(19)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局(10)申請(qǐng)公布號(hào)CN120099497A(71)申請(qǐng)人杭州阿童木科技有限公司地址311422浙江省杭州市銀湖街道中國(guó)智谷富春園區(qū)14號(hào)樓8樓829室(72)發(fā)明人鄭一格吳波睿蔣李清(74)專利代理機(jī)構(gòu)無(wú)錫迅牛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)32731專利代理師呂永芳(54)發(fā)明名稱適用于化學(xué)氣相沉積裝備的大流量氣體發(fā)生器及供給方法本發(fā)明公開(kāi)了一種適用于化學(xué)氣相沉積裝備的大流量氣體發(fā)生器及供給方法，屬于氣半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用蝶閥代替?zhèn)鹘y(tǒng)流量計(jì)供給流量，避免了流量計(jì)帶來(lái)的阻力大、流量小的缺點(diǎn)，進(jìn)一步的，該發(fā)生器集成了振動(dòng)以及加熱裝置，使用溫度和振動(dòng)耦合控制，并配合壓力的閉環(huán)控制，使大流量氣體發(fā)生器能夠恒定在目標(biāo)氣壓，即能夠保持其供給穩(wěn)定流量氣體；進(jìn)一步的，本發(fā)明通過(guò)氣壓的閉環(huán)控制通過(guò)成熟的PID算法使氣壓即流量能夠快速達(dá)到目標(biāo)流量，21.一種適用于化學(xué)氣相沉積裝備的大流量氣體供給方法，所述方法基于大流量氣體發(fā)制器；其中所述源瓶用于存放以液態(tài)存在的氣體源，所述加熱裝置和霧化器用于使源瓶?jī)?nèi)氣體源從液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，所述控制器用于根據(jù)所需流量調(diào)整加熱裝置和霧化器功率實(shí)現(xiàn)對(duì)于源瓶?jī)?nèi)氣壓的調(diào)整。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大流量氣體供給方法，其特征在于，所述大流量氣體發(fā)生器中，加熱裝置設(shè)置在源瓶外部，所述霧化器設(shè)置在源瓶?jī)?nèi)部，源瓶瓶口處通過(guò)一個(gè)三通閥與所述壓力計(jì)相連，所述壓力計(jì)與三通閥之間連接一個(gè)角閥，三通閥另一通路通過(guò)一個(gè)蝶閥與氣體供給管路相連，所述氣體供給管路與氣相沉積腔體相連；所述加熱裝置、霧化器、壓力計(jì)均與所述控制器相連；所述方法包括：步驟1,針對(duì)源瓶?jī)?nèi)以液態(tài)存在的氣體源，標(biāo)定源瓶?jī)?nèi)壓力和流量的關(guān)系；步驟2,根據(jù)所需流量確定源瓶?jī)?nèi)的壓力目標(biāo)值，采用PID算法控制加熱裝置和霧化器的功率使得源瓶?jī)?nèi)壓力穩(wěn)定在壓力目標(biāo)值。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大流量氣體供給方法，其特征在于，所述步驟1包括：步驟1.1,將以液態(tài)存在的氣體源存放于源瓶?jī)?nèi)，調(diào)整加熱裝置和霧化器的功率使源瓶?jī)?nèi)氣壓穩(wěn)定保持在A?千帕，將氣相沉積腔體內(nèi)氣壓抽至真空，打開(kāi)蝶閥對(duì)氣相沉積腔體以一定的氣體流量供給N時(shí)間后，測(cè)量氣相沉積腔體內(nèi)壓力，記為B?;步驟1.2,通過(guò)質(zhì)量流量計(jì)標(biāo)定以流量為Q標(biāo)的標(biāo)定氣體同樣供給N時(shí)間后氣相沉積腔體內(nèi)壓力B?;步驟1.3,通過(guò)下述流量換算公式換算得到源瓶?jī)?nèi)氣壓穩(wěn)定A?千帕?xí)r對(duì)氣相沉積腔體進(jìn)行氣體流量供給N時(shí)間對(duì)應(yīng)的實(shí)際流量Q1:體源的質(zhì)量流量轉(zhuǎn)換系數(shù)，C標(biāo)為標(biāo)定氣體的質(zhì)量流量轉(zhuǎn)換系數(shù)；步驟1.4,重復(fù)上述步驟1.1至步驟1.3,獲得源瓶?jī)?nèi)氣壓穩(wěn)定A?