TWI496935B - Ｍｏｃｖｄ腔室在原位清潔後利用ｎｈ３淨化之去汙染 - Google Patents

Ｍｏｃｖｄ腔室在原位清潔後利用ｎｈ３淨化之去汙染 Download PDF

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MOCVD腔室在原位清潔後利用NH3淨化之去汙染
本發明之實施例大致關於在腔室中處理基板(例如，藉由金屬-有機化學氣相沉積(MOCVD)處理與/或氫化物氣相磊晶(HVPE)沉積處理形成III-V族材料)後，自基板處理腔室之一或多個內表面移除不欲之沉積累增物的方法與設備。
發現III-V族薄膜在諸如短波發光二極體(LEDs)、雷射二極體(LDs)、與電子元件(包括高功率、高頻率與高溫電晶體與積體電路)的多種半導體元件發展與製造中越來越重要。舉例而言，利用III族-氮化物半導體材料氮化鎵(GaN)製造短波長(例如，藍/綠至紫外光)LEDs。已經發現利用GaN製造的短波長LEDs比起利用非-氮化物半導體材料(包括II-VI族元素)製造的短波長LEDs而言，可提供顯著較高的效率與較長的運作時間。
一種已經用來沉積III族-氮化物(例如，GaN)之方法係金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)。此化學氣相沉積方法通常執行於溫度受控環境之反應器中，以確保包含至少一III族元素(例如，鎵(Ga))之第一前驅物氣體的穩定性。第二前驅物氣體(例如，氨(NH3 ))提供形成III族-氮化物所需之氮。將兩個前驅物氣體注入反應器中之處理區域，其在處理區域中混合並移向處理區域中之加熱基板。載體氣體可用來助於傳送前驅物氣體朝向基板。前驅物在加熱之基板表面處反應以在基板表面上形成III族-氮化物層(例如，GaN)。
已經用來沉積III族-氮化物(例如，GaN)之另一方法係氫化物氣相磊晶法(HVPE)。生成III-V族之HVPE處理通常執行於溫度受控環境之反應器中，以確保處理中應用之III族金屬的穩定性。反應器中III族源(例如，鎵(Ga)金屬源)提供之III族金屬與鹵化物(例如，氯化氫(HCl)氣體)反應以形成III族鹵化物蒸汽。接著藉由不同的氣體管線傳送含氮前驅物(例如，氨(NH3 ))至反應器中之反應區域，含氮前驅物於反應區域中被加熱並與III族鹵化物蒸汽(例如，GaCl3 )混合。載體氣體係用來攜帶III族鹵化物與V族蒸汽朝向反應器中之基板。載體氣體所攜帶之混合III族鹵化物(例如，GaCl3 )與含氮前驅物(例如，氨(NH3 ))接著於基板表面上磊晶生成III-V族(GaN)層。
在MOCVD與HVPE處理過程中，內表面(諸如，處理腔室之壁與噴頭)上不欲之沉積會發生於MOCVD與HVPE腔室兩者中。上述之不欲沉積會在腔室中產生微粒與薄片，造成處理條件的偏移且更重要地會影響處理再現性與均勻性。如產業中所知，通常在每隔數個處理運轉後執行異位清潔。某些異位清潔中，每隔數個運轉並須拆卸腔室並手動清潔。舉例而言，某些異位清潔中， 可藉由加熱或添加過氧化物添加劑來促進氫氧化鈉或氫氧化舺溶液清潔反應器之鋼部件，並利用清潔溶液(諸如，含硝酸-氫氯酸(HCl：HNO3 )溶液或或含氫氟酸溶液)來清潔石英與石墨部件。隨後，清洗部件、在反應器外於烤箱中烘烤乾燥部件、且最後在重新開始沉積處理之前再度於較高溫度(至少高於處理溫度100℃)下烘烤部件。這係非常麻煩的處理，並對任何高-產量基板處理系統造成不合理的限制。
隨著對LEDs、LDs、電晶體與積體電路的需求提高，沉積高品質III族氮化物薄膜的效率變得更加重要。因此，需要清潔基板腔室之改善方法與設備，其可減少微粒污染同時維持基板產量。
本發明之實施例大致關於在腔室中處理基板(例如，藉由金屬-有機化學氣相沉積(MOCVD)處理與/或氫化物氣相磊晶(HVPE)沉積處理形成III族-V族材料)後，自基板處理腔室之一或多個內表面移除不欲之沉積累增物之方法與設備。一實施例中，提供自金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)處理腔室之一或多個內表面移除不欲之沉積累增物的方法。方法包括在配置於基板處理腔室中之基板上沉積一或多個含III族層；傳送基板離開基板處理腔室；脈衝鹵素清潔氣體進入處理腔室以自處理腔室之一 或多個內表面移除不欲之沉積累增物的至少一部分；及在脈衝鹵素清潔氣體後脈衝淨化氣體進入處理腔室，以自處理腔室移除鹵素清潔氣體與不欲之沉積累增物反應形成的反應副產物，其中脈衝淨化氣體緊接於脈衝鹵素清潔氣體之後，以在反應副產物凝結於基板處理腔室內表面上之前，自處理腔室內表面移除反應副產物。
另一實施例中，提供自基板處理腔室之一或多個內表面移除不欲之沉積累增物的方法。方法包括將基板置於基板處理腔室之處理空間中之基板支撐件上，基板處理腔室包括噴頭以供應處理氣體至處理空間；配置於處理空間中之基板上沉積一或多個含鎵層；傳送基板離開基板處理腔室；脈衝氯氣進入基板處理腔室以自基板處理腔室之一或多個內表面與噴頭移除不欲之沉積累增物的至少一部分；及脈衝第一淨化氣體進入處理腔室，以自基板處理腔室移除氯氣以及氯氣與不欲之沉積累增物反應形成之反應副產物。
又另一實施例中，提供製造化合氮化物半導體元件之整合處理系統。整合處理系統包括一或多個基板處理腔室，可用以在位於基板處理腔室中之一或多個基板上形成一或多個III族化合氮化物半導體層；鹵素氣體源，與一或多個基板處理腔室至少一者耦接，可用以脈衝鹵素氣體進入基板處理腔室，以自基板處理腔室之一或多個內表面移除在一或多個基板上形成一或多個III族化合氮化物半導體層的同時沉積之不欲沉積累增物的至少一 部分；及淨化氣體源，與一或多個基板處理腔室至少一者耦接，可用以脈衝淨化氣體進入一或多個基板處理腔室，以自基板處理腔室移除鹵素氣體與不欲之沉積累增物反應形成之反應副產物。
本文所述實施例提供腔室清潔之改善方法與設備，其可原位執行以自基板處理腔室之內表面移除不欲之沉積累增物，因此減少微粒污染同時維持系統正常運行。在不移除沉積系統部件(諸如，噴頭、載具、基板支撐件與/或基板處理腔室之襯裡)下執行原位清潔處理。一實施例中，藉由脈衝含鹵素氣體(例如，含氯清潔氣體)進入基板處理腔室來執行腔室清潔處理，其將腔室與腔室部件表面上之不欲沉積物(例如，鎵塗層)轉換成氣態形式(例如，GaCl3 )，隨後可自腔室移除氣態形式。
如先前所述，藉由MOCVD或HVPE的GaN高溫生成通常造成嚴重的腔室部件(特別係噴頭)寄生沉積。此寄生沉積造成腔室內的微粒與薄片，這會造成處理條件的偏移且更重要地會影響處理再現性與均勻性。因此，在每個運轉後需要打開腔室並手動清潔，這大幅地降低腔室效率。本文所述實施例利用鹵素氣體(例如，氯)來執行原位腔室清潔。
第1A圖係氯化鎵(GaCl3 )相圖。利用氯氣與/或任何其他含鹵素氣體(諸如，氟、溴或碘)之一優點係不會形成應用HCl實例中之NH4 Cl。氯清潔處理的主要反應產物通常係氯化鎵(GaCl3 )。某些處理溫度下，GaCl3 在腔室內凝結。根據第1A圖所示之GaCl3 壓力-溫度相圖，有可能能夠預測適合保持GaCl3 於氣相且避免任何殘餘物沉積或凝結於腔室內(特別係噴頭上)之條件。GaCl3 相圖清楚地顯示，若將溫度維持於某種水平下並將壓力維持在高水平時，會促進GaCl3 的凝結。
再者，若降低壓力並提高溫度高於某種水平，可促進GaCl3 的蒸發。因此，維持沉積腔室內的溫度與壓力以便鎵與氯氣反應並形成GaCl3 固體於噴頭上。將鎵轉換成GaCl3 之後，降低壓力以促進GaCl3 的蒸發。可適當地提高溫度以提供有助於GaCl3 蒸發的環境。某些實施例中，需要高於100℃的溫度與低於20托的壓力以保持反應產物(例如，GaCl3 )於氣相中。
目前，MOCVD與HVPE技術係生成III族-氮化物系LED製造最廣泛應用的技術。可利用MOCVD與/或HVPE技術任何組合形成之氮化物-系結構之一實例為第1B圖所述之GaN-系LED結構100。其係製造於基板104上。基板直徑尺寸可在50mm-100mm或更大範圍之間。可理解基板可由下列至少一者所構成：藍寶石、SiC、GaN、矽、石英、GaAs、AlN與玻璃。在形成於基板上之GaN 或氮化鋁(AlN)緩衝層108上，沉積未摻雜氮化鎵(u-GaN層)與隨後之n-型GaN層112。由多重量子井層116具現元件的主動區，圖示中顯示包括InGaN層。以覆蓋p-型AlGaN層120形成P-N接合區，而p-型GaN層124作為接觸層。
上述LED製造處理的一實例可在處理腔室中基板104清潔之後應用HVPE與/或MOCVD技術的組合。一實施例中，藉由提供適當前驅物流至處理腔室並利用熱處理來達成沉積以完成MOCVD沉積。舉例而言，可利用Ga與含氮前驅物(或許具有N2 、H2 與NH3 流暢氣體流動)來沉積GaN層。一實施例中，應用HVPE沉積。舉例而言，可利用HVPE技術藉由III族源(例如，鎵(Ga)金屬源)與鹵化物(例如，氯化氫(HCl)氣體)反應形成III族鹵化物蒸汽並流動III族鹵化物蒸氣來沉積GaN層。隨後藉由不同的氣體管線將含氮前驅物(例如，氨(NH3 ))傳送至腔室中之反應區域，含氮前驅物於反應區域中被加熱並與III族鹵化物蒸汽(例如，GaCl3 )混合。載體氣體係用來攜帶III族鹵化物與V族蒸氣朝向反應區域中之基板。載體氣體所攜帶之混合III族鹵化物(例如，GaCl3 )與含氮前驅物(例如，氨(NH3 ))隨後於基板表面上磊晶生成III-V族(GaN)層。
可利用Ga、N與In前驅物(或許帶有流暢氣體流)沉積InGaN層。可利用Ga、N與Al前驅物(亦或許帶有流暢 氣體流)沉積AlGaN層。所示結構100中，GaN緩衝層108的厚度約500Å，其已經於約550℃溫度下沉積。隨後的u-GaN與n-GaN層112沉積通常執行於較高溫度下，例如一實施例中，1,050℃附近。u-GaN與n-GaN層112係相當厚的，約4μm等級之沉積厚度需要約140分鐘進行沉積。InGaN多重量子井(MQW)層116的厚度約750Å，其可在約750℃溫度下沉積約40分鐘週期而形成。p-AlGaN層120的厚度約200Å，其可在約950℃至約1020℃之溫度下沉積約五分鐘而形成。一實施例中，完成結構之接觸層124的厚度可約為0.4μm，且可在約1,050℃的溫度下沉積約25分鐘而形成。此外，可對薄膜添加摻雜質(諸如，矽(Si)或鎂(Mg))。可藉由在沉積處理過程中添加少量的摻雜氣體來摻雜薄膜。舉例而言，對矽摻雜而言，可應用矽烷(SiH4 )或乙矽烷(Si2 H6 )氣體，而對鎂摻雜而言，摻雜氣體可包括雙(環戊二烯基)鎂(Cp2 Mg或(C5 H5 )2 Mg)。
