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Es wird ein Verfahren zur Beschichtung eines Substrates mit insbesondere einem Halbleitermaterial angegeben.
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Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Beschichtung eines Substrates mit einem Halbleitermaterial anzugeben, das zeitsparend, kosteneffizient und materialsparend ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Beschichtung zumindest eines Substrats weist das Substrat eine erste Hauptfläche und eine der ersten Hauptfläche gegenüberliegende zweite Hauptfläche auf. Das Substrat kann durch ein elektrisch leitendes oder isolierendes Material ausgebildet sein. Unter "Hauptflächen" versteht man im vorliegenden Zusammenhang die Ebene der größten Ausdehnung des Substrats. Die erste Hauptfläche ist im Wesentlichen hinsichtlich physikalisch-chemischer Eigenschaften gleich der zweiten Hauptfläche ausgebildet. Beispielsweise weisen beide Hauptflächen des Substrats im Rahmen der Herstellungstoleranz gleiche Oberflächeneigenschaften, beispielsweise Rauheitskennwerte, auf.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens kann beispielsweise die erste Hauptfläche des Substrats poliert und die der ersten Hauptfläche gegenüberliegende zweite Hauptfläche des Substrats strukturiert sein. Das heißt, dass die erste und zweite Hauptfläche des Substrats hinsichtlich ihrer physikalisch-chemischer Eigenschaften unterschiedlich ausgebildet sein können.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist das Substrat hinsichtlich der ersten Hauptfläche parallel zur Gravitationsrichtung in einer Kammer angeordnet. Unter "parallel zur Gravitationsrichtung angeordnet" versteht man im vorliegenden Zusammenhang, dass im Rahmen der Herstellungstoleranz und Justagetoleranz die erste und zweite Hauptfläche parallel zur Gravitationsrichtung verlaufen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Substrat von zumindest einem schichtbildenden Ausgangsstoff derart überströmt, dass zumindest an der ersten Hauptfläche des Substrats eine Schichtenfolge ausgebildet wird. Unter "schichtbildendem Ausgangsstoff" versteht man im vorliegenden Zusammenhang insbesondere elementorganische Verbindungen, wie zum Beispiel Metallorganyle oder metallorganische Verbindungen. Neben den elementorganischen Verbindungen werden auch Hydride unter einem schichtbildenden Ausgangsstoff verstanden. Als Hydride bezeichnet man Verbindungen des Wasserstoffs mit anderen Elementen. Hydride können in vier Typen unterteilt werden: Kovalente Hydride, salzartige Hydride, metallische Hydride und komplexe Übergangsmetallhydride. Die schichtbildenden Ausgangsstoffe überströmen die erste Hauptfläche des Substrats derart, dass die schichtbildenden Ausgangsstoffe zumindest stellenweise mit der ersten Hauptfläche im direkten Kontakt stehen.
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Auf Basis der schichtbildenden Ausgangsstoffe bildet sich auf der ersten Hauptfläche des Substrats eine Schichtenfolge aus, welche auf einer chemischen Reaktion basiert. Die chemische Reaktion erfolgt unmittelbar auf der ersten Hauptfläche.
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Unter "unmittelbar" versteht man im vorliegenden Zusammenhang, dass die chemische Reaktion durch einen direkten Kontakt zwischen zumindest der ersten Hauptfläche des Substrats oder einer darauf aufbauenden Schicht und den schichtbildenden Ausgangsstoffen ausgelöst wird. Bei der chemischen Reaktion bildet sich aus den im gasförmigen Zustand befindlichen schichtbildenden Ausgangsstoffen ein Feststoff, der sich auf der ersten Hauptfläche abscheidet, ausbildet oder ablagert. Besonders vorteilhaft bildet sich im Wesentlichen die Schichtenfolge zeitgleich und homogen auf der gesamten ersten Hauptfläche aus, sodass sich eine zumindest hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung eine homogene Schichtenfolge ausbildet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Schichtenfolge auf der gesamten ersten Hauptfläche eine gleiche Schichtdicke auf. Unter "Schichtdicke" versteht man im vorliegenden Zusammenhang die vertikale Ausdehnung der sich bildenden Schichtenfolge senkrecht zur ersten Hauptfläche des Substrats.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst die sich ausbildende Schichtenfolge zumindest ein Halbleitermaterial. Unter "Halbleitermaterial" versteht man im vorliegenden Zusammenhang insbesondere einen III/V-Halbleiter, II/VI-Halbleiter, Nitridhalbleiter und Phosphidhalbleiter. Die Wahl des Halbleitermaterials ist dabei insbesondere abhängig von Wellenlängen einer zu erzeugenden elektromagnetischen Strahlung, welche die Halbleiterschichtenfolge emittieren soll.
