一種mocvd設備及其中寄生顆粒的清除方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體制造領域，特別涉及一種MOCVD設備及其中寄生顆粒的清除方法。
【背景技術】
[0002]目前，在金屬有機化學氣相沉積法(以下簡稱M0CVD)，將II或III族金屬有機化合物的氣體，與含IV或V族元素的氫化物氣體引入MOCVD設備的反應腔內，使兩者的混合氣體在流經反應腔內的基片表面時，能夠在基片表面發(fā)生熱分解反應，從而外延生長形成化合物單晶薄膜。
[0003]如圖1所示是現(xiàn)有一種MOCVD設備的示意圖，在反應腔60內的頂部設有噴淋頭70，可向反應腔60內引入兩路反應源氣體，一路是有機金屬氣體(MO，Metal-Organic)，例如是三甲基鎵(即(CH3)3Ga,簡稱TMG或TMGa，)、三甲基鋁(即[(CH3)3A1]2，簡稱TMA或TMA1)等，另一路是氫化物氣體，例如是氨氣NH3等。所述反應腔60內的底部設置承載基片62的基座61，能夠繞中心軸旋轉；該基座61下方還設有基片62的加熱器63 ;反應腔60側壁的內側可以環(huán)繞設置約束環(huán)64。
[0004]然而，在上述設備中兩路反應源氣體在輸送到基片62表面之前已經開始進行預反應TMGa+NH3 — GaN+CH4, TMA1+NH3 — A1N+CH4,形成GaN、AlN的寄生顆粒80附著在反應腔60的內壁或約束環(huán)64內側、噴淋頭70的下表面，因而必須經常停下工藝制程對反應腔內的這些設備進行清洗，降低了生產效率；寄生顆粒80還會隨機地散落在基片62上，影響器件表面薄膜的生長形態(tài)，影響產品質量；另外，有一部分有機金屬氣體沒有用于生長薄膜而是被耗費在形成上述寄生顆粒80的過程，使該設備的薄膜生長率下降。
[0005]如圖2所示，W02012/143257A1提供的一種現(xiàn)有設備，在沉積薄膜的同時通過引入蝕刻用的氣體來分解所形成的寄生顆粒。該設備的進氣裝置中，豎直方向設置有彼此分隔開的三個氣體通道8、9、10，能夠從反應腔的側壁輸送載氣(如氫氣氏)與各反應源氣體的混合物:第一通道8最靠近反應腔頂部用來引入氫化物氣體(如氨氣NH3)，第三通道10最靠近反應腔底部、基片上游的加熱區(qū)域用來引入清洗氣體(如HCl)，第二通道9位于前兩者之間用來引入有機金屬氣體(如TMG)，并將第一、第三通道輸送的氣體隔開?；谙铝蟹磻狦aN+HCl+H2 — GaCl (氣)+NH4Cl，Ga+HCl — GaCl+l/2H2,該設備能將進氣裝置附近及基片上游的寄生顆粒分解，且分解后形成氣態(tài)的GaCl可以經由抽氣裝置從反應腔排出。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種MOCVD設備及其中寄生顆粒的清除方法，在反應腔頂部的進氣裝置中，使有機金屬氣體與氫化物氣體隔開，以減少兩者在進氣裝置表面預反應產生的寄生顆粒；并且，通過在邊緣區(qū)域輸送蝕刻用的氣體來分解寄生顆粒，從而減少對反應腔內的污染，保證薄膜生長質量，提升薄膜生長率。
[0007]為了達到上述目的，本發(fā)明的一個技術方案是提供一種MOCVD設備，設有位于反應腔內頂部的噴淋頭；
[0008]從設置在該噴淋頭底面的中間區(qū)域的進氣口，向反應腔內輸送互相隔開的有機金屬氣體和氫化物氣體，并輸送載氣以攜帶有機金屬氣體和氫化物氣體至位于反應腔內底部的基片表面進行薄膜沉積反應；
[0009]還從設置在該噴淋頭底面的邊緣區(qū)域的進氣口，向反應腔內輸送清洗氣體，通過清洗氣體對有機金屬氣體和氫化物氣體在到達基片之前進行預反應所形成的寄生顆粒進行分解。
[0010]一個實施例中，用于輸送有機金屬氣體的一組第一進氣口，與用于輸送氫化物氣體的的一組第二進氣口，在噴淋頭底面的中間區(qū)域相互間隔且交替地分布；
[0011]用于輸送清洗氣體的第三進氣口，位于噴淋頭底面的邊緣區(qū)域。
[0012]或者，所述第一進氣口向反應腔內輸送有機金屬氣體和載氣的混合氣體；所述第二進氣口向反應腔內輸送氫化物氣體和載氣的混合氣體。
