DE-102024132200-A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung von aus einem Gaseinlassorgan eines CVD-Reaktors strömenden Gasflüssen

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden einer Schicht auf einem Substrat in einem CVD-Reaktor (1), wobei stromabwärts von Gasaustrittsöffnungen (33) eines Gaseinlassorgans (30) Trennplatten (21, 22) vorgesehen sind, die eine radiale Erstreckung (L) aufweisen und zwischen einander beziehungsweise zwischen sich und einer Prozesskammerdecke (5) und einem Suszeptor (2) jeweils einen Strömungskanal (17, 18, 19) ausbilden, dessen jeweiliges stromaufwärtiges Ende (21', 22') unmittelbar dem Gaseinlassorgan (30) benachbart ist und dessen jeweiliges stromaufwärtiges Ende (21'', 22'') einen horizontalen Abstand (V) von einem das Substrat tragenden Lagerplatz (3) besitzt, wobei eine unterste Gasaustrittsöffnung (33) eines Gasaustrittsfeldes (31) des Gaseinlassorgans (30) einer unmittelbar oberhalb der Trennplatte (21, 22) angeordneten Gasaustrittszone (11, 12) einen vertikalen Abstand (A) von einer obersten Gasaustrittsöffnung (33) eines Gasaustrittsfeldes (31) des Gaseinlassorgans (30) einer unmittelbar unterhalb der Trennplatte der Trennplatte (21, 22) angeordneten Gasaustrittszone (12, 13) aufweist, wobei die radiale Erstreckung (L) mindestens 5 % vom horizontalen Abstand (V) und maximal 20 % vom horizontalen Abstand (V) beträgt oder dass die radiale Erstreckung (L) mindestens 200 % vom vertikalen Abstand (A) und maximal 1000 % vom vertikalen Abstand (A) beträgt.

Inventors

• Carsten Ludwig Birke
• Michael Griebel

Assignees

• AIXTRON SE

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241105

Claims (9)

