DE102015101343A1

DE102015101343A1 - CVD reactor with three-dimensionally structured process chamber ceiling

Info

Publication number: DE102015101343A1
Application number: DE102015101343.6A
Authority: DE
Inventors: Mario Wilhelm Angelo Kessel; Olaf Rockenfeller
Original assignee: Aixtron SE
Current assignee: Aixtron SE
Priority date: 2015-01-29
Filing date: 2015-01-29
Publication date: 2016-08-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beschichten von Substraten, wobei durch eine Gaszuführung Prozessgase in eine Prozesskammer eines CVD-Reaktors gebracht werden, die sich auf dem darin angeordneten und von einer Heizeinrichtung beheizten Substrat und auf Oberflächen von Komponenten (10) der Prozesskammer pyrolytisch zerlegen und eine Beschichtung der Oberfläche bilden, wobei mindestens eine Oberfläche einer Komponente (10) durch räumliche Strukturierungselemente (11, 12) gebildete Teilflächen aufweist. Erfindungsgemäß unterteilen die Strukturierungselemente (12) die Oberfläche in eine Vielzahl von in einer gemeinsamen Ebene liegende Teilflächen (11) und sind Gräben oder Rippen.The invention relates to a device for coating substrates, are brought by a gas supply process gases in a process chamber of a CVD reactor, which pyrolytically decomposed on the therein and heated by a heater substrate and surfaces of components (10) of the process chamber form a coating of the surface, wherein at least one surface of a component (10) by spatial structuring elements (11, 12) formed part surfaces. According to the invention, the structuring elements (12) divide the surface into a multiplicity of partial surfaces (11) lying in a common plane and are trenches or ribs.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Beschichten von Substraten sowie eine in einer derartigen Vorrichtung verwendbare Komponente.The invention relates to a device and a method for coating substrates as well as a component which can be used in such a device.

Derartige Verfahren bzw. Vorrichtungen sind beispielsweise aus den DE 10 2005 056 320 A1 und DE 10 2008 055 582 A1 vorbekannt. Die dort beschriebenen Vorrichtungen besitzen eine rotationssymmetrische Gestalt. Im Zentrum einer in einem Reaktorgehäuse angeordneten Prozesskammer sitzt ein Gaseinlassorgan, das eine Gaszuführung ausbildet. Durch diese Gaszuführung werden Prozessgase in die Prozesskammer gebracht.Such methods or devices are for example from the DE 10 2005 056 320 A1 and DE 10 2008 055 582 A1 previously known. The devices described therein have a rotationally symmetrical shape. In the center of a process chamber arranged in a reactor housing sits a gas inlet member which forms a gas supply. Through this gas supply process gases are brought into the process chamber.

Die DE 10 2009 043 840 A1 beschreibt ebenfalls eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung eines gattungsgemäßen Verfahrens, bei dem die Gaszuführung durch ein duschkopfartiges Gaseinlassorgan erfolgt. Der sogenannte ”shower head” erstreckt sich über die gesamte Flächenerstreckung der Prozesskammer, die ebenfalls eine Rotationssymmetrie besitzt.The DE 10 2009 043 840 A1 also describes a generic device for carrying out a generic method, wherein the gas supply is effected by a shower head-like gas inlet member. The so-called "shower head" extends over the entire surface extension of the process chamber, which also has a rotational symmetry.

Die US 2014/0230722 A1 beschreibt einen CVD-Reaktor mit einer Schirmplatte, die die Decke einer Prozesskammer ausbildet. Die zur Prozesskammer weisende Oberfläche der Schildplatte besitzt eine im Querschnitt zick-zack-förmige räumliche Strukturierung. An den schräg zueinander verlaufenden Teilflächen kann sich eine parasitäre Beschichtung ausbilden.The US 2014/0230722 A1 describes a CVD reactor with a shield plate forming the ceiling of a process chamber. The pointing to the process chamber surface of the shield plate has a zig-zag in cross-section spatial structuring. At the obliquely extending partial surfaces, a parasitic coating can form.

Bei dem bekannten Verfahren wird durch die Gaszuführung ein aus einer metallorganischen Komponente und einem Hydrid bestehendes Prozessgas von einem Trägergas in die Prozesskammer gebracht. Die metallorganische Komponente enthält ein Element der III-Hauptgruppe, beispielsweise Ga, In oder Al. Das Hydrid enthält ein Element der V-Hauptgruppe, beispielsweise N, P, As. Das Trägergas ist Wasserstoff. Die Substrate liegen auf einem Suszeptor auf, der den Boden der Prozesskammer ausbildet. Der Suszeptor wird von unten her mit einer Heizeinrichtung beheizt, so dass die Oberflächen der auf dem Suszeptor aufliegenden Substrate eine Depositionstemperatur erreichen, bei der sich die Prozessgase pyrolytisch zerlegen und auf der Oberfläche eine Beschichtung abscheiden.In the known method, a gas consisting of an organometallic component and a hydride process gas is brought from a carrier gas in the process chamber by the gas supply. The organometallic component contains an element of the III main group, for example Ga, In or Al. The hydride contains an element of the V main group, for example N, P, As. The carrier gas is hydrogen. The substrates rest on a susceptor which forms the bottom of the process chamber. The susceptor is heated from below with a heating device, so that the surfaces of the substrates resting on the susceptor reach a deposition temperature at which the process gases decompose pyrolytically and deposit a coating on the surface.