第1C圖係形成於基板105上之GaN系LD結構150之一實例的示意圖。基板105可相似於第1B圖的基板104。
一實施例中，在熱清潔步驟與預處理製程後將LD結構150形成於基板105上。可藉由在加熱基板105時將基板105暴露於清潔氣體混合物(包括氨與載體氣體)來執行熱清潔步驟。一實施例中，預處理製程包括在將基 板加熱至高溫範圍時將基板暴露於預處理氣體混合物。一實施例中，預處理氣體混合物係包括鹵素氣體的蝕刻劑。
LD結構150係形成於基板105上之堆疊結構。一實施例中，LD結構150起始於n-型GaN接觸層152。LD結構150更包括n-型披覆層154。披覆層154可包括AlGaN。未摻雜導引層156係形成於披覆層154上。導引層156可包括InGaN。具有多重量子井(MQW)結構之主動層158係形成於導引層156上。未摻雜導引層160係形成於主動層158上。p-型電子阻擋層162係形成於未摻雜導引層160上。p-型接觸GaN層164係形成於p-型電子阻擋層162上。
高溫下的GaN生成通常造成處理腔室中嚴重的Ga金屬與GaN寄生沉積，在腔室部件上特別嚴重，腔室部件包括處理腔室之壁、噴頭與氣體分配組件。此種寄生沉積一般常見於鎵中。富含鎵的沉積因為鎵本身作為阱之特性而引發問題，鎵與用於沉積隨後LED單一層之氣相前驅物反應，舉例而言，氣相前驅物諸如三甲基銦(TMI)、三甲基鋁(TMA)、n-型摻雜質(例如，矽烷(SiH4 )與乙矽烷(Si2 H6 ))與p-型摻雜質(例如，Cp2 Mg)。
第2圖係根據本文所述實施例描繪處理系統200之一實施例的示意俯視圖，其包括HVPE腔室202與多個 MOCVD腔室203a與203b以製造化合氮化物半導體元件。一實施例中，將處理系統200中環境之壓力維持在真空環境或低於大氣壓力下。某些實施例中，樂見以惰性氣體(例如，氮)回填處理系統200。雖然僅顯示一個HVPE腔室202與兩個MOCVD腔室203a及203b，但應理解一或多個MOCVD腔室與一或多個HVPE腔室之任何組合亦可耦接至傳送室206。舉例而言，一實施例中，處理系統200可包括3個MOCVD腔室。另一實施例中，本文所述之處理可執行於單一MOCVD腔室中。亦應當理解雖然顯示為群集工具，氮本文所述實施例可執行於線性軌道系統。
一實施例中，額外的腔室204係耦接至傳送室206。一實施例中，額外的腔室204可包括諸如MOCVD腔室或HVPE腔室的額外處理腔室。另一實施例中，額外的腔室204可包括測量腔室。又另一實施例中，額外的腔室204可包含預-處理或後-處理腔室，諸如適以除氣、定向、冷卻、預處理/預清潔、退火後等之服務腔室。一實施例中，傳送室具有六邊且外形為六角形並具有六個位置讓處理腔室架設。另一實施例中，傳送室206可具有其他形狀，並具有五個、七個、八個或更多側邊與相對應數目之處理腔室架設位置。
HVPE腔室202係適以執行HVPE處理，其中氣態金屬鹵化物係用於在加熱之基板上磊晶生成厚的化合氮化 物半導體材料層。HVPE腔室202包括腔室主體214，其中置放基板以經歷處理；化學輸送模組218，可自其輸送氣體前驅物至腔室主體214；及電子模組222，包括處理系統200之HVPE腔室的電子系統。
各個MOCVD腔室203a、203b包括形成處理區之腔室主體212a、212b，將基板置於其中以經歷處理；化學輸送模組216a、216b，自其輸送諸如前驅物、淨化氣體與清潔氣體之氣體至腔室主體212a、212b；及用於各個MOCVD腔室203a、203b之電子模組220a、220b，其包括處理系統200之各個MOCVD腔室的電子系統。各個MOCVD腔室203a、203b係適以執行CVD處理，其中金屬有機元素與金屬氫化物元素反應以形成薄的化合氮化物半導體材料層。
處理系統200包括容納機器人組件207之傳送室206、與傳送室206耦接之HVPE腔室202、第一MOCVD腔室203a、與第二MOCVD腔室203b、與傳送室206耦接之負載鎖定腔室208、與傳送室206耦接且用以儲存基板之批次負載鎖定腔室209、及與負載鎖定腔室208耦接且用以負載基板之負載台210。傳送室206包括之機器人組件207係用來拾起並傳送基板於負載鎖定腔室208、批次負載鎖定腔室209、HVPE腔室202與第一MOCVD腔室203a與第二MOCVD腔室203b之間。
傳送室206可在處理過程中保持在真空與/或低於大氣壓力之壓力下。傳送室206之真空水平可經調節以符合對應處理腔室之真空水平。舉例而言，當自傳送室206傳送基板進入HVPE腔室202(或反過來)時，可將傳送室206與HVPE腔室202維持在相同真空水平下。接著，當自傳送室206傳送基板至負載鎖定腔室208或批次負載鎖定腔室209(或反過來)時，即便負載鎖定腔室208或批次負載鎖定腔室209與HVPE腔室202的真空水平可能不同，傳送室真空水平可匹配負載鎖定腔室208或批次負載鎖定腔室209之真空水平。因此，可調節傳送室之真空水平。某些實施例中，樂見以惰性氣體(例如，氮)回填傳送室206。一實施例中，在高於90% N2 之環境中傳送基板。某些實施例中，在高純度NH3 環境中傳送基板。一實施例中，在高於90% NH3 之環境中傳送基板。某些實施例中，在高純度H2 環境中傳送基板。一實施例中，在高於90% H2 之環境中傳送基板。
處理系統200中，機器人組件在真空下將裝載有基板之攜帶板211傳送進入HVPE腔室202以進行第一沉積處理。攜帶板211尺寸在200mm-750mm之間。攜帶板211可由多種材料(包括SiC或SiC-塗覆之石墨)所形成。機器人組件在真空下將攜帶板211傳送進入第一MOCVD腔室203a以進行第二沉積處理。機器人組件在真空下將攜帶板211傳送進入第二MOCVD腔室203b以 進行第三沉積處理。在已經完成所有或某些沉積步驟之後，將攜帶板211自HVPE腔室202或MOCVD腔室203a、203b之任一者傳送回負載鎖定腔室208。一實施例中，接著朝向負載台210釋放攜帶板211。另一實施例中，在HVPE腔室202或MOCVD腔室203a、203b中進一步處理前，可將攜帶板211儲存於負載鎖定腔室208或批次負載鎖定腔室209任一者中。一示範系統係描述於2008年1月31日申請之美國專利申請案12/023,572，現公開為US 2009-0194026，名稱為「PROCESSING SYSTEM FOR FABRICATING COMPOUND NITRIDE SEMICONDUCTOR DEVICES」，其全文以參考資料併入本文中。
系統控制器260控制處理系統200之行動與操作參數。系統控制器260包括電腦處理器與耦接至處理器之電腦可讀記憶體。處理器執行系統控制軟體，例如儲存於記憶體中之電腦程式。處理系統與應用方法的態樣進一步描述於2006年4月14日申請之美國專利申請案11/404,516，現公開為US 2007-0240631，名稱為「EPITAXIAL GROWTH OF COMPOUND NITRIDE STRUCTURES」，其全文以參考資料併入本文中。
第3圖係根據本文所述實施例之MOCVD腔室203(本文亦稱為203a與203b)的示意橫剖面圖。MOCVD腔室203包括腔室主體212；化學輸送模組216，用以輸送前 驅物氣體、載體氣體、清潔氣體與/或淨化氣體；帶有電漿源之遠端電漿系統326；基座或基板支撐件314；及真空系統312。腔室203包括封圍處理空間308之腔室主體212。噴頭組件304係配置於處理空間308之一端，而攜帶板211係配置於處理空間308之另一端。攜帶板211可配置於基板支撐件314上。基板支撐件314具有z-舉升能力，以如同箭頭315所示移動於垂直方向中。一實施例中，z-舉升能力可用來將基板支撐件移動向上並接近噴頭組件304，或將基板支撐件移動向下且遠離噴頭組件304。某些實施例中，基板支撐件314包括加熱元件，舉例而言，電阻式加熱元件(未顯示)，以控制基板支撐件314之溫度，並因此控制攜帶板211與配置於基板支撐件314上之基板340的溫度。
一實施例中，噴頭組件304具有第一處理氣體通道304A，其與化學輸送模組216耦接以輸送第一前驅物或第一處理氣體混合物至處理空間308；第二處理氣體通道304B，其與化學輸送模組216耦接以輸送第二前驅物或第二處理氣體混合物至處理空間308；及溫度控制通道304C，其與熱交換系統370耦接以流動交換流體至噴頭組件304好助於調控噴頭組件304之溫度。適當熱交換流體包括(但不限於)水、水-系乙二醇混合物、全氟聚醚(例如，Galden®流體)、油-系熱傳送流體或相似流體。一實施例中，處理過程中，可透過與噴頭組件304中之 第一處理氣體通道304A耦接之氣體導管346將第一前驅物或第一處理氣體混合物輸送至處理空間308，並可透過與第二氣體處理通道304B耦接之氣體導管345將第二前驅物或第二處理氣體混合物輸送至處理空間308。應用遠端電漿源之實施例中，可透過導管304D將電漿輸送至處理空間308。應當注意處理氣體混合物或前驅物可包括一或多個前驅物氣體或處理氣體以及可與前驅物氣體混合之載體氣體與摻雜氣體。
適以執行本文所述實施例之示範性噴頭係描述於2007年10月16日申請之美國專利申請案11/873,132，現公開為US 2009-0098276，名稱為「MULTI-GAS STRAIGHT CHANNEL SHOWERHEAD」；2007年10月16日申請之美國專利申請案11/873,141，現公開為US 2009-0095222，名稱為「MULTI-GAS SPIRAL CHANNEL SHOWERHEAD；及2007年10月16日申請之美國專利申請案11/873,170現公開為2009-0095221，名稱為「MULTI-GASCONCENTRIC INJECTION SHOWERHEAD」，所有其之全文以參考資料併入本文中。
