CN113166940B - 具有被屏蔽板装置遮盖的进气机构的cvd反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种CVD反应器(1)，包括：能被加热装置(4)加热到处理温度的用于容纳待处理的基板(3)的基座(2)，用于将处理气体导入布置在遮盖进气机构(5)的出气面(9’)的透气的屏蔽板(10)与基座(2)之间的处理室(12)的进气机构(5)。按本发明建议，屏蔽板(10)的边缘区域(19)被支撑环(20)这样地支撑，使得支撑面位于基座(2)的侧壁(27)外部。
Description
技术领域
本发明涉及一种CVD反应器，包括：能被加热装置加热到处理温度的用于容纳待处理的基板的基座；用于将处理气体导入布置在遮盖进气机构的出气面的透气的屏蔽板与基座之间的处理室中的进气机构；包围基座的侧壁的、朝径向外部由管状的导气主体限定边界的出气通道。
本发明还涉及一种用于CVD反应器的屏蔽板装置。
背景技术
前述类型的CVD反应器例如从美国专利文献US9587312中已知并且被用于在基板上沉积半导体层，其中，尤其是在AlGaN材料体系中，在超过1300℃处理温度下进行工作。进气机构的出气面在此借助冷却剂被冷却，使得表面温度最高达到200℃。进气机构的出气面被屏蔽板遮盖，例如借助通气开口使该屏蔽板成为可透气的。该屏蔽板一方面用作隔热板，另一方面用作反应器-内衬的替换体，在反应器-内衬上可以沉积寄生涂层。
此外，属于现有技术的是专利文献DE102006018515Al、US6，565，661Bl、US2008/0196666Al、US2011/0290183Al、US2017/0345626Al、US2017/0372910Al、US2018/0171472Al。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，在操作技术上改进CVD反应器。
该技术问题通过权利要求中描述的技术方案解决。
从属权利要求不仅是独立权利要求的有利扩展，而且还是这些技术问题的独立解决方案。
首先并且主要建议一种CVD反应器，其中，由例如石墨或涂层石墨构成的基座借助可以是IR-加热器或RF-加热器的加热装置加热到处理温度，其中，输入处理室中的处理气体发生热分解。处理气体的输入借助进气机构进行，该进气机构优选在处理室的整个横截面上延伸并且具有喷淋头状布置的出气开口，处理气体通过该出气开口进入处理室。进气机构的出气面用透气的屏蔽板遮盖。重要的是，屏蔽板具有边缘区域，该边缘区域被支撑元件支撑。该支撑元件可以固定在进气机构或处理室盖上。尤其有利的是，支撑元件由支撑环形成。还有利的是，一个或多个支撑元件的从下方接合(untergreifen)屏蔽板的区段布置在出气通道的竖直上方，其中，出气通道布置在基座的径向外部。还可以规定，屏蔽板通过位于其中心区域的固定器件附加地固定在进气机构上。但边缘侧的支撑元件全部布置成，使得它们布置在出气通道的径向内部边缘的径向外部并且仅在该区域内从下方接合屏蔽板。尤其规定，出气通道由基座的侧壁和管状的导气主体的壁限定边界，其中，导气主体以一定的径向距离包围基座。基座可以具有至少大约300mm的直径并且可以绕旋转轴线被旋转驱动。屏蔽板的下侧可以与基座的上侧间隔9至20mm。屏蔽板的材料厚度可以在3到10mm之间。在本发明优选的结构方案中，支撑元件和尤其是支撑环形成径向向内突出的舌片。舌片可以是支撑元件或支撑环的材料厚度减小的区段。可以设有以均匀周向分布布置的且从支撑环径向向内突出的六个舌片。规定舌片嵌接到屏蔽板的边缘区域的夹室中，其中，夹室可以由屏蔽板的边缘区域的材料厚度减小的凹缺口形成。屏蔽板的例如被舌片从下方接合的外部边棱在出气通道的径向内壁的径向外部延伸，使得基座完全被屏蔽板覆盖，其边缘因此优选在基座的边棱的径向外部延伸。屏蔽板可以接触式地贴靠在进气机构的出气板的出气面上。