千帕?xí)r對(duì)氣相沉積腔體進(jìn)行氣體流量供給N時(shí)間對(duì)應(yīng)的實(shí)際流量Q2,A?≠A1;步驟1.5,根據(jù)步驟1.3和步驟1.4獲得的源瓶?jī)?nèi)氣壓A?、A?對(duì)應(yīng)的實(shí)際流量Q1、Q2擬合確定源瓶?jī)?nèi)氣壓P和流量Q的關(guān)系式中的參數(shù)α和β:4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大流量氣體供給方法，其特征在于，所述步驟2中采用PID算法控制加熱裝置和霧化器的功率使得源瓶?jī)?nèi)壓力穩(wěn)定在壓力目標(biāo)值之前，還包括：確定加熱裝置提供的溫度和霧化器的振動(dòng)功率耦合后與液汽轉(zhuǎn)化效率的關(guān)系：3定義霧化器的功率為W家，則整體發(fā)生器當(dāng)前功率記為：W=K?*W熱+Kz*W家，其中K?,K?分別為加熱裝置和霧化器的功率權(quán)重系數(shù)，通過(guò)調(diào)整整體發(fā)生器的功率W得到相應(yīng)的壓力。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大流量氣體供給方法，其特征在于，所述加熱裝置和霧化器的功率權(quán)重系數(shù)K?、K?根據(jù)下述方法確定取值：利用加熱裝置對(duì)源瓶進(jìn)行加熱至溫度T1,T?>T,調(diào)整霧化器功率至其最大功率的二分之一，記為W家1;待源瓶?jī)?nèi)氣壓穩(wěn)定后觀察此時(shí)壓力計(jì)顯示氣壓P1;保持霧化器功率不變調(diào)整加熱裝置對(duì)源瓶進(jìn)行加熱至溫度T?,T?≤2T,觀察壓力計(jì)顯示氣壓為P?;將加熱溫度調(diào)回溫度T1,調(diào)整霧化器功率至W家2,W家2≠W?,觀察壓力計(jì)顯示壓力所述加熱裝置為帶有溫度顯示功能的加熱套，調(diào)整其溫度即可自行調(diào)整其功率。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的大流量氣體供給方法，其特征在于，所述步驟1.2中標(biāo)定氣體采用Ar/H?氣體。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的大流量氣體供給方法，其特征在于，所述A?取值范圍為1kPa到8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的大流量氣體供給方法，其特征在于，所述以液態(tài)存在的氣體源9.一種適用于化學(xué)氣相沉積裝備的大流量氣體發(fā)生器，其特征在于，所述大流量氣體的氣體源，所述加熱裝置和霧化器用于使源瓶?jī)?nèi)氣體源從液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，所述控制器用于根據(jù)所需流量調(diào)整加熱裝置和霧化器功率實(shí)現(xiàn)對(duì)于源瓶?jī)?nèi)氣壓的調(diào)整。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的大流量氣體發(fā)生器，其特征在于，所述大流量氣體發(fā)生器中，加熱裝置設(shè)置在源瓶外部，所述霧化器設(shè)置在源瓶?jī)?nèi)部，源瓶瓶口處通過(guò)一個(gè)三通閥與所述壓力計(jì)相連，所述壓力計(jì)與三通閥之間連接一個(gè)角閥，三通閥另一通路通過(guò)一個(gè)蝶閥與氣體供給管路相連，所述氣體供給管路與氣相沉積腔體相連；所述加熱裝置、霧化器、壓力計(jì)均與所述控制器相連。4技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明涉及一種適用于化學(xué)氣相沉積裝備的大流量氣體及供給方法，屬于氣半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域。背景技術(shù)[0002]化學(xué)氣相沉積(ChemicalVaporDeposition,CVD)是一種用于制備半導(dǎo)體和光電器件中的薄膜材料的工藝，而原子層沉積(AtomicLayerDeposition,ALD)本質(zhì)上是一種對(duì)薄膜厚度以及質(zhì)量控制精度更高的化學(xué)氣相沉積CVD工藝，其通過(guò)在襯底表面上交替引入不同的化學(xué)氣相前驅(qū)體，利用化學(xué)反應(yīng)在襯底上逐層沉積材料，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜厚度和組成的精確控制，其核心在于自限制的表面化學(xué)反應(yīng)機(jī)制，每次反應(yīng)都只沉積一層原子，因此可以獲得非常均勻和致密的薄膜。