专利名称：化学原料新型配送系统的制作方法
技术领域：
本发明提供一种化学原料新型配送系统，特别是指一种需要用载气输送原料的材料生长设备。
按原料存在的形态划分则包括液体原料、固体原料等。常用的液体原料有三甲基镓，三乙基镓，三甲基铝，三乙基铝，乙基二甲基铟，三乙基铟，三甲基铟(在溶剂中或88度以上)，叔丁基砷，叔丁基磷等。常用的固体原料有三甲基铟，二茂镁等。
MOCVD自20世纪60年代首先提出以来，经过70年代至80年代的发展，90年代已经成为砷化镓、磷化铟等光电子材料制备的核心生长技术，目前已经在砷化镓、磷化铟等光电子材料和器件生产中得到广泛应用。1998年日本科学家Nakamura将MOCVD应用氮化镓材料制备，在他自己研制的MOCVD设备上，生长出氮化镓激光器，实现了在室温下连续激射10,000小时，取得了划时代的进展。到目前为止，MOCVD是制备氮化镓发光二极管和激光器外延片的主流方法，从生长的氮化镓外延片和器件的性能以及生产成本等主要指标来看，还没有其它方法能与之相比。
CBE结合了MOCVD和分子束外延的特点，它同样也成为半导体薄膜材料制造的主要技术之一。
利用MOCVD设备制造半导体材料和器件，经常会遇到同一种原料在多处使用的情况。如在一台MOCVD设备上有两处(或多处)用到三甲基镓；或者两台(或多台)的MOCVD设备上，每台设备都需要有一处(或多处)用到三甲基镓的情况，等等。通常的方法就是用多个三甲基镓原料瓶，并且在每个原料瓶上配备相应的原料配送系统。参阅如
图1，某设备需要两路三甲基镓，则配备了两个三甲基镓原料瓶，并且每个原料瓶配备相应的原料配送系统，一台流量控制器10、一台上游压强控制器30、一台恒温控制器和相应的阀门(恒温控制器和阀门都未在图中画出，为已有技术)。在该系统中，恒温控制器控制原料瓶的温度，由此控制原料的饱和蒸汽压(任何液体或固体的饱和蒸汽压只由它本身固有的挥发性和它所处的温度决定)；上游压强控制器控制原料瓶中的气体压强，由此决定了原料瓶中原料气体的分压；流量控制器控制进入原料瓶中的载气流量。流量控制器、上游压强控制器、温度控制器三者控制了载气(一般是氢气、氮气、氩气等)从原料瓶中携带原料的剂量。这种原料配送系统，不论是同种原料在多台设备上同时使用，甚至在一台设备上多处使用，都需要配备多套原料配送系统以及同等数目的原料瓶。显然，这样的原料配送系统，一方面由于原料配送系统太多，增加了设备成本，另一方面由于设备运行时需要太多的原料瓶，增加了设备运行的流动资金。
本发明一种化学原料新型配送系统，包括，原料瓶、压强控制器、流量控制器，其特征在于，其中该原料瓶的入口通过管道与压强控制器的一端连结，且该管道伸入到原料瓶的底部；该压强控制器的另一端通过管道与载气加入端相连接；该原料瓶的出口通过管道与多个流量控制器的一端连接，且该管道伸入到原料瓶的内的上部；该流量控制器的另一端分别接有管道，且分别是原料出口，该原料出口分别接入材料生长室。
其中该原料瓶与压强控制器连接，该原料瓶的出口分别连接有两个以上的流量控制器，该流量控制器分别接入一个材料生长室。
其中该原料瓶与压强控制器，该原料瓶的出口分别连接有两个以上的流量控制器，该流量控制器分别接入两个以上的材料生长室。
其中该原料瓶的出口具有一压强表，该压强表控制控制流量控制器的流量。
本发明一种化学原料新型配送方法，其是用于权利要求1所述的化学原料新型配送系统，其特征在于，包括如下步骤步骤1载气通过下游压强控制器充入原料瓶，控制原料瓶中的压强至一恒定值；步骤2原料瓶置于某一恒定的温度环境中，稳定原料在载气中的浓度；步骤3流量控制器控制从原料瓶中输出载气的流量，多台流量控制器分别控制多个支路的流量多个支路的流量。
其中所述的原料存在的形态划分则包括液体原料、固体原料；常用的液体原料有三甲基镓，三乙基镓，三甲基铝，三乙基铝，乙基二甲基铟，三乙基铟，三甲基铟，叔丁基砷，叔丁基磷；常用的固体原料有三甲基铟，二茂镁。
