[发明专利]一种MOCVD设备及其中寄生颗粒的清除方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

目前，在金属有机化学气相沉积法(以下简称MOCVD)，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[(CH₃)₃Al]₂，简称TMA或TMAl)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，TMAl+NH₃→AlN+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，WO2012/143257A1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H₂)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+1/2H₂，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。

发明内容

本发明的目的是提供一种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，本发明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；