專利名稱：一種原位清潔mocvd反應(yīng)腔室的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導體制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種原位清潔MOCVD反應(yīng)腔室的方法。
背景技術(shù)：
目前，金屬有機化合物化學氣相沉積(Metal-organic Chemical VaporDeposition, MOCVD)技術(shù)廣泛用于制備第III族元素和第V族元素的化合物(如GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、GaP等)。目前工藝水平中，制備第III族元素和第V族元素的化合物之后的MOCVD反應(yīng)腔室存在的一個主要問題是每個反應(yīng)步驟之后會在反應(yīng)腔室內(nèi)部形成多余的固態(tài)副產(chǎn)品沉積物(如含碳有機物或者金屬及其化合物等)，這些沉積物沉積在反應(yīng)腔室內(nèi)部(如噴淋頭、基座及內(nèi)壁等處)，造成工藝偏差(process drift)、性能下降,并且容易在 制備第III族元素和第V族元素的化合物的過程中在基片表面形成顆粒等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)會影響后續(xù)工藝，因此，在使用過程中，需要對MOCVD的反應(yīng)腔室進行清潔，以去除反應(yīng)腔室內(nèi)部的沉積物，進而提高制備第III族元素和第V族元素的化合物的質(zhì)量?，F(xiàn)有技術(shù)中，去除MOCVD反應(yīng)腔室內(nèi)部的沉積物一般采用手動去除的方式，即打開MOCVD反應(yīng)腔室、然后手動去除噴淋頭等處的沉積物。但是，采用這種清潔方法生產(chǎn)率低、可重復性差、清潔效率不高。為此，現(xiàn)有技術(shù)中有一些采用原位去除MOCVD反應(yīng)腔室內(nèi)部沉積物的方法，這些方法主要將含有齒化物(halide chemistries)(如C12、HCl、HBr等)的氣體通入MOCVD反應(yīng)腔室內(nèi)部以對沉積物進行原位去除。這種清潔方法無需打開MOCVD反應(yīng)腔室、可重復性好、清潔效率高、生產(chǎn)率高。但是,在溫度相對較低的表面(如米用水冷的噴淋頭表面或者反應(yīng)腔室內(nèi)壁表面)，由于金屬有機化合物前驅(qū)反應(yīng)物(precursors)的不完全分解,這些多余的沉積物通常主要包含相對穩(wěn)定的有機物配合基(organic ligands)或者關(guān)聯(lián)的聚合物以及金屬及其化合物，其中這些相對穩(wěn)定的有機物配合基(organic ligands)或者關(guān)聯(lián)的聚合物主要是高濃度的含碳有機物，此時，這種基于簡單的鹵化物(如Cl2、HCl、HBr等)的原位清潔方法對去除溫度相對較低表面的沉積物不起作用。

發(fā)明內(nèi)容
為去除MOCVD反應(yīng)腔室內(nèi)部溫度相對較低的表面的沉積物，本發(fā)明實施例提供一種原位清潔MOCVD反應(yīng)腔室內(nèi)部沉積物的方法，所述方法包括執(zhí)行步驟(a):向所述反應(yīng)腔室內(nèi)部通入第一清潔氣體，并將所述第一清潔氣體在所述反應(yīng)腔室內(nèi)部轉(zhuǎn)化為第一清潔等離子體；和/或，在所述反應(yīng)腔室外部將所述第一清潔氣體轉(zhuǎn)化為所述第一清潔等離子體，并將所述第一清潔等離子體通入所述反應(yīng)腔室內(nèi)部；和/或，向所述反應(yīng)腔室內(nèi)部通入所述第一清潔氣體，并維持所述反應(yīng)腔室內(nèi)部的溫度在200°C至 500°C之間；并將所述反應(yīng)腔室內(nèi)部的壓力保持在第一預定壓力范圍內(nèi)第一時間段以完全去除所述反應(yīng)腔室內(nèi)部的含碳有機物并將所述反應(yīng)腔室內(nèi)部的金屬及其化合物轉(zhuǎn)化為金屬氧化物；其中，所述第一清潔氣體包括第一含氧氣體；執(zhí)行步驟(b):向所述反應(yīng)腔室內(nèi)部通入第 二清潔氣體，并將所述第二清潔氣體在所述反應(yīng)腔室內(nèi)部轉(zhuǎn)化為第二清潔等離子體；和/或，在所述反應(yīng)腔室外部將所述第二清潔氣體轉(zhuǎn)化為所述第二清潔等離子體，并將所述第二清潔等離子體通入所述反應(yīng)腔室內(nèi)部；和/或，向所述反應(yīng)腔室內(nèi)部通入所述第二清潔氣體，并維持所述反應(yīng)腔室內(nèi)部的溫度在200°C至 500°C之間；并將所述反應(yīng)腔室內(nèi)部的壓力保持在第二預定壓力范圍內(nèi)第二時間段以完全去除所述反應(yīng)腔室內(nèi)部的金屬氧化物；其中所述第二清潔氣體包括第一含鹵素氣體。優(yōu)選地，所述第一清潔氣體還包括Ar ;和/或，所述第二清潔氣體還包括Ar。優(yōu)選地，所述第一清潔氣體還包括第二含鹵素氣體，所述第二含鹵素氣體包括HC1、BC13、Cl2, H2/C12的混合氣體、HBr中的一種或者幾種的組合。優(yōu)選地，所述第一清潔氣體中所述第一含氧氣體的摩爾分數(shù)大于所述第二含鹵素氣體的摩爾分數(shù)。優(yōu)選地，所述第二清潔氣體還包括第二含氧氣體，所述第二含氧氣體包括02、03、CO2、H2O2、N2O、CO中的一種或者幾種的組合。優(yōu)選地，所述第二清潔氣體中所述第一含鹵素氣體的摩爾分數(shù)大于所述第二含氧氣體的摩爾分數(shù)。