其中所述的载气可以是氢气、氮气、氩气。
其中原料瓶中压强控制可以由一台压强控制器完成，也可以由一台流量控制器和一台压强表联合完成。
具体实施例方式
该系统的原理参见图2，本系统需要一台下游压强控制器30、一台恒温控制器(图中没有画出，为已有技术)、以及多台流量控制器10来完成。载气(一般是氢气、氮气、氩气等)通过管道输送到原料瓶20，用下游压强控制来控制原料瓶20中的总压强。利用恒温控制器来控制原料瓶的温度，即控制了原料的饱和蒸汽压。由原料瓶中的压强和原料的饱和蒸汽压两者决定了原料瓶中的原料的浓度。另外，流量控制器控制从原料瓶中输出载气的流量，多台流量控制器10分别控制多个支路的流量。原料瓶的温度、原料瓶中的气体总压强、以及从原料瓶中输出的载气流量，这三者决定了各支路从原料瓶中流出原料的摩尔流量(剂量)。
本发明化学原料新型配送系统包括，原料瓶20、压强控制器30、流量控制器10，其中该原料瓶20的入口通过管道与压强控制器30的一端连结，且该管道伸入到原料瓶20的底部；该压强控制器30的另一端通过管道与载气加入端相连接；该原料瓶20的出口通过管道与多个流量控制器10的一端连接，且该管道伸入到原料瓶20的内的上部；该流量控制器10的另一端分别接有管道，且分别是原料出口，该原料出口分别接入材料生长室。
本专利的核心技术是“一带多”的配送系统。每一种原料，只需要一个原料瓶以及一套原料配送系统。用下游压强控制器来控制原料瓶中气体的总压强，用恒温控制器来控制原料瓶中原料的分压强(每种液体或固体的饱和蒸汽压只由它本身固有的挥发性和它所处的温度决定)。由于原料瓶中的总压强(由压强控制器控制)和分压强(由原料瓶恒温控制器控制)都恒定，因此从原料瓶中输出原料气体的浓度(百分比)也恒定。用各支路的流量控制器来控制从原料瓶中输出的载气的流量，因此从各支路从原料瓶中输出的原料剂量也就由完全由各自的流量控制器决定，并且各支路的流量控制器相互独立工作，互不干扰。
该原料配送结构不但减少了压强控制器、原料瓶恒温控制器、以及相配套的阀门的数目，降低半导体制造设备的成本，而且每一种原料只需要一个原料瓶，降低了设备的运行费用。
为了更好地说明本专利的意义，下面对所提到的词汇作进一步解释。
所说的“MOCVD”，指的是金属有机物化学气相淀积，英文为Metal-Organic Chemical Vapor Deposition，字母缩写为MOCVD。还有一名称金属有机物化学气相外延，英文为Metal-Organic Vapor PhaseEpitaxy，字母缩写为MOVPE。指的是利用金属有机物(如三甲基镓、三甲基铝等)作原料，再加上其它原料(如砷化氢、磷化氢、氨气、硅烷等)，在材料生长室产生化学反应生长薄膜材料的生长设备及生长方法。该设备及它相关的生长技术，目前在半导体材料特别是光电子材料和器件生产中得到广泛应用，经成为砷化镓、磷化铟、氮化镓等光电子材料制备的主流方法和核心生长技术。
所说的“CBE”，指的是化学束外延，英文为Chemical Beam Epitaxy，字母缩写为CBE。它既利用了分子束外延的材料生长室，又利用了MOCVD所需要的原料(主要是金属有机物)，它结合了分子束外延和MOCVD两者的优点，是一种新型的薄膜材料生长设备以及生长方法。
所说的“原料”，指的是利用MOCVD、CBE等设备和生长方法来生长薄膜材料所需要等原料，特别指的是金属有机物。
所说的“金属有机物”，指的是金属和有机基团相结合而成等化合物。在常温情况下，除汞以外，其它所有金属都是固体，而且挥发性很低，不利于传输和计量。如把金属(如镓、铟、铝、镁、锌等)与有机基团(如甲基、乙基、茂基等)相结合形成一种化合物，则该化合物一般在常温情况下为液体(如三甲基镓、三甲基铝等)，且挥发性很高，有利于传输和计量，即使有些金属有机物在常温情况下仍为固体(如三甲基铟)，但挥发性也很高，有利于传输和计量。金属有机物是MOCVD和CBE最常用的原料。
