[實用新型]一種原位清潔第III族元素和第V族元素化合物沉積反應腔的裝置

有效

• 申請號: 201020599487.7
• 申請日: 2010-11-09
• 公開（公告）號: CN201962350U
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發明（設計）人: 尹志堯;孟雙;杜志游
• 申請（專利權）人: 中微半導體設備（上海）有限公司
• 主分類號: C23C16/34
• 分類號: C23C16/34;C23C16/455;C23C16/458
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 王潔

技術領域

本實用新型涉及生長第III族元素和第V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腔的裝置。

背景技術

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)是一種廣泛應用于制造藍光、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)中具有實際和潛在的用途，GaN薄膜的生長受到極大的關注。

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、金屬有機化合物化學氣相沉積(MOCVD)法等。目前，MOCVD法是用于為生產LED得到足夠質量的薄膜的優選的沉積方法。

MOCVD工藝通常在一個具有較高溫度控制的環境下的反應器或反應腔內通過熱工藝(thermal?processing)的方式進行。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))被通入反應腔內反應以在被加熱的基片上形成GaN薄膜。一載流氣體(carrier?gas)也可以被用于協助運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，進而形成第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薄膜或其他反應產物不僅會生長或沉積在基片上，也會生長或沉積在反應腔內的其他反應?腔部件上，例如，在反應腔的側壁上、在基片的支撐座(susceptor)上、在氣體分布裝置上、或其他地方。這些不希望出現的反應腔內的沉積物殘余(undesired?deposits?or?residues)會在反應腔內產生雜質(particles)，并可能會從附著處剝落開來，隨著反應氣體的氣流在反應腔內到處擴散，最后會落在被處理的基片上，而造成基片產生缺陷或失效，同時還會造成反應腔的污染，并對下一次MOCVD工藝質量產生壞的影響。因而，在經過一段時間的MOCVD薄膜沉積工藝后，必須停止沉積工藝，專門實施一個反應腔清潔過程來將這些附著在反應腔內的沉積物殘余清除掉。

目前，業內采用的一種反應腔清潔的方式是“手工清潔”。即，操作人員必須先停止沉積工藝，等待反應腔內部溫度降低至一定溫度后，再打開反應腔，用刷子將附著在反應腔內部(如：反應腔側壁、氣體分布裝置)上的沉積物殘余從其附著表面上“刷”下來并移出至反應腔內部；當沉積物殘余很厚時，操作人員還需要通過一種工具將它們從其附著表面上“刮”下來并移出至反應腔內部。操作人員還可以將某些附著有沉積物殘余的反應腔部件(如：基片基座)從反應腔內取出，并換上新的、“干凈”的反應腔部件。這種清潔方式的缺點是：清潔反應腔必須要停止原薄膜沉積工藝，并且要等待一段時間使反應腔內部溫度降低至適合人工清潔的溫度，還必須在打開反應腔的情況下進行，由于這些操作需要在“停機”的狀態下進行，因而會大大地降低設備生產者的生產效率和產能，而且由于這種清潔方式是“手工清潔”，因而清潔得并不徹底，每次清潔的結果也不一致，導致后續的沉積工藝可能產生工藝品質的偏移和缺陷。

由于這些不希望出現的沉積物殘余通常是經過幾小時或幾十個小時逐漸形成的，因而其成份很復雜，通常會包括逐漸形成的、相互混合摻雜在一起的金屬化合物沉積殘余和碳氫化合物沉積殘余。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、AlN、InGaN、AlGaN等；而碳氫化合?物沉積殘余通常是各類碳氫化合物(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腔內清除掉，一直是MOCVD工業界內的挑戰和難題。

再者，對于反應腔使用者而言，每一次反應腔清潔都會導致沉積工藝被迫停止，而這將導致反應腔的工藝生產的吞吐量(throughput)減少、增加生產者的使用成本。因而，有必要開發一種有效的、省時的方式將所述第III族元素和第V族元素化合物從反應腔內清除掉，并保證每次清潔的質量和一致性。

實用新型內容

針對背景技術中的上述問題，本實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腔內的沉積物殘余的裝置。

根據本實用新型的一方面，本實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腔的裝置，包括：

反應腔，其包括側壁，所述側壁包括由電介質材料組成的電介質部分；