DE10043600A1 - Vorrichtung zum Abscheiden insbesondere kristalliner Schichten auf einem oder mehreren, insbesondere ebenfalls kristallinen Substraten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden insbesondere kristalliner Schichten auf einem oder mehreren, insbesondere ebenfalls kristallinen Substraten in einer Prozesskammer (1) mittels in die Prozesskammer (1) eingeleiteter und sich dort pyrolytisch umsetzender Reaktionsgase, mit einer beheizbaren Trägerplatte (3), in welcher oberflächenbündig zur Umgebung mindestens ein Substrathalter (45) lose, insbesondere drehbar einliegt. Um den isothermen Verlauf auf der Trägerplatte möglichst flach zu halten, ist eine auf der Trägerplatte (3) liegende, an den mindestens einen Substrathalter konturfolgend angrenzende Kompensationsplatte (48).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden insbesondere kristalliner Schichten auf einem oder mehreren, insbesondere ebenfalls kristallinen Substra­ ten in einer Prozesskammer mittels in die Prozesskammer eingeleiteten und sich dort pyrolytisch umsetzenden Reaktionsgasen, mit einer beheizbaren Trägerplatte, in welcher oberflächenbündig zur Umgebung mindestens ein Substrathalter lose, insbesondere drehbar einliegt.

Eine derartige Vorrichtung ist aus dem US-Patent 5,788,777, US-Patent 5,027,746 und dem DE-Patent 19 813 523 C2 vorbekannt. In der von der Rückseite insbesondere mit Hochfrequenz beheizbaren Trägerplatte aus Grafit liegen Substrathalter lose in ihnen zugeord­ neten Aussparungen ein. Beim Stand der Technik werden die Substrathalter auf einem Gaspolster liegend zufolge einer besonderen Gaskanalführung im Boden der Träger­ platten Aussparung drehangetrieben. Das lose Aufliegen des Substrathalters auf dem Boden der Aussparung der Trägerplatte, in welcher der Substrathalter so ein­ liegt, dass er mit seiner Oberfläche bündig zu seiner Umgebung liegt, hat die Ausbildung einer Horizontalfuge zur Folge, die sich sogar noch verbreitert, wenn der Substrathalter in der beschriebenen Weise drehangetrie­ ben wird. Diese Horizontalfuge bildet eine Störung des Wännetransportes von der rückwärtig der Trägerplatte liegenden Heizung in die Prozesskammer. Dies hat zur Folge, dass die Oberflächentemperatur des Substrathal­ ters niedriger ist als die Oberflächentemperatur der Umgebung. Dies hat auch Auswirkungen auf den Isothermen­ verlauf im Gasstrom über der Trägerplatte.

Die WO 96/23913 schlägt eine SiC-Schutzplatte für einen Substrathalter vor.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Isothermenverlauf über der Trägerplatte möglichst flach zuhalten.

Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebenen Lösungen.

Der Anspruch 1 schlägt zunächst und im Wesentlichen eine, auf der Trägerplatte liegende, an den Substrathal­ ter angrenzende Kompensationsplatte vor. Der Rand der Kompensationsplatte folgt dabei der Kontur des Substrat­ halters. Der Substrathalter ist von ein oder mehreren Kompensationsplatten umschlossen. Es sind bevorzugt eine Vielzahl von Substrathaltern vorgesehen, die plane­ tenartig auf der insbesondere auch drehangetriebenen Trägerplatte angeordnet sind. Die Kompensationsplatten liegen dann segmentartig auf der ringförmigen Träger­ platte. Die Kompensationsplatten können aus TaC oder aus mit TaC- oder SiC-beschichtetem Grafit bestehen. Sie können als Verbrauchsteile ausgetauscht werden. Zur randseitigen Lagerung der kreisscheibenförmigen Sub­ strathalter sind Zentrierringe vorgesehen. Diese Zen­ trierringe liegen ebenfalls in den Aussparungen der Trägerplatte. An diese Zentrierringe stoßen die runden Randkanten der Kompensationsplatten. Auf den Zentrier­ ringen liegen Abdeckringe, die auch einen gestuften Randabschnitt des Substrathalters überdecken. Die Trä­ gerplatte wird von unten mittels einer zentralen Stütz­ platte getragen. Dies erfolgt durch Randuntergniff. Oberhalb der Stützplatte kann eine Zugplatte liegen, die sich ebenfalls auf dem Rand der Trägerplatte ab­ stützt. In der Mitte der Zugplatte kann eine Zugstange angreifen, so dass der Rand der Trägerplatte gleichsam eingespannt ist. Die äußere Begrenzung der Prozesskam­ mer wird von einem Gasauslassring ausgebildet, der eine Vielzahl von radialen Gasaustrittsöffnungen besitzt. Dieser soll ebenso wie eine zur Trägerplatte sich paral­ lel und beabstandet erstreckende, ebenfalls rückwärtig beheizte Deckenplatte aus massivem Grafit bestehen. Zufolge dieser Ausgestaltung hat der Gasauslassring eine erhöhte Wärmekapazität und gleichzeitig eine gute Wärmeleitung, so dass von Deckplatte zu Trägerplatte ein stetiger Temperaturverlauf vorliegt.