所说的“三甲基镓”，指的是三个甲基基团和一个镓原子相结合所形成的化合物。三甲基铝、三甲基铟则依此类推。所说的“三乙基镓”，指的是三个乙基基团和一个镓原子相结合所形成的化合物。三乙基铝、三乙基铟则依此类推。所说的“乙基二甲基铟”，指的是一个乙基基团、两个甲基基团和一个铟原子相结合而形成的化合物。所说的“二乙基锌”，指的是两个乙基基团和一个锌原子相结合而形成的化合物。所说的“二茂镁”，指的是两个茂基基团和一个镁原子相结合而形成的化合物。其它金属有机物则依此类推。
所说的“流量控制器”，指的是控制气体或液体的摩尔流量的仪器。它能控制通过某一管道的气体或液体的摩尔流量。所说的“压强控制器”，指的是控制某一容器中气体或液体的压强的仪器。根据它所控制的容器是在它的上游还是下游，又分为“上游压强控制器”和“下游压强控制器”，所说的“恒温控制器”，指的是控制某一空间的温度恒定的仪器。
所说的“载气”，指的是MOCVD或CBE设备生长薄膜材料时携带原料的气体。一般情况下为氢气、氮气、氩气等。
在本实施例中使用了“一带多”的配送系统；用一台下游压强控制器和一台恒温控制器来控制三甲基镓原料瓶20和三甲基铟原料瓶20’中三甲基镓、三甲基铟在载气中的浓度，用两台流量控制器分别控制两个出口支路的载气流量。
在本实施例中，除了三甲基镓、三甲基铟以外，还有三乙基镓、三甲基铝、三乙基铝、乙基二甲基铟、三乙基铟、叔丁基砷、叔丁基磷、二茂镁，等等，只要采用以上成分，只需在原料瓶中放入不同的内容即可。
在本实施例中，每个原料瓶只有两个出口支路，也可以做成两个以上的出口支路。
本实施例应用范围应包括MOCVD、CBE以及凡是用到用载气输送原料的半导体制造设备等。
本实施例中的载气，可以是氢气、氮气、氩气等所有携带原料的气体。
在本实施例中同样使用了“一带多”的配送系统。用一台下游压强控制器和一台恒温控制器来控制三甲基镓原料瓶20和三甲基铟原料瓶20’中三甲基镓、三甲基铟在载气中的浓度，用两台流量控制器分别控制两个出口支路的载气流量。
在本实施例中，除了三甲基镓、三甲基铟以外，还有三乙基镓、三甲基铝、三乙基铝、乙基二甲基铟、三乙基铟、叔丁基砷、叔丁基磷、二茂镁等，只要采用以上成分，只需在原料瓶中放入不同的内容即可。
在本实施例中，每个原料瓶只有两个出口支路。如果需要有两个以上的出口支路，也可以做成两个以上的出口支路。
本实施例中，只有两个材料生长室。如果有两个以上的材料生长室，也可以做成两个以上的材料生长室。
本实施例中，每个材料生长室需要一路三甲基镓，一路三甲基铟。如果每个材料生长室需要多路三甲基镓或多路三甲基铟，也可以做成多路三甲基镓或多路三甲基铟，均可以达到“一带多”式的原料配送结构。
本实施例的应用范围包括MOCVD、CBE以及凡是用到用载气输送原料的半导体制造设备等。
本实施例中的载气，可以是氢气、氮气、氩气等所有携带原料的气体。
在本实施例中，三甲基镓的配送系统同样采用了本发明“一带多”的配送结构。用一台流量控制器和一台压强计联合起来，完成了一台下游压强控制器的功能。用一台恒温控制器来控制三甲基镓原料瓶的温度，由此控制三甲基镓在载气中的浓度。用两台流量控制器分别控制两个出口支路的流量。
在本实施例中，除了三甲基镓以外，还有三甲基铟，三乙基镓、三甲基铝、三乙基铝、乙基二甲基铟、三乙基铟、叔丁基砷、叔丁基磷、二茂镁等，只要采用以上成分，只需在原料瓶中放入不同的内容即可。
在本实施例中，每个原料瓶只有两个出口支路。如果需要两个以上的出口支路，也可以做成两个以上的出口支路。
在本实施例中，每个原料瓶的两个出口支路，只向一个材料生长室输送原料。如果两个或多个出口支路，分别向两个或多个材料生长室输送原料，也可以做成两个或多个出口支路。
本实施例应包括MOCVD、CBE以及凡是用到用载气输送原料的半导体制造设备等。
本实施例中的载气，可以是氢气、氮气、氩气等所有携带原料的气体。