優(yōu)選地，所述第一含氧氣體包括02、03、C02、H202、N2O中的一種或者幾種的組合。優(yōu)選地，所述第一含鹵素氣體包括HCl、BC13、BCl/02的混合氣體、H2/C12的混合氣體、Cl2、HBr中的一種或者幾種的組合。優(yōu)選地，所述第一時間段大于5分鐘，所述第二時間段大于3分鐘。本發(fā)明實施例中，采用包括第一含氧氣體的第一清潔氣體和/或其等離子體去除反應(yīng)腔室內(nèi)部的含碳有機物、采用包括第一含鹵素氣體的第二清潔氣體和/或其等離子體去除反應(yīng)腔室內(nèi)部的金屬及其化合物。本發(fā)明實施例提供的原位清潔MOCVD反應(yīng)腔室的方法能夠去除含有相對穩(wěn)定的有機物配合基或者關(guān)聯(lián)的聚合物以及金屬及其化合物，從而對于反應(yīng)腔室內(nèi)部溫度相對較低表面的沉積物具有良好的清潔效果。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，圖中相同的標記表示相同的部件，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同的部分。并未刻意按實際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點在于示出本發(fā)明的主
匕
曰ο
圖I是本發(fā)明實施例一的原位清潔MOCVD反應(yīng)腔室的方法流程圖；圖2是本發(fā)明實施例的MOCVD反應(yīng)腔室的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明實施例二的原位清潔MOCVD反應(yīng)腔室的方法流程圖；圖4是本發(fā)明實施例三的原位清潔MOCVD反應(yīng)腔室的方法流程圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。為解決現(xiàn)有技術(shù)中去除MOCVD反應(yīng)腔室內(nèi)部溫度相對較低的表面的沉積物的效 果不明顯的問題，本申請的發(fā)明人經(jīng)過研究提出了一種原位清潔MOCVD反應(yīng)腔室的方法。以下對該原位清潔MOCVD反應(yīng)腔室的方法進行詳細描述。實施例一如圖I所示，本發(fā)明實施例一的原位清潔MOCVD反應(yīng)腔室的方法的流程圖，以下結(jié)合MOCVD反應(yīng)腔室的結(jié)構(gòu)示意圖(即圖2)對該方法進行詳細說明。步驟SlOl :向反應(yīng)腔室10內(nèi)部通入第一清潔氣體，將第一清潔氣體在反應(yīng)腔室10內(nèi)部轉(zhuǎn)化為第一清潔等離子體，并將反應(yīng)腔室10內(nèi)部的壓力保持在第一預定壓力范圍內(nèi)第一時間段以去除反應(yīng)腔室10內(nèi)部的含碳有機物并將反應(yīng)腔室10內(nèi)部的金屬轉(zhuǎn)化為金屬氧化物；具體地，本發(fā)明實施例一中的第一清潔氣體可以包括第一含氧氣體，其中第一含氧氣體可以是02、03、0)2、!1202、叫中的一種或者幾種的組合；優(yōu)選地，本發(fā)明實施例中的第一含氧氣體選擇具有強氧化性的氣體，如03、H2O2等。如果第一清潔氣體僅包括一種氣體，則可以通過一條進氣管道(例如進氣管道41或者42)將該氣體通入反應(yīng)腔室10內(nèi)部；如果第一清潔氣體包括多種氣體，則可以通過多條進氣管道將這多種氣體通入反應(yīng)腔室10內(nèi)部，以保證這些氣體分別通入反應(yīng)腔室10，即這些氣體在進入反應(yīng)腔室10內(nèi)部之后才混合；另外，如果第一清潔氣體包括多種氣體，則這些氣體也可以在通入反應(yīng)腔室10內(nèi)部之前進行混合，然后將該混合之后的氣體通過進氣管道41或者42通入反應(yīng)腔室10內(nèi)部。本步驟SlOl中的第一清潔氣體是在進入反應(yīng)腔室10內(nèi)部之后轉(zhuǎn)化為等離子體的。具體地，可以在反應(yīng)腔室10內(nèi)部的噴淋頭11和基座13之間施加一定功率的射頻電壓，通過該射頻電壓在反應(yīng)腔室10內(nèi)部的反應(yīng)區(qū)M (例如該反應(yīng)區(qū)可以是噴淋頭11與基座13之間的區(qū)域，其中基座13用于安放制備第III族元素和第V族元素的化合物時所用的基片)將第一清潔氣體轉(zhuǎn)化為第一清潔等離子體；另外，也可以在反應(yīng)腔室10內(nèi)部的反應(yīng)區(qū)之外的區(qū)域?qū)⒌谝磺鍧崥怏w轉(zhuǎn)化為第一清潔等離子體具體可以在反應(yīng)腔室10內(nèi)壁與基座13之間施加一定功率的射頻電壓或者在反應(yīng)腔室10內(nèi)壁與噴淋頭11之間施加一定功率的射頻電壓，通過該射頻電壓在反應(yīng)區(qū)M以外的區(qū)域(圖2中反應(yīng)腔室10內(nèi)部除區(qū)域M之外的區(qū)域)將第一清潔氣體轉(zhuǎn)化為第一清潔等離子體。當然，本發(fā)明實施例一中將第一清潔氣體轉(zhuǎn)化為等離子體的方式并不局限于這兩種，還可以采用本領(lǐng)域常用的其他方式進行，在此不再贅述。第一清潔氣體在反應(yīng)腔室10內(nèi)部轉(zhuǎn)化為第一清潔等離子體之后，維持反應(yīng)腔室內(nèi)部的壓力在第一預定壓力(例如O. Γ10托)范圍內(nèi)第一時間段(例如大于5分鐘)以使第一步清潔步驟(即去除反應(yīng)腔室內(nèi)部的含碳有機物的步驟)充分進行，例如可以維持反應(yīng)腔室內(nèi)部的壓力在O. Γ1托范圍保持5 30分鐘。