Die Erfindung betrifft ferner eine Weiterbildung der aus der US 57 88 777 grundsätzlich schon bekannten Deckplatte und deren Halterung am Gaseinlassorgan. Bei der Epitaxie von SiC mit den Reaktionsgasen Silan und Methan/Propan sind die aus Grafit bestehende Trägerplat­ te und eine ebenfalls aus Grafit bestehende Deckplatte inert beschichtet. Die Beschichtung kann aus TaC oder SiC bestehen. Derartig beschichtete Deck- oder Träger­ platten unterliegen einem Verschleif, da die Reaktions­ gase eine ätzende Wirkung entfalten. Erfindungsgemäß wird die Deckplatte mit austauschbaren Verkleidungsrin­ gen verkleidet, welche aus TaC bestehen können. Die Verkleidungsringe halten sich durch gegenseitigen Unter­ griff. Der innenliegende Ring kann mit seinem Rand auf der Tragschulter eines Trägers liegen, der an einem Gaseinlassorgan sitzt. In einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verkleidungsringe aus Grafit bestehen und mit TaC oder SiC beschichtet sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Prozesskam­ mer eines Reaktors,

Fig. 2 eine Explosionsdarstellung der Trägerplatte nebst Substrathalter,

Fig. 3 einen vergrößerten Schnitt durch die Träger­ platte gemäß der Schnittansicht Fig. 1 und

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Trägerplatte.

Die im Ausführungsbeispiel dargestellte Vorrichtung dient zum monokristallinen Abscheiden von SiC-Schichten auf monokristallinen Si-Substraten, diese Substrate können einen Durchmesser von 4 Zoll besitzen.

In einem Reaktorgehäuse 2 befindet sich eine Prozesskam­ mer 1. Diese Prozesskammer 1 besitzt eine Trägerplatte 3, die die Substrathalter 45 trägt. Parallel zur Träger­ platte 3 erstreckt sich oberhalb dieser eine Deckplatte 4. Die Trägerplatte 3 wird von unten mittels einer wassergekühlten HF-Spule 19 beheizt. Die Deckplatte 4 wird von oben mit einer ebenfalls wassergekühlten HF- Spule 20 beheizt. Die Trägerplatte 3 ist ringförmig gestaltet, wobei der Außendurchmesser etwa doppelt so groß ist wie der Innendurchmesser. Die Innenwandung der Trägerplatte 3 besitzt eine radial einwärts ragende Ringstufe 3'. Mit dieser Ringstufe 3 liegt die Träger­ platte 3 auf dem Rand einer Stützplatte 1 auf. Die Stützplatte 1 stützt sich wiederum auf einem Stützrohr 24 ab, welches von einer Zugstange 23 durchragt wird. Die Zugstange 23 greift etwa mittig an einer oberhalb der Stützplatte 21 angeordneten Zugplatte 22 an, welche mit ihrem Rand auf den Kragen 3 aufliegt. Durch Zug an der Zugstange 23 von unten wird die Trägerplatte 3 klemmbackenartig gehalten.

Die Trägerplatte 3 und die Deckplatte 4 werden von einem Gasauslassring 5 umgeben. Dieser Gasauslassring 5 bildet die seitliche Prozesskammer-Wand. Der Gasaus­ lassring 5 besitzt eine Vielzahl von radialen Bohrungen 25, durch welche das Prozessgas austreten kann. Der Gasauslassring 5 ist ebenso wie die Stützplatte 21, die Zugplatte 22, die Trägerplatte 3 und die Deckplatte 4 aus massivem Grafit gefertigt. Er ist einstückig und hat eine Breite, die etwa der Höhe der Prozesskammer 1 entspricht. Hierdurch besitzt der Gasauslassring 5 eine relativ hohe Wärmekapazität, was zur Folge hat, dass das Temperaturprofil innerhalb der Prozesskammer auch am Rand sehr homogen ist. Indem der Gasauslassring 5 eine von der Deckplatte 4 überfangene Stufe 35 und eine von der Trägerplatte unterfangene Stufe 36 ausbildet, ragt er bereichsweise in den Zwischenraum von Deckplat­ te 4 und Trägerplatte 3.

