專利名稱：用于金屬有機(jī)物化學(xué)沉積設(shè)備的氣路裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體設(shè)備制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于金屬有機(jī)物化學(xué)沉積 設(shè)備的氣路裝置。
背景技術(shù)：
MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition)設(shè)備，即金屬有機(jī)物化學(xué)氣 相沉積設(shè)備，是化合物半導(dǎo)體外延材料研究和生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，特別適合化合物半導(dǎo)體功 能結(jié)構(gòu)材料的規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)，是其它半導(dǎo)體設(shè)備所無(wú)法替代的核心半導(dǎo)體設(shè)備，是當(dāng)今 世界上生產(chǎn)半導(dǎo)體光電器件和微波器件材料的主要手段，是當(dāng)今信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展、國(guó)防高新 技術(shù)突破不可缺少的戰(zhàn)略性高技術(shù)半導(dǎo)體設(shè)備。用金屬有機(jī)物化學(xué)沉積(MOCVD)設(shè)備生長(zhǎng)薄膜材料，通常需要各種源材料以及攜 帶氣體。源材料包括金屬有機(jī)物(MO)和氣體源，是參與化學(xué)反應(yīng)并且在生成物中含有本原 料成分的材料，攜帶氣體包括氮?dú)狻錃饧岸栊詺怏w等，這些氣體只攜帶原材料進(jìn)入反應(yīng)室 中，本身并不參加化學(xué)反應(yīng)。通常反應(yīng)原材料及攜帶氣體都是通過(guò)管路傳輸?shù)?，其流量由質(zhì)量流量計(jì)(MFC)控 制，氣體的通與斷由閥門的開(kāi)和關(guān)來(lái)控制，這些氣體經(jīng)過(guò)一定的工序進(jìn)入反應(yīng)室，實(shí)現(xiàn)不同 材料的外延生長(zhǎng)。通常的質(zhì)量流量計(jì)的流量控制范圍在2 0Z0 100%左右。假如使用最大量程為50 升/分鐘的流量計(jì)，在通入氣體為1升/分鐘或更小的時(shí)候，流量計(jì)已經(jīng)無(wú)法控制并顯示該 氣體流量，使得在同一氣路中大流量到小流量控制的直接轉(zhuǎn)化無(wú)法實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，流量計(jì)的控 制精度和該流量計(jì)的最大量程有關(guān)，一般在最大量程的左右。所以選擇的質(zhì)量流量計(jì)量 程如果過(guò)大時(shí)，很難實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體流量的精確控制，特別是小流量情況下，控制誤差會(huì)很大， 從而影響最終生成晶體的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述問(wèn)題提出本發(fā)明。本發(fā)明提供了一種用于金屬有機(jī)物化學(xué)沉積設(shè)備的氣路裝置，可以實(shí)現(xiàn)從大流量 到小流量氣體的精確控制，從而實(shí)現(xiàn)不同材料、不同工藝要求下的高質(zhì)量外延。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種用于金屬有機(jī)物化學(xué)沉積設(shè)備的氣路裝置，其包括氣體入口 ；從所述入口引出的并行布置的多組氣路，每一組氣路包括并行布置的第一子氣 路和第二子氣路，第一子氣路和第二子氣路中的每一個(gè)都能夠選擇性地與生長(zhǎng)室連通和與 排空通道連通。其中氣體通過(guò)一組氣路時(shí)，氣體選擇性地流過(guò)該組氣路中第一子氣路和第 二子氣路中的一個(gè)；且第一子氣路上設(shè)置有第一流量計(jì)，第二子氣路上設(shè)置有第二流量計(jì)， 所述第一流量計(jì)的最大量程大于第二流量計(jì)的最大量程?？蛇x地，第一流量計(jì)的最大量程是第二流量計(jì)的最大量程的10-100倍。可選地， 第一流量計(jì)的最大量程為1-100升/分鐘，第二流量計(jì)的最大量程為0. 01-1升/分鐘。