但屏蔽板也可以具有到出气面较小的例如0.1至2mm的间隙距离。屏蔽板的通气开口优选与进气机构的出气面的出气开口对齐。进气机构的构成出气面的出气板可以借助液态冷却剂被冷却，其中，在进气机构的内部设有冷却剂室。在本发明优选的结构方案中，舌片以大约0.1至1mm的径向间隙嵌接到屏蔽板的边缘区域的夹室中，从而可以由石墨、涂层的石墨或石英构成的屏蔽板可以热膨胀。夹室还优选在出气通道的竖直上方延伸或距处理室中心的径向距离比基座的径向外部边缘和出气通道的内壁更大。优选由石墨构成的屏蔽板也与优选由石墨构成的基座一样用SiC、BrN或类似物涂层。在本发明的扩展设计中规定，屏蔽板的面向出气面的宽侧面在边缘区域内倾斜延伸。因此，在该边缘区域内，屏蔽板的材料厚度在径向向外的方向上减小。在本发明的扩展设计中规定，在径向向外的方向上限定出气通道边界的导气主体具有上侧，该上侧支撑一个密封圈。上侧可以具有凹处，密封圈位于该凹处中。密封圈可以由石英构成。支撑环可以支撑在密封圈上。将支撑环固定在反应器的出气机构或盖上的固定元件可以位于导气主体的径向外部。固定元件尤其是弹簧元件。该固定元件可以具有从下方接合支撑环的凸起。
本发明还涉及一种用于在CVD反应器中应用的屏蔽板装置，其中，屏蔽板装置具有带有通气开口的圆盘形屏蔽板，该屏蔽板被能固定在反应器的进气机构或盖上的支撑环包围。支撑环从下方接合屏蔽板的边缘。
本发明还涉及这种屏蔽板装置在CVD反应器中在向基板上沉积半导体层时的应用，其中，尤其规定，将基座加热到至少1300℃的温度并且将进气机构的出气面保持在最高200℃，为此尤其规定，将加热到最高80℃的冷却液体输入进气结构的冷却剂通道中。在沉积过程中，将有机金属镓化合物和有机金属铝化合物与载气，例如氢气、NH3一起通过进气结构输入处理室中，以便在尤其是沉积期间旋转的基座的基板上沉积AlGaN。
附图说明
下面根据附图阐述本发明的一个实施例。附图中示出：
图1以通过处理室12的纵剖面示意性示出CVD反应器，
图2示出图1的局部II的放大图，
图3示出布置在进气机构5的下方的屏蔽板装置的立体俯视图，该屏蔽板装置具有被支撑环20支撑的屏蔽板，
图4示出了通过进气机构5和布置在下方的屏蔽板装置10、20的剖面的立体图，
图5示出了屏蔽板10和支撑环20的分解图，
图6示出了支撑环20的仰视图和
图7示出了屏蔽板10的仰视图。
具体实施方式
CVD反应器1具有向外部气体密封的壳体，在该壳体内部由涂层的石墨构成的基座2在一个水平面内延伸。基座2的上侧具有多个袋状的凹处，在这些凹处中分别布置有基板3。基座2由多部分构成。该基座2具有盖部分，其边缘支撑在管状的区段上，该管状的区段构成径向向外指向的基座侧壁27。在整个杯形基座装置的内部具有一个仅在附图中示出的加热装置4，该加热装置4可以是RF-线圈或IR-加热装置，通过该加热装置可以将基座2加热到超过1300℃的温度。
在基座2的上方具有处理室12，处理气体借助进气机构5输入处理室12中。处理气体可以由V主族的氢化物和III主族的元素的有机金属化合物组成。处理气体与惰性气体，例如氢气一起被输入处理室12中。
进气机构5可以具有一个或多个气体分配室6，通过该一个或多个气体分配室6可以将两种形成处理气体的单独气体彼此分开地输入处理室12中。为了清楚起见，仅示出一个气体入口25和一个气体分配室6，其中，气体分配室6借助出气通道7与进气机构5的出气板9的出气面9'相连。在出气板9的上方具有用于导入冷却液体的冷却通道8，利用该冷却液体可以冷却出气板9。
在出气面9'的下方，由尤其是涂层的石墨构成的屏蔽板10或者与出气面9'接触式贴靠地或者以一定的间隙距离延伸，该屏蔽板10具有圆盘形的形状。屏蔽板10具有通气开口11，该通气开口与出气通道7对齐，使得处理气体和载气可以从气体分配室6通过出气通道7和通气通道11流入处理室12中。
