DE102013113048A1 - Heating device for a susceptor of a CVD reactor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beheizen insbesondere eines Suszeptors eines CVD-Reaktors mit mindestens einem ersten Heizelement (1.1) und mindestens einem zweiten Heizelement (1.2), wobei jedes Heizelement (1.1, 1.2) ein von ein oder mehreren Filamenten gebildetes Heizorgan (2.1, 2.2) aufweist, wobei die Heizorgane (2.1, 2.2) in einer gemeinsamen Heizebene oder in mehreren zueinander parallelen Heizebenen (H1, H2) liegen und die Enden der Heizorgane (2.1, 2.2) mit quer zur Heizebene (H1, H2) sich erstreckenden Kontaktelementen (3.1, 4.1, 3.2, 4.2) jeweils mit einer in einer zur Heizebene (H1, H2) parallelen Kontaktebene (K1, K2) liegenden Kontaktplatte (5, 6) verbunden sind, wobei die Kontaktelemente (3.1, 3.2, 4.1, 4.2) in der Kontaktebene (K1, K2) derart nebeneinander angeordnet sind, dass die Heizelemente (1.1, 1.2) zwischen den Kontaktplatten (5, 6) elektrisch parallel geschaltet sind. Um die Standzeit einer Heizvorrichtung zu erhöhen, wird vorgeschlagen, dass die Heizorgane (2.1, 2.2) der Heizelemente (1.1, 1.2) gleich lang sind und einen gleichen elektrischen Widerstand haben, dass die Kontaktelemente (3.2, 4.2) des zweiten Heizelementes (1.2) einen Abstand (A2) voneinander haben, der geringer ist als der Abstand (A1) der Kontaktelemente (3.1, 4.1) des ersten Heizelementes (1.1) und kürzer sind als die Kontaktelemente (3.1, 4.1) des ersten Heizelementes (1.1).The invention relates to a device for heating, in particular, a susceptor of a CVD reactor having at least one first heating element (1.1) and at least one second heating element (1.2), each heating element (1.1, 1.2) comprising a heating element (2.1, 1.2) formed by one or more filaments. 2.2), wherein the heating elements (2.1, 2.2) in a common heating level or in several mutually parallel heating levels (H1, H2) and the ends of the heating elements (2.1, 2.2) with transverse to the heating level (H1, H2) extending contact elements (3.1, 4.1, 3.2, 4.2) are in each case connected to a contact plate (5, 6) which lies in a contact plane (K1, K2) parallel to the heating level (H1, H2), the contact elements (3.1, 3.2, 4.1, 4.2) being connected in the contact plane (K1, K2) are arranged side by side so that the heating elements (1.1, 1.2) between the contact plates (5, 6) are electrically connected in parallel. In order to increase the service life of a heating device, it is proposed that the heating elements (2.1, 2.2) of the heating elements (1.1, 1.2) are of equal length and have the same electrical resistance that the contact elements (3.2, 4.2) of the second heating element (1.2) have a distance (A2) from each other which is less than the distance (A1) of the contact elements (3.1, 4.1) of the first heating element (1.1) and shorter than the contact elements (3.1, 4.1) of the first heating element (1.1).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beheizen insbesondere eines Suszeptors eines CVD-Reaktors mit mindestens einem ersten Heizelement und mindestens einem zweiten Heizelement, wobei jedes der ersten und zweiten Heizelemente ein von ein oder mehreren Filamenten gebildetes Heizorgan aufweist, wobei die Heizorgane in ein oder mehreren zueinander parallelen Heizebenen liegen und die Enden der Heizorgane mit quer zu den ein oder mehreren Heizebenen sich erstreckenden Kontaktelementen mit in ein oder mehreren zueinander und den Heizebenen parallelen Kontaktebenen liegenden Kontaktplatten verbunden sind, wobei die Kontaktelemente in den ein oder mehreren Kontaktebenen derart nebeneinander angeordnet sind, dass die Heizelemente zwischen den Kontaktplatten elektrisch parallel geschaltet sind.The invention relates to a device for heating, in particular, a susceptor of a CVD reactor having at least a first heating element and at least one second heating element, each of the first and second heating elements having a heating element formed by one or more filaments, wherein the heating elements in one or more lie parallel heating surfaces and the ends of the heating elements are connected transversely to the one or more heating elements extending contact elements with lying in one or more heating planes and parallel contact planes lying contact plates, wherein the contact elements in the one or more contact planes are arranged side by side, that the heating elements between the contact plates are electrically connected in parallel.
