TWI516633B - A method for removing a Group III element and a Group V element compound deposit or residue - Google Patents

Description

一種清除第III族元素和第V族元素化合物沉積物或殘餘的方法

本發明係關於生長第III族元素及第V族元素化合物薄膜的方法及裝置，尤其係關於一種清除第III族元素及第V族元素化合物之沉積物或殘餘的方法。

氮化鎵(GaN)係一種廣泛應用於製造藍光、紫光及白光二極體、紫外線偵測器及高功率微波電晶體的材料。由於GaN在製造適用於大量用途之低能耗裝置(如，LED)中具有實際及潛在之用途，GaN薄膜之生長受到極大的關注。

GaN薄膜能以多種不同之方式生長，包括分子束磊晶(MBE)法、氫化物氣相磊晶(HVPE)法、金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)法等。目前，MOCVD法為用於為生產LED得到足夠品質之薄膜的較佳沉積方法。

MOCVD製程通常在一個具有溫度控制之環境下的反應腔或反應腔內進行。通常，將包含第III族元素(例如鎵(Ga))之第一前體氣體及含氮之第二前體氣體(例如氨(NH₃))通入反應腔內反應以在基板上形成GaN薄膜。亦可使用載氣協助運輸前體氣體至基板上方。此等前體氣體在經加熱之基板表面混合反應，藉此形成第III族氮化物薄膜(例如GaN薄膜)而沉積在基板表面上。

然而，在前述MOCVD製程過程中，GaN薄膜或其他反應產物不僅會生長或沉積在基板上，亦會生長或沉積在反應腔內之其他反應腔部件上，例如，在反應腔之側壁上、 在基板之支撐座(susceptor)上、在氣體分佈裝置上、或其他地方。此等不希望出現的反應腔內之沉積物或殘餘(undesired deposits or residues)會在反應腔內產生微粒(particles)，並可能會自附著處剝落開來，隨著反應氣體之氣流在反應腔內到處擴散，最後會落在經處理之基板上，從而造成基板產生缺陷或失效，同時亦會造成反應腔之污染，對下一次MOCVD製程品質產生壞的影響。因而，在經過一段時間之MOCVD製程處理後，必須專門有一個反應腔清洗過程來將此等附著在反應腔內之沉積物或殘餘清除掉。而此將導致反應腔之生產量(throughput)減少、增加生產者之使用成本。

由於此等不希望出現的沉積物或殘餘之成份很複雜，如圖1所示，其為常見的沉積物或殘餘的示意圖。沉積物或殘餘60通常經過幾小時或幾十個小時而逐漸形成，因而通常會包括多層，自下往上，分別為依次沉積形成之層62及64，而每一層62、64通常包括相互混合、摻雜在一起的金屬化合物沉積殘餘及碳氫化合物沉積殘餘。第III族及第V族金屬通常為鎵、銦、鎵及銦之組合、鎵及鋁之組合、銦及鋁之組合、以及鎵及銦及鋁之組合。因而，此等金屬化合物沉積殘餘通常為如下薄膜：GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN等；而碳氫化合物沉積殘餘通常為各類碳氫化合物(hydrocarbon)等。因而，有效地自反應腔內清除該等第III族元素及第V族元素化合物一直係MOCVD工業界內之挑戰及難題。

目前，業內尚沒有一種有效、省時之方式將該等第III族元素及第V族元素化合物自反應腔內清除掉。

針對背景技術中之上述問題，本發明之目的之一在於提供一種有效地清除第III族元素及第V族元素化合物薄膜生長裝置反應腔內之沉積物或殘餘的方法。

根據本發明之第一態樣，本發明提供了一種清除第III族元素及第V族元素化合物薄膜生長裝置反應腔內之沉積物或殘餘的方法，包括以下步驟：(a)選擇執行下述步驟(a1)及(a2)中之任何一個步驟：(a1)向該反應腔內通入第一清潔氣體，該第一清潔氣體包括含H或含Cl或含F或含Br之氣體，並在該反應腔內形成該第一清潔氣體之電漿，維持該第一清潔氣體之電漿達第一時間段，以部分地清除該等沉積物或殘餘；(a2)向該反應腔內通入第二清潔氣體，該第二清潔氣體包括含O之氣體，並在該反應腔內形成該第二清潔氣體之電漿，維持該第二清潔氣體之電漿達第二時間段，以部分地清除該等沉積物或殘餘；(b)在執行完步驟(a)中所述之一個步驟後，再執行步驟(a1)及(a2)中未執行之另外一個步驟；(c)交互地重複前述步驟(a)及步驟(b)。

其中，該等含H之氣體包括：H₂、HCl、NH₃、HBr、HI、CH₄、CHF₃、CH₂F₂中的一種或至少兩種氣體之混合物。

其中，該等含Cl之氣體包括：HCl、Cl₂、ClF、ClF₃、ClF₅、BCl₃、SiCl₄、CHCl₃、CH₃Cl中的一種或至少兩種氣體之混合物。

其中，該等含F之氣體包括：ClF、ClF₃、ClF₅、NF₃、SF₆、CF₄、C₂F₆、C₃F₈、C₄F₆、C₄F₈、CHF₃、CH₂F₂、NF₃中的一種或至少兩種氣體之混合物。

