JPH03186905A - Flow rate controller - Google Patents
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- Flow Control (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔概 要〕
気体（ガス）の流量制御装置、より詳しくは、有機金属
気相成長（ＭＯＣＶＤ） 、化学的気相成長（ＣＶＤ）
などによる膜形成装置の流量制御装置に関し、急峻な組
成変化で多層成長を可能にする正確な流量制御を容易に
行なうことのできる流量制御装置を提供することを目的
とし、
材料ガスおよびキャリアガスの流量を制御する（１）
流量制御装置において、材料ガスごとに２つの流量制御
器を備え、これら流量制御器からの合計流量が所定の一
定値となるように一つの流量制御器の流量増減を他方の
流量制御器が補償する制御信号を出す演算回路を有する
ように構成する。[Detailed Description of the Invention] [Summary] Gas flow rate control device, more specifically, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), chemical vapor deposition (CVD)
The purpose of the present invention is to provide a flow rate control device that can easily perform accurate flow rate control to enable multilayer growth with steep compositional changes. Controlling the flow rate (1) The flow rate control device is equipped with two flow rate controllers for each material gas, and increases or decreases the flow rate of one flow rate controller so that the total flow rate from these flow rate controllers becomes a predetermined constant value. The other flow controller is configured to have an arithmetic circuit that outputs a compensating control signal.
本発明は、気体（ガス）の流量制御装置、より詳しくは
、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ） 、化学的気相成長
（ＣＶＤ）などによる膜形成装置の流量制御装置に関す
る。The present invention relates to a gas flow rate control device, and more particularly to a flow rate control device for a film forming apparatus using metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), chemical vapor deposition (CVD), or the like.
近年、半導体レーザなどのように化合物半導体の多層エ
ピタキシャル成長を行なう場合に、ＭＯＣＶＤ法がその
成長方法として実用されるようになった。In recent years, MOCVD has come into practical use as a growth method when performing multilayer epitaxial growth of compound semiconductors such as semiconductor lasers.
多層エピタキシャル成長では正確な流量制御および急峻
なガス切り換えが要求される。したがって、成長層の組
成変動ないし厚さ変動に関連する圧力変動を抑えるため
に反応管内総流量を常に一定に（２）
維持すると共に、急峻なガス切り換えができるように比
較的少流量の材料ガス（反応ガス〉ラインに並列に比較
的大流量の加速ガス（キャリアガス〉ラインを設ける必
要がある。Multilayer epitaxial growth requires precise flow control and abrupt gas switching. Therefore, in order to suppress pressure fluctuations related to changes in the composition or thickness of the growth layer, the total flow rate in the reaction tube is always kept constant (2), and a relatively small flow rate of the material gas is used to enable rapid gas switching. (It is necessary to provide an acceleration gas (carrier gas) line with a relatively large flow rate in parallel to the reaction gas line.
ＭＯＣＶＤ装置の場合でエビクキシャル成長のためのガ
ス流量制御装置を、第３図を参照して説明する。第３図
に示すように、基板担持台１に化合物半導体基板２を搭
載して反応容器３内に収容してあり、反応容器３の」二
部にリアクタライン４が接続され、下部に排気ライン５
が接続されている。A gas flow rate control device for evixaxial growth in a MOCVD device will be explained with reference to FIG. As shown in FIG. 3, a compound semiconductor substrate 2 is mounted on a substrate support 1 and housed in a reaction vessel 3. A reactor line 4 is connected to the second part of the reaction vessel 3, and an exhaust line is connected to the lower part. 5
is connected.
リアクタライン４と平行してベントライン６が設けられ
、排気ライン５と一緒に真空ポンプ７に接続されている
。ひとつの材料ガスごとに材料供給ライン１１ （又は
１３ン とダミーライン］２（又は１４）とがあり、材
料供給ライン１１ （１３）は材料ガス流量制御器１６
（１７）のある材料ガスライン１８ （１９）とキャ
リアガス流量制御器２０ （２１）のある加速ガスライ
ン２２ （２３＞とからなり、ダミーライン〕２（１４
）には補償ガス（キャリアガス）流量制御器２４ （２
５）がある。材料供給ライン↓１ （１３）はパル（３
）
ブ２６および２７ （２８および２９）を介してリアク
タライン４又はベントライン６にガス流切り換え可能に
接続されている。ダミーライン１２ （１４） も同様
にバルブ３１および３２ （３３および３４）を介して
リアクタライン４又はベントライン６にガス流切り換え
可能に接続されている。材料ガスライン１８ （１９）
がリアクタライン４につながるときには（材料ガス供給
時）、ダミーライン１２ （１４）はベントライン６に
つながり、逆の場合（材料ガス供給しないで直接に排出
してしまうとき）には材料ガスライン１８ （］、９）
がベントライン６につながり、ダミーライン１２ （１
４）はりアクタライン４につながる。A vent line 6 is provided parallel to the reactor line 4 and is connected to a vacuum pump 7 together with an exhaust line 5. There is a material supply line 11 (or 13 and a dummy line) 2 (or 14) for each material gas, and the material supply line 11 (13) is connected to the material gas flow rate controller 16.