Die Deckplatte 4 ist an ihrer Unterseite mit insgesamt drei Verkleidungsringen 34 ausgefüttert. Diese Verklei­ dungsringe können aus Grafit bestehen oder aus TaC. Sie werden ähnlich wie Ofenringe durch gegenseitigen über­ griff aneinander gehalten, wobei sich der innerste Ring 34 auf einen Ringkragen eines Grafitträgers 33 ab­ stützt, welcher auf das untere Ende des Gaseinlasso­ rganes 6 aufgeschraubt ist. Im Bereich des Übereinander­ liegens sind die Verkleidungsringe 34 gefälzt. Sie bilden übereinanderliegende Ringabschnitte 34', 34" aus, so dass ihre Oberfläche stufenlos verläuft.

Das Gaseinlassorgan 6 ist insgesamt zweiteilig ausgebil­ det. Es besitzt einen Kern, der einen in die Prozesskam­ mer 1 ragenden Abschnitt 49 ausbildet, welche eine Kegelstumpfgestalt besitzt. Dieser Kern wird von einem Mantel 50 umgeben. Mittels O-Ringdichtung 12 ist der Mantel 50 gegenüber dem Kern 49 abgedichtet.

Die Zuführung des Silans erfolgt durch die Zuleitung 27. Es tritt durch eine ringkeilförmige Öffnung 30 aus. Die Wände des Kanals 30 sind gekühlt. Hinter den Kanal­ wänden befinden sich Kühlwasserkammern 28, durch welche Kühlwasser strömt um die Wandungstemperatur unterhalb der Zerlegungstemperatur des Silans zu halten.

Die Basisfläche 52, welche ebenfalls zufolge rückwärti­ ger Kühlwasserbeaufschlagung bei einer Temperatur gehal­ ten ist, bei welcher sich die Reaktionsgase nicht zerle­ gen, befindet sich etwa in der Mitte der Prozesskammer und verläuft parallel zur Oberfläche der Trägerplatte 3. In der Mitte der Basisfläche 52 befindet sich die Öff­ nung 31 der Methan- bzw. Propan-Zuleitung 26. Die Pro­ zessgase werden ebenfalls zusammen mit Wasserstoff durch die ihnen zugeordneten Zuleitungen 26, 27 gelei­ tet.

Um die beim Betrieb der Vorrichtung etwa bis auf 1600°C aufgeheizte Deckplatte 4 von dem gekühlten Gaseinlass­ organ 6 zu isolieren, ist eine Isolationsmanschette 32 aus einem Kohlenstoffschaum vorgesehen, welche auf dem Träger 33 sitzt.

Die Trägerplatte 3 wird über das Stützrohr 24 drehange­ trieben. Die Trägerplatte 3 besitzt zudem Kanäle 54, durch welche Gas strömt, welches in Spiralnuten 55 austritt, die sich am Boden von Aussparungen 56 befin­ den. In den Aussparungen 56 liegen die Substrathalter 45 ein. Sie drehen sich auf einem Gaspolster des Gases, das durch die Spiralnuten 55 strömt. Die Substrathalter 45 sind von Zentrierringen 46 umgeben, die auch in der Aussparung 56 einliegen und am Rand der Aussparung anliegen. Der Randbereich der Oberfläche der Substrat­ halter 45 besitzt eine Stufe. Auf dieser Stufe liegt ein auch den Zentrierring 56 überdeckender Abdeckring 47. Die Bereiche zwischen den Substrathaltern 45 bzw. den Zentrierringen 46 bzw. Abdeckringen 57 werden von Kompensationsplatten 48 ausgefüllt. Diese liegen lose auf der Oberfläche der Trägerplatte 3 auf. Die Oberflä­ chen von Substrathalter 45, Abdeckring 47 und Kompensa­ tionsplatte 48 fluchten zueinander. Die Kompensations­ platten 48 sind vorzugsweise aus TaC gefertigt und austauschbar.

