガス３を導入するためのガス導入口４と
、ガス通路に原料溶液5aを供給する手段と、原料溶液含有キャリアガスを気化部22に送る
ためのガス出口７と、を有する分散部８と、(2)一端がMOCVD装置の反応管に接続され、他
端が前ガス出口７に接続された気化管20と、気化管20を加熱するための加熱手段と、を有
し、分散部８から送られてきた、原料溶液を含むキャリアガスを加熱して気化させるため
の気化部22と、を有し、(3)分散部８は、円筒状中空部を有する分散部本体１と、円筒状
中空部の内径より小さな外径を有するロッド10とを有し、ロッド10の外周の気化器22側に
螺旋状の溝60を有し、ロッド10は該円筒状中空部に挿入されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気化器、薄膜形成装置及びＭＯＣＶＤ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＲＡＭの開発において問題となるのは、微細化にともなう記憶キヤパシタンスである
。ソフトエラーなどの点からはキャバシタンスは前の世代と同程度が要求されるため何ら
かの対策を必要としている。この対策として１Ｍまでのセル構造はプレーナ構造であった
ものが、４Ｍからスタック構造、トレンチ構造と称される立体構造が取り入れられ、キヤ
パシタ面積の増加を図ってきた。また誘電膜も基板Ｓｉの熱酸化膜からポリＳｉ上で熱酸
化膜とＣＶＤ窒化膜を積層する膜（この積層された膜を―般にＯＮ膜という。）が採用さ
れた。ｌ６ＭＤＲＡＭでは、さらに容量に寄与する面積を増加させるため、スタック型で
は側面を利用する厚膜型、プレートの裏面も利用するフィン型などが取り入れられた。
【０００３】
しかし、このような立体構造ではプロセスの複雑化による工程数の増加ならびに段差の
増大による歩留りの低下が問題視され、２５６Ｍビット以降の実現は困難であるとされて
いる。そのため現在のＤＲＡＭの構造を変えずに更に集積度を増加させるための１つの道
として、キヤパシタンスの誘電体を誘電率の高い強誘電体のものに切り替えていく方法が
考え出された。そして、誘電率の高い誘電体薄膜としてＴａ2Ｏ5、Ｙ2Ｏ3、ＨｆＯ2など
が高誘電率単金属常誘電体酸化物の薄膜がまず注目された。それぞれの比誘電率はＴａ2
Ｏ5が２８、Ｙ2Ｏ3が１６、ＨｆＯ2が２４程度であり、ＳｉＯ2の４〜７倍である。
【０００４】
しかし２５６ＭＤＲＡＭ以降での適用には、立体キャバシタ構造が必要である。これら
の酸化物よりさらに高い比誘電率をもち、ＤＲＡＭへの適用が期待される材料として、（
ＢａxＳｒ1-x）ＴｉＯ3、Ｐｂ（ＺｒyＴｉ1-y）Ｏ3、（ＰｂaＬ1-a）（ＺｒbＴｉ1-b）Ｏ
3の３種類が有力視されている。また、超電導材料と
非常によく似た結晶構造を持つＢｉ系の層状強誘電体材料も有望であり、特にＹｌ材と称
されるＳｒＢｉ2ＴａＯ9が、低電圧駆動と疲労特性に優れている点から、近年大きく注目
されている。
【０００５】
一般にＳｒＢｉ2ＴａＯ9強誘電体薄膜形成は、実用的かつ将来性のあるＭＯＣＶＤ（有
機金属気相成長）法で行われている。
【０００６】
強誘電体薄膜の原料は、一般的に３種類の有機金属錯体Ｓｒ（ＤＰＭ）2、Ｂｉ（Ｃ6Ｈ
5）3及びＴａ（ＯＣ2Ｈ5）5であり、それぞれＴＨＦ（テトラヒドロフラン）溶剤に溶か
し、溶液として使用されている。なお、ＤＰＭはジビバイロイメタンの略である。
【０００７】
それぞれの材料特性を表１に示す。
【０００８】
表１
沸点（℃）／圧力（ｍｍＨｇ） 融点（℃）
Sr(DPM)2 ２４２／１４ ７８
Bi(C6H5)3 ２７０〜２８０／１ ２０１
Ta(OC2H5)5 １４６／０．１５ ２２
THF ６７ −１０９
【０００９】
ＭＯＣＶＤ法に用いる装置は、ＳｒＢｉ2ＴａＯ9薄膜原料を気相反応及び表面反応させ
成膜を行わせる反応部、ＳｒＢｉ2ＴａＯ9 薄膜原料並びに酸化剤を反応部へ供給する供
給部、反応部での生成物を採取する回収部から構成される。
【００１０】
そして、供給部は薄膜原料を気化させるための気化器が設けられている。
【００１１】
従来、気化器に関する技術としては、図１２に示すものが知られている。図１２（ａ）
に示すものはメタルフィルター式と称されるものであり、周囲に存在する気体とＳｒＢｉ
2ＴａＯ9 強誘電体薄膜原料溶液との接触面積を増加させる目的で用いられたメタルフィ
ルターに、所定の温度に加熱された原料溶液を滴下することにより気化を行う方法である
。
【００１２】
しかし、この技術においては、数回の気化でメタルフィルターが詰まり、長期使用に耐
えられないという問題を有している。
【００１３】
図１２（ｂ）は原料溶液に３０ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力をかけて１０μｍの細孔から原料
溶液を放出させ膨張によって原料溶液を気化させる技術である。
【００１４】
しかし、この技術においては、数回の使用により細孔が詰まり、やはり長期の使用に耐
えられないという問題を有している。
【００１５】
また、原料溶液が、複数の有機金属錯体の混合溶液、例えば、Ｓｒ（ＤＰＭ）2／ＴＨ
ＦとＢｉ（Ｃ6Ｈ5）3／ＴＨＦとＴａ（ＯＣ2Ｈ5）5／ＴＨＦの混合溶液であり、この混合
溶液を加熱によって気化する場合、蒸気圧の最も高い溶剤（この場合ＴＨＦ）がいち速く
気化し、加熱面上には有機金属錯体が析出付着するため反応部への安定な原料供給ができ
ないという問題が生ずる。
【００１６】
さらに、ＭＯＣＶＤにおいて、均一性に優れた膜を得るためには原料溶液が均一に分散
した気化ガスを得ることが要請される。しかし、上記従来技術では必ずしもかかる要請に
応えきれていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、目詰まりなどを起こすことがなく長期使用が可能であり、かつ、反応部への
安定的な原料供給が可能なＭＯＣＶＤ用気化器を提供することを目的とする。
【００１８】
本発明は、原料溶液が均一に分散した気化ガスを得ることができるＭＯＣＶＤ用気化器
及び原料溶液の気化方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
請求項１に係る発明は、（1)内部に形成された、複数の溝を有するガス通路と、
該ガス通路に加圧されたキャリアガスを導入するためのガス導入口と、
該複数の溝にそれぞれ異なる原料溶液を供給するための手段と、
前記加圧されたキャリアガスにより粒子化した原料溶液を含むキャリアガスを気化部に送るためのガス出口と、を有する分散部と、
(2)前記分散部から送られてきた、原料溶液を含むキャリアガスを加熱して気化させるための気化部と、
を有することを特徴とする気化器である。
請求項２に係る発明は、前記複数の溝の一つには有機溶媒を供給するようにしたことを特徴とする請求項記載の気化器である。
請求項３に係る発明は、請求項１又は２記載の気化器を有することを特徴とする薄膜の形成装置である。
請求項４に係る発明は、請求項１又は２記載の気化器を有することを特徴とするＭＯＣＶＤ装置である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、目詰まりなどを起こすことがなく長期使用が可能であり、かつ、反応
部への安定的な原料供給が可能なＭＯＣＶＤ用気化器を提供することができる。
【００２１】
本発明によれば、有機金属材料が均一分散された気化ガスを得ることができる。
【実施例】
【００２２】
（実施例１）
図１に実施例１に係るＭＯＣＶＤ用気化器を示す。
【００２３】
本例では、分散部を構成する分散部本体１の内部に形成されたガス通路２と、
ガス通路２に加圧されたキャリアガス３を導入するためのガス導入口４と、
ガス通路２を通過するキャリアガスに原料溶液５を供給するための手段（原料供給孔）
６と、
分散された原料溶液５を含むキャリアガスを気化部２２に送るためのガス出口７と、
ガス通路２内を流れるキャリアガスを冷却するための手段（冷却水）１８と、
を有する分散部８と、
一端がＭＯＣＶＤ装置の反応管に接続され、他端が分散部８のガス出口７に接続された
