DE102013219816B4

DE102013219816B4 - Vorrichtung mit Abscheidekammer mit turbulenter Gasführung zur kontinuierlichen Beschichtung von Substraten mittels Gasphasenabscheidung sowie Verfahren zu diesem Zweck unter Verwendung einer solchen Vorrichtung

Info

Publication number: DE102013219816B4
Application number: DE102013219816.7A
Authority: DE
Inventors: Martin Keller; Stefan Reber; Norbert Schillinger; David Pocza; Martin Arnold; Dirk Krogull
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2023-06-22
Anticipated expiration: 2033-10-01
Also published as: DE102013219816A1

Abstract

Vorrichtung zur kontinuierlichen Beschichtung von Substraten mittels Gasphasenabscheidung, enthaltend eine an zwei sich gegenüberliegenden Seiten offene Abscheidekammer mit vier Wänden und zwei beweglichen Substratträgern (1, 2), wobei die Substrate auf den zwei Substratträgern (1, 2) an den offenen Seiten der Abscheidekammer entlang in eine Richtung transportierbar sind und es sich bei den vier Wänden um eine jeweils zur Transportrichtung senkrecht angeordnete stirn- und rückseitige Wand (3, 4) und um zwei sich gegenüberliegende die stirn- und rückseitige Wand (3, 4) miteinander verbindende Seitenwände handelt, sowie mindestens zwei Gaseinlässe (5, 6) und mindestens zwei Gasauslässe (11, 12),dadurch gekennzeichnet,dass die mindestens zwei Gaseinlässe (5, 6) so zueinander angeordnet sind, dass durch die mindestens zwei Gaseinlässe (5, 6) einleitbare Teilströme von Prozessgasen unter Ausbildung einer turbulenten Strömung in der Abscheidekammer aufeinandertreffen, unddass die mindestens zwei Gaseinlässe (5, 6) an zwei sich gegenüberliegenden Wänden der vier Wände der Abscheidekammer angeordnet sind, wobei jeweils zwei der mindestens zwei Gaseinlässe (5, 6) einander gegenüberliegend angeordnet sind, so dass die Teilströme der Prozessgase aufeinandertreffen, sich miteinander vermischen und anschließend in Richtung der Substrate abgelenkt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Beschichtung von Substraten mittels Gasphasenabscheidung. Die Vorrichtung enthält dabei eine an zwei sich gegenüberliegenden Seiten offene Abscheidekammer mit vier Wänden und zwei beweglichen Substratträgern, mindestens zwei Gaseinlässe und mindestens zwei Gasauslässe. Die Substrate sind dabei auf den zwei Substratträgern an den offenen Seiten der Abscheidekammer entlang in eine Richtung transportierbar. Bei den vier Wänden handelt es sich um jeweils eine zur Transportrichtung senkrecht angeordnete stirn- und rückseitige Wand sowie zwei sich gegenüberliegende die stirn- und rückseitige Wand miteinander verbindende Seitenwände. Die mindestens zwei Gaseinlässe sind dabei so zueinander angeordnet, dass durch die mindestens zwei Gaseinlässe einleitbare Teilströme von Prozessgasen unter Ausbildung einer turbulenten Strömung in der Abscheidekammer aufeinandertreffen.
Die chemische Gasphasenabscheidung (CVD) ist eine Abscheidetechnik um funktionelle Schichten aller Art auf unterschiedlichen Substraten herzustellen. Wesentliche Qualitätsmerkmale sind dabei Schichthomogenität, Abscheideraten, Ausnutzungsgrad des Precursorgases bzw. der Precursorgase und spezifische Schichteigenschaften je nach Anwendung. In der Mikroelektronik wird die CVD u.a. genutzt, um abrupte elektrische Übergänge in Halbleitermaterialien herzustellen. Dabei ist die Qualität hinsichtlich Schichthomogenität und Defektfreiheit von herausragender Bedeutung. Daher hat sich eine Abscheidetechnik mit laminaren, sehr kontrollierbaren Strömungen der Prozessgase durchgesetzt. Um die Vorteile der CVD-Technik auch zur Herstellung/Beschichtung von Flächenbauteilen, z.B. für Solarzellen, Glasscheiben oder keramischen Platten nutzen zu können, müssen jedoch die Kosten des Verfahrens gesenkt werden, unter Erreichung der erforderlichen Qualitätsmerkmale. Mit den ConCVD- und Pro-ConCVD-Anlagen wurden daher CVD-Anlagen entwickelt, welche eine kontinuierliche Abscheidung ermöglichen und somit die erforderlichen Mengen in ausreichend guter Qualität produzieren können.