基座2的直径为至少约300mm。该圆盘形的屏蔽板10的直径大于基座2的直径。屏蔽板10的边缘因此在出气通道13的竖直上方延伸，该出气通道13由基座侧壁27径向向内限定边界并且由管状的导气主体14径向向外限定边界。
导气主体14具有上侧，该上侧由导气主体14的径向向内弯曲的头区段形成。导气主体14的上侧具有凹处18，由石英构成的密封圈17嵌在该凹处中。
在密封圈17的上方延伸有环形的支撑元件，该支撑元件构成支撑环20。
支撑环20包围屏蔽板10并且具有多个、在本实施例中六个均匀的周向分布布置的从支撑环20的基体径向向内突出的舌片21。舌片21具有减小的材料厚度并且嵌接到屏蔽板10的边缘区域19的夹室16中。夹室16形成材料减小的凹缺口，舌片21以一定的游隙径向嵌接在该凹缺口中。被舌片21从下方接合的边缘区域19具有面向出气面9'的表面，该表面在边缘处倾斜地延伸，使得屏蔽板10在边缘区域19中的材料厚度沿径向向外方向连续地减小。
支撑环20借助固定元件22固定在进气机构5上。但支撑环20也可以固定在反应器盖上。在本实施例中，固定元件22是具有支撑凸起23的弹簧元件，该支撑凸起从下方接合支撑环20。支撑环20具有凹部24，该凹部位于支撑环20的外边缘区域中，并且在该凹部中在本实施例中布置有六个以均匀角度分布的固定元件22。固定元件22和舌片21在本实施例中位于相同的周向位置处。
屏蔽板10的边棱在其整个圆周长度上围绕屏蔽板10的中心在出气通道13的竖直上方延伸。换句话说，优选不存在屏蔽板10的边缘的不处于基座侧壁27的径向外部的区段。支撑元件20也没有在径向向内方向上突出超过基座侧壁27，而在出气通道13的竖直上方延伸，使得支撑屏蔽板10的径向外部的边缘区域被支撑的全部支撑面布置在位于出气通道13的竖直上方的区中。
然而可以设有附加的固定元件，通过该附加的固定元件将屏蔽板10的中心与进气机构相连。
以上说明用于阐述本申请所涵盖的所有发明，这些发明至少通过以下特征组合也独立地改进现有技术，其中，这些特征组合中的两个，更多或全部也可以组合使用，即：
一种CVD反应器，其特征在于，屏蔽板10的边缘区域19被支撑环20支撑。
一种CVD反应器，其特征在于，屏蔽板10的外部边缘被支撑元件20的区段21支撑，屏蔽板10的边缘支撑在该区段上以便构成支撑面，其中，全部的边缘侧的支撑面布置在基座2的侧壁27的径向外部并且尤其在出气通道13的竖直上方。
一种CVD反应器，其特征在于，具有从支撑环或支撑元件20径向向内突出的舌片21，该舌片在彼此间隔的周向位置处从下方接合屏蔽板10并且尤其嵌接在屏蔽板10的边缘区域19的夹室16中。
一种CVD反应器，其特征在于，支撑环20或支撑元件借助固定元件22固定在进气机构5或反应器盖上。
一种CVD反应器，其特征在于，具有布置在导气主体14的上侧和形成支撑元件的支撑环20之间的密封圈17，该密封圈17尤其是布置在导气主体14的凹处中并且尤其由石英构成。
一种CVD反应器，其特征在于，用于固定支撑环20的固定元件22布置在导气主体14的径向外部和/或由弹簧元件形成。
一种在CVD反应器1中使用的屏蔽板装置，其具有带有圆盘形的通气开口11的屏蔽板10和能固定在CVD反应器1的进气机构5或盖上的支撑环20，所述支撑环20包围屏蔽板10并且至少局部区域从下方接合屏蔽板10的边缘19。
一种屏蔽板装置，其特征在于，屏蔽板10的边缘区域19构成材料厚度减小的夹室16，支撑环20的舌片21嵌接到所述夹室16中。
一种应用，其特征在于，将基座2加热到高于1300℃的处理温度并且将进气机构5的出气面9'保持在不高于200℃的温度，并且其中，AlGaN沉积在CVD反应器1的内部。