其中，該等含O之氣體包括：O₂、CO₂、O₃、N₂O中的一種或至少兩種氣體之混合物。

其中，該等沉積物或殘餘包括第III族元素及第V族元素化合物，並且在該步驟(a1)中，該第一清潔氣體之電漿與該等第III族元素及第V族元素化合物反應，從而至少部分地將該等第III族元素及第V族元素化合物自該反應腔內清除。

其中，該等沉積物或殘餘包括碳氫化合物，並且在該步驟(a2)中，該第二清潔氣體之電漿與該碳氫化合物反應，從而至少部分地將該碳氫化合物自該反應腔內清除。

其中，該第III族元素選自鎵、銦、鎵及銦之組合、鎵及鋁之組合、銦及鋁之組合、以及鎵及銦及鋁之組合。

其中，該第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，該等步驟(a1)及(a2)亦包括：保持該反應腔內的壓力大約在100mTorr至10Torr之間。

其中，該第一清潔氣體之電漿或第二清潔氣體之電漿由 電容耦合或電感耦合的方式形成。

其中，該反應腔內設置有一上電極，該上電極與一射頻功率源相連接，該上電極上設置有氣體分佈孔，該第一清潔氣體或/及第二清潔氣體與該上電極相連接，並藉由該上電極而輸送入該反應腔內。

其中，該反應腔的頂部或外側設置有電感線圈，該電感線圈與一射頻功率源相連接。

根據本發明之一個實施方式，本發明提供了一種清除第III族元素及第V族元素化合物薄膜生長裝置反應腔內之沉積物或殘餘的方法，包括以下步驟：(a)選擇執行下述步驟(a1)及(a2)中的任何一個步驟：(a1)在遠離該反應腔之遠端電漿源內通入第一清潔氣體，該第一清潔氣體包括含H或含Cl或含F或含Br之氣體，在該遠端電漿源內形成該第一清潔氣體之電漿並產生第一活性中性粒子，將該等第一活性中性粒子通入該反應腔內並維持第一時間段，以部分地清除該等沉積物或殘餘；(a2)在該遠端電漿源內通入第二清潔氣體，該第二清潔氣體包括含O之氣體，在該遠端電漿源內形成該第二清潔氣體之電漿並產生第二活性中性粒子，將該等第二活性中性粒子通入該反應腔內並維持第二時間段，以部分地清除該等沉積物或殘餘；(b)在執行完步驟(a)中所述之一個步驟後，再執行步驟(a1)及(a2)中未執行之另外一個步驟；(c)交互地重複前述步驟(a)及步驟(b)。

其中，該等含H之氣體包括：H₂、HCl、NH₃、HBr、HI、CH₄、CHF₃、CH₂F₂中的一種或至少兩種氣體之混合物。

其中，該等含Cl之氣體包括：HCl、Cl₂、ClF、ClF₃、ClF₅、BCl₃、SiCl₄、CHCl₃、CH₃Cl中的一種或至少兩種氣體之混合物。

其中，該等含F之氣體包括：ClF、ClF₃、ClF₅、NF₃、SF₆、CF₄、C₄F₆、C₄F₈、CHF₃、CH₂F₂中的一種或至少兩種氣體之混合物。

其中，該等含O之氣體包括：O₂、CO₂、O₃、N₂O中的一種或至少兩種氣體之混合物。

其中，該等沉積物或殘餘包括第III族元素及第V族元素化合物，並且在該步驟(a1)中，該第一清潔氣體之電漿與該等第III族元素及第V族元素化合物反應，從而至少部分地將該等第III族元素及第V族元素化合物自該反應腔內清除。

其中，該等沉積物或殘餘包括碳氫化合物，並且在該步驟(a2)中，該第二清潔氣體之電漿與該碳氫化合物反應，從而至少部分地將該碳氫化合物自該反應腔內清除。

其中，該第III族元素選自鎵、銦、鎵及銦之組合、鎵及鋁之組合、銦及鋁之組合、以及鎵及銦及鋁之組合。

本發明之另外一個目的在於提供一種有效地清除第III族元素及第V族元素化合物薄膜生長裝置之反應腔部件上的沉積物或殘餘的方法。

根據本發明之第二態樣，本發明提供了一種清除第III族元素及第V族元素化合物薄膜生長裝置之反應腔部件上的沉積物或殘餘的方法，該方法包括以下步驟：(a)將該反應腔部件放置於清潔處理腔之基座上；(b)選擇執行下述步驟(b1)及(b2)中之任何一個步驟：(b1)向該清潔處理腔內通入第一清潔氣體，該第一清潔氣體包括含H或含Cl或含F或含Br之氣體，並在該清潔處理腔內形成該第一清潔氣體之電漿，維持該第一清潔氣體之電漿達第一時間段，以部分地清除該等沉積物或殘餘；(b2)向該清潔處理腔內通入第二清潔氣體，該第二清潔氣體包括含O之氣體，並在該清潔處理腔內形成該第二清潔氣體之電漿，維持該第二清潔氣體之電漿達第二時間段，以部分地清除該等沉積物或殘餘；(c)在執行完步驟(b)中所述之一個步驟後，再執行步驟(b1)及(b2)中未執行之另外一個步驟；(d)交互地重複前述步驟(b)及步驟(c)。