1. Vorrichtung mit einem Gehäuse (1), das eine zwischen einer Prozesskammerdecke (5) und einem Suszeptor (2) mit einem Lagerplatz (3) zur Aufnahme des Substrates (4) angeordnete Prozesskammer (6), ein Gaseinlassorgan (30) zum Einspeisen eines Prozessgases in die Prozesskammer (6) und eine Heizeinrichtung (7) zum Aufheizen der Prozesskammer (6) aufweist, wobei das Gaseinlassorgan (30) mehrere vertikal übereinander angeordnete Gasverteilvolumen (14, 15, 16) aufweist, durch deren in die Prozesskammer (6) mündende Gasaustrittsöffnungen (33) voneinander verschiedene reaktive Gase und/oder Inertgase in die Prozesskammer (6) einspeisbar sind, mit jeweils an einer Stelle, an der die Gasaustrittsöffnungen (33) voneinander verschiedener Gasverteilvolumen (14, 15, 16) aneinandergrenzen, angeordneten Trennplatten (21, 22), die eine radiale Erstreckung (L) aufweisen und zwischen einander beziehungsweise zwischen sich und der Prozesskammerdecke (5) und dem Suszeptor (2) jeweils einen Strömungskanal (17, 18, 19) ausbilden, dessen jeweiliges stromaufwärtiges Ende (21', 22') unmittelbar dem Gaseinlassorgan (30) benachbart ist und dessen jeweiliges stromaufwärtiges Ende (21'', 22'') einen horizontalen Abstand (V) vom Lagerplatz (3) besitzt, wobei eine unterste Gasaustrittsöffnung (33) eines Gasaustrittsfeldes (31) einer unmittelbar oberhalb der Trennplatte (21, 22) angeordneten Gasaustrittszone (11, 12) einen vertikalen Abstand (A) von einer obersten Gasaustrittsöffnung (33) eines Gasaustrittsfeldes (31) einer unmittelbar unterhalb der Trennplatte (21, 22) angeordneten Gasaustrittszone (12, 13) aufweist, dadurch gekennzeichnet , dass die radiale Erstreckung (L) mindestens 5 % vom horizontalen Abstand (V) und maximal 20 % vom horizontalen Abstand (V) beträgt oder dass die radiale Erstreckung (L) mindestens 200 % vom vertikalen Abstand (A) und maximal 1000 % vom vertikalen Abstand (A) beträgt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die Molmasse des in einen zuoberst angeordneten Strömungskanal (17) eingespeisten Gases größer ist, als die Molmasse des in einen darunterliegenden Strömungskanal (18, 19) eingespeist wird.
3. Vorrichtung mit einem Gehäuse (1), das eine zwischen einer Prozesskammerdecke (5) und einem Suszeptor (2) mit einem Lagerplatz (3) zur Aufnahme des Substrates (4) angeordnete Prozesskammer (6), ein Gaseinlassorgan (30) zum Einspeisen eines Prozessgases in die Prozesskammer (6) und eine Heizeinrichtung (7) zum Aufheizen der Prozesskammer (6) aufweist, wobei das Gaseinlassorgan (30) mehrere vertikal übereinander angeordnete Gasverteilvolumen (14, 15, 16) aufweist, durch deren in die Prozesskammer (6) mündende Gasaustrittsöffnungen (33) voneinander verschiedene reaktive Gase und/oder Inertgase in die Prozesskammer (6) einspeisbar sind, mit jeweils an einer Stelle, an der die Gasaustrittsöffnungen (33) voneinander verschiedener Gasverteilvolumen (14, 15, 16) aneinandergrenzen, angeordneten Trennplatten (21, 22), die eine radiale Erstreckung (L) aufweisen und zwischen einander beziehungsweise zwischen sich und der Prozesskammerdecke (5) und dem Suszeptor (2) jeweils einen Strömungskanal (17, 18, 19) ausbilden, dessen jeweiliges stromaufwärtiges Ende (21', 22') unmittelbar dem Gaseinlassorgan (30) benachbart ist und dessen jeweiliges stromabwärtiges Ende (21'', 22'') einen Abstand (V) vom Lagerplatz (3) besitzt, dadurch gekennzeichnet , dass die Trennplatten (21, 22) mittels in die Gasaustrittsöffnungen (33) eingreifenden Befestigungselementen (25, 27) am Gaseinlassorgan (30) befestigt sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet , dass die Trennplatten (21, 22) mit ein oder mehreren sich in vertikaler Richtung erstreckenden Verbindungsstegen (23) zu einem Gastrennelement (20) miteinander verbunden sind, das eine zentrale Öffnung aufweist, in der sich das Gaseinlassorgan (30) befindet.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 4 , dadurch gekennzeichnet , dass das Gaseinlassorgan (30) mehrere, jeweils durch vertikale Freiräume (35) und horizontale Freiräume (36) voneinander getrennte Gasaustrittsfelder (31) ausbildet, wobei zwischen zwei horizontal voneinander beabstandeten Gasaustrittsfeldern (31) jeweils ein vertikaler Kühlkanal (34) in einer Gasaustrittswand (32) verläuft und wobei die Trennplatten (21, 22) auf Höhe der vertikalen Freiräume (35) liegen.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 5 , dadurch gekennzeichnet , dass das Gaseinlassorgan (30) sich in vertikaler Richtung in einer Gasaustrittswand (32) erstreckende Kühlkanäle (34) aufweist und die Trennplatten (21, 22) miteinander verbindende Verbindungsstege (23) unmittelbar entlang der Kühlkanäle (34) verlaufen.
7. Gastrennelement (20) als Bestandteil einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet , dass zwei kreisringförmige Trennplatten (21, 22) mittels Verbindungsstegen (23) miteinander verbunden sind.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 oder 5 bis 7 , dadurch gekennzeichnet , dass die voneinander weg weisenden Breitseitenflächen der Trennplatten (21, 22) zumindestens im an das stromabwärtige Ende (21'', 22'') angrenzenden Bereich verjüngt oder gerundet auslaufen und/oder dass Verbindungsstege (23), die zwei übereinander angeordnete Trennplatten (21, 22) miteinander verbinden, einen an ein stromabwärtiges Ende (23'') angrenzenden Bereich aufweisen, der voneinander weg weisende Breitseitenflächen aufweist, die zum stromabwärtigen Ende (23'') spitz zulaufen oder gerundet sind.
9. Vorrichtung oder Gastrennelement, gekennzeichnet durch eines oder mehrere der kennzeichnenden Merkmale eines der vorhergehenden Ansprüche.