気化管２０と、
気化管２０を加熱するための加熱手段（ヒータ）２１と、
を有し、前記分散部８から送られてきた、原料溶液が分散されたキャリアガスを加熱して
気化させるための気化部２２と、
を有する。
【００２４】
以下、本実施例をより詳細に説明する。
【００２５】
本例では、分散部本体１の内部に４．５０ｍｍ径の孔（円筒状中空部）をあけ、その孔
の中心に位置するように、孔の内径よりも大きな外径を有する（４．４８ｍｍ径）ロッド
１０を埋め込む。分散部本体とロッド１０との間に形成された空間によりガス通路２が形
成される。ロッド１０はビス９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄにより固定されている。なお、ガス
通路２の幅は０．０１ｍｍとなる。
【００２６】
なお、ガス通路の幅としては、０．００５〜０．１０ｍｍが好ましい。０．００５ｍｍ
未満では加工が困難である。０．１０ｍｍを超えるとキャリアガスを高速化するために高
圧のキャリアガスを用いる必要が生じてしまう。
【００２７】
このガス通路２の一端にはガス導入口４が設けられている。ガス導入口４にはキャリア
ガス（例えばＮ2，Ａｒ）源（図示せず）が接続されている。
【００２８】
分散部本体１のほぼ中央の側部には、ガス通路２に連通せしめて原料供給孔６を設けて
あり、原料溶液５をガス通路２に滴下して、原料溶液５をガス通路２を通過するキャリア
ガスに原料溶液５を分散させることができる。
【００２９】
ガス通路２の一端には、気化部２２の気化管２０に連通するガス出口７が設けられてい
る。
【００３０】
分散部本体１には、冷却水１８を流すための空間１１が形成されており、この空間内に
冷却水８を流すことによりガス通路２内を流れるキャリアガスを冷却する。あるいはこの
空間の代わりに例えばペルチェ素子等を設置し冷却してもよい。分散部８のガス通路２内
は気化部２２のヒータ２１による熱影響を受けるためガス通路２内において原料溶液の溶
剤と有機金属錯体との同時気化が生ずることなく、溶剤のみの気化が生じてしまう。そこ
で、ガス通路２内を流れれる原料溶液が分散したキャリアガスを冷却することにより溶剤
のみの気化を防止する。特に、原料供給孔６より下流側の冷却が重要であり、少なくとも
原料供給孔６の下流側の冷却を行う。冷却温度は、溶剤の沸点以下の温度である。例えば
、ＴＨＦの場合６７℃以下である。特に、ガス出口７における温度が重要である。
【００３１】
また、分散部を冷却することにより、長期間にわる使用に対してもガス通路内（特にガ
ス出口）における炭化物による閉塞を生ずることがない。
【００３２】
分散部本体１の下流側において、分散部本体１は気化管２０に接続されている。分散部
本体１と気化管２０との接続は継手２４により行われ、この部分が接続部２３となる。
【００３３】
気化部２２は気化管２０と加熱手段（ヒータ）２１とから構成される。ヒータ２１は気
化管２０内を流れる原料溶液が分散したキャリアガスを加熱し気化させるためのヒータで
ある。ヒータ２１としては例えばペルチェ素子を気化管２０の外周に貼り付けることによ
り構成すればよい。
【００３４】
気化管２０としては、例えばＳＵＳ３１６Ｌなどのステンレス鋼を用いることが好まし
い。気化管２０の寸法は適宜決定すればよいが、例えば、外径３／４インチ、長さ１００
ｍｍのものを用いればよい。
【００３５】
気化管２０の下流側端はＭＯＣＶＤ装置の反応管に接続されるが、本例では気化管２０
に酸素供給手段として酸素供給口２５を設けてあり、所定の温度に加熱された酸素をキャ
リアガスに混入せしめる得るようにしてある。
【００３６】
まず、気化器への原料溶液の供始について述べる。
【００３７】
図３に示すように、原料供給口６には、それぞれ、リザーブタンク３２ａ，３２ｂ，３
２ｃ，３２ｄが、マスフローコントローラ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ及びバルブ３
１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄを介して接続されている。
【００３８】
また、それぞれのリザーブタンク３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄにはキャリアガスボ
ンベ３３に接続されている。
【００３９】
リザーブタンクの詳細を図４に示す。
【００４０】
リザーブタンクには、原料溶液が充填されており、それぞれのリザーパータンク（内容
積３００ｃｃ、ＳＵＳ製に３ｋｇｆ／ｃｍ2のキャリアガスを送り込む。リザーブータン
ク内はキャリアガスにより加圧されるため、原料溶液は溶液と接している側の管内を押し
上げられ液体用マスフローコントロ―ラ（ＳＴＥＣ製、フルスケール流量０．２ｃｃ／ｍ
ｉｎ）まで圧送され、ここで流量が制御され、気化器の原料供給入口２９から原料供給孔
６に輸送される。
【００４１】
マスフローコントロ―ラ（ＳＴＥＣ製、フルスケール流量２Ｌ／ｍｉｎ）で一定流量に
制御されたキャリアガスによって反応部へ輸送される。同時にマスフロ―コントロ―ラ（
ＳＴＥＣ製、フルスケール流量２Ｌ／ｍｉｎで―定流量に制御された酸素（酸化剤）も反
応部へ輸送する。
【００４２】
原料溶液は、溶剤であるＴＨＦに常温で液体または固体状の有機金属錯体を溶解してい
るため、そのまま放置しておくとＴＨＦ溶剤の蒸発によって有機金属錯体が析出し、最終
的に固形状になる。したがって原液と接触した配管内が、これによって配管の閉塞などを
生ずることが想定される。よって配管の閉塞を抑制するためには、成膜作業終了後の配管
内および気化器内をＴＨＦで洗浄すればよいと考え、洗浄ラインを設けてある。洗浄は、
液体用マスフロ―コントローラの出口側から気化器までの区間とし、作業終了後にＴＨＦ
で洗い流すものである。
【００４３】
バルブ３１ｂ，３１ｃ，３１ｄを開とし、リザーブタンク３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ内に
キャリアガスを圧送した。原料溶液は、マスフローコントローラ（ＳＴＥＣ製 フルスケ
ール流量０．２ｃｃ／ｍｉｎ）まで圧送され、ここで流量が制御され、溶液原料を気化器
の原料供給孔６に輸送される。
【００４４】
一方、キャリアガスを気化器のガス導入口から導入した。なお、キャリアガス側の圧力
をかけすぎるとロッド１０が飛び出すおそれがあるため、供給口側の最大圧力は３ｋｇｆ
／ｃｍ2以下とすることが好ましく、このとき通過可能な最大流量はおよそ１２００ｃｃ
／ｍｉｎであり、ガス通路２の通過流速は百数十ｍ／ｓまで達する。
【００４５】
気化器のガス通路２を流れるキャリアガスに原料供給孔６から原料溶液が滴下すると原
料溶液はキャリアガスの高速流により剪断され、超微粒子化される。その結果原料溶液は
キャリアガス中に超微粒子状態で分散する。原料溶液が超微粒子状態で分散したキャリア
ガス（原料ガス）は高速のまま気化部２２に放出される。
【００４６】
一定流量に制御された３種の原料溶液は、それぞれの原料供給入口２９を介して原料供
給孔６からガス通路２に流入し、高速気流となったキャリアガスとともにガス通路を移動
した後、気化部２２に放出される。分散部８においても、原料溶液は気化部２２からの熱
によって加熱されＴＨＦの蒸発が促進されるため、原料供給入口２９から原料供給孔６ま
での区間及びガス通路２の区間を水道水によって冷却する。
【００４７】
分散部８から放出された、キャリアガス中に微粒子状に分散した原料溶液は、ヒータ２
１によって所定の温度に加熱された気化管２０内部を輸送中に気化が促進されＭＯＣＶＤ
の反応管に到達する直前に設けられた酸素供給口２５からの所定の温度に加熱された酸素
の混入によって混合気体となり、反応管に流入する。
【００４８】
排気口４２から真空ポンプ（図示せず）を接続し、約２０分間の減圧操作により反応管
４４内の水分などの不純物を取り除き、排気口４２下流のバルブ４０を閉じた。
【００４９】
気化器に冷却水を約４００ｃｃ／ｍｉｎで流した。一方、３ｋｇｆ／ｃｍ2のキャリア
ガスを４９５ｃｃ／ｍｉｎで流し、反応管４４内をキャリアガスで十分満たした後、バル
