DE102005056322A1 - Apparatus for depositing a film on a substrate, especially for semiconductor production, comprises a process chamber that contains a substrate holder and is supplied with process gases through coaxial inlet ports - Google Patents

Apparatus for depositing a film on a substrate, especially for semiconductor production, comprises a process chamber that contains a substrate holder and is supplied with process gases through coaxial inlet ports Download PDF

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Abstract

Apparatus for depositing a film on a substrate comprises a vertical reactor housing with a process chamber (2) that contains a horizontal substrate holder (3) and is supplied with process gases through coaxial inlet ports (6, 7). Independent claims are also included for: (a) apparatus for depositing a film on a substrate, comprising a vertical reactor housing with a process chamber that contains a horizontal substrate holder and is supplied with process gases through inlet ports arranged in a circle about the center of the housing; and (b) depositing a film on a substrate in the process chamber of a vertical reactor housing by placing the substrate on the horizontal surface of a substrate holder, supplying process gases through inlet ports mounted at a distance in front of the substrate, and moving the substrate holder away from the inlet ports at a speed corresponding to the growth rate (of the film).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden mindestens einer Schicht auf mindestens einem Substrat, mit einem vertikal sich erstreckenden Reaktorgehäuse mit einer Prozesskammer, in welcher sich ein Substrathalter befindet, um das Substrat in Horizontallage zu halten und in welche Gaszuleitungen münden, aus deren auf das Substrat weisenden Austrittsöffnungen Prozessgase austreten, deren Bestandteile auf dem Substrat die Schicht bilden.The The invention relates to a device for separating at least one Layer on at least one substrate, with a vertically extending reactor housing with a process chamber in which a substrate holder is located, to keep the substrate in horizontal position and in which gas supply lines lead, from whose outlet openings pointing to the substrate, process gases exit, whose constituents form the layer on the substrate.

Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Abscheiden mindestens einer Schicht auf einem Substrat, in einer Prozesskammer eines sich vertikal erstreckenden Reaktorgehäuses, wobei ein Substrat auf der in der Horizontalrichtung sich erstreckenden Stirnfläche eines Substrathalters angeordnet ist und in die Prozesskammer durch mit einem Abstand vor dem Substrat angeordneten Austrittsöffnungen Prozessgase in die Prozesskammer eingeleitet werden, deren Bestandteile auf dem Substrat die Schicht bilden.The Invention relates to this In addition, a method for depositing at least one layer on one Substrate, in a process chamber of a vertically extending Reactor housing, wherein a substrate extends in the horizontal direction face a substrate holder is arranged and in the process chamber through with a distance in front of the substrate arranged outlet openings Process gases are introduced into the process chamber, whose components forming the layer on the substrate.

Aus der US 6086673 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren bekannt, um III-V-Halbleiterschichten abzuscheiden. Dort wird die Abscheidung von InN, GaN, und AlN beschrieben. Die Gase werden über Gaszuleitungen in die Prozesskammer geleitet, in welcher sich ein Substrathalter befindet, der eine horizontal ausgerichtete Stirnfläche aufweist, auf der das Substrat aufliegt. Oberhalb des Substrathalters befinden sich Austrittsöffnungen für ein Hydrid, insbesondere NH3 und ein Halid, insbesondere GaCl, InCl und AlCl. Die Metallchloride werden innerhalb des Reaktors gebildet. Hierzu befindet sich oberhalb der Austrittsöffnungen eine Metallquelle, über welche HCl geleitet wird, so dass sich das Metallchlorid bildet. Das Hydrid, beispielsweise NH3 und das HCl wird von außen in den Reaktor hineingeleitet. Dies erfolgt zusammen mit der Zuleitung eines Inertgases, bei dem es sich um H2 oder N2 handeln kann.From the US 6086673 For example, an apparatus and a method are known for depositing III-V semiconductor layers. There the deposition of InN, GaN, and AlN is described. The gases are conducted via gas supply lines into the process chamber, in which a substrate holder is located, which has a horizontally oriented end face on which the substrate rests. Above the substrate holder are outlet openings for a hydride, in particular NH 3 and a halide, in particular GaCl, InCl and AlCl. The metal chlorides are formed within the reactor. For this purpose, located above the outlet openings, a metal source through which HCl is passed, so that the metal chloride is formed. The hydride, for example NH 3 and the HCl is introduced into the reactor from the outside. This is done together with the supply of an inert gas, which may be H 2 or N 2 .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Vorrichtung bzw. das eingangs genannte Verfahren prozesstechnisch zu verbessern.Of the Invention is based on the object, the device mentioned or to improve the method mentioned process-related.

Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung, wobei jeder einzelne Anspruch eine eigenständige Lösung der Aufgabe darstellt und jeder Anspruch mit jedwedem anderen Anspruch kombinierbar ist.Is solved the object by the invention specified in the claims, each individual claim represents an independent solution of the task and each claim can be combined with any other claim.

