专利名称：一种原位清洁mocvd反应腔室的方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种原位清洁MOCVD反应腔室的方法。
背景技术：
目前，金属有机化合物化学气相沉积(Metal-organic Chemical VaporDeposition, MOCVD)技术广泛用于制备第III族元素和第V族元素的化合物(如GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、GaP等)。目前工艺水平中，制备第III族元素和第V族元素的化合物之后的MOCVD反应腔室存在的一个主要问题是每个反应步骤之后会在反应腔室内部形成多余的固态副产品沉积物(如含碳有机物或者金属及其化合物等)，这些沉积物沉积在反应腔室内部(如喷淋头、基座及内壁等处)，造成工艺偏差(process drift)、性能下降,并且容易在 制备第III族元素和第V族元素的化合物的过程中在基片表面形成颗粒等杂质，这些杂质会影响后续工艺，因此，在使用过程中，需要对MOCVD的反应腔室进行清洁，以去除反应腔室内部的沉积物，进而提高制备第III族元素和第V族元素的化合物的质量。现有技术中，去除MOCVD反应腔室内部的沉积物一般采用手动去除的方式，即打开MOCVD反应腔室、然后手动去除喷淋头等处的沉积物。但是，采用这种清洁方法生产率低、可重复性差、清洁效率不高。为此，现有技术中有一些采用原位去除MOCVD反应腔室内部沉积物的方法，这些方法主要将含有齒化物(halide chemistries)(如C12、HCl、HBr等)的气体通入MOCVD反应腔室内部以对沉积物进行原位去除。这种清洁方法无需打开MOCVD反应腔室、可重复性好、清洁效率高、生产率高。但是,在温度相对较低的表面(如米用水冷的喷淋头表面或者反应腔室内壁表面)，由于金属有机化合物前驱反应物(precursors)的不完全分解,这些多余的沉积物通常主要包含相对稳定的有机物配合基(organic ligands)或者关联的聚合物以及金属及其化合物，其中这些相对稳定的有机物配合基(organic ligands)或者关联的聚合物主要是高浓度的含碳有机物，此时，这种基于简单的卤化物(如Cl2、HCl、HBr等)的原位清洁方法对去除温度相对较低表面的沉积物不起作用。
发明内容
为去除MOCVD反应腔室内部温度相对较低的表面的沉积物，本发明实施例提供一种原位清洁MOCVD反应腔室内部沉积物的方法，所述方法包括执行步骤(a):向所述反应腔室内部通入第一清洁气体，并将所述第一清洁气体在所述反应腔室内部转化为第一清洁等离子体；和/或，在所述反应腔室外部将所述第一清洁气体转化为所述第一清洁等离子体，并将所述第一清洁等离子体通入所述反应腔室内部；和/或，向所述反应腔室内部通入所述第一清洁气体，并维持所述反应腔室内部的温度在200°C至 500°C之间；并将所述反应腔室内部的压力保持在第一预定压力范围内第一时间段以完全去除所述反应腔室内部的含碳有机物并将所述反应腔室内部的金属及其化合物转化为金属氧化物；其中，所述第一清洁气体包括第一含氧气体；执行步骤(b):向所述反应腔室内部通入第 二清洁气体，并将所述第二清洁气体在所述反应腔室内部转化为第二清洁等离子体；和/或，在所述反应腔室外部将所述第二清洁气体转化为所述第二清洁等离子体，并将所述第二清洁等离子体通入所述反应腔室内部；和/或，向所述反应腔室内部通入所述第二清洁气体，并维持所述反应腔室内部的温度在200°C至 500°C之间；并将所述反应腔室内部的压力保持在第二预定压力范围内第二时间段以完全去除所述反应腔室内部的金属氧化物；其中所述第二清洁气体包括第一含卤素气体。优选地，所述第一清洁气体还包括Ar ;和/或，所述第二清洁气体还包括Ar。优选地，所述第一清洁气体还包括第二含卤素气体，所述第二含卤素气体包括HC1、BC13、Cl2, H2/C12的混合气体、HBr中的一种或者几种的组合。优选地，所述第一清洁气体中所述第一含氧气体的摩尔分数大于所述第二含卤素气体的摩尔分数。优选地，所述第二清洁气体还包括第二含氧气体，所述第二含氧气体包括02、03、CO2、H2O2、N2O、CO中的一种或者几种的组合。优选地，所述第二清洁气体中所述第一含卤素气体的摩尔分数大于所述第二含氧气体的摩尔分数。