專利名稱：氣體系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及化學氣相沉積(CVD)技術領域，特別涉及用于化學氣相沉積的氣體系統。
背景技術：
MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)工藝是在氣相外延生長(VPE)的基礎上發展起來的一種新型氣相外延生長技術。它以III族、II族元素的有機化合物和V、VI族元素的氫化物等作為晶體生長的源材料，以熱分解反應方式在基座上進行氣相外延，生長各種II1-V族、I1-VI族化合物半導體以及它們的多元固溶體的薄層單晶材料。下面對現有的MOCVD工藝的原理進行說明。具體地，請參考圖1所示的現有的MOCVD設備的結構示意圖。外延沉積腔室10內形成有相對設置的噴淋頭11和基座12。所述氣體供給單元可以為噴淋頭(Showerhead，SH)，該噴淋頭內可以設置多個小孔。所述基座12上通常放置多片襯底121，所述襯底121的材質通常為價格昂貴的藍寶石。所述基座12的下方還形成有加熱單元13，所述加熱單元13對所述襯底121進行加熱，使得所述襯底121表面的溫度達到外延工藝需要的溫度。在進行MOCVD工藝時，源氣體自噴淋頭11的小孔進入襯底12上方的反應區域(靠近襯底121的表面的位置)，所述襯底121由于加熱單元13的熱輻射作用而具有一定的溫度，從而該溫度使得源氣體之間進行化學反應，從而在襯底121表面形成外延材料層。所述外延材料層中至少包含一層發光層，所述發光層在電流的驅動下能夠發出光。通常，在MOCVD工藝完成后，需要將形成有外延材料層的襯底從MOCVD設備的外延沉積腔室中取出，然后在MOCVD設備的外部對襯底上使得外延材料層的特性參數進行測試。在實際中經過測試，發現現有的外延工藝的穩定性和重復性不好，形成的外延材料層的質量不能滿足應用的要求。

發明內容
本發明實施例解決的問題是提供了一種新的氣體系統，該氣體系統的兩路氣體管路在不同的氣體源切換的過程中的氣體壓力平衡，從而有利于氣體源中的壓力以及進入反應腔室的源氣體的濃度以及質量的穩定，提高外延工藝的穩定性和重復性，改善了形成的外延材料層的質量。

為解決上述問題，本發明實施例提了一種氣體系統，包括:第一氣體管路，設置有第一氣體控制單元，所述第一氣體控制單元用于控制所述第一氣體管路上的氣體流量或氣體壓力；第二氣體管路，設置有第二氣體控制單元，所述第二氣體控制單元用于控制所述第二氣體管路上的氣體壓力；氣體壓力平衡控制單元，跨接于所述第一氣體管路和第二氣體管路之間，用于采集所述第一氣體控制單元和第二氣體控制單元的信號，并且根據所述信號獲得壓力控制信號，所述壓力控制信號作為第二氣體控制單元的輸入信號。可選地，所述第一氣體控制單元為質量流量控制器或壓力控制器。可選地，所述第二氣體控制單元包括串聯的質量流量控制器和壓力控制器，所述質量流量控制器位于所述壓力控制器的上游，所述壓力控制信號作為所述壓力控制器的輸入信號。可選地，所述第二氣體控制單元還包括:分壓單元，所述分壓單元與所述壓力控制器并聯于所述第二氣體管路上，所述分壓單元用于在所述第二氣體管路的壓力超過所述壓力控制器的調壓范圍時，將第二氣體管路的部分氣體分流。

