專利名稱：一種原位清潔第iii族元素和第v族元素化合物沉積反應(yīng)腔的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及生長第III族元素和第ν族元素化合物薄膜的裝置，尤其涉及一種原位清潔第III族元素和第V族元素化合物沉積反應(yīng)腔的裝置。
背景技術(shù)：
作為一種典型的第III族元素和第V族元素化合物薄膜，氮化鎵(GaN)是一種廣泛應(yīng)用于制造藍(lán)光、紫光和白光二極管、紫外線檢測器和高功率微波晶體管的材料。由于 GaN在制造適用于大量用途的低能耗裝置(如，LED)中具有實(shí)際和潛在的用途，GaN薄膜的生長受到極大的關(guān)注。GaN薄膜能以多種不同的方式生長，包括分子束外延(MBE)法、氫化物蒸氣階段外延(HVPE)法、金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)法等。目前，MOCVD法是用于為生產(chǎn) LED得到足夠質(zhì)量的薄膜的優(yōu)選的沉積方法。MOCVD工藝通常在一個(gè)具有較高溫度控制的環(huán)境下的反應(yīng)器或反應(yīng)腔內(nèi)通過熱工藝(thermal processing)的方式進(jìn)行。通常，由包含第III族元素(例如鎵(Ga))的第一前體氣體和一含氮的第二前體氣體(例如氨(NH3))被通入反應(yīng)腔內(nèi)反應(yīng)以在被加熱的基片上形成GaN薄膜。一載流氣體(carrier gas)也可以被用于協(xié)助運(yùn)輸前體氣體至基片上方。這些前體氣體在被加熱的基片表面混合反應(yīng)，進(jìn)而形成第III族氮化物薄膜(例如GaN 薄膜)而沉積在基片表面。然而，在前述MOCVD工藝過程中，GaN薄膜或其他反應(yīng)產(chǎn)物不僅會(huì)生長或沉積在基片上，也會(huì)生長或沉積在反應(yīng)腔內(nèi)的其他反應(yīng)腔部件上，例如，在反應(yīng)腔的側(cè)壁上、在基片的支撐座(SUS(^ptor)上、在氣體分布裝置上、或其他地方。這些不希望出現(xiàn)的反應(yīng)腔內(nèi)的 ΚΨΜ1^^ (undesired deposits or residues) ^^β,^Ι^ /^^^Μ (particles), ^ 可能會(huì)從附著處剝落開來，隨著反應(yīng)氣體的氣流在反應(yīng)腔內(nèi)到處擴(kuò)散，最后會(huì)落在被處理的基片上，而造成基片產(chǎn)生缺陷或失效，同時(shí)還會(huì)造成反應(yīng)腔的污染，并對下一次MOCVD工藝質(zhì)量產(chǎn)生壞的影響。因而，在經(jīng)過一段時(shí)間的MOCVD薄膜沉積工藝后，必須停止沉積工藝，專門實(shí)施一個(gè)反應(yīng)腔清潔過程來將這些附著在反應(yīng)腔內(nèi)的沉積物殘余清除掉。目前，業(yè)內(nèi)采用的一種反應(yīng)腔清潔的方式是“手工清潔”。即，操作人員必須先停止沉積工藝，等待反應(yīng)腔內(nèi)部溫度降低至一定溫度后，再打開反應(yīng)腔，用刷子將附著在反應(yīng)腔內(nèi)部(如反應(yīng)腔側(cè)壁、氣體分布裝置)上的沉積物殘余從其附著表面上“刷”下來并移出至反應(yīng)腔內(nèi)部；當(dāng)沉積物殘余很厚時(shí)，操作人員還需要通過一種工具將它們從其附著表面上“刮”下來并移出至反應(yīng)腔內(nèi)部。操作人員還可以將某些附著有沉積物殘余的反應(yīng)腔部件(如基片基座)從反應(yīng)腔內(nèi)取出，并換上新的、“干凈”的反應(yīng)腔部件。這種清潔方式的缺點(diǎn)是清潔反應(yīng)腔必須要停止原薄膜沉積工藝，并且要等待一段時(shí)間使反應(yīng)腔內(nèi)部溫度降低至適合人工清潔的溫度，還必須在打開反應(yīng)腔的情況下進(jìn)行，由于這些操作需要在“停機(jī)”的狀態(tài)下進(jìn)行，因而會(huì)大大地降低設(shè)備生產(chǎn)者的生產(chǎn)效率和產(chǎn)能，而且由于這種清潔方式是“手工清潔”，因而清潔得并不徹底，每次清潔的結(jié)果也不一致，導(dǎo)致后續(xù)的沉積工藝可能產(chǎn)生工藝品質(zhì)的偏移和缺陷。由于這些不希望出現(xiàn)的沉積物殘余通常是經(jīng)過幾小時(shí)或幾十個(gè)小時(shí)逐漸形成的， 因而其成份很復(fù)雜，通常會(huì)包括逐漸形成的、相互混合摻雜在一起的金屬化合物沉積殘余和碳?xì)浠衔锍练e殘余。