In den bestehenden Atmosphärendruck-CVD-Anlagen (APCVD-Anlagen) werden die Precursoren reaktionsfertig gemischt auf einer Seite in die Reaktionskammer eingelassen und auf der gegenüberliegenden Seite die verbrauchten Gase abgesaugt. Generell werden hierbei die Gasflüsse und Einlassdüsen so ausgelegt, dass der Gasstrom parallel zu der Waferoberfläche geführt wird und in weiten Bereichen der Abscheidekammern laminar ist. Eine solche Ausführung wird z.B. in EP 1 929 066 B1 und US 4 664 951 A1 beschrieben.
In 1 erkennt man den Aufbau einer solchen Reaktionskammer. Prozessgase werden von links durch Gaseinlässe eingeströmt und rechts durch mit Pumpen verbundene Gasauslässe abgesaugt. Vorteil eines derartigen Aufbaus ist prinzipiell die damit mögliche sehr hohe Schichtqualität, insbesondere bei epitaktischen Siliciumschichten, sowie die sehr gute Kontrollierbarkeit der Gasströmung.
Damit die Precursoren an die Substratoberfläche gelangen, ist eine relativ lange Einströmstrecke zum Stabilisieren und Ausdehnen des laminaren Gasstroms notwendig, wodurch die für hohe Schichtqualitäten nutzbare „effektive“ Länge in der Kammerlänge deutlich verkürzt wird, und die Produktivität der Anlage sinkt. Dieser Effekt zeigt sich bei einer sehr kurzen Kammer deutlicher als in längeren Kammern.
In CVD-Anlagen mit kontinuierlichem Vorschub der zu beschichtenden Substrate wie z.B. der ConCVD und ProConCVD, aber auch anderen Anlagen wie z.B. der „5500 Series Atmospheric Pressure CVD System (APCVD)“ der Fa. Schmid/Sierratherm oder der APCVD-Serie der Fa. Watkins Johnson müssen die zu beschichtenden Wafer stetig an der Reaktionskammer entlang oder durch die Reaktionskammer durchgeführt werden. Zur Strömungsbegrenzung sind Gasduschen notwendig, die die Reaktionsgase durch Bildung von Inertgasströmungen parallel zur Substratoberfläche im Innern der Kammer halten. Diese Inertgasströmungen können dazu führen, dass kaum reaktive Gase auf die Oberfläche der Substrate gelangen, und daher fast keine Abscheidung stattfindet. Der größte Teil der Precursorgase wird in diesem Fall ungenutzt wieder abgesaugt. Diese Effekte senken sowohl die Produktivität als auch die Wirtschaftlichkeit der Anlage.
Für eine hohe Dickenhomogenität über die Abscheidefläche müssen alle Oberflächenteile gleichmäßig mit Precursoren versorgt werden, insbesondere bei Abscheidebedingungen im sogenannten Massentransport-limitierten Bereich, wie sie z.B. bei der Schichtabscheidung/Epitaxie beispielsweise für kristalline Silicium-Dünsschicht-Solarzellen vorhanden sind. Bei laminaren Strömungen ist dies sehr anspruchsvoll und nur unter perfekt abgestimmten Bedingungen zwischen Gasmenge, Geometrie und Temperatur zu erreichen. Insbesondere bei sehr kurzen Kammern konnte eine solche gleichmäßige Verteilung bisher nicht erreicht werden. Die Homogenität negativ beeinflussende Effekte können jedoch auch in langen Abscheidekammern auftreten, z.B. durch die Strömung lokal verlangsamende Friktion an den Kammerwänden.