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Die Bezeichnung "elektromagnetische Strahlung" kann hier und im Folgenden eine elektromagnetische Strahlung mit zumindest einer Wellenlänge beziehungsweise einer spektralen Komponente in einem infraroten bis ultravioletten Wellenlängenbereich bedeuten. Insbesondere kann dabei infrarote, sichtbare und/oder ultraviolette elektromagnetische Strahlung bezeichnet sein.
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Die sich ausbildende Schichtenfolge, die ein Halbleitermaterial umfasst, bildet insbesondere zumindest eine aktive Zone aus. Im fertig gestellten Bauteil, das ein Teil der Schichtenfolge umfasst, kann in der aktiven Zone die elektromagnetische Strahlung erzeugt werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens strömt der schichtbildende Ausgangsstoff durch zumindest eine Einlassöffnung in die Kammer ein und wird zumindest teilweise durch zumindest eine Auslassöffnung der Kammer abgeleitet. Wie bereits oben beschrieben, reagieren die schichtbildenden Ausgangsstoffe auf Basis einer chemischen Reaktion auf zumindest der ersten Hauptfläche des Substrats zu einem Feststoff. Die zur Bildung der Schichtenfolge erforderlichen schichtbildenden Ausgangsstoffe werden jeweils durch zumindest eine Einlassöffnung in die Kammer eingeströmt. Der schichtbildende Ausgangsstoff, der nicht der chemischen Reaktion auf zumindest der ersten Hauptfläche des Substrats unterliegt, wird zumindest teilweise durch eine Auslassöffnung aus der Kammer abgeleitet. Ein insbesondere ständiges und kontinuierliches Einströmen und Ausströmen der schichtbildenden Ausgangsstoffe erfolgt derart, dass das Substrat an zumindest der ersten Hauptfläche vollkommen mit zumindest einem schichtbildenden Ausgangsstoff überströmt wird. Das ständige und kontinuierliche Einströmen und Ausströmen der schichtbildenden Ausgangsstoffe durch die Kammer kann durch zusätzliche Spülgase begleitet werden. Die Spülgase können beispielsweise Stickstoff oder Wasserstoff umfassen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Beschichtung zumindest eines Substrats weist das Substrat eine erste Hauptfläche und eine der ersten Hauptfläche gegenüberliegende zweite Hauptfläche auf, dabei ist das Substrat hinsichtlich der ersten Hauptfläche parallel zur Gravitationsrichtung in der Kammer angeordnet. Das Substrat wird derart von zumindest einem schichtbildenden Ausgangsstoff überströmt, dass zumindest an der ersten Hauptfläche des Substrats eine Schichtfolge ausgebildet wird, wobei die sich ausbildende Schichtenfolge zumindest ein Halbleitermaterial umfasst. Der schichtbildende Ausgangsstoff wird durch zumindest eine Einlassöffnung in die Kammer eingeströmt und zumindest teilweise durch zumindest eine Auslassöffnung der Kammer abgeleitet.