第III族和第V族金屬通常為鎵、銦、鎵和銦的組合、鎵和鋁的組合、銦和鋁的組合、以及鎵和銦和鋁的組合。因而，這些金屬化合物沉積殘余通常是如下薄膜GaN、InN, A1N、InGaN, AWaN等；而碳?xì)浠衔锍练e殘余通常是各類碳?xì)浠衔?(hydrocarbon)等。因而，要有效地將所述第III族元素和第V族元素化合物從反應(yīng)腔內(nèi)清除掉，一直是MOCVD工業(yè)界內(nèi)的挑戰(zhàn)和難題。再者，對于反應(yīng)腔使用者而言，每一次反應(yīng)腔清潔都會(huì)導(dǎo)致沉積工藝被迫停止，而這將導(dǎo)致反應(yīng)腔的工藝生產(chǎn)的吞吐量(throughput)減少、增加生產(chǎn)者的使用成本。因而， 有必要開發(fā)一種有效的、省時(shí)的方式將所述第III族元素和第V族元素化合物從反應(yīng)腔內(nèi)清除掉，并保證每次清潔的質(zhì)量和一致性。

實(shí)用新型內(nèi)容針對背景技術(shù)中的上述問題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種快速地、有效地清除第III族元素和第V族元素化合物薄膜生長裝置的反應(yīng)腔內(nèi)的沉積物殘余的裝置。根據(jù)本實(shí)用新型的一方面，本實(shí)用新型提供了一種原位清潔第III族元素和第V 族元素化合物沉積反應(yīng)腔的裝置，包括反應(yīng)腔，其包括接地的側(cè)壁；基片基座，其位于所述反應(yīng)腔內(nèi)部，一片或多片基片位于所述基片基座上并于其表面上沉積所述第III族元素和第V族元素化合物；上電極，其設(shè)置于所述基片基座的上方；射頻供應(yīng)源，與所述上電極相連接，用于向反應(yīng)腔內(nèi)部提供射頻功率；電絕緣部件，其位于所述上電極和所述反應(yīng)腔的接地的側(cè)壁之間，使得所述上電極與所述反應(yīng)腔的側(cè)壁電絕緣，并在清潔過程中保持所述上電極電浮接；清潔氣體源供應(yīng)裝置，與所述反應(yīng)腔相連接，用于向所述反應(yīng)腔內(nèi)部提供清潔氣體，所述清潔氣體在所述上電極和所述基片基座之間形成等離子體用于清潔所述第III族元素和第V族元素化合物沉積物殘余。其中，所述基片基座在清潔過程中電接地。其中，所述基片基座在清潔過程中電浮接。其中，所述上電極為一氣體分布裝置，其上設(shè)置多個(gè)氣體分布孔，所述清潔氣體源通過所述氣體分布孔被輸入至所述反應(yīng)腔內(nèi)部。其中，所述清潔氣體源供應(yīng)裝置包括一設(shè)置于所述基片基座上方的氣體噴射裝置。其中，所述清潔氣體源供應(yīng)裝置包括一設(shè)置于所述反應(yīng)腔側(cè)壁的氣體分布環(huán)以及與所述氣體分布環(huán)相連接的多個(gè)氣體噴射器。其中，所述基片基座在清潔過程中保持旋轉(zhuǎn)。其中，所述基片基座在豎直方向上可以調(diào)整高度，所述基片基座具有一靠近所述上電極的一第一位置，在所述第一位置時(shí)，所述裝置用于在所述基片上沉積第III族元素和第V族元素化合物薄膜；所述基片基座具有一遠(yuǎn)離或更靠近所述上電極的一第二位置， 在所述第二位置時(shí)，所述裝置用于對所述反應(yīng)腔內(nèi)部進(jìn)行原位等離子體清潔，從而清除所述反應(yīng)腔內(nèi)部的第III族元素和第V族元素化合物沉積物殘余。其中，所述裝置構(gòu)成第III族元素和第V族元素化合物薄膜沉積裝置的一部分。其中，所述射頻功率的頻率至少包括選自2MHZ、13. 56MHZ、27MHZ、60MHZ、100MHZ、 120MHZ中的一種。其中，所述清潔氣體源包括含H或含Cl或含F(xiàn)的氣體。其中，所述清潔氣體源包括含0的氣體。其中，所述含H的氣體包括H2、HC1、NH3中的一種或至少兩種混合氣體。其中，所述含Cl的氣體包括HC1、C12、C1F、C1F3、C1F5、BC13中的一種或至少兩