度和流量大小都會(huì)直接決定制造材料質(zhì)量的好壞。隨著半導(dǎo)體材料不斷發(fā)展，其應(yīng)用已經(jīng)滲透至各行各業(yè)，對(duì)于沉積薄膜質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，原料供給作為影響沉積薄膜質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，卻沒(méi)有受到關(guān)注；例如單壁碳納米管在電池漿料中的應(yīng)用，其需要大流量、高穩(wěn)定、高精度的氣體碳源供給以實(shí)現(xiàn)單壁碳納米管的高質(zhì)量生長(zhǎng)，目前采用的碳源供給方式即傳統(tǒng)的流量計(jì)方式。[0004]傳統(tǒng)以流量計(jì)控制流量的方式雖然能夠?qū)崿F(xiàn)高精度控制，但由于自身管路阻力(通常高精度的流量計(jì)的管路較細(xì)，因此會(huì)產(chǎn)生自身管路阻力)無(wú)法實(shí)現(xiàn)大流量的氣體供給，無(wú)法滿足工業(yè)級(jí)半導(dǎo)體材料制造的需求；其他可以實(shí)現(xiàn)大流量供給的方式則無(wú)法實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定、高精度控制，因此，現(xiàn)有氣體流量供給方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)流量、精度、穩(wěn)定性的三者統(tǒng)發(fā)明內(nèi)容[0005]為了進(jìn)一步保證沉積效果，本發(fā)明提供了一種適用于化學(xué)氣相沉積裝備的大流量氣體發(fā)生器及供給方法，為薄膜沉積或原子級(jí)材料生長(zhǎng)提供大流量、高穩(wěn)定、高精度的氣體供給。[0006]一種適用于化學(xué)氣相沉積裝備的大流量氣體供給方法，所述方法基于大流量氣體所述源瓶用于存放以液態(tài)存在的氣體源，所述加熱裝置和霧化器用于使源瓶?jī)?nèi)氣體源從液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，所述控制器用于根據(jù)所需流量調(diào)整加熱裝置和霧化器功率實(shí)現(xiàn)對(duì)于源瓶?jī)?nèi)氣壓的調(diào)整。可選的，所述大流量氣體發(fā)生器中，加熱裝置設(shè)置在源瓶外部，所述霧化器設(shè)置在源瓶?jī)?nèi)部，源瓶瓶口處通過(guò)一個(gè)三通閥與所述壓力計(jì)相連，所述壓力計(jì)與三通閥之間連接一個(gè)角閥，三通閥另一通路通過(guò)一個(gè)蝶閥與氣體供給管路相連，所述氣體供給管路與步驟1,針對(duì)源瓶?jī)?nèi)以液態(tài)存在的氣體源，標(biāo)定源瓶?jī)?nèi)壓力和流量的關(guān)系；5步驟2,根據(jù)所需流量確定源瓶?jī)?nèi)的壓力目標(biāo)值，采用PID算法控制加熱裝置和霧步驟1.2,通過(guò)質(zhì)量流量計(jì)標(biāo)定以流量為Q標(biāo)的標(biāo)定氣體同樣供給N時(shí)間后氣相沉步驟1.3,通過(guò)下述流量換算公式換算得到源瓶?jī)?nèi)氣壓穩(wěn)定A?千帕?xí)r對(duì)氣相沉積步驟1.4,重復(fù)上述步驟1.1至步驟1.3,獲得源瓶?jī)?nèi)氣壓穩(wěn)定A?千帕?xí)r對(duì)氣相沉積利用加熱裝置對(duì)源瓶進(jìn)行加熱至溫度T1,T?>T,調(diào)整霧化器功率至其最大功率保持霧化器功率不變調(diào)整加熱裝置對(duì)源瓶進(jìn)行加熱至溫度T?,T?≤2T,觀察壓6[0014]所述加熱裝置為帶有溫度顯示功能的加熱套，調(diào)整其溫度即可自行調(diào)整其功率。