CN103014670A

CN103014670A - 反应源配送装置

Info

Publication number: CN103014670A
Application number: CN2011102884272A
Authority: CN
Inventors: 甘志银; 王亮
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-09-26
Filing date: 2011-09-26
Publication date: 2013-04-03

Abstract

一种反应源配送装置，包括：化学原料钢瓶、流量控制器、压力计、压力控制器，其特征在于所述压力控制器的入口端通入载气，插入化学原料钢瓶底部的入口管道与压力控制器的出口端连接，压力计经管道与化学原料钢瓶输出端连接，压力计与压力控制器的控制端经电路连接，流量控制器的进口端经管道插入化学原料钢瓶内的上部，化学原料钢瓶的输出管道与多个流量控制器的进口端相连接，流量控制器的出口端经管道接入反应室。本发明的优点是本装置不仅能够精确控制进入反应室的每一路源物质的浓度，而且能更好的节省源物质的消耗，减少相关零部件的数量，从而达到降低成本的目的。

Description

反应源配送装置

技术领域

本发明涉及一种化学气相沉积设备，特别涉及一种反应源配送装置。

背景技术

化学气相沉积设备集精密机械、半导体材料、真空电子、流体力学、化学、计算机多学科为一体，是一种自动化程度高、价格昂贵、技术集成度高的高端半导体材料制造专用设备。其工作原理为反应源物质通过载气携带入反应室，加热器为反应室中的化学反应提供稳定可靠的热边界条件，反应物在反应腔体中发生化学反应从而生成一层薄膜。金属有机物化学气相沉积(MOCVD，Metal organic chemical vapor deposition)设备是一种典型的需要用载气携带反应源物质进入反应室的半导体材料生长设备。化学气相沉积工艺的生长速率和所得薄膜组分是由反应物的组分和浓度所决定的，所以精确控制反应物组分和精确控制反应物浓度是化学气相沉积设备的关键技术。

目前，国际上主流的MOCVD设备上的源物质配送系统结构如图1和图2所示。图1为单稀释结构，即存在一路载气与从钢瓶出口处的混合气体进一步混合以稀释源物质的浓度。图2为双稀释结构，除含有图1所示功能外，另外在通往反应室的管道上安装有一个流量控制器进一步精确控制流量，剩余的流量通过压力控制器进入排空管路。这两种配置都增加有至少一个流量控制器用于稀释源物质浓度，但实际上MOCVD的管路系统中其他地方也存在用于运送载气进入反应室的管路，并用流量控制器精确控制了载气的流量，因此，此处的稀释配置就显得冗余，另外，双稀释配置还由于有一部分反应源从排空管路排走而造成了浪费。而且，当机台生产能力扩大或使用多腔式MOCVD时，会需要多个源物质钢瓶才能满足要求，这样也会造成设备体积更大、成本增加等问题。

图3和图4是发明专利“化学原料配送系统”(申请号：02108158.1，公开号：CN1448536A)提供的方案。图3中采用下游压力控制器来控制化学原料钢瓶内的压力。由于化学原料钢瓶的入口管道是插入钢瓶底部的，当源物质以液态形式存在时，即管道口已在液面以下，此时根本无法精确测量钢瓶内部上方的压力，故此方案是没有多大实际意义的。图4中采用一个压力计来测量钢瓶出口处的压力，同时利用这个压力信号与钢瓶进口端的流量控制器联合起来控制钢瓶内的压力。当化学原料钢瓶出口端带有多个流量控制器时，进口端的流量控制器的量程必须接近出口端所有流量控制器的量程之和，即进口端为大量程流量控制器，出口端为小量程流量控制器，这样才能保证出口端的每一路流量控制器均能成功设定所要求的量程范围内的任意流量值。这样便带来了两个问题，一是由于量程差别较大，进口端和出口端的流量控制器的精度不匹配，给控制上带来麻烦，二是当只需要使用出口端其中某一路流量控制器而其他路流量控制器关闭时，会导致进口端大量程流量控制器通小流量气体，而通过流量控制器的流量小于其量程的10％时其精度难以保证，所以此方案也存在不足。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术中存在的缺陷，提供一种反应源配送装置，该配送装置即可以解决上述问题，从而保证化学气相沉积设备中对反应物浓度的精确控制，并同时保证在机台产能不断扩大或使用多个反应室的情况下仍能够准确提供反应物的量。

本发明包括：化学原料钢瓶、流量控制器、压力计、压力控制器，反应所需的源物质以液态或固态形式存储存在化学原料钢瓶内，其特征在于所述压力控制器的入口端通入载气，插入化学原料钢瓶底部的入口管道与压力控制器的出口端连接，压力计经管道与化学原料钢瓶输出端连接，测量化学原料钢瓶出口处的压力，压力计与压力控制器的控制端经电路连接，流量控制器的进口端经管道插入化学原料钢瓶内的上部，化学原料钢瓶的输出管道与多个流量控制器的进口端相连接，流量控制器的出口端经管道接入反应室。