種混合氣體。其中，所述含F(xiàn) 的氣體包括C1F、C1F3、C1F5、NF3、SF6、CF4、C2F6、C3F8、C4F6、 C4F8、CHF3、CH2F2、NF3中的一種或至少兩種混合氣體。其中，所述含0的氣體包括02、C02、03、N20中的一種或至少兩種混合氣體。其中，所述沉積物殘余包括碳?xì)浠衔?。其中，所述沉積物殘余包括第III族元素和第V族元素化合物。其中，所述第III族元素選自鎵、銦、鎵和銦的組合、鎵和鋁的組合、銦和鋁的組合、以及鎵和銦和鋁的組合。其中，所述第V族元素選自氮、磷、砷、銻、以及前述元素的至少兩種元素的組合。其中，所述沉積物殘余包括GaN。根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面，本實(shí)用新型提供了一種原位清潔第III族元素和第 V族元素化合物沉積反應(yīng)腔的裝置，包括反應(yīng)腔，其包括接地的側(cè)壁；基片基座，其位于所述反應(yīng)腔內(nèi)部，一片或多片基片位于所述基片基座上并于其表面上沉積所述第III族元素和第V族元素化合物；射頻供應(yīng)源，與所述基片基座相連接，用于在反應(yīng)腔清潔過程中向反應(yīng)腔內(nèi)部提供射頻功率并保持所述基片基座電浮接；接地電極，其位于所述反應(yīng)腔內(nèi)部，并與所述基片基座呈平行設(shè)置；清潔氣體源供應(yīng)裝置，與所述反應(yīng)腔相連接，用于向所述反應(yīng)腔內(nèi)部提供清潔氣體，所述清潔氣體在所述接地電極和所述基片基座之間形成等離子體，用于清潔所述第III 族元素和第V族元素化合物沉積物殘余。其中，所述接地電極為上電極，其位于所述基片基座的上方。其中，所述基片基座在豎直方向上可以調(diào)整高度，所述基片基座具有一靠近所述接地電極的一第一位置，在所述第一位置時(shí)，所述裝置用于在所述基片上沉積第III族元素和第V族元素化合物薄膜；所述基片基座具有一遠(yuǎn)離或更靠近所述接地電極的一第二位置，在所述第二位置時(shí)，所述裝置用于對所述反應(yīng)腔內(nèi)部進(jìn)行原位等離子體清潔，從而清除所述反應(yīng)腔內(nèi)部的第III族元素和第V族元素化合物沉積物殘余。其中，所述沉積物殘余包括GaN。
圖1為根據(jù)本實(shí)用新型一種實(shí)施方式所提供的一種原位清潔第III族元素和第V 族元素化合物沉積反應(yīng)腔的裝置；圖2為根據(jù)本實(shí)用新型另一種實(shí)施方式所提供的一種原位清潔第III族元素和第 V族元素化合物沉積反應(yīng)腔的裝置；圖3為根據(jù)本實(shí)用新型又一種實(shí)施方式所提供的一種原位清潔第III族元素和第 V族元素化合物沉積反應(yīng)腔的裝置；圖4為根據(jù)本實(shí)用新型再一種實(shí)施方式所提供的一種原位清潔第III族元素和第 V族元素化合物沉積反應(yīng)腔的裝置。其中，相同或相似的附圖標(biāo)記表示相同或相似的裝置(模塊)。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)行具體說明。如圖1所示，圖1為根據(jù)本實(shí)用新型一種實(shí)施方式所提供的一種原位清潔第III 族元素和第V族元素化合物沉積反應(yīng)腔的裝置10，該裝置10實(shí)際上也構(gòu)成第III族元素和第V族元素化合物薄膜沉積裝置的一部分，亦即，該裝置10的反應(yīng)腔11同時(shí)也是第III 族元素和第V族元素化合物薄膜生長反應(yīng)腔，用于在該裝置10的反應(yīng)腔內(nèi)部15生長第III 族和第V族元素化合物薄膜。具體而言，圖1中，裝置10包括反應(yīng)腔11，其包括接地的側(cè)壁12和腔底13。反應(yīng)腔11的內(nèi)部15設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)基片基座17。在MOCVD沉積工藝處理過程中，一片或多片基片(未圖示)可以直接地被放置在基片基座17上，或者，這些若干片基片也可以通過放置在一整個(gè)載片盤(未圖示)上，然后再被放置在基片基座17上， 從而于基片的表面上沉積所述第III族元素和第V族元素化合物。可選擇地，基片基座17 可以通過設(shè)置于其下方的連接機(jī)構(gòu)M及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(未圖示)帶動(dòng)而旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)基片旋轉(zhuǎn)，以增強(qiáng)工藝處理結(jié)果的均一性。當(dāng)然，基片也可以以其他的已知的或未來開發(fā)出來的旋轉(zhuǎn)方式旋轉(zhuǎn)。