ブ４０を開放した。ガス出口７における温度は６７℃より低かった。
【００５０】
気化管２０内を２００℃、反応管４４からガスパック４６までの区間及びガスパックを
１００℃、反応管４４内を３００℃〜６００℃に加熱した。
【００５１】
リザーブタンク内をキャリアガスで加圧し、マスフローコントローラで所定の液体を流
した。
【００５２】
Ｓｒ（ＤＰＭ）2、Ｂｉ（Ｃ6Ｈ5）3、Ｔａ（ＯＣ2Ｈ5）5、ＴＨＦをそれぞれ０．０４
ｃｃ／ｍｉｎ、０．０８ｃｃ／ｍｉｎ、０．０８ｃｃ／ｍｉｎ、０．２ｃｃ／ｍｉｎの流
量で流した。
【００５３】
２０分後ガスパック４６直前のバルブを開きガスパック４６内に反応生成物を回収し、
ガスクロマトグラフにて分析し、検出された生成物と反応理論に基づき検討した反応式中
の生成物が一致するかどうかを調べた。その結果、本例においては、検出された生成物と
反応理論に基づき検討した反応式中の生成物はよく一致した。
【００５４】
また、分散部本体１のガス出口７側の外面における炭化物の付着量を測定した。その結
果、炭化物の付着量はごくわずかであった。
【００５５】
（比較例１）
本例では、図１に示す装置において、冷却手段を取り除いた装置を用いて実施例１と同
様の実験を行った。
【００５６】
本例においては、検出された生成物と反応理論に基づき検討した反応式中の生成物は不
十分であった。
【００５７】
また、分散部本体１のガス出口７側の外面における炭化物の付着量を測定した結果は、
炭化物の付着量は実施例１の場合の約５倍であった。
【００５８】
（実施例２）
図５に実施例２に係るＭＯＣＶＤ用気化器を示す。
【００５９】
実施例１では接続部２３についてもヒータ２１による加熱を行っていたが、本例では、
気化部２２の外周にのみヒータを設けた。また、接続部２３の外周には冷却手段５０を設
け、接続部２３の冷却を行った。
【００６０】
他の点は実施例１と同様とした。
【００６１】
本例においては、検出された生成物と反応理論に基づき検討した反応式中の生成物は実
施例１の場合よりも良好な一致が見られた。
【００６２】
また、分散部本体１のガス出口７側の外面における炭化物の付着量を測定した結果は、
炭化物の付着量は実施例１の場合の約１／３倍であった。
【００６３】
（実施例３）
図６に実施例３に係るＭＯＣＶＤ用気化器を示す。
【００６４】
本例では、接続部２３の内部は、分散部８から気化部２２に向かい内径が大きくなるテ
ーパー５１をなしている。かかるテーパー５１のためその部分のデッドゾーンが無くなり
、原料の滞留を防止することができる。
【００６５】
他の点は実施例１と同様とした。
【００６６】
本例においては、検出された生成物と反応理論に基づき検討した反応式中の生成物は実
施例２の場合よりも良好な一致が見られた。
【００６７】
また、分散部本体１のガス出口７側の外面における炭化物の付着量を測定した結果は、
炭化物の付着量は皆無に近かった。
【００６８】
（実施例４）
図７にガス通路の変形実施例を示す。
【００６９】
図７（ａ）ではロッド１０の表面に溝７０を形成してあり、ロッド１０の外径を分散部
本体１の内部にあけた孔の内径とほぼ同一としてある。従って、ロッド１０を孔にはめ込
むだけで、偏心することなく孔内にロッド１０を配置することができる。また、ビスなど
を用いる必要もない。この溝７０がガス通路となる。
【００７０】
なお、溝７０はロッド１０の長手方向中心軸と平行に複数本形成してもよいが、ロッド
１０の表面に螺旋状に形成してもよい。螺旋状の場合にはより均一性に優れた原料ガスを
得ることができる。
【００７１】
図７（ｂ）はロッド１０に突部を設けた例である。突部の最も大きな径を分散部本体１
の内部にあけた孔の内径とほぼ同一としてある。突部と突部との間と孔の内面とで形成さ
れる空間がガス通路となる。
【００７２】
なお、（ａ），（ｂ）に示した例は、ロッド１０の表面に加工を施してた例であるが、
ロッドとして断面円形のものを用い、孔の方に凹部を設けてガス通路としてもよいことは
いうまでもない。
【００７３】
（実施例５）
図８に基づき実施例５を説明する。
【００７４】
本例のＭＯＣＶＤ用気化器は、
内部に形成されたガス通路と、
ガス通路に加圧されたキャリアガス３を導入するためのガス導入口４と、
ガス通路に原料溶液５ａ，５ｂを供給するための手段と、
原料溶液５ａ、５ｂを含むキャリアガスを気化部２２に送るためのガス出口７と、
を有する分散部８と、
一端がＭＯＣＶＤ装置の反応管に接続され、他端が前ガス出口７に接続された気化管２
０と、
気化管２０を加熱するための加熱手段と、
を有し、
分散部８から送られてきた、原料溶液を含むキャリアガスを加熱して気化させるための
気化部２２と、
を有し、
分散部８は、円筒状中空部を有する分散部本体１と、円筒状中空部の内径より小さな外
径を有するロッド１０とを有し、
ロッド１０の外周の気化器２２側に１又は２以上の螺旋状の溝６０を有し、
ロッド１０は該円筒状中空部に挿入されている。
【００７５】
高速のキャリアガス３が流れるガス通路に原料溶液５が供給されると、原料溶液は剪断
・霧化される。すなわち、液体である原料溶液は、キャリアガスの高速流により剪断され
、粒子化される。粒子化した原料溶液は粒子状態でキャリアガス中に分散しする。この点
は、実施例１と同様である。
【００７６】
なお、剪断・霧化を最適に行うためには、次ぎの条件が好ましい。
【００７７】
原料溶液５の供給は、０．０１〜１ｃｃ／ｍｉｎで行うことが好ましく、０．０５〜０
．５ｃ／ｍｉｎで行うことがより好ましく、０．１〜０．３ｃｃ／ｍｉｎで行うことがさ
らに好ましい。複数の原料溶液（溶剤を含む）を同時に供給する場合には、そのトータル
量である。
【００７８】
また、キャリアガスは５０〜３００ｍ／ｓｅｃの速度で供給することが好ましく、１０
０〜２００ｍ／ｓｅｃの速度で供給することがより好ましい。
【００７９】
本例では、ロッド１０の外周には、螺旋状の溝６０が形成してあり、かつ、分散部本体
１とロッド１０との間には隙間空間が存在するため、霧化状態となった原料溶液を含むキ
ャリアガスはこの隙間空間を直進流として直進するとともに、螺旋状の溝６０に沿って旋
回流を形成する。
【００８０】
このように、直進流と旋回流とが併存する状態において霧化した原料溶液はキャリアガ
ス中に一様に分散することを本発明者は見いだしたのである。直進流と旋回流とが併存す
ると何故に一様の分散が得られるのかの理由は必ずしも明らかではないが、次のように考
えられる。旋回流の存在により、流れに遠心力が働き、二次の流れが生じる。この二次の
流れにより、原料及びキャリアガスの混合が促進される。すなわち、旋回流の遠心効果に
より流れに対して直角方向に２次的な派生流が生じ、これによって霧化した原料溶液がキ
ャリアガス中により一様に分散するものと思われる。
【００８１】
以下、本実施例をより詳細に説明する。
【００８２】
本実施例では、一例として４種類の原料溶液５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ（５ａ，５ｂ，５
ｃは有機金属原料、５ｄはＴＨＦなどの溶剤原料）をガス通路に供給するように構成され
ている。
【００８３】
それぞれ霧化し、超微粒子状となった原料溶液を含むキャリアガス（「原料ガス」とい
う）を混合するために、本例では、ロッド１０の原料供給孔６に対応する部分の下流部分
に螺旋状の溝のない部分を設けてある。この部分はプレミキシング部６５となる。プレミ
キシング部６５において、３種類の有機金属の原料ガスはある程度混合され、さらに、下
流の螺旋構造の領域において完全な混合原料ガスとなる。均一な混合原料ガスを得るため
には、このミキシング部６５の長さは、５〜２０ｍｍが好ましく、８〜１５ｍｍがより好
ましい。この範囲外の場合、３種類の有機金属の原料ガスのうち１種類のみの濃度が高い
混合原料ガスが気化部２２に送られてしまうことがある。
【００８４】
本例では、ロッド１０の上流側の端部６６には、平行部６７とテーパ部５８とを設けて
ある。分散部本体１の円筒中空部にも平行部６７とテーパー部５８に対応した、ロッド１
