用于金属有机物化学沉积设备的气路装置.pdf

本发明公开一种用于金属有机物化学沉积(MOCVD)设备的气路装置，其包括：气体入口；从所述气体入口引出的并行布置的多组气路，每一组气路包括并行布置的第一子气路和第二子气路，第一子气路和第二子气路中的每一个都能够选择性地与生长室连通和与排空通道连通。其中：气体通过一组气路时，气体选择性地流过该组气路中第一子气路和第二子气路中的一个；且第一子气路上设置有第一流量计，第二子气路上设置有第二流量计，所述第一流量计的最大量程大于第二流量计的最大量程。本发明通过大量程和小量程流量计及相应的气路切换的设计，在一台MOCVD设备中实现气体由大流量到小流量的精确控制，从而实现不同工艺条件下的高质量的材料外延生长。

1.  一种用于金属有机物化学沉积设备的气路装置，包括：
气体入口；
从所述入口引出的并行布置的多组气路，每一组气路包括并行布置的第一子气路和第二子气路，第一子气路和第二子气路中的每一个都能够选择性地与生长室连通和与排空通道连通，
其特征在于：
气体通过一组气路时，气体选择性地流过该组气路中第一子气路和第二子气路中的一个；且
第一子气路上设置有第一流量计，第二子气路上设置有第二流量计，所述第一流量计的最大量程大于第二流量计的最大量程。

2.  如权利要求1所述的气路装置，其特征在于：
第一流量计的最大量程是第二流量计的最大量程的10-100倍。

3.  如权利要求1所述的气路装置，其特征在于：
第一流量计的最大量程为1-100升/分钟，第二流量计的最大量程为0.01-1升/分钟。

4.  如权利要求1所述的气路装置，其特征在于：
至少两组气路中的第一子气路上的第一流量计的最大量程彼此不同。

5.  如权利要求1所述的气路装置，其特征在于：
至少两组气路中的第二子气路上的第二流量计的最大量程彼此不同。

6.  如权利要求1-5中任一项所述的气路装置，其特征在于：
至少两组气路通过同一气体通道与生长室连通。

7.  如权利要求1-5中任一项所述的气路装置，其特征在于：
第一子气路和第二子气路中的每一个均由各自的阀门实现开闭，且第一子气路和第二子气路中的每一个均通过各自的另外的阀门选择性地与生长室连通和与排空通道连通。

8.  如权利要求7所述的气路装置，其特征在于：
每一个阀门为气动阀门，所述气动阀门为气动波纹管阀或气动隔膜阀。

9.  如权利要求7所述的气路装置，其特征在于：
一组气路被细分为三条支路，最终三支路气体交汇于一点，再与生长室连通和与排空通道连通，且三条支路的第一流量计的最大量程彼此均不同，三条支路的第二流量计的最大量程也彼此不同。

10.  如权利要求6所述的气路装置，其特征在于：
第一子气路和第二子气路中的每一个均由各自的阀门实现开闭，且第子气路和第二子气路中的每一个均通过各自的另外的阀门选择性地与生长室连通和与排空通道连通。

11.  如权利要求10所述的气路装置，其特征在于：
每一个阀门为气动阀门，所述气动阀门为气动波纹管阀或气动隔膜阀。

12.  如权利要求1-5中任一项所述的气路装置，其特征在于：
第一子气路和第二子气路连接到第一切换阀，所述第一切换阀用于使得气体选择通过第一子气路或第二子气路，且
所述气路装置还包括第二切换阀，第一子气路和第二子气路通过所述第二切换阀选择性地与生长室连通和与排空通道连通。

13.  如权利要求6所述的气路装置，其特征在于：
第一子气路和第二子气路连接到第一切换阀，所述第一切换阀用于使得气体选择通过第一子气路或第二子气路，且
所述气路装置还包括第二切换阀，第一子气路和第二子气路通过所述第二切换阀选择性地与生长室连通和与排空通道连通。