在基片基座17的內(nèi)部、或下方、或附近的其他位置可以設(shè)置各類常用的或未來可能采用的溫度加熱和控制裝置(未圖示)，這樣可以在工藝處理的過程中，保持基座17 上方的基片溫度控制在約650°C至約1200°C之間。反應(yīng)腔11的內(nèi)部15通過設(shè)置于其下方的排氣裝置16而被維持成一真空的處理環(huán)境。在進(jìn)行薄膜生長工藝時(shí)，反應(yīng)腔11是采用熱沉積工藝(thermalprocessing)或其他等離子體輔助的方式進(jìn)行的。在采用熱沉積工藝時(shí)，反應(yīng)腔內(nèi)部15的基片基座17和基片會(huì)被加熱至約650°C至約1200°C之間，沉積工藝所用的反應(yīng)氣體源會(huì)從反應(yīng)腔11的適當(dāng)位置處(容后詳述)通入反應(yīng)腔內(nèi)部15，反應(yīng)氣體源在熱的作用下起化學(xué)反應(yīng)而在基片上沉積薄膜，基片基座17在沉積過程中保持旋轉(zhuǎn)，以提高薄膜沉積的均一性。在該裝置10的反應(yīng)腔11運(yùn)行一段時(shí)間的薄膜生長工藝后，所述反應(yīng)腔內(nèi)部15的各種反應(yīng)腔部件上會(huì)沉積一定量的沉積物殘余，因而有必要對該反應(yīng)腔內(nèi)部進(jìn)行清潔。本實(shí)用新型所提供的裝置10能夠直接利用反應(yīng)腔11實(shí)現(xiàn)原位清潔(in-situ cleaning)，也就是說，該清潔方式不用如現(xiàn)有技術(shù)那樣需要打開反應(yīng)腔，而是直接在反應(yīng)腔內(nèi)部15形成清潔氣體的等離子體P，從而與反應(yīng)腔內(nèi)部15的沉積物殘余反應(yīng)，生成氣態(tài)的副產(chǎn)品并被排氣裝置16抽離反應(yīng)腔內(nèi)部15。作為本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式，所述裝置10還包括一上電極30，其設(shè)置于反應(yīng)腔11的上方，并且位于所述基片基座17的上方。所述上電極30與所述基片基座大致呈平行設(shè)置。一射頻供應(yīng)源20通過一射頻匹配裝置22與所述上電極30相連接，用于向反應(yīng)腔 11的內(nèi)部提供射頻功率。裝置10還包括一電絕緣部件19，其位于所述上電極30和所述反應(yīng)腔11的接地的側(cè)壁12之間，使得所述上電極30與所述反應(yīng)腔的側(cè)壁12電絕緣，并在清潔過程中保持所述上電極30電浮接。一清潔氣體源供應(yīng)裝置40通過氣體傳輸管道42與所述反應(yīng)腔11相連接，用于向所述反應(yīng)腔11的內(nèi)部15提供清潔氣體。所述清潔氣體在所述上電極30和所述基片基座17之間形成等離子體P，用于清潔反應(yīng)腔內(nèi)部15所沉積的第 III族元素和第V族元素化合物沉積物殘余。如前所述，在MOCVD工藝過程中，GaN薄膜或其他反應(yīng)產(chǎn)物(以下統(tǒng)稱為反應(yīng)腔內(nèi)的沉積物殘余)不僅會(huì)生長或沉積在基片上，也會(huì)生長或沉積在反應(yīng)腔內(nèi)的其他零部件上，例如，在反應(yīng)腔11的內(nèi)側(cè)壁上、在基片基座17上等等。由于MOCVD工藝處理會(huì)涉及很多層的沉積以及很長時(shí)間的沉積，因而這些反應(yīng)腔內(nèi)的沉積物殘余成份通常很復(fù)雜，例如， 可能是如下薄膜金屬化合物(例如，GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN)沉積物殘、碳?xì)浠衔?(hydrocarbon)沉積物殘等，并且這些金屬化合物沉積物殘會(huì)和碳?xì)浠衔锏某练e物殘余可能會(huì)相互交織地沉積在反應(yīng)腔內(nèi)，并積累成一定的厚度。在利用本實(shí)用新型所提供的裝置10實(shí)現(xiàn)清潔反應(yīng)腔內(nèi)的沉積物殘余時(shí)，基片已經(jīng)從反應(yīng)腔內(nèi)部的基片基座17上取走。實(shí)施清潔時(shí)，先向反應(yīng)腔內(nèi)部15通入清潔氣體，射頻功率源20經(jīng)過與其相連接的射頻匹配裝置22向上電極30施加射頻能量，由于上電極30 與接地的反應(yīng)腔側(cè)壁12之間設(shè)置有電絕緣部件19，因而上電極30始終保持電浮接，相互平行設(shè)置的上電極30和基片基座17之間通過電容耦合的方式產(chǎn)生該清潔氣體的等離子體 P，維持所述清潔氣體的等離子體P —段時(shí)間，以部分地或全部地清除所述沉積物殘余。