DE102010000388A1 - Gas inlet element with baffle plate arrangement - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden einer Schicht auf einem in einer Prozesskammer (1) von einem Suszeptor (2) getragenen Substrat (3) mit Hilfe eines durch ein Gaseinlassorgan (4) in die Prozesskammer eingebrachten Prozessgases, wobei das Gaseinlassorgan (4) ein von einer Zuleitung (5) gespeistes Gasverteilvolumen (6), eine darin vor der Mündung (5') einer Zuleitung (5) für ein in das Gasverteilvolumen (6) bringbaren Gases angeordnete Prallplattenanordnung und eine Vielzahl von in die Prozesskammer mündende Gasaustrittsöffnungen (7) aufweist. Um das Gaseinlassorgan derart weiterzubilden, dass die laterale Schichthomogenität der abgeschiedenen Schichten verbessert wird, wird vorgeschlagen, dass die Prallplattenanordnung aus mehreren, sowohl in Einströmrichtung des Gases als auch quer dazu versetzt liegenden Prallplatten (9, 10, 11, 12) besteht.The invention relates to a device for depositing a layer on a substrate (3) carried in a process chamber (1) by a susceptor (2) with the aid of a process gas introduced into the process chamber through a gas inlet element (4), the gas inlet element (4) gas distribution volume (6) fed by a feed line (5), a baffle plate arrangement arranged therein in front of the mouth (5 ') of a feed line (5) for a gas which can be brought into the gas distribution volume (6) and a large number of gas outlet openings (7) opening into the process chamber having. In order to further develop the gas inlet member in such a way that the lateral layer homogeneity of the deposited layers is improved, it is proposed that the baffle plate arrangement consist of a plurality of baffle plates (9, 10, 11, 12) which are offset both in the inflow direction of the gas and transversely thereto.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden einer Schicht auf einem in einer Prozesskammer von einem Suszeptor getragenen Substrat mit Hilfe eines durch ein Gaseinlassorgan in die Prozesskammer eingebrachten Prozessgases, wobei das Gaseinlassorgan ein von einer Zuleitung gespeistes Gasverteilvolumen, eine darin vor der Mündung einer Zuleitung für ein in das Gasverteilvolumen bringbaren Gases angeordnete Prallplattenanordnung und eine Vielzahl von in die Prozesskammer mündende Gasaustrittsöffnungen aufweist.The invention relates to a device for depositing a layer on a supported in a process chamber by a susceptor substrate by means of a gas inlet member introduced into the process chamber process gas, wherein the gas inlet member fed by a supply gas distribution volume, one in front of the mouth of a supply line for a Having in the gas distribution volume broughtable gas arranged baffle plate assembly and a plurality of opening into the process chamber gas outlet openings.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der
Beim Betrieb eines derartigen CVD-Reaktors wurden laterale Inhomogenitäten in der abgeschiedenen Schicht beobachtet, wenn der Beschichtungsprozess im Submillibardruckbereich stattfindet.In the operation of such a CVD reactor, lateral inhomogeneities were observed in the deposited layer when the coating process takes place in the submillibal pressure range.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Gaseinlassorgan derart weiterzubilden, dass die laterale Schichthomogenität der abgeschiedenen Schichten verbessert wird.The object of the invention is to refine the gas inlet element in such a way that the lateral layer homogeneity of the deposited layers is improved.
Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung. Zunächst und im Wesentlichen ist eine Prallplattenanordnung aus mehreren Prallplatten vorgesehen. Diese Prallplattenanordnung soll sowohl in Einströmrichtung des durch die Zuleitung in das Gasverteilvolumen bringbaren Gases als auch quer dazu versetzt liegende Prallplatten aufweisen. Dabei kann vorgesehen sein, dass jede Prallplatte jeweils nur vor einer Teilfläche der Zuleitungsmündung liegt. Bevorzugt wird aber die gesamte Fläche der Mündung vollständig von den Prallplatten überfangen. Jede der Prallplatten deckt somit nur einen Teilbereich der Gesamtfläche der Zuleitungsmündung ab. Die Gesamtheit der Prallplatten überdeckt die Mündungsfläche in Einströmrichtung des Gases aber vollständig. Dies hat zur Folge, dass der aus der Mündung der Zuleitung austretende Gasstrom kaskadenartig gegen verschieden weit entfernt von der Mündung angeordnete einzelne und voneinander getrennte Prallplatten tritt. Hierzu ist eine Vielzahl, insbesondere drei oder mehr, von Teilflächen der Mündung jeweils von einer in einem anderen Abstand zur Mündung angeordneten Prallplatte überdeckt. Auch bei der erfindungsgemäßen Prallplattenanordnung ist vorgesehen, dass der auf sie strömende Gasstrom im Wesentlichen im rechten Winkel umgelenkt wird und über den Rand der jeweiligen Prallplatte in das in Strömungsrichtung nachgeordnete Volumen strömt. In einer bevorzugten Ausgestaltung haben die Prallplatten einen kreisförmigen Grundriss. Die Prallplatten können mit Haltestangen am Gehäuse des Gaseinlassorgans befestigt sein. Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind insgesamt vier Prallplatten vorgesehen, die sich gegenseitig überlappend und insgesamt die Mündung vollständig überlappend in verschiedenen Abständen an einer oberen Wandung des Gaseinlassorgans befestigt sind. Zur Stabilisierung können die Prallplatten auch mit einem Stabilisierungssteg miteinander verbunden sein. Sie können auch an der Seitenwandung des Gaseinlassorgans oder an der Bodenwandung des Gaseinlassorgans befestigt sein. Die Bodenwandung des Gaseinlassorgans bildet bevorzugt eine Gasaustrittsfläche aus, die eine Vielzahl von regelmäßig und siebartig angeordneten Gasaustrittsöffnungen aufweist. Dieser Gasaustrittsöffnung ist die Mündung der Zuleitung gegenüberliegend zugeordnet. Die Gasaustrittsfläche erstreckt sich in Parallellage gegenüber einer Auflagefläche für Substrate eines Suszeptors. Das Volumen zwischen Gasaustrittsfläche des Gaseinlassorgans und der Auflagefläche des Suszeptors bildet die Prozesskammer aus. Der CVD-Reaktor ist mit einer Gasversorgungseinrichtung leitungsverbunden. Die Gasversorgungseinrichtung ist in der Lage, ein Trägergas und zumindest ein Prozessgas zu dosieren. Die so dosierten Gase werden über die Zuleitung in das Gaseinlassorgan gebracht, wo sie sich zufolge der Prallplattenanordnung auch bei Drucken unterhalb von 1 mbar, bevorzugt bei Drucken unterhalb von 0,1 mbar, homogen verteilen, so dass aus den Gasaustrittsöffnungen homogene Gasströme in die Prozesskammer treten. Der Suszeptor kann als Kühlblock ausgestaltet sein. Er kann bspw. mittels eines Kühlwasserstroms gekühlt werden. Auf den gekühlten Suszeptor werden Substrate aufgelegt, die mit organischen Schichten beschichtet werden. Es kann sich hierbei um OLED-Schichten handeln. Es kann sich aber auch um Polymere handeln. Alternativ dazu kann der Suszeptor aber auch von unten mittels einer IR-Heizung oder einer RF-Heizung beheizt werden. Hierdurch wird die Oberfläche der auf dem Suszeptor aufliegenden zu beschichtenden Substrate auf Prozesstemperatur gebracht. Die in die Prozesskammer eingebrachten Prozessgase, bei denen es sich um metallorganische Verbindungen der Elemente der III. Hauptgruppe und Hydride von Elementen der V. Hauptgruppe handelt, werden auf der Substratoberfläche oder in der Gasphase unmittelbar darüber pyrolytisch zerlegt, so dass die Zerlegungsprodukte eine insbesondere einkristalline III-V-Schicht auf dem Substrat bilden können. An den CVD-Reaktor ist eine Vakuumeinrichtung mit einer Vakuumpumpe angeschlossen, die in der Lage ist, innerhalb der Prozesskammer und innerhalb des Gasverteilvolumens einen konstanten Druck aufrechtzuerhalten, der niedriger ist als 1 mbar. Bevorzugt ist der Druck geringer als 0,1 mbar. Die Abstände der einzelnen, parallel zueinander angeordneten Prallplatten zueinander ist geringer als ihr Durchmesser und auch geringer als der Abstand der der Mündungsöffnung am nächstenliegenden Prallplatte zur Mündungsöffnung.The object is achieved by the invention specified in the claims. First and foremost, a baffle plate assembly is provided of a plurality of baffles. This baffle plate assembly should have both in the inflow direction of the gas can be brought through the supply line in the gas distribution volume as well as transversely offset baffles. It can be provided that each baffle plate in each case lies only in front of a partial surface of the feed mouth. Preferably, however, the entire surface of the mouth is completely covered by the baffle plates. Each of the baffles thus covers only a portion of the total area of the supply line mouth. However, the entirety of the baffle plates completely covers the mouth area in the inflow direction of the gas. This has the consequence that the gas flow emerging from the mouth of the supply line occurs cascade-like against individual and separate baffles arranged at different distances from the orifice. For this purpose, a plurality, in particular three or more, of partial surfaces of the mouth are each covered by a baffle plate arranged at a different distance from the mouth. Also in