Die Aufgabe wird zunächst und im wesentlichen dadurch gelöst, dass die Austrittsöffnungen in einer Koaxiallage zueinander angeordnet sind, so kann eine Austrittsöffnung für das Halid, also GaCl, InCl oder AlCl im Zentrum der Prozesskammer angeordnet sein. Diese Austrittsöffnung ist von einer Austrittsöffnung für ein Trenngas, beispielsweise Wasserstoff oder bevorzugt Stickstoff ringförmig umgeben. Um die zuletzt genannte Austrittsöffnung erstreckt sich die Austrittsöffnung für das Hydrid. Die Austrittsöffnung für das Hydrid ist gegenüber der Austrittsöffnung des Halids oder des Trenngases relativ schmal. Mit der Austrittsöffnung für das Trenngas kann die Mischzone der beiden Prozessgase Halid und Hydrid gesteuert werden. Hierdurch lässt sich der Ort der Gasphasenreaktionen beeinflussen, wobei es bei der HVPE im Wesentlichen darauf ankommt, dass die Prozessgase entfernt von den Oberflächen zusammentreffen. In einer Weiterbildung der Erfindung ist eine weitere Austrittsöffnung für ein Trenngas vorgesehen, die die Austrittsöffnung für das Hydrid umgibt und die radial außen von einer Reaktorwand oder einem Liner-Rohr begrenzt ist. Die einzelnen Austrittsöffnungen sind die Mündungen von Gaszuleitungen, wobei die Gaszuleitungen von Quarzrohren gebildet werden, die einen Durchmesser von ca. 2 mm aufweisen. Die Gaszuleitungen können aber auch aus PBN bestehen oder PBN-Aufsätze besitzen, um beispielsweise eine Galliumnitritabscheidung am Quarz zu vermeiden. Die Wandung der radial äußeren Gaszuleitung für das Trenngas kann von einer Graphitoberfläche des aus Graphit bestehenden Liner-Rohrs gebildet sein. Bevorzugt liegen alle Austrittsöffnungen in einer gemeinsamen Horizontalebene, die sich unterhalb der Horizontalebene der Stirnfläche des Substrathalters befindet. Auch besteht eine koaxiale Zuordnung zwischen Substrathalter und Austrittsöffnungen, so dass eine Rotationssymmetrie gegeben ist. Es erweist sich als strömungstechnisch günstig, wenn die Stirnfläche des Substrathalters in der Ausbildung einer Verrundung oder einer Kegelstumpfmantelfläche in eine Zylinderfläche übergeht. Die Prozesskammer wird von außen beheizt. Hierzu ist das rohrförmige Reaktorgehäuse von einem Heizmantel umgeben. Innerhalb des Heizmantels befindet sich eine Heizspule. Es kann sich um eine Widerstandsheizung oder um eine RF-Heizung handeln. Es erweist sich bei einer RF-Heizung als vorteilhaft, wenn bestimmte Bestandteile der Prozesskammer, also insbesondere das Liner-Rohr oder der Substrathalter aus Graphit oder einem anderen elektrisch leitenden Material bestehen, das das oszillierende Magnetfeld, das von der RF-Spule erzeugt wird, einkoppelt und sich dadurch aufwärmt. Die Metallquelle, in der sich die Metallchloride bilden, befindet sich unterhalb der Prozesskammer. Die einzelnen Rohre sind geschachtelt. In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Substrathalter in Achsrichtung des Reaktorgehäuses motorisch verlagerbar ist. Der Substrathalter wird während des Schichtwachstums von den Austrittsöffnungen entfernt. Die Geschwindigkeit entspricht dabei der Wachstumsrate, welche zwischen 100 und 800 μm/Stunde betragen kann. Dadurch bleibt der Abstand zwischen der Schicht und den Austrittsöffnungen während des Wachstums konstant. Dieser Abstand kann etwa 100 mm betragen. Der Durchmesser der Prozesskammer kann 120 mm betragen. Der Durchmesser der Substrathalter-Stirnfläche beträgt vorzugsweise 60 mm, 85 mm oder 110 mm. Die radialen Weiten der kreisförmigen bzw. kreisringförmigen Austrittsöffnungen sind unterschiedlich. Allgemein gilt, dass die Spaltweiten für die Trenngase größer, insbesondere doppelt oder dreimal so groß sind wie die Spaltweiten bzw. der Radius der Prozessgase. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass durch die zentrale Zuleitung bzw. Austrittsöffnung das Metallchlorid und radial außerhalb getrennt von einem Trenngas das Hydrid in die Prozesskammer eingeleitet wird. Dabei kann die Spaltweite der Hydrid-Austrittsöffnung 5 mm und der Radius der Austrittsöffnung für das Chlorid 10 bis 13 mm betragen. Die Trenngasflüsse werden je nach Prozessbedingung so eingestellt, dass eine parasitäre Deposition an der Reaktorwand oder der Innenfläche des Liner-Rohres vermieden wird. Die Austrittsöffnungen können Ränder besitzen, die entlang einer Kreislinie verlaufen, wobei die Kreislinien mehrerer ineinander geschachtelter Rohre einen gemeinsamen Mittelpunkt bilden. Die Austrittsöffnungen liegen dann als solche koaxial zueinander. Die dadurch gebildete Zentrumslinie kann mit der Zentrumslinie der Prozesskammer zusammenfallen. Die Zentrumslinie der Austrittsöffnungen kann aber auch versetzt zur Zentrumslinie der Prozesskammer angeordnet sein. Hierbei kann vorgesehen sein, dass sich eine Vielzahl von Austrittsöffnungen auf einer Kreislinie befinden, die als Zentrum die Zentrumslinie der Prozesskammer besitzt. Die Austrittsöffnungen können somit durch kreisförmig angeordnete Röhrchen gebildet werden. Es ist auch eine Kombination denkbar, bei der die kreisförmig angeordneten Rohre geschachtelt sind, so dass die