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Um ein Verfahren anzugeben, bei dem Partikelablagerungen auf den Hauptflächen des Substrats vermieden werden können, macht das hier beschriebene Verfahren unter anderem von der Idee Gebrauch, das zu beschichtende Substrat parallel zur Gravitationsrichtung in der Kammer anzuordnen. Die Schichtenfolge umfasst zumindest ein Halbleitermaterial. Die Schichtenfolge kann insbesondere zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung ausgebildet sein. Die sich dabei bildenden verfahrenstypischen Partikel, beispielsweise an der Innenseite der Kammer, können nicht direkt auf die Hauptflächen der Substrate fallen, da das Substrat hinsichtlich seiner ersten Hauptfläche parallel zur Gravitationsrichtung angeordnet ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird an der zweiten Hauptfläche des Substrats die gleiche Schichtenfolge ausgebildet wie an der ersten Hauptfläche des Substrats. Mit anderen Worten werden die erste sowie die zweite Hauptfläche des Substrats gleichzeitig durch zumindest einen schichtbildenden Ausgangsstoff derart überströmt, dass sich an der ersten und zweiten Hauptfläche eine Schichtenfolge ausbildet. Mit anderen Worten handelt es sich bei der Ausbildung der Schichtenfolge um ein homogenes beidseitiges epitaktisches Aufwachsen, Abscheiden oder Ablagern. Durch die parallele Anordnung der Substrate hinsichtlich der Gravitationsrichtung in der Kammer wird ein beidseitiges homogenes epitaktisches Aufwachsen, Ausbilden oder Abscheiden einer Schichtenfolge auf den Hauptflächen des Substrats ermöglicht. Dadurch wirkt das Verfahren insbesondere bei Halbleitermaterialien, die zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung geeignet sind, einer ungewünschten inhomogenen Veränderung im Wellenlängengang entgegen, die insbesondere auf Substratspannungen zurückzuführen sind.
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Die sich ausbildende Schichtenfolge umfasst dabei insbesondere ein Halbleitermaterial, wie es bereits oben beschrieben worden ist. Insbesondere vorteilhaft bei dieser Ausführungsform ist, dass sich Substratspannungen, die sich bei einseitiger Beschichtung ausbilden können, gegenseitig aufheben. Die Schichtenfolge an der zweiten Hauptfläche des Substrats bildet sich spiegelbildlich zu der Schichtenfolge auf der ersten Hauptfläche des Substrats aus. Somit kann die Substratspannung, wie sie bei einem einseitigen Beschichtungsverfahren auftreten kann, vollständig oder teilweise kompensiert werden. Durch die vollständige oder teilweise Kompensation der Substratspannung wird insbesondere einem Verbiegen des Substrats entgegengewirkt. Die sich ausbildenden Schichtenfolge weist eine besonders homogene Struktur auf. Dadurch können unter anderem in einem dem Beschichtungsverfahren nachfolgenden Prozessierungsschritt wesentlich homogenere Strukturen, beispielsweise Gatestrukturen, insbesondere mit photolithographischen Ätzverfahren ausgebildet werden.
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Insbesondere das beidseitig homogene epitaktische Bewachsen und somit die Ausbildung der Schichtenfolge an der ersten und zweiten Hauptfläche des Substrats hat den Vorteil, dass das Substrat besonders effizient genutzt werden kann. Das heißt, durch das beidseitige Beschichten des Substrats wird die zu beschichtende Fläche doppelt genutzt. Mit anderen Worten kann insbesondere eine zweifache Ausbeute an Schichtenfolgen zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung realisiert werden. Folglich ist ein weiterer Vorteil des hier beschriebenen Verfahrens, dass unter anderem Substratkosten durch einen besonders effizienten Einsatz von Substraten gespart werden können. Weiter ermöglicht das Verfahren insbesondere eine besonders hohe Ausbeute von zumindest einer Halbleiterschichtenfolge, sodass gegebenenfalls auf optionale Lift-Off Prozesse oder Substratbondprozesse verzichtet werden kann, wobei diese von dem Verfahren zur Beschichtung nachfolgenden Chip-Prozess abhängen.
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Die Anordnung der Substrate parallel zur Gravitationsrichtung in der Kammer ermöglicht hinsichtlich des schichtbildenden Ausgangsstoffs vertikale Strömungen. Die vertikalen Strömungen des insbesondere heißen schichtbildenden Ausgangsstoffs strömen besonders bevorzugt entgegen der Gravitationsrichtung, also von unten nach oben. So wird eine ungestörte laminare Strömung bevorzugt erreicht. Ferner entspricht die vertikale Strömung von unten nach oben des schichtbildenden Ausgangsstoffs der natürlichen Vorzugsrichtung von heißen Gasen, welche nach oben steigen.