可選地，所述第二氣體控制單元還包括:流量范圍設定單元，用于基于所述壓力控制信號，調節所述第二氣體管路上的質量流量控制器的量程，使得所述量程與所述壓力控制器的調壓范圍一致。可選地，所述第二氣體控制單元為質量流量控制器。可選地，所述氣體系統應用于化學氣相沉積設備。可選地，所述氣體壓力平衡控制單元為差壓式薄膜規。與現有技術相比，本發明實施例具有以下優點:本發明實施例在所述氣體系統中設置氣體壓力平衡控制單元，通過所述氣體壓力平衡控制單元調節第二氣體管路的氣體壓力，使得所述第二氣體管路的氣體壓力與所述第一氣體管路的氣體壓力保持平衡，從而使得第一氣體管路和第二氣體管路切換時，該兩路氣體管路的氣體壓力基本不會波動，從而有利于氣體源中的壓力以及進入反應腔室的源氣體的濃度以及質量的穩定，提高外延工藝的穩定性和重復性，改善了形成的外延材料層的質量;進一步優化地，所述第二氣體控制單元包括串聯的質量流量控制器和壓力控制器，所述質量流量控制器位于所述壓力控制器的上游，所述氣體壓力平衡控制單元的壓力控制信號作為所述壓力控制器的輸入信號。


圖1是現有的MOCVD設備的結構示意圖；圖2是本發明第一實施例的氣體系統的結構示意圖；圖3是本發明第二實施例的氣體系統的結構示意圖。
具體實施例方式現有的MOCVD工藝的穩定性和重復性不好，形成的外延材料層的質量不高。經過發明人研究發現，由于兩路氣體管路在不同的氣體源切換的過程中的壓力不平衡，在源氣體切換過程中源氣體的壓力波動、進入反應腔室的氣流不穩定，造成了參與反應的MOCVD的氣體的濃度以及質量的不穩定，從而影響了外延材料層的穩定性以及重復性。為了解決上述問題，本發明提出一種氣體系統，該氣體系統中設置氣體壓力平衡控制單元，通過所述氣體壓力平衡控制單元調節第二氣體管路的氣體壓力，使得所述第二氣體管路的氣體壓力與所述第一氣體管路的氣體壓力保持平衡，從而使得第一氣體管路和第二氣體管路切換時，該兩路氣體管路的氣體壓力基本不會波動，有利于消除在源氣體切換過程中源氣體的壓力波動，使得進入反應腔室的氣流更加穩定，提高了參與反應的MOCVD的氣體的濃度以及質量的穩定性，有利于改善外延材料層的穩定性以及重復性。下面將結合具體的實施例對本發明的技術方案進行說明。為了更好地說明本發明的技術方案，請結合圖2所示的本發明第一實施例的氣體系統的結構示意圖。所述氣體系統包括:第一氣體管路21，設置有第一氣體控制單元15，所述第一氣體控制單元15用于控制所述第一氣體管路21上的氣體流量或氣體壓力，所述第一氣體管路21的一端與第一吹掃氣體源11相連接，另一端與工藝腔室19相連接，所述第一吹掃源11用于提供吹掃氣體，所述吹掃氣體自第一吹掃氣體源11經過第一氣體控制單元15流向工藝腔室19 ；第二氣體管路22，設置有第二氣體控制單元16，所述第二氣體控制單元16用于控制所述第二氣體管路22上的氣體壓力，使得所述第二氣體管路22的氣體壓力與所述第一氣體管路21的氣體壓力平衡，所述第二氣體管路22的一端與第二吹掃氣體源12相連接，另一端與泵20相連接，所述第二吹掃源12用于提供吹掃氣體，所述吹掃氣體自所述第二吹掃源12經過第二氣體控制單元16流向泵20 ； 氣體壓力平衡控制單元17，跨接于所述第一氣體管路21和第二氣體管路22之間，用于采集所述第一氣體控制單元15和第二氣體控制單元16的信號，并且根據所述信號獲得壓力控制信號，所述壓力控制信號作為第二氣體控制單元16的輸入信號。作為本發明的一個實施例，所述氣體系統應用于MOCVD設備。