TW201430163A - 原位清潔ｍｏｃｖｄ反應腔室的方法 - Google Patents

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Abstract

本發明實施例提供一種原位清潔MOCVD反應腔室的方法，所述方法包括：向所述反應腔室內部通入第一清潔氣體，並將所述第一清潔氣體在所述反應腔室內部轉化為第一清潔等離子體以完全去除所述反應腔室內部的含碳有機物，其中該第一清潔氣體包括第一含氧氣體；向所述反應腔室內部通入第二清潔氣體，並將所述第二清潔氣體在所述反應腔室內部轉化為第二清潔等離子體以完全去除所述反應腔室內部的金屬氧化物；其中所述第二清潔氣體包括第一含鹵素氣體。本發明實施例提供的原位清潔MOCVD反應腔室的方法對於反應腔室內部溫度相對較低表面的沉積物具有良好的清潔效果。

Description

原位清潔MOCVD反應腔室的方法
本發明係關於一種半導體製造技術領域，特別是關於一種原位清潔MOCVD反應腔室的方法。
目前，金屬有機化合物化學氣相沉積(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)技術廣泛用於製備第Ⅲ族元素和第V族元素的化合物(如GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、GaP等)。目前工藝水準中，製備第Ⅲ族元素和第V族元素的化合物之後的MOCVD反應腔室存在的一個主要問題是每個反應步驟之後會在反應腔室內部形成多餘的固態副產品沉積物(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腔室內部(如噴淋頭、基座及內壁等處)，造成工藝偏差(process drift)、性能下降，並且容易在製備第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，這些雜質會影響後續工藝，因此，在使用過程中，需要對MOCVD的反應腔室進行清潔，以去除反應腔室內部的沉積物，進而提高製備第Ⅲ族元素和第V族元素的化合物的品質。
現有技術中，去除MOCVD反應腔室內部的沉積物一般採用手動去除的方式，即打開MOCVD反應腔室、然後手動去除噴淋頭等處的沉積物。但是，採用這種清潔方法生產率低、可重複性差、清潔效率不高。為此，現有技術中有一些採用原位去除MOCVD反應腔室內部沉積物的方法，這些方法主要將含有鹵化物(halide chemistries)(如Cl2、HCl、HBr等)的氣體通入 MOCVD反應腔室內部以對沉積物進行原位去除。這種清潔方法無需打開MOCVD反應腔室、可重複性好、清潔效率高、生產率高。
但是，在溫度相對較低的表面(如採用水冷的噴淋頭表面或者反應腔室內壁表面)，由於金屬有機化合物前驅反應物(precursors)的不完全分解，這些多餘的沉積物通常主要包含相對穩定的有機物配合基(organic ligands)或者關聯的聚合物以及金屬及其化合物，其中這些相對穩定的有機物配合基(organic ligands)或者關聯的聚合物主要是高濃度的含碳有機物，此時，這種基於簡單的鹵化物(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。
為去除MOCVD反應腔室內部溫度相對較低的表面的沉積物，本發明實施例提供一種原位清潔MOCVD反應腔室內部沉積物的方法，所述方法包括：執行步驟(a)：向所述反應腔室內部通入第一清潔氣體，並將所述第一清潔氣體在所述反應腔室內部轉化為第一清潔等離子體；和/或，在所述反應腔室外部將所述第一清潔氣體轉化為所述第一清潔等離子體，並將所述第一清潔等離子體通入所述反應腔室內部；和/或，向所述反應腔室內部通入所述第一清潔氣體，並維持所述反應腔室內部的溫度在200℃至500℃之間；並將所述反應腔室內部的壓力保持在第一預定壓力範圍內第一時間段以完全去除所述反應腔室內部的含碳有機物並將所述反應腔室內部的金屬及其化合物轉化為金屬氧化物；其中，所述第一清潔氣體包括第一含氧氣體；執行步驟(b)： 向所述反應腔室內部通入第二清潔氣體，並將所述第二清潔氣體在所述反應腔室內部轉化為第二清潔等離子體；和/或，在所述反應腔室外部將所述第二清潔氣體轉化為所述第二清潔等離子體，並將所述第二清潔等離子體通入所述反應腔室內部；和/或，向所述反應腔室內部通入所述第二清潔氣體，並維持所述反應腔室內部的溫度在200℃至500℃之間；並將所述反應腔室內部的壓力保持在第二預定壓力範圍內第二時間段以完全去除所述反應腔室內部的金屬氧化物；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HCl、BCl3、Cl2、H2/Cl2的混合氣體、HBr中的一種或者幾種的組合。