优选地，所述第一含氧气体包括02、03、C02、H202、N2O中的一种或者几种的组合。优选地，所述第一含卤素气体包括HCl、BC13、BCl/02的混合气体、H2/C12的混合气体、Cl2、HBr中的一种或者几种的组合。优选地，所述第一时间段大于5分钟，所述第二时间段大于3分钟。本发明实施例中，采用包括第一含氧气体的第一清洁气体和/或其等离子体去除反应腔室内部的含碳有机物、采用包括第一含卤素气体的第二清洁气体和/或其等离子体去除反应腔室内部的金属及其化合物。本发明实施例提供的原位清洁MOCVD反应腔室的方法能够去除含有相对稳定的有机物配合基或者关联的聚合物以及金属及其化合物，从而对于反应腔室内部温度相对较低表面的沉积物具有良好的清洁效果。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，图中相同的标记表示相同的部件，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主
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图I是本发明实施例一的原位清洁MOCVD反应腔室的方法流程图；图2是本发明实施例的MOCVD反应腔室的结构示意图；图3是本发明实施例二的原位清洁MOCVD反应腔室的方法流程图；图4是本发明实施例三的原位清洁MOCVD反应腔室的方法流程图。
具体实施例方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。为解决现有技术中去除MOCVD反应腔室内部温度相对较低的表面的沉积物的效 果不明显的问题，本申请的发明人经过研究提出了一种原位清洁MOCVD反应腔室的方法。以下对该原位清洁MOCVD反应腔室的方法进行详细描述。实施例一如图I所示，本发明实施例一的原位清洁MOCVD反应腔室的方法的流程图，以下结合MOCVD反应腔室的结构示意图(即图2)对该方法进行详细说明。步骤SlOl :向反应腔室10内部通入第一清洁气体，将第一清洁气体在反应腔室10内部转化为第一清洁等离子体，并将反应腔室10内部的压力保持在第一预定压力范围内第一时间段以去除反应腔室10内部的含碳有机物并将反应腔室10内部的金属转化为金属氧化物；具体地，本发明实施例一中的第一清洁气体可以包括第一含氧气体，其中第一含氧气体可以是02、03、0)2、!1202、叫中的一种或者几种的组合；优选地，本发明实施例中的第一含氧气体选择具有强氧化性的气体，如03、H2O2等。如果第一清洁气体仅包括一种气体，则可以通过一条进气管道(例如进气管道41或者42)将该气体通入反应腔室10内部；如果第一清洁气体包括多种气体，则可以通过多条进气管道将这多种气体通入反应腔室10内部，以保证这些气体分别通入反应腔室10，即这些气体在进入反应腔室10内部之后才混合；另外，如果第一清洁气体包括多种气体，则这些气体也可以在通入反应腔室10内部之前进行混合，然后将该混合之后的气体通过进气管道41或者42通入反应腔室10内部。本步骤SlOl中的第一清洁气体是在进入反应腔室10内部之后转化为等离子体的。具体地，可以在反应腔室10内部的喷淋头11和基座13之间施加一定功率的射频电压，通过该射频电压在反应腔室10内部的反应区M (例如该反应区可以是喷淋头11与基座13之间的区域，其中基座13用于安放制备第III族元素和第V族元素的化合物时所用的基片)将第一清洁气体转化为第一清洁等离子体；另外，也可以在反应腔室10内部的反应区之外的区域将第一清洁气体转化为第一清洁等离子体具体可以在反应腔室10内壁与基座13之间施加一定功率的射频电压或者在反应腔室10内壁与喷淋头11之间施加一定功率的射频电压，通过该射频电压在反应区M以外的区域(图2中反应腔室10内部除区域M之外的区域)将第一清洁气体转化为第一清洁等离子体。当然，本发明实施例一中将第一清洁气体转化为等离子体的方式并不局限于这两种，还可以采用本领域常用的其他方式进行，在此不再赘述。第一清洁气体在反应腔室10内部转化为第一清洁等离子体之后，维持反应腔室内部的压力在第一预定压力(例如O. Γ10托)范围内第一时间段(例如大于5分钟)以使第一步清洁步骤(即去除反应腔室内部的含碳有机物的步骤)充分进行，例如可以维持反应腔室内部的压力在O. Γ1托范围保持5 30分钟。