當然，本發明所述的氣體系統還可以應用其他的化學氣相沉積設備，該設備需要采用兩路甚至更多路氣體，該設備的兩路甚至更多路氣體之間需要保持壓力平衡，比如，本發明的氣體系統可以用于爐管、LPCVD、CVD、PEDVD 等。作為一個實施例，所述第一氣體管路21和第二氣體管路22還分別連接第一工藝氣體閥23和第二工藝氣體閥24，所述第一工藝氣體閥23和第二工藝氣體閥24均為三通閥。如圖所示，所述第一工藝氣體閥23的兩個端口與第一氣體管路21和第二氣體管路22相連接，第三個端口與第一工藝氣體源13相連接，所述第二工藝氣體閥24的兩個端口與第一氣體管路21和第二氣體管路22相連接，第三個端口與第二工藝氣體源14相連接，所述第一工藝氣體源13和第二工藝氣體源14用于提供源氣體，本實施例中，所述源氣體作為MOCVD工藝的反應氣體。本發明實施例所述的第一吹掃氣體源11和第二吹掃氣體源12提供的吹掃氣體可以相同，也可以不同。作為一個實施例，所述第一吹掃氣體源11和第二吹掃氣體源12提供的吹掃氣體相同，所述吹掃氣體作為源氣體的載體氣體。作為一個實施例，所述第一吹掃氣體源11和第二吹掃氣體源12提供的吹掃氣體可以為氮氣、氫氣或兩者混合。在本發明的一個實施例中，所述第一氣體控制單元15可以為質量流量控制器(Mass Flow Controller,MFC),其用于控制所述第一氣體管路21上流過的氣體的流量。通過控制第一氣體管路21上 的流量，所述第一氣體控制單元15可以控制所述第一氣體管路21中的氣體壓力。所述質量流量控制器與現有技術的質量流量控制器的結構和工作原理相同，本領域技術人員可以根據需要進行具體的選擇和設定，在此不做詳細的說明。在本發明的又一實施例中，所述氣體控制單元15還可以為壓力控制器，所述壓力控制器用于控制第一氣體管路21的氣體壓力；所述壓力控制器的結構和工作原理與現有技術相同，本領域技術人員可以根據需要進行具體的選擇，在此不做詳細的說明。作為一個實施例，所述第二氣體控制單元16為質量流量控制器；作為本發明的又一實施例，所述第二氣體控制單元16還可以為壓力控制器。本發明所述的氣體壓力平衡控制單元17為差壓式薄膜規(DifferentialCapacitance Manometer),該差壓式薄膜規的工作原理為:設置于差壓式薄膜規內部的兩個導電的彈性薄膜(該兩個彈性薄膜之間具有介質層，因而兩個彈性薄膜與中間的介質層形成電容結構)在第一氣體管路21和第二氣體管路22之間的壓力差的作用下產生彈性變形，將所述彈性變形轉換為電容結構的電容值的變化，從而獲得第一氣體管路21和第二氣體管路22之間的壓 力差。作為可選的實施例，所述第二氣體管路22上還設置了可調節針閥18，所述可調節針閥18連接于所述第二氣體壓力控制單元16和泵20之間，所述可調節針閥18用于調節第二氣體管路22的氣體流量。通常，所述可調節針閥18能夠在一定范圍內對第二氣體管路22上的氣體流量進行調節。上述氣體系統的工作原理為:第一吹掃氣體源11和第二吹掃氣體源12不斷的提供吹掃氣體，第一工藝氣體源13和第二工藝氣體源14提供源氣體，當第一氣體管路21上的氣體流量或氣體壓力發生變化時，所述氣體壓力平衡控制單元17測試所述第一氣體管路21和第二氣體管路22的氣體壓力差，然后產生控制信號，所述控制信號調節所述第二氣體壓力控制單元16，通過第二氣體壓力控制單元16調節第二氣體管路22的氣體壓力，使得第二氣體管路22的氣體壓力與第一氣體管路21的壓力保持一致。