優選地，所述第一清潔氣體中所述第一含氧氣體的摩爾分數大於所述第二含鹵素氣體的摩爾分數。
優選地，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O2、O3、CO2、H2O2、N2O、CO中的一種或者幾種的組合。
優選地，所述第二清潔氣體中所述第一含鹵素氣體的摩爾分數大於所述第二含氧氣體的摩爾分數。
優選地，所述第一含氧氣體包括O2、O3、CO2、H2O2、N2O中的一種或者幾種的組合。
優選地，所述第一含鹵素氣體包括HCl、BCl3、BCl/O2的混合氣體、H2/Cl2的混合氣體、Cl2、HBr中的一種或者幾種的組合。
優選地，所述第一時間段大於5分鐘，所述第二時間段大於3分鐘。
本發明實施例中，採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腔室內部的含碳有機物、採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腔室內部的金屬及其化合物。本發明實施例提供的原位清潔MOCVD反應腔室的方法能夠去除含有相對穩定的有機物配合基或者關聯的聚合物以及金屬及其化合物，從而對於反應腔室內部溫度相對較低表面的沉積物具有良好的清潔效果。
10‧‧‧反應腔室
11‧‧‧噴淋頭
12‧‧‧排氣裝置
13‧‧‧基座
41‧‧‧進氣管道
42‧‧‧進氣管道
M‧‧‧反應區
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術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明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據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。並未刻意按實際尺寸等比例縮放繪製附圖，重點在於示出本發明的主旨。
圖1是本發明實施例一的原位清潔MOCVD反應腔室的方法流程圖；圖2是本發明實施例的MOCVD反應腔室的結構示意圖；圖3是本發明實施例二的原位清潔MOCVD反應腔室的方法流程圖；圖4是本發明實施例三的原位清潔MOCVD反應腔室的方法流程圖。
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技 術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
為解決現有技術中去除MOCVD反應腔室內部溫度相對較低的表面的沉積物的效果不明顯的問題，本申請的發明人經過研究提出了一種原位清潔MOCVD反應腔室的方法。以下對該原位清潔MOCVD反應腔室的方法進行詳細描述。
實施例一
如圖1所示，本發明實施例一的原位清潔MOCVD反應腔室的方法的流程圖，以下結合MOCVD反應腔室的結構示意圖(即圖2)對該方法進行詳細說明。
步驟S101：向反應腔室10內部通入第一清潔氣體，將第一清潔氣體在反應腔室10內部轉化為第一清潔等離子體，並將反應腔室10內部的壓力保持在第一預定壓力範圍內第一時間段以去除反應腔室10內部的含碳有機物並將反應腔室10內部的金屬轉化為金屬氧化物；具體地，本發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O2、O3、CO2、H2O2、N2O中的一種或者幾種的組合；優選地，本發明實施例中的第一含氧氣體選擇具有強氧化性的氣體，如O3、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)將該氣體通入反應腔室10內部；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腔室10內部，以保證這些氣體分別通入反應腔室10，即這些氣體在進入反應腔室10內部之後才混合；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腔室10內部之前進行混合，然後將該混合之後的氣體通過 進氣管道41或者42通入反應腔室10內部。