本领域技术人员可以在实际清洁需求的情况下选择合适的反应腔室压力和反应时间，在此不做一一列举。在清洁过程中，可以保持排气装置12 —直处于开启状态，一方面可以将第一清洁等离子体与反应腔室10内部的沉积物发生反应后的气体产物不断排出反应腔室以加速清洁过程的进行和提高清洁效果，另一方面还可以保持反应腔室10内部具有一定的压力以满足清洁过程的需要，即，本发明实施例一中还可以通过控制排气装置12的开启程度来控制反应腔室10内部的压力，即通过控制排气装置12的排气量控制反应腔室10内部的压力。本步骤中，主要利用第一含氧气体(02、Η202等)的氧化性能将反应腔室内部的沉积 物中的含碳有机物转化为气态的碳氧化合物从而通过排气装置12排出反应腔室10，进而去除反应腔室10内部的有机物。另外，含氧气体还能够将反应腔室10内部的沉积物中的部分金属及其化合物氧化成金属氧化物，这些金属氧化物比较容易在后续步骤中去除。另外，鉴于反应腔室10内部的沉积物一般是含碳有机物和金属及其化合物混合在一起，在沉积物较厚时，仅采用具有氧化性能的第一清洁气体可能无法将沉积物中全部的含碳有机物转化为气态的含碳化合物，这是因为沉积物底层的含碳有机物被其上层的金属及其化合物覆盖，因此，为了令沉积物中的含碳有机物充分反应，本步骤中第一清洁气体中还可以含有一定量的第二含卤素气体，此时，含碳有机物上层的金属及其化合物容易与第二含卤素气体发生反应生成气态的金属卤化物同时该气态的金属卤化物可以通过排气装置12排出反应腔室10。例如，MOCVD反应腔室内部通常容易残留GaN、InN、AlN等金属及其化合物，反应腔室10内部的第二含卤素气体(例如Cl2)的等离子体可以与GaN、InN、AlN等金属及其化合物反应，生成气态的GaCl3、InCl3^AlCl3等。鉴于本步骤SlOl的主要目的是去除反应腔室内部的含碳有机物，因此，本步骤中第一清洁气体中的含氧气体的摩尔分数可以大于第二含卤素气体的摩尔分数，其中第二含卤素气体可以包括HC1、BC13、Cl2, H2/C12的混合气体、HBr中的一种或者几种的组合(本申请中“H2/C12的混合气体”表示“H2与Cl2的混合气体”，其他类似描述表示类似的含义)。当然这只是一个优选的方式，实际上第一清洁气体中的还原气体的摩尔分数和第二含卤素气体的摩尔分数的比例可以不受限制。此外，为提高清洁效果和清洁速度，本步骤中的第一清洁气体还可以包括一定量的Ar，Ar在反应腔室10内部可以转化为Ar等离子体，Ar等离子体能够加速清洁反应(包括还原气体与含碳有机物反应和/或含卤素气体与金属及其化合物反应)的进行。由第一清洁气体转化而成的等离子体在适当的温度及压力等条件下，可以使含碳有机物或聚合物的碳键断裂，发生反应生成气态的含碳化合物，从而使反应腔室内部相对稳定的有机物配合基及聚合物转变为活性较高的容易去除的物质，这些物质在特定气流、压力、温度等条件下可随气流被泵抽离反应腔室，从而达到清洁的目的。需要说明的是，本发明实施例一中，可以执行下述步骤SIOI-AI和步骤SIOI-A2中的任意一个或者两个步骤，以替代步骤SlOl 步骤SlOl-Al :在反应腔室10外部将第一清洁气体转化为第一清洁等离子体，并将第一清洁等离子体通入反应腔室10内部；步骤S101-A2 :向反应腔室10内部通入第一清洁气体，并维持反应腔室10内部的温度在200°C至500°C之间；其中，步骤SlOl-Al和步骤S101-A2中的第一清洁气体可以与步骤SlOl中的第一清洁气体具有相同的含义，该处“具有相同的含义”是指该处的第一清洁气体与步骤SlOl中的第一清洁气体具有相同的范围(如都包含第一含氧气体)，但是，可以选择此范围内不同种类的气体，下述内容中的“具有相同的含义”的描述与此处类似。另外，还可以在执行步骤SlOl的同时执行步骤SlOl-Al和步骤S101-A2，以此进一步加速清洁反应的速度。