It consists of the material gas line 18 (19) with (17) and the acceleration gas line 22 (23) with carrier gas flow rate controller 20 (21), dummy line] 2 (14).
) is a compensation gas (carrier gas) flow rate controller 24 (2
5). Material supply line ↓1 (13) is Pal (3
) via tubes 26 and 27 (28 and 29) to the reactor line 4 or to the vent line 6 in a switchable manner. The dummy line 12 (14) is similarly connected to the reactor line 4 or the vent line 6 via valves 31 and 32 (33 and 34) so that the gas flow can be switched. Material gas line 18 (19)
When the dummy line 12 (14) is connected to the reactor line 4 (during material gas supply), the dummy line 12 (14) is connected to the vent line 6, and in the opposite case (when the material gas is not supplied and is directly discharged), the material gas line 18 (], 9)
is connected to vent line 6, and dummy line 12 (1
4) Connects to beam acta line 4.
第３図の場合に、材料ガスライン１８はその途中に液状
の有機金属（例えば、Ｇａ ソースとしてのトリメチル
ガリウム（ＴＭＧ） 、）リエチルガリウム（ＴＢＧ）
など）３５を収容したバブラー３６を有し、材料ガス流
量制御器Ｉ６はキャリアガス（例えば、Ｈ２）ボンベ３
７に接続されている。別の材料ガスライン１９はその流
量制御器１７が、例えば、Ａｓソースとしてアルシン（
八５Ｈ３）ガスのボンベ３８に接続され（４〉
ている。そして、加速ライン２２ （２３＞およびダミ
ーライン１２ （１４）の流量制御器２０ （２１）お
よび２４（２５〉はキャリアガスボンベ３７に接続され
ている。In the case of FIG. 3, the material gas line 18 has a liquid organic metal (e.g., trimethyl gallium (TMG) as a Ga source, ethyl gallium (TBG))
etc.) 35, and the material gas flow rate controller I6 has a carrier gas (e.g., H2) cylinder 3.
7 is connected. The flow rate controller 17 of the other material gas line 19 is configured such that, for example, arsine (as an As source) (
The acceleration line 22 (23) and the flow rate controllers 20 (21) and 24 (25) of the dummy line 12 (14) are connected to the carrier gas cylinder 37. has been done.
さらに、ガス流量制御器３９および４０がリアクタライ
ン４およびベントライン６のそれぞれとキャリアガスボ
ンベ３７とをつなげるように設けられ、差圧ゲージ４１
がリアクタライン４とベントライン６とをつなげるよう
に設けられている。この差圧ゲージ４１がほぼゼロとな
るようにガス流量制御器３９゜４０はその流量が設定さ
れている。このようにして、ガスの切り換えに伴なう差
圧の発生が抑制されている。図示していないが、第３番
目の材料（例えば、アルミニウム（ＡＡ））を反応容器
３へ供給するように、上述したように材料供給ライン（
材料カスライン、液状トリメチルアルミニウム収容バブ
ラー、材料ガス流量制御器、加速ガスライン、キャリア
ガス流量制御器）および補償ガス流量制御器付ダミーラ
インを設けることができる。このようなＭＯＣＶＤ装置
において、例えば、ＧａＡｓ基板上にＧａＡｓ層および
Ａ Ｉ！ ＧａＡｓ層を交互にエビタキシャ（５）
ル積層することができる。Further, gas flow rate controllers 39 and 40 are provided to connect each of the reactor line 4 and vent line 6 to the carrier gas cylinder 37, and a differential pressure gauge 41
is provided to connect the reactor line 4 and vent line 6. The flow rate of the gas flow rate controllers 39 and 40 is set so that the differential pressure gauge 41 becomes approximately zero. In this way, the generation of differential pressure due to gas switching is suppressed. Although not shown, the material supply line (
A dummy line with a compensating gas flow controller can be provided. In such a MOCVD device, for example, a GaAs layer and an AI! layer are formed on a GaAs substrate. GaAs layers can be stacked alternately in an epitaxial manner.
