专利名称：气体系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及化学气相沉积(CVD)技术领域，特别涉及用于化学气相沉积的气体系统。
背景技术：
MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)工艺是在气相外延生长(VPE)的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术。它以III族、II族元素的有机化合物和V、VI族元素的氢化物等作为晶体生长的源材料，以热分解反应方式在基座上进行气相外延，生长各种II1-V族、I1-VI族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。下面对现有的MOCVD工艺的原理进行说明。具体地，请参考图1所示的现有的MOCVD设备的结构示意图。外延沉积腔室10内形成有相对设置的喷淋头11和基座12。所述气体供给单元可以为喷淋头(Showerhead，SH)，该喷淋头内可以设置多个小孔。所述基座12上通常放置多片衬底121，所述衬底121的材质通常为价格昂贵的蓝宝石。所述基座12的下方还形成有加热单元13，所述加热单元13对所述衬底121进行加热，使得所述衬底121表面的温度达到外延工艺需要的温度。在进行MOCVD工艺时，源气体自喷淋头11的小孔进入衬底12上方的反应区域(靠近衬底121的表面的位置)，所述衬底121由于加热单元13的热辐射作用而具有一定的温度，从而该温度使得源气体之间进行化学反应，从而在衬底121表面形成外延材料层。所述外延材料层中至少包含一层发光层，所述发光层在电流的驱动下能够发出光。通常，在MOCVD工艺完成后，需要将形成有外延材料层的衬底从MOCVD设备的外延沉积腔室中取出，然后在MOCVD设备的外部对衬底上使得外延材料层的特性参数进行测试。在实际中经过测试，发现现有的外延工艺的稳定性和重复性不好，形成的外延材料层的质量不能满足应用的要求。
发明内容
本发明实施例解决的问题是提供了一种新的气体系统，该气体系统的两路气体管路在不同的气体源切换的过程中的气体压力平衡，从而有利于气体源中的压力以及进入反应腔室的源气体的浓度以及质量的稳定，提高外延工艺的稳定性和重复性，改善了形成的外延材料层的质量。
为解决上述问题，本发明实施例提了一种气体系统，包括:第一气体管路，设置有第一气体控制单元，所述第一气体控制单元用于控制所述第一气体管路上的气体流量或气体压力；第二气体管路，设置有第二气体控制单元，所述第二气体控制单元用于控制所述第二气体管路上的气体压力；气体压力平衡控制单元，跨接于所述第一气体管路和第二气体管路之间，用于采集所述第一气体控制单元和第二气体控制单元的信号，并且根据所述信号获得压力控制信号，所述压力控制信号作为第二气体控制单元的输入信号。可选地，所述第一气体控制单元为质量流量控制器或压力控制器。可选地，所述第二气体控制单元包括串联的质量流量控制器和压力控制器，所述质量流量控制器位于所述压力控制器的上游，所述压力控制信号作为所述压力控制器的输入信号。可选地，所述第二气体控制单元还包括:分压单元，所述分压单元与所述压力控制器并联于所述第二气体管路上，所述分压单元用于在所述第二气体管路的压力超过所述压力控制器的调压范围时，将第二气体管路的部分气体分流。
可选地，所述第二气体控制单元还包括:流量范围设定单元，用于基于所述压力控制信号，调节所述第二气体管路上的质量流量控制器的量程，使得所述量程与所述压力控制器的调压范围一致。可选地，所述第二气体控制单元为质量流量控制器。可选地，所述气体系统应用于化学气相沉积设备。可选地，所述气体压力平衡控制单元为差压式薄膜规。与现有技术相比，本发明实施例具有以下优点:本发明实施例在所述气体系统中设置气体压力平衡控制单元，通过所述气体压力平衡控制单元调节第二气体管路的气体压力，使得所述第二气体管路的气体压力与所述第一气体管路的气体压力保持平衡，从而使得第一气体管路和第二气体管路切换时，该两路气体管路的气体压力基本不会波动，从而有利于气体源中的压力以及进入反应腔室的源气体的浓度以及质量的稳定，提高外延工艺的稳定性和重复性，改善了形成的外延材料层的质量;进一步优化地，所述第二气体控制单元包括串联的质量流量控制器和压力控制器，所述质量流量控制器位于所述压力控制器的上游，所述气体压力平衡控制单元的压力控制信号作为所述压力控制器的输入信号。