本步驟S101中的第一清潔氣體是在進入反應腔室10內部之後轉化為等離子體的。具體地，可以在反應腔室10內部的噴淋頭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腔室10內部的反應區M(例如該反應區可以是噴淋頭11與基座13之間的區域，其中基座13用於安放製備第Ⅲ族元素和第V族元素的化合物時所用的基片)將第一清潔氣體轉化為第一清潔等離子體；另外，也可以在反應腔室10內部的反應區之外的區域將第一清潔氣體轉化為第一清潔等離子體：具體可以在反應腔室10內壁與基座13之間施加一定功率的射頻電壓或者在反應腔室10內壁與噴淋頭11之間施加一定功率的射頻電壓，通過該射頻電壓在反應區M以外的區域(圖2中反應腔室10內部除區域M之外的區域)將第一清潔氣體轉化為第一清潔等離子體。當然，本發明實施例一中將第一清潔氣體轉化為等離子體的方式並不局限於這兩種，還可以採用本領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腔室10內部轉化為第一清潔等離子體之後，維持反應腔室內部的壓力在第一預定壓力(例如0.1~10托爾(Torr))範圍內第一時間段(例如大於5分鐘)以使第一步清潔步驟(即去除反應腔室內部的含碳有機物的步驟)充分進行，例如可以維持反應腔室內部的壓力在0.1~1托爾範圍保持5~30分鐘。本領域技術人員可以在實際清潔需求的情況下選擇合適的反應腔室壓力和反應時間，在此不做一一列舉。
在清潔過程中，可以保持排氣裝置12一直處於開啟狀態，一方面可以將第一清潔等離子體與反應腔室10內部的沉積物發生反應後的氣體產物不斷排出反應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腔室10內部具有一定的壓力以滿足清潔過程的需要，即，本發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腔室10內部的壓力，即通過控制排氣裝置12的排氣量控制反應腔室10內部的壓力。
本步驟中，主要利用第一含氧氣體(O2、H2O2等)的氧化性能將反應腔室內部的沉積物中的含碳有機物轉化為氣態的碳氧化合物從而通過排氣裝置12排出反應腔室10，進而去除反應腔室10內部的有機物。另外，含氧氣體還能夠將反應腔室10內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後續步驟中去除。
另外，鑒於反應腔室10內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，僅採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化為氣態的含碳化合物，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，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生反應生成氣態的金屬鹵化物同時該氣態的金屬鹵化物可以通過排氣裝置12排出反應腔室10。例如，MOCVD反應腔室內部通常容易殘留GaN、InN、AlN等金屬及其化合物，反應腔室10內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，生成氣態的GaCl3、InCl3、AlCl3等。
鑒於本步驟S101的主要目的是去除反應腔室內部的含碳有機物，因此，本步驟中第一清潔氣體中的含氧氣體的摩爾分數可以大於第二含鹵素氣體的摩爾分數，其中第二含鹵素氣體可以包括HCl、BCl3、Cl2、H2/Cl2的混合氣體、HBr中的一種或者幾種的組合(本申請中“H2/Cl2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 優選的方式，實際上第一清潔氣體中的還原氣體的摩爾分數和第二含鹵素氣體的摩爾分數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在反應腔室10內部可以轉化為Ar等離子體，Ar等離子體能夠加速清潔反應(包括還原氣體與含碳有機物反應和/或含鹵素氣體與金屬及其化合物反應)的進行。