Eine Alternative zu der eben beschriebenen Gasführung ist in EP 1 924 724 A1 beschrieben. Hier wird das Gas quer zur Transportrichtung eingeströmt, in mehreren sequentiellen und parallelen Kammern. Auch hier wird von laminaren Strömungen ausgegangen. Es müssen zwar vom Precursorgas keine Inertgasströmungen durchbrochen werden, aber auch hier werden relativ lange Einströmwege benötigt. Zudem bildet sich bei dieser Einlassgeometrie, wie auch bei den anderen „typischen“ Geometrien bei APCVD-Anlagen, mit länger werdender Kammer eine sogenannte Kernströmung aus. Aus dieser Kernströmung müssen fast unverbrauchte Prozessgase zur Substratoberfläche diffundieren, was ein vergleichsweise langsamer Prozess ist, der nur eine relativ schlechte Ausnutzung der Prozessgase erlaubt.
Weitere gatttungsgemäße Vorrichtungen und Verfahren sind in den Druckschriften US 5 364 481 A , US 2002 / 0 069 826 A1 , US 4 601 260 A , EP 0 365 239 A1 und DE 38 74 746 T2 beschrieben.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es demnach Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Beschichtung der Oberfläche von Substraten mittels kontinuierlicher Gasphasenabscheidung bereitzustellen, mit der trotz geringer Abscheidekammerlänge hohe Precursorausbeuten, Abscheideraten und sehr gute Schichthomogenitäten erzielt werden können.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Patentanspruch 8 beschreibt ein Verfahren zur kontinuierlichen Beschichtung von Substraten mittels chemischer Gasphasenabscheidung unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und Patentanspruch 16 beschreibt Verwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Vorrichtungen. Die abhängigen Patentansprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen dar.
Erfindungsgemäß wird somit eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Beschichtung der Oberfläche von Substraten mittels Gasphasenabscheidung bereitgestellt. Die Vorrichtung enthält dabei eine an zwei sich gegenüberliegenden Seiten offene Abscheidekammer mit vier Wänden und zwei beweglichen Substratträgern, mindestens zwei Gaseinlässe und mindestens zwei Gasauslässe. Die Substrate sind dabei auf den zwei Substratträgern an den offenen Seiten der Abscheidekammer entlang in eine Richtung transportierbar. Bei den vier Wänden handelt es sich um jeweils eine zur Transportrichtung senkrecht angeordnete stirn- und rückseitige Wand sowie zwei sich gegenüberliegende die stirn- und rückseitige Wand miteinander verbindende Seitenwände. Die mindestens zwei Gaseinlässe sind dabei so zueinander angeordnet, dass durch die mindestens zwei Gaseinlässe einleitbare Teilströme von Prozessgasen unter Ausbildung einer turbulenten Strömung in der Abscheidekammer aufeinandertreffen.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Gaseinlässe so zueinander angeordnet sind, dass es zu einem Aufeinandertreffen der eingeleiteten Gasströme abseits der Gaseinlässe kommt. Dies führt zu einer Erzeugung turbulenter Strömungen. Im Fall unterschiedlicher Gaszusammensetzungen der Teilströme vermischen sich die Gase und das reaktive Gasgemisch bewegt sich konvektiv turbulent auf die Oberfläche der Substrate zu. Dies führt letztlich zu einer hohen Precursorausbeute und Abscheiderate trotz geringer Abscheidekammerlänge.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass durch die Verwendung der beanspruchten Vorrichtung gleich mehrere Vorteile gegenüber den Ausführungen des bisherigen Stands der Technik erzielt werden können.
So kann durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine bessere Durchmischung der Precursorgase erzielt werden. Dies führt letztlich zu einer hohen Precursorausbeute, aber auch zu einer besonders homogenen Abscheidung und außerdem zu einer hohen Abscheiderate.