[0013]另一個實施例中，在噴淋頭底面的中間區(qū)域，設置用于輸送有機金屬氣體的一組第一進氣口，用于輸送氫化物氣體的一組第二進氣口，用于輸送載氣的一組第四進氣口 ；在噴淋頭底面的邊緣區(qū)域，設置用于輸送清洗氣體的第三進氣口 ；
[0014]所述第一進氣口與所述第二進氣口相互間隔且交替分布；并且，每個所述第一進氣口分別穿設在與之相對應的一個第四進氣口之中，使載氣環(huán)繞在有機金屬氣體外圍，將剛噴出的有機金屬氣體與氫化物氣體隔開。
[0015]可選地，所述第一進氣口還同時向反應腔內輸送清洗氣體。
[0016]可選地，所述清洗氣體是任意一種含鹵素氣體或其組合，或者是含鹵素氣體與輔助氣體的混合氣體。
[0017]可選地，所述清洗氣體是HCl ;或者，所述清洗氣體是C12和H2的混合氣體。
[0018]可選地，所述噴淋頭底面的中間區(qū)域，與反應腔底部的基片放置區(qū)域相對應；所述噴淋頭底面的邊緣區(qū)域，環(huán)繞在所述基片放置區(qū)域的外側。
[0019]可選地，所述反應腔內的底部設置有用來承載基片的基座，能夠繞中心軸旋轉；所述基座下方設置有基片的加熱器；
[0020]所述MOCVD設備還設置有抽氣裝置將氣體反應后的尾氣排出反應腔?？蛇x地，所述反應腔的側壁內側環(huán)繞設置有約束環(huán)；所述約束環(huán)的溫度保持在寄生顆粒分解過程形成的反應中間產物的升華溫度以上，所述約束環(huán)內開設有管道，使加熱至反應中間產物的升華溫度以上的流體介質在約束環(huán)的管道中流動。
[0021]本發(fā)明的另一個技術方案是提供一種寄生顆粒清除方法，在反應腔的頂部設置噴淋頭；在噴淋頭底面的中間區(qū)域，輸送相互隔開的有機金屬氣體和氫化物氣體，以及分別攜帶有機金屬氣體和氫化物氣體至基片的載氣；
[0022]在噴淋頭底面的邊緣區(qū)域，通過輸送清洗氣體來分解有機金屬氣體和氫化物氣體進行預反應所形成的寄生顆粒，并形成簾幕狀的氣流以阻擋有機金屬氣體和氫化物氣體直接吹送到反應腔的內壁。
[0023]可選地，在噴淋頭底面的中間區(qū)域，由環(huán)繞在有機金屬氣體外圍的載氣形成簾幕狀的氣流，將剛噴出的有機金屬氣體與氫化物氣體隔開。
[0024]可選地，控制約束環(huán)內壁的溫度高于寄生顆粒分解過程中反應中間產物的升華溫度。
[0025]可選地，在噴淋頭底面的中間區(qū)域，同時有另一路清洗氣體隨著有機金屬氣體一起輸送至反應腔內。
[0026]可選地，所述清洗氣體是任意一種含鹵素氣體或其組合，或者是含鹵素氣體與輔助氣體的混合氣體。
[0027]可選地，所述清洗氣體是HCl ;或者，所述清洗氣體是Cl2和H2的混合氣體。
[0028]可選地，所述清洗氣體與有機金屬氣體的流量比例大于0.04且小于0.14。
[0029]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供的MOCVD設備及其中寄生顆粒的清除方法，使清洗氣體通過噴淋頭底面邊緣區(qū)域的進氣口輸送，將積聚在反應腔內壁或約束環(huán)內壁的寄生顆粒物分解?？梢赃M一步控制反應腔內壁或約束環(huán)內壁的溫度高于分解過程中反應中間產物的升華溫度，避免清洗氣體與有機金屬氣體、氫化物氣體反應得到的反應中間產物積聚在設備表面。
[0030]并且，在噴淋頭底面的中間區(qū)域，使剛噴出的載氣環(huán)繞在有機金屬氣體的外側等方式，將有機金屬氣體與氫化物氣體隔開，避免兩者太早接觸而發(fā)生預反應。通過擴大各進氣口(例如是氫化物氣體的進氣口)的末端口徑，來增大噴淋頭底面被設置為進氣口的面積，利用進氣口的氣流吹走寄生顆粒，同時有效縮減噴淋頭底面寄生顆?？煞e聚的面積。還可以進一步在有機金屬氣體的氣體通道中同時混入一些清洗氣體來分解積聚在進氣口末端附近的寄生顆粒。本發(fā)明可有效減少寄生顆粒對反應腔內設備的污染，保證薄膜生長質量，提升薄膜生長率。
【附圖說明】
[0031]圖1是現(xiàn)有一種MOCVD設備的結構示意圖；
[0032]圖2是現(xiàn)有另一種MOCVD設備的結構不意圖；
[0033]圖3是本發(fā)明所述MOCVD設備的結構示意圖；
[0034]圖4是本發(fā)明中噴淋頭的結構示意圖；
[0035]圖5是圖4中噴淋頭A-A向的剖面視圖；
[0036]圖6