DE-102024132198-A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Anpassen eines Gaseinlassorgans eines CVD-Reaktors an unterschiedliche Suszeptorkonfigurationen

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb oder zur Herstellung eines CVD-Reaktors, bei dem Gaseinlassorgane (2) verwendet werden, die denselben Durchmesser besitzen, wobei jedoch Abstände (A0, A1, A2) des Gaseinlassorgans (2) zu einem Substrat (4) unterschiedlich sein können, wenn die Anzahl der auf einem Suszeptor (5) angeordneten Substrate (4) oder deren Durchmesser verschieden sein soll. Um eine Länge der Vorlaufzone (V0) auf demselben Wert zu halten, ist ein Verlängerungsorgan (17) mit Verlängerungsplatten (15) vorgesehen, mit denen eine Vermischung der Prozessgase vor der Vorlaufzone (V1) verhindert werden kann.

Inventors

• Georg Quartier

Assignees

• AIXTRON SE

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241105

Claims (10)

1. Verfahren zum Betrieb oder zur Herstellung eines CVD-Reaktors (1), der zumindest folgende Bestandteile aufweist: einen Suszeptor (5) mit einem Lagerplatz (11) für ein Substrat (4), eine zwischen dem Suszeptor (5) und einer Prozesskammerdecke (7) angeordnete Prozesskammer (3) und ein Gaseinlassorgan (2) mit einer ersten Gasaustrittsfläche (12), wobei ein stromaufwärtiger Rand des Lagerplatz (11) mit einem Substratabstand (A0) von der ersten Gasaustrittsfläche (12) des Gaseinlassorgans (2) oder einem Rand (26) des Suszeptors (5) in einer Strömungsrichtung (S) beabstandet ist, wobei durch mehrere vertikal übereinander angeordnete Gasaustrittszonen (Z1, Z2, Z3, Z4, Z5) voneinander getrennt Prozessgase in die Prozesskammer (3) eingespeist werden, die sich in einer an den Gasaustrittszonen (Z1, Z2, Z3, Z4, Z5) beginnenden und in der Strömungsrichtung (S) erstreckenden Gasmischzone (27) untereinander mischen und durch eine bei einem Beginn (27') der Gasmischzone (27) beginnende und am stromaufwärtigen Rand des Lagerplatzes (11) endende Vorlaufzone (V1, V2) zum Substrat (4) strömen, dadurch gekennzeichnet , dass bei einem Austausch des Suszeptors (5) gegen einen anderen Suszeptor (5') oder bei der Verwendung eines anderen Suszeptors (5') mit einem größeren Substratabstand (A1, A2) ein Abstand des Beginns (27') der Gasmischzone (27) zur ersten Gasaustrittsfläche (12) mittels eines Verlängerungsorgans (17) verändert wird.
2. System bestehend aus einem ersten Suszeptor (5) und einem zweiten Suszeptor (5'), die jeweils zumindest einen Lagerplatz (11) zur Lagerung eines Substrates (4) aufweisen zur Verwendung in einem Verfahren gemäß Anspruch 1 , wobei ein stromaufwärtiger Rand des Lagerplatzes (11) des ersten Suszeptors (5) in einem ersten Substratabstand (A0) von der ersten Gasaustrittsfläche (12) beabstandet ist und ein stromaufwärtiger Rand des Lagerplatzes (11) des zweiten Suszeptors (5') in einem zweiten größeren Substratabstand (A2) von der ersten Gasaustrittsfläche (12) beabstandet ist, und einem Verlängerungsorgan (17), mit dem der Abstand des Beginns (27') der Gasmischzone (27) zur ersten Gasaustrittsfläche (12) veränderbar ist.