由第一清潔氣體轉化而成的等離子體在適當的溫度及壓力等條件下，可以使含碳有機物或聚合物的碳鍵斷裂，發生反應生成氣態的含碳化合物，從而使反應腔室內部相對穩定的有機物配合基及聚合物轉變為活性較高的容易去除的物質，這些物質在特定氣流、壓力、溫度等條件下可隨氣流被泵抽離反應腔室，從而達到清潔的目的。
需要說明的是，本發明實施例一中，可以執行下述步驟S101-A1和步驟S101-A2中的任意一個或者兩個步驟，以替代步驟S101：步驟S101-A1：在反應腔室10外部將第一清潔氣體轉化為第一清潔等離子體，並將第一清潔等離子體通入反應腔室10內部；步驟S101-A2：向反應腔室10內部通入第一清潔氣體，並維持反應腔室10內部的溫度在200℃至500℃之間；其中，步驟S101-A1和步驟S101-A2中的第一清潔氣體可以與步驟S101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S101中的第一清潔氣體具有相同的範圍(如都包含第一含氧氣體)，但是，可以選擇此範圍內不同種類的氣體，下述內容中的“具有相同的含義”的描述與此處類似。
另外，還可以在執行步驟S101的同時執行步驟 S101-A1和步驟S101-A2，以此進一步加速清潔反應的速度。
步驟S102：向反應腔室10內部通入第二清潔氣體，將第二清潔氣體在反應腔室10內部轉化為第二清潔等離子體，並將反應腔室10內部的壓力保持在第二預定壓力範圍內第二時間段以去除反應腔室10內部的金屬及其化合物；本發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HCl、BCl3、Cl2、H2/Cl2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向反應腔室10內部通入第二清潔氣體。經過步驟S101，反應腔室10內部的含碳有機物基本已經被清除，殘餘的主要是金屬(例如Ga、Al、In等)及其化合物，因此，本步驟中向反應腔室10內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腔室內部的反應區M或者反應區M之外的區域轉化為等離子體(參見步驟S101中的描述)，該等離子體能夠與沉積物中剩餘的金屬及其化合物充分反應形成為氣態的金屬鹵化物，隨後這些氣態的金屬鹵化物通過排氣裝置12排出反應腔室10。
第二清潔氣體在反應腔室10內部轉化為等離子體之後，維持反應腔室內部的壓力在第二預定壓力(如0.1~10托爾)範圍內第二時間段(例如大於3分鐘)以使第二步清潔步驟(即去除反應腔室內部的金屬及其化合物)充分進行，以完全去除反應腔室內的金屬及其化合物殘餘，例如可以將反應腔室的壓力在0.1~1托爾範圍內保持5~30分鐘。本領域技術人員可以在實際清潔需求的情況下選擇合適的反應腔室內部的壓力和反應時間，在此不做一一列舉。此外，本步驟中還能將步驟S101中產生的少量金屬氧化物去除。
具體地，可以通過控制通入反應腔室10的第二清潔氣體的流量來控制反應腔室10內部的壓力，或者也可以通過控制 排氣裝置12的開啟程度來控制反應腔室10內部的壓力。
在該步驟中，主要利用轉化為等離子體的鹵素與反應腔室內部的殘餘金屬及其化合物以及步驟S101中產生的金屬氧化物反應，從而將這些殘餘金屬及其化合物以及金屬氧化物轉化為氣態的金屬鹵化物排出反應腔室10。例如，MOCVD反應腔室內部通常容易殘留Ga、In、Al、GaN、InN、AlN等金屬及其化合物，反應腔室10內部的第二含鹵素氣體(例如Cl2)的等離子體能夠與Ga、In、Al、GaN、InN、AlN等金屬及其化合物反應，生成氣態的GaCl3、InCl3、AlCl3等。
此外，本步驟S102中第二清潔氣體中還可以含有一定量的第二含氧氣體(如O2)，該第二含氧氣體可以在反應腔室10內部轉化為等離子體，然後與可能殘留在反應腔室10內部的含碳有機物反應，以全部去除沉積物中的含碳有機物，進一步提高清潔效果。
鑒於本步驟S102的主要目的是去除反應腔室內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可以大於第二含氧氣體的摩爾分數，當然這只是一個優選的方式，實際上第二清潔氣體中的第一含鹵素氣體的摩爾分數和第二含氧氣體的摩爾分數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在反應腔室10內部轉化為Ar等離子體，Ar等離子體能夠加速反應的進行。