图1是现有的MOCVD设备的结构示意图；图2是本发明第一实施例的气体系统的结构示意图；图3是本发明第二实施例的气体系统的结构示意图。
具体实施例方式现有的MOCVD工艺的稳定性和重复性不好，形成的外延材料层的质量不高。经过发明人研究发现，由于两路气体管路在不同的气体源切换的过程中的压力不平衡，在源气体切换过程中源气体的压力波动、进入反应腔室的气流不稳定，造成了参与反应的MOCVD的气体的浓度以及质量的不稳定，从而影响了外延材料层的稳定性以及重复性。为了解决上述问题，本发明提出一种气体系统，该气体系统中设置气体压力平衡控制单元，通过所述气体压力平衡控制单元调节第二气体管路的气体压力，使得所述第二气体管路的气体压力与所述第一气体管路的气体压力保持平衡，从而使得第一气体管路和第二气体管路切换时，该两路气体管路的气体压力基本不会波动，有利于消除在源气体切换过程中源气体的压力波动，使得进入反应腔室的气流更加稳定，提高了参与反应的MOCVD的气体的浓度以及质量的稳定性，有利于改善外延材料层的稳定性以及重复性。下面将结合具体的实施例对本发明的技术方案进行说明。为了更好地说明本发明的技术方案，请结合图2所示的本发明第一实施例的气体系统的结构示意图。所述气体系统包括:第一气体管路21，设置有第一气体控制单元15，所述第一气体控制单元15用于控制所述第一气体管路21上的气体流量或气体压力，所述第一气体管路21的一端与第一吹扫气体源11相连接，另一端与工艺腔室19相连接，所述第一吹扫源11用于提供吹扫气体，所述吹扫气体自第一吹扫气体源11经过第一气体控制单元15流向工艺腔室19 ；第二气体管路22，设置有第二气体控制单元16，所述第二气体控制单元16用于控制所述第二气体管路22上的气体压力，使得所述第二气体管路22的气体压力与所述第一气体管路21的气体压力平衡，所述第二气体管路22的一端与第二吹扫气体源12相连接，另一端与泵20相连接，所述第二吹扫源12用于提供吹扫气体，所述吹扫气体自所述第二吹扫源12经过第二气体控制单元16流向泵20 ； 气体压力平衡控制单元17，跨接于所述第一气体管路21和第二气体管路22之间，用于采集所述第一气体控制单元15和第二气体控制单元16的信号，并且根据所述信号获得压力控制信号，所述压力控制信号作为第二气体控制单元16的输入信号。作为本发明的一个实施例，所述气体系统应用于MOCVD设备。当然，本发明所述的气体系统还可以应用其他的化学气相沉积设备，该设备需要采用两路甚至更多路气体，该设备的两路甚至更多路气体之间需要保持压力平衡，比如，本发明的气体系统可以用于炉管、LPCVD、CVD、PEDVD 等。作为一个实施例，所述第一气体管路21和第二气体管路22还分别连接第一工艺气体阀23和第二工艺气体阀24，所述第一工艺气体阀23和第二工艺气体阀24均为三通阀。如图所示，所述第一工艺气体阀23的两个端口与第一气体管路21和第二气体管路22相连接，第三个端口与第一工艺气体源13相连接，所述第二工艺气体阀24的两个端口与第一气体管路21和第二气体管路22相连接，第三个端口与第二工艺气体源14相连接，所述第一工艺气体源13和第二工艺气体源14用于提供源气体，本实施例中，所述源气体作为MOCVD工艺的反应气体。本发明实施例所述的第一吹扫气体源11和第二吹扫气体源12提供的吹扫气体可以相同，也可以不同。作为一个实施例，所述第一吹扫气体源11和第二吹扫气体源12提供的吹扫气体相同，所述吹扫气体作为源气体的载体气体。作为一个实施例，所述第一吹扫气体源11和第二吹扫气体源12提供的吹扫气体可以为氮气、氢气或两者混合。在本发明的一个实施例中，所述第一气体控制单元15可以为质量流量控制器(Mass Flow Controller,MFC),其用于控制所述第一气体管路21上流过的气体的流量。通过控制第一气体管路21上 的流量，所述第一气体控制单元15可以控制所述第一气体管路21中的气体压力。所述质量流量控制器与现有技术的质量流量控制器的结构和工作原理相同，本领域技术人员可以根据需要进行具体的选择和设定，在此不做详细的说明。