3. System bestehend aus einem CVD-Reaktor (1), der zumindest folgende Bestandteile umfasst: einen ersten Suszeptor (5) mit einem Lagerplatz (11) für ein Substrat (4), eine zwischen dem ersten Suszeptor (5) und einer Prozesskammerdecke (7) angeordnete Prozesskammer (3) und ein Gaseinlassorgan (2) mit einer ersten Gasaustrittsfläche (12), wobei in einer Strömungsrichtung (S) ein stromaufwärtiger Rand des Lagerplatzes (11) in einem ersten Substratabstand (A0) von der ersten Gasaustrittsfläche (12) des Gaseinlassorgans (2) oder einem Rand (26) des ersten Suszeptors (5) beabstandet ist, wobei durch mehrere vertikal übereinander angeordnete Gasaustrittszonen (Z1, Z2, Z3, Z4, Z5) getrennt voneinander Prozessgase in die Prozesskammer (3) eingespeist werden können, die sich in einer an den Gasaustrittszonen (Z1, Z2, Z3, Z4, Z5) beginnenden und in der Strömungsrichtung (S) erstreckenden Gasmischzone (27) untereinander mischen und durch eine bei einem Beginn (27') der Gasmischzone (27) beginnende und am stromaufwärtigen Rand des Lagerplatzes (11) endende Vorlaufzone (V1, V2) zum Substrat (4) strömen, gekennzeichnet durch einen zweiten Suszeptor (5'), der einen zweiten größeren Substratabstand (A1, A2) aufweist und ein Verlängerungsorgan (17), mit dem ein Abstand des Beginns (27') der Mischzone (27) zur ersten Gasaustrittsfläche (12) veränderbar ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder System nach einem der Ansprüche 2 oder 3 , dadurch gekennzeichnet , dass das Verlängerungsorgan (17) sich in Strömungsrichtung (S) erstreckende Verlängerungsplatten (15) aufweist, die die ein stromaufwärtiges Ende (15') und ein stromabwärtiges Ende (15'') aufweisen, wobei das stromaufwärtige Ende (15') der ersten Gasaustrittsfläche (12) unmittelbar benachbart ist.
5. Verfahren oder System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das Verlängerungsorgan (17) lösbar am Gaseinlassorgan (2) oder einem anderen ortsfesten Bauteil des CVD-Reaktors (1) befestigbar ist.
6. Verfahren oder System nach einem der Ansprüche 4 oder 5 , dadurch gekennzeichnet , dass die Verlängerungsplatten (15) mit Verbindungselementen miteinander verbunden sind und/oder Bestandteile eines Verlängerungsorgans (17) sind, dass lösbar am Gaseinlassorgan (2) befestigbar ist und/oder dass das Verlängerungsorgan (17) einen zylinderförmigen Grundkörper mit einer zentralen Öffnung aufweist, in die das von einem im Wesentlichen zylindrischen Körper gebildete Gaseinlassorgan (2) einsteckbar ist.
7. Verfahren oder System nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet , dass eine Zylindermantelfläche des Verlängerungsorgans (17) eine zweite Gasaustrittsfläche (13) mit einer Vielzahl von Gasaustrittsöffnungen (16') ausbildet, durch die das Prozessgas aus dem Verlängerungsorgan (17) heraus in die Prozesskammer (3) einspeisbar ist.
8. Verlängerungsorgan zur Durchführung eines Verfahrens gemäß Anspruch 6 oder 7 , dadurch gekennzeichnet , dass mehrere übereinander angeordnete kreisscheibenförmige Verlängerungsplatten (15) miteinander verbunden sind und mittels Befestigungselementen lösbar mit dem Gaseinlassorgan (2) oder einem anderen ortsfest mit einem Gehäuse (22) des CVD-Reaktors (1) verbundenen Bauteil verbindbar sind.
9. Verlängerungsorgan gemäß Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet , dass die Verlängerungsplatten (15) eine gemeinsame Öffnung aufweisen zur Aufnahme des im Wesentlichen zylindrischen Gaseinlassorgans 2.
10. Vorrichtung oder Verfahren, gekennzeichnet durch eines oder mehrere der kennzeichnenden Merkmale eines der vorhergehenden Ansprüche.