Bei einem CVD-Reaktor befindet sich innerhalb eines gegenüber der Umgebung gasdicht abgeschlossenen Reaktorgehäuses eine Prozesskammer, in die über ein Gaseinlassorgan Prozessgase eingeleitet werden. In der Prozesskammer befindet sich ein Suszeptor, der von unten mit einer Heizeinrichtung beheizt wird. Auf der Oberseite des Suszeptors befinden sich zu beschichtende Substrate, beispielsweise aus Silizium oder einem III-V-Material. Auf die Oberfläche der Substrate soll eine Halbleiterschicht, insbesondere eine III-V-Halbleiterschicht abgeschieden werden. Dies erfolgt bei Temperaturen oberhalb von 1000°C. Die zum Erreichen der Prozesstemperatur erforderliche Wärme wird von der Heizeinrichtung bereitgestellt. Da das Gaseinlassorgan aktiv gekühlt wird und dem Suszeptor dicht benachbart ist, bildet sich steiler Temperaturgradient zwischen Suszeptor und Gaseinlassorgan aus. Als Folge dieses Temperaturgradienten entsteht ein erheblicher Wärmefluss vom Suszeptor zum Kühlaggregat des Gaseinlassorganes. Um die erforderliche Prozesstemperatur erreichen zu können, muss die Heizeinrichtung auf Temperaturen über 2000°C aufgeheizt werden und eine ausreichende Wärmeleistung liefern.In a CVD reactor is located within a sealed relative to the environment gas-tight reactor housing, a process chamber in which via a gas inlet element process gases are introduced. In the process chamber is a susceptor, which is heated from below with a heater. On the top side of the susceptor there are substrates to be coated, for example silicon or a III-V material. On the surface of the substrates, a semiconductor layer, in particular a III-V semiconductor layer is to be deposited. This takes place at temperatures above 1000 ° C. The heat required to reach the process temperature is provided by the heater. Since the gas inlet member is actively cooled and closely adjacent to the susceptor, a steep temperature gradient forms between the susceptor and the gas inlet member. As a consequence of this temperature gradient, a considerable heat flow from the susceptor to the cooling unit of the gas inlet element arises. In order to achieve the required process temperature, the heater must be heated to temperatures above 2000 ° C and provide sufficient heat output.
CVD-Reaktoren mit Heizeinrichtungen werden in der
Bei einer Heizeinrichtung für einen CVD-Reaktor verlaufen zumindest zwei Heizorgane nebeneinander. Die Heizorgane sind mit ihren Anschlusskontakten mit denselben Kontaktplatten verbunden. Dies erfolgt über Kontaktelemente. Die Heizelemente sind somit elektrisch parallel zueinander geschaltet. Sie verlaufen derart dicht nebeneinander, dass sie sich beim Aufheizen aufgrund einer thermischen Bewegung berühren können. Haben die Heizelemente an den Berührungspunkten eine Potenzialdifferenz, so kann es dort zu lokalen Überhitzungen bzw. zu einer Lichtbogenbildung kommen. Dies kann zu einer Zerstörung des Heizelementes führen.In a heating device for a CVD reactor, at least two heating elements run side by side. The heating elements are connected with their connection contacts with the same contact plates. This is done via contact elements. The heating elements are thus electrically connected in parallel to each other. They run so close together that they can touch each other during heating due to a thermal movement. If the heating elements have a potential difference at the points of contact, local overheating or arcing may occur there. This can lead to destruction of the heating element.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Standzeit einer Heizvorrichtung zu erhöhen.The invention has for its object to increase the service life of a heater.
Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung.The object is achieved by the invention specified in the claims.