下圓蓋319係配置於下部空間310之一端，而攜帶板211係配置於下部空間310之另一端。攜帶板211係顯示於處理位置中，但可移動至可負載與卸載基板340之較低位置。排氣環320可配置於攜帶板211週邊以助於避免沉積發生於下部空間310中，並亦有助於自腔室203 直接將氣體排至排氣埠309。下圓蓋319可由透明材料(例如，高-純度石英)製成，好讓光線通過以輻射加熱基板340。可藉由複數個配置於下圓蓋319下方之內部燈泡321A與外部燈泡321B來提供輻射加熱，並可利用反射器366來幫助控制腔室203暴露於內部與外部燈泡321A、321B提供之輻射能量。亦可利用額外的燈泡環來細微地溫度控制基板340。
某些實施例中，可自配置於攜帶板211下方且接近腔室主體212底部之噴頭組件304與/或入口埠或管道(未顯示)輸送淨化氣體(例如，含氮氣體)進入腔室203。淨化氣體進入腔室203之下部空間310並向上流過攜帶板211與排氣環320，且進入圍繞環狀排氣通道305而配置之排氣埠309。排氣導管306連接環狀排氣通道305至真空系統312，其包括真空泵307。可利用閥系統來控制腔室203壓力，閥系統控制自環狀排氣通道引出支排出氣體的速率。MOCVD腔室203之其他態樣係描述於2008年1月31日申請之美國專利申請案12/023,520，名稱為「CVD APPARATUS」，其之全文倚參考資料併入本文中。
某些實施例中，可自配置於處理空間308附近之噴頭組件304與/或入口埠或管道(未顯示)輸送清潔氣體(例如，鹵素氣體)進入腔室203。清潔氣體進入腔室203之處理空間308以自腔室部件(諸如，基板支撐件314與 噴頭組件304)移除沉積物，並透過多個圍繞環狀排氣通道305而配置之排氣埠309離開腔室。
化學輸送模組216輸送化學物質至MOCVD腔室203。自化學輸送系統透過輸送管線供應反應性氣體、載體氣體、淨化氣體與清潔氣體進入腔室203。一實施例中，透過輸送管線供應氣體進入氣體混合匣，氣體於其中混合在一起並輸送至噴頭304。另一實施例中，透過不同的輸送管線將氣體輸送至噴頭304並在腔室203中混合。一般而言，各個氣體的輸送管線包括閉止閥，其可用來自動或手動地停止氣體流進入其相關管線；及質量流量控制器或其他類型的控制器，其測量經過輸送管線的氣體或液體流。各個氣體的輸送管線亦包括濃度監控器，其監控前驅物濃度並提供即時反饋；可包括背壓調控器以控制前驅物氣體濃度；閥轉換控制，可用來快速與準確地轉換閥；氣體管線中之濕氣感測器，可測量水分程度且可提供反饋至系統軟體，系統軟體接著可提供警示/警報給操作者。亦可加熱氣體管線以避免前驅物與清潔氣體凝結於供應管線中。取決於所應用之處理，某些源可為液體而非氣體。當應用液體源時，化學輸送模組包括液體注入系統或其他適當機構(例如，起泡器)以蒸發液體。隨後，如熟悉技術人士所知，來自液體的蒸氣通常與載體氣體混合。
遠端電漿系統326可提供電漿給選擇之應用，諸如腔室清潔或自處理基板蝕刻殘餘物。一實施例中，遠端電漿系統326係遠端微波電漿系統。遠端電漿系統326自透過輸入管線供應之前驅物產生的電漿物種，係透過導管送入以經由噴頭組件304分散至MOCVD腔室203。清潔應用的前驅物氣體可包括含氯氣體、含氟氣體、含碘氣體、含溴氣體、含氮氣體與/或其他反應性元素。遠端電漿系統326亦可適於在層沉積處理過程中將適當的沉積前驅物氣體流入遠端電漿系統326而用於沉積CVD層。一實施例中，遠端電漿系統326係用來輸送活性氮物種至處理空間308。
可進一步藉由循環熱交換液體通過腔室壁中之管道(未顯示)來控制MOCVD腔室203之壁與周圍結構(例如，排氣通道)之溫度。取決於所欲作用，熱交換液體可用來加熱或冷卻腔室壁。舉例而言，熱液體可有助於在熱沉積處理過程中維持均勻的熱梯度，而冷液體可用來在原位電漿處理過程中自系統移除熱量、或限制沉積產物形成於腔室壁上。噴頭組件304亦可具有熱交換通道(未顯示)。一般而言，熱交換流體為水-系乙二醇混合物、油-系熱傳送流體或相似流體。此種稱為「熱交換器」加熱之加熱作用可有利地減少或排除不欲之反應產物凝結，並可改善移除處理氣體與其他污染物之揮發產物， 若揮發產物凝結於冷卻真空通道之壁上且在無氣流期間往回移動進入處理腔室的話，將會污染處理。
應當理解MOCVD腔室203可經修飾以適應且處理線上輸送處理系統(例如，處理系統200)中之基板，可修飾腔室以包括輸送器。
第4圖係根據本文所述實施例用以製造化合氮化物半導體元件之氫化物氣相磊晶(HVPE)設備400之一實施例的示意橫剖面圖。設備包括蓋404所封圍之腔室402。將來自第一氣體源410之處理氣體透過氣體分配噴頭406輸送至腔室402。一實施例中，第一氣體源410可包括含氮化合物。另一實施例中，第一氣體源410可包括氨。一實施例中，亦可透過氣體分配噴頭406或透過腔室402之壁408任一者導入惰性氣體(諸如，氦或雙原子氮)。能量源412可配置於氣體源410與氣體分配噴頭406之間。一實施例中，能量源412可包括加熱器。能量源412可打破來自氣體源410之氣體(例如，氨)，以便來自含氮氣體之氮更具活性。
為了與來自第一源410之氣體反應，可自一或多個第二源418輸送前驅物材料。一或多個第二源418可包括諸如鎵與鋁之前驅物。可理解雖然提及兩個前驅物，但如上述般可輸送更多或更少的前驅物。一實施例中，前驅物包括以液體形式存在於前驅物源418中之鎵。另一 實施例中，前驅物包括以固體形式存在於前驅物源418中之鋁。一實施例中，鋁前驅物可為固體粉末形式。可藉由流動反應性氣體越過與/或通過前驅物源418中之前驅物而將前驅物輸送至腔室402。一實施例中，反應性氣體可包括含氯氣體，例如雙原子氯。含氯氣體可與前驅物源(諸如，鎵或鋁)反應以形成氯化物。一實施例中，一或多個第二源418可包括共熔合金材料與其合金。另一實施例中，HVPE設備400可經配置以處理摻雜源以及至少一本質源以控制摻雜濃度。
為了提高含氯氣體與前驅物反應之效力，可將含氯氣體曲折通過腔室432中之源舟434並以電阻式加熱器420加熱。藉由提高含氯氣體曲折通過腔室432之停留時間，可控制含氯氣體之溫度。藉由提高含氯氣體之溫度，氯可更快速地與前驅物反應。換句話說，換句話說，溫度係氯與前驅物間之反應的催化劑。
為了提高前驅物的反應性，可藉由第二腔室432中之電阻式加熱器420在源舟434中加熱前驅物。舉例而言，一實施例中，可將鎵前驅物加熱至約750℃至約850℃間之溫度。氯化物反應產物可接著輸送至腔室402。反應性氯化物產物首先進入管422，其中產物均勻地分散於管422中。管422係連接至另一管424。氯化物反應產物在已經均勻地分散於第一管422中後，進入第二管424。氯化物反應產物接著進入腔室402，其中氯化物反 應產物與含氮氣體混合以在配置於基座或基板支撐件414上之基板416上形成氮化物層。一實施例中，基板支撐件414可包括碳化矽。氮化物層可包括諸如氮化鎵或氮化鋁。可透過排氣裝置426排出其他反應產物(諸如，氮與氯)。
腔室402可具有能導致浮力效應之熱梯度。舉例而言，在約450℃與約550℃之間的溫度下透過氣體分配噴頭406導入氮基氣體。腔室壁408可具有約600℃至約700℃的溫度。基板支撐件414可具有約1050至約1150℃的溫度。因此，腔室402中之溫度差異可讓氣體在受熱時於腔室402中上升而在冷卻時下降。氣體的上升與下降可造成氮氣與氯化物氣體的混合。此外，浮力效應因為混合可減少氮化鎵或氮化鋁沉積於壁408上之數量。
以配置於基板支撐件414下方之燈模組428加熱基板支撐件414來達成處理腔室402的加熱。沉積過程中，燈模組428係處理腔室402熱量的主要來源。雖然顯示且描述成燈模組428，但可理解能應用其他加熱源。可藉由利用嵌於腔室402之壁408中之加熱器430來達成處理腔室402的額外加熱。嵌於壁408中之加熱器430可在沉積處理過程中提供少量(若有的話)的熱量。熱電偶可用來測量處理腔室內之溫度。熱電偶之輸出可反饋至控制器，其基於來自熱電偶之數值控制加熱器430之加熱。舉例而言，若腔室太冷時，將打開加熱器430。 若腔室太熱時，將關掉加熱器430。此外，來自加熱器430之加熱量可經控制以致由加熱器430提供少量的熱量。
沉積處理後，通常將基板416自處理腔室402取出。關掉燈模組428。在來自燈模組428之熱不存在下，腔室402可快速冷卻。已經沉積於壁408上之氮化鎵或氮化鋁的熱膨脹係數不同於壁408本身的熱膨脹係數。因此，氮化鎵或氮化鋁會因為熱膨脹而成片剝離。為了避免不欲之成片剝離，可打開嵌於腔室壁408中之加熱器430以控制熱膨脹並維持腔室402於所欲腔室溫度下。可再度基於熱電偶之即時反饋來控制加熱器430。一旦關掉燈模組428後，可打開或調高加熱器430以維持腔室402溫度在所欲溫度下，以致氮化鎵或氮化鋁不會成片剝離而污染基板或基板支撐件414上之空地而造成不均勻的基板支撐件414表面。藉由維持腔室壁408在高溫下，氯可更有效地自腔室壁408清潔沉積物。
示範性清潔處理：
第5圖係可用來清潔基板處理腔室之清潔處理500之一實施例的流程圖。如第5圖所示，在基板處理腔室中進行沉積一或多個含III族層於基板上或其他類型的基板處理(文字塊510)後，可將基板傳送離開基板處理腔室(文字塊520)。
一實施例中，文字塊510過程中，在MOCVD腔室中利用MOCVD前驅物氣體進行預處理製程與/或生成緩衝層於一或多個基板上，舉例而言，前驅物氣體為三烷基鎵化合物，其中烷基係選自甲基、乙基、丙基、丁基、其之異構物、其之衍生物或其之組合。一實施例中，三烷基鎵化合物係三甲基鎵(TMG)。一實施例中，在550℃的溫度與約100托至約600托的腔室壓力下供應TMG、NH3 與N2 。一實施例中，壓力係約300托。
接著生成厚的u-GaN/n-GaN層，此實例中係在1,050℃的溫度與約100托至約600托的腔室壓力下利用MOCVD前驅物氣體(諸如，TMG、NH3 與N2 )而加以形成。一實施例中，壓力係約300托。
文字塊510期間，亦可將含III族材料與III族元素沉積於處理腔室之內表面(諸如，噴頭、基座與攜帶板)上。一實施例中，樂見隨著腔室清潔攜帶板211。舉例而言，在自MOCVD腔室203移除攜帶板211之後，自攜帶板211移除基板340並將攜帶板重新插入MOCVD腔室203以隨著MOCVD腔室203而清潔。一實施例中，在自MOCVD腔室203移除攜帶板211之後，將攜帶板211插入HVPE腔室400以進行清潔。隨後，以含鹵素氣體執行原位腔室清潔(文字塊530)以自基板處理腔室之內表面移除不欲之沉積物，隨後為選擇性之後-原位清洗腔室處理(文字塊540)。