需要說明是的，本發明實施例一中，可以執行下述步驟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：在反應腔室10外部將第二清潔氣體轉化為第二清潔等離子體，並將第二清潔等離子體通入反應腔室 10內部；步驟S102-B2：向反應腔室10內部通入第二清潔氣體，並維持反應腔室10內部的溫度在200℃至500℃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，還可以在執行步驟S102的同時執行步驟S102-A1和步驟S102-A2，以此進一步加速清潔反應的速度。
本發明實施例一提供的原位清潔MOCVD反應腔室的方法，首先向反應腔室內部通入包括第一含氧氣體的第一清潔氣體，在反應腔室內部將第一清潔氣體轉化為等離子體並利用其氧化性能去除反應腔室內部的含碳有機物；然後向反應腔室內部通入包括第一含鹵素氣體的第二清潔氣體，在反應腔室內部將第二清潔氣體轉化為等離子體用於去除反應腔室內部的殘餘金屬及其化合物以及少量金屬氧化物，從而完全除去MOCVD反應腔室內部的沉積物。
需要說明的是，本發明實施例一中步驟S101和步驟S102的執行可以連續的，即執行完步驟S101之後立即執行步驟S102；步驟S101和步驟S102的執行也可以是間歇的，即執行完步驟S101之後隔一段時間再執行步驟S102，當然，在此間歇過程中，可以保持排氣裝置12一直處於排氣狀態，這樣能夠將步驟S101中產生的氣態產物全部排出反應腔室，進而可以提高步驟S102的清潔效率。
需要說明的是，本發明實施例一中，可以適當延長步驟S101和/或步驟S102執行的時間，以通過步驟S101完全去除反應腔室內部的含碳有機物、通過步驟S102完全去除反應腔室內部的金屬及其化合物，本領域技術人員可以採用輔助的檢測設備監測反應腔室內部的含碳有機物和/或金屬及其化合物被完全去除，鑒於該內容不是本申請的重點，在此不再詳述。
此外，本發明實施例中也可以迴圈重複執行步驟S101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明實施例一的技術方案進行詳細說明：
示例一：
A、同時向反應腔室10內通入O2、Cl2和Ar，具體地可以通過圖2所示的進氣管道分別向反應腔室10內通入O2、Cl2和Ar，O2、Cl2和Ar的流量分別為250sccm、250sccm和500sccm，在噴淋頭11和反應腔室10內壁之間加射頻電壓，保持射頻功率為2000W、射頻頻率為13.56MHz，保持反應腔室內部的壓力為0.72Torr、等離子體反應時間為10分鐘(即第一時間段為10分鐘)；經過此步驟，反應腔室內部的沉積物中絕大多數的含碳有機物被去除；B、同時向反應腔室10內通入HCl和Ar，HCl和Ar的流量均為500sccm，在噴淋頭11和反應腔室10內壁之間加射頻電壓，保持射頻功率為2000W、射頻頻率為13.56MHz，保持反應腔室內部的壓力為0.68Torr、等離子體反應時間為5分鐘(即第二時間段為5分鐘)；經過此步驟，反應腔室內部的沉積物均能夠被去除。
示例二：
A、同時向反應腔室10內通入O2、Cl2和Ar，具體地可以通過圖2所示的進氣管道分別向反應腔室10內通入O2、Cl2和Ar，O2、Cl2和Ar的流量分別為250sccm、250sccm和500sccm，在噴淋頭11和反應腔室10內壁之間加射頻電壓，保持射頻功率為2000W、射頻頻率為13.56MHz，保持反應腔室內部的壓力為0.72Torr、等離子體反應時間為10分鐘；經過此步驟，反應腔室內部的沉積物中的絕大多數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形 成金屬氧化物；B、同時向反應腔室10內通入H2、Cl2和Ar，H2、Cl2和Ar的流量分別為250sccm、250sccm和500sccm，在噴淋頭11和反應腔室10內壁之間加射頻電壓，保持射頻功率為2000W、射頻頻率為13.56MHz，保持反應腔室內部的壓力為0.68Torr、等離子體反應時間為5分鐘；經過此步驟，反應腔室10內部的沉積物中絕大多數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；鑒於在MOCVD中製備第Ⅲ族元素和第V族元素的化合物時通常需要向MOCVD反應腔室內部通入H2和Cl2，此步驟中材料採用H2和Cl2的混合氣體去除沉積物中的金屬及其化合物，就無需向反應腔室10內部添加額外的氣體，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，本發明實施例中，在原位清潔MOCVD反應腔室的過程(如步驟S101、步驟S101-A1、步驟S102、步驟S102-B1等)中，可以對反應腔室10加熱，使反應腔室10內部保持一定的溫度。