在本发明的又一实施例中，所述气体控制单元15还可以为压力控制器，所述压力控制器用于控制第一气体管路21的气体压力；所述压力控制器的结构和工作原理与现有技术相同，本领域技术人员可以根据需要进行具体的选择，在此不做详细的说明。作为一个实施例，所述第二气体控制单元16为质量流量控制器；作为本发明的又一实施例，所述第二气体控制单元16还可以为压力控制器。本发明所述的气体压力平衡控制单元17为差压式薄膜规(DifferentialCapacitance Manometer),该差压式薄膜规的工作原理为:设置于差压式薄膜规内部的两个导电的弹性薄膜(该两个弹性薄膜之间具有介质层，因而两个弹性薄膜与中间的介质层形成电容结构)在第一气体管路21和第二气体管路22之间的压力差的作用下产生弹性变形，将所述弹性变形转换为电容结构的电容值的变化，从而获得第一气体管路21和第二气体管路22之间的压 力差。作为可选的实施例，所述第二气体管路22上还设置了可调节针阀18，所述可调节针阀18连接于所述第二气体压力控制单元16和泵20之间，所述可调节针阀18用于调节第二气体管路22的气体流量。通常，所述可调节针阀18能够在一定范围内对第二气体管路22上的气体流量进行调节。上述气体系统的工作原理为:第一吹扫气体源11和第二吹扫气体源12不断的提供吹扫气体，第一工艺气体源13和第二工艺气体源14提供源气体，当第一气体管路21上的气体流量或气体压力发生变化时，所述气体压力平衡控制单元17测试所述第一气体管路21和第二气体管路22的气体压力差，然后产生控制信号，所述控制信号调节所述第二气体压力控制单元16，通过第二气体压力控制单元16调节第二气体管路22的气体压力，使得第二气体管路22的气体压力与第一气体管路21的压力保持一致。在上述过程中，还可以通过调节所述可调节针阀18调节所述第二气体管路22的压力。但是，发明人还发现，第二气体压力控制器16的调节压力的效果有限，使得上述实施例的气体系统的两路气体的压力无法平衡。具体地，若第二气体压力控制器16为质量流量控制器，气体压力控制单元17提供的信号为压力信号，输入质量流量控制器后，质量流量控制器将压力信号进行相应的计算和转换，对第二气体管路22的流量进行调节，上述调节需要经过一段时间和气体量的积累，才能达到设定压力，因此质量流量控制器的响应速度慢。当第一气体管路21的气体压力变化频繁时，采用质量流量控制器无法有效调节第二气体管路22的气体压力，以使得两者保持平衡。若第二气体压力控制器16为压力控制器，第二气体压力控制器16由于的压力调节范围是固定的，在第二气体管路22的管路压力较大的情况下，第二气体压力控制器16大量的气体才能达到设定的压力，而气体的流量过大，以至于超过第二气体压力控制器16可以控制的范围，压力控制器将无法调节。为了解决上述问题，本发明还提出一种气体系统。请参考图3所示的本发明第二实施例的气体系统的结构示意图。第一气体管路111，设置有第一气体控制单元105，所述第一气体控制单元105用于控制所述第一气体管路111上的气体流量或气体压力，所述第一气体管路111 一端与第一吹扫气体源101相连接，另一端与工艺腔室109相连接，所述第一吹扫气体源101用于提供吹扫气体，所述吹扫气体自第一吹扫气体源101经过所述第一气体控制单元105流向工艺腔室109 ；第二气体管路112，设置有第二气体控制单元，所述第二气体控制单元用于控制所述第二气体管路112上的气体压力，所述第二气体管路112的一端与第二吹扫气体源102相连接，另一端与泵110相连接，所述第二吹扫气体源102用于提供吹扫气体；气体压力平衡控制单元107，跨接于所述第一气体管路111和第二气体管路112之间，用于采集所述第一气体控制单元105和第二气体控制单元106的信号，并且根据所述信号获得压力控制信号，所述压力控制信号作为第二气体控制单元的输入信号。作为一个实施例，所述第二气体压力控制单元包括:所述第二气体控制单元包括串联而成的质量流量控制器106和压力控制器108，所述质量流量控制器106位于所述压力控制器108的上游，所述压力控制信号作为所述压力控制器108的输入信号，所述质量流量控制器106用于控制所述第二气体管路112上的气体流量，基于所述质量流量控制器106设定的流量，所述压力控制器108对第二气体管路112的气体压力进行调节。