第6圖係可用於清潔基板處理腔室之原位清潔處理600之一實施例的流程圖。一實施例中，可如同第5圖之文字塊530中以鹵素氣體執行之原位腔室清潔般，執行第6圖所示之原位清潔處理600。
某些實施例中，可在清潔基板處理腔室之前執行基板處理系統的預淨化。基板處理腔室的預淨化過程中，將淨化氣體(例如，氮)導入基板處理腔室。一實施例中，淨化氣體可流過噴頭。一實施例中，將淨化氣體(例如，氮)導入沉積腔室的流率係約1,000sccm至約15,000sccm，且較佳為約10,000sccm。一實施例中，可導入淨化氣體達約2分鐘至約10分鐘，較佳為約5分鐘。
某些實施例中，基板處理腔室的預淨化可重複約兩次至約十次，較佳為約三次。某些實施例中，基板處理腔室的預淨化有助於淨化沉積處理步驟過程中導入基板處理腔室之任何氣體痕跡。舉例而言，基板處理腔室的預淨化有助於自沉積系統清除任何殘餘的三甲基鎵與氨。
如第6圖所示，文字塊610，選擇性地將清潔氣體流入處理腔室。清潔氣體可為任何適當的含鹵素氣體。適當含鹵素氣體包括含氟氣體、含氯氣體、含溴氣體、含碘氣體、其他反應性元素、及其之組合。一實施例中，清潔氣體可包括至少一Cl2 、Br2 、I2 、F2 與NF3 。一實施 例中，清潔氣體係氯氣(Cl2 )。一實施例中，處理腔室係類似腔室203之MOCVD腔室。
某些實施例中，本揭露之流率係以每一內腔室空間之sccm表示。以腔室內部氣體可佔領之空間來界定內腔室空間。舉例而言，腔室203之內腔室空間為藉由腔室主體212扣掉噴頭組件304與基板支撐件組件314於其中佔領之空間界定之空間。一實施例中，清潔氣體流入腔室的流率係約500sccm至約10,000sccm。一實施例中，清潔氣體流入腔室的流率係約1,000sccm至約4,000sccm。一實施例中，清潔氣體流入腔室的流率係約2,000sccm。一實施例中，清潔氣體流入腔室的流率係約12.5sccm/L至約250sccm/L。一實施例中，清潔氣體流入腔室的流率係約25sccm/L至約100sccm/L。一實施例中，清潔氣體流入腔室的流率係約50sccm/L。
一實施例中，清潔氣體可與載體氣體共同流動。載體氣體可為一或多個選自下列群組的氣體，氬、氮、氦、氖、氙與其之組合。一實施例中，載體氣體流入腔室的流率係約500sccm至約3,000sccm。一實施例中，載體氣體流入腔室的流率係約1,000sccm至約2,000sccm。一實施例中，載體氣體流入腔室的流率係約12.5sccm/L至約75sccm/L。一實施例中，載體氣體流入腔室的流率係約25sccm/L至約50sccm/L。一實施例中，腔室的總壓力係約5托至約500托。一實施例中，腔室的總壓力 係約50托至約200托。通常較偏向較低壓力以保持GaCl3 處於氣相。
一實施例中，基座之溫度係約600℃至約700℃。一實施例中，基座之溫度係約650℃。一實施例中，噴頭之溫度係約100℃至約200℃。清潔氣體可流入處理腔室達約2分鐘至約10分鐘之時間週期。一實施例中，清潔氣體可流入處理腔室達約5分鐘之時間週期。應當理解數個清潔週期可施加選擇性之淨化處理執行於清潔週期之間。清潔氣體流的時間週期通常應當長到足以自腔室表面與腔室部件(包括噴頭)之表面移除含鎵沉積物(諸如，鎵與GaN沉積物)。一實施例中，載體氣體可搭配清潔氣體而流動。載體氣體可為一或多個選自下列群組的氣體，氬、氮(N2 )、氦、氖、氙等等。一實施例中，清潔氣體係含電漿清潔氣體。電漿可為原位電漿或異位電漿。應用電漿之實施例中，清潔處理過程中之溫度可較低。
參照文字塊620，在已經停止清潔氣體之流動或脈衝之後，選擇性地淨化/排空處理腔室以移除清潔處理過程中產生之清潔副產物。淨化氣體可為一或多個選自下列群組的淨化氣體，氬、氮、氫、氦、氖、氙與其之組合。一實施例中，淨化氣體可相同於文字塊610之選擇性載體氣體。一實施例中，藉由提供流率約1,000sccm至約7,000sccm的淨化氣體來淨化處理腔室。一實施例中， 提供淨化氣體至處理腔室的流率係約2,000sccm至約4,000sccm。一實施例中，腔室可維持於約0.5托至約10托的總腔室壓力下。一實施例中，腔室的總壓力可約為5托。一實施例中，基座之溫度係約600℃至約1,000℃。一實施例中，基座之溫度係約900℃。一實施例中，噴頭之溫度係小於100℃。一實施例中，淨化氣體可流入處理腔室達約4至5分鐘的時間週期。淨化氣體流的時間週期通常應當長到足以自處理腔室移除文字塊610之清潔處理的副產物。
替代地，或除了導入淨化氣體以外，處理腔室可減壓以自處理腔室移除殘餘清潔氣體以及任何副產物。減壓處理可造成腔室壓力在約0.5秒至約20秒之時間週期中降低至約0.001托至約40托範圍中之壓力。
文字塊610中搭配清潔氣體應用載體氣體之實施例中，可藉由停止清潔氣體流同時持續流動載體氣體來執行文字塊620之淨化處理。因此，讓載體氣體作為文字塊620之淨化處理中的淨化氣體。
選擇性地如文字塊630所示，在文字塊620淨化/排空處理腔室之後，可選擇性將清潔氣體流入處理腔室。清潔氣體可包括上述之含鹵素氣體。一實施例中，清潔氣體係氯氣(Cl2 )。一實施例中，文字塊630中之清潔氣體係相同於文字塊610中應用之清潔氣體。另一實施例 中，文字塊610與文字塊630中應用之清潔氣體係不同的清潔氣體。
一實施例中，清潔氣體流入腔室的流率係約1,000sccm至約10,000sccm。一實施例中，清潔氣體流入腔室的流率係約3,000sccm至約5,000sccm。一實施例中，清潔氣體流入腔室的流率係約4,000sccm。一實施例中，清潔氣體流入腔室的流率係約25sccm/L至約250sccm/L。一實施例中，清潔氣體流入腔室的流率係約75sccm/L至約125sccm/L。一實施例中，清潔氣體流入腔室的流率係約100sccm/L。如上所述，可選擇性搭配清潔氣體來共同流動載體氣體。載體氣體可為一或多個選自下列群組的氣體，氬、氮、氫、氦、氖、氙與其之組合。一實施例中，載體氣體流入腔室的流率係約25sccm/L至約125sccm/。一實施例中，載體氣體流入腔室的流率係約2,000sccm至約3,000sccm。一實施例中，載體氣體流入腔室的流率係約50sccm/L至約75sccm/L。一實施例中，腔室可維持於約300托至約700托之總腔室壓力下。一實施例中，腔室可維持於約600托之總腔室壓力下。一實施例中，基座之溫度係約400℃至約600℃。一實施例中，基座之溫度係約420℃。一實施例中，噴頭之溫度係大於200℃。一實施例中，噴頭之溫度係大於260℃，舉例而言，自約260℃至約400℃。清潔氣體流入處理腔室達約2分鐘至約10分鐘的時間週 期。一實施例中，清潔氣體流入處理腔室達約3分鐘的時間週期。
如文字塊640所示，在將清潔氣體流入處理腔室之後，可執行選擇性之浸泡處理。
某些實施例中，浸泡處理過程中，可降低清潔氣體流動同時維持基座溫度、噴頭溫度與腔室壓力。一實施例中，可相對於文字塊630中之流率將清潔氣體之流率降低至約250sccm至約1,000sccm之間。一實施例中，可將清潔氣體之流率降低至約500sccm。一實施例中，可相對於文字塊630中之流率將清潔氣體之流率降低至約6.25sccm/L至約25sccm/L之間。一實施例中，可將清潔氣體之流率降低至約12.5sccm/L。一實施例中，腔室之總壓力係約300托至約700托。一實施例中，腔室之總壓力係約600托。一實施例中，基座溫度係約400℃至約600℃。一實施例中，基座溫度係約420℃。一實施例中，噴頭之溫度係大於180℃。一實施例中，噴頭之溫度係大於260℃，舉例而言，自約260℃至約400℃。可執行浸泡處理達約1分鐘至約5分鐘的時間週期。一實施例中，可執行浸泡處理達約2分鐘的時間週期。
參照文字塊650，在選擇性浸泡處理之後，可淨化/排空處理腔室以移除浸泡與清潔處理過程中產生之清潔副產物。淨化氣體可為一或多個選自下列群組的淨化氣 體，氬、氮、氫、氦、氖、氙與其之組合。一實施例中，淨化氣體可流過噴頭。舉例而言，淨化氣體氮導入沉積腔室的流率係約1,000sccm至約15,000sccm，且較佳為約10,000sccm。一實施例中，可導入淨化氣體達約2分鐘至約10分鐘，較佳為約5分鐘。
一實施例中，淨化氣體可相同於文字塊640之選擇性載體氣體。一實施例中，藉由提供流率約1,000sccm至約4,000sccm之淨化氣體來淨化處理腔室。一實施例中，淨化氣體流入處理腔室的流率係約3,000sccm。淨化處理過程中，選擇性之清潔氣體流入腔室的流率係約2,000sccm至約6,000sccm。一實施例中，清潔氣體流入腔室的流率係約4,000sccm。一實施例中，藉由提供流率約25sccm/L至約100sccm/L之淨化氣體來淨化處理腔室。一實施例中，淨化氣體流入處理腔室的流率係約75sccm/L。淨化處理過程中，選擇性之清潔氣體流入腔室的流率係約50sccm/L至約150sccm/L。一實施例中，清潔氣體流入腔室的流率係約100sccm/L。一實施例中，清潔氣體與淨化氣體共同流動。一實施例中，總腔室壓力係約0.5托至約10托。一實施例中，總腔室壓力係約5托。一實施例中，淨化氣體流入處理腔室達約5分鐘的時間週期。淨化氣體流動的時間週期通常應長到足以自處理腔室移除文字塊630之清潔處理與文字塊640之浸泡處理的副產物。
一實施例中，可以含氮氣體(例如，氨(NH3 ))在高溫(>1,000℃)下執行文字塊620與文字塊650之淨化處理任一者或兩者，以減少清潔處理後處理腔室中殘餘GaCl3 的數量。可選擇性在含氮與/或含氫氛圍且約950℃至約1,050℃之高溫且約0.001托至約5托之低壓下執行腔室烘烤處理，以確保腔室清潔處理之任何殘餘沉積物完全離開腔室。示範性清潔處理之其他態樣係描述於2008年10月2日申請之美國專利申請案12/244,440，現公開為US 2009-0149008，名稱為「METHOD FOR DEPOSITING GROUP III/V COMPOUNDS」，其之全文以參考資料併入本文中。