所公开的所有特征对于本发明是必不可少的(单独地，但也可以彼此组合)。因此，本申请的公开还包括相关联的/附加的优先权文件(先前申请的副本)的公开内容的全部内容，还出于将这些文件的特征包括在本申请的权利要求中的目的。从属权利要求的特征在于，即使没有引用权利要求的特征，其特征也具有独立于现有技术的发明扩展的特征，特别是为了在这些权利要求的基础上进行分案申请。每个权利要求中限定的发明可以另外具有以上描述中提供的一个或多个特征，尤其设有附图标记和/或在附图标记列表中指定的特征。本发明还涉及其中没有实现上述描述中的某些特征的设计形式，尤其是只要它们对于相应目的是可识别的或者可以被其他技术上等效的方式代替。
附图标记清单
1 CVD反应器
2 基座
3 基板
4 加热装置
5 进气机构
6 气体分配室
7 出气通道
8 冷却通道
9 出气板
9' 出气面
10 屏蔽板
11 通气开口
12 处理室
13 出气通道
14 外部导气主体
15 内部导气主体
16 夹室
17 密封圈
18 凹处
19 边缘区域
20 支撑环、支撑元件
21 舌片
22 固定元件
23 支撑凸起
24 凹部
25 气体入口
26 气体出口
27 基座侧壁
Claims (10)
1.一种CVD反应器(1)，包括：能被加热装置(4)加热到处理温度的用于容纳待处理的基板(3)的基座(2)；进气机构(5)，所述进气机构(5)与被液态冷却剂冷却的入口板(9)一起构成出气面(9')；和布置在出气面(9')和处理室(12)之间的透气的屏蔽板(10)，所述屏蔽板(10)用于将处理气体导入布置在遮盖出气面(9')的屏蔽板(10)与基座(2)之间的处理室(12)中，其中，由石墨、涂层的石墨或石英构成的屏蔽板(10)的边缘区域(19)被支撑环(20)支撑，其中，所述支撑环(20)借助固定元件(22)固定在所述进气机构(5)上或反应器盖上。
2.按权利要求1所述的CVD反应器(1)，其特征在于，所述CVD反应器(1)包括：包围基座(2)的侧壁(27)的、朝径向外部由管状的导气主体(14)限定边界的出气通道(13)，其中，由石墨、涂层的石墨或石英构成的屏蔽板(10)的外部边缘被所述支撑环(20)的区段支撑，屏蔽板(10)的边缘支撑在所述区段上以构成支撑面，其中，全部的边缘侧的支撑面布置在基座(2)的侧壁(27)的径向外部并且布置在出气通道(13)的竖直上方。
3.按权利要求1所述的CVD反应器，其特征在于，具有从所述支撑环(20)径向向内突出的舌片(21)，所述舌片(21)在彼此间隔的周向位置处从下方与屏蔽板(10)接合。
4.按权利要求1所述的CVD反应器，其特征在于，具有布置在导气主体(14)的上侧和形成支撑元件的支撑环(20)之间的密封圈(17)。
5.按权利要求1所述的CVD反应器，其特征在于，用于固定支撑环(20)的固定元件(22)布置在导气主体(14)的径向外部和/或由弹簧元件形成。
6.按权利要求3所述的CVD反应器，其特征在于，所述舌片(21)是嵌接到屏蔽板(10)的边缘区域(19)的夹室(16)中。
7.按权利要求4所述的CVD反应器，其特征在于，所述密封圈(17)布置在导气主体(14)的凹处中并且由石英构成。
8.一种在按权利要求1至7之一所述的CVD反应器(1)中使用的屏蔽板装置，其具有带有圆盘形的通气开口(11)的屏蔽板(10)和能固定在CVD反应器(1)的进气机构(5)或盖上的支撑环(20)，所述支撑环(20)包围屏蔽板(10)并且至少局部区域从下方接合屏蔽板(10)的边缘区域(19)，其中，所述支撑环(20)借助固定元件(22)固定在所述进气机构(5)上或反应器盖上。
9.按权利要求8所述的屏蔽板装置，其特征在于，屏蔽板(10)的边缘区域(19)构成材料厚度减小的夹室(16)，支撑环(20)的舌片(21)嵌接到所述夹室(16)中。
10.按权利要求8所述的屏蔽板装置的应用，其特征在于，将所述基座(2)加热到高于1300℃的处理温度并且将进气机构(5)的出气面(9')保持在不高于200℃的温度，并且其中，AlGaN沉积在CVD反应器(1)的内部。
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