０の平行部６７の外径と同じ内径の平行部と、ロッド１０のテーパーと同じテーパのテー
パ部とを設けてある。従って、ロッド１０を図面上左側から挿入すれば、ロッド１０は分
散部本体１の中空部内に保持される。
【００８５】
本例では、実施例１の場合とは異なり、ロッド１０にテーパを設けて保持しているため
、３ｋｇｆ／ｃｍ2よりも高圧のキャリアガスを用いてもロッド１０の移動を防止するこ
とができる。すなわち、図８に示す保持技術を採用すれば、３ｋｇ／ｃｍ2以上の圧力で
キャリアガスを流すことができる。その結果、より高速のキャリアガスの供給が可能とな
る。すなわち、５０〜３００ｍｍ／ｓの高速のキャリアガスの供給も可能となる。前記し
た他の実施例においてもこの保持技術を採用すれば同様である。
【００８６】
なお、ロッド１０の原料供給孔６に対応する部分には、図９（ｂ）に示すように、キャ
リアガスの通路として溝６７ａ，６７ｂ，６７ｃ，６７ｄを形成しておく。各溝６７ａ，
６７ｂ，６７ｃ，６７の深さとしては、０．００５〜０．１ｍｍが好ましい。０．００５
ｍｍ未満では溝の成形加工が困難となる。また、０．０１〜０．０５がより好ましい。こ
の範囲とすることにより目詰まりなどの発生がなくなる。また、高速流が得られやすい。
【００８７】
ロッド１０の保持、ガス通路の形成については、実施例１における図１に示す構成その
他の構成を採用してもかまわない。
【００８８】
螺旋状の溝６０は、図９（ａ）に示すように、１本でもよいが、図１０に示すように複
数本でもよい。また、螺旋状の溝を複数本形成する場合には、クロスさせてもよい。クロ
スさせた場合には、より均一に分散した原料ガスが得られる。
【００８９】
螺旋状の溝６０の寸法・形状には特に限定されず、図９（ｃ）に示した寸法・形状が一
例としてあげられる。
【００９０】
なお、本例では、図８に示すとおり、ガス通路は、冷却水１８により冷却している。
【００９１】
また、本例では、分散部２２の入口手前において、拡張部６９を独立して設けてある。
この拡張部６９は実施例３において、述べた原料ガスの滞留を防止するための部分である
。もちろん、拡張部６９を独立して設ける必要はなく、図６に示したように一体化した構
成としてもよい。
【００９２】
拡張部６９における拡張角度θとしては、５〜１０度が好ましい。θがこの範囲内の場
合、旋回流を壊すことなく原料ガスを分散部に供給することができる。
また、θがこの範囲内の場合、拡大による流体抵抗が最小となり、また、デッドの存在が
最小となり、デッドゾーンの存在による渦流の存在を最小にすることができる。なお、θ
としては、６〜７度がより好ましい。なお、図６に示した実施例の場合においても好まし
いθの範囲は同様である。
【００９３】
（実施例６）
図８に示す装置を用い、次ぎなる条件で原料溶液及びキャリアガスの供給を行い、原料
ガスにおける均一性を調べた。
【００９４】
原料溶液滴下量：Ｓｒ（ＤＰＭ）2 ０．０４ｃｃ／ｍｉｎ
Ｂｉ（Ｃ6Ｈ5）3 ０．０８ｃｃ／ｍｉｎ
Ｔａ（ＯＣ2Ｈ5）5 ０．０８ｃｃ／ｍｉｎ
ＴＨＦ ０．２ｃｃ/ｍｉｎ
キャリアガス：窒素ガス
１０〜３５０ｍ／ｓ
【００９５】
気化装置としては図８に示す装置を用いた。ただ、ロッドとしては、図９に示すロッド
において螺旋溝が形成されていないロッドを用いた。
【００９６】
原料溶液を原料供給孔６から供給するとともにキャリアガスをその速度を各種変化させ
た。なお、原料供給孔からは、溝６７ａにはＳｒ（ＤＰＭ）2、溝６７ｂにはＢｉ（Ｃ6Ｈ
5）3、溝６７ｃにはＴａ（ＯＣ2Ｈ5）5、溝６７ｄにはＴＨＦをそれぞれ供給した。
【００９７】
気化部における加熱を行わず、ガス出口７において原料ガスを採取し、採取した原料ガ
スにおける原料溶液の粒子径の測定を行った。
【００９８】
その結果を相対値（図１２（ａ）に示す従来例に係る装置を用いた場合を１とする）と
して図１１に示す。図１１からわかるように、流速を５０ｍ／ｓ以上とすることにより分
散粒子径は小さくなり、１００ｍ／ｓ以上とすることにより分散粒子径はさらに小さくな
る。ただ、２００ｍ／ｓ以上としても分散粒子径は飽和する。従って、１００〜２００ｍ
／ｓがより好ましい範囲である。
【００９９】
（実施例７）
本例では、ロッドとして螺旋溝を形成したロッドを使用した。
【０１００】
他の点は実施例６と同様とした。
【０１０１】
実施例６では、溝の延長部において、溝に供給された原料溶液の濃度が濃かった。すな
わち、すなわち、溝６７ａの延長部では、Ｓｒ（ＤＰＭ）2が、溝６７ｂの延長部ではＢ
ｉ（Ｃ6Ｈ5）3が、溝６７ｃの延長部ではＴａ（ＯＣ2Ｈ5）5がそれぞれ他の濃度が高かっ
た。
【０１０２】
しかし、本例では、螺旋溝の端において得られた混合原料ガスはどの部分においても各
有機金属原料が均一であった。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】実施例１に係るＭＯＣＶＤ用気化器の要部を示す断面図である。
【図２】実施例１に係るＭＯＣＶＤ用気化器の全体断面図である。
【図３】ＭＯＣＶＤのシステム図である。
【図４】リザーブタンクの正面図である。
【図５】実施例２に係るＭＯＣＶＤ用気化器の要部を示す断面図である。
【図６】実施例３に係るＭＯＣＶＤ用気化器の要部を示す断面図である。
【図７】（ａ），（ｂ）ともに、実施例４に係り、ＭＯＣＶＤ用気化器のガス通路の変形例を示す断面図である。
【図８】実施例５に係るＭＯＣＶＤ用気化器を示す断面図である。
【図９】実施例５に係るＭＯＣＶＤ用気化器に使用するロッドを示し、（ａ）は側面図、（ｂ）はＸ−Ｘ断面図、（ｃ）はＹ−Ｙ断面図である。
【図１０】図９（ａ）の変形例を示す側面図である。
【図１１】実施例６における実験結果を示すグラフである。
【図１２】（ａ），（ｂ）ともに従来のＭＯＣＶＤ用気化器を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１ 分散部本体、
２ ガス通路、
３ キャリアガス、
４ ガス導入口、
５ 原料溶液、
６ 原料供給孔、
７ ガス出口、
８ 分散部、
９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ ビス、
１０ ロッド、
１８ 冷却するための手段（冷却水）、
２０ 気化管、
２１ 加熱手段（ヒータ）、
２２ 気化部、
２３ 接続部、
２４ 継手、
２５ 酸素導入手段（酸素供給口）、
２９ 原料供給入口、
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ マスフローコントローラ、
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ バルブ、
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ リザーブタンク、
３３ キャリアガスボンベ、
４２ 排気口、
４０ バルブ、
４４ 反応管、
４６ ガスパック、
５１ テーパー、
７０ 溝。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気化器、薄膜形成装置及びＭＯＣＶＤ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＲＡＭの開発において問題となるのは、微細化にともなう記憶キヤパシタンスである
。ソフトエラーなどの点からはキャバシタンスは前の世代と同程度が要求されるため何ら
かの対策を必要としている。この対策として１Ｍまでのセル構造はプレーナ構造であった
ものが、４Ｍからスタック構造、トレンチ構造と称される立体構造が取り入れられ、キヤ
パシタ面積の増加を図ってきた。また誘電膜も基板Ｓｉの熱酸化膜からポリＳｉ上で熱酸
化膜とＣＶＤ窒化膜を積層する膜（この積層された膜を―般にＯＮ膜という。）が採用さ
れた。ｌ６ＭＤＲＡＭでは、さらに容量に寄与する面積を増加させるため、スタック型で
は側面を利用する厚膜型、プレートの裏面も利用するフィン型などが取り入れられた。
【０００３】
しかし、このような立体構造ではプロセスの複雑化による工程数の増加ならびに段差の