組成の異なる（構成元素が異なる、同じ構成元素で割合
が異なる〉層を多層に成長させる場合には、材料供給ラ
イン１１および１３のそれぞれでそのガス流量が一定と
なるように、材料ガス流量制御器１Ｇおよび１７の流量
変更に応じて加速ガスラインのキャリアガス流量制御器
２０および２１の流量をその都度変更する必要がある。When growing multiple layers with different compositions (different constituent elements, different proportions of the same constituent element), the material gas flow rate is controlled so that the gas flow rate is constant in each of the material supply lines 11 and 13. It is necessary to change the flow rates of the carrier gas flow rate controllers 20 and 21 of the accelerating gas line each time in accordance with the change in the flow rates of the devices 1G and 17.
ところが、上述の従来の流量制御装置では、各材料ガス
ライン及びそれぞれの加速ガスラインのすべての流量設
定を各層毎に行うため設定が容易でなくミスも多かった
。However, in the above-mentioned conventional flow rate control device, all flow rate settings for each material gas line and each acceleration gas line are performed for each layer, so setting is not easy and there are many mistakes.
本発明の目的は、急峻な組成変化で多層成長を可能にす
る正確な流量制御を容易に行なうことのできる流量制御
装置を提供することである。An object of the present invention is to provide a flow rate control device that can easily perform accurate flow control that enables multilayer growth with steep compositional changes.
上述の目的が、材料ガスおよびキャリアガスの流量を制
御する流量制御装置において、材料ガス〈６）
ごとに２つの流量制御器を備え、これら流量制御器から
の合計流量が所定の一定値となるように一つの流量制御
器の流量増減を他方の流量制御器が補償する制御信号を
出す演算回路を有することを特徴とする流量制御器によ
って達成される。The above-mentioned purpose is to provide a flow rate control device for controlling the flow rates of material gas and carrier gas, which includes two flow rate controllers for each material gas (6), and the total flow rate from these flow rate controllers is a predetermined constant value. This is achieved by a flow rate controller characterized in that it has an arithmetic circuit that outputs a control signal that compensates for the increase or decrease in flow rate of one flow rate controller by the other flow rate controller.
本発明によると、２つの流量制御器の一つは材料ガス流
量制御器にそして他の一つは加速ガスラインのキャリア
ガス流量制御器に相当し、材料ガス流量制御器の流量設
定信号およびこれら流量制御器の合計流量の設定信号を
演算回路へ人力して、材料ガス流量制御器の流量増減を
キャリアガス流量制御器が補償動作する信号を演算回路
から出力するようになっている。According to the present invention, one of the two flow rate controllers corresponds to the material gas flow rate controller and the other one corresponds to the carrier gas flow rate controller of the acceleration gas line, and the flow rate setting signal of the material gas flow rate controller and these A setting signal for the total flow rate of the flow rate controller is manually input to the arithmetic circuit, and the arithmetic circuit outputs a signal that causes the carrier gas flow rate controller to compensate for the increase/decrease in the flow rate of the material gas flow rate controller.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施態様例によっ
て本発明の詳細な説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described in detail by way of embodiments with reference to the accompanying drawings.
第１図および第２図に示すブロック図のように２通りの
タイプの本発明に係る流量制御装置がある。なお、これ
ら図面では流量制御装置の全体をく７）
示さずに本発明の特徴部分に相当する複数の材料ガスの
それぞれひとつの材料ガスについての材料供給うイン１
１ （１３）における材料ガス流量制御器１６ （１７
）およびキャリアガス流量制御器２０ （２１）を示す
。As shown in the block diagrams shown in FIGS. 1 and 2, there are two types of flow control devices according to the present invention. Note that in these drawings, the entire flow control device is not shown.
1 (13) Material gas flow rate controller 16 (17
) and carrier gas flow rate controller 20 (21) are shown.
