一种MOCVD设备及其中寄生颗粒的清除方法技术

本发明专利技术提供一种MOCVD设备及其中寄生颗粒的清除方法，在反应腔的顶部设置喷淋头，将有机金属气体、氢化物气体、载气和清洗气体分别输送至反应腔内；在喷淋头底面的中间区域，将刚喷出的有机金属气体与氢化物气体隔开；在喷淋头底面的边缘区域，通过输送清洗气体来分解有机金属气体和氢化物气体进行预反应所形成的寄生颗粒。本发明专利技术可有效减少寄生颗粒对反应腔内设备的污染，保证薄膜生长质量，提升薄膜生长率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造领域，特别涉及一种MOCVD设备及其中寄生颗粒的清除方法。
技术介绍
目前，在金属有机化学气相沉积法(以下简称M0CVD)，将II或III族金属有机化合物的气体，与含IV或V族元素的氢化物气体引入MOCVD设备的反应腔内，使两者的混合气体在流经反应腔内的基片表面时，能够在基片表面发生热分解反应，从而外延生长形成化合物单晶薄膜。如图1所示是现有一种MOCVD设备的示意图，在反应腔60内的顶部设有喷淋头70，可向反应腔60内引入两路反应源气体，一路是有机金属气体(MO，Metal-Organic)，例如是三甲基镓(即(CH3)3Ga,简称TMG或TMGa，)、三甲基铝(即2，简称TMA或TMA1)等，另一路是氢化物气体，例如是氨气NH3等。所述反应腔60内的底部设置承载基片62的基座61，能够绕中心轴旋转；该基座61下方还设有基片62的加热器63 ;反应腔60侧壁的内侧可以环绕设置约束环64。然而，在上述设备中两路反应源气体在输送到基片62表面之前已经开始进行预反应TMGa+NH3 — GaN+CH4, TMA1+NH3 — A1N+CH4,形成GaN、AlN的寄生颗粒80附着在反应腔60的内壁或约束环64内侧、喷淋头70的下表面，因而必须经常停下工艺制程对反应腔内的这些设备进行清洗，降低了生产效率；寄生颗粒80还会随机地散落在基片62上，影响器件表面薄膜的生长形态，影响产品质量；另外，有一部分有机金属气体没有用于生长薄膜而是被耗费在形成上述寄生颗粒80的过程，使该设备的薄膜生长率下降。如图2所示，W02012/143257A1提供的一种现有设备，在沉积薄膜的同时通过引入蚀刻用的气体来分解所形成的寄生颗粒。该设备的进气装置中，竖直方向设置有彼此分隔开的三个气体通道8、9、10，能够从反应腔的侧壁输送载气(如氢气氏)与各反应源气体的混合物:第一通道8最靠近反应腔顶部用来引入氢化物气体(如氨气NH3)，第三通道10最靠近反应腔底部、基片上游的加热区域用来引入清洗气体(如HCl)，第二通道9位于前两者之间用来引入有机金属气体(如TMG)，并将第一、第三通道输送的气体隔开。基于下列反应GaN+HCl+H2 — GaCl (气)+NH4Cl，Ga+HCl — GaCl+l/2H2,该设备能将进气装置附近及基片上游的寄生颗粒分解，且分解后形成气态的GaCl可以经由抽气装置从反应腔排出。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种MOCVD设备及其中寄生颗粒的清除方法，在反应腔顶部的进气装置中，使有机金属气体与氢化物气体隔开，以减少两者在进气装置表面预反应产生的寄生颗粒；并且，通过在边缘区域输送蚀刻用的气体来分解寄生颗粒，从而减少对反应腔内的污染，保证薄膜生长质量，提升薄膜生长率。为了达到上述目的，本专利技术的一个技术方案是提供一种MOCVD设备，设有位于反应腔内顶部的喷淋头；从设置在该喷淋头底面的中间区域的进气口，向反应腔内输送互相隔开的有机金属气体和氢化物气体，并输送载气以携带有机金属气体和氢化物气体至位于反应腔内底部的基片表面进行薄膜沉积反应；还从设置在该喷淋头底面的边缘区域的进气口，向反应腔内输送清洗气体，通过清洗气体对有机金属气体和氢化物气体在到达基片之前进行预反应所形成的寄生颗粒进行分解。一个实施例中，用于输送有机金属气体的一组第一进气口，与用于输送氢化物气体的的一组第二进气口，在喷淋头底面的中间区域相互间隔且交替地分布；用于输送清洗气体的第三进气口，位于喷淋头底面的边缘区域。或者，所述第一进气口向反应腔内输送有机金属气体和载气的混合气体；所述第二进气口向反应腔内输送氢化物气体和载气的混合气体。