増大による歩留りの低下が問題視され、２５６Ｍビット以降の実現は困難であるとされて
いる。そのため現在のＤＲＡＭの構造を変えずに更に集積度を増加させるための１つの道
として、キヤパシタンスの誘電体を誘電率の高い強誘電体のものに切り替えていく方法が
考え出された。そして、誘電率の高い誘電体薄膜としてＴａ2Ｏ5、Ｙ2Ｏ3、ＨｆＯ2など
が高誘電率単金属常誘電体酸化物の薄膜がまず注目された。それぞれの比誘電率はＴａ2
Ｏ5が２８、Ｙ2Ｏ3が１６、ＨｆＯ2が２４程度であり、ＳｉＯ2の４〜７倍である。
【０００４】
しかし２５６ＭＤＲＡＭ以降での適用には、立体キャバシタ構造が必要である。これら
の酸化物よりさらに高い比誘電率をもち、ＤＲＡＭへの適用が期待される材料として、（
ＢａxＳｒ1-x）ＴｉＯ3、Ｐｂ（ＺｒyＴｉ1-y）Ｏ3、（ＰｂaＬ1-a）（ＺｒbＴｉ1-b）Ｏ
3の３種類が有力視されている。また、超電導材料と
非常によく似た結晶構造を持つＢｉ系の層状強誘電体材料も有望であり、特にＹｌ材と称
されるＳｒＢｉ2ＴａＯ9が、低電圧駆動と疲労特性に優れている点から、近年大きく注目
されている。
【０００５】
一般にＳｒＢｉ2ＴａＯ9強誘電体薄膜形成は、実用的かつ将来性のあるＭＯＣＶＤ（有
機金属気相成長）法で行われている。
【０００６】
強誘電体薄膜の原料は、一般的に３種類の有機金属錯体Ｓｒ（ＤＰＭ）2、Ｂｉ（Ｃ6Ｈ
5）3及びＴａ（ＯＣ2Ｈ5）5であり、それぞれＴＨＦ（テトラヒドロフラン）溶剤に溶か
し、溶液として使用されている。なお、ＤＰＭはジビバイロイメタンの略である。
【０００７】
それぞれの材料特性を表１に示す。
【０００８】
表１
沸点（℃）／圧力（ｍｍＨｇ） 融点（℃）
Sr(DPM)2 ２４２／１４ ７８
Bi(C6H5)3 ２７０〜２８０／１ ２０１
Ta(OC2H5)5 １４６／０．１５ ２２
THF ６７ −１０９
【０００９】
ＭＯＣＶＤ法に用いる装置は、ＳｒＢｉ2ＴａＯ9薄膜原料を気相反応及び表面反応させ
成膜を行わせる反応部、ＳｒＢｉ2ＴａＯ9 薄膜原料並びに酸化剤を反応部へ供給する供
給部、反応部での生成物を採取する回収部から構成される。
【００１０】
そして、供給部は薄膜原料を気化させるための気化器が設けられている。
【００１１】
従来、気化器に関する技術としては、図１２に示すものが知られている。図１２（ａ）
に示すものはメタルフィルター式と称されるものであり、周囲に存在する気体とＳｒＢｉ
2ＴａＯ9 強誘電体薄膜原料溶液との接触面積を増加させる目的で用いられたメタルフィ
ルターに、所定の温度に加熱された原料溶液を滴下することにより気化を行う方法である
。
【００１２】
しかし、この技術においては、数回の気化でメタルフィルターが詰まり、長期使用に耐
えられないという問題を有している。
【００１３】
図１２（ｂ）は原料溶液に３０ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力をかけて１０μｍの細孔から原料
溶液を放出させ膨張によって原料溶液を気化させる技術である。
【００１４】
しかし、この技術においては、数回の使用により細孔が詰まり、やはり長期の使用に耐
えられないという問題を有している。
【００１５】
また、原料溶液が、複数の有機金属錯体の混合溶液、例えば、Ｓｒ（ＤＰＭ）2／ＴＨ
ＦとＢｉ（Ｃ6Ｈ5）3／ＴＨＦとＴａ（ＯＣ2Ｈ5）5／ＴＨＦの混合溶液であり、この混合
溶液を加熱によって気化する場合、蒸気圧の最も高い溶剤（この場合ＴＨＦ）がいち速く
気化し、加熱面上には有機金属錯体が析出付着するため反応部への安定な原料供給ができ
ないという問題が生ずる。
【００１６】
さらに、ＭＯＣＶＤにおいて、均一性に優れた膜を得るためには原料溶液が均一に分散
した気化ガスを得ることが要請される。しかし、上記従来技術では必ずしもかかる要請に
応えきれていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、目詰まりなどを起こすことがなく長期使用が可能であり、かつ、反応部への
安定的な原料供給が可能なＭＯＣＶＤ用気化器を提供することを目的とする。
【００１８】
本発明は、原料溶液が均一に分散した気化ガスを得ることができるＭＯＣＶＤ用気化器
及び原料溶液の気化方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
請求項１に係る発明は、（1)内部に形成された、複数の溝を有するガス通路と、
該ガス通路に加圧されたキャリアガスを導入するためのガス導入口と、
該複数の溝にそれぞれ異なる原料溶液を供給するための手段と、
前記加圧されたキャリアガスにより粒子化した原料溶液を含むキャリアガスを気化部に送るためのガス出口と、を有する分散部と、
(2)前記分散部から送られてきた、原料溶液を含むキャリアガスを加熱して気化させるための気化部と、
を有することを特徴とする気化器である。
請求項２に係る発明は、前記複数の溝の一つには有機溶媒を供給するようにしたことを特徴とする請求項記載の気化器である。
請求項３に係る発明は、請求項１又は２記載の気化器を有することを特徴とする薄膜の形成装置である。
請求項４に係る発明は、請求項１又は２記載の気化器を有することを特徴とするＭＯＣＶＤ装置である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、目詰まりなどを起こすことがなく長期使用が可能であり、かつ、反応
部への安定的な原料供給が可能なＭＯＣＶＤ用気化器を提供することができる。
【００２１】
本発明によれば、有機金属材料が均一分散された気化ガスを得ることができる。
【実施例】
【００２２】
（実施例１）
図１に実施例１に係るＭＯＣＶＤ用気化器を示す。
【００２３】
本例では、分散部を構成する分散部本体１の内部に形成されたガス通路２と、
ガス通路２に加圧されたキャリアガス３を導入するためのガス導入口４と、
ガス通路２を通過するキャリアガスに原料溶液５を供給するための手段（原料供給孔）
６と、
分散された原料溶液５を含むキャリアガスを気化部２２に送るためのガス出口７と、
ガス通路２内を流れるキャリアガスを冷却するための手段（冷却水）１８と、
を有する分散部８と、
一端がＭＯＣＶＤ装置の反応管に接続され、他端が分散部８のガス出口７に接続された
気化管２０と、
気化管２０を加熱するための加熱手段（ヒータ）２１と、
を有し、前記分散部８から送られてきた、原料溶液が分散されたキャリアガスを加熱して
気化させるための気化部２２と、
を有する。
【００２４】
以下、本実施例をより詳細に説明する。
【００２５】
本例では、分散部本体１の内部に４．５０ｍｍ径の孔（円筒状中空部）をあけ、その孔
の中心に位置するように、孔の内径よりも大きな外径を有する（４．４８ｍｍ径）ロッド
１０を埋め込む。分散部本体とロッド１０との間に形成された空間によりガス通路２が形
成される。ロッド１０はビス９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄにより固定されている。なお、ガス
通路２の幅は０．０１ｍｍとなる。
【００２６】
なお、ガス通路の幅としては、０．００５〜０．１０ｍｍが好ましい。０．００５ｍｍ
未満では加工が困難である。０．１０ｍｍを超えるとキャリアガスを高速化するために高
圧のキャリアガスを用いる必要が生じてしまう。
【００２７】
このガス通路２の一端にはガス導入口４が設けられている。ガス導入口４にはキャリア
ガス（例えばＮ2，Ａｒ）源（図示せず）が接続されている。
【００２８】
分散部本体１のほぼ中央の側部には、ガス通路２に連通せしめて原料供給孔６を設けて
あり、原料溶液５をガス通路２に滴下して、原料溶液５をガス通路２を通過するキャリア
ガスに原料溶液５を分散させることができる。
【００２９】
ガス通路２の一端には、気化部２２の気化管２０に連通するガス出口７が設けられてい
る。
【００３０】
分散部本体１には、冷却水１８を流すための空間１１が形成されており、この空間内に
冷却水８を流すことによりガス通路２内を流れるキャリアガスを冷却する。あるいはこの