用于金属有机物化学沉积设备的气路装置
技术领域
本发明涉及半导体设备制造技术领域，特别是涉及一种用于金属有机物化学沉积设备的气路装置。
背景技术
MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)设备，即金属有机物化学气相沉积设备，是化合物半导体外延材料研究和生产的关键设备，特别适合化合物半导体功能结构材料的规模化工业生产，是其它半导体设备所无法替代的核心半导体设备，是当今世界上生产半导体光电器件和微波器件材料的主要手段，是当今信息产业发展、国防高新技术突破不可缺少的战略性高技术半导体设备。
用金属有机物化学沉积(MOCVD)设备生长薄膜材料，通常需要各种源材料以及携带气体。源材料包括金属有机物(M0)和气体源，是参与化学反应并且在生成物中含有本原料成分的材料，携带气体包括氮气、氢气及惰性气体等，这些气体只携带原材料进入反应室中，本身并不参加化学反应。
通常反应原材料及携带气体都是通过管路传输的，其流量由质量流量计(MFC)控制，气体的通与断由阀门的开和关来控制，这些气体经过一定的工序进入反应室，实现不同材料的外延生长。
通常的质量流量计的流量控制范围在2％～100％左右。假如使用最大量程为50升/分钟的流量计，在通入气体为1升/分钟或更小的时候，流量计已经无法控制并显示该气体流量，使得在同一气路中大流量到小流量控制的直接转化无法实现。同时，流量计的控制精度和该流量计的最大量程有关，一般在最大量程的1％左右。所以选择的质量流量计量程如果过大时，很难实现对气体流量的精确控制，特别是小流量情况下，控制误差会很大，从而影响最终生成晶体的质量。
发明内容
基于上述问题提出本发明。
本发明提供了一种用于金属有机物化学沉积设备的气路装置，可以实现从大流量到小流量气体的精确控制，从而实现不同材料、不同工艺要求下的高质量外延。
根据本发明的一个方面，一种用于金属有机物化学沉积设备的气路装置，其包括：气体入口；从所述入口引出的并行布置的多组气路，每一组气路包括并行布置的第一子气路和第二子气路，第一子气路和第二子气路中的每一个都能够选择性地与生长室连通和与排空通道连通。其中：气体通过一组气路时，气体选择性地流过该组气路中第一子气路和第二子气路中的一个；且第一子气路上设置有第一流量计，第二子气路上设置有第二流量计，所述第一流量计的最大量程大于第二流量计的最大量程。
可选地，第一流量计的最大量程是第二流量计的最大量程的10-100倍。可选地，第一流量计的最大量程为1-100升/分钟，第二流量计的最大量程为0.01-1升/分钟。
可选地，至少两组气路中的第一子气路上的第一流量计的最大量程彼此不同。可选地，至少两组气路中的第二子气路上的第二流量计的最大量程彼此不同。
可选地，至少两组气路通过同一气体通道与生长室连通。
进一步可选地，第一子气路和第二子气路中的每一个均由各自的阀门实现开闭，且第一子气路和第二子气路中的每一个均通过各自的另外的阀门选择性地与生长室连通和与排空通道连通。有利地，每一个阀门为气动阀门，所述气动阀门为气动波纹管阀或气动隔膜阀。
可选地，第一子气路和第二子气路连接到第一切换阀，所述第一切换阀用于使得气体选择通过第一子气路或第二子气路，且所述气路装置还包括第二切换阀，第一子气路和第二子气路通过所述第二切换阀选择性地与生长室连通和与排空通道连通。
利用本发明的技术方案，至少可以实现如下之一：
1)将不同的反应原材料分别送入反应室，可以实现从大流量到小流量气体的精确控制，从而实现不同材料、不同工艺要求下的高质量外延生长；
2)通过对阀门的快速切换，可用于生长界面陡峭的超晶格材料；
3)该气路装置适用于可用于MOCVD外延的所有气体。
附图说明
图1为本发明的第一实施例示意图；和
图2为本发明的第二实施例示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
根据本发明的用于金属有机物化学沉积设备的气路装置包括：气体入口0；从所述入口0引出的并行布置的多组气路，每一组气路包括并行布置的第一子气路和第二子气路，第一子气路和第二子气路中的每一个都能够选择性地与生长室连通和与排空通道连通，其中：气体通过一组气路时，气体选择性地流过该组气路中第一子气路和第二子气路中的一个；且第一子气路上设置有第一流量计11、21…n1(n为自然数，优选地，n为小于11的自然数)，第二子气路上设置有第二流量计12、22…n2，所述第一流量计的最大量程大于第二流量计的最大量程。
需要注意的是，这里的入口0可以是气体容器也可以是气体管道。
可选地，第一流量计11、21…n1的最大量程是第二流量计12、22…n2的最大量程的10-100倍。可选地，第一流量计的最大量程为1-100升/分钟，第二流量计的最大量程为0.01-1升/分钟。
可选地，至少两组气路中的第一子气路上的第一流量计的最大量程彼此不同。可选地，至少两组气路中的第二子气路上的第二流量计的最大量程彼此不同。