Description

Gebiet der Technik Die Erfindung betrifft einen CVD-Reaktor mit einem Gehäuse und einem darin angeordneten Gaseinlassorgan, wobei das Gaseinlassorgan eine Gasverteilkammer oder mehrere vertikal übereinander angeordnete Gasverteilkammern aufweist, die mittels Trennplatten voneinander getrennt sind, wobei die ein oder mehreren Gasverteilkammern jeweils eine Gasaustrittswand aufweisen, wobei in der Gasaustrittswand eine Vielzahl von Gasaustrittsöffnungen angeordnet sind, durch die ein mit einer Zuleitung in die ein oder mehreren Gasverteilkammern eingespeistes Prozessgas in eine Prozesskammer einströmen kann, das die Prozesskammer in einer Strömungsrichtung in Richtung eines in einem Abstand von der Gasaustrittswand angeordneten Lagerplatz zur Aufnahme eines Substrates durchströmen kann, und mit einem in Strömungsrichtung unmittelbar stromabwärts des Gaseinlassorgans angeordneten Gasflussstabilisierungselement mit ein oder mehreren Vertikal übereinander angeordneten Gastrennplatten. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Abscheiden einer Schicht, insbesondere einer SiC-Schicht in einem derartigen CVD-Reaktor. Stand der Technik Die Erfindung betrifft beispielsweise einen CVD-Reaktor mit einem mehrere vertikal übereinander angeordnete Gaseinlasszonen aufweisenden Gaseinlassorgan, wie es beispielsweise in der DE 10 2011 002 145 B4, DE 10 2008 055 582 A1, DE 10 2014 104 218 A1 und DE 10 2019 133 023 A1 offenbart ist. Die Gaseinlasszonen weisen jeweils eine Gasaustrittsfläche auf. In die Gaseinlasszonen werden voneinander verschiedene Prozessgase eingespeist. Die Prozessgase strömen aus den Gasaustrittsflächen, die jeweils eine Vielzahl von Gasaustrittsöffnungen aufweisen, in die Prozesskammer. Die Prozessgase durchströmen die Prozesskammer und überströmen die darin angeordneten Substrate in einer Horizontalrichtung. Die Prozessgase enthalten ein Trägergas und reaktive Gase, die sich bei der Prozesstemperatur in der Prozesskammer beziehungsweise auf der Substratoberfläche zerlegen. Die Zerlegungsprodukte diffundieren in einer Richtung quer zur horizontalen Strömungsrichtung in vertikaler Richtung und scheiden sich als einkristalline Schicht auf den Substraten, aber auch auf anderen aufgeheizten Oberflächen innerhalb der Prozesskammer, wie beispielsweise der Prozesskammerdecke ab. Diese parasitären Ablagerungen auf der Prozesskammerdecke machen einen häufigen Austausch der Prozesskammerdecke erforderlich. Die US 8,927,302 B2 beschreibt eine Vielzahl von Gasflusstrennplatten, die an einer Außenwand eines Gaseinlassorgans eines CVD-Reaktors einzeln einsetzbar befestigt sind. Die Gasflusstrennplatten schließen in Horizontalrichtung jeweils an eine Trennplatte an, der benachbarte Gasverteilkammern, aus denen jeweils verschiedene Prozessgase in die Prozesskammer eingespeist werden. Die Trennplatten sind ringförmig und umgeben in montiertem Zustand das Gaseinlassorgan. Der Außendurchmesser der Trennplatten nimmt in Vertikalrichtung vom Suszeptor bis zur Prozesskammerdecke zu. Durch die stufenförmige Anordnung werden die aus den unterschiedlichen Gasaustrittszonen strömenden unterschiedlichen Gase gezielt an jeweils verschiedenen Positionen relativ zum Substrat in die Prozesskammer eingespeist. Die KR 101651880 B1, die KR 102572371 B1 und die KR 10-2022-0135320 A offenbaren ein Gaseinlassorgan mit mehreren vertikal übereinander angeordneten Gaseinlasszonen. Es sind einzelne am Gaseinlassorgan lösbar befestigte Gasflusstrennplatten vorgesehen. Die Gasflusstrennplatten schließen an die benachbarte Gasverteilkammern voneinander trennenden Trennböden an. Die Gasflusstrennplatten können mit Keilen schräg am Gaseinlassorgan fixiert werden. Die Länge der Gasflusstrennplatten kann unterschiedlich sein, wobei die Länge in etwa dem Abstand zwischen der Gasaustrittsfläche des Gaseinlassorgans und dem stromaufwärtigen Rand des Substratlagerplatzes entspricht, so dass das Prozessgas unmittelbar vor oder oberhalb des Substrates in die Prozesskammer eingespeist wird. Die DE 10 2019 139 794 A1 beschreibt ein Gaseinlassorgan, bei dem durch eine Gasaustrittswand in Vertikalrichtung Kühlkanäle verlaufen. Diese Kühlkanäle trennen die in der Gasaustrittswand angeordneten Gasdurchtrittsöffnungen in einzelne Gasaustrittsfelder. Benachbarte Gasaustrittsfelder sind durch horizontal nebeneinander liegende Freiräume voneinander getrennt. Im Bereich dieser horizontalen Freiräume verlaufen die Kühlkanäle. Werden mit einem derartigen Gaseinlassorgan Prozessgase zum Abscheiden von SiC in die Prozesskammer eingespeist und wird insbesondere zusätzlich durch eine oberste Gasaustrittszone Argon in die Prozesskammer eingespeist, so bilden sich auf der zur Prozesskammer weisenden Unterseite der Prozesskammerdecke parasitäre Depositionen. Diese Depositionen haben eine Symmetrie, die der Symmetrie der horizontalen Freiräume entspricht. Zwischen den beiden Freiräumen wird in unmittelbarer Nachbarschaft zum Gaseinlassorgan auf der Prozesskammerde