空間の代わりに例えばペルチェ素子等を設置し冷却してもよい。分散部８のガス通路２内
は気化部２２のヒータ２１による熱影響を受けるためガス通路２内において原料溶液の溶
剤と有機金属錯体との同時気化が生ずることなく、溶剤のみの気化が生じてしまう。そこ
で、ガス通路２内を流れれる原料溶液が分散したキャリアガスを冷却することにより溶剤
のみの気化を防止する。特に、原料供給孔６より下流側の冷却が重要であり、少なくとも
原料供給孔６の下流側の冷却を行う。冷却温度は、溶剤の沸点以下の温度である。例えば
、ＴＨＦの場合６７℃以下である。特に、ガス出口７における温度が重要である。
【００３１】
また、分散部を冷却することにより、長期間にわる使用に対してもガス通路内（特にガ
ス出口）における炭化物による閉塞を生ずることがない。
【００３２】
分散部本体１の下流側において、分散部本体１は気化管２０に接続されている。分散部
本体１と気化管２０との接続は継手２４により行われ、この部分が接続部２３となる。
【００３３】
気化部２２は気化管２０と加熱手段（ヒータ）２１とから構成される。ヒータ２１は気
化管２０内を流れる原料溶液が分散したキャリアガスを加熱し気化させるためのヒータで
ある。ヒータ２１としては例えばペルチェ素子を気化管２０の外周に貼り付けることによ
り構成すればよい。
【００３４】
気化管２０としては、例えばＳＵＳ３１６Ｌなどのステンレス鋼を用いることが好まし
い。気化管２０の寸法は適宜決定すればよいが、例えば、外径３／４インチ、長さ１００
ｍｍのものを用いればよい。
【００３５】
気化管２０の下流側端はＭＯＣＶＤ装置の反応管に接続されるが、本例では気化管２０
に酸素供給手段として酸素供給口２５を設けてあり、所定の温度に加熱された酸素をキャ
リアガスに混入せしめる得るようにしてある。
【００３６】
まず、気化器への原料溶液の供始について述べる。
【００３７】
図３に示すように、原料供給口６には、それぞれ、リザーブタンク３２ａ，３２ｂ，３
２ｃ，３２ｄが、マスフローコントローラ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ及びバルブ３
１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄを介して接続されている。
【００３８】
また、それぞれのリザーブタンク３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄにはキャリアガスボ
ンベ３３に接続されている。
【００３９】
リザーブタンクの詳細を図４に示す。
【００４０】
リザーブタンクには、原料溶液が充填されており、それぞれのリザーパータンク（内容
積３００ｃｃ、ＳＵＳ製に３ｋｇｆ／ｃｍ2のキャリアガスを送り込む。リザーブータン
ク内はキャリアガスにより加圧されるため、原料溶液は溶液と接している側の管内を押し
上げられ液体用マスフローコントロ―ラ（ＳＴＥＣ製、フルスケール流量０．２ｃｃ／ｍ
ｉｎ）まで圧送され、ここで流量が制御され、気化器の原料供給入口２９から原料供給孔
６に輸送される。
【００４１】
マスフローコントロ―ラ（ＳＴＥＣ製、フルスケール流量２Ｌ／ｍｉｎ）で一定流量に
制御されたキャリアガスによって反応部へ輸送される。同時にマスフロ―コントロ―ラ（
ＳＴＥＣ製、フルスケール流量２Ｌ／ｍｉｎで―定流量に制御された酸素（酸化剤）も反
応部へ輸送する。
【００４２】
原料溶液は、溶剤であるＴＨＦに常温で液体または固体状の有機金属錯体を溶解してい
るため、そのまま放置しておくとＴＨＦ溶剤の蒸発によって有機金属錯体が析出し、最終
的に固形状になる。したがって原液と接触した配管内が、これによって配管の閉塞などを
生ずることが想定される。よって配管の閉塞を抑制するためには、成膜作業終了後の配管
内および気化器内をＴＨＦで洗浄すればよいと考え、洗浄ラインを設けてある。洗浄は、
液体用マスフロ―コントローラの出口側から気化器までの区間とし、作業終了後にＴＨＦ
で洗い流すものである。
【００４３】
バルブ３１ｂ，３１ｃ，３１ｄを開とし、リザーブタンク３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ内に
キャリアガスを圧送した。原料溶液は、マスフローコントローラ（ＳＴＥＣ製 フルスケ
ール流量０．２ｃｃ／ｍｉｎ）まで圧送され、ここで流量が制御され、溶液原料を気化器
の原料供給孔６に輸送される。
【００４４】
一方、キャリアガスを気化器のガス導入口から導入した。なお、キャリアガス側の圧力
をかけすぎるとロッド１０が飛び出すおそれがあるため、供給口側の最大圧力は３ｋｇｆ
／ｃｍ2以下とすることが好ましく、このとき通過可能な最大流量はおよそ１２００ｃｃ
／ｍｉｎであり、ガス通路２の通過流速は百数十ｍ／ｓまで達する。
【００４５】
気化器のガス通路２を流れるキャリアガスに原料供給孔６から原料溶液が滴下すると原
料溶液はキャリアガスの高速流により剪断され、超微粒子化される。その結果原料溶液は
キャリアガス中に超微粒子状態で分散する。原料溶液が超微粒子状態で分散したキャリア
ガス（原料ガス）は高速のまま気化部２２に放出される。
【００４６】
一定流量に制御された３種の原料溶液は、それぞれの原料供給入口２９を介して原料供
給孔６からガス通路２に流入し、高速気流となったキャリアガスとともにガス通路を移動
した後、気化部２２に放出される。分散部８においても、原料溶液は気化部２２からの熱
によって加熱されＴＨＦの蒸発が促進されるため、原料供給入口２９から原料供給孔６ま
での区間及びガス通路２の区間を水道水によって冷却する。
【００４７】
分散部８から放出された、キャリアガス中に微粒子状に分散した原料溶液は、ヒータ２
１によって所定の温度に加熱された気化管２０内部を輸送中に気化が促進されＭＯＣＶＤ
の反応管に到達する直前に設けられた酸素供給口２５からの所定の温度に加熱された酸素
の混入によって混合気体となり、反応管に流入する。
【００４８】
排気口４２から真空ポンプ（図示せず）を接続し、約２０分間の減圧操作により反応管
４４内の水分などの不純物を取り除き、排気口４２下流のバルブ４０を閉じた。
【００４９】
気化器に冷却水を約４００ｃｃ／ｍｉｎで流した。一方、３ｋｇｆ／ｃｍ2のキャリア
ガスを４９５ｃｃ／ｍｉｎで流し、反応管４４内をキャリアガスで十分満たした後、バル
ブ４０を開放した。ガス出口７における温度は６７℃より低かった。
【００５０】
気化管２０内を２００℃、反応管４４からガスパック４６までの区間及びガスパックを
１００℃、反応管４４内を３００℃〜６００℃に加熱した。
【００５１】
リザーブタンク内をキャリアガスで加圧し、マスフローコントローラで所定の液体を流
した。
【００５２】
Ｓｒ（ＤＰＭ）2、Ｂｉ（Ｃ6Ｈ5）3、Ｔａ（ＯＣ2Ｈ5）5、ＴＨＦをそれぞれ０．０４
ｃｃ／ｍｉｎ、０．０８ｃｃ／ｍｉｎ、０．０８ｃｃ／ｍｉｎ、０．２ｃｃ／ｍｉｎの流
量で流した。
【００５３】
２０分後ガスパック４６直前のバルブを開きガスパック４６内に反応生成物を回収し、
ガスクロマトグラフにて分析し、検出された生成物と反応理論に基づき検討した反応式中
の生成物が一致するかどうかを調べた。その結果、本例においては、検出された生成物と
反応理論に基づき検討した反応式中の生成物はよく一致した。
【００５４】
また、分散部本体１のガス出口７側の外面における炭化物の付着量を測定した。その結
果、炭化物の付着量はごくわずかであった。
【００５５】
（比較例１）
本例では、図１に示す装置において、冷却手段を取り除いた装置を用いて実施例１と同
様の実験を行った。
【００５６】
本例においては、検出された生成物と反応理論に基づき検討した反応式中の生成物は不
十分であった。
【００５７】
また、分散部本体１のガス出口７側の外面における炭化物の付着量を測定した結果は、
炭化物の付着量は実施例１の場合の約５倍であった。
【００５８】
（実施例２）
図５に実施例２に係るＭＯＣＶＤ用気化器を示す。
【００５９】
実施例１では接続部２３についてもヒータ２１による加熱を行っていたが、本例では、
気化部２２の外周にのみヒータを設けた。また、接続部２３の外周には冷却手段５０を設