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之後的產物為氣態，避免該產物遇到溫度較低的表面變成液態或者固態而殘留在反應腔室內部，例如可以保持反應腔室10內部的溫度在70~100℃之間(如70℃、80℃或者100℃等)，具體可以採用對反應腔室外壁或者內壁加熱的方式保持反應腔室內部的溫度。
本發明實施例中的清潔MOCVD反應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從而將沉積物轉變為氣態產物，並通過排氣裝置將氣態產物排出反應腔室內部。通過本發明實施例一提供的原位清潔方法去除MOCVD反應腔室內部的沉積物(尤其是溫度相對較低的表面的沉積物)能夠實現工 藝穩定、性能提升，並且能使整個MOCVD工藝自動進行。
需要說明的是，本發明實施例提供的MOCVD反應腔室的原位清潔方法還可以採用其他方式。例如，該清潔等離子體可以在反應腔室內部產生，也可以在反應腔室外部產生然後再通入反應腔室內部。
實施例二
本發明實施例二的原位清潔MOCVD反應腔室的方法與本發明實施例一的方法類似，有所不同的是，本發明實施例二中的等離子體可以在反應腔室10的外部產生，然後再通過進氣管道通入反應腔室內部。為簡化起見，本發明實施例二中僅介紹與本發明實施例一的不同之處，本領域技術人員容易從本發明實施例一的相關描述得到本發明實施例二的其他內容，在此不再贅述。
步驟S301：在反應腔室10外部將第一清潔氣體轉化為第一清潔等離子體，並將第一清潔等離子體通入反應腔室10的內部，將反應腔室10內部的壓力保持在第一預定壓力範圍內第一時間段以去除反應腔室10內部的含碳有機物並將部分金屬及其化合物轉化為金屬氧化物；本發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；優選地，本發明實施例中的第一含氧氣體選擇具有強氧化性的氣體，如O3、H2O2等。
具體地，第一清潔等離子體可以採用等離子體轉化裝置轉化而成，例如，可以首先向等離子體轉化裝置內部通入第一含氧氣體，然後在等離子體轉化裝置內部將第一含氧氣體轉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腔室相連的進氣裝置通入反應腔室內部。
第一清潔等離子體通入反應腔室內部以後，維持反 應腔室壓力在第一預定壓力範圍內第一時間段，例如可以維持反應腔室內部的壓力在0.1~10托爾範圍(作為第一預定壓力範圍的示例)內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。
需要說明是的，本發明實施例二中，可以執行下述步驟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：向反應腔室10內部通入第一清潔氣體，並將第一清潔氣體在反應腔室10內部轉化為第一清潔等離子體；步驟S301-A2：向反應腔室10內部通入第一清潔氣體，並維持反應腔室10內部的溫度在200℃至500℃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，還可以在執行步驟S301的同時執行步驟S301-A1和步驟S301-A2，以進一步加速清潔反應的速度。
步驟S302：在反應腔室10外部將第二清潔氣體轉化為第二清潔等離子體，並將第二清潔等離子體通入反應腔室10內部，將反應腔室10內部的壓力保持在第二預定壓力範圍內第二時間段以去除反應腔室10內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化裝置轉化而成，例如，可以首先向等離子體轉化裝置內部通入第一清潔氣體，然後在等離子體轉化裝置內部將第一清潔氣體轉化為第一清潔等離子體。
第二清潔等離子體通入反應腔室10內部以後，可以維持反應腔室10內部的壓力在0.1Torr~10Torr(作為第二預定壓力範圍的示例)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形成氣態的 金屬鹵化物並通過排氣裝置將這些氣態的金屬鹵化物排出反應腔室。
