CN103352207A - 配气系统 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种气相沉积设备的配气系统，包括第一气体单元、第一气体输送管道和供气管，所述供气管的输出端连接所述反应腔，所述第一气体输送管道的输出端连接所述供气管，所述第一气体输送管道的输入端连接所述第一气体单元，所述第一气体单元向所述第一气体传输管道输出包括第一反应源和第一载气的第一气体；所述第一气体传输管道上设置有一第一反应源浓度检测仪，所述第一反应源浓度检测仪用于检测所述第一气体传输管道内所述第一气体中的第一反应源的浓度，所述第一反应源浓度检测仪的检测点与所述第一气体传输管道的输出端的距离小于等于500mm。本发明提供的配气系统能够较为准确地反映进入到反应腔中的第一反应源的量。

Description

配气系统

技术领域

本发明涉及半导体设备技术领域，特别是涉及一种配气系统。

背景技术

自GaN(氮化镓)基第三代半导体材料的兴起，蓝光LED(发光二极管)研制成功，LED的发光强度和白光发光效率不断提高。LED被认为是下一代进入通用照明领域的新型固态光源，因此得到广泛关注。

现有技术的白光LED的制造工艺通常在一个具有温度控制的环境下的反应腔内进行。通常，采用MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，金属有机化合物化学气相沉淀)工艺，将III族源气体和V族源气体分别通入气相沉积设备的反应腔内，III族源气体和V族源气体在反应腔内反应以在衬底上形成III-V族材料薄膜。

目前，在MOCVD技术中，MO源(金属有机源)为广泛应用的III族源。但是，由于MO源的熔点高，在常态下为固体或液体，因此，在进行MOCVD工艺时，液态MO源是通过载气通入液态的MO源中产生鼓泡效应，即，利用在固定温度下，MO源具有固定的饱和蒸汽压，使得载气能够携带出MO源，具体为，液态MO源放入MO源瓶中，向MO源瓶内的液态MO源通入MO源载气，由于MO源瓶具有确定的体积，确定的温度，确定的压力，确定的热导率和确定的起泡效率，所以，当从MO源瓶入口输入确定分子数的MO源载气时，该MO源载气经由起泡器分散成气泡分布到液态MO源中，同时液态的MO源蒸发形成气态MO源混合到所述载气气泡中，从而形成包括载气和MO源的第一气体，所述第一气体从源瓶输出。为了监控输入到反应腔中MO源有必要监控从MO源瓶中输出的第一气体中MO源的蒸气压，也就是MO体的浓度。

图1为现有的技术中配气系统100的示意图，所述配气系统100用于向所述气相沉积设备的反应腔120输出反应气体(III族源气体和V族源气体)，所述配气系统100包括第一气体单元101、第一气体输送管道102和供气管103，所述供气管103的输出端连接所述反应腔120，所述第一气体输送管道102的输出端通过一调节气阀(即run阀)112连接所述供气管103，所述第一气体输送管道102的输入端连接所述第一气体单元101，所述第一气体单元101向所述第一气体传输管道102输出包括第一反应源(如上所述MO源的气体)和第一载气的第一气体，所述第一气体通过所述第一气体传输管道102通入到所述供气管103中。其中，所述配气系统100还包括一第一反应源浓度检测仪131，所述第一反应源浓度检测仪131用于检测所述第一气体输送管道102中所述第一气体中的第一反应源的浓度。所述第一浓度检测仪131的检测点设置于所述第一气体输送管道102的输入端A。

所述配气系统100还包括第二气体单元104，所述供气管103中流通有流向所述反应腔120的第二载气，所述第一气体通入到所述供气管103后，与所述第二载气混合后流入到所述反应腔120中。

在现有技术的配气系统100中，第一气体从所述第一气体单元101中流出后，进入所述第一气体输送管道102，经所述第一气体输送管道102后，通过所述调节气阀112进入所述供气管103中，同所述供气管道中的第二载气混合后进入反应腔120。为检测所述第一气体中所述第一反应源的浓度，现有技术中在所述第一气体输送管道102的输入端A设置所述第一反应源浓度检测仪131的检测点。所述第一反应源浓度检测仪131用于检测所述第一气体输送管道102的输入端A的所述第一气体中所述第一反应源的浓度，并通过该第一反应源的浓度计算进入到反应腔120中的第一反应源的量。