在上述過程中，還可以通過調節所述可調節針閥18調節所述第二氣體管路22的壓力。但是，發明人還發現，第二氣體壓力控制器16的調節壓力的效果有限，使得上述實施例的氣體系統的兩路氣體的壓力無法平衡。具體地，若第二氣體壓力控制器16為質量流量控制器，氣體壓力控制單元17提供的信號為壓力信號，輸入質量流量控制器后，質量流量控制器將壓力信號進行相應的計算和轉換，對第二氣體管路22的流量進行調節，上述調節需要經過一段時間和氣體量的積累，才能達到設定壓力，因此質量流量控制器的響應速度慢。當第一氣體管路21的氣體壓力變化頻繁時，采用質量流量控制器無法有效調節第二氣體管路22的氣體壓力，以使得兩者保持平衡。若第二氣體壓力控制器16為壓力控制器，第二氣體壓力控制器16由于的壓力調節范圍是固定的，在第二氣體管路22的管路壓力較大的情況下，第二氣體壓力控制器16大量的氣體才能達到設定的壓力，而氣體的流量過大，以至于超過第二氣體壓力控制器16可以控制的范圍，壓力控制器將無法調節。為了解決上述問題，本發明還提出一種氣體系統。請參考圖3所示的本發明第二實施例的氣體系統的結構示意圖。第一氣體管路111，設置有第一氣體控制單元105，所述第一氣體控制單元105用于控制所述第一氣體管路111上的氣體流量或氣體壓力，所述第一氣體管路111 一端與第一吹掃氣體源101相連接，另一端與工藝腔室109相連接，所述第一吹掃氣體源101用于提供吹掃氣體，所述吹掃氣體自第一吹掃氣體源101經過所述第一氣體控制單元105流向工藝腔室109 ；第二氣體管路112，設置有第二氣體控制單元，所述第二氣體控制單元用于控制所述第二氣體管路112上的氣體壓力，所述第二氣體管路112的一端與第二吹掃氣體源102相連接，另一端與泵110相連接，所述第二吹掃氣體源102用于提供吹掃氣體；氣體壓力平衡控制單元107，跨接于所述第一氣體管路111和第二氣體管路112之間，用于采集所述第一氣體控制單元105和第二氣體控制單元106的信號，并且根據所述信號獲得壓力控制信號，所述壓力控制信號作為第二氣體控制單元的輸入信號。作為一個實施例，所述第二氣體壓力控制單元包括:所述第二氣體控制單元包括串聯而成的質量流量控制器106和壓力控制器108，所述質量流量控制器106位于所述壓力控制器108的上游，所述壓力控制信號作為所述壓力控制器108的輸入信號，所述質量流量控制器106用于控制所述第二氣體管路112上的氣體流量，基于所述質量流量控制器106設定的流量，所述壓力控制器108對第二氣體管路112的氣體壓力進行調節。在本發明的可選實施例中，所述第二氣體控制單元還可以包括:分壓單元(圖中未示出)，所述分壓單元與所述壓力控制器并聯于所述第二氣體管路上，所述分壓單元用于在所述第二氣體管路的壓力超過所述壓力控制器的調壓范圍時，將第二氣體管路的部分氣體分流。作為本發明的一個實施例，所述氣體壓力平衡控制單元107為差壓式薄膜規，其工作原理請參考第一實施例，在此不做詳細的說明。作為本發明的可選實施例，所述第二氣體控制單元還可以包括:流量范圍設定單元，用于基于所述壓力控制信號，調節所述第二氣體管路上的質量流量控制器的量程，使得所述量程與所述壓力控制器的調壓范圍一致。