可選地，至少兩組氣路中的第一子氣路上的第一流量計(jì)的最大量程彼此不同?？?選地，至少兩組氣路中的第二子氣路上的第二流量計(jì)的最大量程彼此不同?？蛇x地，至少兩組氣路通過(guò)同一氣體通道與生長(zhǎng)室連通。進(jìn)一步可選地，第一子氣路和第二子氣路中的每一個(gè)均由各自的閥門實(shí)現(xiàn)開(kāi)閉， 且第一子氣路和第二子氣路中的每一個(gè)均通過(guò)各自的另外的閥門選擇性地與生長(zhǎng)室連通 和與排空通道連通。有利地，每一個(gè)閥門為氣動(dòng)閥門，所述 氣動(dòng)閥門為氣動(dòng)波紋管閥或氣動(dòng) 隔膜閥?？蛇x地，第一子氣路和第二子氣路連接到第一切換閥，所述第一切換閥用于使得 氣體選擇通過(guò)第一子氣路或第二子氣路，且所述氣路裝置還包括第二切換閥，第一子氣路 和第二子氣路通過(guò)所述第二切換閥選擇性地與生長(zhǎng)室連通和與排空通道連通。利用本發(fā)明的技術(shù)方案，至少可以實(shí)現(xiàn)如下之一1)將不同的反應(yīng)原材料分別送入反應(yīng)室，可以實(shí)現(xiàn)從大流量到小流量氣體的精確 控制，從而實(shí)現(xiàn)不同材料、不同工藝要求下的高質(zhì)量外延生長(zhǎng)；2)通過(guò)對(duì)閥門的快速切換，可用于生長(zhǎng)界面陡峭的超晶格材料；3)該氣路裝置適用于可用于MOCVD外延的所有氣體。


圖1為本發(fā)明的第一實(shí)施例示意圖；和圖2為本發(fā)明的第二實(shí)施例示意圖。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說(shuō)明。在說(shuō)明 書(shū)中，相同或相似的附圖標(biāo)號(hào)指示相同或相似的部件。下述參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式的 說(shuō)明旨在對(duì)本發(fā)明的總體發(fā)明構(gòu)思進(jìn)行解釋，而不應(yīng)當(dāng)理解為對(duì)本發(fā)明的一種限制。根據(jù)本發(fā)明的用于金屬有機(jī)物化學(xué)沉積設(shè)備的氣路裝置包括氣體入口 0 ；從所 述入口 0引出的并行布置的多組氣路，每一組氣路包括并行布置的第一子氣路和第二子 氣路，第一子氣路和第二子氣路中的每一個(gè)都能夠選擇性地與生長(zhǎng)室連通和與排空通道連 通，其中氣體通過(guò)一組氣路時(shí)，氣體選擇性地流過(guò)該組氣路中第一子氣路和第二子氣路中 的一個(gè)；且第一子氣路上設(shè)置有第一流量計(jì)11、21…nl (η為自然數(shù)，優(yōu)選地，η為小于11的 自然數(shù))，第二子氣路上設(shè)置有第二流量計(jì)12、22··· π2，所述第一流量計(jì)的最大量程大于第 二流量計(jì)的最大量程。需要注意的是，這里的入口 0可以是氣體容器也可以是氣體管道。可選地，第一流量計(jì)11、21…nl的最大量程是第二流量計(jì)12、22…n2的最大量程 的10-100倍?？蛇x地，第一流量計(jì)的最大量程為1-100升/分鐘，第二流量計(jì)的最大量程 為0.01-1升/分鐘?？蛇x地，至少兩組氣路中的第一子氣路上的第一流量計(jì)的最大量程彼此不同?？?選地，至少兩組氣路中的第二子氣路上的第二流量計(jì)的最大量程彼此不同?？蛇x地，至少兩組氣路通過(guò)同一氣體通道與生長(zhǎng)室連通?？蛇x地，第一子氣路和第二子氣路中的每一個(gè)均由各自的閥門13、23···η3，14、24…n4實(shí)現(xiàn)開(kāi)閉，且第一子氣路和第二子氣路中的每一個(gè)均通過(guò)各自的另外的閥門15、15…n5，16、26…π6選擇性地與生長(zhǎng)室連通和與排空通道連通。