然而，使用现有技术的配气系统100向反应腔120提供第一反应源的过程中，通过在所述第一气体输送管道102的输入端A检测计算得出的进入反应腔120中的第一反应源的量与实际反应腔120中反应的第一反应源气体量不相符；特别是在当提高所述第一气体中第一反应源的浓度后，在所述第一气体输送管道102的输入端A检测到的第一反应源浓度相应增加，但在反应腔120中反应的第一反应源增加比例要低于所述第一气体输送管道102的输入端A检测到的第一反应源浓度增加量。因此，在所述第一气体输送管道102的输入端A检测所述第一气体中第一反应源的浓度并不能准确计算进入到反应腔120中的第一反应源的量。从而，有必要提供一种新的配气系统100，使得能够较为准确地反映进入到反应腔120中的第一反应源的量。

发明内容

现有技术的配气系统存在不能准确计算进入到反应腔中的第一反应源的量的问题，本发明提供的配气系统能够较为准确地反映进入到反应腔中的第一反应源的量。

本发明提供一种气相沉积设备的配气系统，所述配气系统用于向所述气相沉积设备的反应腔输出反应气体，所述配气系统包括第一气体单元、第一气体输送管道和供气管，所述供气管的输出端连接所述反应腔，所述第一气体输送管道的输出端连接所述供气管，所述第一气体输送管道的输入端连接所述第一气体单元，所述第一气体单元向所述第一气体传输管道输出包括第一反应源和第一载气的第一气体，所述第一气体通过所述第一气体传输管道通入到所述供气管中；所述供气管中流通有流向所述反应腔的第二载气，所述第一气体通入到所述供气管后，与所述第二载气混合后流入到所述反应腔中，其中，所述第二载气的流量大于等于所述第一气体流量的5倍，所述第一气体传输管道能够吸附所述第一反应源；所述第一气体传输管道上设置有一第一反应源浓度检测仪，所述第一反应源浓度检测仪用于检测所述第一气体传输管道内所述第一气体中的第一反应源的浓度，所述第一反应源浓度检测仪的检测点与所述第一气体传输管道的输出端的距离小于等于500mm。

进一步的，所述第一气体单元包括第一反应源源瓶、第一载气加载管路、第一气体蒸出管路、第一载气短路管路和第一载气分流管路，所述第一载气加载管路上设置有第一流量计和第一真空阀，所述第一载气加载管路的输入端连接一反应气体加载总线，所述第一载气加载管路的输出端经过所述第一真空阀后，与所述第一反应源源瓶连接，所述第一气体蒸出管路上设置有第二真空阀，所述第一气体蒸出管路的输入端与所述第一反应源源瓶连接，所述第一气体蒸出管路的输出端连接所述第一气体输送管道的输入端，所述第一载气分流管路设置于所述第一载气加载管路的输入端与所述第一气体蒸出管路的输出端之间，所述第一载气分流管路上设置有第二流量计，所述第一载气加载管路和第一气体蒸出管路之间连接有所述第一载气短路管路，所述第一载气短路管路上设置有第三真空阀，切换所述第一真空阀、第二真空阀和第三真空阀实现所述第一气体与所述第一载气的切换。