例１
第１図に示すように、材料ガス流量制御器１６にマスフ
ローコントローラー（フルスケール流量：５００ｃｃｍ
）を用い、かつキャリアガス流量制御器２０にマスフロ
ーコントローラーくフロスケール流量：２０００ｃｃｍ
）を用いる。材料ガス流量制御器１６へ流量設定信号Ａ
が送られてその設定流量を流す。そして、演算回路５１
が設けられ、ここへ材料ガス流量制御器１６の流量信号
Ｂ（信号穴に相当する）およびこれら制御器１６および
２０の合計流量設定信号Ｃが入力される。そして、演算
回路５１にて信号Ｂと信号Ｃと基づいて、合計流量から
材料ガス流量を引いた流量を流す流量設定信号りを決め
て、キャリアガス流量制御器２０へ送る。これら信号Ａ
−Ｄが０〜５Ｖの電圧で制御器（マスフローコントロ（
８）
一う−）のＯ〜スルスケール値に対応するようになって
いると、演算回路は流量信号Ｂに「−１／４」を乗じた
値と合計流量設定信号りとの和を求めて、これを流量設
定信号りとして出力する。このようにしてキャリアガス
流量制御器２０がリアルタイムに制御されて材料供給ラ
インの合計流量が一定に維持される。したがって、第３
図での流量制御装置におけるリアクタライン４とベント
ライン６との差圧（差圧ゲージ４１にて）にほとんど影
響を与えることなく、正確な流量制御と急峻なガス切り
換えが可能となる。Example 1 As shown in Figure 1, the material gas flow rate controller 16 is equipped with a mass flow controller (full scale flow rate: 500 ccm)
), and a mass flow controller is used in the carrier gas flow rate controller 20.Floscale flow rate: 2000 ccm
) is used. Flow rate setting signal A to material gas flow rate controller 16
is sent to flow the set flow rate. Then, the arithmetic circuit 51
is provided, and the flow rate signal B (corresponding to the signal hole) of the material gas flow rate controller 16 and the total flow rate setting signal C of these controllers 16 and 20 are input here. Based on the signals B and C, the arithmetic circuit 51 determines a flow rate setting signal to flow a flow rate obtained by subtracting the material gas flow rate from the total flow rate, and sends it to the carrier gas flow rate controller 20. These signals A
-D is a voltage of 0 to 5V and the controller (mass flow controller)
8) If it corresponds to the O to full scale value of -), the arithmetic circuit calculates the sum of the value obtained by multiplying the flow rate signal B by "-1/4" and the total flow rate setting signal R. This is then output as a flow rate setting signal. In this way, the carrier gas flow rate controller 20 is controlled in real time to maintain a constant total flow rate of the material supply line. Therefore, the third
Accurate flow rate control and steep gas switching are possible with almost no effect on the differential pressure between reactor line 4 and vent line 6 (at differential pressure gauge 41) in the flow rate control device shown in the figure.
例２
例１と同じ材料ガス流量制御器（フルスケール５００ｃ
ｃｍ流１ツマスフローコントローラー）１６オヨびキャ
リアガス流量制御器（フルスケール２０００ＣＣｍ流量
のマスフローコントローラー）２０を用いる。Example 2 Same material gas flow controller as Example 1 (full scale 500c
A mass flow controller (1 cm flow) 16 and a carrier gas flow controller (mass flow controller with a full scale flow rate of 2000 CCm) 20 are used.
そして、ガス流量制御のために、ディジタル演算回路（
マイクロコンピュータ）６２と、各制御器Ｉ６および２
０のＤΔシコンーター６３および６４とが設けられてい
る。演算回路６２に材料ガス流量制御器１６（９）
の流量設定値Ｅおよび合計流量設定値Ｆを人力し、ＤΔ
シコンーター６３へは流量設定値Ｅに相当する信号を送
り、そして、ＤＡシコンーター６４へは所定の演算から
得られる流量設定信号を送る。そして、ＤＡシコンータ
ー６３．６４にて送られてきた信号をＯ〜５ｖの電圧に
変換して、制御器１６および２０それぞれの流量設定信
号ＡおよびＤとして、それぞれの制御器１６および２０
にて設定流量のガスを流す。このようにして材料ガスは
設定流量がそしてキャリアガスはリアルタイムに演算・
制御された流量が流されて、材料供給ラインの合計流量
は一定に維持される。この場合にも、例１と同様に正確
な流量制御と急峻なガス切り換えが可能となる。Then, to control the gas flow rate, a digital calculation circuit (
microcomputer) 62 and each controller I6 and 2
0 DΔsicon converters 63 and 64 are provided. The flow rate setting value E and the total flow rate setting value F of the material gas flow rate controller 16 (9) are manually input to the calculation circuit 62, and DΔ
A signal corresponding to the flow rate setting value E is sent to the sicon converter 63, and a flow rate setting signal obtained from a predetermined calculation is sent to the DA sicon converter 64. Then, the signal sent by the DA converter 63, 64 is converted into a voltage of 0 to 5v, and is used as flow rate setting signals A and D for the controllers 16 and 20, respectively.