在本发明的可选实施例中，所述第二气体控制单元还可以包括:分压单元(图中未示出)，所述分压单元与所述压力控制器并联于所述第二气体管路上，所述分压单元用于在所述第二气体管路的压力超过所述压力控制器的调压范围时，将第二气体管路的部分气体分流。作为本发明的一个实施例，所述气体压力平衡控制单元107为差压式薄膜规，其工作原理请参考第一实施例，在此不做详细的说明。作为本发明的可选实施例，所述第二气体控制单元还可以包括:流量范围设定单元，用于基于所述压力控制信号，调节所述第二气体管路上的质量流量控制器的量程，使得所述量程与所述压力控制器的调压范围一致。综上，本发明实施例在所述气体系统中设置气体压力平衡控制单元，通过所述气体压力平衡控制单元调节第二气体管路的气体压力，使得所述第二气体管路的气体压力与所述第一气体管路的气体压力保持平衡，从而使得第一气体管路和第二气体管路切换时，该两路气体管路的气体压力基本不会波动，从而有利于气体源中的压力以及进入反应腔室的源气体的浓度以及质量的稳定，提高外延工艺的稳定性和重复性，改善了形成的外延材料层的质量；进一步优化地，所述第二气体控制单元包括串联的质量流量控制器和压力控制器，所述气体压力平衡控制单元的压力控制信号控制所述压力控制器，所述质量流量控制器位于所述压力控制器的上游，所述压力控制信号作为所述压力控制器的输入信号。虽然本发明己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。
权利要求
1.一种气体系统，其特征在于，包括: 第一气体管路，设置有第一气体控制单元，所述第一气体控制单元用于控制所述第一气体管路上的气体流量或气体压力； 第二气体管路，设置有第二气体控制单元，所述第二气体控制单元用于控制所述第二气体管路上的气体压力； 气体压力平衡控制单元，跨接于所述第一气体管路和第二气体管路之间，用于采集所述第一气体控制单元和第二气体控制单元的信号，并且根据所述信号获得压力控制信号，所述压力控制信号作为第二气体控制单元的输入信号。
2.如权利要求1所述的气体系统，其特征在于，所述第一气体控制单元为质量流量控制器或压力控制器。
3.如权利要求1所述的气体系统，其特征在于，所述第二气体控制单元包括串联的质量流量控制器和压力控制器，所述质量流量控制器位于所述压力控制器的上游，所述压力控制信号作为所述压力控制器的输入信号。
4.如权利要求3所述的气体系统，其特征在于，所述第二气体控制单元还包括:分压单元，所述分压单元与所述压力控制器并联于所述第二气体管路上，所述分压单元用于在所述第二气体管路的压力超过所述压力控制器的调压范围时，将第二气体管路的部分气体分流。
5.如权利要求3所述的气体系统，其特征在于，所述第二气体控制单元还包括:流量范围设定单元，用于基于所述压力控制信号，调节所述第二气体管路上的质量流量控制器的量程，使得所述量程与所述压力控制器的调压范围一致。
6.如权利要求1所述的气体系统，其特征在于，所述第二气体控制单元为质量流量控制器。
7.如权利要求1所述的气体系统，其特征在于，所述气体系统应用于化学气相沉积设备。
8.如权利要求1所述的气体系统，其特征在于，所述气体压力平衡控制单元为差压式薄膜规。
全文摘要
本发明实施例提了一种气体系统，包括设置有第一气体控制单元的第一气体管路，所述第一气体控制单元用于控制所述第一气体管路上的气体流量或气体压力；设置有第二气体控制单元的第二气体管路，所述第二气体控制单元用于控制所述第二气体管路上的气体压力；气体压力平衡控制单元，跨接于所述第一气体管路和第二气体管路之间，用于产生压力控制信号，该压力控制信号作为第二气体控制单元的输入信号，使得所述第二气体管路与所述第一气体管路的气体压力保持平衡，从而使得第一气体管路和第二气体管路的气体压力基本不会波动，使得反应腔室的源气体的浓度以及质量的稳定，提高了外延工艺的稳定性和重复性，改善了形成的外延材料层的质量。
文档编号C23C16/455GK103074675SQ201110409679
公开日2013年5月1日 申请日期2011年12月9日 优先权日2011年12月9日
发明者叶芷飞, 梁秉文 申请人:光达光电设备科技(嘉兴)有限公司