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在實際清潔需求的情況下選擇合適的反應(yīng)腔室壓力和反應(yīng)時間，在此不做一一列舉。在清潔過程中，可以保持排氣裝置12 —直處于開啟狀態(tài)，一方面可以將第一清潔等離子體與反應(yīng)腔室10內(nèi)部的沉積物發(fā)生反應(yīng)后的氣體產(chǎn)物不斷排出反應(yīng)腔室以加速清潔過程的進行和提高清潔效果，另一方面還可以保持反應(yīng)腔室10內(nèi)部具有一定的壓力以滿足清潔過程的需要，即，本發(fā)明實施例一中還可以通過控制排氣裝置12的開啟程度來控制反應(yīng)腔室10內(nèi)部的壓力，即通過控制排氣裝置12的排氣量控制反應(yīng)腔室10內(nèi)部的壓力。本步驟中，主要利用第一含氧氣體(02、Η202等)的氧化性能將反應(yīng)腔室內(nèi)部的沉積 物中的含碳有機物轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的碳氧化合物從而通過排氣裝置12排出反應(yīng)腔室10，進而去除反應(yīng)腔室10內(nèi)部的有機物。另外，含氧氣體還能夠?qū)⒎磻?yīng)腔室10內(nèi)部的沉積物中的部分金屬及其化合物氧化成金屬氧化物，這些金屬氧化物比較容易在后續(xù)步驟中去除。另外，鑒于反應(yīng)腔室10內(nèi)部的沉積物一般是含碳有機物和金屬及其化合物混合在一起，在沉積物較厚時，僅采用具有氧化性能的第一清潔氣體可能無法將沉積物中全部的含碳有機物轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的含碳化合物，這是因為沉積物底層的含碳有機物被其上層的金屬及其化合物覆蓋，因此，為了令沉積物中的含碳有機物充分反應(yīng)，本步驟中第一清潔氣體中還可以含有一定量的第二含鹵素氣體，此時，含碳有機物上層的金屬及其化合物容易與第二含鹵素氣體發(fā)生反應(yīng)生成氣態(tài)的金屬鹵化物同時該氣態(tài)的金屬鹵化物可以通過排氣裝置12排出反應(yīng)腔室10。例如，MOCVD反應(yīng)腔室內(nèi)部通常容易殘留GaN、InN、AlN等金屬及其化合物，反應(yīng)腔室10內(nèi)部的第二含鹵素氣體(例如Cl2)的等離子體可以與GaN、InN、AlN等金屬及其化合物反應(yīng)，生成氣態(tài)的GaCl3、InCl3^AlCl3等。鑒于本步驟SlOl的主要目的是去除反應(yīng)腔室內(nèi)部的含碳有機物，因此，本步驟中第一清潔氣體中的含氧氣體的摩爾分數(shù)可以大于第二含鹵素氣體的摩爾分數(shù)，其中第二含鹵素氣體可以包括HC1、BC13、Cl2, H2/C12的混合氣體、HBr中的一種或者幾種的組合(本申請中“H2/C12的混合氣體”表示“H2與Cl2的混合氣體”，其他類似描述表示類似的含義)。當然這只是一個優(yōu)選的方式，實際上第一清潔氣體中的還原氣體的摩爾分數(shù)和第二含鹵素氣體的摩爾分數(shù)的比例可以不受限制。此外，為提高清潔效果和清潔速度，本步驟中的第一清潔氣體還可以包括一定量的Ar，Ar在反應(yīng)腔室10內(nèi)部可以轉(zhuǎn)化為Ar等離子體，Ar等離子體能夠加速清潔反應(yīng)(包括還原氣體與含碳有機物反應(yīng)和/或含鹵素氣體與金屬及其化合物反應(yīng))的進行。由第一清潔氣體轉(zhuǎn)化而成的等離子體在適當?shù)臏囟燃皦毫Φ葪l件下，可以使含碳有機物或聚合物的碳鍵斷裂，發(fā)生反應(yīng)生成氣態(tài)的含碳化合物，從而使反應(yīng)腔室內(nèi)部相對穩(wěn)定的有機物配合基及聚合物轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚暂^高的容易去除的物質(zhì)，這些物質(zhì)在特定氣流、壓力、溫度等條件下可隨氣流被泵抽離反應(yīng)腔室，從而達到清潔的目的。需要說明的是，本發(fā)明實施例一中，可以執(zhí)行下述步驟SIOI-AI和步驟SIOI-A2中的任意一個或者兩個步驟，以替代步驟SlOl 步驟SlOl-Al :在反應(yīng)腔室10外部將第一清潔氣體轉(zhuǎn)化為第一清潔等離子體，并將第一清潔等離子體通入反應(yīng)腔室10內(nèi)部；步驟S101-A2 :向反應(yīng)腔室10內(nèi)部通入第一清潔氣體，并維持反應(yīng)腔室10內(nèi)部的溫度在200°C至500°C之間；其中，步驟SlOl-Al和步驟S101-A2中的第一清潔氣體可以與步驟SlOl中的第一清潔氣體具有相同的含義，該處“具有相同的含義”是指該處的第一清潔氣體與步驟SlOl中的第一清潔氣體具有相同的范圍(如都包含第一含氧氣體)，但是，可以選擇此范圍內(nèi)不同種類的氣體，下述內(nèi)容中的“具有相同的含義”的描述與此處類似。另外，還可以在執(zhí)行步驟SlOl的同時執(zhí)行步驟SlOl-Al和步驟S101-A2，以此進一步加速清潔反應(yīng)的速度。