Austrittsöffnungen als solche wiederum ein gemeinsames Zentrum besitzen.The object is achieved initially and essentially by the fact that the outlet openings are arranged in a coaxial position with respect to one another, so that an outlet opening for the halide, ie GaCl, InCl or AlCl, can be arranged in the center of the process chamber. This outlet opening is annularly surrounded by an outlet opening for a separating gas, for example hydrogen or preferably nitrogen. The outlet opening for the hydride extends around the last-mentioned outlet opening. The exit opening for the hydride is relatively narrow relative to the outlet opening of the halide or the separation gas. With the outlet for the separation gas, the mixing zone of the two process gases halide and hydride can be controlled. In this way, the location of the gas phase reactions can be influenced, whereby in the case of the HVPE, it is essential that the process gases come together away from the surfaces. In a further development of the invention, a further outlet opening is provided for a separating gas which surrounds the outlet opening for the hydride and which is bounded radially on the outside by a reactor wall or a liner tube. The individual outlet openings are the mouths of gas supply lines, wherein the gas supply lines are formed by quartz tubes having a diameter of about 2 mm. The gas supply lines can also consist of PBN or have PBN essays, for example, to avoid a Galliumnitritabscheidung on quartz. The wall of the radially outer gas supply line for the separating gas may be formed by a graphite surface of the graphite liner tube. Preferably, all outlet openings lie in a common horizontal plane, which is located below the horizontal plane of the end face of the substrate holder. There is also a coaxial association between substrate holder and outlet openings, so that a rotational symmetry is given. It turns out to be favorable in terms of flow, when the end face of the substrate holder merges into a cylindrical surface in the formation of a rounding or a truncated cone lateral surface. The process chamber is heated from the outside. For this purpose, the tubular reactor housing is surrounded by a heating jacket. Inside the heating jacket is a heating coil. It can be a resistance heater or an RF heater. It proves to be advantageous in an RF heating if certain components of the process chamber, ie in particular the liner tube or the substrate holder made of graphite or other electrically conductive material that the oscillating magnetic field generated by the RF coil, coupled and thereby warms up. The metal source in which the metal chlorides are formed is located below the process chamber. The individual pipes are nested. In a further development of the invention, it is provided that the substrate holder is displaceable in the axial direction of the reactor housing by a motor. The substrate holder is removed from the exit openings during layer growth. The speed corresponds to the growth rate, which can be between 100 and 800 μm / hour. This leaves the distance between the layer and the Outlet openings constant during growth. This distance can be about 100 mm. The diameter of the process chamber can be 120 mm. The diameter of the substrate holder end face is preferably 60 mm, 85 mm or 110 mm. The radial widths of the circular or annular outlet openings are different. In general, the gap widths for the separating gases are greater, in particular twice or three times as large as the gap widths or the radius of the process gases. The method according to the invention is characterized in that the hydride is introduced into the process chamber through the central supply line or outlet opening, and the hydrogen chloride is introduced radially outside, separated from a separating gas. The gap width of the hydride outlet opening may be 5 mm and the radius of the outlet opening for the chloride 10 to 13 mm. Depending on the process conditions, the separating gas flows are adjusted so that a parasitic deposition on the reactor wall or the inner surface of the liner pipe is avoided. The outlet openings may have edges that run along a circular line, wherein the circular lines of several nested tubes form a common center. The outlet openings are then as such coaxial with each other. The center line formed thereby can coincide with the center line of the process chamber. The center line of the outlet openings can also be arranged offset from the center line of the process chamber. It can be provided that a plurality of outlet openings are located on a circular line, which has the center line of the process chamber as the center. The outlet openings can thus be formed by circularly arranged tubes. It is also a combination conceivable in which the circularly arranged tubes are nested, so that the outlet openings as such in turn have a common center.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand beigefügter Zeichnung erläutert. Es zeigen:One embodiment The invention will be explained below with reference to the accompanying drawings. It demonstrate:

1 eine schematische Schnittdarstellung durch einen Vertikalreaktor; 1 a schematic sectional view through a vertical reactor;

2 auszugsweise vergrößert die Darstellung gemäß 1 im Bereich der Prozesskammer; 2 In extracts, the illustration is enlarged in accordance with 1 in the area of the process chamber;

3 schematisch einen Schnitt durch die Zuleitungen im Bereich der Austrittsöffnungen; 3 schematically a section through the supply lines in the region of the outlet openings;

4 eine Darstellung gemäß 3 eines weiteren Ausführungsbeispiels und 4 a representation according to 3 a further embodiment and

5 eine Darstellung gemäß 3 eines weiteren Ausführungsbeispiels. 5 a representation according to 3 a further embodiment.

Das Reaktorgehäuse 1 besteht im wesentlichen aus einer von einem Quarzrohr gebildeten Reaktorwandung 12. Diese ist von einem Mantel 15 umgeben, innerhalb welchem sich Heizwicklungen 16 befinden. Es kann sich um eine Widestandsheizung oder um eine Hochfrequenzheizung handeln. Innerhalb des Reaktorrohres 12 befindet sich ein aus Graphit bestehendes Liner-Rohr 13, welches im Bereich der Prozesskammer 2 von der Reaktorwand 12 beabstandet ist. Der Reaktor 1 wird von unten nach oben von den Prozessgasen und zusätzlichen Trägergasen durchspült.The reactor housing 1 consists essentially of a reactor wall formed by a quartz tube 12 , This is from a coat 15 surrounded, within which heating coils 16 are located. It can be a heater or a high-frequency heating act. Within the reactor tube 12 there is a graphite liner liner 13 , which is in the area of the process chamber 2 from the reactor wall 12 is spaced. The reactor 1 is flushed from the bottom up by the process gases and additional carrier gases.

Im oberen Bereich der Prozesskammer 2 befindet sich ein Substrathalter 3, dessen Stirnfläche 3' in der Horizontalebene liegt. Auf die Stirnfläche 3' kann mit geeigneten Haftmitteln ein Substrat, beispielsweise ein Wafer aus GaAs oder InP oder einer anderen III-V-Komponente aufliegen. Die Randkante des Substrathalters, also der Übergang zwischen der Stirnfläche 3' und der zylindrischen Mantelwandung des Substrathalters kann gerundet sein. Im Ausführungsbeispiel ist dieser Übergang die Fläche eines Kegelstumpfes.In the upper area of the process chamber 2 there is a substrate holder 3 whose end face 3 ' lies in the horizontal plane. On the face 3 ' For example, with suitable adhesives, a substrate such as a wafer of GaAs or InP or other III-V component may be supported. The edge of the substrate holder, so the transition between the end face 3 ' and the cylindrical jacket wall of the substrate holder may be rounded. In the exemplary embodiment, this transition is the area of a truncated cone.

In einem axialen Abstand zur Stirnfläche 3' des Substrathalters befindet sich eine Vielzahl von radial geschachtelten Austrittsöffnungen für die Prozessgase und Trägergase bzw. Trenngase. Die Austrittsöffnungen 6, 7, 8, 9 sind etwa 100 mm von der Stirnfläche 3' des Substrathalters entfernt. Durch eine zentrale Austrittsöffnung 6 wird ein Metallhalid, insbesondere GaCl, InCl oder AlCl in die Prozesskammer 2 eingeleitet. Diese Austrittsöffnung 6 befindet sich am Ende einer Halid-Gaszuleitung 4, welche von einem Quarzrohr 20 ausgebildet wird.At an axial distance to the end face 3 ' the substrate holder is a plurality of radially nested outlet openings for the process gases and carrier gases or separating gases. The outlet openings 6 . 7 . 8th . 9 are about 100 mm from the face 3 ' removed from the substrate holder. Through a central outlet 6 is a metal halide, in particular GaCl, InCl or AlCl in the process chamber 2 initiated. This outlet 6 is located at the end of a halide gas supply line 4 which of a quartz tube 20 is trained.

Das Quarzrohr 20 ist von einem Quarzrohr 21 umgeben. Der Durchmesser des Quarzrohres 20 beträgt ca. 30 mm. Der Abstand zwischen dem zentralen Quarzrohr 20 und dem Rohr 21 beträgt etwa 11 mm. Der Zwischenraum zwischen Quarzrohr 20 und Quarzrohr 21 bildet eine Trenngaszuleitung 10, durch welche ein Inertgas, beispielsweise Wasserstoff oder Stickstoff in die Prozesskammer strömen kann.The quartz tube 20 is from a quartz tube 21 surround. The diameter of the quartz tube 20 is about 30 mm. The distance between the central quartz tube 20 and the tube 21 is about 11 mm. The space between quartz tube 20 and quartz tube 21 forms a separating gas supply line 10 through which an inert gas, for example hydrogen or nitrogen can flow into the process chamber.

Das Quarzrohr 21 wird von einem durchmessergrößeren Quarzrohr 22 derart umgeben, dass eine Austrittsöffnung 7 gebildet ist, deren Spaltweite 10 mm beträgt. Durch diese Austrittsöffnung wird ein Hydrid, beispielsweise NH3 in die Prozesskammer eingeleitet.The quartz tube 21 is made of a larger diameter quartz tube 22 surrounded such that an outlet opening 7 is formed, the gap width is 10 mm. Through this outlet opening, a hydride, for example, NH 3 is introduced into the process chamber.

Das radial äußere Rohr 22 ist von der Innenwandung des aus Graphit gefertigten Liner-Rohres 13 um etwa 18 mm beabstandet. Durch diese kreisringförmige Austrittsöffnung 9 strömt ein weiteres Trenngas in die Prozesskammer 2, bei welchem es sich ebenfalls um ein Inertgas, beispielsweise Wasserstoff oder Stickstoff handeln kann.The radially outer tube 22 is from the inner wall of the graphite made liner tube 13 spaced by about 18 mm. Through this annular exit opening 9 another separating gas flows into the process chamber 2 , which may also be an inert gas such as hydrogen or nitrogen.