In der Prozesskammer gibt es Komponenten, die eine dem Prozessgas ausgesetzte Oberfläche aufweisen. Eine derartige Komponente kann beispielsweise die Prozesskammerdecke sein, die Gasaustrittfläche des shower heads, der Boden der Prozesskammer oder ein Gasauslasselement, welches ringförmig die Prozesskammer umgibt. Darüber hinaus können anderweitige Komponenten innerhalb der Prozesskammer angeordnet sein. Die mindestens eine Komponente besitzt eine Oberfläche, die dem Prozessgas ausgesetzt ist. Die Oberfläche kann darüber hinaus auch eine erhöhte Temperatur aufweisen. Während des Abscheideprozesses belegt sich die Oberfläche der Komponente mit einer Beschichtung. Vor jedem Abscheidezyklus wird die Prozesskammer von einer Be- und Entladetemperatur auf eine Prozesstemperatur aufgeheizt. Nach dem Beschichtungsprozess wird die Prozesskammer wieder auf eine Be- und Entladetemperatur abgekühlt. Dabei erwärmt sich die Temperatur der Oberfläche der Komponente um mehrere hundert Grad bzw. kühlt sich um mehrere hundert Grad ab. Die Komponente besteht üblicherweise aus Kohlenstoff oder aus Molybdän, sie kann aber auch aus einem keramischen Werkstoff oder aus Quarz bestehen. Diese Oberflächen werden während der Beschichtungsschritte mit parasitären Belegungen beschichtet. Aufgrund einer Verschiedenheit des Wärmeausdehnungskoeffizienten der Schicht und der die Oberfläche bildenden Komponente kommt es beim Aufheizen bzw. Abkühlen zu Scherspannungen zwischen der parasitären Beschichtung und der sie tragenden Oberfläche der Komponente. Dies hat insbesondere nach mehreren Prozessschritten, bei denen die Beschichtung eine vergleichsweise große Schichtdicke erreicht hat, die Folge, dass Abschnitte der Beschichtung abscheren oder abblättern. Die dabei erfolgte Partikelbildung führt zu Ausschüssen bei den beschichteten Substraten, wenn die Partikel sich auf einem der Substrate niederschlagen.In the process chamber there are components which have a surface exposed to the process gas. Such a component can be, for example, the process chamber ceiling, the gas outlet surface of the shower head, the bottom of the process chamber or a gas outlet element which surrounds the process chamber in a ring shape. In addition, other components may be disposed within the process chamber. The at least one component has a surface that is exposed to the process gas. In addition, the surface may also have an elevated temperature. During the deposition process, the surface of the component becomes covered with a coating. Before each deposition cycle, the process chamber is heated from a loading and unloading temperature to a process temperature. After the coating process, the process chamber is cooled again to a loading and unloading temperature. The temperature of the surface of the component heats up by several hundred degrees or cools by several hundred degrees. The component usually consists of carbon or of molybdenum, but it can also consist of a ceramic material or of quartz. These surfaces are coated with parasitic coatings during the coating steps. Due to a difference in the coefficient of thermal expansion of the layer and the component forming the surface, during the heating or cooling, shear stresses occur between the parasitic coating and the surface of the component carrying it. This has the consequence, in particular after several process steps in which the coating has reached a comparatively large layer thickness, that sections of the coating shear or peel off. The resulting particle formation leads to committees in the coated substrates when the particles precipitate on one of the substrates.

Derartige parasitäre Belegungen bilden sich insbesondere an der Prozesskammerdecke bzw. der Gasaustrittsfläche eines „shower heads”. Diese Komponenten bestehen üblicherweise aus Graphit. Die Rückseite dieser Komponente besitzt eine von der den Prozessgasen exponierten Oberfläche abgewandte Fläche, die beschichtet ist. Diese Rückseite ist pyrolytisch beschichtet, damit das poröse Graphit gasdicht ist.Such parasitic coatings are formed, in particular, on the process chamber ceiling or the gas outlet surface of a "shower head". These components usually consist of graphite. The back side of this component has an area facing away from the surface exposed to the process gases, which is coated. This reverse side is pyrolytically coated so that the porous graphite is gas-tight.