Entscheidend dabei ist, dass diese Vorteile trotz einer geringen Abscheidekammerlänge erzielt werden können.
Erfindungsgemäß sind die mindestens zwei Gaseinlässe an zwei sich gegenüberliegenden Wänden der vier Wände der Abscheidekammer angeordnet. Die Gaseinlässe sind also entweder an der stirn- und rückseitigen Wand oder an den Seitenwänden angeordnet. Außerdem sind erfindungsgemäß jeweils zwei der mindestens zwei Gaseinlässe einander gegenüberliegend angeordnet, so dass die Teilströme der Prozessgase aufeinandertreffen, sich miteinander vermischen und anschließend in Richtung der Substrate abgelenkt werden.
Es ist bevorzugt, dass jeweils ein Gaseinlass der mindestens zwei Gaseinlässe an der vorder- und rückseitigen Wand angeordnet ist oder jeweils mindestens zwei Gaseinlässe der mindestens zwei Gaseinlässe an den zwei Seitenwänden angeordnet sind. Die zuerst genannte Möglichkeit der Ausführungsform enthält demnach ein Paar von sich gegenüberliegenden Gaseinlässen. Eine solche Abscheidekammer wird auch als Einfachkammer bezeichnet. Die zuletzt genannte Möglichkeit der Ausführungsform enthält demnach mindestens zwei Paare von sich gegenüberliegenden Gaseinlässen. Eine solche Abscheidekammer wird auch als Mehrfachkammer bezeichnet.
Bevorzugt enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung zusätzlich mindestens zwei Spülgaseinlässe zur Einleitung mindestens eines Spülgases in die Abscheidekammer. Diese mindestens zwei Spülgaseinlässe sind bevorzugt so angeordnet, dass das mindestens eine Spülgas entlang der Substrate strömt. Es verhindert dabei ein nicht durch die mindestens zwei Gasauslässe erfolgendes Austreten von Gasen aus der Abscheidekammer. Als das mindestens eine Spülgas wird bevorzugt Argon oder Stickstoff eingesetzt. Bei den mindestens zwei Spülgaseinlässen kann es sich um Inertgasduschen handeln.
In dieser Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders wirkungsvoll. Im bisherigen Stand der Technik wurde durch die Inertgasduschen die Diffusion der Prozessgase auf die Oberflächen der Substrate noch weiter reduziert oder sogar ganz unterbunden, wodurch fast keine Abscheidung stattfand. Durch Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann diesem Effekt deutlich entgegengewirkt werden. Durch das Aufeinandertreffen der eingeleiteten Gasströme und die dadurch entstehenden turbulenten Strömungen weicht das reaktive Gasgemisch nach außen auf die Oberfläche der Substrate aus. So wird ein „Inertgasvorhang“ über der Substratoberfläche, der durch die Inertgasduschen gebildet wird, nicht nur durch Diffusion sondern durch aktive erzwungene Konvektion durchbrochen. Durch die höhere Geschwindigkeit an der Substratoberfläche wird zudem die diffusive Grenzschicht abgedünnt, was die Abscheiderate erhöht.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die mindestens zwei Gasauslässe jeweils mit einer Pumpe zur Absaugung der Gase aus der Abscheidekammer verbunden sind.
Weiterhin ist bevorzugt, dass die mindestens zwei Gasauslässe zwischen den Substraten und den mindestens zwei Gaseinlässen angeordnet ist.