其中，該清潔處理腔內設置有一個上電極，該上電極與一個射頻功率源相連接，該上電極上設置有氣體分佈孔，該第一清潔氣體或/及第二清潔氣體與該上電極相連接，並藉由該上電極而輸送入該清潔處理腔內。

其中，該清潔處理腔的頂部或外側設置有電感線圈，該電感線圈與射頻功率源相連接，用於形成所述該第一清潔氣體之電漿或/及第二清潔氣體之電漿。

根據本發明之一個實施方式，本發明提供了一種清除第III族元素及第V族元素化合物薄膜生長裝置之反應腔部件上的沉積物或殘餘的方法，該方法包括以下步驟：(a)將該反應腔部件放置於清潔處理腔之基座上；(b)選擇執行下述步驟(b1)及(b2)中之任何一個步驟：(b1)在遠離該清潔處理腔的遠端電漿源內通入第一清潔氣體，該第一清潔氣體包括含H或含Cl或含F或含Br之氣體，在該遠端電漿源內形成該第一清潔氣體之電漿並產生第一活性中性粒子，將該等第一活性中性粒子通入該清潔處理腔內並維持第一時間段，以部分地清除該等沉積物或殘餘；(b2)在該遠端電漿源內通入第二清潔氣體，該第二清潔氣體包括含O之氣體，在該遠端電漿源內形成該第二清潔氣體之電漿並產生第二活性中性粒子，將該等第二活性中性粒子通入該清潔處理腔內並維持第二時間段，以部分地清除該等沉積物或殘餘；(c)在執行完步驟(b)中所述之一個步驟後，再執行步驟(b1)及(b2)中未執行之另外一個步驟；(d)交互地重複前述步驟(b)及步驟(c)。

其中，該遠端電漿源為微波電漿源或螺旋管形電漿源。

其中，該等沉積物或殘餘包括第III族元素及第V族元素化合物，並且在該步驟(b1)中，該等第一活性中性粒子與該等第III族元素及第V族元素化合物反應，從而至少部分地將該等第III族元素及第V族元素化合物自該反應腔內清 除。

其中，該等沉積物或殘餘包括碳氫化合物，並且在該步驟(b2)中，該等第二活性中性粒子與該碳氫化合物反應，從而至少部分地將該碳氫化合物自該反應腔內清除。

下面結合附圖對本發明進行具體說明。

圖中，相同或相似之附圖標記表示相同或相似之裝置(模組)。

本發明所提供的清除第III族元素及第V族元素化合物之沉積物或殘餘的方法不僅可以適用於原位清除(in-situ cleaning)第III族元素及第V族元素化合物薄膜生長裝置之反應腔內的沉積物或殘餘，而且亦可適用於專用的清潔處理腔，用於專門清潔第III族元素及第V族元素化合物薄膜生長裝置的各種反應腔部件。該方法可有效地將第III族元素及第V族元素化合物薄膜生長裝置內產生的具有複雜成份的沉積物或殘餘清除掉，是一種安全的、成本節約的及有效的清除方法，能大大地節省生產者之成本及提高整個MOCVD生產裝置之有效工作時間(uptime)。

如圖2所示，其為根據本發明一種實施方式所提供的用於清除第III族元素及第V族元素化合物之沉積物或殘餘的方法所用的裝置10。該裝置10同時亦為第III族元素及第V族元素化合物薄膜生長裝置，用於在該裝置10之反應腔12內生長第III族及第V族元素化合物薄膜。在經過一段時間之薄膜生長製程後，該反應腔12內之各種反應腔部件會沉 積足量之沉積物或殘餘，因而需要使用本發明所提供的清潔方法。作為一種實施方式，該方法可為直接利用反應腔12之原位清除(in-situ cleaning)方式。

圖2中，反應腔12內藉由設置於其下方之排氣裝置16而被維持於真空處理環境。反應腔12內設置有基座17及反應氣體分佈裝置18。基座17上表面可放置若干片待處理之基板W(此處僅示意性地表示出一片)，在MOCVD沉積製程處理過程中，此等若干片基板W可直接放置在基座17上，或者，此等若干片基板W亦可放置在一整個載片盤(未圖示)上之後再放置在基座17上。基座17由設置於其下方之連接機構24帶動而旋轉，從而帶動基板W旋轉，以增強製程處理結果之均一性。基座17內部或附近可設置各類常用的或未來可能採用之溫度控制裝置(未圖示)，比如，可在製程處理之過程中，保持基座上方之基板處於約800℃至約1200℃之間。反應氣體分佈裝置18上通常會設置有多個氣體分佈孔或噴射孔(未圖示)，包含第III族元素(例如鎵(Ga))之第一前體氣體源A及含氮之第二前體氣體(例如氨(NH₃))反應氣體源B可由該反應氣體分佈裝置18而輸送入位於反應氣體分佈裝置18及基板W之間的反應區域，在基板W被加熱至一定溫度(例如，在約450℃至約1200℃之間)的情況下，兩種前體氣體在基板表面混合反應，並沉積在基板W之表面上。