步骤S102 :向反应腔室10内部通入第二清洁气体，将第二清洁气体在反应腔室10内部转化为第二清洁等离子体，并将反应腔室10内部的压力保持在第二预定压力范围内第二时间段以去除反应腔室10内部的金属及其化合物； 本发明实施例一中的第二清洁气体可以包括第一含卤素气体，该第一含卤素气体可以是HC1、BC13、C12、H2/C12的混合气体、HBr中的一种或者几种的组合。具体地，可以通过进气管道41或者42向反应腔室10内部通入第二清洁气体。经过步骤S101，反应腔室10内部的含碳有机物基本已经被清除，残余的主要是金属(例如Ga、Al、In等)及其化合物，因此，本步骤中向反应腔室10内部通入包括含卤素气体的第二清洁气体，该第二清洁气体可以在射频电压的作用下在反应腔室内部的反应区M或者反应区M之外的区域转化为等离子体(参见步骤SlOl中的描述)，该等离子体能够与沉积物中剩余的金属及其化合物充分反应形成为气态的金属卤化物，随后这些气态的金属卤化物通过排气装置12排出反应腔室10。第二清洁气体在反应腔室10内部转化为等离子体之后，维持反应腔室内部的压力在第二预定压力(如O. Γιο托)范围内第二时间段(例如大于3分钟)以使第二步清洁步骤(即去除反应腔室内部的金属及其化合物)充分进行，以完全去除反应腔室内的金属及其化合物残余，例如可以将反应腔室的压力在O. fl托范围内保持5 30分钟。本领域技术人员可以在实际清洁需求的情况下选择合适的反应腔室内部的压力和反应时间，在此不做一一列举。此外，本步骤中还能将步骤SlOl中产生的少量金属氧化物去除。具体地，可以通过控制通入反应腔室10的第二清洁气体的流量来控制反应腔室10内部的压力，或者也可以通过控制排气装置12的开启程度来控制反应腔室10内部的压力。在该步骤中，主要利用转化为等离子体的卤素与反应腔室内部的残余金属及其化合物以及步骤SlOl中产生的金属氧化物反应，从而将这些残余金属及其化合物以及金属氧化物转化为气态的金属卤化物排出反应腔室10。例如，MOCVD反应腔室内部通常容易残留Ga、In、Al、GaN、InN、AlN等金属及其化合物，反应腔室10内部的第二含卤素气体(例如Cl2)的等离子体能够与Ga、In、Al、GaN、ΙηΝ、Α1Ν等金属及其化合物反应，生成气态的GaCl3、InCl3、AlCl3 等。此外，本步骤S 102中第二清洁气体中还可以含有一定量的第二含氧气体(如02)，该第二含氧气体可以在反应腔室10内部转化为等离子体，然后与可能残留在反应腔室10内部的含碳有机物反应，以全部去除沉积物中的含碳有机物，进一步提高清洁效果。鉴于本步骤S102的主要目的是去除反应腔室内部的金属及其化合物以及少量金属氧化物，因此，本步骤中第二清洁气体中的第一含卤素气体的摩尔分数可以大于第二含氧气体的摩尔分数，当然这只是一个优选的方式，实际上第二清洁气体中的第一含卤素气体的摩尔分数和第二含氧气体的摩尔分数的比例可以不受限制。同时，为进一步提高清洁效果和清洁速度，在本步骤中，第二清洁气体中还可以包含适量的Ar，Ar在反应腔室10内部转化为Ar等离子体，Ar等离子体能够加速反应的进行。需要说明是的，本发明实施例一中，可以执行下述步骤S102-B1和步骤S102-B2中的任意一个或者两个步骤，以替代步骤S102 步骤S102-B1 :在反应腔室10外部将第二清洁气体转化为第二清洁等离子体，并 将第二清洁等离子体通入反应腔室10内部；步骤S102-B2 :向反应腔室10内部通入第二清洁气体，并维持反应腔室10内部的温度在200°C至500°C之间；其中，步骤S102-B1和步骤S102-B2中的第二清洁气体可以与步骤S102中的第二清洁气体具有相同的含义。另外，还可以在执行步骤S102的同时执行步骤S102-A1和步骤S102-A2，以此进一步加速清洁反应的速度。本发明实施例一提供的原位清洁MOCVD反应腔室的方法，首先向反应腔室内部通入包括第一含氧气体的第一清洁气体，在反应腔室内部将第一清洁气体转化为等离子体并利用其氧化性能去除反应腔室内部的含碳有机物；然后向反应腔室内部通入包括第一含卤素气体的第二清洁气体，在反应腔室内部将第二清洁气体转化为等离子体用于去除反应腔室内部的残余金属及其化合物以及少量金属氧化物，从而完全除去MOCVD反应腔室内部的沉积物。需要说明的是，本发明实施例一中步骤SlOl和步骤S102的执行可以连续的，即执行完步骤SlOl之后立即执行步骤S102 ;步骤SlOl和步骤S102的执行也可以是间歇的，即执行完步骤SlOl之后隔一段时间再执行步骤S102，当然，在此间歇过程中，可以保持排气装置12—直处于排气状态，这样能够将步骤SlOl中产生的气态产物全部排出反应腔室，进而可以提高步骤S 102的清洁效率。需要说明的是，本发明实施例一中，可以适当延长步骤SlOl和/或步骤S102执行的时间，以通过步骤SlOl完全去除反应腔室内部的含碳有机物、通过步骤S102完全去除反应腔室内部的金属及其化合物，本领域技术人员可以采用辅助的检测设备监测反应腔室内部的含碳有机物和/或金属及其化合物被完全去除，鉴于该内容不是本申请的重点，在此不再详述。此外，本发明实施例中也可以循环重复执行步骤SlOl和步骤S102，以进一步提高