某些實施例中，文字塊610至650可重複多次以提高清潔沉積系統內部(更明確地，沉積系統之噴頭與/或基座)的效率。某些實施例中，文字塊610至650可重複約兩次至約十次，較佳係約七次。
一實施例中，在預淨化處理之後沒有執行文字塊610與620的情況下執行文字塊630、640與650。文字塊630中，將含鹵素清潔氣體導入基板處理腔室。一實施例中，將含氯清潔氣體導入基板處理腔室。一實施例中，氮氣係用來作為載體氣體以輸送氯氣。一實施例中，含鹵素清潔氣體導入沉積腔室的流率係約1,000sccm至約10,000sccm，且較佳為約4,000sccm。載體氣體導入基 板處理腔室的流率係約1,000sccm至約15,000sccm，且較佳為約1,000sccm。
文字塊640處，允許含鹵素氣體與III族元素與/或III族化合物反應以形成鹵化物。一實施例中，允許含氯流體與鎵反應以形成GaCl3 。一實施例中，提高腔室壓力以促進氯化處理，且仍較佳地保持壓力低於引發凝結所需之水平。此促進GaCl3 主要形成為氣態，然將某些數量的GaCl3 形成為固態。允許反應發生足夠的時間以將液態鎵與氮化鎵轉換成GaCl3 。一實施例中，將腔室內的壓力維持在80托至600托之間，較佳為約100托。將噴頭之溫度維持在約80℃至約180℃之間，且較佳為約100℃。一實施例中，將壓力維持高到足以將鎵與氮化鎵轉換成GaCl3 。一實施例中，較佳係將大部分的GaCl3 形成於氣態。然而，仍將發生某些GaCl3 的凝結，因此將某些數量的GaCl3 形成於固態。一實施例中，高壓係維持2分鐘至約5分鐘之間，且較佳為約3分鐘。
文字塊640過程中，將鹵化物自固態轉換成氣態。一實施例中，將GaCl3 自固態轉換成氣態。降低基板處理腔室內的壓力，以將腔室內的壓力朝向低於將鹵化物自固態轉換成氣態之壓力。舉例而言，降低基板處理腔室內的壓力，以將殘餘的GaCl3 自固態轉換成氣態。
一實施例中，可將腔室內的壓力降低至約10毫托至約8托，且較佳為約2托。將噴頭之溫度維持在約80℃至約130℃之間，且較佳為約100℃。將基座之溫度維持在約500℃至約700℃之間，且較佳為約650℃。一實施例中，將低壓維持在2分鐘至約10分鐘之間，且較佳為約5分鐘。
文字塊650，將轉換之氣態鹵化物自基板處理腔室淨化。一實例中，將GaCl3 自基板處理腔室淨化。為了助於自基板處理腔室淨化氣態鹵化物，可將淨化氣體(例如，惰性氣體)流入基板處理腔室。舉例而言，淨化氣體可流過噴頭。舉例而言，淨化氣體氮流入沉積腔室的流率係約1,000sccm至約15,000sccm，且較佳為約10,000sccm。一實施例中，可導入淨化氣體達約2分鐘至約10分鐘，較佳為約5分鐘。
某些實施例中，可重複多次文字塊630、640與650以提高清潔基板處理腔室內(更明確地，沉積系統之噴頭與/或基座)的效率。某些實施例中，步驟630至650可重複約兩次至約十次，較佳為約七次。
第6B圖係可用來清潔基板處理腔室之原位脈衝清潔處理660之一實施例的流程圖。一實施例中，可如同第5圖之文字塊530中以鹵素氣體執行原位腔室清潔般執行第6圖所示之原位脈衝清潔處理660。
第6B圖顯示之原位脈衝清潔處理660相似於第6A圖顯示之清潔處理600，除了基板處理腔室之初始淨化/排空(文字塊620)隨後為脈衝/淨化處理(文字塊670與680)以外，脈衝/淨化處理係用以自基板處理腔室移除不欲之反應副產物。清潔氣體為氯之實施例中，氯氣與沉積於腔室內表面上之鎵及氮化鎵(GaN)固體材料反應。形成三氯化鎵(GaCl3 )氣體作為副產物之一者。GaCl3 易於凝結於基板處理腔室之內表面上。此外，凝結之GaCl3 在任何沉積腔室內表面上之GaN薄膜頂部作為鈍化層，藉此禁止GaN材料的進一步蝕刻，造成某些原位清洗處理效率不彰。
脈衝清潔方法過程中，將含鹵素氣體(例如，Cl2 )導入基板處理腔室達短暫時間長度。短暫時間長度限制GaCl3 副產物產生數量，因為僅蝕刻一GaN薄層並因此避免形成GaCl3 鈍化層。隨後之淨化處理可在GaCl3 凝結於任何表面之前將其自反應器移除。可如所欲般或直到完全蝕刻掉反應器表面上之GaN薄膜之前重複脈衝/淨化次序多次。
如文字塊670所示，在文字塊620淨化/排空處理腔室之後，將清潔氣體脈衝進入處理腔室。清潔氣體可包括上述之含鹵素氣體。一實施例中，清潔氣體係氯氣(Cl2 )。一實施例中，文字塊670中之清潔氣體係相同於文字塊 610中應用之清潔氣體。另一實施例中，文字塊610與文字塊670中應用之清潔氣體係不同的清潔氣體。
一實施例中，清潔氣體脈衝進入腔室的流率係約500sccm至約10,000sccm。一實施例中，清潔氣體脈衝進入腔室的流率係約500sccm至約1,500sccm。一實施例中，清潔氣體脈衝進入腔室的流率係約700sccm。一實施例中，清潔氣體脈衝進入腔室的流率係約12.5sccm/L至約250sccm/L。一實施例中，清潔氣體脈衝進入腔室的流率係約12.5sccm/L至約37.5sccm/L。一實施例中，清潔氣體脈衝進入腔室的流率係約17.5sccm/L。一實施例中，清潔氣體脈衝進入處理腔室的時間週期係約5秒至約1分鐘。一實施例中，清潔氣體脈衝進入處理腔室的時間週期係約30秒。
如上所述，可選擇性搭配清潔氣體脈衝載體氣體。載體氣體可為一或多個選自下列群組之氣體，氬、氮、氫、氦、氖、氙與其之組合。一實施例中，載體氣體脈衝進入腔室的流率係約0sccm至約5,000sccm。一實施例中，載體氣體脈衝進入腔室的流率係約2,000sccm至約3,000sccm。一實施例中，載體氣體脈衝進入腔室的流率係約0sccm/L至約125sccm/L。一實施例中，載體氣體流入腔室的流率係約50sccm/L至約75sccm/L。一實施例中，可將腔室維持在約10托至約700托的總腔室壓力下。一實施例中，可將腔室維持在約0.5托至約50托的 總腔室壓力下。一實施例中，基座之溫度係大於500℃。一實施例中，基座之溫度係約550℃至約700℃。一實施例中，基座之溫度係約650℃。一實施例中，噴頭之溫度係大於180℃。一實施例中，噴頭之溫度係大於260℃，舉例而言，約260℃至約400℃。
參照文字塊680，在文字塊670中脈衝清潔氣體之後，可淨化/排空處理腔室以移除脈衝清潔處理過程中產生之清潔副產物。淨化氣體可為一或多個選自下列群組的淨化氣體，氬、氮、氫、氦、氖、氙與其之組合。一實施例中，淨化氣體可相同於文字塊640之選擇性載體氣體。一實施例中，藉由提供流率約100sccm至約4,000sccm的淨化氣體脈衝來淨化處理腔室。一實施例中，淨化氣體脈衝進入處理腔室的流率係約500sccm。一實施例中，藉由提供流率約2.5sccm/L至約100sccm/L的淨化氣體脈衝來淨化處理腔室。一實施例中，淨化氣體脈衝進入處理腔室的流率係約12.5sccm/L。一實施例中，總腔室壓力係約0.5托至約50托。一實施例中，總腔室壓力係約10托。可執行淨化/排空達約5秒至約1分鐘的時間週期。一實施例中，可執行淨化/排空達約30秒的時間週期。淨化/排空流的時間週期應當長到足以自處理腔室移除文字塊670之清潔處理的副產物。
文字塊690，確定是否需要額外的脈衝/淨化清潔週期。應當理解可應用多個清潔脈衝/淨化週期。若確定需 要額外的脈衝/淨化清潔週期，可重複文字塊670與680之處理。一實施例中，可執行10與200個之間的脈衝/淨化清潔週期。一實施例中，可執行50與100個之間的脈衝/淨化清潔週期。清潔週期的數目通常取決於沉積處理過程中沉積於腔室部件上之材料厚度。可如所欲般或直到完全蝕刻掉反應器表面上之GaN薄膜之前重複脈衝/淨化次序多次。某些實施例中，自腔室移除GaN約0.0001μm/清潔週期至約0.005μm/清潔週期。一實施例中，自腔室移除0.003μm/清潔週期。
脈衝/淨化清潔週期之最終淨化過程中，可執行相似於文字塊650之淨化處理的較長淨化處理以自腔室移除任何殘餘反應副產物。
第7圖係可用於清潔基板處理腔室之原位清潔處理700之一實施例的流程圖。一實施例中，可如同第5圖之文字塊530以鹵素氣體執行原位腔室清潔般執行第7圖所示之原位清潔處理700。
文字塊710，淨化/排空處理腔室以移除沉積處理過程中形成之不欲反應副產物。一實施例中，處理腔室係相似於MOCVD腔室203之MOCVD腔室。淨化氣體可為一或多個選自下列群組的淨化氣體，氬、氮、氫、氦、氖、氙與其之組合。一實施例中，藉由提供流率約1,000sccm至約30,000sccm的淨化氣體來淨化處理腔室。一 實施例中，淨化氣體提供至處理腔室的流率係約15,000sccm至約20,000sccm。一實施例中，藉由提供流率約25sccm/L至約750sccm/L的淨化氣體來淨化處理腔室。一實施例中，淨化氣體提供至處理腔室的流率係約375sccm/L至約500sccm/L。一實施例中，腔室可維持於約0.5托至約150托的總腔室壓力下。一實施例中，腔室的總壓力係約100托。一實施例中，可在淨化處理過程中改變總腔室壓力。一實施例中，透過基座供應約5kW至約20kW的功率。一實施例中，透過基座供應之功率係約10kW。一實施例中，噴頭之溫度係小於100℃。一實施例中，噴頭之溫度係維持於約80℃下。一實施例中，淨化處理可持續約30秒與約5分鐘之間的時間週期。一實施例中，淨化處理可持續約90秒。淨化氣體流的時間週期應長到足以移除沉積處理殘留之副產物。應當理解數個清潔週期可應用選擇性之淨化處理執行於清潔週期之間。一實施例中，可執行兩個與十個之間的淨化週期。
替代地，或除了導入淨化氣體以外，處理腔室可減壓以自處理腔室移除殘餘的清潔氣體以及任何副產物。減壓處理可造成腔室壓力降低至約0.001托至約40托範圍中之壓力。一實施例中，減壓處理可持續約0.5秒至約20秒的時間週期。
文字塊720，確定是否需要多個淨化/排空週期以自處理腔室移除反應副產物。若需要額外的週期，可重複文字塊710之淨化/排空處理直到自處理腔室移除所欲程度的反應副產物。
某些實施例中，在文字塊720之淨化/排空處理之後且在文字塊730A之清潔氣體蝕刻或文字塊730B之清潔氣體電漿蝕刻之前，執行溫度上升處理。一實施例中，基座之溫度可上升至高於500℃的溫度。一實施例中，基座之溫度可上升至約550℃至約700℃之間。一實施例中，基座之溫度可上升至約650℃。基座提高的溫度有助於形成鹵素氣體的反應性自由基。一實施例中，可執行溫度上升處理達約15秒至約3分鐘的時間週期。應用電漿源之實施例中，可因為在電漿處理過程中形成活性鹵素氣體而降低基座溫度。