进一步的，所述第一气体输送管道的输出端通过一调节气阀连接所述供气管，所述第一浓度检测仪的监测点设置于所述调节气阀与所述第一气体输送管道的连接处。

进一步的，所述第一反应源为III族源气体。

进一步的，所述第一气体传输管道的材质为不锈钢。

进一步的，所述III族源气体为三甲基铝、三甲基镓或三甲基铟中的一种或几种的组合。

进一步的，所述第一载气为氢气或氮气中的一种或组合。

进一步的，所述配气系统还包括第二气体单元，所述第二气体单元与所述供气管连接，所述第二气体单元向所述供气管输入所述第二载气。

进一步的，所述第二载气为与所述第一载气相同的气体。

进一步的，所述第一气管的长度大于等于1000mm。

与现有技术相比，在本发明的配气系统中，所述第一反应源浓度检测仪的检测点与所述第一气体传输管道的输出端的距离小于等于500mm，与现有技术相比，由于所述供气管内通有大量的第二载气，所述第二载气冲淡了所述供气管内所述第一气体中第一反应源的浓度，所以，在所述供气管内的所述第一反应源的浓度急剧降低，所述第一反应源不会吸附在所述供气管上；并且，所述第一气体输送管道后半段(距离所述第一气体传输管道的输出端小于等于500mm的一段)对所述第一反应源的浓度的影响较小，所以，当所述第一反应源浓度检测仪的检测点与所述第一气体传输管道的输出端的距离小于等于500mm时，所述第一浓度检测仪检测到的是所述第一气体输送管道后半段中所述第一气体中的第一反应源的浓度时，可以更真实地反映实际的所述第一反应源的反应量。

附图说明

图1是现有技术中的配气系统的示意图；

图2是本发明第一实施例的配气系统的示意图；

图3是本发明第一实施例的第一气体单元的示意图；

图4是本发明第二实施例的配气系统的示意图。

具体实施方式

现有技术的配气系统中，所述第一气体输送管道102的长度较长(如图1所示)，通常其长度超过1米，当第一气体进入所述第一气体输送管道102后，第一气体中的第一反应源的气体会在长长的所述第一气体输送管道102一直保持在较高的浓度，由于第一反应源的浓度高，所述第一反应源很容易附着在不锈钢制成所述第一气体输送管道102上，从而使得第一反应源在所述第一气体输送管道102的输入端A和输出端B的浓度差异较大。特别是当第一反应源为容易吸附的TMA(三甲基铝)时，第一反应源经过长长的所述第一气体输送管道102以后，TMA在所述第一气体输送管道102的输入端A和输出端B的浓度差差别更大，使得所述第一浓度检测仪131检测到的第一反应源浓度与进入反应腔实际反应的浓度差别很大，从而造成理论计算反应量和实际反应量有很大的差别。发明人经过对现有技术配气系统的深入研究发现，当第一气体经所述调节气阀流入所述供气管时，由于所述供气管内通有大量的第二载气，所述第二载气冲淡了所述第一气体中第一反应源的浓度，所以，在所述供气管内的所述第一反应源的浓度急剧降低，所述第一反应源不会吸附在所述供气管上；并且，所述第一气体输送管道后半段对所述第一反应源的浓度的影响较小，所以，当所述第一反应源浓度检测仪的检测点与所述第一气体传输管道的输出端的距离小于等于500mm时，所述第一浓度检测仪检测到的是所述第一气体输送管道后半段中所述第一气体中的第一反应源的浓度时，可以更真实地反映实际的所述第一反应源的反应量。

请参阅图2，图2是本发明第一实施例的配气系统的示意图。如图2所示，配气系统200用于向气相沉积设备的反应腔220输出反应气体。

所述配气系统包括第一气体单元201、第一气体输送管道202和供气管203，所述供气管203的输出端2031连接所述反应腔220，所述第一气体输送管道202的输出端D连接所述供气管203，所述第一气体输送管道202的输入端C连接所述第一气体单元201，所述第一气体单元201向所述第一气体传输管道202输出包括第一反应源和第一载气的第一气体，所述第一气体通过所述第一气体传输管道202通入到所述供气管203中。一般的，所述第一气管202的长度较长，通常所述第一气管202的长度大于等于1000mm，但所述第一气管202的长度不作具体限制，可以为800mm、1000mm、2000mm、3000mm、4000mm等。

在本实施例中，所述第一反应源为III族源气体，其中，所述III族源气体为三甲基铝、三甲基镓或三甲基铟中的一种或几种的组合，所述第一载气为氢气或氮气中的一种或组合，但所述第一反应源和所述第一载气并不限于上述气体。其中，所述第一气体传输管道202的材质通常为不锈钢，但所述第一气体传输管道202的材质并不限于为不锈钢，还可以为塑钢等材料，只要所述第一气体传输管道202将会吸附所述第一反应源，亦在本发明的思想范围之内。由于，不锈钢材质的所述第一气体输送管道202对三甲基铝、三甲基镓或三甲基铟等所述第一反应源气体的吸附较大，所述第一反应源经过长长的所述第一气体输送管道102以后，所述第一反应源在所述第一气体输送管道202的输入端C和输出端D的浓度差很大。