清洁效果。以下以两个具体示例对本发明实施例一的技术方案进行详细说明示例一A、同时向反应腔室10内通入02、Cl2和Ar，具体地可以通过图2所示的进气管道分别向反应腔室10内通入02、Cl2和Ar，02、Cl2和Ar的流量分别为250sccm、250sccm和500SCCm，在喷淋头11和反应腔室10内壁之间加射频电压，保持射频功率为2000W、射频频率为13. 56MHz，保持反应腔室内部的压力为O. 72Torr、等离子体反应时间为10分钟(即第一时间段为10分钟)；经过此步骤，反应腔室内部的沉积物中绝大多数的含碳有机物被去除；B、同时向反应腔室10内通入HCl和Ar，HCl和Ar的流量均为500sccm，在喷淋头11和反应腔室10内壁之间加射频电压，保持射频功率为2000W、射频频率为13. 56MHz，保持反应腔室内部的压力为O. 68Torr、等离子体反应时间为5分钟(即第二时间段为5分钟)；经过此步骤，反应腔室内部的沉积物均能够被去除。示例二A、同时向反应腔室10内通入02、Cl2和Ar，具体地可以通过图2所示的进气管道分别向反应腔室10内通入02、Cl2和Ar，02、Cl2和Ar的流量分别为250sccm、250sccm和 500SCCm，在喷淋头11和反应腔室10内壁之间加射频电压，保持射频功率为2000W、射频频率为13. 56MHz，保持反应腔室内部的压力为O. 72Torr、等离子体反应时间为10分钟；经过此步骤，反应腔室内部的沉积物中的绝大多数的含碳有机物被去除；另外，本步骤中含氧气体还能与沉积物中的部分金属及其化合物反应形成金属氧化物；B、同时向反应腔室10内通入H2、Cl2和Ar，H2, Cl2和Ar的流量分别为250sccm、250sccm和500sccm，在喷淋头11和反应腔室10内壁之间加射频电压，保持射频功率为2000W、射频频率为13. 56MHz，保持反应腔室内部的压力为O. 68Torr、等离子体反应时间为5分钟；经过此步骤，反应腔室10内部的沉积物中绝大多数的含碳有机物和金属及其化合物以及金属氧化物均能够被去除；鉴于在MOCVD中制备第III族元素和第V族元素的化合物时通常需要向MOCVD反应腔室内部通入H2和Cl2，此步骤中材料采用H2和Cl2的混合气体去除沉积物中的金属及其化合物，就无需向反应腔室10内部添加额外的气体，因此，不但能够简化清洁工艺，还能够简化MOCVD反应腔室的清洁装置(即无需增加过多的进气管道)。需要说明的是，本发明实施例中，在原位清洁MOCVD反应腔室的过程(如步骤S101、步骤S101-A1、步骤S102、步骤S102-B1等)中，可以对反应腔室10加热，使反应腔室10内部保持一定的温度。这样不但能够提高原位清洁的清洁速率，还能够保证等离子体与沉积物反应之后的产物为气态，避免该产物遇到温度较低的表面变成液态或者固态而残留在反应腔室内部，例如可以保持反应腔室10内部的温度在7(Tl00°C之间(如70°C、80°C或者100°C等)，具体可以采用对反应腔室外壁或者内壁加热的方式保持反应腔室内部的温度。本发明实施例中的清洁MOCVD反应腔室的方法主要通过具有还原性能的等离子体与沉积物反应从而将沉积物转变为气态产物，并通过排气装置将气态产物排出反应腔室内部。通过本发明实施例一提供的原位清洁方法去除MOCVD反应腔室内部的沉积物(尤其是温度相对较低的表面的沉积物)能够实现工艺稳定、性能提升，并且能使整个MOCVD工艺自动进行。需要说明的是，本发明实施例提供的MOCVD反应腔室的原位清洁方法还可以采用其他方式。例如，该清洁等离子体可以在反应腔室内部产生，也可以在反应腔室外部产生然后再通入反应腔室内部。