專利名稱：用于半導體制造設備的清洗設備以及使用其制造半導體器件的方法
技術領域：
以下公開的實施方案涉及用于半導體制造設備的清洗設備、以及使用其制造半導體器件的方法。
背景技術：
近年來，已經積極地開發了具有在襯底上以此次序形成的GaN層和AlGaN層以使用GaN層作為電子傳輸層的電子器件(化合物半導體器件)。GaN-基高電子遷移率晶體管(HEMT)為該化合物半導體器件中的一種。使用在AlGaN和GaN的異質界面處形成的密集的二維電子氣(2DEG)用于GaN-基HEMT。
GaN的帶隙為3. 4eV，其大于Si的帶隙(I. IeV)和GaAs的帶隙(I. 4eV)。換言之，GaN具有高的擊穿場強。GaN還具有高的電子飽和速度。因此，GaN非常有希望作為能夠高電壓操作和提供高功率輸出的化合物半導體器件的材料。GaN也非常有希望作為使得節省功率的電源器件的材料。通過金屬有機氣相外延(MOVPE)在襯底例如硅襯底、碳化硅襯底和藍寶石襯底上形成化合物半導體例如GaN。用于通過MOVPE形成化合物半導體膜的半導體制造設備中具有各種構件。在形成膜時，化合物半導體的原料粘附于這些構件。因此，在重復成膜工藝時，在構件上積累化合物半導體的原料。隨著積累的物質的量增加，粘附的物質可由于應力緩和而與構件剝離。剝離的物質可污染半導體制造設備的內部，并且還抑制有利的晶體生長。當在半導體制造設備的內部存在粘附的物質時，粘附的物質的表層可在晶體生長期間蒸發，漂浮在半導體制造設備中并粘附于晶片。此時，也抑制有利的晶體生長。因此，重要的是適合地清洗半導體制造設備的內部的構件。作為清洗構件的方法，提出濕清洗和干清洗。因為濕清洗不可避免地在構件上留下少量水，其在化合物半導體成膜期間可蒸發，所以更優選干清洗。干清洗的另一優勢在于可選擇性地僅移除所關心的材料。換言之，通過干清洗，可移除沉積物而基本上不蝕刻構件。然而，構件的干清洗耗費很多時間。由于除非清洗構件否者不使用半導體制造設備，所以在清洗期間不實施化合物半導體的成膜。因此，制造半導體器件的產量降低。[專利文件I]日本專利公開號2003-28254
發明內容
本發明的一個目的是提供能夠有效地清洗半導體制造設備的構件的清洗設備、以及使用其制造半導體器件的方法。根據本發明的一個方面，提供一種用于半導體制造設備的清洗設備，包括氧化物移除裝置，其移除粘附于半導體制造設備的構件的沉積物的表面上的氧化物；以及沉積物移除裝置，其在通過氧化物移除裝置移除表面上的氧化物之后移除沉積物。
根據本發明的另一方面，提供用于清洗半導體制造設備的方法，包括移除粘附于半導體制造設備的構件的沉積物的表面上的氧化物、以及在移除氧化物之后移除沉積物。
圖I為根據一個實施方案的用于半導體制造設備的清洗設備的示意圖；圖2A-2B示出半導體制造設備的構件的一個實例；
圖3A-3C是以步驟次序用于制造GaN-基HEMT的方法的截面圖；圖4A-4B為依照圖3A-3B中示出的步驟以步驟次序用于制造GaN-基HEMT的方法的截面圖；圖5示出高輸出放大器的外觀的一個實例；圖6A、6B不出電源器件；圖7A、7B示出粘附有沉積物的構件；圖8A、8B示出根據一個實例的清洗的構件；和圖9A、9B示出根據一個對比例的清洗的構件。
具體實施例方式研究了構件的干清洗為何需要長時間的理由。結果，本發明人發現粘附于一些構件的沉積物具有氧化的表面。考慮到步驟的數目和成本，通常在待清洗的構件達到預定數目的構件之后，集體實施構件的干清洗。因此，一些構件在干清洗之前在環境氣氛中長時間保存。粘附于這種構件的沉積物的表面逐步氧化以產生氧化物。通常,考慮到化合物半導體的原料的組成元素，設定干清洗的條件。然而，在這種條件下難以移除氧化物。例如，通常使用氯氣用于干清洗。然而，氧化物是物理上穩定的并且其與氯氣的反應性低。因此，需要延長清洗來移除氧化物。因此，根據常規技術，干清洗需要長時間。以下將參考附圖詳細解釋本發明的一個實施方案。圖I為根據實施方案的用于半導體制造設備的清洗設備的示意圖。在根據實施方案的用于半導體制造設備的清洗設備I中，提供沉積物移除部2，其用于移除粘附于半導體制造設備的構件的沉積物；以及氧化物移除部3，其用于移除沉積物表面上的氧化物。