图3是本发明第一实施例的第一气体单元201的示意图。如图3所示，所述第一气体单元201包括第一反应源源瓶2011、第一载气加载管路2012、第一气体蒸出管路2013、第一载气短路管路2014和第一载气分流管路2015。

所述第一载气加载管路2012上设置有第一流量计2017和第一真空阀201A，所述第一流量计2017用于检测所述第一载气加载管路2012中所述第一载气的流量，所述第一载气加载管路2012的输入端2012a连接一反应气体加载总线2016，所述反应气体加载总线2016用于向所述第一载气加载管路2012和所述第一载气分流管路2015通入所述第一载气。所述第一载气加载管路2012的输出端2012b经过所述第一真空阀201A后，与所述第一反应源源瓶2011连接。所述第一气体蒸出管路2013上设置有第二真空阀201B，所述第一气体蒸出管路2013的输入端2013a通过所述第二真空阀201B与所述第一反应源源瓶2011连接。所述第一载气通过所述第一载气加载管路2012通入所述第一反应源源瓶2011中产生鼓泡效应，所述第一反应源源瓶2011内液态的所述第一反应源形成气态的所述第一反应源并混合到所述第一载气气泡中，形成所述第一气体，并通过所述第一气体蒸出管路2013输出。

所述第一气体蒸出管路2013的输出端2013b连接所述第一气体输送管道202的输入端C。所述第一载气分流管路2015设置于所述第一载气加载管路2012的输入端2012a与所述第一气体蒸出管路2013的输出端2013b之间，所述第一载气分流管路2015上设置有第二流量计2018，所述第二流量计2018用于检测所述第一载气分流管路2015中所述第一载气的流量。

所述第一载气加载管路2012和第一气体蒸出管路2013之间连接有所述第一载气短路管路2014，所述第一载气短路管路2014上设置有第三真空阀201C，切换所述第一真空阀201A、第二真空阀201B和第三真空阀201C可以实现所述第一气体与所述第一载气的切换，以向所述第一气体传输管道202提供需要的气体。

所述供气管203中流通有流向所述反应腔220的第二载气，所述第一气体通入到所述供气管203后，与所述第二载气混合后流入到所述反应腔203中，其中，所述第二载气的流量大于等于所述第一气体流量的5倍。较佳的，所述配气系统200还包括第二气体单元204，如图2所示，所述第二气体单元204与所述供气管203连接，所述第二气体单元204向所述供气管203输入所述第二载气。优选的，所述第二载气为与所述第一载气相同的气体，以简化管路。

所述第一气体传输管道202上设置有一第一反应源浓度检测仪231，所述第一反应源浓度检测仪231用于检测所述第一气体传输管道202内所述第一气体中的第一反应源的浓度，所述第一反应源浓度检测仪231的检测点位于所述第一气体传输管道202的后半段，所述第一反应源浓度检测仪231的检测点与所述第一气体传输管道202的输出端D的距离小于等于500mm。

在本实施例中，所述第一气体输送管道202的输出端D通过一调节气阀212连接所述供气管203，所述第一浓度检测仪231的监测点设置于所述调节气阀212与所述第一气体输送管道202的连接处。当第一气体经所述调节气阀212流入所述供气管203时，由于所述供气管203内通有大量的第二载气，所述第二载气冲淡了所述第一气体中第一反应源的浓度，所以，在所述供气管203内的所述第一反应源的浓度急剧降低，所述第一反应源不会吸附在所述供气管203上；并且，所述第一气体输送管道202后半段对所述第一反应源的浓度的影响较小，所以，当所述第一反应源浓度检测仪231的监测点设置于所述调节气阀212与所述第一气体输送管道202的连接处时，所述第一浓度检测仪231检测到的是所述第一气体输送管道202尾部中所述第一气体中的第一反应源的浓度时，可以更真实地反映实际的所述第一反应源的反应量。