实施例二本发明实施例二的原位清洁MOCVD反应腔室的方法与本发明实施例一的方法类似，有所不同的是，本发明实施例二中的等离子体可以在反应腔室10的外部产生，然后再通过进气管道通入反应腔室内部。为简化起见，本发明实施例二中仅介绍与本发明实施例一的不同之处，本领域技术人员容易从本发明实施例一的相关描述得到本发明实施例二的其他内容，在此不再赘述。步骤S301 :在反应腔室10外部将第一清洁气体转化为第一清洁等离子体，并将第一清洁等离子体通入反应腔室10的内部，将反应腔室10内部的压力保持在第一预定压力范围内第一时间段以去除反应腔室10内部的含碳有机物并将部分金属及其化合物转化为金属氧化物；本发明实施例二中的第一清洁气体可以包括第一含氧气体，其中第一含氧气体可 以是o2、o3、co2、h2o2、n2o中的一种或者几种的组合；优选地，本发明实施例中的第一含氧气体选择具有强氧化性的气体，如03、H2O2等。具体地，第一清洁等离子体可以采用等离子体转化装置转化而成，例如，可以首先向等离子体转化装置内部通入第一含氧气体，然后在等离子体转化装置内部将第一含氧气体转化为第一清洁等离子体。第一清洁等离子体可以通过与反应腔室相连的进气装置通入反应腔室内部。第一清洁等离子体通入反应腔室内部以后，维持反应腔室压力在第一预定压力范围内第一时间段，例如可以维持反应腔室内部的压力在O. f 10托范围(作为第一预定压力范围的示例)内5分钟以上(例如5 30分钟)，以使第一清洁等离子体与沉积物中的含碳有机物反应。需要说明是的，本发明实施例二中，可以执行下述步骤S301-A1和步骤S301-A2中的任意一个或者两个步骤以替代步骤S301 步骤S301-A1 :向反应腔室10内部通入第一清洁气体，并将第一清洁气体在反应腔室10内部转化为第一清洁等离子体；步骤S301-A2 :向反应腔室10内部通入第一清洁气体，并维持反应腔室10内部的温度在200°C至500°C之间；其中，步骤S301-A1和步骤S301-A2中的第一清洁气体可以与步骤S301中的第一清洁气体具有相同的含义。另外，还可以在执行步骤S301的同时执行步骤S301-A1和步骤S301-A2，以进一步加速清洁反应的速度。步骤S302 :在反应腔室10外部将第二清洁气体转化为第二清洁等离子体，并将第二清洁等离子体通入反应腔室10内部，将反应腔室10内部的压力保持在第二预定压力范围内第二时间段以去除反应腔室10内部的金属及其化合物；具体地，该第一清洁等离子体可以利用等离子体转化装置转化而成，例如，可以首先向等离子体转化装置内部通入第一清洁气体，然后在等离子体转化装置内部将第一清洁气体转化为第一清洁等离子体。第二清洁等离子体通入反应腔室10内部以后，可以维持反应腔室10内部的压力在O. ITorr^lOTorr (作为第二预定压力范围的示例)之间3分钟以上(如5 30分钟)，以使第二清洁等离子体与沉积物中残留的金属及其化合物充分反应形成气态的金属卤化物并通过排气装置将这些气态的金属卤化物排出反应腔室。本发明实施例二中的第一清洁气体与本发明实施例一中的第一清洁气体具有相同的含义、本发明实施例二中的第二清洁气体与本发明实施例一中的第二清洁气体具有相同的含义。需要说明的是，本发明实施例一中的参数(如压力、时间、温度等)、气体组分、含量等描述同样适用于本发明实施例二中的方案，为简化起见，在此不再重复描述，但是本领域普通技术人员仍然可以将本发明实施例二中的方案与本发明实施例一中的相应内容相结合从而获得具体的实现方案，这些实现方案仍在本发明的保护范围之内。本发明实施例二中在反应腔室10的外部将第一清洁气体转化为第一清洁等离子体、将第二清洁气体转化为第二清洁等离子体，并将第一清洁等离子体通入反应腔室10的内部以完全去除反应腔室10内部的含碳有机物、将第二清洁等离子体通入反应腔室10内 部以完全去除反应腔室10内部的金属及其化合物。需要说明的是，本发明实施例二中步骤S301和步骤S302的执行可以连续的，即执行完步骤S301之后立即执行步骤S302 ;步骤S301和步骤S302的执行也可以是间歇的，即执行完步骤S301之后隔一段时间再执行步骤S302，当然，在此间歇过程中，可以保持排气装置12—直处于排气状态，这样能够将步骤S301中产生的气态产物全部排出反应腔室，进而可以提高步骤S302的清洁效率。