有利地，每一個(gè)閥門為氣動(dòng) 閥門，所述氣動(dòng)閥門為氣動(dòng)波紋管閥或氣動(dòng)隔膜閥。盡管在附圖中沒(méi)有示出，第一子氣路和第二子氣路可連接到第一切換閥，所述第 一切換閥用于使得氣體選擇通過(guò)第一子氣路或第二子氣路，且所述氣路裝置還可包括第二 切換閥，第一子氣路和第二子氣路通過(guò)所述第二切換閥選擇性地與生長(zhǎng)室連通和與排空通 道連通。圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施例示意圖，其示出了本發(fā)明的基本氣路設(shè)計(jì)。氣路裝置 包括大量程的第一流量計(jì)11、21···η1、小量程的第二流量計(jì)12、22···η2，大小流量計(jì)兩兩并 行排列，在流量計(jì)的后端有控制氣體流向的氣動(dòng)閥門13-16、23-26…η3-η6，在流量計(jì)與閥 門之間連接氣體管路。需要注意的是，閥門13、23…η3，14、24…η4也可以設(shè)置在流量計(jì)的上游，而不是 如附圖中所示設(shè)置在流量計(jì)的下游。當(dāng)外延的材料需要通入大流量的氣體時(shí)，氣體從入口 0進(jìn)入，經(jīng)過(guò)第一流量計(jì)11、 21···η1，這時(shí)氣動(dòng)閥門13、23…π3打開(kāi)，氣動(dòng)閥門14、24…η4關(guān)閉。當(dāng)氣體需要進(jìn)入生長(zhǎng) 室時(shí)，氣動(dòng)閥門15、15…π5打開(kāi)，氣動(dòng)閥門16、26…π6關(guān)閉，氣體進(jìn)入生長(zhǎng)室參與外延生長(zhǎng)； 當(dāng)氣體不需要進(jìn)入生長(zhǎng)室時(shí)，氣動(dòng)閥門16、26…π6打開(kāi)，氣動(dòng)閥門15、15…π5關(guān)閉，氣體經(jīng)
抽氣泵排空。當(dāng)外延的材料需要通入小流量的氣體時(shí)，氣體從入口 0進(jìn)入，經(jīng)過(guò)流量計(jì)12、22··· η2，這時(shí)氣動(dòng)閥門13、23…π3關(guān)閉，氣動(dòng)閥門14、24…η4打開(kāi)。當(dāng)氣體需要進(jìn)入生長(zhǎng)室時(shí)， 氣動(dòng)閥門15、15…π5打開(kāi)，氣動(dòng)閥門16、26…π6關(guān)閉，氣體進(jìn)入生長(zhǎng)室參與外延生長(zhǎng)；當(dāng)氣 體不需要進(jìn)入生長(zhǎng)室時(shí)，氣動(dòng)閥門16、26…π6打開(kāi)，氣動(dòng)閥門15、15…π5關(guān)閉，氣體經(jīng)抽氣
泵排空。此外，也可以將閥選擇性地關(guān)閉以關(guān)閉一組氣路。具體地，如附圖1中所示，第一和第二流量計(jì)分別串聯(lián)一個(gè)氣動(dòng)閥門，這兩個(gè)串聯(lián) 管路之間再并聯(lián)，形成第一并聯(lián)氣路；其后再有兩個(gè)氣動(dòng)閥門并聯(lián)，形成第二并聯(lián)氣路；兩 個(gè)并聯(lián)氣路再連接管路成串聯(lián)，最終構(gòu)成一組氣路。通過(guò)閥門的開(kāi)關(guān)組合，實(shí)現(xiàn)氣體經(jīng)第一 流量計(jì)或第二流量計(jì)控制，最終至生長(zhǎng)室或排空的目的。圖2為本發(fā)明的第二實(shí)施例示意圖。參見(jiàn)圖2，并結(jié)合圖1，為更精確的控制氣路 流量，特別是小流量情況下，對(duì)氣路作了以下改進(jìn)在某一氣路上并行多個(gè)不同量程的流量 計(jì)，用以滿足減小控制誤差的目的。如圖2中的第1路氣體，被細(xì)分為a、b、c三支路，分別包括大量程的流量計(jì)11a、 lib和11c、小量程的流量計(jì)12a、12b和12c，大小量程的流量計(jì)兩兩并行排列，在流量計(jì)的 下游設(shè)置有控制氣體流向的氣動(dòng)閥門13a至16a、13b至16b和13c至16c，在流量計(jì)與閥門 之間連接氣體管路，a、b、c三支路氣體在進(jìn)入生長(zhǎng)室前均經(jīng)過(guò)交匯點(diǎn)1。