Zum Stand der Technik gehört ferner die in der US 6,132,566 beschriebene Vorrichtung mit einer strukturierten Oberfläche und die US 2013/0003785A1 , die sich mit der Strukturierung von Substraten befasst, um während eines Schichtabscheideprozesses dort eine Scherspannung zu vermeiden.The state of the art further includes in the US 6,132,566 described device with a structured surface and the US 2013 / 0003785A1 , which deals with the structuring of substrates to avoid a shear stress during a Schichtabscheideprozesses there.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anzahl der Reinigungszyklen bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung zu vermindern.The invention has for its object to reduce the number of cleaning cycles in a generic device.

Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung, wobei jeder Anspruch grundsätzlich eine eigenständige Lösung der Aufgabe darstellt.The object is achieved by the invention specified in the claims, each claim is basically an independent solution to the problem.

Zunächst und im Wesentlichen wird eine besondere Strukturierung der dem Prozessgas ausgesetzten Oberfläche der Komponente vorgeschlagen. Die Oberfläche bekommt erfindungsgemäß eine räumliche Strukturierung, mit der verhindert wird, dass die Beschichtung durch die beim Abkühlen oder Aufheizen auftretenden Scherspannungen zwischen Beschichtung und Oberfläche abschert. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden durch eine Gaszuführung Prozessgase in die Prozesskammer gebracht. In der Prozesskammer befinden sich Substrate, die von einer Heizeinrichtung auf eine Depositionstemperatur beheizt werden. In der Prozesskammer befinden sich weitere Komponenten, die Oberflächen aufweisen, die dem in die Prozesskammer eingespeisten Prozessgas ausgesetzt sind und die beim Durchführen des Abscheideprozesses auf eine erhöhte Temperatur aufgeheizt werden und die sich nach dem Abscheideprozess wieder abkühlen. Durch eine pyrolytische Oberflächenreaktion werden die Oberflächen der Substrate und die Oberfläche der Komponente mit einer Beschichtung beschichtet, wobei der Temperaturausdehnungskoeffizient der auf der Oberfläche der Komponente abgeschiedenen Beschichtung ein anderer ist als der Temperaturausdehnungskoeffizient der die Oberfläche ausbildenden Komponente. Erfindungsgemäß ist die Oberfläche dieser Komponente derart räumlich strukturiert, dass die Beschichtung durch die beim Abkühlen und Aufheizen auftretenden Scherspannungen zwischen Beschichtung und Oberfläche nicht abschert. Es ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Oberfläche einer Komponente aufweist, die durch Strukturelemente in Teilflächen unterteilt ist. Die sich durch die Strukturelemente gebildeten Teilflächen liegen in einer gemeinsamen Ebene. Die Strukturelemente können Gräben oder Rippen sein, mit denen die Teilflächen von benachbarten Teilflächen getrennt sind. Die Teilflächen können rechteckige Formen oder runde Formen aufweisen. Sie können schachbrettartig oder hexagonal angeordnet sein. Die Teilflächen sind ebene Flächen. Die Teilflächen besitzen eine minimale Erstreckungslänge und eine maximale Erstreckungslänge. Sie besitzen eine minimale Oberfläche, die dem Kreisäquivalent mit einem Durchmesser der geringsten Erstreckungslänge entspricht. Sie besitzen eine maximale Oberfläche, die dem Kreisäquivalent mit einem Durchmesser der maximalen Erstreckungslänge entspricht. Die minimale Erstreckungslänge beträgt bevorzugt 0,01 mm. Die maximale Erstreckungslänge kann 5 mm, 3 mm, 2 mm oder bevorzugt 1 mm betragen. Bevorzugt werden die Teilflächen von Rechteckflächen ausgebildet, die eine Kantenlänge von etwa 0,5 mm besitzen. Die die Teilflächen voneinander trennenden Strukturelemente können eine Vertikalerstreckung quer zur Erstreckungsrichtung der Fläche besitzen, die im Bereich 0,1 mm bis 1 mm, bevorzugt in einem Bereich 0,1–0,5 mm liegt. Optimal ist eine Vertikalerstreckung von 0,35 mm. Es wird als besonders bevorzugt angesehen, wenn die Strukturierungselemente Gräben mit Schrägflanken sind, wobei Flankenwinkel im Bereich von 30–80°, insbesondere im Bereich von 50–70° bevorzugt sind. Bevorzugt liegt der Flankenwinkel bei 60°, es ergibt sich dadurch eine gitternetzartige Struktur von Schrägflanken aufweisenden Gräben, die rechteckige Teilflächen voneinander trennen. Der Werkstoff der Komponente ist bevorzugt Graphit. Die von der strukturierten Oberfläche weg weisende Oberfläche der Komponente kann gasdicht mit einer pyro-c-Beschichtung beschichtet sein. Es ist aber auch vorgesehen, dass die zur Prozesskammer weisende Oberfläche der Komponente derartig beschichtet ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Komponente eine Oberflächenbeschichtung SiC oder TaC besitzt. Die erfindungsgemäße Komponente kann ein Wandungselement der Prozesskammer, eine Prozesskammerdecke, ein Prozesskammerboden, ein Gaseinlassorgan oder ein Gasauslassorgan sein. Die Komponente kann aus mehreren Teilen bestehen. Sie besitzt zumindest eine Oberfläche, die in der zuvor beschriebenen Weise strukturiert ist. Die dabei entstehenden Teilflächen können die Flächen von Pyramiden oder von Pyramidenstümpfen sein. Die Strukturierung erfolgt bevorzugt mit einem spannabhebenden Verfahren, bspw. durch Einfräsen oder Einschleifen von Gräben in eine glattwandige Oberfläche. Die Grabentiefe ist bevorzugt größer als die zulässige Abscheiderate der Beschichtungsanlage. Mit der Beschichtungsanlage wird aufeinanderfolgend eine Vielzahl von Beschichtungsprozessen durchgeführt, bei denen mehrfach ein Substratwechsel stattfindet. Erst nach einer Vielzahl derartiger Prozessschritte wird die Prozesskammer bspw. durch Einleiten eines Ätzgases gereinigt. Es ist aber auch vorgesehen, die beschichteten Komponenten außerhalb der Prozesskammer zu reinigen. Durch