本發明實施例二中的第一清潔氣體與本發明實施例一中的第一清潔氣體具有相同的含義、本發明實施例二中的第二清潔氣體與本發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，本發明實施例一中的參數(如壓力、時間、溫度等)、氣體組分、含量等描述同樣適用于本發明實施例二中的方案，為簡化起見，在此不再重複描述，但是本領域普通技術人員仍然可以將本發明實施例二中的方案與本發明實施例一中的相應內容相結合從而獲得具體的實現方案，這些實現方案仍在本發明的保護範圍之內。
本發明實施例二中在反應腔室10的外部將第一清潔氣體轉化為第一清潔等離子體、將第二清潔氣體轉化為第二清潔等離子體，並將第一清潔等離子體通入反應腔室10的內部以完全去除反應腔室10內部的含碳有機物、將第二清潔等離子體通入反應腔室10內部以完全去除反應腔室10內部的金屬及其化合物。
需要說明的是，本發明實施例二中步驟S301和步驟S302的執行可以連續的，即執行完步驟S301之後立即執行步驟S302；步驟S301和步驟S302的執行也可以是間歇的，即執行完步驟S301之後隔一段時間再執行步驟S302，當然，在此間歇過程中，可以保持排氣裝置12一直處於排氣狀態，這樣能夠將步驟S301中產生的氣態產物全部排出反應腔室，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採用等離子體(第一清潔等離子和/或第二清潔等離子體)去除反應腔室內部的沉積物(含碳有機物和/或金屬及其化合物)的情形，實際上，本發明實施例中還可以採用清潔氣體與反應腔室內部的沉積物發生熱反應的方式去除該沉積物。
實施例三
本發明實施例三提供一種原位清潔MOCVD反應腔室的方法，該方法與本發明實施例一的方法類似，有所不同的是，本發明實施例三中採用清潔氣體與沉積物發生熱反應的方式去除反應腔室內部的沉積物。為簡化起見，本發明實施例三中僅介紹與本發明實施例一的不同之處，本領域技術人員容易從本發明實施例一的相關描述得到本發明實施例三的其他內容，在此不再贅述。
步驟S401：向反應腔室10內部通入第一清潔氣體，維持反應腔室10內部的溫度在200℃至500℃之間，並將反應腔室10內部的壓力保持在第一預定壓力範圍內第一時間段以去除反應腔室10內部的含碳有機物並將部分金屬及其化合物轉化為金屬氧化物；本發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；優選地，本發明實施例中的第一含氧氣體選擇具有強氧化性的氣體，如O3、H2O2等。
具體地，可以通過對反應腔室10的內壁和/或基座13和/或噴淋頭11加熱的方式使反應腔室10內部的壓力保持在第一預定壓力範圍(如0.1~10托爾)內，控制反應腔室10內部的溫度保持在200℃至500℃之間(如200℃、300℃、500℃等)，以使第一清潔氣體與沉積物中的含碳有機物反應。採用該方法，可以採用一步的方式完全去除反應腔室10內部的沉積物中的含碳有機物。
需要說明的是，本發明實施例三中，可以執行下述步驟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：向反應腔室10內部通入第一清潔氣 體，並將第一清潔氣體在反應腔室10內部轉化為第一清潔等離子體；步驟S401-A2：在反應腔室10外部將所述第一清潔氣體轉化為第一清潔等離子體，並將第一清潔等離子體通入反應腔室10的內部；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，還可以在執行步驟S401的同時執行步驟S401-A1和步驟S401-A2，以進一步加速清潔反應的進行。
步驟S402：向反應腔室10內部通入第二清潔氣體，維持反應腔室10的溫度在200℃至500℃之間，並將反應腔室10內部的壓力保持在第二預定壓力範圍內第二時間段以去除反應腔室10內部的金屬氧化物；當第二清潔氣體通入反應腔室10內部以後，可以維持反應腔室10內部的壓力在0.1Torr~10Torr(作為第二預定壓力範圍的示例)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生熱反應形成氣態的金屬鹵化物通過排氣裝置排出反應腔室。