上述实施例一和实施例二主要详细描述了采用等离子体(第一清洁等离子和/或第二清洁等离子体)去除反应腔室内部的沉积物(含碳有机物和/或金属及其化合物)的情形，实际上，本发明实施例中还可以采用清洁气体与反应腔室内部的沉积物发生热反应的方式去除该沉积物。实施例三本发明实施例三提供一种原位清洁MOCVD反应腔室的方法，该方法与本发明实施例一的方法类似，有所不同的是，本发明实施例三中采用清洁气体与沉积物发生热反应的方式去除反应腔室内部的沉积物。为简化起见，本发明实施例三中仅介绍与本发明实施例一的不同之处，本领域技术人员容易从本发明实施例一的相关描述得到本发明实施例三的其他内容，在此不再赘述。步骤S401 :向反应腔室10内部通入第一清洁气体，维持反应腔室10内部的温度在200°C至500°C之间，并将反应腔室10内部的压力保持在第一预定压力范围内第一时间段以去除反应腔室10内部的含碳有机物并将部分金属及其化合物转化为金属氧化物；本发明实施例二中的第一清洁气体可以包括第一含氧气体，其中第一含氧气体可以是o2、o3、co2、h2o2、n2o中的一种或者几种的组合；优选地，本发明实施例中的第一含氧气体选择具有强氧化性的气体，如03、H2O2等。具体地，可以通过对反应腔室10的内壁和/或底座13和/或喷淋头11加热的方式使反应腔室10内部的压力保持在第一预定压力范围(如O. f 10托)内，控制反应腔室10内部的温度保持在200°C至500°C之间(如200°c、300°c、50(rc等)，以使第一清洁气体与沉积物中的含碳有机物反应。采用该方法，可以采用一步的方式完全去除反应腔室10内部的沉积物中的含碳有机物。需要说明的是，本发明实施例三中，可以执行下述步骤S401-A1和步骤S401-A2中的任意一个或者两个步骤以替代步骤S401 步骤S401-A1 :向反应腔室10内部通入第一清洁气体，并将第一清洁气体在反应腔室10内部转化为第一清洁等离子体；步骤S401-A2 :在反应腔室10外部将所述第一清洁气体转化为第一清洁等离子体，并将第一清洁等离子体通入反应腔室10的内部；其中，步骤S401-A1和步骤S401-A2中的第一清洁气体可以与步骤S401中的第一清洁气体具有相同的含义。另外，还可以在执行步骤S401的同时执行步骤S401-A1和步骤S401-A2，以进一步加速清洁反应的进行。 步骤S402 :向反应腔室10内部通入第二清洁气体，维持反应腔室10的温度在200°C至500°C之间，并将反应腔室10内部的压力保持在第二预定压力范围内第二时间段以去除反应腔室10内部的金属氧化物；当第二清洁气体通入反应腔室10内部以后，可以维持反应腔室10内部的压力在O. ITorr^lOTorr (作为第二预定压力范围的示例)之间3分钟以上(如5 30分钟)，以使第二清洁气体与沉积物中残留的金属及其化合物充分发生热反应形成气态的金属卤化物通过排气装置排出反应腔室。本发明实施例三中的第一清洁气体与本发明实施例一中的第一清洁气体具有相同的含义、本发明实施例三中的第二清洁气体与本发明实施例一中的第二清洁气体具有相同的含义。需要说明的是，本发明实施例三中步骤S401和步骤S402的执行可以连续的，即执行完步骤S401之后立即执行步骤S402 ;步骤S401和步骤S402的执行也可以是间歇的，即执行完步骤S401之后隔一段时间再执行步骤S402，当然，在此间歇过程中，可以保持排气装置12—直处于排气状态，这样能够将步骤S401中产生的气态产物全部排出反应腔室，进而可以提高步骤S402的清洁效率。需要说明的是，本发明实施例一和/或实施例二中的参数(如压力、时间、温度等)、气体组分、含量等描述同样适用于本发明实施例三的中的方案，为简化起见，在此不再重复描述，但是本领域普通技术人员仍然可以将本发明实施例三中的方案与本发明实施例一和/或实施例二中的相应内容相结合从而获得具体的实现方案，这些实现方案仍在本发明的保护范围之内。可见，本发明实施例中可以采用清洁气体与反应腔室内部的沉积物发生热反应从而将该沉积物去除，也可以先将清洁气体转化为清洁等离子体、然后再采用该清洁等离子体与反应腔室内部的沉积物发生反应从而将该沉积物去除；其中，该清洁等离子体可以在反应腔室的外部形成，也可以在反应腔室的内部形成(可以在反应腔室内部的反应区中形成，也可以在反应腔室内部除反应区之外的区域形成)。采用本发明上述实施例中的方案，能够采用一步的方式完全去除反应腔室内部的含碳有机物和金属及其化合物。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护 范围。
