CN103510064B - 真空处理装置及控制制程颗粒沉积路径的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种真空处理装置，用于对放置在其中的基片通过金属有机化学气相沉积反应进行加工处理，包括：基座、反应腔室、喷淋头，基座和喷淋头分别位于反应腔室内的下部和上部，喷淋头用于向反应腔室供给金属有机化学气相沉积反应所用的制程气体，基片放置在基座上，该装置还包括一个超声波发生单元，用于在反应腔室中产生超声波，使得制程气体的制程颗粒向下运动，与基片进行反应。采用这种装置不再需要专门的反应腔室清洗工艺，提高了生产效率、节省了开销。
Description
技术领域
本发明涉及一种真空处理装置及控制制程颗粒沉积路径的方法。
背景技术
金属有机化学气相沉积(Metal-organicChemicalVaporDeposition,简称MOCVD)是制备半导体薄膜器件的一种关键工艺，包括各种微电子器件、薄膜光伏电池、发光二极管等器件的加工生产，都离不开MOCVD工艺。MOCVD工艺在一真空处理装置中进行，其基本工艺过程是，将制程气体从气源引入反应腔室，利用以加热器加热的基座引发化学反应，从而在基片上生成单晶或多晶薄膜。在MOCVD过程中，薄膜生长所需要的反应物依靠气体运输(流动和扩散)到达生长表面，在运输过程的同时还发生着化学反应，最终生长粒子通过吸附和表面反应，结合进薄膜晶格。MOCVD工艺采用的前驱物为金属有机化合物，其适用范围广泛、工艺过程易于控制。
真空处理装置在长时间的运行后，容易由于无法预知的因素，比如制程气体泄漏、制程气体在进入反应腔室前发生混合反应等，造成喷淋头下表面、反应腔室侧壁上沉积了大量的制程气体的制程颗粒，例如GaN制程颗粒，制程颗粒的过多沉积甚至会改变反应腔室的物理形态，给MOCVD工艺带来难以预期的干扰。
现有技术中，一般专门增加一个反应腔室清洗步骤来清洗这些制程颗粒，美国专利“用于真空反应腔室的腔盖和腔门以及预处理方法”(美国专利号5762748)公开了一种针对反应腔室的预处理步骤，它依次包括化学清洗步骤、喷珠处理步骤、超声波清洗步骤以及干燥和包装步骤。
反应腔室清洗工艺需要占用生产时间并带来专门的开销，因此设计一种不需采用专门的反应腔室清洗步骤的、并能有效减少制程颗粒在喷淋头下表面和反应腔室侧壁上沉积的真空处理装置及控制制程颗粒沉积路径的方法是本领域的一个研发焦点。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种真空处理装置，它在金属有机化学气相沉积工艺过程中在喷淋头和基座之间通过超声波发射面板施加以功率密度可变的超声波，使反应腔室内的制程颗粒受到超声波的震动影响向下运动并与基座上的基片进行制程反应，从而有效减少制程颗粒在喷淋头下表面和反应腔室侧壁上沉积、且不再需要采用专门的反应腔室清洗步骤。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种真空处理装置，用于对放置在其中的基片通过化学气相沉积反应进行加工处理，包括：基座、反应腔室、喷淋头，基座和喷淋头分别位于反应腔室内的下部和上部，喷淋头用于向反应腔室供给金属有机化学气相沉积反应所用的制程气体，基片放置在基座上，该真空处理装置还包括一个超声波发生单元，其在反应腔室中产生超声波，使得反应腔室内的制程颗粒向下运动，与基片进行制程反应。
优选地，超声波发生单元为一块超声波发射面板，超声波发射面板呈无底面的圆筒形，环绕反应腔室。
优选地，超声波发射面板的顶端高度大于等于喷淋头的高度，其底端高度小于等于基座的高度。
优选地，超声波发生单元为功率密度可调节的超声波发生单元。
优选地，本发明的真空处理装置还包括一个超声波反馈调节单元，其接收超声波发生单元发出的超声波信号，根据反应腔室内的制程颗粒的浓度，输出反馈控制信号调节超声波发生单元发出的超声波的功率密度。
本发明的另一个目的在于在金属有机化学气相沉积工艺过程中，控制制程颗粒向下运动，使其不在喷淋头下表面和反应腔室侧壁上沉积而在基座的基片上沉积，从而不再需要专门的反应腔室清洗步骤。
对此，本发明公开了一种控制制程颗粒沉积路径的方法，用于金属有机化学气相沉积工艺中，包括下列操作步骤：a)、将基片安装在基座上；b)、用加热器加热该基片；c)、向反应腔室供给制程气体，并施以射频能量激发制程气体，同时在喷淋头和基座之间施加超声波，以使反应腔室内的制程颗粒受到超声波的震动影响向下运动，与放置在基座上的基片进行制程反应。