Die Ströme der Trenngase, die durch die Zuleitungen 10,11 strömen, werden so eingestellt, dass parasitäres Wachstum an den Oberflächen des Liner-Rohres 13 vermieden wird.The streams of the separating gases passing through the supply lines 10 . 11 flow, are adjusted so that parasitic growth on the surfaces of the liner pipe 13 is avoided.

Der Gesamtdurchmesser der Prozesskammer, also der Innendurchmesser des Liner-Rohres 13 beträgt etwa 120 mm.The total diameter of the process chamber, so the inner diameter of the liner tube 13 is about 120 mm.

Alle zuvor genannten Maße sind nur beispielhaft erwähnt und können sowohl nach oben als auch nach unten abweichen.All previously mentioned dimensions are mentioned only as an example and can vary both up and down.

Mit der Bezugsziffer 19 ist eine Quellenheizung bezeichnet, die die Metallquelle 17 auf Prozesstemperatur hält. In die Metallquelle 17 strömt von unten durch die HCl-Zuleitung 18 HCl. Dieses wandelt sich innerhalb der Quelle 17 mit dem dort befindlichen Metall in ein Metallchlorid und Wasserstoff um. Die Reaktionsprodukte strömen durch die Halidgasleitung 4 in die Prozesskammer 2.With the reference number 19 is a source heating called the metal source 17 at process temperature. In the metal source 17 flows from below through the HCl supply line 18 HCl. This is changing within the source 17 with the metal located there into a metal chloride and hydrogen. The reaction products pass through the halide gas line 4 in the process chamber 2 ,

Der Substrathalter 3 kann in Achsrichtung gegenüber den Austrittsöffnungen 6 bis 9 verlagert werden. Die Verlagerungsgeschwindigkeit liegt zwischen 200 und 800 μm/Stunde. Sie entspricht der Wachstumsrate der Schicht auf dem Substrat, welches sich auf der Substrathalter-Stirnfläche 3' befindet.The substrate holder 3 can be in the axial direction opposite the outlet openings 6 to 9 be relocated. The displacement speed is between 200 and 800 μm / hour. It corresponds to the growth rate of the layer on the substrate, which is on the substrate holder end face 3 ' located.

Die koaxiale Anordnung der Austrittsöffnungen vermeidet nicht nur die Wanddeposition, sondern ermöglicht auch das homogene Wachstum von Schichten. Hierzu ist es insbesondere von Vorteil, dass mit dem Trenngas, welches aus der mittleren Austrittsöffnung 8 heraustritt, die Reaktionszone der Prozessgase untereinander in der Gasphase eingestellt werden kann. Die Lage zur Reaktionszone kann derart eingestellt werden, dass über die gesamte Prozesszeit der Abstand der Substratoberfläche zu den Austrittsöffnungen konstant bleibt.The coaxial arrangement of the outlet openings not only avoids the wall deposition, but also allows the homogeneous growth of layers. For this purpose, it is particularly advantageous that with the separation gas, which from the central outlet opening 8th emerges, the reaction zone of the process gases can be adjusted to each other in the gas phase. The position to the reaction zone can be adjusted so that the distance of the substrate surface to the outlet openings remains constant over the entire process time.

Als Hydride werden ferner Ph3 und AsH3 verwandt. Die geometrischen Parameter, also die Austrittsfläche für die Trenngase oder die Prozessgase und die Flussmengen können über Modellrechnungen ermittelt werden, die die Thermodynamik und die Kinetik des Systems mit berücksichtigen. Mit diesen Modellrechnungen kann auch der optimale Prozesskammerdruck berechnet werden, der zwischen 10 und 1000 Millibar liegen kann.As hydrides also Ph 3 and AsH 3 are used. The geometric parameters, ie the exit area for the separation gases or the process gases and the flow rates can be determined by model calculations that take into account the thermodynamics and the kinetics of the system. With these model calculations, the optimal process chamber pressure can be calculated, which can be between 10 and 1000 millibars.

Die Vorrichtung eignet sich insbesondere für ein Verfahren zur Erzeugung von GaN-Substraten. Auf einer Keimschicht eines Substrats, welches sich an der Stirnfläche 3' befindet, wird GaN solange abgeschieden, bis eine Schicht entstanden ist, die die Dicke eines Substrates besitzt. Auf diese Schicht können dann in anderen Vorrichtungen und mit anderen Prozessen aktive Schichten abgeschieden werden, aus denen in späteren Prozessschritten Bauelemente hergestellt werden können.The device is particularly suitable for a method for producing GaN substrates. On a seed layer of a substrate, which is located on the end face 3 ' GaN is deposited until a layer having the thickness of a substrate is formed. Active layers can then be deposited on this layer in other devices and with other processes, from which components can be produced in later process steps.

Die Gaszuleitungen 20, 21, 22 können nicht nur aus Quarz, sondern auch aus PBN-beschichtetem Graphit bestehen. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Zuleitungen 20, 21, 22 lediglich Aufsätze aus einem derartigen Material besitzen, um zu vermeiden, dass sich beispielsweise Galliumnitrit auf Quarz abscheidet, was zu einer Zerstörung der Quarzoberfläche führen kann.The gas supply lines 20 . 21 . 22 can not only consist of quartz, but also of PBN-coated graphite. But it can also be provided that the supply lines 20 . 21 . 22 have only essays of such a material, to avoid that, for example, gallium nitrite deposits on quartz, which can lead to destruction of the quartz surface.