Sind die mindestens zwei Gasauslässe zwischen den Substraten und den mindestens zwei Gaseinlässen angeordnet und sind die mindestens zwei Gasauslässe jeweils mit einer Pumpe zur Absaugung der Gase aus der Abscheidekammer verbunden, kann so ebenfalls eine erhebliche Abschwächung des „Inertgasvorhangs“ erreicht werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der Abstand zwischen der stirn- und rückseitigen Wand oder der Abstand zwischen den Seitenwänden 10 bis 10000 mm, bevorzugt 100 bis 1000 mm, beträgt. Trotz einer so geringen Kammerlänge können aufgrund der turbulenten Gasführung eine sehr gute Precursorausbeute, eine sehr homogene Abscheidung und eine hohe Abscheiderate erzielt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird bevorzugt zur kontinuierlichen Beschichtung mittels Gasphasenabscheidung von Silicium, Siliciumcarbid oder Siliciumoxid eingesetzt.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch ein Verfahren zur kontinuierlichen Beschichtung von Substraten mittels chemischer Gasphasenabscheidung unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Hierbei werden die Substrate auf den zwei Substratträgern an den offenen Seiten der Abscheidekammer entlang transportiert und Teilströme von Prozessgasen in die Abscheidekammer eingeleitet. Dabei treffen die Teilströme der Prozessgase unter Erzeugung turbulenter Strömungen aufeinander.
In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens vermischen sich die Teilströme der Prozessgase beim Aufeinandertreffen miteinander und treffen anschließend während dem Transport der Substrate teilweise auf die Substrate.
In einer weiteren bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens enthalten die Prozessgase mindestens einen Precursor, der auf den Substraten abgeschieden werden kann.
Weiterhin ist bevorzugt, dass es sich bei den Prozessgasen um Silane, Chlorsilane, Dotierstoffe und Wasserstoff handelt.
In einer weiteren bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die mindestens zwei Gaseinlässe an zwei sich gegenüberliegenden Wänden der vier Wände der Abscheidekammer angeordnet, wobei jeweils zwei der mindestens zwei Gaseinlässe einander gegenüberliegend angeordnet sind. Dabei wird durch einen dieser jeweils zwei der mindestens zwei Gaseinlässe ein Teilstrom von Wasserstoff und durch den anderen dieser jeweils zwei der mindestens zwei Gaseinlässe ein Teilstrom von Silanen und Dotiergas in die Abscheidekammer eingeleitet.
In einer weiteren bevorzugten Variante des Verfahrens enthält die Vorrichtung zusätzlich mindestens zwei Spülgaseinlässe zur Einleitung mindestens eines Spülgases in die Abscheidekammer und es wird während des gesamten Verfahrens mindestens ein Spülgas durch die mindestens zwei Spülgaseinlässe in die Abscheidekammer eingeleitet. Dabei strömt das mindestens eine Spülgas entlang der Substrate. Das Strömen des mindestens einen Spülgases entlang der Substrate wird durch die spezielle Anordnung der mindestens zwei Gaseinlässe für mindestens ein Spülgas erreicht. Das Spülgas verhindert dabei ein nicht durch die mindestens zwei Gasauslässe erfolgendes Austreten von Gasen aus der Abscheidekammer. Als das mindestens eine Spülgas wird bevorzugt Argon oder Stickstoff eingesetzt. Bei den mindestens zwei Spülgaseinlässen kann es sich um Inertgasduschen handeln.
In dieser Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders wirkungsvoll. Im bisherigen Stand der Technik wurde durch die Inertgasduschen die Diffusion der Prozessgase auf die Oberflächen der Substrate noch weiter reduziert oder sogar ganz unterbunden, wodurch fast keine Abscheidung stattfand. Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann diesem Effekt deutlich entgegengewirkt werden. Durch das Aufeinandertreffen der eingeleiteten Gasströme und die dadurch entstehenden turbulenten Strömungen weicht das reaktive Gasgemisch nach außen auf die Oberfläche der Substrate aus. So wird ein „Inertgasvorhang“ über der Substratoberfläche, der durch die Inertgasduschen gebildet wird, nicht nur durch Diffusion sondern durch aktive erzwungene Konvektion durchbrochen. Durch die höhere Geschwindigkeit an der Substratoberfläche wird zudem die diffusive Grenzschicht abgedünnt, was die Abscheiderate erhöht.
Bei einer weiteren bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt die Abscheiderate an der Stelle der Substrate, an der die Prozessgase aufprallen mindestens 0,5 µm/min.