例如，為了清除反應(yīng)腔內(nèi)部15的沉積物殘余，作為一種實(shí)施方式，本實(shí)用新型首先向反應(yīng)腔11內(nèi)通入一第一清潔氣體40a，并對上電極30施加一射頻功率源20，從而在上電極30和基片基座17之間通過電容耦合的方式產(chǎn)生該第一清潔氣體40a的等離子體P1， 維持所述第一清潔氣體的等離子體一第一時(shí)間段Tl (步驟Si)，以部分地清除所述沉積物殘余。所述第一清潔氣體的成份為包括含H或含Cl或含F(xiàn)的氣體，因而，在這一時(shí)間段Tl 內(nèi)，該第一清潔氣體40a的等離子體Pl會(huì)和反應(yīng)腔內(nèi)的沉積物殘余中的金屬化合物沉積殘余進(jìn)行反應(yīng)，使之變成為氣態(tài)的副產(chǎn)品，再被反應(yīng)腔下方的排氣裝置16抽離反應(yīng)腔11。所述時(shí)間段Tl可以根據(jù)實(shí)際工藝的需要人為設(shè)定或調(diào)整，比如，5秒或10秒?？蛇x擇地，可以保持所述反應(yīng)腔內(nèi)的壓力大約在IOOmTorr至IOTorr之間。接著，停止向反應(yīng)腔11內(nèi)通入第一清潔氣體40a，并且依實(shí)際情況可選擇地將反應(yīng)腔11內(nèi)的反應(yīng)氣體排出抽成真空，再向反應(yīng)腔11內(nèi)通入一第二清潔氣體40b，并類似地在反應(yīng)腔11內(nèi)形成該第二清潔氣體40b的等離子體P2，維持所述第二清潔氣體40b的等離子體P2 —第二時(shí)間段T2 (步驟S》，以部分地清除所述沉積物殘余。所述第二清潔氣體包括含0的氣體，因而其可以與反應(yīng)腔內(nèi)的沉積物殘余中的碳?xì)浠衔锍练e殘余進(jìn)行反應(yīng)， 而使之變成為氣態(tài)的副產(chǎn)品，再被反應(yīng)腔下方的排氣裝置16抽離反應(yīng)腔11。同樣，所述時(shí)間段T2可以根據(jù)實(shí)際工藝的需要人為設(shè)定或調(diào)整，比如，5秒或10秒。[0059]然后，交互地重復(fù)前述兩個(gè)步驟Sl和步驟S2 (步驟S； )，直至達(dá)到預(yù)設(shè)的清除目標(biāo)時(shí)停止進(jìn)行清潔，從而循環(huán)地清除沉積物殘余中的金屬化合物沉積殘余部分和碳?xì)浠衔锍练e殘余部分。在前述所重復(fù)的每一個(gè)步驟Sl中，第一清潔氣體40a的等離子體Pl會(huì)和反應(yīng)腔內(nèi)的沉積物殘余60上的金屬化合物沉積殘余進(jìn)行反應(yīng)，使之變成為氣態(tài)的副產(chǎn)品， 再被反應(yīng)腔下方的排氣裝置16抽離反應(yīng)腔11 ；而在所重復(fù)的每一個(gè)步驟S2中，第二清潔氣體40b的等離子體P會(huì)和反應(yīng)腔內(nèi)的沉積物殘余60上的碳?xì)浠衔锍练e殘余等進(jìn)行反應(yīng)，使之變成為氣態(tài)的副產(chǎn)品，再被反應(yīng)腔下方的排氣裝置16抽離反應(yīng)腔11。作為一種實(shí)施方式，前述含H的氣體包括H2、HCl、NH3中的一種或至少兩種混合氣體。作為一種實(shí)施方式，前述含Cl的氣體可以為:HC1、C12、C1F、C1F3、C1F5、BC13中
的一種或至少兩種混合氣體。作為一種實(shí)施方式，前述含F(xiàn)的氣體可以為C1F、C1F3、C1F5、NF3、SF6、CF4、C2F6、 C3F8、C4F6、C4F8、CHF3、CH2F2、NF3中的一種或至少兩種混合氣體。作為一種實(shí)施方式，前述含0的氣體可以為02、C02、03、N20中的一種或至少兩種