Erfindungsgemäß sind die nebeneinander verlaufenden Heizorgane voneinander verschiedene, elektrisch parallel geschaltete Heizelemente gleich lang ausgebildet. Sie sind darüber hinaus auch elektrisch oder mechanisch gleich gestaltet. Beispielsweise können die Heizorgane ein oder mehrere wendelgangförmig verlaufende Filamente besitzen, die denselben elektrischen Widerstand haben. Diese Filamente sind in einer Heizebene angeordnet. Die Kontaktelemente der voneinander verschiedenen Heizelemente haben einen voneinander verschiedenen Abstand voneinander. So sind die Kontaktelemente eines zweiten Heizelementes weniger weit voneinander beabstandet als die Kontaktelemente eines ersten Heizelementes. Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass die Kontaktelemente des zweiten Heizelementes kürzer sind als die Kontaktelemente des ersten Heizelementes. Die Filamente besitzen einen um mindestens einen Faktor 10 größeren Widerstand pro Längeneinheit als die Kontaktelemente, die bevorzugt von dickwandigen Kontaktstiften ausgebildet sind. Die Kontaktelemente besitzen eine Erstreckungsrichtung, die quer zur Heizebene bzw. zur Kontaktebene verläuft. Innerhalb der Kontaktebene erstrecken sich die ein oder mehreren Kontaktplatten. Innerhalb ein oder mehrerer parallel zueinander verlaufenden Heizebenen erstrecken sich die aus ein oder mehreren Filamenten gebildeten Heizorgane. In einer bevorzugten Ausgestaltung erstrecken sich zumindest die Enden der Heizorgane der einen geringeren Abstand als die Kontaktelemente des ersten Heizelementes aufweisenden Heizorgane im Zwischenraum zwischen der Heizebene und der Kontaktebenen. Es können ein oder mehrer dritte oder vierte Heizelemente vorgesehen sein. Die dritten und vierten Heizelemente besitzen ebenfalls aus ein oder mehreren Filamenten bestehende Heizorgane. Die Enden der Heizorgane sind mit quer zu den ein oder mehreren Heizebenen sich erstreckenden Kontaktelementen, bevorzugt Kontaktstiften, mit dem ein oder mehreren zueinander und zu den Heizebenen parallelen Kontaktebenen verbunden. Das dritte und/oder vierte Heizelement ist mit dem ersten und dem zweiten Heizelement elektrisch parallel geschaltet. Sämtliche Heizorgane der ersten bis vierten Heizelemente sind bevorzugt gleich lang und auch gleich gestaltet. Sie haben insbesondere denselben elektrischen Widerstand. An den Heizorganen fällt über dieselbe Strecke dieselbe Spannung ab. Dies hat zur Folge, dass die Heizelemente an etwaigen Berührungsstellen auf einem identischen Potential liegen, so dass sich keine Querströme zwischen den Heizelementen an den Berührungsstellen ausbilden können. Die dritten und vierten Heizelemente besitzen Kontaktelemente, die einen geringeren Abstand voneinander besitzen als die Kontaktelemente des zweiten Heizelementes. Die Heizorgane des dritten und des vierten Heizelementes besitzen quer zu der jeweiligen Heizebene in Richtung auf die Kontaktebene abragende Endabschnitte, die eine Länge besitzen, die größer ist als die Länge der Endabschnitte der Heizorgane des ersten und des zweiten Heizelementes. Die Länge des Endabschnitts eines Heizorgans besitzt eine Länge, die im Wesentlichen dem Abstand des zugehörigen Kontaktelementes von einem benachbarten Kontaktelement entspricht, das einem Heizelement zugeordnet ist, dessen Kontaktelemente weiter voneinander beabstandet sind. Die Länge des Kontaktelementes hängt im Wesentlichen von der Länge des Endabschnitts des Heizorgans und von der Lage der zugehörigen Heizebene ab. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die im Wesentlichen rechtwinklig von der Heizebene sich erstreckenden Endabschnitte mit der Erstreckungsrichtung des zugeordneten Kontaktelementes fluchtend mit einer Stirnseite des Kontaktelementes verbunden sind. Die gegenüberliegende Stirnseite des Kontaktelementes ist mit der Kontaktplatte verbunden. Die Kontaktplatten können sich auf einem einheitlichen Niveau befinden und in einer einheitlichen Kontaktebene liegen. Es ist aber auch vorgesehen, dass die Kontaktplatten in Parallelebenen angeordnet sind, also in Richtung quer zur Ebenenerstreckung voneinander beabstandet sind.According to the invention, the juxtaposed heating elements of different, electrically connected in parallel heating elements are the same length. They are also designed electrically or mechanically the same. For example, the heating elements may have one or more helical filaments having the same electrical resistance. These filaments are arranged in a heating plane. The contact elements of the mutually different heating elements have a mutually different distance from each other. Thus, the contact elements of a second heating element are spaced less far from each other than the contact elements of a first heating element. According to the invention it is further provided that the contact elements of the second heating element are shorter than the contact elements of the first heating element. The filaments have a greater resistance by at least a