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Durch die beschriebene Anordnung des zumindest einen Substrats sind die Strömungsbedingungen hinsichtlich der schichtbildenden Ausgangsstoffe auf der ersten sowie zweiten Hauptfläche des Substrats identisch. Das heißt, auf der ersten sowie der zweiten Hauptfläche des Substrats wird eine besonders homogene Schichtenfolge erzeugt. Ist die Schichtenfolge auf Basis des Halbleitermaterials zur Emission elektromagnetischer Strahlung geeignet, so kann die Schichtenfolge hinsichtlich ihrer Wellenlänge und Helligkeit an der ersten und zweiten Hauptfläche des Substrats als annähernd konstant betrachtet werden. Mit anderen Worten kommt es auf der ersten und zweiten Hauptfläche des Substrats nicht zu erheblichen Yield-Verlusten innerhalb der Schichtenfolgen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens rotiert das Substrat um eine Drehachse und die Drehachse verläuft senkrecht zu einer der Hauptflächen des Substrats. Um die bereits oben beschriebene homogene Ausbildung der Schichtenfolge zusätzlich positiv zu beeinflussen, können die Substrate insbesondere um eine durch den Schwerpunkt ausgebildete Drehachse rotiert werden. Die Drehachse verläuft beispielsweise senkrecht zu einer der Hauptflächen des Substrats. Dabei muss die Drehachse nicht physisch durch den Schwerpunkt des Substrats ausgebildet sein. Insbesondere kann das Substrat in einer Vorrichtung angeordnet sein, welche das Substrat zum Drehen hinsichtlich des Schwerpunkts nicht durchdringt, sondern das Substrat an seinen Seitenflächen fixiert. Mit anderen Worten handelt es sich bei der hier beschriebenen Drehachse nicht zwingend um eine gegenständliche Achse, sondern es kann sich insbesondere um eine gedachte Achse handeln, die durch den Schwerpunkt des Substrats verläuft.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens befinden sich die Einlassöffnungen und die Auslassöffnungen der Kammer in der Haupterstreckungsrichtung des Substrats und sind bezüglich des Substrats gegenüberliegend zueinander angeordnet. Das heißt, dass die Einlassöffnungen und die Auslassöffnungen in der Kammer derart relativ zueinander angeordnet sind, dass das Überströmen der zumindest einen Hauptfläche der Substrate besonders vorteilhaft beeinflusst werden kann. Mit anderen Worten wird durch die relative Anordnung der Einlass- und Auslassöffnung insbesondere ein homogenes gleichmäßiges Überströmen der Hauptflächen realisiert. Durch eine vertikale Strömung kann insbesondere die Partikelablagerung reduziert werden. Mit anderen Worten wird durch den Verlauf der vertikalen Strömung entgegen der Gravitationsrichtung verhindert, dass sich ausbildende Partikel, Ablagerungen oder Rückstände verstärkt, beispielsweise von der Innenseite der Kammer, ablösen können. Des Weiteren können durch den oben beschriebenen vertikalen Strömungsverlauf insbesondere Instandhaltungszyklen reduziert werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist das Verfahren zumindest ein Heizelement auf, das eine Hauptheizfläche und eine der ersten Hauptheizfläche gegenüberliegende zweite Hauptheizfläche aufweist und das Heizelement hinsichtlich der ersten Hauptheizfläche parallel zu einer der Hauptflächen des Substrats angeordnet ist. Das heißt, dass die Heizelemente hinsichtlich ihrer Hauptheizflächen parallel zur Gravitationsrichtung angeordnet sind. Die erste und/oder zweite Hauptheizfläche des Heizelements erhitzt je nach Substrat-Heizelement Anordnung die erste und/oder die zweite Hauptfläche des Substrats. Das Erhitzen der Hauptflächen des Substrats durch das Heizelement erfolgt derart, dass die Hauptflächen des Substrats homogen erhitzt werden. Eine direkte Zuordnung einer Hauptheizfläche zu einer Hauptfläche des Substrats ist für ein homogenes Erhitzen nicht erforderlich. Das heißt, dass das Heizelement durchaus nur mit einer seiner Hauptheizflächen die erste und zweite Hauptfläche zumindest eines Substrats homogen und vollständig erhitzen kann.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens kann das Heizelement auch durch beispielsweise eine Lampenheizung oder eine RF-Heizung (Radio Frequency-Heizung) gebildet sein.