Wird die Trägerplatte 3 von unten beheizt, so tritt im Bereich der Horizontalfuge 48' zwischen Kompensations­ platte 48 und Trägerplatte 3 etwa der gleiche Tempera­ tursprung auf, wie an der Horizontalfuge 45 zwischen Substrathalter 45 und Trägerplatte 3.

Am Ausführungsbeispiel sind insgesamt 5 Substrathalter 45 vorgesehen, die planetenartig um das Zentrum der Trägerplatte 3 angeordnet sind. Sie haben eine kreisför­ mige Aussenkontur. Die Kompensationsplatten 48 liegen zwischen den Substrathaltern 45 und ergänzen sich zu einer ringförmigen Gestalt. Die innere Öffnung der ringförmigen Plattenanordnung, in welcher die Zugplatte 22 sitzt, wird von einer kreisrunden Kompensationsplat­ te 44 ausgefüllt, die lose auf der Zugplatte 22 auf­ liegt.

Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswe­ sentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) voll­ inhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen.

Claims (14)

1. Vorrichtung zum Abscheiden insbesondere kristalliner Schichten auf einem oder mehreren, insbesondere eben­ falls kristallinen Substraten in einer Prozesskammer (1) mittels in die Prozesskammer (1) eingeleiteten und sich dort pyrolytisch umsetzenden Reaktionsgasen, mit einer beheizbaren Trägerplatte (3), in welcher oberflä­ chenbündig zur Umgebung mindestens ein Substrathalter (45) lose, insbesondere drehbar einliegt, gekennzeich­ net durch mindestens eine auf der Trägerplatte (3) liegende, an den mindestens einen Substrathalter kontur­ folgend angrenzende Kompensationsplatte (48).

2. Vorrichtung insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsplatte (48) aus TaC oder TaC- oder SiC-beschichtetem Grafit besteht.

3. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche oder insbesondere danach, gekennzeichnet durch einen den drehbaren Substrathalter (45) umfassen­ den Zentrierring (46), welcher zusammem mit dem Sub­ strathalter (45) in der Trägerplattenaussparung (56) liegt.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche oder insbesondere danach, gekennzeichnet durch einen den Zentrierring (48) und den abgestuften Rand des Substrathalters (45) überfangenen Abdeckring (47).

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Trägerplatte (3) eine Ringform auf­ weist und von unten von einer zentralen Stützplatte (21) durch Randuntergriff getragen wird.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche oder insbesondere danach, gekennzeichnet durch eine über der Stützplatte (21) liegende Zugplatte (21) die sich auf dem Rand (3') der Trägerplatte (3) abstützt und an der eine Zugstange (23) angreift.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Aussendurchmesser der Trägerplatte (3) doppelt so groß ist wie ihr Innendurchmesser.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Trägerplatte (3) drehangetrieben ist.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen­ den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der drehbare Substrathalter (45) auf einem Gaspolster aufliegend durch das Gaspolster bilden­ de Gasströme drehangetrieben ist.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherge­ henden Ansprüche oder insbesondere danach, gekennzeich­ net durch eine Vielzahl um das Zentrum des Trägers (3) angeordnete, jeweils mittels Gasströmen drehangetriebe­ ne Substrathalter (45).

11. Vorrichtung zum Abscheiden insbesondere kristalli­ ner Schichten auf einem oder mehreren, insbesondere ebenfalls kristalliner Substraten in einer Prozesskam­ mer (1) mittels in die Prozesskammer (1) eingeleiteten und sich dort pyrolytisch umsetzenden Reaktionsgasen, mit einem beheizbaren Substrathalter (45), welchem eine Deckplatte (4) mit Abstand gegenüberliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckplatte (4) auf ihrer auf den Substrathalter (45) weisenden Seite mit inertbe­ schichteten oder aus inertem Material bestehenden Platten (34) verkleidet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (34) als konzentrisch zueinander angeordnete Verkleidungsrin­ ge ausgebildet sind.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherge­ henden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Verkleidungsringe (34) aus TaC oder aus TaC- oder SiC-beschichtetem Grafit bestehen.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherge­ henden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass der innerste Verkleidungsring (34) von einem Gaseinlassorgan (6) getragen wird und sich die jeweils äußeren Ringe (34) mit ihrem jeweiligen Innenrand (34') auf dem jeweils äußeren Rand (34') des jeweils benachbarten inneren Ringes (34) abstützen.