本发明化学原料新型配送方法，其是使用于前述的化学原料新型配送系统中，包括如下步骤步骤1载气通过下游压强控制器30充入原料瓶20，控制原料瓶20中的压强至一恒定值；步骤2原料瓶20置于某一恒定的温度环境中，稳定原料在载气中的浓度；步骤3流量控制器10控制从原料瓶中输出载气的流量，多台流量控制器10分别控制多个支路的流量。
其中所述的原料存在的形态划分则包括液体原料、固体原料；常用的液体原料有三甲基镓，三乙基镓，三甲基铝，三乙基铝，乙基二甲基铟，三乙基铟，三甲基铟(在溶剂中或88摄氏度以上)，叔丁基砷，叔丁基磷；常用的固体原料有三甲基铟，二茂镁。
其中所述的载气可以是氢气、氮气、氩气。
其中原料瓶20中压强控制可以由一台压强控制器30完成，也可以由一台流量控制器10和一台压强表50联合完成。
相对于常规的原料配送结构，这种“一带多”的原料配送结构有一个优点如果某设备需要多路同种原料(如三甲基镓)，或多台设备需要多路同种原料，则配备只需要配一个原料瓶(三甲基镓)，以及一套原料配送结构，一台压强控制器、一台恒温控制器和相应的阀门(图中没有标出)、以及多个支路相对应的流量控制器。这样的结构不但降低了设备成本，而且每种原料只需要一个原料瓶，减少了设备运行的流动资金。
权利要求
1.一种化学原料新型配送系统，包括，原料瓶、压强控制器、流量控制器，其特征在于，其中该原料瓶的入口通过管道与压强控制器的一端连结，且该管道伸入到原料瓶的底部；该压强控制器的另一端通过管道与载气加入端相连接；该原料瓶的出口通过管道与多个流量控制器的一端连接，且该管道伸入到原料瓶的内的上部；该流量控制器的另一端分别接有管道，且分别是原料出口，该原料出口分别接入材料生长室。
2.根据权利要求1所述的化学原料新型配送系统，其特征在于，其中该原料瓶与压强控制器连接，该原料瓶的出口分别连接有两个以上的流量控制器，该流量控制器分别接入一个材料生长室。
3.根据权利要求1所述的化学原料新型配送系统，其特征在于，其中该原料瓶与压强控制器，该原料瓶的出口分别连接有两个以上的流量控制器，该流量控制器分别接入两个以上的材料生长室。
4.根据权利要求1所述的化学原料新型配送系统，其特征在于，其中该原料瓶的出口具有一压强表，该压强表控制控制流量控制器的流量。
5.一种化学原料新型配送方法，其是用于权利要求1所述的化学原料新型配送系统，其特征在于，包括如下步骤步骤1载气通过下游压强控制器充入原料瓶，控制原料瓶中的压强至一恒定值；步骤2原料瓶置于某一恒定的温度环境中，稳定原料在载气中的浓度；步骤3流量控制器控制从原料瓶中输出载气的流量，多台流量控制器分别控制多个支路的流量多个支路的流量。
6.根据权利要求5所述的化学原料配送方法，其特征在于，其中所述的原料存在的形态划分则包括液体原料、固体原料；常用的液体原料有三甲基镓，三乙基镓，三甲基铝，三乙基铝，乙基二甲基铟，三乙基铟，三甲基铟，叔丁基砷，叔丁基磷；常用的固体原料有三甲基铟，二茂镁。
7.根据权利要求5所述的化学原料配送方法，其特征在于，其中所述的载气可以是氢气、氮气、氩气。
8.根据权利要求1或4所述的化学原料配送系统，其特征在于，其中原料瓶中压强控制可以由一台压强控制器完成，也可以由一台流量控制器和一台压强表联合完成。
全文摘要
本发明一种化学原料新型配送系统，包括，原料瓶、压强控制器、流量控制器，其中该原料瓶的入口通过管道与压强控制器的一端连结，且该管道伸入到原料瓶的底部；该压强控制器的另一端通过管道与载气加入端相连接；该原料瓶的出口通过管道与多个流量控制器的一端连接，且该管道伸入到原料瓶的内的上部；该流量控制器的另一端分别接有管道，且分别是原料出口，该原料出口分别接入材料生长室。
文档编号C23C16/455GK1448536SQ02108158
公开日2003年10月15日 申请日期2002年3月28日 优先权日2002年3月28日
发明者刘祥林 申请人:中国科学院半导体研究所