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Wesentliche Voraussetzung für eine homogene Ausbildung der Schichtenfolge ist eine homogene Temperaturverteilung an der zu beschichtenden Hauptfläche des Substrats. Zu diesem Zweck können die Heizelemente hinsichtlich ihrer lateralen Ausdehnung größer als die Substrate ausgebildet sein. Bedeckt die Hauptheizfläche die Hauptfläche des Substrats nicht und ist hinsichtlich zumindest einer Hauptfläche des Substrats lokal oder einseitig ausgebildet, wird insbesondere durch Rotation des Substrats eine homogene Temperaturverteilung auf zumindest einer der Hauptflächen des Substrats erzielt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zumindest an der ersten und/oder zweiten Hauptfläche des Substrats das Heizelement derart angeordnet, dass das Heizelement mit einer der Hauptheizflächen die erste Hauptfläche und/oder die zweite Hauptfläche des Substrats erhitzt. Wie bereits oben beschrieben, ist das Heizelement in der Lage, nur mit einer seiner Hauptheizflächen die erste und zweite Hauptfläche des zumindest einen Substrats zu erhitzen. Besonders vorteilhaft kann sich eine unmittelbare Zuordnung hinsichtlich der Hauptheizflächen zu Hauptflächen des Substrats auswirken. Unter "unmittelbar" versteht man im vorliegenden Zusammenhang, dass eine Hauptheizfläche des Heizelements zumindest einer Hauptfläche des Substrats zugewandt ist und zwischen der Hauptheizfläche des Heizelements und der Hauptfläche des Substrats kein weiteres Substrat und/oder weiteres Heizelement vorhanden ist. Durch die unmittelbare Zuordnung, wird die zur Beschichtung des Substrats erforderliche Erhitzung besonders homogen durchgeführt. Mit anderen Worten kann durch die unmittelbare Zuordnung der Hauptheizfläche des Heizelements zu einer Hauptfläche des Substrats eine besonders homogene Ausbildung der Schichtenfolge erzielt werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens bildet sich an zumindest zwei zugewandten Hauptflächen der Substrate die Schichtenfolge aus. Das heißt, dass die schichtbildenden Ausgangsstoffe in dieser Ausführungsform nicht zwischen dem Heizelement und dem Substrat strömen. Die schichtbildenden Ausgangsstoffe überströmen zwei zueinander zugewandte Hauptflächen der Substrate. Mit anderen Worten wird bei dieser Ausführungsform ein Substrat jeweils nur einseitig beschichtet, wobei die erste Hauptfläche eines ersten Substrats der zweiten Hauptfläche eines zweiten Substrats gegenüberliegend zugeordnet ist. Dabei sind die Heizelemente derart zu den Substraten angeordnet, dass ein homogenes Erhitzen möglich ist, wobei das Heizelement auf der nicht zu beschichtenden Hauptfläche des jeweiligen Substrats zugeordnet ist. Die hier beschriebene Anordnung zum einseitigen Beschichten zweier zugewandter Hauptflächen der Substrate ist auch in einer Mehrfachanordnung innerhalb der Kammer ausführbar.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist das Verfahren wenigstens zwei Heizelemente und wenigstens zwei Substrate auf, wobei die Heizelemente und die Substrate in der Kammer zumindest eine zueinander abwechselnde Anordnung derart ausbilden, dass die Anordnung mit dem Substrat oder dem Heizelement beginnt und endet. Mit anderen Worten handelt es sich in dieser Ausführungsform um ein beidseitiges Beschichten des Substrats, da hier die schichtbildenden Ausgangsstoffe zwischen jeweils einem Heizelement und einem Substrat strömen. Das heißt, es kommt zu einem beidseitigen Beschichten der Substrate.