die erfindungsgemäße Strukturierung der Oberfläche der Komponente ist die Anzahl der Reinigungszyklen vermindert worden. Die Anzahl der Prozessschritte, die zwischen zwei Reinigungsschritten durchgeführt werden können, ist vergrößert worden. Die einzelnen Flächen werden durch Gräben, insbesondere sich kreuzende Gräben, gegen benachbarte Teilflächen abgegrenzt. Die Gräben können einen V-förmigen Querschnitt aufweisen. Es ist aber auch möglich, dass die Gräben einen gerundeten Querschnitt aufweisen. Es kann sich somit im Querschnitt eine Wellenform ausbilden. First and foremost, a special structuring of the surface of the component exposed to the process gas is proposed. According to the invention, the surface acquires a spatial structuring which prevents the coating from shearing off between the coating and the surface due to the shear stresses occurring during cooling or heating. In the method according to the invention process gases are brought into the process chamber by a gas supply. In the process chamber are substrates that are heated by a heater to a deposition temperature. In the process chamber there are further components which have surfaces which are exposed to the process gas fed into the process chamber and which are heated to an elevated temperature during the execution of the deposition process and which cool down again after the deposition process. By means of a pyrolytic surface reaction, the surfaces of the substrates and the surface of the component are coated with a coating, the coefficient of thermal expansion of the coating deposited on the surface of the component being different from the coefficient of thermal expansion of the surface-forming component. According to the invention, the surface of this component is spatially structured such that the coating does not shear off due to the shear stresses between the coating and the surface which occur during cooling and heating. It is envisaged that the device has a surface of a component which is subdivided into partial areas by structural elements. The partial surfaces formed by the structural elements lie in a common plane. The structural elements may be trenches or ribs with which the partial surfaces are separated from adjacent partial surfaces. The faces may have rectangular shapes or round shapes. They can be arranged like a checkerboard or a hexagon. The faces are flat surfaces. The partial surfaces have a minimum extension length and a maximum extension length. They have a minimum surface area corresponding to the circle equivalent with a diameter of the smallest extension length. They have a maximum surface area corresponding to the circle equivalent with a diameter of the maximum extension length. The minimum extension length is preferably 0.01 mm. The maximum extension length may be 5 mm, 3 mm, 2 mm or preferably 1 mm. The partial surfaces are preferably formed by rectangular surfaces which have an edge length of approximately 0.5 mm. The structural elements separating the partial surfaces can have a vertical extension transverse to the direction of extent of the surface, which is in the range of 0.1 mm to 1 mm, preferably in a range of 0.1-0.5 mm. Optimal is a vertical extension of 0.35 mm. It is considered to be particularly preferred if the structuring elements are trenches with inclined flanks, wherein flank angles in the range of 30-80 °, in particular in the range of 50-70 ° are preferred. Preferably, the flank angle is 60 °, this results in a grid-like structure of inclined flanks having trenches that separate rectangular faces from each other. The material of the component is preferably graphite. The surface of the component pointing away from the structured surface may be coated in a gas-tight manner with a pyro-c coating. However, it is also envisaged that the surface of the component facing the process chamber is coated in this way. In particular, it is provided that the component has a surface coating SiC or TaC. The component according to the invention may be a wall element of the process chamber, a process chamber ceiling, a process chamber floor, a gas inlet element or a gas outlet element. The component can consist of several parts. It has at least one surface, which is structured in the manner described above. The resulting partial surfaces can be the surfaces of pyramids or of truncated pyramids. The structuring is preferably carried out by means of a tension-lifting process, for example by milling or grinding trenches into a smooth-walled surface. The trench depth is preferably greater than the permissible deposition rate of the coating system. With the coating system, a plurality of coating processes is carried out in succession, in which multiple substrate changes take place. Only after a plurality of such process steps is the process chamber cleaned, for example, by introducing an etching gas. However, it is also intended to clean the coated components outside the process chamber. Due to the structuring according to the invention of the surface of the component, the number of cleaning cycles has been reduced. The number of process steps that can be performed between two cleaning steps has been increased. The individual areas are delimited by trenches, in particular intersecting trenches, against adjacent partial areas. The trenches may have a V-shaped cross section. But it is also possible that the trenches have a rounded cross-section. It can thus form a waveform in cross section.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are explained below with reference to accompanying drawings. Show it:

1: schematisch in einem Querschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Beschichtungsanlage, 1 FIG. 2 is a schematic cross-section of a first exemplary embodiment of a coating installation; FIG.