Es ist nicht nur vorgesehen, dass die Zentrumslinien der Austrittsöffnungen 6, 7 wie in dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel gezeigt, zusammenfallen und auch mit der Zentrumslinie der Prozesskammer 2 zusammenfallen. Die Austrittsöffnungen können auch um eine Zentrumslinie der Prozesskammer 2 angeordnet sein, wie es beispielsweise das in der 4 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt, wo unterschiedlichen Prozessgasen zugeordnete Austrittsöffnungen 6, 7 sich in Umfangsrichtung um eine Zentrumslinie der Prozesskammer 2 abwechseln. Die gesamte Prozesskammer kann mit Wasserstoff oder Stickstoff gespült sein, was mit der Bezugsziffer 9 angedeutet ist. Die einzelnen Rohre, welche die Austrittsöffnungen 6, 7 ausbilden, können auch mit weiteren Rohren umgeben sein, so dass sich zusätzliche, mit den Austrittsöffnungen 6, 7 konzentrische Austrittsöffnungen 8 ergeben. Letztere sind ringförmig. Durch diese Austrittsöffnungen 8 kann entweder ein weiteres Prozessgas oder ein Inertgas in die Prozesskammer eingebracht werden. Wird durch die Austrittsöffnungen 8, die die Austrittsöffnungen 7 umgeben, ein Inertgas in die Prozesskammer 2 eingebracht, so kann es auch vorgesehen, dass in den Bereich 9 ein Prozessgas eingebracht wird, welches durch das durch die Austrittsöffnungen 8 austretende Inertgas von den Prozessgasen getrennt ist, welches durch die Austrittsöffnungen 6, 7 in die Prozesskammer geleitet wird.It is not only intended that the center lines of the outlet openings 6 . 7 As shown in the embodiment described above, coincide and also with the center line of the process chamber 2 coincide. The outlet openings can also be around a center line of the process chamber 2 be arranged, as it is for example in the 4 illustrated embodiment shows where different process gases associated outlet openings 6 . 7 in the circumferential direction about a center line of the process chamber 2 alternate. The entire process chamber may be purged with hydrogen or nitrogen, as indicated by the reference numeral 9 is indicated. The individual pipes, which the outlet openings 6 . 7 can also be surrounded with other tubes, so that additional, with the outlet openings 6 . 7 concentric outlet openings 8th result. The latter are ring-shaped. Through these outlet openings 8th Either another process gas or an inert gas can be introduced into the process chamber. Is through the outlet openings 8th that the exit openings 7 surrounded, an inert gas in the process chamber 2 introduced, so it can also be provided in the field 9 a process gas is introduced, which through the through the outlet openings 8th emerging inert gas is separated from the process gases, which through the outlet openings 6 . 7 is passed into the process chamber.

Bei dem in der 5 dargestellten Ausführungsbeispiel sind insgesamt sechs Gasaustrittsöffnungen (6, 7) ringförmig angeordnet. Die Austrittsöffnungen 6, 7 sind um ein gemeinsames Zentrum angeordnet. Austrittsöffnungen 6, 7 für verschiedene Prozessgase wechseln sich in Umfangsrichtung ab.In the in the 5 illustrated embodiment, a total of six gas outlet openings ( 6 . 7 ) arranged annularly. The outlet openings 6 . 7 are arranged around a common center. outlet openings 6 . 7 for different process gases alternate in the circumferential direction.

Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen.All disclosed features are (for itself) essential to the invention. In the disclosure of the application will hereby also the disclosure content of the associated / attached priority documents (Copy of the advance notice) fully included, too for the purpose, features of these documents in claims present Registration with.

Claims (24)