优选地，超声波的功率密度为0.5-3瓦/cm2。
优选地，超声波的频率为20-100KHZ。
本发明提供的真空处理装置及控制制程颗粒沉积路径的方法，在金属有机化学气相沉积工艺过程中在喷淋头和基座之间施加超声波，使制程颗粒受到超声波的震动影响向下运动并与基座上的基片进行制程反应，避免了制程颗粒在喷淋头下表面和反应腔室侧壁上的沉积，从而不再需要专门的反应腔室清洗工艺，提高了生产效率、节省了开销。
附图说明
图1为本发明第一实施例的真空处理装置纵向剖面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明第一实施例公开的一种真空处理装置如图1所示，用于通过MOCVD工艺对基片15进行加工处理，其包括基座10、反应腔室11和喷淋头12，其中基座10和喷淋头12分别位于反应腔室11内的下部和上部，喷淋头12用于供给MOCVD反应所用的制程气体，在基座10的上面放置有多片基片15。
为避免在工艺过程中因激发制程气体而产生的制程颗粒14在喷淋头12下表面和反应腔室11侧壁上沉积，本实施例中引入了一个超声波发生单元，其临近于反应腔室11侧部设置，用于发射超声波使制程颗粒14受到超声波的震动影响向下运动并与基座10的基片15上进行制程反应。
引入该超声波发生装置后，一方面，有效减少了反应腔室11内的制程颗粒14在喷淋头12下表面和反应腔室11侧壁上的沉积，使反应腔室11的物理形态在较长的运行时间内处于一个稳定态；另一方面，超声波发生装置的运行是与MOCVD工艺同步进行的，从而不再需要专门的反应腔室清洗步骤，节省了生产时间、提高了生产效率并节省了清洗步骤所需要的开销。
超声波发生单元为一块超声波发射面板13，其呈无底面的圆筒形，环绕反应腔室11。在这种情况下，超声波发生单元实现了对反应腔室11的全角度覆盖，可以保证反应腔室11中每个位置的制程颗粒14均受到超声波的震动影响向下运动并与基片15进行制程反应。
优选情况下，超声波发射面板13的顶端高度大于等于喷淋头12的高度，其底端高度小于等于基座10的高度，从而使超声波覆盖了喷淋头12和基座10之间的全部区域。这种结构特征便于强化超声波的震动作用效果，以使制程气体的制程颗粒14在向下运动的路径中始终受到超声波震动的驱动。
本发明中的超声波发生单元发出功率密度可调节的超声波，这样一来，在制程气体不同、MOCVD工艺条件不同等情况下，可以根据需要通过调节超声波功率密度来改变反应腔室11中的声场强度及分布，使不同大小、不同构成的制程颗粒14均能受到超声波震动影响向下运动。
本发明的真空处理装置还可以包括一个超声波反馈调节单元。本领域的技术人员应当理解，超声波反馈调节单元可以根据反应腔室11内的制程颗粒14的浓度，输出反馈控制信号调节超声波发生单元发出的超声波的功率密度，以使制程颗粒14的浓度保持在需要的范围内。
此外，当超声波发生单元的供电电源的电压发生变化时，超声波发生单元发射的超声波功率密度也必将随之发生变化，其带来的效果是超声波的震动幅度忽大忽小，从而对MOCVD工艺带来难以预期的负面影响。本发明通过引入一个超声波反馈调节单元，可以实时跟踪超声波的功率信号变化，并通过反馈控制方式作出相应的功率补偿，使得在需要的时间段内反应腔室11内超声波的功率密度稳定在一个适合的范围内。该超声波反馈调节单元接收超声波发生单元发出的超声波信号，输出反馈控制信号调节超声波发生单元发出的超声波的功率密度，使其稳定在一个合适的范围内。
最好该超声波反馈调节单元为一个PID反馈回路部件，由比例单元、积分单元和微分单元组成，它易于实现，且能准确地对制程颗粒14的浓度变化等因素作出及时响应。
本发明的第二实施例提供的真空处理装置(附图未示出)，用于等离子体刻蚀工艺中，对放置在其中的基片进行加工处理，其包括基座、反应腔室和喷淋头。类似地，基座和喷淋头分别位于反应腔室内的下部和上部。喷淋头用于供给MOCVD反应所用的制程气体，基片放置在基座上，反应腔室下方还设有一真空泵，可将反应腔室中的气体抽出。
在靠近反应腔室的位置，设置有一个超声波发生单元，它发出功率密度可变的超声波，覆盖反应腔室中喷淋头和基座之间的空间，使等离子体刻蚀工艺产生的反应副产品的颗粒向下运动。
本领域技术人员理解，在等离子体刻蚀工艺过程中，会产生一些反应副产品，这些反应副产品的颗粒作为一种制程颗粒，也会在制程过程中粘附在反应腔室内壁和气体喷淋头上等，会造成气体喷淋头的堵塞等。利用超声波的震动将这些反应副产品颗粒的运动方向变为向下部运动，再利用设置于腔室下方的真空泵将反应副产品颗粒抽离腔室，这种改进避免了反应副产品颗粒在喷淋头下表面和反应腔室侧壁上的沉积，从而不再需要专门的反应腔室清洗工艺，同样实现了本发明的目的。