请参阅图4，图4是本发明第二实施例的配气系统的示意图，在图4中，参考标号表示与图2相同的表述与第一实施方式相同的部件。所述第二实施例的配气系统300与所述第一实施例的配气系统200基本相同，其区别在于：所述第一反应源浓度检测仪231的检测点位于所述第一气体传输管道202的中间点E，即所述第一反应源浓度检测仪231的检测点与所述第一气体传输管道202的输出端D的距离等于500mm。当所述第一反应源浓度检测仪231的监测点设置于所述第一气体传输管道202的中间点E时，所述第一浓度检测仪231检测到的是所述第一气体输送管道202中间位置中所述第一气体中的第一反应源的浓度时，由于所述第一气体输送管道202后半段对所述第一反应源的浓度的影响较小，所以，当所述第一反应源浓度检测仪231的监测点设置于所述第一气体传输管道202的中间时，亦可以更真实地反映实际的所述第一反应源的反应量，亦在本发明的思想范围之内。

本发明并不限于以上实施例，例如：所述第一反应源浓度检测仪231的检测点可以设置于所述第一气体传输管道202的中间点E与输出端D之间的任意位置，亦可以更真实地反映实际的所述第一反应源的反应量，亦在本发明的思想范围之内。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种气相沉积设备的配气系统，所述配气系统用于向所述气相沉积设备的反应腔输出反应气体，所述配气系统包括第一气体单元、第一气体输送管道和供气管，所述供气管的输出端连接所述反应腔，所述第一气体输送管道的输出端连接所述供气管，所述第一气体输送管道的输入端连接所述第一气体单元，所述第一气体单元向所述第一气体传输管道输出包括第一反应源和第一载气的第一气体，所述第一气体通过所述第一气体传输管道通入到所述供气管中；所述供气管中流通有流向所述反应腔的第二载气，所述第一气体通入到所述供气管后，与所述第二载气混合后流入到所述反应腔中，其中，所述第二载气的流量大于等于所述第一气体流量的5倍，所述第一气体传输管道能够吸附所述第一反应源；其特征在于：所述第一气体传输管道上设置有一第一反应源浓度检测仪，所述第一反应源浓度检测仪用于检测所述第一气体传输管道内所述第一气体中的第一反应源的浓度，所述第一反应源浓度检测仪的检测点与所述第一气体传输管道的输出端的距离小于等于500mm。

2.如权利要求1所述的配气系统，其特征在于：所述第一气体单元包括第一反应源源瓶、第一载气加载管路、第一气体蒸出管路、第一载气短路管路和第一载气分流管路，所述第一载气加载管路上设置有第一流量计和第一真空阀，所述第一载气加载管路的输入端连接一反应气体加载总线，所述第一载气加载管路的输出端经过所述第一真空阀后，与所述第一反应源源瓶连接，所述第一气体蒸出管路上设置有第二真空阀，所述第一气体蒸出管路的输入端与所述第一反应源源瓶连接，所述第一气体蒸出管路的输出端连接所述第一气体输送管道的输入端，所述第一载气分流管路设置于所述第一载气加载管路的输入端与所述第一气体蒸出管路的输出端之间，所述第一载气分流管路上设置有第二流量计，所述第一载气加载管路和第一气体蒸出管路之间连接有所述第一载气短路管路，所述第一载气短路管路上设置有第三真空阀，切换所述第一真空阀、第二真空阀和第三真空阀实现所述第一气体与所述第一载气的切换。

3.如权利要求1所述的配气系统，其特征在于：所述第一气体输送管道的输出端通过一调节气阀连接所述供气管，所述第一浓度检测仪的监测点设置于所述调节气阀与所述第一气体输送管道的连接处。

4.如权利要求1所述的配气系统，其特征在于：所述第一反应源为III族源气体。

5.如权利要求4所述的配气系统，其特征在于：所述第一气体传输管道的材质为不锈钢。

6.如权利要求4所述的配气系统，其特征在于：所述III族源气体为三甲基铝、三甲基镓或三甲基铟中的一种或几种的组合。

7.如权利要求4所述的配气系统，其特征在于：所述第一载气为氢气或氮气中的一种或组合。

8.如权利要求1-7中任意一项所述的配气系统，其特征在于：所述配气系统还包括第二气体单元，所述第二气体单元与所述供气管连接，所述第二气体单元向所述供气管输入所述第二载气。

9.如权利要求8所述的配气系统，其特征在于：所述第二载气为与所述第一载气相同的气体。

10.如权利要求1所述的配气系统，其特征在于：所述第一气管的长度大于等于1000mm。

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