2: eine Darstellung gemäß 1 eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Beschichtungsanlage, 2 : a representation according to 1 a second embodiment of a coating system,

3: den Blick auf eine Oberfläche einer Komponente 10, wie sie in den 1 und 2 durch Pfeile markiert sind, in einer starken Vergrößerung, 3 : the view of a surface of a component 10 as they are in the 1 and 2 marked by arrows, in a strong magnification,

4: den Schnitt gemäß der Linie IV-IV in 3 und 4 : the section according to the line IV-IV in 3 and

5: eine Darstellung gemäß 4 eines zweiten Ausführungsbeispiels. 5 : a representation according to 4 a second embodiment.

Bei dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Beschichtungsanlage, wie sie bspw. in der DE 10 2005 056 320 A1 oder DE 10 2008 055 582 A1 beschrieben ist. In einem gasdichten Reaktorgehäuse 1 befindet sich eine Prozesskammer. Die Prozesskammer besitzt eine Prozesskammerdecke 4, die von einer aus Quarz bestehenden Ringscheibe gefertigt ist. Die Prozesskammerdecke 4 kann auch mehrteilig sein. Die Prozesskammerdecke besitzt eine von der Prozesskammer weg weisende Rückseite und eine zur Prozesskammer weisende Frontseite. Der Boden der Prozesskammer wird von einem Suszeptor 2 ausgebildet, auf dem zu beschichtende Substrate 3 aufliegen.In the in the 1 illustrated embodiment is a coating system, as for example. In the DE 10 2005 056 320 A1 or DE 10 2008 055 582 A1 is described. In a gas-tight reactor housing 1 there is a process chamber. The process chamber has a process chamber ceiling 4 , which is made of an existing quartz ring disc. The process chamber ceiling 4 can also be multi-part. The process chamber ceiling has a rear side facing away from the process chamber and a front side facing the process chamber. The bottom of the process chamber is from a susceptor 2 formed on the substrates to be coated 3 rest.

Im Zentrum der Prozesskammer befindet sich ein Gaseinlassorgan 6 mit insgesamt drei vertikal übereinander angeordneten Gasaustrittsöffnungen 7, durch die voneinander verschiedene Prozessgase in die Prozesskammer eintreten können.In the center of the process chamber is a gas inlet member 6 with a total of three vertically stacked gas outlet openings 7 through which different process gases can enter the process chamber.

Unterhalb des Suszeptors 2 befindet sich eine Heizung 9, die die zur Prozesskammer weisende und die Substrate 3 tragende Oberseite des Suszeptors 2 auf eine Depositionstemperatur aufheizt. Bei der Depositionstemperatur zerlegen sich die aus den Gaseintrittsöffnungen 7 in die Prozesskammer eingetretenen Prozessgase pyrolytisch. Bei den Prozessgasen handelt es sich um Hydride der V-Hauptgruppe und um metallorganische Verbindungen der III-Hauptgruppe. Die Prozessgasse werden bspw. von Wasserstoff als Trägergas in die Prozesskammer eingeleitet.Below the susceptor 2 there is a heater 9 facing the process chamber and the substrates 3 carrying top of susceptor 2 heats up to a deposition temperature. At the deposition temperature, the decomposed from the gas inlet openings 7 in the process chamber occurred process gases pyrolytic. The process gases are hydrides of the V main group and organometallic compounds of the III main group. The process lane are introduced, for example, by hydrogen as carrier gas into the process chamber.

Eine Zerlegung der Prozessgasse und ein Abscheideprozess findet nicht nur auf den Substraten 3, sondern auch auf den dem Prozessgas ausgesetzten Oberflächen der Prozesskammerdecke 4, des Suszeptors 2, des Gaseinlassorgans 6 und einem die Prozesskammer umgebenden ringförmigen Gasauslassorgan 8 statt. Die in der 1 dargestellte Vorrichtung besitzt eine Rotationssymmetrie um eine Rotationsachse S.A decomposition of the process alley and a deposition process does not only take place on the substrates 3 , but also on the surfaces of the process chamber ceiling exposed to the process gas 4 , the susceptor 2 , the gas inlet organ 6 and an annular gas outlet member surrounding the process chamber 8th instead of. The in the 1 shown device has a rotational symmetry about a rotation axis S.