权利要求
1.一种原位清洁MOCVD反应腔室的方法，其特征在于，所述方法包括 执行步骤(a) 向所述反应腔室内部通入第一清洁气体，并将所述第一清洁气体在所述反应腔室内部转化为第一清洁等离子体； 和/或， 在所述反应腔室外部将所述第一清洁气体转化为所述第一清洁等离子体，并将所述第一清洁等离子体通入所述反应腔室内部；和/或， 向所述反应腔室内部通入所述第一清洁气体，并维持所述反应腔室内部的温度在200°C至 500°C之间； 并将所述反应腔室内部的压力保持在第一预定压力范围内第一时间段以完全去除所述反应腔室内部的含碳有机物并将所述反应腔室内部的金属及其化合物转化为金属氧化物；其中，所述第一清洁气体包括第一含氧气体； 执行步骤(b): 向所述反应腔室内部通入第二清洁气体，并将所述第二清洁气体在所述反应腔室内部转化为第二清洁等离子体；和/或， 在所述反应腔室外部将所述第二清洁气体转化为所述第二清洁等离子体，并将所述第二清洁等离子体通入所述反应腔室内部；和/或， 向所述反应腔室内部通入所述第二清洁气体，并维持所述反应腔室内部的温度在200°C至 500°C之间； 并将所述反应腔室内部的压力保持在第二预定压力范围内第二时间段以完全去除所述反应腔室内部的金属氧化物；其中所述第二清洁气体包括第一含卤素气体。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述第一清洁气体还包括Ar;和/或，所述第二清洁气体还包括Ar。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述第一清洁气体还包括第二含卤素气体，所述第二含卤素气体包括HCl、BC13、Cl2, H2/C12的混合气体、HBr中的一种或者几种的组合。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一清洁气体中所述第一含氧气体的摩尔分数大于所述第二含卤素气体的摩尔分数。
5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述第二清洁气体还包括第二含氧气体，所述第二含氧气体包括02、O3> CO2> H2O2> N20、CO中的一种或者几种的组合。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第二清洁气体中所述第一含卤素气体的摩尔分数大于所述第二含氧气体的摩尔分数。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述第一含氧气体包括02、03、CO2、H2O2、N2O中的一种或者几种的组合。
8.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述第一含卤素气体包括HC1、BC13、BCl/02的混合气体、H2/C12的混合气体、Cl2、HBr中的一种或者几种的组合。
9.根据权利要求1-6任一项所述的方法,其特征在于,所述第一时间段大于5分钟,所述第二时间段大于3分钟。
全文摘要
本发明实施例提供一种原位清洁MOCVD反应腔室的方法，所述方法包括向所述反应腔室内部通入第一清洁气体，并将所述第一清洁气体在所述反应腔室内部转化为第一清洁等离子体以完全去除所述反应腔室内部的含碳有机物，其中该第一清洁气体包括第一含氧气体；向所述反应腔室内部通入第二清洁气体，并将所述第二清洁气体在所述反应腔室内部转化为第二清洁等离子体以完全去除所述反应腔室内部的金属氧化物；其中所述第二清洁气体包括第一含卤素气体。本发明实施例提供的原位清洁MOCVD反应腔室的方法对于反应腔室内部温度相对较低表面的沉积物具有良好的清洁效果。
文档编号C23C16/44GK102899636SQ201210364958
公开日2013年1月30日 申请日期2012年9月26日 优先权日2012年9月26日
发明者尹志尧, 杜志游, 孟双, 汪洋, 张颖, 许颂临, 朱班, 泷口治久 申请人:中微半导体设备(上海)有限公司