另一个实施例中，在喷淋头底面的中间区域，设置用于输送有机金属气体的一组第一进气口，用于输送氢化物气体的一组第二进气口，用于输送载气的一组第四进气口 ；在喷淋头底面的边缘区域，设置用于输送清洗气体的第三进气口 ；所述第一进气口与所述第二进气口相互间隔且交替分布；并且，每个所述第一进气口分别穿设在与之相对应的一个第四进气口之中，使载气环绕在有机金属气体外围，将刚喷出的有机金属气体与氢化物气体隔开。可选地，所述第一进气口还同时向反应腔内输送清洗气体。可选地，所述清洗气体是任意一种含卤素气体或其组合，或者是含卤素气体与辅助气体的混合气体。可选地，所述清洗气体是HCl ;或者，所述清洗气体是C12和H2的混合气体。可选地，所述喷淋头底面的中间区域，与反应腔底部的基片放置区域相对应；所述喷淋头底面的边缘区域，环绕在所述基片放置区域的外侧。可选地，所述反应腔内的底部设置有用来承载基片的基座，能够绕中心轴旋转；所述基座下方设置有基片的加热器；所述MOCVD设备还设置有抽气装置将气体反应后的尾气排出反应腔。可选地，所述反应腔的侧壁内侧环绕设置有约束环；所述约束环的温度保持在寄生颗粒分解过程形成的反应中间产物的升华温度以上，所述约束环内开设有管道，使加热至反应中间产物的升华温度以上的流体介质在约束环的管道中流动。本专利技术的另一个技术方案是提供一种寄生颗粒清除方法，在反应腔的顶部设置喷淋头；在喷淋头底面的中间区域，输送相互隔开的有机金属气体和氢化物气体，以及分别携带有机金属气体和氢化物气体至基片的载气；在喷淋头底面的边缘区域，通过输送清洗气体来分解有机金属气体和氢化物气体进行预反应所形成的寄生颗粒，并形成帘幕状的气流以阻挡有机金属气体和氢化物气体直接吹送到反应腔的内壁。可选地，在喷淋头底面的中间区域，由环绕在有机金属气体外围的载气形成帘幕状的气流，将刚喷出的有机金属气体与氢化物气体隔开。可选地，控制约束环内壁的温度高于寄生颗粒分解过程中反应中间产物的升华温度。可选地，在喷淋头底面的中间区域，同时有另一路清洗气体随着有机金属气体一起输送至反应腔内。可选地，所述清洗气体是任意一种含卤素气体或其组合，或者是含卤素气体与辅助气体的混合气体。可选地，所述清洗气体是HCl ;或者，所述清洗气体是Cl2和H2的混合气体。可选地，所述清洗气体与有机金属气体的流量比例大于0.04且小于0.14。与现有技术相比，本专利技术提供的MOCVD设备及其中寄生颗粒的清除方法，使清洗气体通过喷淋头底面边缘区域的进气口输送，将积聚在反应腔内壁或约束环内壁的寄生颗粒物分解。可以进一步控制反应腔内壁或约束环内壁的温度高于分解过程中反应中间产物的升华温度，避免清洗气体与有机金属气体、氢化物气体反应得到的反应中间产物积聚在设备表面。并且，在喷淋头底面的中间区域，使刚喷出的载气环绕在有机金属气体的外侧等方式，将有机金属气体与氢化物气体隔开，避免两者太早接触而发生预反应。通过扩大各进气口(例如是氢化物气体的进气口)的末端口径，来增大喷淋头底面被设置为进气口的面积，利用进气口的气流吹走寄生颗粒，同时有效缩减喷淋头底面寄生颗粒可积聚的面积。还可以进一步在有机金属气体的气体通道中同时混入一些清洗气体来分解积聚在进气口末端附近的寄生颗粒。本专利技术可有效减少寄生颗粒对反应腔内设备的污染，保证薄膜生长质量，提升薄膜生长率。【附图说明】图1是现有一种MOCVD设备的结构示意图；图2是现有另一种MOCVD设备的结构不意图；图3是本专利技术所述MOCVD设备的结构示意图；图4是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MOCVD设备，其特征在于，设有位于反应腔内顶部的喷淋头；从设置在该喷淋头底面的中间区域的进气口，向反应腔内输送互相隔开的有机金属气体和氢化物气体，并输送载气以携带有机金属气体和氢化物气体至位于反应腔内底部的基片表面进行薄膜沉积反应；还从设置在该喷淋头底面的边缘区域的进气口，向反应腔内输送清洗气体，通过清洗气体对有机金属气体和氢化物气体在到达基片之前进行预反应所形成的寄生颗粒进行分解。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：泷口治久，
申请(专利权)人：中微半导体设备上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31