如前所述，在MOCVD製程過程中，GaN薄膜或其他反應產物(以下統稱為：反應腔內之沉積物或殘餘)不僅會生 長或沉積在基板上，亦會生長或沉積在反應腔內之其他零部件上，例如，在反應腔12之內側壁上、在基板W之基座17上等等。由於MOCVD製程處理會涉及很多層之沉積以及很長時間之沉積，因而此等反應腔內之沉積物或殘餘成份通常很複雜，例如，可能為如下薄膜：金屬化合物(例如，GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN)沉積物或殘餘、碳氫化合物(hydrocarbon)沉積物或殘餘等，並且此等金屬化合物沉積物或殘餘與碳氫化合物之沉積物或殘餘可能會相互交織地沉積在反應腔內，並積累成一定厚度。

為了有效地清除此種具有複雜成份的反應腔內之沉積物或殘餘，本發明提供了一種有效的原位清除方法，該方法係在該反應腔內無基板存在之情況下進行的。請參閱圖3，圖3為根據本發明一種實施方式所提供的用於清除第III族元素及第V族元素化合物之沉積物或殘餘的方法的流程圖。本清除方法係直接利用原MOCVD薄膜生長裝置之反應腔12來實現的。反應氣體分佈裝置18藉由其連接端19與射頻功率源20相連接。在連接端19與射頻功率源20亦設置射頻匹配電路22。通過此設置，使反應氣體分佈裝置18同時亦作用於上電極。為了清除反應腔12內的反應腔內之沉積物或殘餘，作為一種實施方式，本發明首先向反應腔12內通入第一清潔氣體23，並對上電極18施加射頻功率源20，從而在上電極18與基座17之間以電容耦合的方式產生該第一清潔氣體23之電漿P1，維持該第一清潔氣體之電漿達第一時間段T1(圖3中的步驟100)，以部分地清除該等沉 積物或殘餘。該第一清潔氣體之成份為包括含H或含鹵族元素(較佳地，含Cl或含F或含Br)的氣體，因而，在此一時間段T1內，該第一清潔氣體23之電漿P1會與反應腔內之沉積物或殘餘中的金屬化合物沉積殘餘進行反應，使之變成氣態副產品，再被反應腔下方之排氣裝置16抽離反應腔12。該時間段T1可根據實際製程的需要人為設定或調整，比如，5秒或10秒。可選擇地，在進行該步驟(a1)及(a2)時，將該反應腔內的壓力保持於大約100mTorr至10Torr之間。

接著，停止向反應腔12內通入第一清潔氣體23，並且依實際情況可選擇地將反應腔12內之反應氣體排出抽成真空，再向反應腔12內通入第二清潔氣體25，並類似地在反應腔12內形成該第二清潔氣體25之電漿P2，維持該第二清潔氣體25之電漿P2達第二時間段T2(圖3中的步驟200)，以部分地清除該等沉積物或殘餘。該第二清潔氣體包括含O之氣體，因而其可以與反應腔內之沉積物或殘餘60上的碳氫化合物沉積殘餘進行反應，而使之變成氣態副產品，再被反應腔下方的排氣裝置16抽離反應腔12。同樣，該時間段T1可根據實際製程的需要人為設定或調整，比如，5秒或10秒。

然後，交互地重複前述兩個步驟100及步驟200(圖3中的步驟300)，直至達到預設的清除目標時停止進行本方法，從而循環地清除沉積物或殘餘中之金屬化合物沉積殘餘部分及碳氫化合物沉積殘餘部分。在前述所重複的每一個步 驟100中，第一清潔氣體23之電漿P1會與反應腔內的沉積物或殘餘60上之金屬化合物沉積殘餘進行反應，使之變成氣態副產品，再被反應腔下方的排氣裝置16抽離反應腔12；而在所重複的每一個步驟200中，第二清潔氣體25之電漿P2會與反應腔內之沉積物或殘餘60上的碳氫化合物沉積殘餘等進行反應，使之變成氣態之副產品，再被反應腔下方的排氣裝置16抽離反應腔12。

綜上所述，本發明之清除方法藉由多個重複之子步驟將複雜的反應腔內之沉積物或殘餘60逐步地有效清除。

作為一種實施方式，前述含H之氣體包括：H₂、HCl、NH₃、HBr、HI、CH₄、CHF₃、CH₂F₂中的一種或至少兩種氣體之混合物。

作為一種實施方式，前述含Cl之氣體可以為：HCl、Cl₂、ClF、ClF₃、ClF₅、BCl₃、SiCl₄、CHCl₃、CH₃Cl中的一種或至少兩種氣體之混合物。

作為一種實施方式，前述含F之氣體可以為：ClF、ClF₃、ClF₅、NF₃、SF₆、CF₄、C₂F₆、C₃F₈、C₄F₆、C₄F₈、CHF₃、CH₂F₂、NF₃中的一種或至少兩種氣體之混合物。