In einer weiteren bevorzugten Variante enthalten die Prozessgase mindestens einen Precursor, wobei während des Verfahrens mindestens 20% des mindestens einen Precursors auf den Substraten abgeschieden werden.
Die vorliegende Erfindung umfasst ebenfalls die Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und/oder eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer CVD-Anlage, bevorzugt einer Durchlauf-CVD-, ConCVD- oder ProConCVD-Anlage.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren sowie Beispiele näher erläutert ohne die Erfindung auf die speziell dargestellten Parameter zu beschränken.
1 zeigt die Draufsicht einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Beschichtung von Substraten mittels Gasphasenabscheidung nach dem bisherigen Stand der Technik, die eine laminare Gasführung verwendet. Diese enthält eine an zwei sich gegenüberliegenden Seiten offene Abscheidekammer mit vier Wänden und zwei beweglichen Substratträgern 1 und 2, wobei die Substrate auf den zwei Substratträgern an den offenen Seiten der Abscheidekammer entlang in eine Richtung transportierbar sind. Die Transportrichtung wird mit dem durchgehenden Pfeil angegeben. Bei den vier Wänden handelt es sich um eine jeweils zur Transportrichtung senkrecht angeordnete stirnseitige Wand 3 und rückseitige Wand 4 sowie um zwei sich gegenüberliegende die stirnseitige Wand 3 und rückseitige Wand 4 miteinander verbindende Seitenwände. Die Seitenwände sind in 1 nicht dargestellt, da sie parallel zur Zeichenebene liegen. Ferner enthält die Vorrichtung zwei Gaseinlässe 15 und 16 für Prozessgase, vier Spülgaseinlässe 7, 8, 9 und 10 sowie zwei Gasauslässe 17 und 18, wobei die Gasauslässe 17 und 18 direkt gegenüber den Gaseinlässen 15 und 16 angeordnet sind und jeweils mit einer Pumpe zur Absaugung von Gasen aus der Abscheidekammer verbunden sind. Die jeweilige Strömungsrichtung der in die Abscheidekammer einleitbaren Prozessgase und Spülgase ist mit gestrichelten Linien dargestellt.
Werden nun Teilströme von Prozessgasen über die Gaseinlässe 15 und 16 in die Abscheidekammer eingeleitet, so strömen diese parallel zur Transportrichtung der Substrate durch die Abscheidekammer direkt auf die gegenüberliegenden Gasauslässe 17 und 18 zu. Durch Diffusion treffen Teile der Prozessgase auf die Substrate. Über die Spülgaseinlässe 7, 8, 9 und 10 wird zusätzlich ein Spülgas in die Abscheidekammer eingeleitet, das parallel zu den Substraten strömt und ein nicht durch die zwei Gasauslässe 17 und 18 erfolgendes Austreten von Gasen aus der Abscheidekammer verhindern soll. Dadurch bildet sich eine Art „Spülgasvorhang“ vor den Substraten, der dazu führt, dass nur ein sehr geringer Teil der Prozessgase auf die Substrate trifft. Der Großteil der Prozessgase wird somit unverbraucht von den Pumpen über die Gasauslässe 17 und 18 aus der Abscheidekammer abgezogen.