Die 2 zeigt eine alternative Vorrichtung, wie sie bspw. in den DE 10 2009 043 840 A1 beschrieben wird. Auch hier ist die Vorrichtung, die einen rotationssymmetrischen Grundriss aufweist, lediglich nur im Schnitt dargestellt. Auch die in der 2 dargestellte Vorrichtung besitzt eine Rotationsymmetrie um die Rotationsachse S. In dem gasdichten Reaktorgehäuse 1 befindet sich ein von unten mit einer Heizeinrichtung 9 beheizbarer Suszeptor 2, der die Substrate 3 trägt und der von einem ringförmigen Gasauslassorgan 8 umgeben ist. Die Prozesskammerdecke wird hier von der Gasaustrittsfläche 5 eines sich über die gesamte Prozesskammer erstreckenden Gaseinlassorgans 6 in Form eines „shower heads” ausgebildet. Durch die vielen, gleichmäßig über die Gasaustrittsfläche 5 angeordneten Gasaustrittsöffnungen 7 treten die oben genannten Prozessgase zusammen mit einem Trägergas in die Prozesskammer ein, wo sie sich nicht nur auf der Oberfläche der Substrate 3, sondern auch auf der Gasaustrittsfläche 5 pyrolytisch zerlegen.The 2 shows an alternative device, as for example. In the DE 10 2009 043 840 A1 is described. Again, the device, which has a rotationally symmetrical layout, only shown in section. Also in the 2 illustrated device has a rotational symmetry about the axis of rotation S. In the gas-tight reactor housing 1 is located from the bottom with a heater 9 heatable susceptor 2 that the substrates 3 carries and that of an annular gas outlet member 8th is surrounded. The process chamber ceiling is here from the gas outlet surface 5 an over the entire process chamber extending gas inlet member 6 in the form of a shower head. Through the many, evenly across the gas outlet surface 5 arranged gas outlet openings 7 The above-mentioned process gases enter the process chamber together with a carrier gas, where they not only on the surface of the substrates 3 but also on the gas outlet surface 5 decompose pyrolytically.

Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen wird mit der Bezugsziffer 10 eine Komponente der Prozesskammer bezeichnet, die eine Oberfläche aufweist, die während des Beschichtungsprozesses parasitär beschichtet wird. Bei der Komponente 10 kann es sich um den Boden der Prozesskammer 10, also Suszeptor 2, Gasauslassorgan 8 und Gaseinlassorgan 6 handeln. Bevorzugt handelt es sich bei der Komponente 10 aber um die Gasaustrittsfläche 5 eines „shower heads” 6 bzw. um eine Prozesskammerdecke 4.In the embodiments described above, the reference numeral 10 denotes a component of the process chamber having a surface which is parasitically coated during the coating process. At the component 10 it can be the bottom of the process chamber 10 So susceptor 2 , Gas outlet 8th and gas inlet member 6 act. The component is preferably 10 but around the gas outlet area 5 a shower head 6 or around a process chamber ceiling 4 ,

Einen vergrößerten Ausschnitt einer derartigen Oberfläche einer Komponente 10 zeigt die 3. Die Oberfläche der Komponente 10 ist durch sich an Kreuzungsstellen kreuzende, parallel und rechtwinklig zu einander verlaufende Gräben 12 in rechteckige Teilflächen 11 unterteilt.An enlarged section of such a surface of a component 10 show the 3 , The surface of the component 10 is by crossing at intersections, parallel and perpendicular to each other extending trenches 12 in rectangular areas 11 divided.

Aus der 4 ist zu entnehmen, dass die Gräben 12 sich in einer Scheitellinie treffende ebene Flankenwände aufweisen. Die Flankenwände besitzen einen Winkel α von etwa 60°, so dass die Teilflächen 11 von den Stumpfflächen von Pyramidenstrukturen gebildet sind. Die Teilflächen 11 liegen in einer gemeinsamen Ebene und besitzen eine Breite a und eine Länge b. Die Breite a und die Länge b betragen etwa 0,5 mm, die Tiefe t beträgt etwa 0,35 mm. Die Teilflächen 11 sind somit quadratähnliche Mehrecke.From the 4 it can be seen that the trenches 12 have in a crest line meeting flat flank walls. The flank walls have an angle α of about 60 °, so that the faces 11 are formed by the blunt surfaces of pyramidal structures. The partial surfaces 11 lie in a common plane and have a width a and a length b. The width a and the length b are about 0.5 mm, the depth t is about 0.35 mm. The partial surfaces 11 are thus square-like multi-ways.

Die 4 zeigt Gräben 12, die einen V-förmigen Querschnitt aufweisen.The 4 shows trenches 12 which have a V-shaped cross section.