可选地，至少两组气路通过同一气体通道与生长室连通。
可选地，第一子气路和第二子气路中的每一个均由各自的阀门13、23…n3，14、24…n4实现开闭，且第一子气路和第二子气路中的每一个均通过各自的另外的阀门15、15…n5，16、26…n6选择性地与生长室连通和与排空通道连通。有利地，每一个阀门为气动阀门，所述气动阀门为气动波纹管阀或气动隔膜阀。
尽管在附图中没有示出，第一子气路和第二子气路可连接到第一切换阀，所述第一切换阀用于使得气体选择通过第一子气路或第二子气路，且所述气路装置还可包括第二切换阀，第一子气路和第二子气路通过所述第二切换阀选择性地与生长室连通和与排空通道连通。
图1是本发明的第一实施例示意图，其示出了本发明的基本气路设计。气路装置包括大量程的第一流量计11、21…n1、小量程的第二流量计12、22…n2，大小流量计两两并行排列，在流量计的后端有控制气体流向的气动阀门13-16、23-26…n3-n6，在流量计与阀门之间连接气体管路。
需要注意的是，阀门13、23…n3，14、24…n4也可以设置在流量计的上游，而不是如附图中所示设置在流量计的下游。
当外延的材料需要通入大流量的气体时，气体从入口0进入，经过第一流量计11、21…n1，这时气动阀门13、23…n3打开，气动阀门14、24…n4关闭。当气体需要进入生长室时，气动阀门15、15…n5打开，气动阀门16、26…n6关闭，气体进入生长室参与外延生长；当气体不需要进入生长室时，气动阀门16、26…n6打开，气动阀门15、15…n5关闭，气体经抽气泵排空。
当外延的材料需要通入小流量的气体时，气体从入口0进入，经过流量计12、22…n2，这时气动阀门13、23…n3关闭，气动阀门14、24…n4打开。当气体需要进入生长室时，气动阀门15、15…n5打开，气动阀门16、26…n6关闭，气体进入生长室参与外延生长；当气体不需要进入生长室时，气动阀门16、26…n6打开，气动阀门15、15…n5关闭，气体经抽气泵排空。
此外，也可以将阀选择性地关闭以关闭一组气路。
具体地，如附图1中所示，第一和第二流量计分别串联一个气动阀门，这两个串联管路之间再并联，形成第一并联气路；其后再有两个气动阀门并联，形成第二并联气路；两个并联气路再连接管路成串联，最终构成一组气路。通过阀门的开关组合，实现气体经第一流量计或第二流量计控制，最终至生长室或排空的目的。
图2为本发明的第二实施例示意图。参见图2，并结合图1，为更精确的控制气路流量，特别是小流量情况下，对气路作了以下改进：在某一气路上并行多个不同量程的流量计，用以满足减小控制误差的目的。
如图2中的第1路气体，被细分为a、b、c三支路，分别包括大量程的流量计11a、11b和11c、小量程的流量计12a、12b和12c，大小量程的流量计两两并行排列，在流量计的下游设置有控制气体流向的气动阀门13a至16a、13b至16b和13c至16c，在流量计与阀门之间连接气体管路，a、b、c三支路气体在进入生长室前均经过交汇点1。
假设大量程的流量计11a、11b和11c的量程分别为100、10、1升/分钟，如果其控制精度以最大量程的1％为统一标准，则分别为1、0.1、0.01升/分钟。在大气体流量情况下，如超过10升/分钟时，只能选择流量计11a来控制气体流量，即选择支路a。但如果气体流量只需要不超过1升/分钟时，三支路气体均可选择，比较控制精度，显然最优的选择是通过流量计11c来控制气体流量，即选择支路c。
同样，假设小量程的流量计12a、12b和12c的量程分别为1、0.1、0.01升/分钟，如果其控制精度以最大量程的1％为统一标准，则分别为10、1、0.1毫升/分钟。在气体流量需要超过1升/分钟时，只能选择流量计12a来控制气体流量，即选择支路a。但如果气体流量只需要不超过0.01升/分钟，此时三支路气体均可选择，比较控制精度，显然最优的选择是通过流量计12c来控制气体流量，即选择支路c。
同样，尽管在附图2中没有示出，第一子气路和第二子气路可连接到第一切换阀，所述第一切换阀用于使得气体选择通过第一子气路或第二子气路，且所述气路装置还可包括第二切换阀，第一子气路和第二子气路通过所述第二切换阀选择性地与生长室连通和与排空通道连通。
根据本发明，对应不同流量气体的需要，可以选择最优控制精度的流量计。图2相比于图1主要是对其中1路气路细化为更多支路，增加更多的不同量程的流量计，通过阀门的开关组合，可以选择合适量程的流量计精确控制通路，可以优化气体流量的控制精度。
在本发明中，基于所要求的气体流量大小的变化、量程限制和控制精度，通过阀门的开关组合选择气体通过气路(包括支路或子气路)。
根据本发明的气路装置可以通入各钟气体，例如氮气、氢气、氨气、金属有机源、砷烷、磷烷及惰性气体。
根据本发明的气路装置可以允许同时有多路路气体进人生长室。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。