接下來，執行文字塊730A之清潔氣體蝕刻或文字塊730B之清潔氣體電漿蝕刻任一者。文字塊730A之清潔氣體蝕刻與文字塊730B之清潔氣體電漿蝕刻可包括任何上述之適當含鹵素氣體。一實施例中，清潔氣體係氯氣(Cl2 )。清潔氣體係氯氣之實施例中，與加熱之基座作用而形成之氯氣自由基將與腔室內表面上之GaN與Ga沉積物相互作用。在此氯化處理過程中根據下列反應(1)與(2)將GaN與Ga沉積物轉換成GaCl3 ，隨後將其自腔室清除。
2Ga+3Cl2 → 2GaCl3 (1)
2GaN+3Cl2 → 2GaCl3 +N2 (2)
一實施例中，清潔氣體蝕刻以高壓處理開始。高壓有助於提高腔室中清潔氣體與不欲之沉積產物(諸如，鎵與氮化鎵)間之反應速率。一實施例中，腔室的總壓力係約5托至約500托。一實施例中，腔室之總壓力係約50托至約100托。一實施例中，腔室中之總壓力係約100托。較高壓力(例如，100托)有助於提高腔室中清潔氣體與污染物(例如，鎵)間之反應速率。
高壓處理過程中，清潔氣體流入腔室的流率係約500sccm至約10,000sccm。一實施例中，清潔氣體流入腔室的流率係約1,000sccm至約4,000sccm。一實施例中，清潔氣體流入腔室的流率係約2,000sccm。一實施例中，高壓處理過程中，清潔氣體流入腔室的流率係約12.5sccm/L至約250sccm/L。一實施例中，清潔氣體流入腔室的流率係約25sccm/L至約100sccm/L。一實施例中，清潔氣體流入腔室的流率係約50sccm/L。
一實施例中，清潔氣體可與載體氣體共同流動。載體氣體可為一或多個選自下列群組的氣體，氬、氮、氫、氦、氖、氙與其之組合。一實施例中，載體氣體流入腔室的流率係約500sccm至約3,000sccm。一實施例中，載體氣體流入腔室的流率係約1,000sccm至約2,000 sccm。一實施例中，載體氣體流入腔室的流率係約12.5sccm/L至約75sccm/L。一實施例中，載體氣體流入腔室的流率係約25sccm/L至約50sccm/L。一實施例中，可執行高壓處理達約兩分鐘至約10分鐘的時間週期。
在流率上升處理過程中可提高清潔氣體之流率。一實施例中，高壓處理過程中之清潔氣體流率係約2,000sccm，則可在流率上升處理過程中提高清潔氣體流率至約4,000sccm。一實施例中，高壓處理過程中之清潔氣體流率係約50sccm/L，則可在流率上升處理過程中提高清潔氣體流率至約100sccm/L。一實施例中，搭配高壓處理執行清潔氣體流率上升處理。另一實施例中，在高壓處理之後執行清潔氣體流率上升處理。一實施例中，可執行流率上升處理達約15秒至約3分鐘的時間週期。
文字塊730B，執行清潔氣體電漿蝕刻的處理中，可產生鹵素氣體(例如，氯氣)電漿以進行清潔/沉積處理。一實施例中，電漿可為原位電漿。另一實施例中，電漿可為異位電漿。如本文所述，可以MOCVD腔室硬體的部分包括遠端電漿產生器。對於某些實施例而言，可自頂板上方或透過輸送含Ga前驅物之管道輸送氯氣或電漿。可應用之電漿形式並不專門限於氯氣，其可包括氟、碘或溴。用來產生電漿之源氣體可為鹵素(諸如，Cl2 、Br2 、F2 或I2 )或可為含有V族元素(諸如，N、P或As)之氣體，例如NF3 。
文字塊740，降低腔室壓力以提高蒸發速率。一實施例中，將腔室壓力降低至約1毫托至約5托。應用氯氣作為清潔氣體之實施例中，通常偏向較低壓力以保持GaCl3 處於氣相。一實施例中，在流率上升處理過程中部分或完全地降低腔室壓力。另一實施例中，在流率上升處理之後降低腔室壓力。一實施例中，可執行腔室壓力降低處理達約兩分鐘至約10分鐘的時間週期。
文字塊750A，執行另一清潔氣體蝕刻處理。在高壓下執行清潔氣體蝕刻。一實施例中，腔室之總壓力係約5托至約500托。一實施例中，腔室之總壓力係約50托至約100托。一實施例中，腔室中之總壓力係約100托。清潔氣體流入腔室的流率係約500sccm至約10,000sccm。一實施例中，清潔氣體流入腔室的流率係約1,000sccm至約4,000sccm。清潔氣體流入腔室的流率係約12.5sccm/L至約250sccm/L。一實施例中，清潔氣體流入腔室的流率係約25sccm/L至約100sccm/L。一實施例中，清潔氣體流入腔室的流率係約100sccm/L。一實施例中，清潔氣體可與載體氣體共同流動。載體氣體可為一或多個選自下列之群組的氣體，氬、氮、氫、氦、氖、氙與其之組合。一實施例中，載體氣體流入腔室的流率係約500sccm至約3,000sccm。一實施例中，載體氣體流入腔室的流率係約1,000sccm至約2,000sccm。一實施例中，載體氣體流入腔室的流率係約12.5sccm/L 至約75sccm/L。一實施例中，載體氣體流入腔室的流率係約25sccm/L至約50sccm/L。一實施例中，可執行清潔氣體蝕刻處理達約2分鐘至約10分鐘的時間週期。
文字塊750B，執行清潔氣體電漿蝕刻的處理中，可產生氯氣電漿以進行清潔/沉積處理。一實施例中，電漿可為原位電漿。另一實施例中，電漿可為異位電漿。可應用之電漿形式並不專門限於氯，其可包括氟、碘或溴。用來產生電漿之源氣體可為鹵素(諸如，Cl2 、Br2 、F2 或I2 )或可為含有V族元素(諸如，N、P或As)之氣體，例如NF3 。
一實施例中，可貫穿文字塊730A、730B、740、750A與750B之處理維持在溫度上升處理過程中建立之基座溫度。一實施例中，基座之溫度係高於約500℃。一實施例中，基座之溫度係約550℃至約700℃。一實施例中，基座之溫度係約650℃。一實施例中，噴頭之溫度係約50℃至約200℃。一實施例中，噴頭之溫度係約80℃至約100℃。一實施例中，文字塊730A、730B、740、750A與750B之清潔處理持續之時間週期通常長到足以自腔室表面與腔室部件(包括噴頭)表面移除含鎵沉積物，諸如鎵與GaN沉積物。
文字塊760，確定是否需要額外的清潔週期。應當理解多個清潔週期可應用選擇性之淨化處理執行於清潔週 期之間。若確定需要額外的清潔週期，可重複文字塊730A、730B、740、750A與750B之處理。一實施例中，可執行3與10個之間的清潔週期。清潔週期的數目通常取決於沉積處理過程中沉積於腔室部件上之材料厚度。
文字塊770，淨化/排空處理腔室以移除清潔處理過程中形成之清潔副產物。如上所述，淨化氣體可為一或多個選自下列群組的淨化氣體，氬、氮、氫、氦、氖、氙與其之組合。一實施例中，藉由提供流率約1,000sccm至約30,000sccm的淨化氣體來淨化處理腔室。一實施例中，淨化氣體提供至處理腔室的流率係約15,000sccm至約20,000sccm。一實施例中，藉由提供流率約25sccm/L至約750sccm/L的淨化氣體來淨化處理腔室。一實施例中，淨化氣體提供至處理腔室的流率係約375sccm/L至約500sccm/L。一實施例中，可將腔室維持於約0.5托至約150托之總腔室壓力下。一實施例中，腔室之總壓力可約為100托。一實施例中，基座之溫度係高於約500℃。一實施例中，基座之溫度係約550℃至約700℃。一實施例中，基座之溫度係約650℃。一實施例中，噴頭之溫度係低於100℃。一實施例中，將噴頭之溫度維持於約80℃下。一實施例中，可將淨化氣體流入處理腔室達約30秒與約5分鐘間之時間週期。淨化氣體流的時間週期通常應該長到足以移除清潔處理殘留之副產物。
第8圖係可用來清潔基板處理腔室(例如，HVPE腔室)之原位清潔處理800之一實施例的流程圖。一實施例中，可如同第5圖之文字塊530中以鹵素氣體執行之原位腔室清潔般執行第8圖所示之原位清潔處理800。HVPE腔室之示範實施例與HVPE腔室之其他態樣係描述於2007年6月24日申請之美國專利申請案11/767,520，現公開為US 2008-0314311，名稱為「HVPE TUBE SHOWERHEAD DESIGN」；及2009年12月14日申請且共同受讓之美國專利申請案12/637,019，名稱為「HVPE CHAMBER HARDWARE」，其兩者之全文以參考資料併入本文中。
某些實施例中，HVPE腔室係熱壁反應器，可不需要循環或低壓。文字塊810，執行原位含鹵素清潔氣體蝕刻。可利用本文所述之任何適當清潔氣體執行清潔氣體蝕刻。一實施例中，可利用氯氣執行清潔氣體蝕刻。一實施例中，清潔氣體蝕刻處理過程中，基座之溫度係大於約500℃。一實施例中，基座之溫度係約550℃至約700℃。一實施例中，基座之溫度係約650℃。一實施例中，清潔氣體蝕刻處理過程中，將腔室壓力維持於約400托至約500托。一實施例中，將腔室壓力維持於約450托下。一實施例中，清潔氣體蝕刻處理過程中，清潔氣體之流率係在約1,000sccm與約5,000sccm之間。一實施例中，清潔氣體蝕刻處理過程中，清潔氣體之流率係 在約25sccm/L與約125sccm/L之間。一實施例中，執行清潔氣體蝕刻的時間週期係長到足以自處理腔室移除污染物。一實施例中，清潔氣體蝕刻處理的長度可在約15分鐘與約30分鐘之間變化。
一實施例中，在文字塊810之清潔氣體蝕刻之後且在文字塊540之選擇性後-原位腔室清潔處理之前執行溫度上升處理(文字塊820)。一實施例中，可將溫度自約600℃至約700℃之間提高至約900℃至約1,100℃之間以準備用於腔室烘烤處理。
參照第5圖，在文字塊530之原位腔室清潔處理之後，可執行選擇性之後-原位腔室清潔處理。某些實施例中，後-原位腔室清潔處理的目的係用以移除任何殘留於腔室中之殘餘清潔副產物，例如殘餘含氯化合物(例如，GaCl3 )。以鹵素氣體(例如，氯氣)清潔腔室之過程中，藉由與氯氣-系清潔氣體之反應將腔室內表面上之塗層轉換成GaCl3 。由於GaCl3 的低氣相壓力，GaCl3 凝結於腔室中之冷卻表面上，包括水冷式腔室壁或水冷式氣體入口埠，例如噴頭。殘餘GaCl3 可能在例如GaN磊晶層生成過程中釋放氯氣進入層，這危害材料結晶品質、層之光學與電子特性。選擇性之後-原位腔室清潔可選自下列處理：低壓淨化、抽吸/淨化循環、腔室烘烤處理、噴頭沖洗處理、與其之組合。