在使用GaN、AlGaN和AlN作為原料制造化合物半導體器件時，其沉積物包括GaN、AlGaN和AlN中的至少之一作為氮化物半導體。例如，使用等離子體加工器件作為用于使室中的構件暴露于惰性氣體的等離子體的氧化物移除部3。換言之，氧化物移除部3對氧化物實施等離子體蝕刻。可使用氬氣作為惰性氣體。或者，氬氣可與氫氣混合以用作該惰性氣體。氧化物移除部3不限于等離子體加工器件。例如，氧化物移除部3可為用于實施噴珠處理的器件或用于拋光沉積物表面的器件。在沉積物表面上的氧化物的厚度為約IOnm時，沉積物表面上的氧化物是飽和的。因此，僅要求氧化物移除部3可移除厚度為約IOnm的氧化物。例如，使用用于實施干加工例如化學反應蝕刻的干清洗設備作為沉積物移除部2。作為蝕刻氣體，可使用氫氣、氯氣和氯化氫氣體中的至少之一。
半導體制造設備和其待通過清洗設備I清洗的構件不限于此。例如，半導體制造設備可為MOVPE器件，其構件可為如圖2A中示出的基座蓋6和如圖2B中示出的頂板7。在基座蓋6上提供晶片保持部6a。基座蓋6可由涂覆有SiC的碳制成，頂板7可由石英制成。然而，構件的材料不限于此。然后，以下將解釋使用待通過清洗設備I清洗的半導體制造設備來制造半導體器件的方法、以及使用清洗設備I清洗半導體制造設備的方法。圖3A-3C和圖4A-4B為根據實施方案以步驟次序制造GaN-基HEMT (化合物半導體器件)的方法的截面圖。首先，參考圖3A，在Si襯底11上形成緩沖層12、i-GaN層13、i-AlGaN層14a、n-AlGaN層14b和η-GaN層22。AlN層或AlGaN層形成作為緩沖層12。或者，AlGaN層可形成在AlN層上作為緩沖層12。緩沖層12、i-GaN B 13、i-AlGaN層14a、n-AlGaN層14b和η-GaN層22通過晶體生長例如MOVPE方法形成。此時，這些層可通過選擇原料氣體依次形成。作為鋁(Al)的原料和作為鎵(Ga)的原料，可分別使用三甲基鋁(TMA)和三甲基鎵(TMG)。作為氮(N)的原料，可使用氨(NH3)。而且，作為包含于n-AlGaN層14b和η-GaN層22中作為雜質的硅(Si)的原料，可使用硅烷(SiH4)。參考圖3B，在形成η-GaN層22之后，通過剝離方法在η-GaN層22上形成源電極15s和漏電極15d。為形成源電極15s和漏電極15d,形成其中待形成源電極15s和漏電極15d的區域具有開口的光刻膠圖案，并且在其上沉積Ti和Al。然后，移除光刻膠圖案以及其上沉積的Ti和Al。隨后，通過在400 1000°C (例如600°C)下在氮氣中熱處理形成歐姆接觸。 然后，參考圖3C，在η-GaN層22上形成鈍化膜23，以覆蓋源電極15s和漏電極15d。作為鈍化膜23，可通過等離子體化學氣相沉積(CVD)形成氮化硅膜。然后，形成其中待形成開口 23a的區域具有開口的光刻膠圖案。通過使用光刻膠圖案蝕刻，在鈍化膜23上形成開口 23a，如圖4A中所示。隨后，通過剝離方法，在鈍化膜23上形成經由開口 23a與η-GaN層22接觸的柵電極15g。在移除用于形成開口 23a的光刻膠圖案之后，形成其中待形成柵電極15g的區域具有開口的另一光刻膠圖案。其上沉積Ni和Au，然后移除光刻膠圖案以及其上沉積的Ni和Au，使得形成柵電極15g。參考圖4B，在鈍化膜23上形成鈍化膜24以覆蓋柵電極15g。作為鈍化膜24，通過等離子體CVD方法形成氮化硅膜。然后，形成連接多個柵電極15g的柵極線、連接多個源電極15s的源極線、以及連接多個漏電極15d的漏極線。因此，可獲得GaN-基HEMT。在根據如上所述方法制造半導體器件時，沉積物不可避免地粘附于用于形成氮化物半導體(化合物半導體)例如緩沖層12、i-GaN層13、i-AlGaN層14a、n-AlGaN層14b和η-GaN層22的半導體制造設備(例如MOVPE器件)的構件。因此，每當結束預定數目處理時，清洗半導體制造設備的構件。為清洗構件，首先將構件輸送至氧化物移除部3并暴露于氬氣的等離子體，使得對沉積物的表面進行等離子體處理。因此，即使在沉積物的表面上存在氧化物時，氧化物也 得到移除。等離子體處理的條件不限于此。然而，設定條件，使得在沉積物的表面上存在氧化物時，可移除厚度為約IOnm的氧化物。這是因為在其厚度為約IOnm時，即使在開始清洗之前在沉積物表面上產生氧化物時，氧化物是飽和的。等離子體處理幾乎不損傷構件本身。