混合氣體。應(yīng)當(dāng)理解，本實(shí)用新型裝置在清潔過程中，也可以直接向反應(yīng)腔通入前述所列舉的清潔氣體的部分混合氣體，并且在足夠長的時(shí)間段內(nèi)一次性地將反應(yīng)腔內(nèi)部的金屬化合物沉積殘余和碳?xì)浠衔锍练e殘余清潔干凈。作為一種實(shí)施方式，所述基片基座在清潔過程中保持電接地或電浮接。為了向反應(yīng)腔11內(nèi)通入反應(yīng)氣體源，作為一種實(shí)施方式，所述上電極30同時(shí)也可以被設(shè)置為一氣體分布裝置。例如，一種可行的實(shí)施方式是，在其上設(shè)置相互連接的氣體擴(kuò)散空間32和多個(gè)氣體分布孔34，氣體擴(kuò)散空間32與清潔氣體傳輸管道42相連接，清潔氣體傳輸管道42又與清潔氣體源40相連接。所述清潔氣體源40通過所述氣體分布孔34被輸入至所述反應(yīng)腔內(nèi)部15。作為其他的實(shí)施方式，清潔氣體源40也可以以圖2或圖3所示的方式傳輸至反應(yīng)腔內(nèi)部15。圖2和圖3中與圖1中相同的標(biāo)號(hào)表示相同的結(jié)構(gòu)。在圖2所示的裝置100 中，上電極30上沒有如圖1所示的那樣設(shè)置氣體分布孔34，但是，裝置100還包括一設(shè)置于所述反應(yīng)腔側(cè)壁的氣體分布環(huán)340，與氣體分布環(huán)340相連接的是多個(gè)氣體噴射器(gas injector) 342。清潔氣體源400通過氣體輸送管道420與氣體分布環(huán)340相連接，并將清潔氣體輸送入氣體分布環(huán)340。多個(gè)氣體噴射器342用于將清潔氣體以一定的噴射角度輸送至基片基座17與上電極30之間的反應(yīng)區(qū)域。而在圖3所示的裝置102中，清潔氣體源 402是通過設(shè)置于反應(yīng)腔上方的氣體噴射裝置343而被輸送入反應(yīng)腔內(nèi)部15?？蛇x擇地， 氣體噴射裝置343下方還設(shè)置一水平設(shè)置的氣體導(dǎo)流板344，使得清潔氣體向反應(yīng)腔內(nèi)部 15靠近側(cè)壁的位置處擴(kuò)散?？蛇x擇地，所述基片基座17在清潔過程中保持旋轉(zhuǎn)或保持靜止。優(yōu)選地，所述射頻功率源20的頻率至少包括選自2MHZ、13. 56MHZ、27MHZ、60MHZ、 100MHZ U 20MHZ 中的一種。根據(jù)本實(shí)用新型的精神，本實(shí)用新型所提供的裝置還可以是如圖4所述的架構(gòu)。 圖4所示的裝置10’與前述的裝置的不同之處在于基片基座17’通過一射頻連接桿沈’而與射頻匹配裝置22’和射頻功率源20’相連接，用于在反應(yīng)腔清潔過程中向反應(yīng)腔內(nèi)部 15提供射頻功率并保持所述基片基座17’電浮接；反應(yīng)腔內(nèi)部15位于上側(cè)的位置還包括一接地電極30’，該接地電極30’與所述基片基座17’呈平行設(shè)置，從而在二者之間形成電容耦合型等離子體P’;清潔氣體源供應(yīng)裝置40，與所述反應(yīng)腔相連接，用于向所述反應(yīng)腔內(nèi)部15提供清潔氣體，所述清潔氣體在所述接地電極30’和所述基片基座17’之間形成等離子體P’，用于清潔所述第III族元素和第V族元素化合物沉積物殘余?？蛇x擇地，裝置10’ 還包括一電絕緣部件191設(shè)置于上電極30’和接地的反應(yīng)腔側(cè)壁12之間。作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，所述接地電極30’為上電極，其位于所述基片基座17’ 的上方。應(yīng)當(dāng)理解，也可以將接地電極30’與基片基座17’的位置相反設(shè)置。作為一種優(yōu)選的實(shí)施方式，前述所述各種裝置中的基片基座17或17’在各反應(yīng)腔內(nèi)沿豎直方向可以調(diào)整高度，這可以通過調(diào)節(jié)其下方的連接機(jī)構(gòu)M或M’的高度來實(shí)現(xiàn)。 以圖1所示的裝置10舉例說明，基片基座17具有一靠近上電極30的一第一位置，在該第一位置時(shí)，裝置10用于在基片上沉積第III族元素和第V族元素化合物薄膜；所述基片基座17還具有一遠(yuǎn)離或更靠近上電極30的一第二位置，在該第二位置時(shí)，裝置10用于對所述反應(yīng)腔內(nèi)部15進(jìn)行原位等離子體清潔，從而清除所述反應(yīng)腔內(nèi)部15的第III族元素和第V族元素化合物沉積物殘余。應(yīng)當(dāng)理解，前述圖示中的射頻功率源20或20’僅是一種示意，它可以包括僅向上電極30或基片基座17’施加一個(gè)射頻功率(如，60MHZ)的情形，它也可以包括同時(shí)向上電極30或基片基座17’連接兩個(gè)或更多個(gè)射頻功率(如，2MHZ，60MHZ)的情形。應(yīng)當(dāng)理解的是，利用本實(shí)用新型的裝置，通過選擇不同的清潔氣體源，可以清潔各種反應(yīng)腔內(nèi)的沉積物殘余。