本發明實施例三中的第一清潔氣體與本發明實施例一中的第一清潔氣體具有相同的含義、本發明實施例三中的第二清潔氣體與本發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，本發明實施例三中步驟S401和步驟S402的執行可以連續的，即執行完步驟S401之後立即執行步驟S402；步驟S401和步驟S402的執行也可以是間歇的，即執行完步驟S401之後隔一段時間再執行步驟S402，當然，在此間歇過程中，可以保持排氣裝置12一直處於排氣狀態，這樣能夠將步驟S401中產生的氣態產物全部排出反應腔室，進而可以提高步驟S402的清潔效率。
需要說明的是，本發明實施例一和/或實施例二中的參數(如壓力、時間、溫度等)、氣體組分、含量等描述同樣適用于本發明實施例三的中的方案，為簡化起見，在此不再重複描述，但是本領域普通技術人員仍然可以將本發明實施例三中的方案與本發明實施例一和/或實施例二中的相應內容相結合從而獲得具體的實現方案，這些實現方案仍在本發明的保護範圍之內。
可見，本發明實施例中可以採用清潔氣體與反應腔室內部的沉積物發生熱反應從而將該沉積物去除，也可以先將清潔氣體轉化為清潔等離子體、然後再採用該清潔等離子體與反應腔室內部的沉積物發生反應從而將該沉積物去除；其中，該清潔等離子體可以在反應腔室的外部形成，也可以在反應腔室的內部形成(可以在反應腔室內部的反應區中形成，也可以在反應腔室內部除反應區之外的區域形成)。採用本發明上述實施例中的方案，能夠採用一步的方式完全去除反應腔室內部的含碳有機物和金屬及其化合物。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。

Claims (9)

  1. 一種原位清潔MOCVD反應腔室的方法，包括：執行步驟(a)：向所述反應腔室內部通入第一清潔氣體，並將所述第一清潔氣體在所述反應腔室內部轉化為第一清潔等離子體；和/或，在所述反應腔室外部將所述第一清潔氣體轉化為所述第一清潔等離子體，並將所述第一清潔等離子體通入所述反應腔室內部；和/或，向所述反應腔室內部通入所述第一清潔氣體，並維持所述反應腔室內部的溫度在200℃至500℃之間；並將所述反應腔室內部的壓力保持在第一預定壓力範圍內第一時間段以完全去除所述反應腔室內部的含碳有機物並將所述反應腔室內部的金屬及其化合物轉化為金屬氧化物；其中，所述第一清潔氣體包括第一含氧氣體；執行步驟(b)：向所述反應腔室內部通入第二清潔氣體，並將所述第二清潔氣體在所述反應腔室內部轉化為第二清潔等離子體；和/或，在所述反應腔室外部將所述第二清潔氣體轉化為所述第二清潔等離子體，並將所述第二清潔等離子體通入所述反應腔室內部；和/或，向所述反應腔室內部通入所述第二清潔氣體，並維持所述反應腔室內部的溫度在200℃至500℃之間；並將所述反應腔室內部的壓力保持在第二預定壓力範圍內第二時間段以完全去除所述反應腔室內部的金屬氧化物；其中所述第二清潔氣體包括第一含鹵素氣體。
  2. 如請求項1所述的方法，其中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. 如請求項1所述的方法，其中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、BCl3、Cl2、H2/Cl2的混合氣體、HBr中的一種或者幾種的組合。
  4. 如請求項3所述的方法，其中所述第一清潔氣體中所述第一含氧氣體的摩爾分數大於所述第二含鹵素氣體的摩爾分數。
  5. 如請求項1所述的方法，其中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O2、O3、CO2、H2O2、N2O、CO中的一種或者幾種的組合。
  6. 如請求項5所述的方法，其中所述第二清潔氣體中所述第一含鹵素氣體的摩爾分數大於所述第二含氧氣體的摩爾分數。
  7. 如請求項1-6任一項所述的方法，其中所述第一含氧氣體包括O2、O3、CO2、H2O2、N2O中的一種或者幾種的組合。
  8. 如請求項1-6任一項所述的方法，其中所述第一含鹵素氣體包括HCl、BCl3、BCl/O2的混合氣體、H2/Cl2的混合氣體、Cl2、HBr中的一種或者幾種的組合。
  9. 如請求項1-6任一項所述的方法，其中所述第一時間段大於5分鐘，所述第二時間段大於3分鐘。
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