Flow the gas at the set flow rate. In this way, the set flow rate for the material gas is calculated and the carrier gas is calculated in real time.
A controlled flow rate is applied to maintain a constant total flow rate in the material supply line. In this case, as in Example 1, accurate flow rate control and steep gas switching are possible.
本発明によれば、上述したように材料ガスごとにその材
料供給ラインの合計流量を容易に一定に保つことができ
て反応容器３に流れるガス総流量をも一定に保つことが
でき、かつ異なる組成の多（１０）
層膜を形成する際には正確な流量制御と急峻なガス切り
換えができる。したがって、多層構造でヘテロ界面での
組成変化が急峻であって均一な組成の薄膜が再現性良く
得られる。According to the present invention, as described above, the total flow rate of the material supply line can be easily kept constant for each material gas, and the total flow rate of the gases flowing into the reaction vessel 3 can also be kept constant, and Accurate flow rate control and steep gas switching are possible when forming a multi-layer film with a composition of 10. Therefore, a thin film having a multilayer structure with a sharp composition change at the hetero interface and a uniform composition can be obtained with good reproducibility.
第１図は、本発明に係る流量制御装置のひとつの材料ガ
スでの制御システムを示すブロック図であり、
第２図は、本発明に係る流量制御装置のひとつの材料ガ
スでの別の制御システムを示すブロック図であり、
第３図は、ＭＯＣＶＤ装置での流量制御装置の概略図で
ある。
３・・・反応容器、 ４・・・リアクタライン、
６・・・ベントライン、 ７・・・真空ポンプ、１
１．１３・・・材料供給ライン、
１２・１４・・・ダミーライン、
１６．１７・・・材料ガス流量制御器、１８．１９・・
・材料ガスライン、
２０．２１・・・キャリアガス流量制御器、（１１）
２２．２３・・・加速ガスライン、
３６・・・バブラー、
３７・・・キャリアガスボンベ、
３８・・・ガスボンベ、 ６１
６３．６４・・・ＤＡコンバーター
Ａ、Ｄ・・・流量設定信号。
６２・・・演算回路、FIG. 1 is a block diagram showing a control system using one material gas of the flow rate control device according to the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing another control system using one material gas of the flow rate control device according to the present invention. FIG. 3 is a block diagram showing the system, and FIG. 3 is a schematic diagram of a flow rate control device in the MOCVD apparatus. 3... Reaction container, 4... Reactor line,
6...Vent line, 7...Vacuum pump, 1
1.13...Material supply line, 12.14...Dummy line, 16.17...Material gas flow rate controller, 18.19...
・Material gas line, 20.21...Carrier gas flow rate controller, (11) 22.23...Acceleration gas line, 36...Bubbler, 37...Carrier gas cylinder, 38...Gas cylinder, 61 63.64...DA converter A, D...Flow rate setting signal. 62... Arithmetic circuit,
Claims (1)
制御装置において、材料ガスごとに２つの流量制御器を
備え、これら流量制御器からの合計流量が所定の一定値
となるように一つの流量制御器の流量増減を他方の流量
制御器が補償する制御信号を出す演算回路を有すること
を特徴とする流量制御器。1. A flow rate control device that controls the flow rate of material gas and carrier gas includes two flow rate controllers for each material gas, and one flow rate control device that controls the total flow rate from these flow rate controllers to a predetermined constant value. 1. A flow rate controller comprising an arithmetic circuit that outputs a control signal that causes another flow rate controller to compensate for an increase or decrease in the flow rate of one flow rate controller.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32488689A JPH03186905A (en) | 1989-12-16 | 1989-12-16 | Flow rate controller |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32488689A JPH03186905A (en) | 1989-12-16 | 1989-12-16 | Flow rate controller |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03186905A true JPH03186905A (en) | 1991-08-14 |
Family
ID=18170723
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32488689A Pending JPH03186905A (en) | 1989-12-16 | 1989-12-16 | Flow rate controller |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03186905A (en) |
-
1989
- 1989-12-16 JP JP32488689A patent/JPH03186905A/en active Pending
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