け、接続部２３の冷却を行った。
【００６０】
他の点は実施例１と同様とした。
【００６１】
本例においては、検出された生成物と反応理論に基づき検討した反応式中の生成物は実
施例１の場合よりも良好な一致が見られた。
【００６２】
また、分散部本体１のガス出口７側の外面における炭化物の付着量を測定した結果は、
炭化物の付着量は実施例１の場合の約１／３倍であった。
【００６３】
（実施例３）
図６に実施例３に係るＭＯＣＶＤ用気化器を示す。
【００６４】
本例では、接続部２３の内部は、分散部８から気化部２２に向かい内径が大きくなるテ
ーパー５１をなしている。かかるテーパー５１のためその部分のデッドゾーンが無くなり
、原料の滞留を防止することができる。
【００６５】
他の点は実施例１と同様とした。
【００６６】
本例においては、検出された生成物と反応理論に基づき検討した反応式中の生成物は実
施例２の場合よりも良好な一致が見られた。
【００６７】
また、分散部本体１のガス出口７側の外面における炭化物の付着量を測定した結果は、
炭化物の付着量は皆無に近かった。
【００６８】
（実施例４）
図７にガス通路の変形実施例を示す。
【００６９】
図７（ａ）ではロッド１０の表面に溝７０を形成してあり、ロッド１０の外径を分散部
本体１の内部にあけた孔の内径とほぼ同一としてある。従って、ロッド１０を孔にはめ込
むだけで、偏心することなく孔内にロッド１０を配置することができる。また、ビスなど
を用いる必要もない。この溝７０がガス通路となる。
【００７０】
なお、溝７０はロッド１０の長手方向中心軸と平行に複数本形成してもよいが、ロッド
１０の表面に螺旋状に形成してもよい。螺旋状の場合にはより均一性に優れた原料ガスを
得ることができる。
【００７１】
図７（ｂ）はロッド１０に突部を設けた例である。突部の最も大きな径を分散部本体１
の内部にあけた孔の内径とほぼ同一としてある。突部と突部との間と孔の内面とで形成さ
れる空間がガス通路となる。
【００７２】
なお、（ａ），（ｂ）に示した例は、ロッド１０の表面に加工を施してた例であるが、
ロッドとして断面円形のものを用い、孔の方に凹部を設けてガス通路としてもよいことは
いうまでもない。
【００７３】
（実施例５）
図８に基づき実施例５を説明する。
【００７４】
本例のＭＯＣＶＤ用気化器は、
内部に形成されたガス通路と、
ガス通路に加圧されたキャリアガス３を導入するためのガス導入口４と、
ガス通路に原料溶液５ａ，５ｂを供給するための手段と、
原料溶液５ａ、５ｂを含むキャリアガスを気化部２２に送るためのガス出口７と、
を有する分散部８と、
一端がＭＯＣＶＤ装置の反応管に接続され、他端が前ガス出口７に接続された気化管２
０と、
気化管２０を加熱するための加熱手段と、
を有し、
分散部８から送られてきた、原料溶液を含むキャリアガスを加熱して気化させるための
気化部２２と、
を有し、
分散部８は、円筒状中空部を有する分散部本体１と、円筒状中空部の内径より小さな外
径を有するロッド１０とを有し、
ロッド１０の外周の気化器２２側に１又は２以上の螺旋状の溝６０を有し、
ロッド１０は該円筒状中空部に挿入されている。
【００７５】
高速のキャリアガス３が流れるガス通路に原料溶液５が供給されると、原料溶液は剪断
・霧化される。すなわち、液体である原料溶液は、キャリアガスの高速流により剪断され
、粒子化される。粒子化した原料溶液は粒子状態でキャリアガス中に分散しする。この点
は、実施例１と同様である。
【００７６】
なお、剪断・霧化を最適に行うためには、次ぎの条件が好ましい。
【００７７】
原料溶液５の供給は、０．０１〜１ｃｃ／ｍｉｎで行うことが好ましく、０．０５〜０
．５ｃ／ｍｉｎで行うことがより好ましく、０．１〜０．３ｃｃ／ｍｉｎで行うことがさ
らに好ましい。複数の原料溶液（溶剤を含む）を同時に供給する場合には、そのトータル
量である。
【００７８】
また、キャリアガスは５０〜３００ｍ／ｓｅｃの速度で供給することが好ましく、１０
０〜２００ｍ／ｓｅｃの速度で供給することがより好ましい。
【００７９】
本例では、ロッド１０の外周には、螺旋状の溝６０が形成してあり、かつ、分散部本体
１とロッド１０との間には隙間空間が存在するため、霧化状態となった原料溶液を含むキ
ャリアガスはこの隙間空間を直進流として直進するとともに、螺旋状の溝６０に沿って旋
回流を形成する。
【００８０】
このように、直進流と旋回流とが併存する状態において霧化した原料溶液はキャリアガ
ス中に一様に分散することを本発明者は見いだしたのである。直進流と旋回流とが併存す
ると何故に一様の分散が得られるのかの理由は必ずしも明らかではないが、次のように考
えられる。旋回流の存在により、流れに遠心力が働き、二次の流れが生じる。この二次の
流れにより、原料及びキャリアガスの混合が促進される。すなわち、旋回流の遠心効果に
より流れに対して直角方向に２次的な派生流が生じ、これによって霧化した原料溶液がキ
ャリアガス中により一様に分散するものと思われる。
【００８１】
以下、本実施例をより詳細に説明する。
【００８２】
本実施例では、一例として４種類の原料溶液５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ（５ａ，５ｂ，５
ｃは有機金属原料、５ｄはＴＨＦなどの溶剤原料）をガス通路に供給するように構成され
ている。
【００８３】
それぞれ霧化し、超微粒子状となった原料溶液を含むキャリアガス（「原料ガス」とい
う）を混合するために、本例では、ロッド１０の原料供給孔６に対応する部分の下流部分
に螺旋状の溝のない部分を設けてある。この部分はプレミキシング部６５となる。プレミ
キシング部６５において、３種類の有機金属の原料ガスはある程度混合され、さらに、下
流の螺旋構造の領域において完全な混合原料ガスとなる。均一な混合原料ガスを得るため
には、このミキシング部６５の長さは、５〜２０ｍｍが好ましく、８〜１５ｍｍがより好
ましい。この範囲外の場合、３種類の有機金属の原料ガスのうち１種類のみの濃度が高い
混合原料ガスが気化部２２に送られてしまうことがある。
【００８４】
本例では、ロッド１０の上流側の端部６６には、平行部６７とテーパ部５８とを設けて
ある。分散部本体１の円筒中空部にも平行部６７とテーパー部５８に対応した、ロッド１
０の平行部６７の外径と同じ内径の平行部と、ロッド１０のテーパーと同じテーパのテー
パ部とを設けてある。従って、ロッド１０を図面上左側から挿入すれば、ロッド１０は分
散部本体１の中空部内に保持される。
【００８５】
本例では、実施例１の場合とは異なり、ロッド１０にテーパを設けて保持しているため
、３ｋｇｆ／ｃｍ2よりも高圧のキャリアガスを用いてもロッド１０の移動を防止するこ
とができる。すなわち、図８に示す保持技術を採用すれば、３ｋｇ／ｃｍ2以上の圧力で
キャリアガスを流すことができる。その結果、より高速のキャリアガスの供給が可能とな
る。すなわち、５０〜３００ｍｍ／ｓの高速のキャリアガスの供給も可能となる。前記し
た他の実施例においてもこの保持技術を採用すれば同様である。
【００８６】
なお、ロッド１０の原料供給孔６に対応する部分には、図９（ｂ）に示すように、キャ
リアガスの通路として溝６７ａ，６７ｂ，６７ｃ，６７ｄを形成しておく。各溝６７ａ，
６７ｂ，６７ｃ，６７の深さとしては、０．００５〜０．１ｍｍが好ましい。０．００５
ｍｍ未満では溝の成形加工が困難となる。また、０．０１〜０．０５がより好ましい。こ
の範囲とすることにより目詰まりなどの発生がなくなる。また、高速流が得られやすい。
【００８７】
ロッド１０の保持、ガス通路の形成については、実施例１における図１に示す構成その
他の構成を採用してもかまわない。
【００８８】
螺旋状の溝６０は、図９（ａ）に示すように、１本でもよいが、図１０に示すように複
数本でもよい。また、螺旋状の溝を複数本形成する場合には、クロスさせてもよい。クロ
スさせた場合には、より均一に分散した原料ガスが得られる。
【００８９】
螺旋状の溝６０の寸法・形状には特に限定されず、図９（ｃ）に示した寸法・形状が一
例としてあげられる。
【００９０】