本发明第三实施例提供一种控制制程颗粒沉积路径的方法，用于MOCVD工艺中，包括下列操作步骤：
a)、将基片安装在基座上；
b)、用加热器加热该基片；
c)、以喷淋头向反应腔室供给制程气体，施以射频能量激发制程气体，同时在喷淋头和基座之间施加超声波，以使制程颗粒受到超声波的震动影响向下运动，与放置在基座上的基片进行制程反应。
上述控制制程颗粒沉积路径的方法在MOCVD工艺过程中，在喷淋头12和基座10之间同步施加超声波，用于控制制程颗粒14的运动路径，使其不在喷淋头12下表面和反应腔室11侧壁上沉积而尽量与基座10上的基片15发生制程反应，从而使反应腔室11的物理形态在较长的运行时间内处于一个稳定态，不再需要专门的反应腔室清洗步骤。
超声波的功率密度越高，对于制程颗粒14运动路径的控制效果越好。但长时间、高密度的超声波，可能会对反应腔室11内表面产生腐蚀，故选择超声波的功率密度为0.5-3瓦/cm2。根据本实施例，较佳情况下，选择超声波的功率密度为2.4瓦/cm2。
超声波频率越低，对制程颗粒14产生的控制力度越大，作用也越强，频率高则超声波方向性强，适用于精细的工艺场合。超声波的频率为20-100KHZ时，均可以实现本发明的技术效果。根据本实施例，较佳情况下，超声波频率为40KHZ。
需要说明的是，因金属有机化学气相沉积工艺可同时加工多片基片，适用范围广泛、工艺过程易于控制，故本发明的实施例均以金属有机化学气相沉积工艺为例进行阐述。本领域技术人员可以理解，本发明的技术方案同样可以适用于化学气相沉积工艺中，并带来类似的技术效果。
以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种真空处理装置，用于对放置在其中的基片(15)通过金属有机化学气相沉积反应进行加工处理，包括：基座(10)、反应腔室(11)、喷淋头(12)，所述基座(10)和喷淋头(12)分别位于反应腔室(11)内的下部和上部，所述喷淋头(12)用于向反应腔室(11)供给金属有机化学气相沉积反应所用的制程气体，所述基片(15)放置在基座(10)上，其特征在于，所述真空处理装置还包括一个超声波发生单元，其临近于所述反应腔室(11)的侧部设置，在所述反应腔室(11)中产生超声波，使得所述反应腔室(11)内的制程颗粒(14)向下运动并与基片(15)进行制程反应；
其中，所述超声波发生单元为一块超声波发射面板(13)，所述超声波发射面板(13)呈无底面的圆筒形，环绕所述反应腔室(11)，所述超声波发射面板(13)的顶端高度大于等于所述喷淋头(12)的高度，其底端高度小于等于所述基座(10)的高度。
2.根据权利要求1所述的真空处理装置，其特征在于，所述超声波发生单元为功率密度可调节的超声波发生单元。
3.根据权利要求2所述的真空处理装置，其特征在于，它还包括一个超声波反馈调节单元，其接收所述超声波发生单元发出的超声波信号，根据所述反应腔室(11)内的制程颗粒(14)的浓度，输出反馈控制信号调节所述超声波发生单元发出的超声波的功率密度。
4.一种控制制程颗粒沉积路径的方法，用于金属有机化学气相沉积工艺中，包括下列操作步骤：
a)、将基片安装在基座上；
b)、用加热器加热该基片；
c)、通过喷淋头向反应腔室供给制程气体，并施以射频能量激发所述制程气体，同时使用一个超声波发生单元在喷淋头和基座之间施加超声波，以使所述反应腔室内的制程颗粒受到超声波的震动影响向下运动，不在所述喷淋头下表面和所述反应腔室的侧壁上沉积，并与放置在基座上的基片进行制程反应；
其中，所述超声波发生单元为一块超声波发射面板，所述超声波发射面板呈无底面的圆筒形，环绕所述反应腔室，所述超声波发射面板的顶端高度大于等于所述喷淋头的高度，其底端高度小于等于所述基座的高度。
5.根据权利要求4所述的控制制程颗粒沉积路径的方法，其特征在于，所述超声波的功率密度为0.5-3瓦/cm2。
6.根据权利要求5所述的控制制程颗粒沉积路径的方法，其特征在于，所述超声波的功率密度为2.4瓦/cm2。
7.根据权利要求4所述的控制制程颗粒沉积路径的方法，其特征在于，所述超声波的频率为20-100KHZ。
8.根据权利要求7所述的控制制程颗粒沉积路径的方法，其特征在于，所述超声波的频率为40KHZ。
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