然后，將構件輸送至沉積物移除部2，以通過使用氯化氫氣體的干蝕刻將沉積物從構件分離。即使在開始清洗之前在沉積物的表面上產生氧化物時，氧化物也在氧化物移除部3處得到移除。因此，可快速地分離沉積物。這種干清洗幾乎不損傷構件本身。如上所述，可快速地清洗構件。換言之，可短時間有效地清洗構件。附帶地，優選待清洗的構件在從氧化物移除部3處的處理結束到在沉積物移除部2處的處理開始期間與環境氣氛相隔離。因此，優選在氧化物移除部3處的處理結束之后，將氧化物移除部3的室中的空氣充 分地排出，并然后將構件輸送至通過負載閘室分隔的沉積物移除部2的室，以開始在沉積物移除部2處的處理。通過在Si襯底11上安裝電阻器和電容器通過單片微波集成電路(MMIC)可提供化合物半導體器件。GaN-基HEMT可用作高輸出放大器。圖5示出高輸出放大器的外觀的一個實例。根據該實例，在封裝件的表面上提供與源電極連接的源極端子81s。從封裝件的側面延伸出與柵電極連接的柵極端子81g和與漏電極連接的漏極端子81d。根據該實施方案的GaN-基HEMT也可用作電源器件。圖6A示出PFC (功率因子校正)電路，圖6B示出包括如圖6A中示出的PFC電路的服務器電源(電源器件)。參考圖6A，PFC電路90包括與二極管橋91連接的電容器92，二極管橋91與交流電源(AC)連接。扼流圈93的一個端子與電容器92的一個端子連接，扼流圈93的另一端子與開關元件94的一個端子和二極管96的陽極連接。開關元件94對應于根據實施方案的HEMT，其一個端子對應于根據實施方案的HEMT的漏電極。開關元件94的另一端子對應于根據實施方案的HEMT的源電極。電容器95的一個端子與二極管96的陰極連接。電容器92的另一端子、開關元件94的另一端子、以及電容器95的另一端子接地。在電容器95的端子之間取出直流電源(DC)。參考圖6B，將PFC電路90引入服務器電源100中。可以以與服務器電源100類似的方式形成能夠高速操作的電源器件。而且，可使用如開關元件94 一樣形成的開關元件用于開關電源或者電子器件。此外，可使用這些半器件作為用于全橋電源電路例如服務器電源電路的構件。然后，以下將解釋本發明人進行的實驗。首先，通過金屬有機氣相外延(MOVPE)使用半導體制造設備重復形成GaN層。然后，通過掃描電子顯微鏡(SEM)對半導體制造設備的構件成像。圖7A為SEM圖像。如圖7A中所示，觀察到厚度為50 80 μ m的沉積物。而且，通過X射線光電子光譜測量Ga2p的強度。測量結果示于圖7B中。由圖7B可見沉積物包括Ga原子。然后，使用根據實施方案(實例)的清洗設備I清洗半導體制造設備的構件。為清洗構件，在進行在氧化物移除部3處的處理之后，進行在沉積物移除部2處的處理。在氧化物移除部3處，以20sccm的流量將氬氣供給入構件輸送至其的室中。在200W的放電輸出和10毫托的室壓力下，產生氬等離子體。然后，移除沉積物表面上的氧化物。在沉積物移除部2，在900°C的高溫下，以2升/分鐘的流量將氯化氫氣體引入構件輸送至其的室中以實施干清洗。干清洗實施一個小時。然后，在干清洗之后，通過SEM對構件成像。圖8A示出SEM圖像。如圖8A所示,未觀察到沉積物。而且,通過X射線光電子光譜測量Ga2p的強度。測量結果示于圖8B中。圖SB也發現沒有沉積物。
為了比較，清洗沉積物因如上所述的重復形成GaN層而粘附于其的構件并且沒有用于移除氧化物的處理(對比例)。換言之，在如上所述相同條件下進行干清洗而沒有移除氧化物。然而，干清洗進行兩個小時。在干清洗之后，通過SEM對構件成像。圖9A示出SEM圖像。如圖9A中所示，觀察到厚度為10 20 μ m的沉積物。沉積物的量減少，但是即使在干清洗之后，也存在約20%的沉積物。而且，通過X射線光電子光譜測量Ga2p的強度。測量結果示于圖9B中。由圖9B可見，包含Ga原子的沉積物保留。由實驗結果可見，通過使用根據實施方案的清洗設備1，可以以高的移除效率短時間清洗構件。本文記載的所有實例和附條件的措辭均為意圖教導目的，以有助于讀者理解本發明和本發明人為改進現有技術做出的構思，并且應被認為是不限于這種具體記載的實例和 條件，并且在本說明書中這種實例的組織也不涉及描繪本發明的優勢和不足。雖然已經詳述了本發明的實施方案，但是應理解可對其做出各種改變、替代和變更，而未脫離本發明的精神和范圍。