步驟S102 :向反應(yīng)腔室10內(nèi)部通入第二清潔氣體，將第二清潔氣體在反應(yīng)腔室10內(nèi)部轉(zhuǎn)化為第二清潔等離子體，并將反應(yīng)腔室10內(nèi)部的壓力保持在第二預定壓力范圍內(nèi)第二時間段以去除反應(yīng)腔室10內(nèi)部的金屬及其化合物； 本發(fā)明實施例一中的第二清潔氣體可以包括第一含鹵素氣體，該第一含鹵素氣體可以是HC1、BC13、C12、H2/C12的混合氣體、HBr中的一種或者幾種的組合。具體地，可以通過進氣管道41或者42向反應(yīng)腔室10內(nèi)部通入第二清潔氣體。經(jīng)過步驟S101，反應(yīng)腔室10內(nèi)部的含碳有機物基本已經(jīng)被清除，殘余的主要是金屬(例如Ga、Al、In等)及其化合物，因此，本步驟中向反應(yīng)腔室10內(nèi)部通入包括含鹵素氣體的第二清潔氣體，該第二清潔氣體可以在射頻電壓的作用下在反應(yīng)腔室內(nèi)部的反應(yīng)區(qū)M或者反應(yīng)區(qū)M之外的區(qū)域轉(zhuǎn)化為等離子體(參見步驟SlOl中的描述)，該等離子體能夠與沉積物中剩余的金屬及其化合物充分反應(yīng)形成為氣態(tài)的金屬鹵化物，隨后這些氣態(tài)的金屬鹵化物通過排氣裝置12排出反應(yīng)腔室10。第二清潔氣體在反應(yīng)腔室10內(nèi)部轉(zhuǎn)化為等離子體之后，維持反應(yīng)腔室內(nèi)部的壓力在第二預定壓力(如O. Γιο托)范圍內(nèi)第二時間段(例如大于3分鐘)以使第二步清潔步驟(即去除反應(yīng)腔室內(nèi)部的金屬及其化合物)充分進行，以完全去除反應(yīng)腔室內(nèi)的金屬及其化合物殘余，例如可以將反應(yīng)腔室的壓力在O. fl托范圍內(nèi)保持5 30分鐘。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在實際清潔需求的情況下選擇合適的反應(yīng)腔室內(nèi)部的壓力和反應(yīng)時間，在此不做一一列舉。此外，本步驟中還能將步驟SlOl中產(chǎn)生的少量金屬氧化物去除。具體地，可以通過控制通入反應(yīng)腔室10的第二清潔氣體的流量來控制反應(yīng)腔室10內(nèi)部的壓力，或者也可以通過控制排氣裝置12的開啟程度來控制反應(yīng)腔室10內(nèi)部的壓力。在該步驟中，主要利用轉(zhuǎn)化為等離子體的鹵素與反應(yīng)腔室內(nèi)部的殘余金屬及其化合物以及步驟SlOl中產(chǎn)生的金屬氧化物反應(yīng)，從而將這些殘余金屬及其化合物以及金屬氧化物轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的金屬鹵化物排出反應(yīng)腔室10。例如，MOCVD反應(yīng)腔室內(nèi)部通常容易殘留Ga、In、Al、GaN、InN、AlN等金屬及其化合物，反應(yīng)腔室10內(nèi)部的第二含鹵素氣體(例如Cl2)的等離子體能夠與Ga、In、Al、GaN、ΙηΝ、Α1Ν等金屬及其化合物反應(yīng)，生成氣態(tài)的GaCl3、InCl3、AlCl3 等。此外，本步驟S 102中第二清潔氣體中還可以含有一定量的第二含氧氣體(如02)，該第二含氧氣體可以在反應(yīng)腔室10內(nèi)部轉(zhuǎn)化為等離子體，然后與可能殘留在反應(yīng)腔室10內(nèi)部的含碳有機物反應(yīng)，以全部去除沉積物中的含碳有機物，進一步提高清潔效果。鑒于本步驟S102的主要目的是去除反應(yīng)腔室內(nèi)部的金屬及其化合物以及少量金屬氧化物，因此，本步驟中第二清潔氣體中的第一含鹵素氣體的摩爾分數(shù)可以大于第二含氧氣體的摩爾分數(shù)，當然這只是一個優(yōu)選的方式，實際上第二清潔氣體中的第一含鹵素氣體的摩爾分數(shù)和第二含氧氣體的摩爾分數(shù)的比例可以不受限制。同時，為進一步提高清潔效果和清潔速度，在本步驟中，第二清潔氣體中還可以包含適量的Ar，Ar在反應(yīng)腔室10內(nèi)部轉(zhuǎn)化為Ar等離子體，Ar等離子體能夠加速反應(yīng)的進行。需要說明是的，本發(fā)明實施例一中，可以執(zhí)行下述步驟S102-B1和步驟S102-B2中的任意一個或者兩個步驟，以替代步驟S102 步驟S102-B1 :在反應(yīng)腔室10外部將第二清潔氣體轉(zhuǎn)化為第二清潔等離子體，并 將第二清潔等離子體通入反應(yīng)腔室10內(nèi)部；步驟S102-B2 :向反應(yīng)腔室10內(nèi)部通入第二清潔氣體，并維持反應(yīng)腔室10內(nèi)部的溫度在200°C至500°C之間；其中，步驟S102-B1和步驟S102-B2中的第二清潔氣體可以與步驟S102中的第二清潔氣體具有相同的含義。另外，還可以在執(zhí)行步驟S102的同時執(zhí)行步驟S102-A1和步驟S102-A2，以此進一步加速清潔反應(yīng)的速度。本發(fā)明實施例一提供的原位清潔MOCVD反應(yīng)腔室的方法，首先向反應(yīng)腔室內(nèi)部通入包括第一含氧氣體的第一清潔氣體，在反應(yīng)腔室內(nèi)部將第一清潔氣體轉(zhuǎn)化為等離子體并利用其氧化性能去除反應(yīng)腔室內(nèi)部的含碳有機物；然后向反應(yīng)腔室內(nèi)部通入包括第一含鹵素氣體的第二清潔氣體，在反應(yīng)腔室內(nèi)部將第二清潔氣體轉(zhuǎn)化為等離子體用于去除反應(yīng)腔室內(nèi)部的殘余金屬及其化合物以及少量金屬氧化物，從而完全除去MOCVD反應(yīng)腔室內(nèi)部的沉積物。需要說明的是，本發(fā)明實施例一中步驟SlOl和步驟S102的執(zhí)行可以連續(xù)的，即執(zhí)行完步驟SlOl之后立即執(zhí)行步驟S102 ;步驟SlOl和步驟S102的執(zhí)行也可以是間歇的，即執(zhí)行完步驟SlOl之后隔一段時間再執(zhí)行步驟S102，當然，在此間歇過程中，可以保持排氣裝置12—直處于排氣狀態(tài)，這樣能夠?qū)⒉襟ESlOl中產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物全部排出反應(yīng)腔室，進而可以提高步驟S 102的清潔效率。需要說明的是，本發(fā)明實施例一中，可以適當延長步驟SlOl和/或步驟S102執(zhí)行的時間，以通過步驟SlOl完全去除反應(yīng)腔室內(nèi)部的含碳有機物、通過步驟S102完全去除反應(yīng)腔室內(nèi)部的金屬及其化合物，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以采用輔助的檢測設(shè)備監(jiān)測反應(yīng)腔室內(nèi)部的含碳有機物和/或金屬及其化合物被完全去除，鑒于該內(nèi)容不是本申請的重點，在此不再詳述。此外，本發(fā)明實施例中也可以循環(huán)重復執(zhí)行步驟SlOl和步驟S102，以進一步提高