Description

Gebiet der Technik Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb oder zur Herstellung eines CVD-Reaktors, der zumindest folgende Bestandteile aufweist: einen Suszeptor mit einem Lagerplatz für ein Substrat, eine zwischen dem Suszeptor und einer Prozesskammerdecke angeordnete Prozesskammer und ein Gaseinlassorgan mit einer ersten Gasaustrittsfläche, wobei ein stromaufwärtiger Rand des Lagerplatz mit einem Substratabstand von der ersten Gasaustrittsfläche des Gaseinlassorgans oder einem Rand des Suszeptors in einer Strömungsrichtung beabstandet ist, wobei durch mehrere vertikal übereinander angeordnete Gasaustrittszonen voneinander getrennt Prozessgase in die Prozesskammer eingespeist werden, die sich in einer an den Gasaustrittszonen beginnenden und in der Strömungsrichtung erstreckenden Gasmischzone untereinander mi-schen und durch eine bei einem Beginn der Gasmischzone beginnende und am stromaufwärtigen Rand des Lagerplatzes endende Vorlaufzone zum Substrat strömen, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Stand der Technik Eine gattungsgemäße Vorrichtung bzw. ein gattungsgemäßes Verfahren beschreibt die DE 10 2011 002 145 B4. Beschrieben wird dort eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zum Abscheiden von II-VI oder III-V-Halbleiterschichten auf einem oder mehreren in einem Gehäuse eines CVD-Reaktors auf einem Suszeptor angeordneten Substraten. Die Vorrichtung besitzt ein Gaseinlassorgan mit zumindest drei vertikal übereinander angeordneten Gasaustrittszonen, die eine Gasaustrittsfläche ausbilden, durch die jeweils unterschiedliche Prozessgase in eine in Horizontalrichtung durchströmte Prozesskammer eingeleitet werden können. Den Gasaustrittszonen ist jeweils eine Gasverteilkammer zugeordnet, in die über eine Gaszuleitung das Prozessgas einspeisbar ist. Benachbarte Gasverteilkammern sind durch Trennböden voneinander getrennt. Das Gaseinlassorgan ist im Zentrum eines rotationsymmetrisch aufgebauten Planetenreaktors angeordnet. Der Suszeptor bildet eine Vielzahl von planetenartig das Gaseinlassorgan umgebende Substratlagerplätze aus. Ein stromaufwärtiger Rand der Lagerplätze ist in einem Abstand zur Gasaustrittsfläche des Gaseinlassorgans angeordnet. Dieser Abstand entspricht der Länge einer Vorlaufzone, die die aus dem Gaseinlassorgan strömenden Prozessgase durchströmen und in der sich die Prozessgase mischen. Die DE 10 2008 055 582 A1, DE 10 2014 104 218 A1 und DE 10 2019 133 023 A1 offenbaren ebenfalls Gaseinlassvorrichtungen mit mehreren vertikal übereinander angeordneten Gasaustrittszonen, die jeweils über eine Zuleitung mit einer Gasquelle verbunden sind. Die Länge der Vorlaufzone ist auf das jeweilige Reaktordesign optimiert. Werden jedoch für verschiedene Prozesse jeweils verschiedene Substratabstände aufweisende Suszeptoren verwendet, ändert sich die Länge der Vorlaufzone, wodurch unter anderem das Strömungsprofil der über die Substrate strömenden Prozessgase und damit die Homogenität der auf den Substraten abgeschiedenen Schichten beeinflusst wird. Eine Möglichkeit, um die Länge der Vorlaufzone auch bei einer Änderung der verwendeten Suszeptorkonfiguration konstant zu halten, ist den Durchmesser des Gaseinlassorgans derart anzupassen, dass die Länge der Vorlaufzone konstant bleibt, d.h. sich nicht ändert. Dies erfordert jedoch das Bereithalten verschiedener Gaseinlassorgane und einen zeitaufwendigen und kostenintensiven Austausch des Gaseinlassorgans bei jedem Tausch oder bei jeder Änderung der Suszeptorkonfiguration. Die US 8,927,302 B2 beschreibt eine Vielzahl von Verlängerungsplatten, die in eine Außenwand eines Gaseinlassorgans eines CVD-Reaktors einzeln einsteckbar sind. Die Verlängerungsplatten schließen in Horizontalrichtung jeweils an einen Trennboden an. Die Verlängerungsplatten sind als ringförmige Platten ausgebildet, die im montierten Zustand das Gaseinlassorgan umgeben. Der Durchmesser der Verlängerungsplatten nimmt in Vertikalrichtung vom Suszeptor bis zur Prozesskammerdecke zu. Bei dieser stufenförmigen Anordnung ragt lediglich ein stromabwärtiges Ende der zuunterst angeordneten Verlängerungsplatte in den Bereich zwischen der Gasaustrittsfläche des Gaseinlassorgans und dem stromaufwärtigen Rand des Lagerplatzes hinein. Das stromaufwärtige Ende der darüber angeordneten Verlängerungsplatten ist jeweils zwischen dem stromaufwärtigen Rand des Substratlagerplatzes und dem stromabwärtigen Rand des Substratlagerplatzes angeordnet. Dadurch werden die aus den unterschiedlichen Gasaustrittszonen strömenden unterschiedlichen Gase gezielt an jeweils verschiedenen Horizontalpositionen in die Prozesskammer eingespeist. Die KR 101651880 B1, die KR 102572371 B1 und die KR 10-2022-0135320 A offenbaren jeweils einzelne am Gaseinlassorgan lösbar befestigte Verlängerungsplatten. Die Verlängerungsplatten können mit Keilen schräg am Gaseinlassorgan fixiert werden. Die Länge der Verlängerungsplatten kann unterschiedlich sein, wobei die Länge in etwa dem Abstand zwischen der Gasaustrittsfläch