權利要求
1.ー種用于半導體制造設備的清洗設備，包括 氧化物移除裝置，其設置為移除粘附于所述半導體制造設備的構件的沉積物的表面上的氧化物，和 沉積物移除裝置，其設置為在通過所述氧化物移除裝置移除所述表面上的氧化物之后移除所述沉積物。
2.根據權利要求I所述的用于半導體制造設備的清洗設備，其中所述氧化物移除裝置對所述氧化物實施等離子體蝕刻。
3.根據權利要求2所述的用于半導體制造設備的清洗設備，其中所述氧化物移除裝置使所述氧化物暴露于用于所述等離子體蝕刻的惰性氣體的等離子體。
4.根據權利要求I所述的用于半導體制造設備的清洗設備，其中所述沉積物移除裝置對所述沉積物實施化學反應蝕刻。
5.根據權利要求4所述的用于半導體制造設備的清洗設備，其中所述沉積物移除裝置使用氫氣、氯氣和氯化氫氣體中的至少之一作為用于所述化學反應蝕刻的蝕刻氣體。
6.根據權利要求I 5中任一項所述的用于半導體制造設備的清洗設備，其中將通過所述氧化物移除裝置處理結束的所述構件在與環境氣氛相隔離的條件下輸送至所述沉積物移除裝置。
7.根據權利要求I所述的用于半導體制造設備的清洗設備，其中所述沉積物包括氮化物半導體。
8.根據權利要求7所述的用于半導體制造設備的清洗設備，其中所述氮化物半導體包括GaN、AlGaN和AlN中的至少之一。
9.根據權利要求I所述的用于半導體制造設備的清洗設備，其中所述半導體制造設備的所述構件包括石英、碳化硅和碳中的至少之一。
10.一種用于清洗半導體制造設備的方法，包括 移除粘附于所述半導體制造設備的構件的沉積物的表面上的氧化物；和 在移除所述氧化物之后移除所述沉積物。
11.根據權利要求10所述的用于清洗半導體制造設備的方法，其中在移除所述氧化物中對所述氧化物實施等離子體蝕刻。
12.根據權利要求11所述的用于清洗半導體制造設備的方法，其中使所述氧化物暴露于用于所述等離子體蝕刻的惰性氣體的等離子體。
13.根據權利要求10所述的用于清洗半導體制造設備的方法，其中在移除所述沉積物中對所述沉積物實施化學反應蝕刻。
14.根據權利要求13所述的用于清洗半導體制造設備的方法，其中使用氫氣、氯氣和氯化氫氣體中的至少之一作為用于所述化學反應蝕刻的蝕刻氣體。
15.根據權利要求10 14中任一項所述的用于清洗半導體制造設備的方法，其中將移除了所述氧化物的所述構件在與環境氣氛相隔離的條件下輸送至用于移除所述沉積物的室。
16.根據權利要求10所述的用于清洗半導體制造設備的方法，其中所述沉積物包括氮化物半導體。
17.根據權利要求16所述的用于清洗半導體制造設備的方法，其中所述氮化物半導體包括GaN、AlGaN和AlN中的至少之一。
18.根據權利要求10所述的用于清洗半導體制造設備的方法，其中所述構件包括石英、碳化硅和碳中的至少之一。
19.一種用于制造半導體器件的方法，包括 使用半導體制造設備在襯底上形成氮化物半導體層；和 通過用于半導體制造設備的清洗設備清洗所述半導體制造設備的構件，其中所述清洗設備包括 氧化物移除裝置，其移除粘附于所述半導體制造設備的構件的沉積物的表面上的氧化物，和 沉積物移除裝置，其在通過所述氧化物移除裝置移除所述表面上的所述氧化物之后移除所述沉積物。
全文摘要
一種用于半導體制造設備的清洗設備包括氧化物移除裝置，其移除粘附于半導體制造設備的構件的沉積物的表面上的氧化物；以及沉積物移除裝置，其在通過氧化物移除裝置移除表面上的氧化物之后移除沉積物。
文檔編號H01L21/3065GK102637587SQ20121003200
公開日2012年8月15日 申請日期2012年2月13日 優先權日2011年2月15日
發明者中村哲一, 今西健治, 山田敦史, 武田正行, 渡部慶二 申請人:富士通株式會社