綜上，本發明實施例在所述氣體系統中設置氣體壓力平衡控制單元，通過所述氣體壓力平衡控制單元調節第二氣體管路的氣體壓力，使得所述第二氣體管路的氣體壓力與所述第一氣體管路的氣體壓力保持平衡，從而使得第一氣體管路和第二氣體管路切換時，該兩路氣體管路的氣體壓力基本不會波動，從而有利于氣體源中的壓力以及進入反應腔室的源氣體的濃度以及質量的穩定，提高外延工藝的穩定性和重復性，改善了形成的外延材料層的質量；進一步優化地，所述第二氣體控制單元包括串聯的質量流量控制器和壓力控制器，所述氣體壓力平衡控制單元的壓力控制信號控制所述壓力控制器，所述質量流量控制器位于所述壓力控制器的上游，所述壓力控制信號作為所述壓力控制器的輸入信號。雖然本發明己以較佳實施例披露如上，但本發明并非限定于此。任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護范圍應當以權利要求所限定的范 圍為準。
權利要求
1.一種氣體系統，其特征在于，包括: 第一氣體管路，設置有第一氣體控制單元，所述第一氣體控制單元用于控制所述第一氣體管路上的氣體流量或氣體壓力； 第二氣體管路，設置有第二氣體控制單元，所述第二氣體控制單元用于控制所述第二氣體管路上的氣體壓力； 氣體壓力平衡控制單元，跨接于所述第一氣體管路和第二氣體管路之間，用于采集所述第一氣體控制單元和第二氣體控制單元的信號，并且根據所述信號獲得壓力控制信號，所述壓力控制信號作為第二氣體控制單元的輸入信號。
2.如權利要求1所述的氣體系統，其特征在于，所述第一氣體控制單元為質量流量控制器或壓力控制器。
3.如權利要求1所述的氣體系統，其特征在于，所述第二氣體控制單元包括串聯的質量流量控制器和壓力控制器，所述質量流量控制器位于所述壓力控制器的上游，所述壓力控制信號作為所述壓力控制器的輸入信號。
4.如權利要求3所述的氣體系統，其特征在于，所述第二氣體控制單元還包括:分壓單元，所述分壓單元與所述壓力控制器并聯于所述第二氣體管路上，所述分壓單元用于在所述第二氣體管路的壓力超過所述壓力控制器的調壓范圍時，將第二氣體管路的部分氣體分流。
5.如權利要求3所述的氣體系統，其特征在于，所述第二氣體控制單元還包括:流量范圍設定單元，用于基于所述壓力控制信號，調節所述第二氣體管路上的質量流量控制器的量程，使得所述量程與所述壓力控制器的調壓范圍一致。
6.如權利要求1所述的氣體系統，其特征在于，所述第二氣體控制單元為質量流量控制器。
7.如權利要求1所述的氣體系統，其特征在于，所述氣體系統應用于化學氣相沉積設備。
8.如權利要求1所述的氣體系統，其特征在于，所述氣體壓力平衡控制單元為差壓式薄膜規。
全文摘要
本發明實施例提了一種氣體系統，包括設置有第一氣體控制單元的第一氣體管路，所述第一氣體控制單元用于控制所述第一氣體管路上的氣體流量或氣體壓力；設置有第二氣體控制單元的第二氣體管路，所述第二氣體控制單元用于控制所述第二氣體管路上的氣體壓力；氣體壓力平衡控制單元，跨接于所述第一氣體管路和第二氣體管路之間，用于產生壓力控制信號，該壓力控制信號作為第二氣體控制單元的輸入信號，使得所述第二氣體管路與所述第一氣體管路的氣體壓力保持平衡，從而使得第一氣體管路和第二氣體管路的氣體壓力基本不會波動，使得反應腔室的源氣體的濃度以及質量的穩定，提高了外延工藝的穩定性和重復性，改善了形成的外延材料層的質量。
文檔編號C23C16/455GK103074675SQ201110409679
公開日2013年5月1日 申請日期2011年12月9日 優先權日2011年12月9日
發明者葉芷飛, 梁秉文 申請人:光達光電設備科技(嘉興)有限公司