一實施例中，後-原位腔室清潔處理係腔室烘烤處理。可在約900℃至約1,100℃之高溫且含氮與/或含氫氛圍下執行腔室烘烤處理。一實施例中，溫度係在約900℃至約1,000℃之間。一實施例中，溫度係在約950℃至約1,050℃之間。一實施例中，在低腔室壓力下執行腔室烘烤處理。一實施例中，低腔室壓力係約0.001托至約10托以確保自腔室移除來自腔室清潔處理之任何殘餘沉積物。一實施例中，腔室壓力係約7.5托。一實施例中，執行腔室烘烤處理的時間週期長到足以確保來自腔室清潔處理之任何殘餘沉積物已經離開腔室。一實施例中，烘烤時間可在約15分鐘與約1小時之間變動。含鹵素氣體係氯氣之實施例中，高溫烘烤將自腔室移除殘餘的GaCl3 沉積物。
一實施例中，可在高溫下以含氮氣體(例如，氨(NH3 ))執行腔室烘烤處理，以減少清潔處理後處理腔室中之殘餘GaCl3 數量。
一實施例中，藉由以大於900℃的溫度及約100托至約760托的壓力將約1,000sccm至約10,000sccm的NH3 流至塗覆腔室達一時間週期(例如，約30分鐘)來執行NH3 處理。一實施例中，藉由將約25sccm/L至約250sccm/L的NH3 流至塗覆腔室來執行NH3 處理。一實施例中，在整個NH3 處理過程中，NH3 流率與腔室壓力兩者在低壓(例如，100托)與高壓(760托)與/或低流率與高流 率之間變動與/或循環。廣範圍的NH3 流動與腔室壓力在腔室內產生紊流，這提高NH3 與腔室塗層反應之效率。非受限於理論，但一般認為紊流形態可提高NH3 氣體的動能而產生較高的反應速率。
某些實施例中，可替代或搭配本文所述之原位腔室清潔處理來執行NH3 腔室處理。
以NH3 腔室處理替代原位腔室清潔之實施例中，NH3 腔室處理穩定腔室(包括噴頭)之內表面上的不欲沉積物的方式，使得以可與腔室污染前產生之膜的品質相當的程度來產生隨後沉積膜(例如，MQWs)之晶體與光學特性。也就是說，即便噴頭上存在顯著塗層，NH3 腔室處理能產生高品質InGaN MQWs主動層。
非受限於理論，但一般認為在約900℃至1,150℃的高溫下將NH3 流入腔室可將氨打破成雙原子氮與氫。當產生氮原子時，氮原子與富含Ga之塗層反應以形成穩定的GaN合金。一旦穩定塗層後，塗層便不會負面地影響隨後沉積膜之結晶與光學特性。某些實施例中，舉例而言可藉由縮短處理時間來提高NH3 處理效率。在腔室內產生紊流且提高氨與腔室塗層交互作用機會不可缺少高壓與低壓NH3 流。
一實施例中，後-原位腔室清潔處理係抽吸/淨化循環。抽吸/淨化循環的淨化氣體可為一或多個選自下列群 組的淨化氣體，氬、氮、氫、氦、氖、氙與其之組合。一實施例中，藉由提供流率約1,000sccm至約30,000sccm的淨化氣體來淨化處理腔室。一實施例中，淨化氣體提供至處理腔室的流率係約15,000sccm至約20,000sccm。一實施例中，藉由提供流率約25sccm/L至約750sccm/L的淨化氣體來淨化處理腔室。一實施例中，淨化氣體提供至處理腔室的流率係約375sccm/L至約500sccm/L。一實施例中，可將腔室維持於約0.5托至約150托之總腔室壓力下。一實施例中，腔室之總壓力可約為100托。一實施例中，基座之溫度係約600℃至約1,000℃。一實施例中，基座之溫度係約900℃。一實施例中，噴頭之溫度係小於100℃。一實施例中，將噴頭之溫度維持在約80℃下。一實施例中，淨化氣體流入處理腔室的時間週期係在約30秒與約5分鐘之間。淨化氣體流的時間週期通常應當長到足以移除清潔處理殘留之副產物。
一實施例中，後-原位腔室清潔處理係低壓淨化，其中藉由降低腔室中之壓力至約0.001托至約5托之間而自腔室排空腔室中之殘餘副產物。
一實施例中，後-原位腔室清潔處理包括噴頭沖洗處理。某些實施例中，原位鹵素腔室清潔過程中，鹵素清潔氣體(例如，Cl2 )與前驅物(例如，TMG)流過相同的噴頭氣體導管。氣體導管中殘餘之前驅物氣體與清潔氣體 間之反應會導致噴頭之氣體導管阻塞。某些實施例中，樂見在執行原位清洗之前執行噴頭沖洗處理。舉例而言，參照第5圖，可在文字塊520之後且文字塊540之前執行噴頭沖洗處理。某些實施例中，除了預-原位腔室清潔噴頭沖洗以外，可在文字塊530之原位清潔之後執行額外的噴頭沖洗。舉例而言，可作為文字塊540中執行之後-原位清洗的部分來執行噴頭沖洗。某些實施例中，可在本文所述之腔室烘烤處理之後執行噴頭沖洗。另一實施例中，可在本文所述之腔室烘烤處理之前執行噴頭沖洗。一實施例中，噴頭沖洗包括將惰性氣體流過噴頭之導管，且先前有清潔氣體流過噴頭之導管。一實施例中，惰性氣體可包括任何本文所述之惰性氣體與/或淨化氣體。一實施例中，惰性氣體流過噴頭之氣體導管的流率係在約100sccm至約1,000sccm之間。執行噴頭沖洗的時間週期係足以自噴頭之導管移除殘餘前驅物沉積物。一實施例中，執行噴頭沖洗的時間週期係在約2分鐘與約20分鐘之間。
某些實施例中，樂見結合選擇性之後-原位腔室處理。舉例而言，一實施例中，可在腔室烘烤處理之後進行淨化/排空處理。
某些實施例中，選擇性之後-原位腔室處理可包括沉積腔室塗層(諸如，GaN或AlN)以進一步減少原位清潔處理之後殘留於腔室中之任何殘餘氯氣。舉例而言，在上 述之NH3 淨化後，將TMGa或TMAl與NH3 流入腔室以在腔室之內表面上形成GaN或AlN薄層(厚度在約10nm與約500nm之間)。此在NH3 處理後之額外GaN或AlN塗層可進一步減少隨後沉積層中之氯水平。
某些實施例中，本文所述之清潔處理過程中，樂見藉由提高基板支撐件314之高度以致相對於處理過程中基板支撐件314與噴頭組件304間之距離減少基板支撐件314與噴頭組件304間之距離來提高清潔處理的效力。咸信藉由減少噴頭組件304與基板支撐件314間之距離，基板支撐件314加熱噴頭組件304可造成清潔處理效率的提高。一實施例中，清潔處理過程中，可離開噴頭約3mm至約12mm配置基板支撐件。另一實施例中，清潔處理過程中，可離開噴頭約5mm至約10mm配置基板支撐件。另一實施例中，可離開噴頭小於10mm配置基板支撐件。一般而言，沉積過程中，基板支撐件314與噴頭組件304間之距離係10mm或更大。
第9A圖係第7圖所述之腔室清潔處理後之完整LED生成的SIMS深度剖面。第9B圖係第7圖所述之腔室清潔處理後之完整LED生成的SIMS深度剖面。如第9A圖與第9B圖所示，在本文所述之清潔處理後產生之LEDs的品質並不受到影響。如第9A圖所示，本文所述之清潔處理並不影響完整LED的SIMS深度剖面化學組成，特別不影響InGaN MQWS(Ga、In、Al、Si、N、Mg)。 如第9B圖所示，氯氣水平係約1x 1015 cm-3 且位於SIMS偵測界線。
雖然上述係針對本發明之實施例，但可在不悖離本發明之基本範圍下設計出本發明之其他與更多實施例，而本發明之範圍係由下方之申請專利範圍所界定。
100‧‧‧GaN-系LED結構
104、105、340、416‧‧‧基板
108‧‧‧緩衝層
112‧‧‧n-型GaN層
116‧‧‧多重量子井層
120‧‧‧p-型AlGaN層
124‧‧‧p-型GaN層
150‧‧‧GaN系LD結構
152‧‧‧n-型GaN接觸層
154‧‧‧n-型披覆層
156、160‧‧‧未摻雜導引層
158‧‧‧主動層
162‧‧‧p-型電子阻擋層
164‧‧‧p-型接觸GaN層
200‧‧‧處理系統
202、400‧‧‧HVPE腔室
203a‧‧‧第一MOCVD腔室
203b‧‧‧第二MOCVD腔室
204‧‧‧額外的腔室
206‧‧‧傳送室
207‧‧‧機器人組件
208‧‧‧負載鎖定腔室
209‧‧‧批次負載鎖定腔室
210‧‧‧負載台
211‧‧‧攜帶板
212a、212b、214‧‧‧腔室主體
216a、216b、218‧‧‧化學輸送模組
220a、220b、222‧‧‧電子模組
260‧‧‧系統控制器
304‧‧‧噴頭組件
304A‧‧‧第一處理氣體通道
304B‧‧‧第二處理氣體通道
304C‧‧‧溫度控制通道
304D‧‧‧導管
305‧‧‧環狀排氣通道
306‧‧‧排氣導管
307‧‧‧真空泵
308‧‧‧處理空間
309‧‧‧排氣埠
310‧‧‧下部空間
312‧‧‧真空系統
314、414‧‧‧基板支撐件
315‧‧‧箭頭
319‧‧‧下圓蓋
320‧‧‧排氣環
321A‧‧‧內部燈泡
321B‧‧‧外部燈泡
326‧‧‧遠端電漿系統
345、346‧‧‧氣體導管
366‧‧‧反射器
370‧‧‧熱交換系統
402、432‧‧‧腔室
404‧‧‧蓋
406‧‧‧氣體分配噴頭
408‧‧‧壁
410‧‧‧第一氣體源
412‧‧‧能量源
418‧‧‧第二源
420‧‧‧電阻式加熱器
422‧‧‧第一管
424‧‧‧第二管
426‧‧‧排氣裝置
428‧‧‧燈模組
430‧‧‧加熱器
434‧‧‧源舟
500、600‧‧‧清潔處理
510、520、530、540、610、620、630、640、650、670、680、690、710、720、730A、730B、740、750A、750B、760、770、810、820‧‧‧文字塊
660‧‧‧原位脈衝清潔處理
700、800‧‧‧原位清潔處理
為了更詳細地了解本發明之上述特徵，可參照實施例(某些描繪於附圖中)來理解本發明簡短概述於上之特定描述。然而，需注意附圖僅描繪本發明之典型實施例而因此不被視為其之範圍的限制因素，因為本發明可允許其他等效實施例。
第1A圖係鎵-氯化物相圖；第1B圖係GaN-系LED結構之示意圖；第1C圖係GaN-系LD結構之示意圖；第2圖係描述根據本文所述實施例製造化合氮化物半導體元件之處理系統之一實施例的示意俯視圖；第3圖係根據本文所述實施例製造化合氮化物半導體元件之金屬-有機化學氣相沉積(MOCVD)腔室之一實施例的示意剖面圖；第4圖係根據本文所述實施例製造化合氮化物半導體元件之氫化物氣相磊晶(HVPE)腔室之一實施例的示意 剖面圖；第5圖係根據本文所述實施例可用來清潔基板處理腔室之原位清潔處理之一實施例的流程圖；第6A圖係根據本文所述實施例可用來清潔基板處理腔室之原位清潔處理之一實施例的流程圖；第6B圖係根據本文所述實施例可用來清潔基板處理腔室之原位脈衝清潔處理之一實施例的流程圖；第7圖係根據本文所述實施例可用來清潔基板處理腔室之原位清潔處理之一實施例的流程圖；第8圖係根據本文所述實施例可用來清潔基板處理腔室(例如，HVPE腔室)之清潔處理之一實施例的流程圖；第9A圖係本文所述之腔室清潔處理後完全LED生成之SIMS深度剖面；及第9B圖係本文所述之腔室清潔處理後完全LED生成之SIMS深度剖面。