[0018]本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供一種適用于化學(xué)氣相沉積裝備的大流量氣體發(fā)生用于存放以液態(tài)存在的氣體源，所述加熱裝置和霧化器用于使源瓶?jī)?nèi)氣體源從液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，所述控制器用于根據(jù)所需流量調(diào)整加熱裝置和霧化器功率實(shí)現(xiàn)對(duì)于源瓶?jī)?nèi)氣壓的調(diào)[0019]可選的，所述大流量氣體發(fā)生器中，加熱裝置設(shè)置在源瓶外部，所述霧化器設(shè)置在源瓶?jī)?nèi)部，源瓶瓶口處通過(guò)一個(gè)三通閥與所述壓力計(jì)相連，所述壓力計(jì)與三通閥之間連接一個(gè)角閥，三通閥另一通路通過(guò)一個(gè)蝶閥與氣體供給管路相連，所述氣體供給管路與氣相1.大流量：本發(fā)明采用蝶閥代替?zhèn)鹘y(tǒng)流量計(jì)供給流量，避免了流量計(jì)帶來(lái)的阻力大、流量小的缺點(diǎn)。并且該發(fā)生器集成了振動(dòng)以及加熱裝置，能夠最大程度的促進(jìn)氣體源的產(chǎn)生。[0022]2.高穩(wěn)定：在確保大流量的同時(shí)，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)大流量的穩(wěn)定供給。本發(fā)明使用溫度和振動(dòng)耦合控制，并配合壓力的閉環(huán)控制，使大流量氣體發(fā)生器能夠恒定在目標(biāo)氣壓，即能夠保持其供給穩(wěn)定流量氣體。[0023]3.高精度：本發(fā)明提出了一種溫度和振動(dòng)功率耦合控制液氣轉(zhuǎn)化效率的氣體發(fā)生控制方式，通過(guò)耦合控制實(shí)現(xiàn)更高精度的氣壓控制，并通過(guò)氣壓的閉環(huán)控制通過(guò)成熟的PID算法使氣壓即流量能夠快速達(dá)到目標(biāo)流量，實(shí)現(xiàn)高精度控制。7附圖說(shuō)明[0024]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。[0025]圖1是本發(fā)明提供的適用于化學(xué)氣相沉積裝備的大流量氣體發(fā)生器的構(gòu)成示意管路。[0026]圖2是單壁碳納米管生長(zhǎng)時(shí)通入不同流量的氣體源的單壁碳納米管的生長(zhǎng)情況對(duì)比圖。[0027]圖3是采用常規(guī)流量計(jì)方式和采用本發(fā)明提供的大流量氣體發(fā)生器進(jìn)行乙醇流量控制的氣體流量供給對(duì)比圖。[0028]圖4是采用本申請(qǐng)?zhí)峁┑拇罅髁繗怏w發(fā)生器進(jìn)行乙醇流量控制的氣體流量供給[0029]圖5為分別采用現(xiàn)有horiba流量器和本發(fā)明提供的大流量氣體發(fā)生器提供碳源生長(zhǎng)得到的單壁碳納米管的拉曼光譜對(duì)比圖。具體實(shí)施方式[0030]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。[0031]首先對(duì)常規(guī)流量控制方法介紹如下：現(xiàn)有的乙醇流量供給方式：乙醇作為原子層薄膜沉積的碳源，現(xiàn)有的供給方式是通過(guò)一個(gè)流量罐搭配流量計(jì)控制其供給流量，利用乙醇自身蒸發(fā)來(lái)提供流量，通過(guò)設(shè)置流量計(jì)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)流量控制。在實(shí)際使用中這種控制方式會(huì)有兩大缺點(diǎn)，一是乙醇自我蒸發(fā)能力有限，在使用了一段時(shí)間后流量往往會(huì)下降達(dá)不到設(shè)定流量(相關(guān)研究表明，乙醇濃度影響液滴在超疏水表面上的蒸發(fā)模式和蒸發(fā)速率。低乙醇濃度(≤20wt%)時(shí)液滴蒸發(fā)速率較慢并趨向于常接觸角(CCA)模式，而高乙醇濃度(40wt%~60wt%)時(shí)液滴蒸發(fā)速率更快并趨向于常接觸半徑(CCR)模式。