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens überströmt neben dem schichtbildenden Ausgangsstoff ein Spülgas zumindest die erste und/oder zweite Hauptheizfläche und schützt das Heizelement zumindest teilweise vor Ablagerungen. Mit anderen Worten wird das Spülgas, beispielsweise Stickstoff, derart in die Kammer eingeströmt, dass das Spülgas unmittelbar die Hauptheizflächen der Heizelemente überströmt. Unter "unmittelbar" versteht man im vorliegenden Zusammenhang, dass das Spülgas mit den Hauptheizflächen der Heizelemente im direkten Kontakt steht. Dadurch kann verhindert werden, dass der schichtbildende Ausgangsstoff mit der Hauptheizfläche der Heizelemente eine chemische Reaktion eingeht und sich auf der Hauptheizfläche Feststoffe ablagern.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Schutzelement insbesondere zum Schutz des Heizelements vor Ablagerung eingesetzt und befindet sich zwischen dem Substrat und dem Heizelement. Das Schutzelement, welches sich zwischen dem Substrat und dem Heizelement befindet, ist durch ein Material gebildet, welches sehr gut wärmeleitend ist und zum Schutz vor Ablagerungen an den Heizelementen vorgesehen ist. Beispielsweise umfasst das Schutzelement ein Saphir oder ein Quarzglas. Weiter kann das Schutzelement beispielsweise durch ein Gitter ausgebildet sein, welches keine durchgängige Fläche ausbildet. Mit anderen Worten wird durch das Schutzelement weitestgehend verhindert, dass der schichtbildende Ausgangsstoff mit den Heizelementen in Kontakt kommt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist zumindest ein Trennelement parallel zur Haupterstreckungsrichtung des Substrats angeordnet, derart, dass die schichtbildenden Ausgangsstoffe nicht unmittelbar nach Eintreten in die Kammer miteinander reagieren können. Das Trennelement kann als Trennwand ausgebildet sein. Das Trennelement verursacht eine Verzögerung hinsichtlich des Zusammentreffens der schichtbildenden Ausgangsstoffe auf den Hauptflächen der Substrate, die unmittelbar auf der erhitzten Hauptfläche des Substrats chemisch reagieren.
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Das Schutzelement und das Trennelement sind jeweils optionale Elemente, die unterstützend eingesetzt werden können. Beide Elemente sind zur Ausbildung homogen beidseitig beschichteter Substrate nicht zwingend erforderlich.
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Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
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Im Folgenden wird das hier beschriebene Verfahren zur Beschichtung zumindest eines Substrats anhand von Ausführungsbeispielen mit zugehörigen Figuren erläutert.
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Anhand der schematischen Darstellungen der 1 bis 6 sind Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen Verfahren näher erläutert.
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1 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung auf eine Hauptfläche (1, 2) eines Substrats 100. Einlassöffnungen 7 und Auslassöffnungen 8 sind entlang der Haupterstreckungsrichtung Z des Substrats 100 gegenüberliegend zueinander angeordnet, wobei sich das Substrat 100 zwischen den Einlassöffnungen 7 und den Auslassöffnungen 8 befindet. Durch die Anordnung der Einlassöffnungen 7 und Auslassöffnungen 8 in 1 wird eine vertikale Strömung von schichtbildenden Ausgangsstoffen 3, hier Hydride 5 und Metallorganyle 4, ermöglicht. Ein Heizelement 10 befindet sich dabei im Strömungsgang der Hydride 5, wobei das Heizelement in 1 in Form eines Heizstabs vorliegt. Das Substrat 100 im Ausführungsbeispiel der 1 dreht sich dabei um eine im Schwerpunkt angeordnete Drehachse 9. Ein Trennelement 14 in Form einer Trennwand ist parallel zur Haupterstreckungsrichtung des Substrats 100 angeordnet und trennt die vertikale Strömung der einzelnen schichtbildenden Ausgangsstoffe 3. Das heißt, dass die Hydride 5 und die Metallorganyle 4 nicht ummittelbar nach Eintritt in die Kammer auf zumindest einer der Hauptflächen 1, 2 miteinander reagieren. Das Trennelement 14 kann optional eingesetzt werden und stellt eine Variante im Bezug auf den Aufbau einer Kammer dar, die für das hier beschriebene Verfahren geeignet ist.