這些各種沉積物殘余大致包括第III族元素和第V族元素化合物。所述第III族元素選自鎵、銦、鎵和銦的組合、鎵和鋁的組合、銦和鋁的組合、以及鎵和銦和鋁的組合。所述第V族元素選自氮、磷、砷、銻、以及前述元素的至少兩種元素的組合。例如，本專利中所提及的沉積物殘余可以是如下所列化合物中的一種或至少兩種的混合物:GaN, InGaN,AlGaN, GaAs, InP，GaAsP，InGaAs、AlSb、AIN、AlP、BN、BP、BAs、GaSb、GaP、 InSb, InAs, InN、InP、AlGaAs、InGaP、AlInAs、AlInSb、GaAsN、GaAsSb、(ialnNAsSb 等。應(yīng)當(dāng)理解的是，本專利中所提及的“第一清潔氣體”、“第二清潔氣體”不限于指只包括一種清潔氣體，也包括該“第一清潔氣體”或“第二清潔氣體”是多種氣體的混合氣體。綜上所述，本實(shí)用新型提供了一種有效地清除第III族元素和第V族元素化合物薄膜生長裝置的反應(yīng)腔內(nèi)的沉積物殘余的裝置。該裝置同時(shí)也構(gòu)成第III族元素和第V族元素化合物薄膜沉積裝置的一部分。在化合物薄膜沉積工藝進(jìn)行到一定時(shí)間后，反應(yīng)腔內(nèi)部會(huì)集聚一定量的沉積物殘余，利用本實(shí)用新型提供的裝置可以在無需打開反應(yīng)腔的情況下有效地對反應(yīng)腔內(nèi)部實(shí)現(xiàn)原位清潔(in-situ cleaning)。該裝置可以有效地將第III 族元素和第V族元素化合物薄膜生長裝置內(nèi)產(chǎn)生的具有復(fù)雜成份的沉積物殘余清除掉，是一種安全的、成本節(jié)約的及有效的清除方法，能大大地節(jié)省生產(chǎn)者的成本和提高整個(gè)MOCVD 生產(chǎn)裝置的有效工藝時(shí)間(uptime)。以上對本實(shí)用新型的各個(gè)實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說明。需要說明的是，上述實(shí)施例僅是示范性的，而非對本實(shí)用新型的限制。任何不背離本實(shí)用新型的精神的技術(shù)方案均應(yīng)落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。此外，不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求；“包括”一詞不排除其它權(quán)利要求或說明書中未列出的裝置或步驟；“第一”、 “第二”等詞語僅用來表示名稱，而并不表示任何特定的順序。
權(quán)利要求1.一種原位清潔第III族元素和第V族元素化合物沉積反應(yīng)腔的裝置，包括 反應(yīng)腔，其包括接地的側(cè)壁；基片基座，其位于所述反應(yīng)腔內(nèi)部，一片或多片基片位于所述基片基座上并于其表面上沉積所述第III族元素和第V族元素化合物； 上電極，其設(shè)置于所述基片基座的上方；射頻供應(yīng)源，與所述上電極相連接，用于向反應(yīng)腔內(nèi)部提供射頻功率； 電絕緣部件，其位于所述上電極和所述反應(yīng)腔的接地的側(cè)壁之間，使得所述上電極與所述反應(yīng)腔的側(cè)壁電絕緣，并在清潔過程中保持所述上電極電浮接； 清潔氣體源供應(yīng)裝置，與所述反應(yīng)腔相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述基片基座在清潔過程中電接地。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述基片基座在清潔過程中電浮接。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述上電極為一氣體分布裝置，其上設(shè)置多個(gè)氣體分布孔，所述清潔氣體源通過所述氣體分布孔被輸入至所述反應(yīng)腔內(nèi)部。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述清潔氣體源供應(yīng)裝置包括一設(shè)置于所述基片基座上方的氣體噴射裝置。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述清潔氣體源供應(yīng)裝置包括一設(shè)置于所述反應(yīng)腔側(cè)壁的氣體分布環(huán)以及與所述氣體分布環(huán)相連接的多個(gè)氣體噴射器。