隨著乙醇的蒸發(fā)，濃度逐漸降低，可能導(dǎo)致蒸發(fā)模式從CCR模式轉(zhuǎn)變?yōu)镃CA模式，從而降低了蒸發(fā)速率);二是流量計(jì)自身會(huì)對(duì)管路產(chǎn)生很大的阻力，即使通過(guò)加熱的方式使得乙醇蒸發(fā)速率提升，因?yàn)榱髁坑?jì)自身管路阻力依然無(wú)法提供大流量的供給，也即無(wú)法同時(shí)滿足大流量和高精準(zhǔn)度的要求，而氣體源流量會(huì)對(duì)沉積薄膜效果造成一定的影響，請(qǐng)參考圖2,圖2中從左至右三張圖分別為氣體流量為100sccm,500sccm,800sccm時(shí)的單壁碳納米管生長(zhǎng)情況的掃描電鏡圖，在其它條件不變的情況下隨著氣體流量的增大，在SEM(掃描電子顯微鏡)同一標(biāo)尺下可以明顯發(fā)現(xiàn)碳管生長(zhǎng)的數(shù)量明顯。[0032]根據(jù)上述對(duì)于現(xiàn)有碳源供給方式的描述可知，現(xiàn)有的氣體源供給方式無(wú)法提供大流量的供給，因此本申請(qǐng)方案摒棄了常規(guī)使用的流量計(jì)控制流量的方案，創(chuàng)新性地提出了使用壓力控制代替流量控制的方案，而且提出一種標(biāo)定壓力和流量關(guān)系的方式，進(jìn)而通過(guò)流量供給。8本實(shí)施例提供了一種適用于化學(xué)氣相沉積裝備的大流量大流量氣體發(fā)生器包括一個(gè)源瓶1,源瓶1外部設(shè)置有加熱裝置2,源瓶1內(nèi)部設(shè)置有霧化器3,源瓶1瓶口處通過(guò)一個(gè)三通閥4連接一個(gè)壓力計(jì)5,壓力計(jì)5與三通閥4之間連接一個(gè)角閥室相連。步驟1.1,將以液態(tài)存在的氣體源存放于源瓶1內(nèi)，調(diào)整加熱裝置2和霧化器3的功[0036]步驟1.2,通過(guò)質(zhì)量流量計(jì)標(biāo)定以流量為Q標(biāo)的標(biāo)定氣體同樣供給N時(shí)間后管式爐[0037]步驟1.3,通過(guò)下述流量換算公式換算得到源瓶?jī)?nèi)氣壓穩(wěn)定A?千帕?xí)r對(duì)管式爐進(jìn)9為混合氣體中各氣體的定壓比熱，N1,N2,…,Nn為混合氣體中各氣體的氣體分子構(gòu)成系[0045]步驟1.4,重復(fù)上述步驟1.1至步驟1.3,獲得源瓶?jī)?nèi)氣行氣體流量供給N時(shí)間對(duì)應(yīng)的實(shí)際流量Q2,A?≠A?。器功率以及加熱裝置的功率使得源瓶?jī)?nèi)氣壓P維持在預(yù)定值。[0049]PID控制器的具體控制參數(shù)由相應(yīng)技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際動(dòng)態(tài)特性和控制目標(biāo)，通過(guò)系統(tǒng)指管式爐),利用加熱裝置對(duì)源瓶進(jìn)行加熱至溫度T1(T?>T),調(diào)整霧化器功率至其計(jì)顯示氣壓P1,保持霧化器功率不變調(diào)整加熱裝置對(duì)源瓶進(jìn)行加熱至溫度T?(T?≤2T),觀察壓力計(jì)顯示氣壓為P?;將加熱溫度調(diào)回溫度T1,調(diào)整霧化器功率至W家2,觀察壓力計(jì)本實(shí)施例提供一個(gè)具體的薄膜沉積案例：以制備單壁[0063]通過(guò)實(shí)施例一中提供的溫度和振動(dòng)功率耦合控制液氣轉(zhuǎn)化效率的公式計(jì)算得到11相應(yīng)的K?=0.62,K?=0.38。當(dāng)需要把壓力從10kPa調(diào)至15kPa時(shí)，PLC會(huì)通過(guò)PI調(diào)整需要的功率。假設(shè)當(dāng)前需要功率為60%,則需要將霧化器功率調(diào)至70.3%,加熱套功率調(diào)整至43.1%,即將加熱套溫度調(diào)整至67.5℃。[0064]圖3是采用常規(guī)流量計(jì)方式和采用本發(fā)明提供的大流量氣體發(fā)生器進(jìn)行乙醇流量控制的氣體流量供給對(duì)比圖，可以看出采用本發(fā)明提供的大流量氣體發(fā)生器進(jìn)行乙醇流量控制時(shí)對(duì)應(yīng)的壓力值更高，也即本發(fā)明提供的大流量氣體發(fā)生器可以提供大流量的乙醇?xì)怏w供給。圖4為采用本發(fā)明提供的大流量氣體發(fā)生器提供氣體源時(shí)瓶?jī)?nèi)氣壓從8kPa調(diào)整至15kPa的過(guò)程，可以看出，經(jīng)過(guò)約70s調(diào)整能夠?qū)毫φ{(diào)整至15kPa,對(duì)應(yīng)流量為2042sccm,并能夠?qū)⒄`差