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Die 2 zeigt eine schematische Darstellung zur beidseitigen Beschichtung des Substrats 100, wobei an der ersten Hauptfläche 1 sowie an der zweiten Hauptfläche 2 jeweils Heizelemente 10 angeordnet sind. Dabei ist das Substrat 100 zu den zwei Heizelementen 10 derart beabstandet, dass zwischen Substrat 100 und Heizelement 10 die schichtbildenden Ausgangsstoffe 3, Metallorganyle 4, Hydride 5 und ein optionales Spülgas 6 entgegen der Gravitationsrichtung vertikal und entlang der Haupterstreckungsrichtung Z gegenüberliegend zueinander angeordneten Einlassöffnungen 7 und Auslassöffnungen 8 das Substrat an der ersten und zweiten Hauptfläche 1, 2 überströmen. Das Spülgas 6 überströmt die Hauptheizflächen 11, 12 derart, dass eine Ausbildung von Feststoffen auf Basis der schichtbildenden Ausgangsstoffe 3 auf den Hauptheizflächen weitestgehend verhindert werden kann. Durch den Schwerpunkt des Substrats 100 ist die Drehachse 9 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel der 2 wird die zweite Hauptfläche 2 des Substrats 100 überwiegend durch eine erste Hauptheizfläche 11 des Heizelements 10 beheizt. Die erste Hauptfläche 1 des Substrats 100 wird überwiegend durch eine zweite Hauptheizfläche 12 des Heizelements 10 beheizt. Das heißt, dass jeder Hauptfläche 1, 2 des Substrats 100 eine entsprechende Hauptheizfläche 11, 12 des Heizelements 10 zugeordnet beziehungsweise zugewandt ist. Zwischen dem Heizelement 10 und dem Substrat 100 kann optional ein Schutzelement 13 angeordnet sein. Das Schutzelement 13 schützt das Heizelement 10 vor Ablagerungen durch die schichtbildenden Ausgangsstoffe 3.
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In 3 ist eine Mehrfachanordnung 16 der in 2 beschriebenen Anordnung zur beidseitigen Beschichtung eines Substrates 100 dargestellt. Die Mehrfachanordnung 16 umfasst dabei drei Substrate 100 und vier Heizelemente 10, wobei die Substrate 100 und Heizelemente 10 abwechselnd zueinander entlang der durch den Schwerpunkt verlaufenden Drehachse 9 angeordnet sind und die Mehrfachanordnung 16 mit jeweils einem Heizelement 10 startet und endet. Auch im Ausführungsbeispiel der 3 wird die zweite Hauptfläche 2 des einen Substrats 100 überwiegend durch eine erste Hauptheizfläche 11 des einen Heizelements 10 beheizt. Die erste Hauptfläche 1 des einen Substrats 100 wird überwiegend durch eine zweite Hauptheizfläche 12 des einen Heizelements 10 beheizt. Dabei sind die Heizelemente 10 zu den Substraten 100 derart zueinander beabstandet, dass die schichtbildenden Ausgangsstoffe 3, Metallorganyle 4 und Hydride 5 sowie das optionale Spülgas 6 zwischen den Heizelementen 10 und Substraten 100 strömen. Das heißt, dass jedes Substrat 100 an seiner ersten und zweiten Hauptfläche insbesondere durch die schichtbildenden Ausgangsstoffe 3, Metallorganyle 4 und Hydride 5 überströmt wird. Die Funktion des Spülgases 6 ist in Zusammenhang mit der 2 beschrieben. Die in der Mehrfachanordnung 16 der 3 angeordneten drei Substrate 100 werden beidseitig, wie zu 2 beschrieben, beschichtet. Die Einlassöffnungen 7 und Auslassöffnungen 8 sind entlang der Haupterstreckungsrichtung Z gegenüberliegend zueinander angeordnet, wobei die beidseitig zu beschichtenden Substrate 100 zwischen den Einlassöffnungen 7 und Auslassöffnungen 8 angeordnet sind. In der Mehrfachanordnung 16 der 3 ist das optionale Spülgas 6 nicht dargestellt.