假設(shè)大量程的流量計(jì)IlaUlb和Ilc的量程分別為100、10、1升/分鐘，如果其控 制精度以最大量程的為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，則分別為1、0.1,0.01升/分鐘。在大氣體流量情況 下，如超過(guò)10升/分鐘時(shí)，只能選擇流量計(jì)Ila來(lái)控制氣體流量，即選擇支路a。但如果氣 體流量只需要不超過(guò)1升/分鐘時(shí)，三支路氣體均可選擇，比較控制精度，顯然最優(yōu)的選擇是通過(guò)流量計(jì)lie來(lái)控制氣體流量，即選擇支路C。同樣，假設(shè)小量程的流量計(jì)12a、12b和12c的量程分別為1、0. 1,0. 01升/分鐘，
如果其控制精度以最大量程的為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，則分別為10、1、0.1毫升/分鐘。在氣體流 量需要超過(guò)1升/分鐘時(shí)，只能選擇流量計(jì)12a來(lái)控制氣體流量，即選擇支路a。但如果氣 體流量只需要不超過(guò)0. 01升/分鐘，此時(shí)三支路氣體均可選擇，比較控制精度，顯然最優(yōu)的選擇是通過(guò)流量計(jì)12c來(lái)控制氣體流量，即選擇支路C。同樣，盡管在附圖2中沒(méi)有示出，第一子氣路和第二子氣路可連接到第一切換閥， 所述第一切換閥用于使得氣體選擇通過(guò)第一子氣路或第二子氣路，且所述氣路裝置還可包 括第二切換閥，第一子氣路和第二子氣路通過(guò)所述第二切換閥選擇性地與生長(zhǎng)室連通和與 排空通道連通。根據(jù)本發(fā)明，對(duì)應(yīng)不同流量氣體的需要，可以選擇最優(yōu)控制精度的流量計(jì)。圖2相 比于圖1主要是對(duì)其中1路氣路細(xì)化為更多支路，增加更多的不同量程的流量計(jì)，通過(guò)閥門 的開(kāi)關(guān)組合，可以選擇合適量程的流量計(jì)精確控制通路，可以優(yōu)化氣體流量的控制精度。在本發(fā)明中，基于所要求的氣體流量大小的變化、量程限制和控制精度，通過(guò)閥門 的開(kāi)關(guān)組合選擇氣體通過(guò)氣路(包括支路或子氣路)。根據(jù)本發(fā)明的氣路裝置可以通入各鐘氣體，例如氮?dú)?、氫氣、氨氣、金屬有機(jī)源、砷 烷、磷烷及惰性氣體。根據(jù)本發(fā)明的氣路裝置可以允許同時(shí)有多路路氣體進(jìn)人生長(zhǎng)室。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以 理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行變化，本發(fā)明的范圍由 所附權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
一種用于金屬有機(jī)物化學(xué)沉積設(shè)備的氣路裝置，包括氣體入口；從所述入口引出的并行布置的多組氣路，每一組氣路包括并行布置的第一子氣路和第二子氣路，第一子氣路和第二子氣路中的每一個(gè)都能夠選擇性地與生長(zhǎng)室連通和與排空通道連通，其特征在于氣體通過(guò)一組氣路時(shí)，氣體選擇性地流過(guò)該組氣路中第一子氣路和第二子氣路中的一個(gè)；且第一子氣路上設(shè)置有第一流量計(jì)，第二子氣路上設(shè)置有第二流量計(jì)，所述第一流量計(jì)的最大量程大于第二流量計(jì)的最大量程。
2.如權(quán)利要求1所述的氣路裝置，其特征在于第一流量計(jì)的最大量程是第二流量計(jì)的最大量程的10-100倍。
3.如權(quán)利要求1所述的氣路裝置，其特征在于第一流量計(jì)的最大量程為1-100升/分鐘，第二流量計(jì)的最大量程為0. 01-1升/分鐘。
4.如權(quán)利要求1所述的氣路裝置，其特征在于至少兩組氣路中的第一子氣路上的第一流量計(jì)的最大量程彼此不同。