作為一種實施方式，前述含O之氣體可以為：O₂、CO₂、O₃、N₂O中的一種或至少兩種氣體之混合物。

應當理解，圖3中所示的用於清除第III族元素及第V族元素化合物之沉積物或殘餘的方法的流程圖亦可變成如圖4的另外一種變形。圖4為根據本發明另一種實施方式所提供的用於清除第III族元素及第V族元素化合物之沉積物或 殘餘的方法的流程圖。圖4所示之流程圖中係顛倒圖3中之步驟100及步驟200的順序，分別變成步驟100'及步驟200'，其中第一清除氣體及第二清除氣體之成份保持不變。

應當理解，該第一清潔氣體之電漿或第二清潔氣體之電漿亦可藉由電感耦合之方式形成，此可藉由在反應腔12之頂部或側壁外側設置電感線圈(未圖示)，該電感線圈與一射頻功率源(未圖示)相連接。

應當理解，本發明之清除方法亦可採用遠端電漿清除(remote plasma cleaning)的方式來清除反應腔內之沉積物或殘餘。請參閱5，圖5為根據本發明另一種實施方式所提供的用於清除第III族元素及第V族元素化合物之沉積物或殘餘的方法所用的裝置30。圖3與圖2所示之裝置10之不同之處在於，在遠離反應腔32的地方連接有一遠端電漿源39，第一清潔氣體33及第二清潔氣體35分別與該遠端電漿源39相連接，利用本裝置30清除第III族元素及第V族元素化合物薄膜生長裝置的反應腔內之沉積物或殘餘的方法流程圖請參照圖6或圖7。

如圖6所示，在步驟400中，在遠離反應腔32的遠端電漿源39內通入第一清潔氣體33，該第一清潔氣體33包括含H或含Cl或含F或含Br之氣體，在遠端電漿源39內形成第一清潔氣體33之電漿並產生第一活性中性粒子，將該等第一活性中性粒子通入該反應腔內32並維持第一時間段T1，以部分地清除該等沉積物或殘餘。接著，在步驟500中，在該遠端電漿源39內通入第二清潔氣體35，該第二清潔氣體 35包括含O之氣體，在該遠端電漿源39內形成該第二清潔氣體35之電漿並產生第二活性中性粒子，將該等第二活性中性粒子通入該反應腔32內並維持第二時間段T2，以部分地清除該等沉積物或殘餘。

在步驟600中，交互地重複前述步驟400及步驟500，直至達到預設的清除目標時停止進行本方法，從而循環地清除沉積物或殘餘中的金屬化合物沉積殘餘部分及碳氫化合物沉積殘餘部分。由於此部分的清潔原理與前述圖3的原理相同，因而此處不再贅述。

同理，應當理解，圖6中之步驟400及步驟500亦可相互顛倒，變成圖7所示的方法流程圖。

根據本發明之發明精神，本發明之清除方法亦可適用於專門之清潔處理腔，用於專門清潔第III族元素及第V族元素化合物薄膜生長裝置的各種反應腔部件。該專門之清潔處理腔可為獨立於MOCVD薄膜生長反應腔外的一個不同之反應腔，專門用於清潔MOCVD薄膜生長反應腔內的各種反應腔部件。

該清潔處理腔的設置可與圖2、圖5中的反應腔設置相同。產生電漿源之方式亦可有多種。所使用之清除方法也與前述相同。此處不再贅述。

作為一種實施方式，本發明所提供的一種清除第III族元素及第V族元素化合物薄膜生長裝置的反應腔部件上之沉積物或殘餘的方法包括以下步驟：(a)將該反應腔部件放置於清潔處理腔之基座上； (b)選擇執行下述步驟(b1)及(b2)中之任何一個步驟：(b1)向該清潔處理腔內通入第一清潔氣體，該第一清潔氣體包括含H或含Cl或含F或含Br之氣體，並在該清潔處理腔內形成該第一清潔氣體之電漿，維持該第一清潔氣體之電漿達第一時間段，以部分地清除該等沉積物或殘餘；(b2)向該清潔處理腔內通入第二清潔氣體，該第二清潔氣體包括含O之氣體，並在該清潔處理腔內形成該第二清潔氣體之電漿，維持該第二清潔氣體之電漿達第二時間段，以部分地清除該等沉積物或殘餘；(c)在執行完步驟(b)中所述之一個步驟後，再執行步驟(b1)及(b2)中未執行之另外一個步驟；(d)交互地重複前述步驟(b)及步驟(c)。

其中，該清潔處理腔內設置有一上電極，該上電極與一射頻功率源相連接，該上電極上設置有氣體分佈孔，該第一清潔氣體或/及第二清潔氣體與該上電極相連接，並藉由該上電極而輸送入該清潔處理腔內。