なお、本例では、図８に示すとおり、ガス通路は、冷却水１８により冷却している。
【００９１】
また、本例では、分散部２２の入口手前において、拡張部６９を独立して設けてある。
この拡張部６９は実施例３において、述べた原料ガスの滞留を防止するための部分である
。もちろん、拡張部６９を独立して設ける必要はなく、図６に示したように一体化した構
成としてもよい。
【００９２】
拡張部６９における拡張角度θとしては、５〜１０度が好ましい。θがこの範囲内の場
合、旋回流を壊すことなく原料ガスを分散部に供給することができる。
また、θがこの範囲内の場合、拡大による流体抵抗が最小となり、また、デッドの存在が
最小となり、デッドゾーンの存在による渦流の存在を最小にすることができる。なお、θ
としては、６〜７度がより好ましい。なお、図６に示した実施例の場合においても好まし
いθの範囲は同様である。
【００９３】
（実施例６）
図８に示す装置を用い、次ぎなる条件で原料溶液及びキャリアガスの供給を行い、原料
ガスにおける均一性を調べた。
【００９４】
原料溶液滴下量：Ｓｒ（ＤＰＭ）2 ０．０４ｃｃ／ｍｉｎ
Ｂｉ（Ｃ6Ｈ5）3 ０．０８ｃｃ／ｍｉｎ
Ｔａ（ＯＣ2Ｈ5）5 ０．０８ｃｃ／ｍｉｎ
ＴＨＦ ０．２ｃｃ/ｍｉｎ
キャリアガス：窒素ガス
１０〜３５０ｍ／ｓ
【００９５】
気化装置としては図８に示す装置を用いた。ただ、ロッドとしては、図９に示すロッド
において螺旋溝が形成されていないロッドを用いた。
【００９６】
原料溶液を原料供給孔６から供給するとともにキャリアガスをその速度を各種変化させ
た。なお、原料供給孔からは、溝６７ａにはＳｒ（ＤＰＭ）2、溝６７ｂにはＢｉ（Ｃ6Ｈ
5）3、溝６７ｃにはＴａ（ＯＣ2Ｈ5）5、溝６７ｄにはＴＨＦをそれぞれ供給した。
【００９７】
気化部における加熱を行わず、ガス出口７において原料ガスを採取し、採取した原料ガ
スにおける原料溶液の粒子径の測定を行った。
【００９８】
その結果を相対値（図１２（ａ）に示す従来例に係る装置を用いた場合を１とする）と
して図１１に示す。図１１からわかるように、流速を５０ｍ／ｓ以上とすることにより分
散粒子径は小さくなり、１００ｍ／ｓ以上とすることにより分散粒子径はさらに小さくな
る。ただ、２００ｍ／ｓ以上としても分散粒子径は飽和する。従って、１００〜２００ｍ
／ｓがより好ましい範囲である。
【００９９】
（実施例７）
本例では、ロッドとして螺旋溝を形成したロッドを使用した。
【０１００】
他の点は実施例６と同様とした。
【０１０１】
実施例６では、溝の延長部において、溝に供給された原料溶液の濃度が濃かった。すな
わち、すなわち、溝６７ａの延長部では、Ｓｒ（ＤＰＭ）2が、溝６７ｂの延長部ではＢ
ｉ（Ｃ6Ｈ5）3が、溝６７ｃの延長部ではＴａ（ＯＣ2Ｈ5）5がそれぞれ他の濃度が高かっ
た。
【０１０２】
しかし、本例では、螺旋溝の端において得られた混合原料ガスはどの部分においても各
有機金属原料が均一であった。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】実施例１に係るＭＯＣＶＤ用気化器の要部を示す断面図である。
【図２】実施例１に係るＭＯＣＶＤ用気化器の全体断面図である。
【図３】ＭＯＣＶＤのシステム図である。
【図４】リザーブタンクの正面図である。
【図５】実施例２に係るＭＯＣＶＤ用気化器の要部を示す断面図である。
【図６】実施例３に係るＭＯＣＶＤ用気化器の要部を示す断面図である。
【図７】（ａ），（ｂ）ともに、実施例４に係り、ＭＯＣＶＤ用気化器のガス通路の変形例を示す断面図である。
【図８】実施例５に係るＭＯＣＶＤ用気化器を示す断面図である。
【図９】実施例５に係るＭＯＣＶＤ用気化器に使用するロッドを示し、（ａ）は側面図、（ｂ）はＸ−Ｘ断面図、（ｃ）はＹ−Ｙ断面図である。
【図１０】図９（ａ）の変形例を示す側面図である。
【図１１】実施例６における実験結果を示すグラフである。
【図１２】（ａ），（ｂ）ともに従来のＭＯＣＶＤ用気化器を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１ 分散部本体、
２ ガス通路、
３ キャリアガス、
４ ガス導入口、
５ 原料溶液、
６ 原料供給孔、
７ ガス出口、
８ 分散部、
９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ ビス、
１０ ロッド、
１８ 冷却するための手段（冷却水）、
２０ 気化管、
２１ 加熱手段（ヒータ）、
２２ 気化部、
２３ 接続部、
２４ 継手、
２５ 酸素導入手段（酸素供給口）、
２９ 原料供給入口、
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ マスフローコントローラ、
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ バルブ、
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ リザーブタンク、
３３ キャリアガスボンベ、
４２ 排気口、
４０ バルブ、
４４ 反応管、
４６ ガスパック、
５１ テーパー、
７０ 溝。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
(1)内部に形成された、複数の溝を有するガス通路と、
該ガス通路に加圧されたキャリアガスを導入するためのガス導入口と、
該複数の溝にそれぞれ異なる原料溶液を供給するための手段と、
前記加圧されたキャリアガスにより粒子化した原料溶液を含むキャリアガスを気化部に送るためのガス出口と、を有する分散部と、
(2)前記分散部から送られてきた、原料溶液を含むキャリアガスを加熱して気化させるための気化部と、
を有することを特徴とする気化器。
【請求項２】
前記複数の溝の一つには有機溶媒を供給するようにしたことを特徴とする請求項記載の気化器。
【請求項３】
請求項１又は２記載の気化器を有することを特徴とする薄膜の形成装置。
【請求項４】
請求項１又は２記載の気化器を有することを特徴とするＭＯＣＶＤ装置。
【請求項１】
(1)内部に形成された、複数の溝を有するガス通路と、
該ガス通路に加圧されたキャリアガスを導入するためのガス導入口と、
該複数の溝にそれぞれ異なる原料溶液を供給するための手段と、
前記加圧されたキャリアガスにより粒子化した原料溶液を含むキャリアガスを気化部に送るためのガス出口と、を有する分散部と、
(2)前記分散部から送られてきた、原料溶液を含むキャリアガスを加熱して気化させるための気化部と、
を有することを特徴とする気化器。
【請求項２】
前記複数の溝の一つには有機溶媒を供給するようにしたことを特徴とする請求項記載の気化器。
【請求項３】
請求項１又は２記載の気化器を有することを特徴とする薄膜の形成装置。
【請求項４】
請求項１又は２記載の気化器を有することを特徴とするＭＯＣＶＤ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−３００８７１（Ｐ２００８−３００８７１Ａ）
【公開日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１０１３０（Ｐ２００８−２１０１３０）
【出願日】平成２０年８月１８日（２００８．８．１８）
【分割の表示】特願２００５−２１６０１０（Ｐ２００５−２１６０１０）の分割
【原出願日】平成１１年１月２２日（１９９９．１．２２）
【出願人】（５９１２７７３８２）株式会社渡辺商行 (34)
【出願人】（５９６００５００１）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月１８日（２００８．８．１８）
【分割の表示】特願２００５−２１６０１０（Ｐ２００５−２１６０１０）の分割
【原出願日】平成１１年１月２２日（１９９９．１．２２）
【出願人】（５９１２７７３８２）株式会社渡辺商行 (34)
【出願人】（５９６００５００１）
【Ｆターム（参考）】
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