5.如權(quán)利要求1所述的氣路裝置，其特征在于至少兩組氣路中的第二子氣路上的第二流量計(jì)的最大量程彼此不同。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的氣路裝置，其特征在于至少兩組氣路通過(guò)同一氣體通道與生長(zhǎng)室連通。
7.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的氣路裝置，其特征在于第一子氣路和第二子氣路中的每一個(gè)均由各自的閥門實(shí)現(xiàn)開(kāi)閉，且第一子氣路和第二 子氣路中的每一個(gè)均通過(guò)各自的另外的閥門選擇性地與生長(zhǎng)室連通和與排空通道連通。
8.如權(quán)利要求7所述的氣路裝置，其特征在于每一個(gè)閥門為氣動(dòng)閥門，所述氣動(dòng)閥門為氣動(dòng)波紋管閥或氣動(dòng)隔膜閥。
9.如權(quán)利要求7所述的氣路裝置，其特征在于一組氣路被細(xì)分為三條支路，最終三支路氣體交匯于一點(diǎn)，再與生長(zhǎng)室連通和與排空 通道連通，且三條支路的第一流量計(jì)的最大量程彼此均不同，三條支路的第二流量計(jì)的最 大量程也彼此不同。
10.如權(quán)利要求6所述的氣路裝置，其特征在于第一子氣路和第二子氣路中的每一個(gè)均由各自的閥門實(shí)現(xiàn)開(kāi)閉，且第子氣路和第二子 氣路中的每一個(gè)均通過(guò)各自的另外的閥門選擇性地與生長(zhǎng)室連通和與排空通道連通。
11.如權(quán)利要求10所述的氣路裝置，其特征在于每一個(gè)閥門為氣動(dòng)閥門，所述氣動(dòng)閥門為氣動(dòng)波紋管閥或氣動(dòng)隔膜閥。
12.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的氣路裝置，其特征在于第一子氣路和第二子氣路連接到第一切換閥，所述第一切換閥用于使得氣體選擇通過(guò) 第一子氣路或第二子氣路，且所述氣路裝置還包括第二切換閥，第一子氣路和第二子氣路通過(guò)所述第二切換閥選擇 性地與生長(zhǎng)室連通和與排空通道連通。
13.如權(quán)利要求6所述的氣路裝置，其特征在于第一子氣路和第二子氣路連接到第一切換閥，所述第一切換閥用于使得氣體選擇通過(guò) 第一子氣路或第二子氣路，且所述氣路裝置還包括第二切換閥，第一子氣路和第二子氣路通過(guò)所述第二切換閥選擇 性地與生長(zhǎng)室連通和與排空通道連通。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種用于金屬有機(jī)物化學(xué)沉積(MOCVD)設(shè)備的氣路裝置，其包括氣體入口；從所述氣體入口引出的并行布置的多組氣路，每一組氣路包括并行布置的第一子氣路和第二子氣路，第一子氣路和第二子氣路中的每一個(gè)都能夠選擇性地與生長(zhǎng)室連通和與排空通道連通。其中氣體通過(guò)一組氣路時(shí)，氣體選擇性地流過(guò)該組氣路中第一子氣路和第二子氣路中的一個(gè)；且第一子氣路上設(shè)置有第一流量計(jì)，第二子氣路上設(shè)置有第二流量計(jì)，所述第一流量計(jì)的最大量程大于第二流量計(jì)的最大量程。本發(fā)明通過(guò)大量程和小量程流量計(jì)及相應(yīng)的氣路切換的設(shè)計(jì)，在一臺(tái)MOCVD設(shè)備中實(shí)現(xiàn)氣體由大流量到小流量的精確控制，從而實(shí)現(xiàn)不同工藝條件下的高質(zhì)量的材料外延生長(zhǎng)。
文檔編號(hào)C23C16/455GK101812671SQ20101003396
公開(kāi)日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2010年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月7日
發(fā)明者冉軍學(xué), 張露, 李晉閩, 殷海波, 王曉亮, 肖紅領(lǐng), 胡國(guó)新 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所