作為前述實施方式的一種變形，該清潔處理腔的頂部或外側設置有電感線圈，該電感線圈與一射頻功率源相連接，用於形成所述該第一清潔氣體之電漿或/及第二清潔氣體之電漿。

作為另外一種實施方式，本發明所提供的一種清除第III族元素及第V族元素化合物薄膜生長裝置的反應腔部件上之沉積物或殘餘的方法包括以下步驟： (a)將該反應腔部件放置於清潔處理腔之基座上；(b)選擇執行下述步驟(b1)及(b2)中之任何一個步驟：(b1)在遠離該清潔處理腔的遠端電漿源內通入第一清潔氣體，該第一清潔氣體包括含H或含Cl或含F或含Br之氣體，在該遠端電漿源內形成該第一清潔氣體之電漿並產生第一活性中性粒子，將該等第一活性中性粒子通入該清潔處理腔內並維持第一時間段，以部分地清除該等沉積物或殘餘；(b2)在該遠端電漿源內通入第二清潔氣體，該第二清潔氣體包括含O之氣體，在該遠端電漿源內形成該第二清潔氣體之電漿並產生第二活性中性粒子，將該等第二活性中性粒子通入該清潔處理腔內並維持第二時間段，以部分地清除該等沉積物或殘餘；(c)在執行完步驟(b)中所述之一個步驟後，再執行步驟(b1)及(b2)中未執行之另外一個步驟；(d)交互地重複前述步驟(b)及步驟(c)。

其中，該遠端電漿源為微波電漿源或螺旋管形電漿源。

其中，該等沉積物或殘餘包括第III族元素及第V族元素化合物，並且在該步驟(b1)中，該等第一活性中性粒子與該等第III族元素及第V族元素化合物反應，從而至少部分地將該等第III族元素及第V族元素化合物自該反應腔內清除。

其中，該等沉積物或殘餘包括碳氫化合物，並且在該步驟(b2)中，該等第二活性中性粒子與該碳氫化合物反應， 從而至少部分地將該碳氫化合物自該反應腔內清除。

應當理解的是，本專利中所提及之第III族元素選自鎵、銦、鎵及銦之組合、鎵及鋁之組合、銦及鋁之組合、以及鎵及銦及鋁之組合。該第V族元素選自氮、磷、砷、銻、以及前述元素中至少兩種元素的組合。

應當理解的是，本專利中所提及之沉積物或殘餘可包括任何由前述第III族元素及第V族元素組成的化合物。例如，但不限於如下所列中之一種或至少兩種的混合物，GaN、InGaN、AlGaN、GaAs、InP、GaAsP、InGaAs、AlSb、AlN、AlP、BN、BP、BAs、GaSb、GaP、InSb、InAs、InN、InP、AlGaAs、InGaP、AlInAs、AlInSb、GaAsN、GaAsSb、GaInNAsSb等。

應當理解的是，本專利中所提及之「第一清潔氣體」、「第二清潔氣體」不限於指僅包括一種清潔氣體，亦包括該「第一清潔氣體」或「第二清潔氣體」為多種氣體的氣體之混合物。

以上對本發明的各個實施例進行了詳細說明。需要說明的是，上述實施例僅為例示性的，而非對本發明之限制。任何不背離本發明之精神的技術方案均應落入本發明之保護範圍內。此外，不應將申請專利範圍中之任何附圖標記視為限制所涉及的申請專利範圍；「包括」一詞不排除其他申請專利範圍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，而並不表示任何特定之順序。

10‧‧‧用於清除第III族元素及第V族元素化合物之沉積物或殘餘的方法所用的裝置

12‧‧‧反應腔

16‧‧‧排氣裝置

17‧‧‧基座

18‧‧‧反應氣體分佈裝置

19‧‧‧連接端

20‧‧‧射頻功率源

22‧‧‧射頻匹配電路

23‧‧‧第一清潔氣體

24‧‧‧連接機構

25‧‧‧第二清潔氣體

30‧‧‧用於清除第III族元素及第V族元素化合物之沉積物或殘餘的方法所用的裝置

32‧‧‧反應腔

33‧‧‧第一清潔氣體

35‧‧‧第二清潔氣體

39‧‧‧遠端電漿源

60‧‧‧沉積物或殘餘

62‧‧‧沉積物或殘餘層

64‧‧‧沉積物或殘餘層

A‧‧‧第一前體氣體源

B‧‧‧第二前體氣體反應氣體源

P1‧‧‧第一清潔氣體之電漿

P2‧‧‧第二清潔氣體之電漿

W‧‧‧基板

圖1所示常見的沉積物或殘餘的示意圖；圖2所示根據本發明一種實施方式所提供的用於清除第III族元素及第V族元素化合物之沉積物或殘餘的方法所用的裝置10；圖3為根據本發明一種實施方式所提供的用於清除第III族元素及第V族元素化合物之沉積物或殘餘的方法的流程圖；圖4為根據本發明另一種實施方式所提供的用於清除第III族元素及第V族元素化合物之沉積物或殘餘的方法的流程圖；圖5為根據本發明另一種實施方式所提供的用於清除第III族元素及第V族元素化合物之沉積物或殘餘的方法所用的裝置；圖6為根據本發明另一種實施方式所提供的用於清除第III族元素及第V族元素化合物之沉積物或殘餘的方法的流程圖；及圖7為根據本發明再一種實施方式所提供的用於清除第III族元素及第V族元素化合物之沉積物或殘餘的方法的流程圖。