2 zeigt die Draufsicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur kontinuierlichen Beschichtung von Substraten mittels Gasphasenabscheidung. Diese enthält eine an zwei sich gegenüberliegenden Seiten offene Abscheidekammer mit vier Wänden und zwei beweglichen Substratträgern 1 und 2, wobei die Substrate auf den zwei Substratträgern an den offenen Seiten der Abscheidekammer entlang in eine Richtung transportierbar sind. Die Transportrichtung wird mit dem durchgehenden Pfeil angegeben. Bei den vier Wänden handelt es sich um eine jeweils zur Transportrichtung senkrecht angeordnete stirnseitige Wand 3 und rückseitige Wand 4 sowie um zwei sich gegenüberliegende die stirnseitige Wand 3 und rückseitige Wand 4 miteinander verbindende Seitenwände. Die Seitenwände sind in 2 nicht dargestellt, da sie parallel zur Zeichenebene liegen. Ferner enthält die Vorrichtung zwei Gaseinlässe 5 und 6 für Prozessgase, vier Spülgaseinlässe 7, 8, 9 und 10 sowie vier Gasauslässe 11, 12, 13 und 14. Die Gasauslässe 11, 12, 13 und 14 sind dabei jeweils mit einer Pumpe zur Absaugung von Gasen aus der Abscheidekammer verbunden. Die Gaseinlässe 5 und 6 sind direkt einander gegenüber angeordnet. Die jeweilige Strömungsrichtung der in die Abscheidekammer einleitbaren Prozessgase und Spülgase ist mit gestrichelten Linien dargestellt.
Werden nun Teilströme von Prozessgasen über die Gaseinlässe 5 und 6 in die Abscheidekammer eingeleitet, so strömen diese zunächst parallel zur Transportrichtung der Substrate und treffen anschließend direkt aufeinander, wobei es zur Erzeugung turbulenter Strömungen kommt. Werden über Gaseinlass 5 und Gaseinlass 6 verschiedene Prozessgase eingeleitet, vermischen sich diese beim Aufeinandertreffen der Teilströme. Anschließend werden die Teilströme der Prozessgase in Richtung der Substrate abgelenkt. Über die Spülgaseinlässe 7, 8, 9 und 10 wird zusätzlich ein Spülgas in die Abscheidekammer eingeleitet, das parallel zu den Substraten strömt und ein nicht durch die vier Gasauslässe 11, 12, 13 und 14 erfolgendes Austreten von Gasen aus der Abscheidekammer verhindern soll. Wie bei der in 1 beschriebenen Vorrichtung aus dem Stand der Technik bildet sich auch hier eine Art „Spülgasvorhang“ vor den Substraten aus. Im Gegensatz zu der in 1 beschriebenen Vorrichtung kann bei der in 2 beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung dieser „Spülgasvorhang“ allerdings von den Teilströmen der Prozessgase leichter durchbrochen werden, da durch das direkte Aufeinandertreffen der Teilströme der Prozessgase und der folglich entstehenden turbulenten Strömungen die Teilströme der Prozessgase in Richtung der Substrate gelenkt werden und damit die „Spülgasvorhänge“ nicht nur durch Diffusion sondern durch aktive erzwungene Konvektion durchbrochen werden. Dies hat letztlich zur Folge, dass bei der in 2 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung ein deutlich größerer Teil der in die Abscheidekammer eingeleiteten Prozessgase auf die Substrate trifft als bei der in 1 dargestellten Vorrichtung aus dem Stand der Technik. Aus diesem Grund können bei Verwendung der in 2 dargestellten Vorrichtung eine höhere Precursorausbeute und eine höhere Abscheiderate erzielt werden als bei Verwendung der in 1 dargestellten Vorrichtung.

Claims

Vorrichtung zur kontinuierlichen Beschichtung von Substraten mittels Gasphasenabscheidung, enthaltend eine an zwei sich gegenüberliegenden Seiten offene Abscheidekammer mit vier Wänden und zwei beweglichen Substratträgern (1, 2), wobei die Substrate auf den zwei Substratträgern (1, 2) an den offenen Seiten der Abscheidekammer entlang in eine Richtung transportierbar sind und es sich bei den vier Wänden um eine jeweils zur Transportrichtung senkrecht angeordnete stirn- und rückseitige Wand (3, 4) und um zwei sich gegenüberliegende die stirn- und rückseitige Wand (3, 4) miteinander verbindende Seitenwände handelt, sowie mindestens zwei Gaseinlässe (5, 6) und mindestens zwei Gasauslässe (11, 12), dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Gaseinlässe (5, 6) so zueinander angeordnet sind, dass durch die mindestens zwei Gaseinlässe (5, 6) einleitbare Teilströme von Prozessgasen unter Ausbildung einer turbulenten Strömung in der Abscheidekammer aufeinandertreffen, und dass die mindestens zwei Gaseinlässe (5, 6) an zwei sich gegenüberliegenden Wänden der vier Wände der Abscheidekammer angeordnet sind, wobei jeweils zwei der mindestens zwei Gaseinlässe (5, 6) einander gegenüberliegend angeordnet sind, so dass die Teilströme der Prozessgase aufeinandertreffen, sich miteinander vermischen und anschließend in Richtung der Substrate abgelenkt werden.
Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Gaseinlass der mindestens zwei Gaseinlässe (5, 6) an der stirnseitigen Wand (3) und rückseitigen Wand (4) angeordnet ist oder jeweils mindestens zwei Gaseinlässe der mindestens zwei Gaseinlässe (5, 6) an den zwei Seitenwänden angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zusätzlich mindestens zwei Spülgaseinlässe (7, 8) zur Einleitung mindestens eines Spülgases in die Abscheidekammer enthält, wobei die mindestens zwei Spülgaseinlässe (7, 8) bevorzugt so angeordnet sind, dass das mindestens eine Spülgas entlang der Substrate strömt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Gasauslässe (11, 12) jeweils mit einer Pumpe zur Absaugung von Gasen aus der Abscheidekammer verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Gasauslässe (11, 12) zwischen den Substraten und den mindestens zwei Gaseinlässen (7, 8) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der stirn- und rückseitigen Wand (3, 4) oder der Abstand zwischen den Seitenwänden 10 bis 10000 mm, bevorzugt 100 bis 1000 mm, beträgt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur kontinuierlichen Beschichtung von Silicium, Siliciumcarbid oder Siliciumoxid.
Verfahren zur kontinuierlichen Beschichtung von Substraten mittels chemischer Gasphasenabscheidung unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-7, wobei die Substrate auf den zwei Substratträgern (1, 2) an den offenen Seiten der Abscheidekammer entlang transportiert werden, Teilströme von Prozessgasen durch die mindestens zwei Gaseinlässe (5, 6) in die Abscheidekammer eingeleitet werden und unter Erzeugung turbulenter Strömungen aufeinandertreffen.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Teilströme der Prozessgase beim Aufeinandertreffen miteinander vermischen und anschließend während des Transports der Substrate teilweise auf die Substrate treffen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8-9, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessgase mindestens einen Precursor enthalten, der auf den Substraten abgeschieden werden kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8-10, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Prozessgasen um Silane, Chlorsilane, Dotiergas und Wasserstoff handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8-11, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Gaseinlässe (5, 6) an zwei sich gegenüberliegenden Wänden der vier Wände der Abscheidekammer angeordnet sind, wobei jeweils zwei der mindestens zwei Gaseinlässe (5, 6) einander gegenüberliegend angeordnet sind und dabei durch einen dieser jeweils zwei der mindestens zwei Gaseinlässe (5, 6) ein Teilstrom von Wasserstoff und durch den anderen dieser jeweils zwei der mindestens zwei Gaseinlässe (5, 6) ein Teilstrom von Silanen und Dotiergas in die Abscheidekammer eingeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8-12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zusätzlich mindestens zwei Spülgaseinlässe zur Einleitung mindestens eines Spülgases in die Abscheidekammer enthält und während des gesamten Verfahrens mindestens ein Spülgas, bevorzugt Argon oder Stickstoff, durch die mindestens zwei Spülgaseinlässe in die Abscheidekammer eingeleitet wird, wobei das mindestens eine Spülgas entlang der Substrate strömt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8-13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheiderate auf jedem der Substrate mindestens 0,5 µm/min beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8-14, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessgase mindestens einen Precursor enthalten, wobei während des Verfahrens mindestens 20% des mindestens einen Precursors auf den Substraten abgeschieden werden.
Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-7 und/oder eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 8-15 in einer CVD-Anlage, bevorzugt einer Durchlauf-CVD-, ConCVD- oder ProConCVD-Anlage.