清潔效果。以下以兩個具體示例對本發(fā)明實施例一的技術(shù)方案進行詳細說明示例一A、同時向反應(yīng)腔室10內(nèi)通入02、Cl2和Ar，具體地可以通過圖2所示的進氣管道分別向反應(yīng)腔室10內(nèi)通入02、Cl2和Ar，02、Cl2和Ar的流量分別為250sccm、250sccm和500SCCm，在噴淋頭11和反應(yīng)腔室10內(nèi)壁之間加射頻電壓，保持射頻功率為2000W、射頻頻率為13. 56MHz，保持反應(yīng)腔室內(nèi)部的壓力為O. 72Torr、等離子體反應(yīng)時間為10分鐘(即第一時間段為10分鐘)；經(jīng)過此步驟，反應(yīng)腔室內(nèi)部的沉積物中絕大多數(shù)的含碳有機物被去除；B、同時向反應(yīng)腔室10內(nèi)通入HCl和Ar，HCl和Ar的流量均為500sccm，在噴淋頭11和反應(yīng)腔室10內(nèi)壁之間加射頻電壓，保持射頻功率為2000W、射頻頻率為13. 56MHz，保持反應(yīng)腔室內(nèi)部的壓力為O. 68Torr、等離子體反應(yīng)時間為5分鐘(即第二時間段為5分鐘)；經(jīng)過此步驟，反應(yīng)腔室內(nèi)部的沉積物均能夠被去除。示例二A、同時向反應(yīng)腔室10內(nèi)通入02、Cl2和Ar，具體地可以通過圖2所示的進氣管道分別向反應(yīng)腔室10內(nèi)通入02、Cl2和Ar，02、Cl2和Ar的流量分別為250sccm、250sccm和 500SCCm，在噴淋頭11和反應(yīng)腔室10內(nèi)壁之間加射頻電壓，保持射頻功率為2000W、射頻頻率為13. 56MHz，保持反應(yīng)腔室內(nèi)部的壓力為O. 72Torr、等離子體反應(yīng)時間為10分鐘；經(jīng)過此步驟，反應(yīng)腔室內(nèi)部的沉積物中的絕大多數(shù)的含碳有機物被去除；另外，本步驟中含氧氣體還能與沉積物中的部分金屬及其化合物反應(yīng)形成金屬氧化物；B、同時向反應(yīng)腔室10內(nèi)通入H2、Cl2和Ar，H2, Cl2和Ar的流量分別為250sccm、250sccm和500sccm，在噴淋頭11和反應(yīng)腔室10內(nèi)壁之間加射頻電壓，保持射頻功率為2000W、射頻頻率為13. 56MHz，保持反應(yīng)腔室內(nèi)部的壓力為O. 68Torr、等離子體反應(yīng)時間為5分鐘；經(jīng)過此步驟，反應(yīng)腔室10內(nèi)部的沉積物中絕大多數(shù)的含碳有機物和金屬及其化合物以及金屬氧化物均能夠被去除；鑒于在MOCVD中制備第III族元素和第V族元素的化合物時通常需要向MOCVD反應(yīng)腔室內(nèi)部通入H2和Cl2，此步驟中材料采用H2和Cl2的混合氣體去除沉積物中的金屬及其化合物，就無需向反應(yīng)腔室10內(nèi)部添加額外的氣體，因此，不但能夠簡化清潔工藝，還能夠簡化MOCVD反應(yīng)腔室的清潔裝置(即無需增加過多的進氣管道)。需要說明的是，本發(fā)明實施例中，在原位清潔MOCVD反應(yīng)腔室的過程(如步驟S101、步驟S101-A1、步驟S102、步驟S102-B1等)中，可以對反應(yīng)腔室10加熱，使反應(yīng)腔室10內(nèi)部保持一定的溫度。這樣不但能夠提高原位清潔的清潔速率，還能夠保證等離子體與沉積物反應(yīng)之后的產(chǎn)物為氣態(tài)，避免該產(chǎn)物遇到溫度較低的表面變成液態(tài)或者固態(tài)而殘留在反應(yīng)腔室內(nèi)部，例如可以保持反應(yīng)腔室10內(nèi)部的溫度在7(Tl00°C之間(如70°C、80°C或者100°C等)，具體可以采用對反應(yīng)腔室外壁或者內(nèi)壁加熱的方式保持反應(yīng)腔室內(nèi)部的溫度。本發(fā)明實施例中的清潔MOCVD反應(yīng)腔室的方法主要通過具有還原性能的等離子體與沉積物反應(yīng)從而將沉積物轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)產(chǎn)物，并通過排氣裝置將氣態(tài)產(chǎn)物排出反應(yīng)腔室內(nèi)部。通過本發(fā)明實施例一提供的原位清潔方法去除MOCVD反應(yīng)腔室內(nèi)部的沉積物(尤其是溫度相對較低的表面的沉積物)能夠?qū)崿F(xiàn)工藝穩(wěn)定、性能提升，并且能使整個MOCVD工藝自動進行。需要說明的是，本發(fā)明實施例提供的MOCVD反應(yīng)腔室的原位清潔方法還可以采用其他方式。例如，該清潔等離子體可以在反應(yīng)腔室內(nèi)部產(chǎn)生，也可以在反應(yīng)腔室外部產(chǎn)生然后再通入反應(yīng)腔室內(nèi)部。