the baffle plate assembly according to the invention it is provided that the gas stream flowing thereon is deflected substantially at right angles and flows over the edge of the respective baffle plate in the downstream volume in the flow direction. In a preferred embodiment, the baffles have a circular floor plan. The baffles may be secured by handrails on the housing of the gas inlet member. In a particularly preferred embodiment, a total of four baffles are provided, which are mutually overlapping and the mouth are completely overlapping attached at different distances to an upper wall of the gas inlet member. To stabilize the baffles can also be connected to each other with a stabilizing bar. They may also be attached to the side wall of the gas inlet member or to the bottom wall of the gas inlet member. The bottom wall of the gas inlet member preferably forms a gas outlet surface which has a multiplicity of gas outlet openings arranged regularly and in a sieve-like manner. This gas outlet opening is associated with the mouth of the supply line opposite. The gas outlet surface extends in a parallel position relative to a support surface for substrates of a susceptor. The volume between the gas outlet surface of the gas inlet member and the support surface of the susceptor forms the process chamber. The CVD reactor is line connected to a gas supply device. The gas supply device is capable of metering a carrier gas and at least one process gas. The so metered gases are brought via the supply line in the gas inlet member, where they distribute even at pressures below 1 mbar, preferably at pressures below 0.1 mbar, according to the baffle plate assembly, so that from the gas outlet openings homogeneous gas streams into the process chamber to step. The susceptor may be configured as a cooling block. It can, for example, be cooled by means of a cooling water flow. On the cooled susceptor substrates are placed, which are coated with organic layers. These can be OLED layers. But they can also be polymers. Alternatively, however, the susceptor can also be heated from below by means of an IR heater or an RF heater. As a result, the surface of the susceptor resting on substrates to be coated is brought to process temperature. The introduced into the process chamber process gases, which are organometallic compounds of the elements of III. Main group and hydrides of elements of the V main group are pyrolytically decomposed on the substrate surface or in the gas phase immediately above it, so that the decomposition products can form a particular monocrystalline III-V layer on the substrate. Connected to the CVD reactor is a vacuum device having a vacuum pump capable of maintaining a constant pressure within the process chamber and within the gas distribution volume that is less than 1 mbar. Preferably, the pressure is less than 0.1 mbar. The distances between the individual, mutually parallel baffles to each other is less than their diameter and also less than the distance of the mouth of the closest baffle plate to the mouth opening.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention will be explained below with reference to accompanying drawings. Show it:
Die in der
Durch die Zuleitung
Die Zuleitung mündet in die Deckelplatte eines im CVD-Reaktor angeordneten Gaseinlassorgans
Unterhalb der Gasaustrittsfläche
Unterhalb des Suszeptors
Der Reaktor ist über eine Gasableitung mit einer Vakuumeinrichtung
Innerhalb des Gaseinlassorgans
Das Zentrum der Öffnungsfläche der Mündung
Aus der
Es sind insgesamt vier Haltestangen
Der Grundriss des Gaseinlassorgans
Die Gasaustrittsfläche kann je nach verwendeter Gasmischung, die durch das Gaseinlassorgan in die Prozesskammer eingeleitet wird, gekühlt oder beheizt werden. Selbiges gilt für die Wände und für die Deckelplatte des Gaseinlassorgans.Depending on the gas mixture used, which is introduced into the process chamber through the gas inlet element, the gas outlet surface can be cooled or heated. The same applies to the walls and the cover plate of the gas inlet member.
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Suszeptor
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. Die Unteransprüche charakterisieren in ihrer fakultativ nebengeordneten Fassung eigenständige erfinderische Weiterbildung des Standes der Technik, insbesondere um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen.All disclosed features are essential to the invention. The disclosure of the associated / attached priority documents (copy of the prior application) is hereby also incorporated in full in the disclosure of the application, also for the purpose of including features of these documents in claims of the present application. The subclaims characterize in their optional sibling version independent inventive development of the prior art, in particular to make on the basis of these claims divisional applications.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Prozesskammerprocess chamber
- 22
- Suszeptorsusceptor
- 33
- Substratsubstratum
- 44
- GaseinlassorganGas inlet element
- 55
- Zuleitungsupply
- 5'5 '
- Mündungmuzzle
- 66
- Gasverteilvolumengas distribution volume
- 77
- GasaustrittsöffnungGas outlet
- 88th
- GasaustrittsflächeDischarge area
- 99
- Prallplatteflapper
- 1010
- Prallplatteflapper
- 1111
- Prallplatteflapper
- 1212
- Prallplatteflapper
- 1313
- HaltestangeHandrail
- 1414
- GasversorgungseinrichtungGas supply
- 1515
- Vakuumeinrichtungvacuum equipment
- 1616
- Heizungheater
- 1717
- Verbindungsstegconnecting web
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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