Es ist besonders bevorzugt, dass sämtliche Heizorgane, welche zwischen den Kontaktplatten elektrisch parallel geschaltet sind, gleich lange und gleich gestaltete Heizorgane aufweisen, wobei die Heizorgane der Heizelemente, deren Kontaktelemente geringer voneinander beabstandet sind als die Kontaktelemente des ersten Heizelementes, sich mit ihren Endabschnitten, an denen die Kontaktelemente angeschlossen sind, in den Zwischenraum zwischen der dem jeweiligen Heizelement zugeordneten Heizebene und der dem jeweiligen Kontaktelement zugeordneten Kontaktebene hineinragt. Sämtliche Heizorgane können sich in einer individuellen Heizebene erstrecken. Sie erstrecken sich in der Heizebene insbesondere auf einer Kreisbogenlinie oder auf einer Spiralbogenlinie. Es können sich aber auch ein oder mehrere Heizorgane voneinander verschiedener Heizelemente in einer gemeinsamen Heizebene erstrecken. Insbesondere ist vorgesehen, dass sich sämtliche Heizorgane in einer gemeinsamen Heizebene erstrecken. Alternativ kann aber auch vorgesehen sein, dass sich alle Heizorgane in voneinander verschiedenen Heizebenen erstrecken. Die Länge des in den Zwischenraum hineinragenden Endabschnitts des Heizorgans entspricht bevorzugt dem Abstand des zugeordneten Kontaktelementes vom Kontaktelement des ersten Heizelementes. Gegenüber allen anderen Heizelementen sind die Kontaktelemente des ersten Heizelementes am weitesten voneinander beabstandet. Die Heizorgane können derart nebeneinanderliegend verlaufen und derart mit den ihnen zugeordneten Kontaktelementen mit den Kontaktplatten verbunden sein, dass bei einer an den Kontaktelementen angelegten Heizspannung an möglichen Berührungsstellen dasselbe Potential anliegt. Die Filamente können aus Wolframdrähten bestehen. Diese werden in eine Wendelgangform gebracht. Die dadurch entstandenen länglichen Heizorgane erstrecken sich in einer Heizebene insbesondere entlang einer Bogenlinie. Die Vorrichtung besitzt einen im Wesentlichen kreisrunden Grundriss. Die Vorrichtung kann mehrere elektrisch voneinander getrennte Heizeinrichtungen aufweisen. So ist insbesondere eine kreisscheibenförmige zentrale Heizeinrichtung vorgesehen, die von einer ersten ringförmigen Heizeinrichtung umgeben ist, welche wiederum von einer zweiten ringförmigen Heizeinrichtung umgeben ist.It is particularly preferred that all heating elements, which are electrically connected in parallel between the contact plates, have the same length and identically designed heating elements, wherein the heating elements of the heating elements whose contact elements are spaced less than the contact elements of the first heating element, with their end portions, at which the contact elements are connected, projects into the intermediate space between the heating level associated with the respective heating element and the contact level associated with the respective contact element. All heating elements can extend in an individual heating level. They extend in the heating level in particular on a circular arc line or on a spiral arc line. However, one or more heating elements of mutually different heating elements can also extend in a common heating level. In particular, it is provided that all heating elements extend in a common heating level. Alternatively, however, it can also be provided that all heating elements extend in mutually different heating levels. The length of the projecting into the intermediate end portion of the heating element preferably corresponds to the distance of the associated contact element from the contact element of the first heating element. Compared to all other heating elements, the contact elements of the first heating element are the furthest apart. The heating elements can run side by side in such a way and be connected to the contact plates associated with them contact elements, that at a voltage applied to the contact elements heater voltage applied to potential points of contact the same potential. The filaments may consist of tungsten wires. These are brought into a helical gait. The resulting elongated heating elements extend in a heating plane, in particular along a curved line. The device has a substantially circular floor plan. The device may have a plurality of electrically separate heaters. Thus, in particular, a circular disk-shaped central heating device is provided, which is surrounded by a first annular heating device, which in turn is surrounded by a second annular heating device.