實施例二本發(fā)明實施例二的原位清潔MOCVD反應(yīng)腔室的方法與本發(fā)明實施例一的方法類似，有所不同的是，本發(fā)明實施例二中的等離子體可以在反應(yīng)腔室10的外部產(chǎn)生，然后再通過進氣管道通入反應(yīng)腔室內(nèi)部。為簡化起見，本發(fā)明實施例二中僅介紹與本發(fā)明實施例一的不同之處，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易從本發(fā)明實施例一的相關(guān)描述得到本發(fā)明實施例二的其他內(nèi)容，在此不再贅述。步驟S301 :在反應(yīng)腔室10外部將第一清潔氣體轉(zhuǎn)化為第一清潔等離子體，并將第一清潔等離子體通入反應(yīng)腔室10的內(nèi)部，將反應(yīng)腔室10內(nèi)部的壓力保持在第一預定壓力范圍內(nèi)第一時間段以去除反應(yīng)腔室10內(nèi)部的含碳有機物并將部分金屬及其化合物轉(zhuǎn)化為金屬氧化物；本發(fā)明實施例二中的第一清潔氣體可以包括第一含氧氣體，其中第一含氧氣體可 以是o2、o3、co2、h2o2、n2o中的一種或者幾種的組合；優(yōu)選地，本發(fā)明實施例中的第一含氧氣體選擇具有強氧化性的氣體，如03、H2O2等。具體地，第一清潔等離子體可以采用等離子體轉(zhuǎn)化裝置轉(zhuǎn)化而成，例如，可以首先向等離子體轉(zhuǎn)化裝置內(nèi)部通入第一含氧氣體，然后在等離子體轉(zhuǎn)化裝置內(nèi)部將第一含氧氣體轉(zhuǎn)化為第一清潔等離子體。第一清潔等離子體可以通過與反應(yīng)腔室相連的進氣裝置通入反應(yīng)腔室內(nèi)部。第一清潔等離子體通入反應(yīng)腔室內(nèi)部以后，維持反應(yīng)腔室壓力在第一預定壓力范圍內(nèi)第一時間段，例如可以維持反應(yīng)腔室內(nèi)部的壓力在O. f 10托范圍(作為第一預定壓力范圍的示例)內(nèi)5分鐘以上(例如5 30分鐘)，以使第一清潔等離子體與沉積物中的含碳有機物反應(yīng)。需要說明是的，本發(fā)明實施例二中，可以執(zhí)行下述步驟S301-A1和步驟S301-A2中的任意一個或者兩個步驟以替代步驟S301 步驟S301-A1 :向反應(yīng)腔室10內(nèi)部通入第一清潔氣體，并將第一清潔氣體在反應(yīng)腔室10內(nèi)部轉(zhuǎn)化為第一清潔等離子體；步驟S301-A2 :向反應(yīng)腔室10內(nèi)部通入第一清潔氣體，并維持反應(yīng)腔室10內(nèi)部的溫度在200°C至500°C之間；其中，步驟S301-A1和步驟S301-A2中的第一清潔氣體可以與步驟S301中的第一清潔氣體具有相同的含義。另外，還可以在執(zhí)行步驟S301的同時執(zhí)行步驟S301-A1和步驟S301-A2，以進一步加速清潔反應(yīng)的速度。步驟S302 :在反應(yīng)腔室10外部將第二清潔氣體轉(zhuǎn)化為第二清潔等離子體，并將第二清潔等離子體通入反應(yīng)腔室10內(nèi)部，將反應(yīng)腔室10內(nèi)部的壓力保持在第二預定壓力范圍內(nèi)第二時間段以去除反應(yīng)腔室10內(nèi)部的金屬及其化合物；具體地，該第一清潔等離子體可以利用等離子體轉(zhuǎn)化裝置轉(zhuǎn)化而成，例如，可以首先向等離子體轉(zhuǎn)化裝置內(nèi)部通入第一清潔氣體，然后在等離子體轉(zhuǎn)化裝置內(nèi)部將第一清潔氣體轉(zhuǎn)化為第一清潔等離子體。第二清潔等離子體通入反應(yīng)腔室10內(nèi)部以后，可以維持反應(yīng)腔室10內(nèi)部的壓力在O. ITorr^lOTorr (作為第二預定壓力范圍的示例)之間3分鐘以上(如5 30分鐘)，以使第二清潔等離子體與沉積物中殘留的金屬及其化合物充分反應(yīng)形成氣態(tài)的金屬鹵化物并通過排氣裝置將這些氣態(tài)的金屬鹵化物排出反應(yīng)腔室。本發(fā)明實施例二中的第一清潔氣體與本發(fā)明實施例一中的第一清潔氣體具有相同的含義、本發(fā)明實施例二中的第二清潔氣體與本發(fā)明實施例一中的第二清潔氣體具有相同的含義。需要說明的是，本發(fā)明實施例一中的參數(shù)(如壓力、時間、溫度等)、氣體組分、含量等描述同樣適用于本發(fā)明實施例二中的方案，為簡化起見，在此不再重復描述，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員仍然可以將本發(fā)明實施例二中的方案與本發(fā)明實施例一中的相應(yīng)內(nèi)容相結(jié)合從而獲得具體的實現(xiàn)方案，這些實現(xiàn)方案仍在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。本發(fā)明實施例二中在反應(yīng)腔室10的外部將第一清潔氣體轉(zhuǎn)化為第一清潔等離子體、將第二清潔氣體轉(zhuǎn)化為第二清潔等離子體，并將第一清潔等離子體通入反應(yīng)腔室10的內(nèi)部以完全去除反應(yīng)腔室10內(nèi)部的含碳有機物、將第二清潔等離子體通入反應(yīng)腔室10內(nèi) 部以完全去除反應(yīng)腔室10內(nèi)部的金屬及其化合物。需要說明的是，本發(fā)明實施例二中步驟S301和步驟S302的執(zhí)行可以連續(xù)的，即執(zhí)行完步驟S301之后立即執(zhí)行步驟S302 ;步驟S301和步驟S302的執(zhí)行也可以是間歇的，即執(zhí)行完步驟S301之后隔一段時間再執(zhí)行步驟S302，當然，在此間歇過程中，可以保持排氣裝置12—直處于排氣狀態(tài)，這樣能夠?qū)⒉襟ES301中產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物全部排出反應(yīng)腔室，進而可以提高步驟S302的清潔效率。