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4 zeigt eine schematische Darstellung zur einseitigen Beschichtung von zwei zugewandten Hauptflächen 1, 2 von zwei Substraten 100. Die zwei Substrate 100 sind derart voneinander beabstandet, dass die schichtbildenden Ausgangsstoffe 3 die zwei zugewandten Hauptflächen 1, 2 der zwei Substrate 100 entgegen der Gravitationsrichtung vertikal überströmen. Die Heizelemente 10 sind jeweils zu den Hauptfläche 1, 2 der entsprechenden Substrate 100 angeordnet, auf welcher keine Schichtenfolge 15 aufgewachsen werden soll. Aus der 4 wird ersichtlich, dass bei einer Ausbildung der Schichtenfolge 15 auf der ersten Hauptfläche 1 des ersten Substrats 100 das entsprechende Heizelement 10 auf der gegenüberliegenden zweiten Hauptfläche 2 zugeordnet ist. Folglich ist dann das Heizelement 10 des zweiten Substrats der ersten Hauptfläche 1 zugeordnet, da die zweite Hauptfläche 2 des zweiten Substrats 100 zur Ausbildung der Schichtenfolge 15 vorgesehen ist. Weiter sind in der 4 drei Einlassöffnungen 7 und drei Auslassöffnungen 8 gezeigt, die, wie bereits oben beschrieben, entlang der Haupterstreckungsrichtung Z des Substrats 100 gegenüberliegend zueinander angeordnet sind und sich die Substrate 100 zwischen den Einlassöffnungen 7 und Auslassöffnungen 8 befinden. Dabei strömt aus der in der Mitte angeordneten Einlassöffnung 7 das Metallorganyl 4 und aus den jeweils links und rechts angeordneten Einlassöffnungen 7 das Hydrid 5 aus. Entsprechend den Einlassöffnungen 7 sind die Auslassöffnungen 8 auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet. Die Zuordnung der Metallorganyle 4, Hydride 5 und des optionalen Spülgases 6 zu den einzelnen Auslassöffnungen 8 ist vereinfacht dargestellt. Vielmehr wird durch die Auslassöffnungen 8 ein Gemisch aus Metallorganyle 4, Hydride 5 und des optionalen Spülgases 6 aus der Kammer abgeleitet. Auch hier drehen sich die Substrate 100 um die durch den Schwerpunkt der Substrate 100 verlaufende Drehachse 9.
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In 5 ist eine Mehrfachanordnung 16 zur einseitigen Beschichtung von zwei zugewandten Hauptflächen 1, 2 von zwei Substraten 100 schematisch dargestellt. Die Mehrfachanordnung 16 der 5 zeigt sechs Substrate 100 und drei Heizelemente 10, wobei jedes Heizelement 10 die nicht zu beschichtenden Hauptflächen von zwei Substraten 100 erhitzt und die zu beschichtenden Hauptflächen 1, 2 der entsprechenden Substrate derart voneinander beabstandet sind, dass die schichtbildenden Ausgangsstoffe 3 die zwei zugewandten und zu beschichtenden Hauptflächen 1, 2 der zwei Substrate 100 entgegen der Gravitationsrichtung vertikal überströmen. Die Mehrfachanordnung 16 der 5 zum einseitigen Beschichten der Substrate 100 zeigt eine Anordnung, wonach die drei Heizelemente und sechs Substrate entlang einer durch den jeweiligen Schwerpunkt der Substrate verlaufende Drehachse 9 angeordnet sind. In der Mehrfachanordnung 16 der 5 werden nur die mit dem schichtbildenden Ausgangsstoff 3 überströmten Hauptflächen mit einer Schichtenfolge 15 versehen. Die Anordnung der Einlassöffnungen 7 und Auslassöffnungen 8 der Mehrfachanordnung 16 der 5 ist analog der Anordnung aus 4, wobei sich die entsprechende Anordnung der 4 in der 5 entsprechend der zu beschichtenden Substrate 100 einmal wiederholt.
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6 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung auf eine Hauptfläche (1, 2) des Substrats 100. In der 6 wird dargestellt, dass die Einlassöffnungen 7 und Auslassöffnungen 8 neben einer röhren- und/oder kanalförmigen Ausbildung auch insbesondere spaltenförmig ausgebildet sein können, wobei die Anordnung der Spalten zueinander für das einseitige und/oder beidseitige Beschichten des Substrats 100, wie bereits in den 1 bis 5 beschrieben, vorgesehen sind. Ferner kann in den spaltenförmigen Einlassöffnungen 7 bereits der schichtbildende Ausgangsstoff 3 entsprechend der lateralen Ausdehnung des Substrats 100 verteilt werden und beispielsweise vorgeheizt in die Kammer einströmen.
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Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