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述基片基座在清潔過程中保持旋轉(zhuǎn)。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述基片基座在豎直方向上可以調(diào)整高度， 所述基片基座具有一靠近所述上電極的一第一位置；所述基片基座具有一遠(yuǎn)離或更靠近所述上電極的一第二位置。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述裝置構(gòu)成第III族元素和第V族元素化合物薄膜沉積裝置的一部分。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述射頻功率的頻率至少包括選自2MHZ、 13. 56MHZ、27MHZ、60MHZ、100MHZ、120MHZ 中的一種。
11.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述清潔氣體源包括含H或含Cl或含F(xiàn)的氣體。
12.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述清潔氣體源包括含0的氣體。
13.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述沉積物殘余包括碳?xì)浠衔铩?br> 14.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述沉積物殘余包括第III族元素和第V 族元素化合物。
15.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述沉積物殘余包括GaN。
16.一種原位清潔第III族元素和第V族元素化合物沉積反應(yīng)腔的裝置，包括 反應(yīng)腔，其包括接地的側(cè)壁；基片基座，其位于所述反應(yīng)腔內(nèi)部，一片或多片基片位于所述基片基座上并于其表面上沉積所述第III族元素和第V族元素化合物；射頻供應(yīng)源，與所述基片基座相連接，用于在反應(yīng)腔清潔過程中向反應(yīng)腔內(nèi)部提供射頻功率并保持所述基片基座電浮接；接地電極，其位于所述反應(yīng)腔內(nèi)部，并與所述基片基座呈平行設(shè)置；清潔氣體源供應(yīng)裝置，與所述反應(yīng)腔相連接。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于所述接地電極為上電極，其位于所述基片基座的上方。
18.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于所述基片基座在豎直方向上可以調(diào)整高度，所述基片基座具有一靠近所述接地電極的一第一位置；所述基片基座具有一遠(yuǎn)離或更靠近所述接地電極的一第二位置。
19.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于所述沉積物殘余包括GaN。
專利摘要一種原位清潔第III族元素和第V族元素化合物沉積反應(yīng)腔的裝置，包括反應(yīng)腔，其包括接地的側(cè)壁；基片基座，其位于所述反應(yīng)腔內(nèi)部，一片或多片基片位于所述基片基座上并于其表面上沉積所述第III族元素和第V族元素化合物；上電極，其設(shè)置于所述基片基座的上方；射頻供應(yīng)源，與所述上電極相連接，用于向反應(yīng)腔內(nèi)部提供射頻功率；電絕緣部件，其位于所述上電極和所述反應(yīng)腔的接地的側(cè)壁之間，使得所述上電極與所述反應(yīng)腔的側(cè)壁電絕緣，并在清潔過程中保持所述上電極電浮接；清潔氣體源供應(yīng)裝置，與所述反應(yīng)腔相連接，用于向所述反應(yīng)腔內(nèi)部提供清潔氣體，所述清潔氣體在所述上電極和所述基片基座之間形成等離子體用于清潔所述第III族元素和第V族元素化合物沉積物殘余。
文檔編號(hào)C23C16/34GK201962351SQ20102060053
公開日2011年9月7日 申請日期2010年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月9日
發(fā)明者孟雙, 尹志堯, 杜志游 申請人:中微半導(dǎo)體設(shè)備(上海)有限公司