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
Die
Die
Die zentrale Heizeinrichtung
Die radial zuäußerst liegende Heizeinrichtung
Die in Anspruch 1 angegebene Erfindung schlägt zur Vermeidung derartiger lokaler Temperaturspitzen vor, dass die einzelnen Heizorgane
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die
Die
Die Heizorgane
Die Kontaktstifte
Die Kontaktelemente
Die Endabschnitte
Mit der Bezugsziffer
In der
Der Widerstand pro Längeneinheit des Heizorgans
Die vorstehenden Ausführungen dienen der Erläuterung der von der Anmeldung insgesamt erfassten Erfindungen, die den Stand der Technik zumindest durch die folgenden Merkmalskombinationen jeweils eigenständig weiterbilden, nämlich:
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Heizorgane
Eine Vorrichtung, die gekennzeichnet ist durch mindestens ein drittes und/oder viertes Heizelement
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sämtliche Heizorgane
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Länge des in den Zwischenraum hineinragenden Endabschnittes
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Filamente
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Heizorgane
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Vorrichtung einen im Wesentlichen kreisrunden Grundriss aufweist.The above explanations serve to explain the inventions as a whole covered by the application, which independently further develop the state of the art, at least by the following combinations of features, namely:
A device characterized in that the heating elements
A device which is characterized by at least a third and / or fourth heating element
A device which is characterized in that all heating elements
A device characterized in that the length of the end portion projecting into the gap
A device characterized in that the filaments
A device characterized in that the heating elements
A device, characterized in that the device has a substantially circular floor plan.
Alle offenbarten Merkmale sind (für sich, aber auch in Kombination untereinander) 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 mit ihren Merkmalen eigenständige erfinderische Weiterbildungen des Standes der Technik, insbesondere um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen.All disclosed features are essential to the invention (individually, but also in combination with one another). 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 with their features independent inventive developments of the prior art, in particular to make on the basis of these claims divisional applications.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Heizelementheating element
- 22
- Heizorganheating means
- 33
- Kontaktelementcontact element
- 44
- Kontaktelementcontact element
- 55
- Kontaktplattecontact plate
- 66
- Kontaktplattecontact plate
- 77
- Endabschnittend
- 88th
- Filamentfilament
- 99
- Filamentträgerfilament supports
- 1010
- CVD-ReaktorCVD reactor
- 1111
- GaseinlassorganGas inlet element
- 1212
- Suszeptorsusceptor
- 1313
- Prozesskammerprocess chamber
- 1414
- Heizeinrichtungheater
- 1515
- Heizeinrichtungheater
- 1616
- Heizeinrichtungheater
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 102007009145 A1 [0003] DE 102007009145 A1 [0003]
- DE 102005056536 A1 [0003] DE 102005056536 A1 [0003]
- DE 102007027704 A1 [0003] DE 102007027704 A1 [0003]
- DE 2630466 A1 [0003] DE 2630466 A1 [0003]
- US 3345498 [0003] US 3345498 [0003]
- US 7573004 [0003] US 7573004 [0003]
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