10‧‧‧用於清除第III族元素及第V族元素化合物之沉積物或殘餘的方法所用的裝置

12‧‧‧反應腔

16‧‧‧排氣裝置

17‧‧‧基座

18‧‧‧反應氣體分佈裝置

19‧‧‧連接端

20‧‧‧射頻功率源

22‧‧‧射頻匹配電路

23‧‧‧第一清潔氣體

24‧‧‧連接機構

25‧‧‧第二清潔氣體

A‧‧‧第一前體氣體源

B‧‧‧第二前體氣體反應氣體源

P1‧‧‧第一清潔氣體之電漿

P2‧‧‧第二清潔氣體之電漿

W‧‧‧基板

Claims (28)

1. 一種清除第III族元素及第V族元素化合物薄膜生長裝置的反應腔內之沉積物或殘餘的方法，該方法包括以下步驟：(a)選擇執行下述步驟(a1)及(a2)中的任何一個步驟：(a1)向該反應腔內通入第一清潔氣體，該第一清潔氣體包括含H或含Cl或含F或含Br之氣體，並在該反應腔內形成該第一清潔氣體之電漿，維持該第一清潔氣體之電漿達第一時間段，以部分地清除該等沉積物或殘餘；(a2)向該反應腔內通入第二清潔氣體，該第二清潔氣體包括含O之氣體，並在該反應腔內形成該第二清潔氣體之電漿，維持該第二清潔氣體之電漿達第二時間段，以部分地清除該等沉積物或殘餘；(b)在執行完步驟(a)中所述之一個步驟後，再執行步驟(a1)及(a2)中未執行之另外一個步驟；(c)交互地重複前述步驟(a)及步驟(b)。
2. 如請求項1之方法，其中該等含H之氣體包括：H₂、HCl、NH₃、HBr、HI、CH₄、CHF₃、CH₂F₂中的一種或至少兩種氣體之混合物。
3. 如請求項1之方法，其中該等含Cl之氣體包括：HCl、Cl₂、ClF、ClF₃、ClF₅、BCl₃、SiCl₄、CHCl₃、CH₃Cl中的一種或至少兩種氣體之混合物。
4. 如請求項1之方法，其中該等含F之氣體包括：ClF、 ClF₃、ClF₅、NF₃、SF₆、CF₄、C₂F₆、C₃F₈、C₄F₆、C₄F₈、CHF₃、CH₂F₂、NF₃中的一種或至少兩種氣體之混合物。
5. 如請求項1之方法，其中該等含O之氣體包括：O₂、CO₂、O₃、N₂O中的一種或至少兩種氣體之混合物。
6. 如請求項1之方法，其中該等沉積物或殘餘包括第III族元素及第V族元素化合物，並且在該步驟(a1)中，該第一清潔氣體之電漿與該等第III族元素及第V族元素化合物反應，從而至少部分地將該等第III族元素及第V族元素化合物自該反應腔內清除。
7. 如請求項1之方法，其中該等沉積物或殘餘包括碳氫化合物，並且在該步驟(a2)中，該第二清潔氣體之電漿與該碳氫化合物反應，從而至少部分地將該碳氫化合物自該反應腔內清除。
8. 如請求項1或6之方法，其中該第III族元素選自鎵、銦、鎵及銦之組合、鎵及鋁之組合、銦及鋁之組合、以及鎵及銦及鋁之組合。
9. 如請求項1或6之方法，其中該第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。
10. 如請求項1之方法，其中該等步驟(a1)及(a2)亦包括：將該反應腔內的壓力保持在大約100mTorr至10Torr之間。
11. 如請求項1之方法，其中該第一清潔氣體之電漿或第二清潔氣體之電漿由電容耦合或電感耦合的方式形成。
12. 如請求項1之方法，其中該反應腔內設置有一上電極，該上電極與一射頻功率源相連接，該上電極上設置有氣體分佈孔，該第一清潔氣體或/及第二清潔氣體與該上電極相連接，並藉由該上電極而輸送入該反應腔內。
13. 如請求項1之方法，其中該反應腔的頂部或外側設置有電感線圈，該電感線圈與一射頻功率源相連接。
14. 一種清除第III族元素及第V族元素化合物薄膜生長裝置的反應腔內之沉積物或殘餘的方法，包括以下步驟：(a)選擇執行下述步驟(a1)及(a2)中之任何一個步驟：(a1)在遠離該反應腔之一遠端電漿源內通入第一清潔氣體，該第一清潔氣體包括含H或含Cl或含F或含Br之氣體，在該遠端電漿源內形成該第一清潔氣體之電漿並產生第一活性中性粒子，將該等第一活性中性粒子通入該反應腔內並維持第一時間段，以部分地清除該等沉積物或殘餘；(a2)在該遠端電漿源內通入第二清潔氣體，該第二清潔氣體包括含O之氣體，在該遠端電漿源內形成該第二清潔氣體之電漿並產生第二活性中性粒子，將該等第二活性中性粒子通入該反應腔內並維持第二時間段，以部分地清除該等沉積物或殘餘；(b)在執行完步驟(a)中所述之一個步驟後，再執行步驟(a1)及(a2)中未執行之另外一個步驟；(c)交互地重複前述步驟(a)及步驟(b)。