Die 5 zeigt eine Variante, bei der die Wandungen der Gräben 12 im Querschnitt auf einer wellenförmigen Konturlinie verlaufen. Die Teilflächen 11 gehen unter Ausbildung von Rundungen in die Wände der Gräben über. Der Boden der Gräben wird ebenfalls von einem gerundeten Wandungsabschnitt gebildet.The 5 shows a variant in which the walls of the trenches 12 run in cross section on a wavy contour line. The partial surfaces 11 go under formation of curves in the walls of the trenches. The bottom of the trenches will also formed by a rounded wall section.

Die Oberflächenstrukturierungen 10, 12 befinden sich an Oberflächen einer Komponente 10, die aus Graphit besteht und die der Prozesskammer zugewandt ist. Durch das Einleiten von Prozessgasen in die Prozesskammer und durch die nicht zu vermeidende Erwärmung der Oberflächen der Komponenten 10 findet auch auf der Oberfläche eine Abscheidung einer III-V-Beschichtung statt. Der Ausdehnungskoeffizient dieser parasitären Beschichtung ist ein anderer als der Ausdehnungskoeffizient der Komponente 11. Beim Aufheizen und beim Abkühlen der Prozesskammer ändert sich auch die Temperatur der Komponente 11 und der darauf abgeschiedenen parasitären Beschichtung. Aufgrund der voneinander verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten kommt es an der Grenzfläche zwischen der Beschichtung und der Oberfläche der Komponente 10 zu Scherspannungen. Die Gesamtoberfläche der Komponente 10 ist durch die oben beschriebenen Strukturelemente 12 derart in Teilflächen 11 unterteilt, dass es an den Teilflächen 11 zu keinen Abscherungen kommt.The surface structuring 10 . 12 are located on surfaces of a component 10 , which consists of graphite and which faces the process chamber. By introducing process gases into the process chamber and by unavoidable heating of the surfaces of the components 10 A deposition of a III-V coating also takes place on the surface. The coefficient of expansion of this parasitic coating is different than the coefficient of expansion of the component 11 , During heating and cooling of the process chamber, the temperature of the component also changes 11 and the parasitic coating deposited thereon. Due to the mutually different expansion coefficients, it comes at the interface between the coating and the surface of the component 10 to shear stresses. The total surface of the component 10 is through the structural elements described above 12 such in subareas 11 divided that on the faces 11 to no shearing comes.

Es kommt lediglich zu Rissen in der Beschichtung die aber entlang der Randstrukturierungselemente 12 bzw. der Teilflächen 11 verlaufen.It only comes to cracks in the coating but along the edge structuring elements 12 or the partial surfaces 11 run.

Die Rückseitenfläche in der Komponente ist mit pyro-c beschichtet.The back surface in the component is coated with pyro-c.

Die vorstehenden Ausführungen dienen der Erläuterung der von der Anmeldung insgesamt erfassten Erfindungen, die den Stand der Technik zumindest durch die folgenden Merkmalskombinationen jeweils auch eigenständig weiterbilden, nämlich:
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Strukturierungselemente 12 die Oberfläche in eine Vielzahl von in einer gemeinsamen Ebene liegende Teilflächen 11 unterteilt.The above explanations serve to explain the inventions as a whole, which further develop the state of the art independently, at least by the following feature combinations, namely:
A device characterized in that the structuring elements 12 the surface into a plurality of lying in a common plane faces 11 divided.

Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Strukturierungselemente 12 Gräben oder Rippen sind.A device characterized in that the structuring elements 12 Trenches or ribs are.

Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Teilflächen 11 eine minimale Erstreckungslänge a, b von 0,01 mm und eine maximale Erstreckungslänge a, b von 5 mm, 3 mm, 2 mm oder 1 mm besitzen.A device characterized in that the faces 11 have a minimum extension length a, b of 0.01 mm and a maximum extension length a, b of 5 mm, 3 mm, 2 mm or 1 mm.

Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Strukturierungselemente 12 Schrägflanken mit einem Flankenwinkel α von 30° bis 80°, bevorzugt von 50° bis 70° aufweisen.A device characterized in that the structuring elements 12 Sloping flanks having a flank angle α of 30 ° to 80 °, preferably from 50 ° to 70 °.

Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Strukturierungselemente 12 eine Erstreckungshöhe t senkrecht zur Oberflächenerstreckung aufweisen, die in einem Bereich zwischen 0,1 mm bis 1 mm oder in einem Bereich von 0,1 mm bis 0,5 mm liegt.A device characterized in that the structuring elements 12 an extension height t perpendicular to the surface extension, which is in a range between 0.1 mm to 1 mm or in a range of 0.1 mm to 0.5 mm.

Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Strukturierungselemente 12 einen V-förmigen Querschnitt oder einen wellenförmigen Querschnitt aufweisen.A device characterized in that the structuring elements 12 have a V-shaped cross-section or a wave-shaped cross section.

Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Oberfläche und/oder eine von der Oberfläche weg weisende Rückseite der Komponente 10 gasdicht beschichtet ist.A device which is characterized in that the surface and / or a rear side facing away from the surface of the component 10 is gas-tight coated.

Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die räumliche Strukturierung der Oberfläche durch eine mechanische Bearbeitung erzeugt ist.A device, which is characterized in that the spatial structuring of the surface is produced by a mechanical processing.

Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Komponente ein Wandungselement der Prozesskammer, eine Prozesskammerdecke 4, ein Prozesskammerboden, ein Gaseinlassorgan 6 oder ein Gasauslassorgan 8 ist.A device, characterized in that the component is a wall element of the process chamber, a process chamber ceiling 4 , a process chamber bottom, a gas inlet member 6 or a gas outlet member 8th is.

Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Teilfläche 11 eine Stirnfläche eines Pyramidenstumpfs ist.A device characterized in that the partial surface 11 is an end face of a truncated pyramid.

Eine Komponente, die dadurch gekennzeichnet ist, dass durch eine räumliche Strukturierung der Oberfläche verhindert ist, dass eine Beschichtung durch die beim Abkühlen oder Aufheizen auftretenden Scherspannungen zwischen Beschichtung und Oberfläche abschert.A component characterized in that a spatial structuring of the surface prevents a coating from shearing between the coating and the surface due to the shear stresses occurring during cooling or heating.

Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass auf den Teilflächen 11 eine Beschichtung aufwächst und beim Abkühlen oder Aufheizen der Vorrichtung eine Scherspannung zwischen der Beschichtung und der Oberfläche auftritt, die aufgrund einer maximalen Größe der Teilflächen 11 nicht ausreicht, um die Beschichtung von der Oberfläche abzuscheren.A method characterized in that on the faces 11 a coating grows and when cooling or heating of the device, a shear stress between the coating and the surface occurs due to a maximum size of the faces 11 insufficient to shear off the coating from the surface.

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.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Reaktorreactor
22: Suszeptorsusceptor
33: Substratsubstratum
44: ProzesskammerdeckeProcess chamber ceiling
55: GasaustrittsflächeDischarge area
66: GasaustrittsorganGas output member
77: GasaustrittsöffnungGas outlet
88th: Gasauslassorgangas outlet
99: Heizungheater
1010: Komponentecomponent
1111: Teilflächesubarea
1212: Gräbentrenches
aa: Breitewidth
bb: Längelength
tt: Tiefedepth
SS: Rotationsachseaxis of rotation

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102005056320 A1 [0002, 0018]
DE 102008055582 A1 [0002, 0018]
DE 102009043840 A1 [0003, 0022]
US 2014/0230722 A1 [0004]
US 6132566 [0008]
US 2013/0003785 A1 [0008]

Claims

Apparatus for coating substrates ( 3 ), wherein by a gas supply ( 6 ) Process gases into a process chamber of a CVD reactor ( 1 ), which are located on and arranged therein by a heating device ( 9 ) heated substrate ( 3 ) and on surfaces of components ( 10 ) pyrolytically disassemble the process chamber and form a coating of the surface, wherein at least one surface of a component ( 10 ) by spatial structuring elements ( 11 . 12 ) has formed partial surfaces, characterized in that the structuring elements ( 12 ) the surface into a plurality of lying in a common plane faces ( 11 ).

Device according to claim 1, characterized in that the structuring elements ( 12 ) Are ditches or ribs.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the partial surfaces ( 11 ) have a minimum extension length (a, b) of 0.01 mm and a maximum extension length (a, b) of 5 mm, 3 mm, 2 mm or 1 mm.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the structuring elements ( 12 ) Have inclined flanks with a flank angle (α) of 30 ° to 80 °, preferably from 50 ° to 70 °.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the structuring elements ( 12 ) have an extension height (t) perpendicular to the surface extension which is in a range of 0.1 mm to 1 mm or in a range of 0.1 mm to 0.5 mm.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the structural elements ( 12 ) have a V-shaped cross section or a wave-shaped cross section.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the surface and / or a rear side facing away from the surface of the component ( 10 ) is gas-tight coated.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the spatial structuring of the surface is produced by a mechanical processing.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the component is a wall element of the process chamber, a process chamber ceiling ( 4 ), a process chamber bottom, a gas inlet member ( 6 ) or a gas outlet member ( 8th ).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the partial surface ( 11 ) is an end face of a truncated pyramid.

Component for use in a device according to one of the preceding claims, characterized in that a spatial structuring of the surface prevents a coating from shearing off due to the shear stresses occurring between the coating and the surface during cooling or heating.

Method for depositing a coating on a substrate ( 3 ) in a device according to one of the preceding claims 1-10, characterized in that on the partial surfaces ( 11 ) a coating grows and on cooling or heating of the device, a shear stress between the coating and the surface occurs due to a maximum size of the faces ( 11 ) is insufficient to shear off the coating from the surface.

Device, component and method, characterized by one or more of the characterizing features of one of the preceding claims.