為了促進理解，盡可能應用相同的元件符號來標示圖示中相同的元件。預期一實施例揭露之元件與特徵可有利地用於其他實施例而不需特別詳述。
500．．．清潔處理
510、520、530、540．．．文字塊

Claims (21)

  1. 一種在一處理腔室中處理一或多個基板的方法，包括：沉積一或多個含III族層於一或多個基板與一腔室表面上，該一或多個基板與該腔室表面配置於一處理腔室之一處理空間中；傳送該一或多個基板離開該處理空間；輸送一數量的一鹵素清潔氣體進入該處理空間，以自該腔室表面移除該一或多個含III族層之任何一者的至少一部分，其中該輸送一數量的一鹵素清潔氣體進入該處理空間的步驟包括：將該腔室表面暴露於該鹵素清潔氣體；允許該含鹵素氣體與該一或多個含III族層反應以形成一鹵化物；及藉由降低該處理空間中之壓力至低於該鹵化物自一固態轉換成一氣態的壓力，而將該鹵化物轉換成一氣體形態；及在輸送一數量的一鹵素清潔氣體進入該處理空間後輸送一數量的一淨化氣體進入該處理空間，以自該處理空間移除由該鹵素清潔氣體與該些含III族層反應形成之反應副產物。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包括： 重複該輸送一數量的一鹵素清潔氣體與該輸送一數量的一淨化氣體進入該處理空間的步驟，直到自該處理腔室移除殘留於該腔室表面上之該一或多個含III族層之任何一者的一所欲部分為止。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該輸送一數量的一鹵素清潔氣體之步驟包括脈衝該鹵素清潔氣體進入該處理空間達5秒與1分鐘之間的一時間週期；及其中該輸送一數量的一淨化氣體之步驟包括脈衝該淨化氣體進入該處理空間達約5秒與約30秒之間的一時間週期。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該鹵素清潔氣體包括一選自包含氟與氯之群組的鹵素氣體。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該傳送一或多個基板離開該處理腔室的步驟包括在不將該一或多個基板暴露於大氣的情況下，傳送該一或多個基板至一負載鎖定腔室。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包括在該輸送一含鹵素清潔氣體進入該處理空間之前，減少該腔室表面與該處理腔室之一基板支撐件之間的距離，以致該基板支撐件與該腔室表面之間的距離小於該沉積一或多個 含III族層過程中該基板支撐件與該腔室表面之間的距離，其中該腔室表面係一噴頭的一表面。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該一或多個含III族層係氮化鎵，而該腔室表面係一選自下列之至少一者之腔室部件的一表面：該處理腔室之一基板支撐件、一載具與一噴頭。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包括：在輸送一數量的一淨化氣體進入該處理空間之後，藉由在一約950℃至約1,050℃的溫度且一約0.001托至約5托的腔室壓力下將該處理空間暴露於一含氮與/或含氫氛圍來執行一腔室烘烤處理。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包括：在輸送一數量的一淨化氣體進入該處理空間之後，在一大於900℃的溫度且一約100托至約760托的腔室壓力下，以一約1,000sccm至約10,000sccm間的流率將氨(NH3 )流入該處理空間。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中在將NH3 流入該處理空間時可改變該流率與該腔室壓力，以在該基板處理空間內部產生紊流形態好讓NH3 與該些含III族層有效率地反應。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該處理腔室係一金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)處理腔室。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該輸送一數量的一淨化氣體之步驟的至少一部分發生在輸送一數量的一鹵素清潔氣體過程中形成之反應副產物凝結於該基板處理腔室之內表面之前。
  13. 一種在一處理腔室中處理一或多個基板的方法，包括：將一或多個基板置於與一噴頭相隔一第一距離處，該噴頭設以供應一或多個處理氣體至該一或多個基板，該一或多個基板配置於一基板處理腔室之一處理空間中；在配置於該處理空間中之該一或多個基板與一或多個內表面上沉積一或多個含鎵層；傳送該一或多個基板離開該基板處理腔室；脈衝氯氣進入該處理空間，以自該基板處理腔室之該一或多個內表面與該噴頭移除該一或多個含鎵層的至少一部分；及在脈衝該氯氣的至少一部分進入該處理空間後，脈衝一淨化氣體進入該處理空間，其中脈衝該氯氣的步驟更包括在一約1,000sccm至約4,000sccm的流率下脈衝該氯氣進入該處理空間，同時維持一約50托至200托的 總腔室壓力、一約600℃至約700℃的基板支撐件溫度且一約100℃至約200℃的噴頭溫度。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中脈衝該淨化氣體的步驟更包括：在一約1,000sccm至約5,000sccm的流率下脈衝該淨化氣體進入該處理空間，同時維持一約0.5托至約10托的總腔室壓力、一約900℃的基板支撐件溫度且一小於100℃的噴頭溫度。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之方法，更包括：在脈衝一淨化氣體後，在一約3,000sccm至約5,000sccm的流率下脈衝該氯氣進入該處理空間，同時維持一約300托至約700托的總腔室壓力、一約400℃至約600℃的基板支撐件溫度、且一約260℃至約400℃的噴頭溫度。
  16. 一種在一處理腔室中處理一或多個基板的方法，包括：將一或多個基板置於與一噴頭相隔一第一距離處，該噴頭設以供應一或多個處理氣體至該一或多個基板，該一或多個基板配置於一基板處理腔室之一處理空間中；在配置於該處理空間中之該一或多個基板與一或多個內表面上沉積一或多個含鎵層； 傳送該一或多個基板離開該基板處理腔室；脈衝氯氣進入該處理空間，以自該基板處理腔室之該一或多個內表面與該噴頭移除該一或多個含鎵層的至少一部分；在脈衝該氯氣的至少一部分進入該處理空間後，脈衝一淨化氣體進入該處理空間，在脈衝該氯氣進入該處理空間之前，將該處理腔室之一基板支撐件置於與該噴頭相隔一第一距離處；及在該沉積一或多個鎵層的過程中將該基板支撐件置於與該噴頭相隔一第二距離處，其中該第一距離小於該第二距離。
  17. 一種在一處理腔室中處理一或多個基板的方法，包括：沉積一或多個含III族層於一或多個基板與一腔室表面上，該一或多個基板與該腔室表面配置於一處理腔室之一處理空間中；傳送該一或多個基板離開該處理空間；輸送一數量的一鹵素清潔氣體進入該處理空間，以自該腔室表面移除該一或多個含III族層之任何一者的至少一部分；及在輸送一數量的一鹵素清潔氣體進入該處理空間後輸送一數量的一淨化氣體進入該處理空間， 其中該輸送一數量的一鹵素清潔氣體之步驟包括脈衝該鹵素清潔氣體進入該處理空間達5秒與1分鐘之間的一時間週期；及其中該輸送一數量的一淨化氣體之步驟包括脈衝該淨化氣體進入該處理空間達約5秒與約30秒之間的一時間週期。
  18. 一種在一處理腔室中處理一或多個基板的方法，包括：沉積一或多個含III族層於一或多個基板與一腔室表面上，該一或多個基板與該腔室表面配置於一處理腔室之一處理空間中；傳送該一或多個基板離開該處理空間；輸送一數量的一鹵素清潔氣體進入該處理空間，以自該腔室表面移除該一或多個含III族層之任何一者的至少一部分；在輸送一數量的一鹵素清潔氣體進入該處理空間後輸送一數量的一淨化氣體進入該處理空間；及在該輸送一含鹵素清潔氣體進入該處理空間之前，減少該腔室表面與該處理腔室之一基板支撐件之間的距離，以致該基板支撐件與該腔室表面之間的距離小於該沉積一或多個含III族層過程中該基板支撐件與該腔室表面之間的距離，其中該腔室表面係一噴頭的一表面。
  19. 一種在一處理腔室中處理一或多個基板的方法，包括：沉積一或多個含III族層於一或多個基板與一腔室表面上，該一或多個基板與該腔室表面配置於一處理腔室之一處理空間中；傳送該一或多個基板離開該處理空間；輸送一數量的一鹵素清潔氣體進入該處理空間，以自該腔室表面移除該一或多個含III族層之任何一者的至少一部分；在輸送一數量的一鹵素清潔氣體進入該處理空間後輸送一數量的一淨化氣體進入該處理空間；及在輸送一數量的一淨化氣體進入該處理空間之後，藉由在一約950℃至約1,050℃的溫度且一約0.001托至約5托的腔室壓力下將該處理空間暴露於一含氮與/或含氫氛圍來執行一腔室烘烤處理。
  20. 一種在一處理腔室中處理一或多個基板的方法，包括：沉積一或多個含III族層於一或多個基板與一腔室表面上，該一或多個基板與該腔室表面配置於一處理腔室之一處理空間中；傳送該一或多個基板離開該處理空間； 輸送一數量的一鹵素清潔氣體進入該處理空間，以自該腔室表面移除該一或多個含III族層之任何一者的至少一部分；在輸送一數量的一鹵素清潔氣體進入該處理空間後輸送一數量的一淨化氣體進入該處理空間，以自該處理空間移除由該鹵素清潔氣體與該些含III族層反應形成之反應副產物；及在輸送一數量的一淨化氣體進入該處理空間之後，在一大於900℃的溫度且一約100托至約760托的腔室壓力下，以一約1,000sccm至約10,000sccm間的流率將氨(NH3 )流入該處理空間。
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