上述實施例一和實施例二主要詳細描述了采用等離子體(第一清潔等離子和/或第二清潔等離子體)去除反應(yīng)腔室內(nèi)部的沉積物(含碳有機物和/或金屬及其化合物)的情形，實際上，本發(fā)明實施例中還可以采用清潔氣體與反應(yīng)腔室內(nèi)部的沉積物發(fā)生熱反應(yīng)的方式去除該沉積物。實施例三本發(fā)明實施例三提供一種原位清潔MOCVD反應(yīng)腔室的方法，該方法與本發(fā)明實施例一的方法類似，有所不同的是，本發(fā)明實施例三中采用清潔氣體與沉積物發(fā)生熱反應(yīng)的方式去除反應(yīng)腔室內(nèi)部的沉積物。為簡化起見，本發(fā)明實施例三中僅介紹與本發(fā)明實施例一的不同之處，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易從本發(fā)明實施例一的相關(guān)描述得到本發(fā)明實施例三的其他內(nèi)容，在此不再贅述。步驟S401 :向反應(yīng)腔室10內(nèi)部通入第一清潔氣體，維持反應(yīng)腔室10內(nèi)部的溫度在200°C至500°C之間，并將反應(yīng)腔室10內(nèi)部的壓力保持在第一預定壓力范圍內(nèi)第一時間段以去除反應(yīng)腔室10內(nèi)部的含碳有機物并將部分金屬及其化合物轉(zhuǎn)化為金屬氧化物；本發(fā)明實施例二中的第一清潔氣體可以包括第一含氧氣體，其中第一含氧氣體可以是o2、o3、co2、h2o2、n2o中的一種或者幾種的組合；優(yōu)選地，本發(fā)明實施例中的第一含氧氣體選擇具有強氧化性的氣體，如03、H2O2等。具體地，可以通過對反應(yīng)腔室10的內(nèi)壁和/或底座13和/或噴淋頭11加熱的方式使反應(yīng)腔室10內(nèi)部的壓力保持在第一預定壓力范圍(如O. f 10托)內(nèi)，控制反應(yīng)腔室10內(nèi)部的溫度保持在200°C至500°C之間(如200°c、300°c、50(rc等)，以使第一清潔氣體與沉積物中的含碳有機物反應(yīng)。采用該方法，可以采用一步的方式完全去除反應(yīng)腔室10內(nèi)部的沉積物中的含碳有機物。需要說明的是，本發(fā)明實施例三中，可以執(zhí)行下述步驟S401-A1和步驟S401-A2中的任意一個或者兩個步驟以替代步驟S401 步驟S401-A1 :向反應(yīng)腔室10內(nèi)部通入第一清潔氣體，并將第一清潔氣體在反應(yīng)腔室10內(nèi)部轉(zhuǎn)化為第一清潔等離子體；步驟S401-A2 :在反應(yīng)腔室10外部將所述第一清潔氣體轉(zhuǎn)化為第一清潔等離子體，并將第一清潔等離子體通入反應(yīng)腔室10的內(nèi)部；其中，步驟S401-A1和步驟S401-A2中的第一清潔氣體可以與步驟S401中的第一清潔氣體具有相同的含義。另外，還可以在執(zhí)行步驟S401的同時執(zhí)行步驟S401-A1和步驟S401-A2，以進一步加速清潔反應(yīng)的進行。 步驟S402 :向反應(yīng)腔室10內(nèi)部通入第二清潔氣體，維持反應(yīng)腔室10的溫度在200°C至500°C之間，并將反應(yīng)腔室10內(nèi)部的壓力保持在第二預定壓力范圍內(nèi)第二時間段以去除反應(yīng)腔室10內(nèi)部的金屬氧化物；當?shù)诙鍧崥怏w通入反應(yīng)腔室10內(nèi)部以后，可以維持反應(yīng)腔室10內(nèi)部的壓力在O. ITorr^lOTorr (作為第二預定壓力范圍的示例)之間3分鐘以上(如5 30分鐘)，以使第二清潔氣體與沉積物中殘留的金屬及其化合物充分發(fā)生熱反應(yīng)形成氣態(tài)的金屬鹵化物通過排氣裝置排出反應(yīng)腔室。本發(fā)明實施例三中的第一清潔氣體與本發(fā)明實施例一中的第一清潔氣體具有相同的含義、本發(fā)明實施例三中的第二清潔氣體與本發(fā)明實施例一中的第二清潔氣體具有相同的含義。需要說明的是，本發(fā)明實施例三中步驟S401和步驟S402的執(zhí)行可以連續(xù)的，即執(zhí)行完步驟S401之后立即執(zhí)行步驟S402 ;步驟S401和步驟S402的執(zhí)行也可以是間歇的，即執(zhí)行完步驟S401之后隔一段時間再執(zhí)行步驟S402，當然，在此間歇過程中，可以保持排氣裝置12—直處于排氣狀態(tài)，這樣能夠?qū)⒉襟ES401中產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物全部排出反應(yīng)腔室，進而可以提高步驟S402的清潔效率。需要說明的是，本發(fā)明實施例一和/或?qū)嵤├械膮?shù)(如壓力、時間、溫度等)、氣體組分、含量等描述同樣適用于本發(fā)明實施例三的中的方案，為簡化起見，在此不再重復描述，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員仍然可以將本發(fā)明實施例三中的方案與本發(fā)明實施例一和/或?qū)嵤├械南鄳?yīng)內(nèi)容相結(jié)合從而獲得具體的實現(xiàn)方案，這些實現(xiàn)方案仍在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。可見，本發(fā)明實施例中可以采用清潔氣體與反應(yīng)腔室內(nèi)部的沉積物發(fā)生熱反應(yīng)從而將該沉積物去除，也可以先將清潔氣體轉(zhuǎn)化為清潔等離子體、然后再采用該清潔等離子體與反應(yīng)腔室內(nèi)部的沉積物發(fā)生反應(yīng)從而將該沉積物去除；其中，該清潔等離子體可以在反應(yīng)腔室的外部形成，也可以在反應(yīng)腔室的內(nèi)部形成(可以在反應(yīng)腔室內(nèi)部的反應(yīng)區(qū)中形成，也可以在反應(yīng)腔室內(nèi)部除反應(yīng)區(qū)之外的區(qū)域形成)。采用本發(fā)明上述實施例中的方案，能夠采用一步的方式完全去除反應(yīng)腔室內(nèi)部的含碳有機物和金屬及其化合物。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護 范圍。