15. 如請求項14之方法，其中該等含H之氣體包括：H₂、 HCl、NH₃、HBr、HI、CH₄、CHF₃、CH₂F₂中的一種或至少兩種氣體之混合物。
16. 如請求項14之方法，其中該等含Cl之氣體包括：HCl、Cl₂、ClF、ClF₃、ClF₅、BCl₃、SiCl₄、CHCl₃、CH₃Cl中的一種或至少兩種氣體之混合物。
17. 如請求項14之方法，其中該等含F之氣體包括：ClF、ClF₃、ClF₅、NF₃、SF₆、CF₄、C₄F₆、C₄F₈、CHF₃、CH₂F₂中的一種或至少兩種氣體之混合物。
18. 如請求項14之方法，其中該等含O之氣體包括：O₂、CO₂、O₃、N₂O中的一種或至少兩種氣體之混合物。
19. 如請求項14之方法，其中該等沉積物或殘餘包括第III族元素及第V族元素化合物，並且在該步驟(a1)中，該第一清潔氣體之電漿與該等第III族元素及第V族元素化合物反應，從而至少部分地將該等第III族元素及第V族元素化合物自該反應腔內清除。
20. 如請求項14之方法，其中該等沉積物或殘餘包括碳氫化合物，並且在該步驟(a2)中，該第二清潔氣體之電漿與該碳氫化合物反應，從而至少部分地將該碳氫化合物自該反應腔內清除。
21. 如請求項14或19之方法，其中該第III族元素選自鎵、銦、鎵及銦之組合、鎵及鋁之組合、銦及鋁之組合、以及鎵及銦及鋁之組合。
22. 一種清除第III族元素及第V族元素化合物薄膜生長裝置的反應腔部件上之沉積物或殘餘的方法，包括以下步 驟：(a)將該反應腔部件放置於清潔處理腔之基座上；(b)選擇執行下述步驟(b1)及(b2)中之任何一個步驟：(b1)向該清潔處理腔內通入第一清潔氣體，該第一清潔氣體包括含H或含Cl或含F或含Br之氣體，並在該清潔處理腔內形成該第一清潔氣體之電漿，維持該第一清潔氣體之電漿達第一時間段，以部分地清除該等沉積物或殘餘；(b2)向該清潔處理腔內通入第二清潔氣體，該第二清潔氣體包括含O之氣體，並在該清潔處理腔內形成該第二清潔氣體之電漿，維持該第二清潔氣體之電漿達第二時間段，以部分地清除該等沉積物或殘餘；(c)在執行完步驟(b)中所述之一個步驟後，再執行步驟(b1)及(b2)中未執行之另外一個步驟；(d)交互地重複前述步驟(b)及步驟(c)。
23. 如請求項22之方法，其中該清潔處理腔內設置有一上電極，該上電極與一射頻功率源相連接，該上電極上設置有氣體分佈孔，該第一清潔氣體或/及第二清潔氣體與該上電極相連接，並藉由該上電極而輸送入該清潔處理腔內。
24. 如請求項22之方法，其中該清潔處理腔的頂部或外側設置有電感線圈，該電感線圈與一射頻功率源相連接，用於形成所述該第一清潔氣體之電漿或/及第二清潔氣體之電漿。
25. 一種清除第III族元素及第V族元素化合物薄膜生長裝置的反應腔部件上之沉積物或殘餘的方法，包括以下步驟：(a)將該反應腔部件放置於清潔處理腔之基座上；(b)選擇執行下述步驟(b1)及(b2)中之任何一個步驟：(b1)在遠離該清潔處理腔的一遠端電漿源內通入第一清潔氣體，該第一清潔氣體包括含H或含Cl或含F或含Br之氣體，在該遠端電漿源內形成該第一清潔氣體之電漿並產生第一活性中性粒子，將該等第一活性中性粒子通入該清潔處理腔內並維持第一時間段，以部分地清除該等沉積物或殘餘；(b2)在該遠端電漿源內通入第二清潔氣體，該第二清潔氣體包括含O之氣體，在該遠端電漿源內形成該第二清潔氣體之電漿並產生第二活性中性粒子，將該等第二活性中性粒子通入該清潔處理腔內並維持第二時間段，以部分地清除該等沉積物或殘餘；(c)在執行完步驟(b)中所述之一個步驟後，再執行步驟(b1)及(b2)中未執行之另外一個步驟；(d)交互地重複前述步驟(b)及步驟(c)。
26. 如請求項25之方法，其中該遠端電漿源為微波電漿源或螺旋管形電漿源。
27. 如請求項25之方法，其中該等沉積物或殘餘包括第III族元素及第V族元素化合物，並且在該步驟(b1)中，該等第一活性中性粒子與該等第III族元素及第V族元素化合物 反應，從而至少部分地將該等第III族元素及第V族元素化合物自該反應腔內清除。
28. 如請求項25之方法，其中該等沉積物或殘餘包括碳氫化合物，並且在該步驟(b2)中，該等第二活性中性粒子與該碳氫化合物反應，從而至少部分地將該碳氫化合物自該反應腔內清除。