所述载气为氢气、氮气、氩气，但不限于氢气、氮气、氩气3种。

所述化学原料钢瓶出口端经输出管道与一个或数个流量控制器的进口端连接。

所述流量控制器的出口端通过管道分别接入一个或数个反应室。

所述压力计测量化学原料钢瓶出口处的压力，压力计的测量范围为0～2000torr，但不限于0～2000torr。或者压力计直接测量化学原料钢瓶内部上方的压力，压力计的测量范围为0～2000torr。所述压力计所测压力信号直接或经控制单元传递给压力控制器的控制端构成闭环控制，用于精确控制钢瓶内的压力。压力控制器为比例控制阀门，经外部控制电路及预置的算法实现闭环控制。

本发明的优点是本装置不仅能够精确控制进入反应室的每一路源物质的浓度，而且能更好的节省源物质的消耗，减少相关零部件的数量，从而达到降低成本的目的。

附图说明

图1常规的单稀释反应源配送结构示意图；

图2常规的双稀释反应源配送结构示意图；

图3CN1448536A专利中采用下游压力控制器的反应源配送结构示意图；

图4CN1448536A专利中采用压力计+流量控制器的反应源配送结构示意图；

图5本发明实施例一的结构示意图；

图6本发明实施例二的结构示意图。

图中：a载气入口、e载气入口、b流量控制器的出口端、c流量控制器的出口端、d流量控制器的出口端、f连接至反应室的压力控制器出口端、g连接至反应室的流量控制器出口端、h连接至排空管道的压力控制器出口端、1化学原料钢瓶、2压力控制器、3流量控制器、4压力计、5控制单元。

具体实施方式

实施例一

下面结合附图进一步说明本发明的实施例：

本发明所述的反应源配送装置，其工作过程如下：载气通过压力控制器2或比例控制阀充入化学原料钢瓶1中，压力计4与压力控制器2或比例控制阀联合起来精确控制化学原料钢瓶1内的压力至一恒定值，化学原料钢瓶1置于一恒定的温度环境中，然后携带有反应源的载气通过化学原料钢瓶1出口端的流量控制器3分别注入反应室。

参见图5，压力控制器2的入口端通入载气，载气为氢气、氮气、氩气，但不限于氢气、氮气、氩气3种。插入化学原料钢瓶1底部的入口管道其顶端与压力控制器2的出口端连接，压力控制器2为电动阀门，压力计4经管道与化学原料钢瓶1输出端连接，压力计4测量化学原料钢瓶1出口处的压力，压力计4的测量范围为0～2000torr。压力计4与压力控制器2的控制端经电路连接，流量控制器3的进口端经管道插入化学原料钢瓶1内的上部，化学原料钢瓶1的输出管道与多个流量控制器3的进口端相连接，流量控制器3的出口端b、流量控制器的出口端c、流量控制器的出口端d经管道接入反应室。

实施例二

实施例二与实施例一相同，所不同的是压力控制器2为比例控制阀门，压力计直接测量化学原料钢瓶内部上方的压力，压力计的测量范围为0～2000torr。压力计4所测压力信号经控制单元5传递给压力控制器2的控制端构成闭环控制，用于精确控制钢瓶1内的压力。经外部控制电路及预置的算法实现闭环控制。参见图6。

Claims

1.一种反应源配送装置，包括：化学原料钢瓶、流量控制器、压力计、压力控制器，反应所需的源物质以液态或固态形式存储存在化学原料钢瓶内，其特征在于所述压力控制器的入口端通入载气，插入化学原料钢瓶底部的入口管道与压力控制器的出口端连接，压力计经管道与化学原料钢瓶输出端连接以测量化学原料钢瓶出口处的压力，压力计与压力控制器的控制端经电路连接，流量控制器的进口端经管道插入化学原料钢瓶内的上部，化学原料钢瓶的输出管道与多个流量控制器的进口端相连接，流量控制器的出口端经管道接入反应室。

2.根据权利要求1所述的反应源配送装置，其特征在于所述载气为氢气、氮气、氩气。

3.根据权利要求1所述的反应源配送装置，其特征在于所述化学原料钢瓶出口端经输出管道与一个或数个流量控制器的进口端连接。

4.根据权利要求1或3所述的反应源配送装置，其特征在于所述流量控制器的出口端通过管道分别接入一个或数个反应室。

5.根据权利要求1所述的反应源配送装置，其特征在于所述压力计测量化学原料钢瓶出口处的压力，压力计的测量范围为0～2000torr。

6.根据权利要求1所述的反应源配送装置，其特征在于所述压力计直接测量化学原料钢瓶内部上方的压力，压力计的测量范围为0～2000torr。

7.根据权利要求1所述的反应源配送装置，其特征在于所述压力计所测压力信号直接或经控制单元传递给压力控制器的控制端构成闭环控制。

8.根据权利要求1所述的反应源配送装置，其特征在于所述压力控制器为比例控制阀门，经外部控制电路及预置的算法实现闭环控制。