權(quán)利要求
1.一種原位清潔MOCVD反應(yīng)腔室的方法，其特征在于，所述方法包括 執(zhí)行步驟(a) 向所述反應(yīng)腔室內(nèi)部通入第一清潔氣體，并將所述第一清潔氣體在所述反應(yīng)腔室內(nèi)部轉(zhuǎn)化為第一清潔等離子體； 和/或， 在所述反應(yīng)腔室外部將所述第一清潔氣體轉(zhuǎn)化為所述第一清潔等離子體，并將所述第一清潔等離子體通入所述反應(yīng)腔室內(nèi)部；和/或， 向所述反應(yīng)腔室內(nèi)部通入所述第一清潔氣體，并維持所述反應(yīng)腔室內(nèi)部的溫度在200°C至 500°C之間； 并將所述反應(yīng)腔室內(nèi)部的壓力保持在第一預定壓力范圍內(nèi)第一時間段以完全去除所述反應(yīng)腔室內(nèi)部的含碳有機物并將所述反應(yīng)腔室內(nèi)部的金屬及其化合物轉(zhuǎn)化為金屬氧化物；其中，所述第一清潔氣體包括第一含氧氣體； 執(zhí)行步驟(b): 向所述反應(yīng)腔室內(nèi)部通入第二清潔氣體，并將所述第二清潔氣體在所述反應(yīng)腔室內(nèi)部轉(zhuǎn)化為第二清潔等離子體；和/或， 在所述反應(yīng)腔室外部將所述第二清潔氣體轉(zhuǎn)化為所述第二清潔等離子體，并將所述第二清潔等離子體通入所述反應(yīng)腔室內(nèi)部；和/或， 向所述反應(yīng)腔室內(nèi)部通入所述第二清潔氣體，并維持所述反應(yīng)腔室內(nèi)部的溫度在200°C至 500°C之間； 并將所述反應(yīng)腔室內(nèi)部的壓力保持在第二預定壓力范圍內(nèi)第二時間段以完全去除所述反應(yīng)腔室內(nèi)部的金屬氧化物；其中所述第二清潔氣體包括第一含鹵素氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述第一清潔氣體還包括Ar;和/或，所述第二清潔氣體還包括Ar。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述第一清潔氣體還包括第二含鹵素氣體，所述第二含鹵素氣體包括HCl、BC13、Cl2, H2/C12的混合氣體、HBr中的一種或者幾種的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一清潔氣體中所述第一含氧氣體的摩爾分數(shù)大于所述第二含鹵素氣體的摩爾分數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述第二清潔氣體還包括第二含氧氣體，所述第二含氧氣體包括02、O3> CO2> H2O2> N20、CO中的一種或者幾種的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述第二清潔氣體中所述第一含鹵素氣體的摩爾分數(shù)大于所述第二含氧氣體的摩爾分數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的方法，其特征在于，所述第一含氧氣體包括02、03、CO2、H2O2、N2O中的一種或者幾種的組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的方法，其特征在于，所述第一含鹵素氣體包括HC1、BC13、BCl/02的混合氣體、H2/C12的混合氣體、Cl2、HBr中的一種或者幾種的組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的方法,其特征在于,所述第一時間段大于5分鐘,所述第二時間段大于3分鐘。
全文摘要
本發(fā)明實施例提供一種原位清潔MOCVD反應(yīng)腔室的方法，所述方法包括向所述反應(yīng)腔室內(nèi)部通入第一清潔氣體，并將所述第一清潔氣體在所述反應(yīng)腔室內(nèi)部轉(zhuǎn)化為第一清潔等離子體以完全去除所述反應(yīng)腔室內(nèi)部的含碳有機物，其中該第一清潔氣體包括第一含氧氣體；向所述反應(yīng)腔室內(nèi)部通入第二清潔氣體，并將所述第二清潔氣體在所述反應(yīng)腔室內(nèi)部轉(zhuǎn)化為第二清潔等離子體以完全去除所述反應(yīng)腔室內(nèi)部的金屬氧化物；其中所述第二清潔氣體包括第一含鹵素氣體。本發(fā)明實施例提供的原位清潔MOCVD反應(yīng)腔室的方法對于反應(yīng)腔室內(nèi)部溫度相對較低表面的沉積物具有良好的清潔效果。
文檔編號C23C16/44GK102899636SQ201210364958
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月26日
發(fā)明者尹志堯, 杜志游, 孟雙, 汪洋, 張穎, 許頌臨, 朱班, 瀧口治久 申請人:中微半導體設(shè)備(上海)有限公司