Vorrichtung zum Abscheiden mindestens einer Schicht auf mindestens einem Substrat, mit einem vertikal sich erstreckenden Reaktorgehäuse (1) mit einer Prozesskammer (2), in welcher sich ein Substrathalter (3) befindet, um das Substrat in Horizontallage zu halten und in welche Gaszuleitungen (4, 5) münden, aus deren auf das Substrat weisenden Austrittsöffnungen (6, 7) Prozessgase austreten, deren Bestandteile auf dem Substrat die Schicht bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (6, 7) koaxial zueinander angeordnet sind.Device for depositing at least one layer on at least one substrate, with a vertically extending reactor housing ( 1 ) with a process chamber ( 2 ), in which a substrate holder ( 3 ) in order to keep the substrate in horizontal position and in which gas supply lines ( 4 . 5 ), from whose outlet openings pointing towards the substrate ( 6 . 7 ) Exit process gases whose constituents form the layer on the substrate, characterized in that the outlet openings ( 6 . 7 ) are arranged coaxially with each other. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass eine einer Gaszuleitung (5) für ein Hydrid zugeordnete Austrittsöffnung (7) eine einer Gaszuleitung (4) für ein Halid zugeordnete Austrittsöffnung (6) umgibt.Device according to claim 1 or in particular according thereto, characterized in that one of a gas supply line ( 5 ) for a hydride associated outlet opening ( 7 ) one of a gas supply line ( 4 ) for a halide associated outlet opening ( 6 ) surrounds. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Austrittsöffnung (6) einen Kreisquerschnitt aufweist und die die zentrale Austrittsöffnung (6) umgebende ringförmige Austrittsöffnung (7) die Form eines Kreisrings aufweist.Device according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the central outlet opening ( 6 ) has a circular cross-section and the central outlet opening ( 6 ) surrounding annular outlet opening ( 7 ) has the shape of a circular ring. Vorrichtung zum Abscheiden mindestens einer Schicht auf mindestens einem Substrat, mit einem vertikal sich erstreckenden Reaktorgehäuse (1) mit einer Prozesskammer (2), in welcher sich ein Substrathalter (3) befindet, um das Substrat in Horizontallage zu halten und in welche Gaszuleitungen (4, 5) münden, aus deren auf das Substrat weisenden Austrittsöffnungen (6, 7) Prozessgase austreten, deren Bestandteile auf dem Substrat die Schicht bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (6, 7) entlang eines Kreises um das Zentrum des Reaktorgehäuses ange ordnet sind.Device for depositing at least one layer on at least one substrate, with a vertically extending reactor housing ( 1 ) with a process chamber ( 2 ), in which a substrate holder ( 3 ) in order to keep the substrate in horizontal position and in which gas supply lines ( 4 . 5 ), from whose outlet openings pointing towards the substrate ( 6 . 7 ) Exit process gases whose constituents form the layer on the substrate, characterized in that the outlet openings ( 6 . 7 ) are arranged along a circle around the center of the reactor housing is. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass Austrittsöffnungen (6, 7) für verschiedene Prozessgase sich in Umfangsrichtung des Kreises abwechseln.Device according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that outlet openings ( 6 . 7 ) for different process gases alternate in the circumferential direction of the circle. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass koaxial zueinander angeordnete Austrittsöffnungen (6, 7) entlang eines Kreises um das Zentrum der Prozesskammer angeordnet sind.Device according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that coaxial to each other arranged outlet openings ( 6 . 7 ) are arranged along a circle around the center of the process chamber. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, gekennzeichnet durch ein oder mehrere zwischen den Austrittsöffnungen (6, 7) der Prozessgase bzw. einer Prozesskammerwand angeordnete Austrittsöffnungen (8, 9) zum Einleiten von Trenngasen.Device according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized by one or more between the outlet openings ( 6 . 7 ) the process gases or a process chamber wall arranged outlet openings ( 8th . 9 ) for introducing separating gases. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, gekennzeichnet durch die Gaszuleitungen (4, 5) der Prozessgase ausbildende, koaxial zueinander angeordnete Rohre (20, 21, 22), welche insbesondere aus Quarz bestehen.Device according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized by the gas supply lines ( 4 . 5 ) of the process gases forming, coaxially arranged tubes ( 20 . 21 . 22 ), which consist in particular of quartz. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Rohre (20, 21, 22) im wesentlichen denselben Abstand zur Stirnfläche (3') des Substrathalters (3) aufweisen.Device according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the ends of the tubes ( 20 . 21 . 22 ) substantially the same distance to the end face ( 3 ' ) of the substrate holder ( 3 ) exhibit. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, gekennzeichnet durch ein die Seitenwandung der Prozesskammer (2) ausbildendes Liner-Rohr (13), welches insbesondere aus Graphit besteht.Device according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized by a side wall of the process chamber ( 2 ) forming liner tube ( 13 ), which consists in particular of graphite. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (20, 21, 22) eine Materialstärke von etwa 2 mm aufweisen.Device according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the tubes ( 20 . 21 . 22 ) have a material thickness of about 2 mm. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktorwand (12) aus einem Quarzrohr besteht und von einem Heizmantel (15) umgeben ist.Device according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the reactor wall ( 12 ) consists of a quartz tube and a heating jacket ( 15 ) is surrounded. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (6, 7, 8, 9) unterhalb des Substrathalters (3) angeordnet sind und sich eine im Zentrum des Reaktors angeordnete Metallquelle (17) unterhalb der Austrittsöffnungen (7 bis 9) befindet.Device according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the outlet openings ( 6 . 7 . 8th . 9 ) below the substrate holder ( 3 ) are arranged and arranged in the center of the reactor metal source ( 17 ) below the outlet openings ( 7 to 9 ) is located. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (3') des Substrathalters (3) unter Ausbildung einer Rundung oder einer Kegelstumpfmantelfläche in eine Zylindermantelfläche übergeht.Device according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the end face ( 3 ' ) of the substrate holder ( 3 ) merges to form a rounding or a truncated cone surface in a cylindrical surface. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der zentralen Austrittsöffnung (6) für das Halid zwischen 8 und 18 mm, bevorzugt 15 mm beträgt.Device according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the diameter of the central outlet opening ( 6 ) for the halide is between 8 and 18 mm, preferably 15 mm. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Spaltweite der dem Hydrid zugeordneten Austrittsöffnung (7) zwischen 3 und 15 mm, bevorzugt 5 bis 10 mm beträgt.Device according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the gap width of the outlet opening ( 7 ) is between 3 and 15 mm, preferably 5 to 10 mm. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Spaltweite der Austrittsöffnung (8) für das Trenngas zwischen den beiden Austrittsöffnungen (6) für das Halid und (7) für das Hydrid zwischen 8 und 18 mm, bevorzugt zwischen 11 und 16 mm beträgt.Device according to one or more of preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the gap width of the outlet opening ( 8th ) for the separation gas between the two outlet openings ( 6 ) for the halide and ( 7 ) for the hydride is between 8 and 18 mm, preferably between 11 and 16 mm. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Spaltweite der Austrittsöffnung (9) für ein Trenngas zwischen der Austrittsöffnung (7) für das Hydrid und dem Liner-Rohr (13) 15 bis 25 mm, bevorzugt 18 bis 23 mm beträgt.Device according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the gap width of the outlet opening ( 9 ) for a separating gas between the outlet opening ( 7 ) for the hydride and the liner pipe ( 13 ) Is 15 to 25 mm, preferably 18 to 23 mm. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Prozesskammer zwischen 80 und 150 mm, bevorzugt 120 mm beträgt.Device according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the diameter the process chamber is between 80 and 150 mm, preferably 120 mm. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen Austrittsöffnungen (7 bis 9) und Substratoberfläche dadurch während des Wachstums konstant gehalten wird, dass der Substrathalter (3) mit der Wachstumsgeschwindigkeit von den Austrittsöffnungen (6 bis 9) entfernt wird.Device according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the distance between outlet openings ( 7 to 9 ) and the substrate surface is kept constant during growth, that the substrate holder ( 3 ) with the growth rate of the outlet openings ( 6 to 9 ) Will get removed. Verfahren zum Abscheiden mindestens einer Schicht auf einem Substrat, in einer Prozesskammer (2) eines sich vertikal erstreckenden Reaktorgehäuses (1), wobei ein Substrat auf der in der Horizontalrichtung sich erstreckenden Stirnfläche (3') eines Substrathalters (3) angeordnet ist und in die Prozesskammer (2) durch mit einem Abstand vor dem Substrat angeordneten Austrittsöffnungen (6, 7) Prozessgase in die Prozesskammer (2) eingeleitet werden, deren Bestandteile auf dem Substrat die Schicht bilden, dadurch gekennzeichnet, dass der Substrathalter (3) während des Schichtwachstums mit einer der Wachstumsrate entsprechenden Geschwindigkeit von den Austrittsöffnungen (6, 7) weg bewegt wird.Method for depositing at least one layer on a substrate, in a process chamber ( 2 ) of a vertically extending reactor housing ( 1 ), wherein a substrate on the extending in the horizontal direction end face ( 3 ' ) of a substrate holder ( 3 ) and into the process chamber ( 2 ) arranged at a distance in front of the substrate outlet openings ( 6 . 7 ) Process gases into the process chamber ( 2 ), whose components form the layer on the substrate, characterized in that the substrate holder ( 3 ) during the layer growth at a rate corresponding to the growth rate from the outlet openings ( 6 . 7 ) is moved away. Verfahren nach Anspruch 18 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass durch die koaxial zueinander angeordneten Austrittsöffnungen (6, 7) Prozessgase in Form eines Halids und eines Hydrids in die Prozesskammer eingeleitet werden.A method according to claim 18 or in particular according thereto, characterized in that by the coaxially arranged outlet openings ( 6 . 7 ) Process gases in the form of a halide and a hydride are introduced into the process chamber. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 18 bis 19 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallhalid aus einer zentralen Austrittsöffnung (6) und das Hydrid (7) aus einer die Austrittsöffnung (6) für das Halid ringförmig umgebenden Austrittsöffnung (7) austritt, wobei zwischen der Austrittsöffnung (6) für das Halid und der Austrittsöffnung (7) für das Hydrid eine Austrittsöffnung (8) für ein Trenngas angeordnet ist, durch welches ein Inertgas, insbesondere Wasserstoff in die Prozesskammer eingeleitet wird.Method according to one or more of claims 18 to 19 or in particular according thereto, characterized in that the metal halide from a central outlet opening ( 6 ) and the hydride ( 7 ) from one of the outlet opening ( 6 ) for the halide ring-shaped surrounding outlet opening ( 7 ), wherein between the outlet opening ( 6 ) for the halide and the outlet ( 7 ) for the hydride an outlet opening ( 8th ) is arranged for a separation gas, through which an inert gas, in particular hydrogen is introduced into the process chamber. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 18 bis 20 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine die Austrittsöffnung (7) für das Hydrid umgebende Austrittsöffnung (9) ein Trenngas, insbesondere ein Inertgas in die Prozesskammer eingeleitet wird, um eine Wanddeposition an einer Reaktorwandung oder einem Liner-Rohr (13) zu unterdrücken.Method according to one or more of claims 18 to 20 or in particular according thereto, characterized in that by a the outlet opening ( 7 ) surrounding the hydride outlet ( 9 ) a separating gas, in particular an inert gas in the process chamber is introduced to a wall deposition on a reactor wall or a liner tube ( 13 ) to suppress.
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