DE102018131751A1

DE102018131751A1 - Suszeptor eines CVD-Reaktors

Info

Publication number: DE102018131751A1
Application number: DE102018131751.4A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Josef Thomas Krücken; Peter Sebald Lauffer
Original assignee: Aixtron SE
Current assignee: Aixtron SE
Priority date: 2018-12-11
Filing date: 2018-12-11
Publication date: 2020-06-18
Also published as: WO2020120298A1; EP3894612A1; TW202035779A; JP2022512210A; JP7458400B2; US20220074047A1; CN113383110A; KR20210099117A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Suszeptor für einen CVD-Reaktor mit einer Lagerfläche (7) zur Lagerung eines Substrathalters (2). In eine innere Radialzone (11) wird ein Trägergas eingespeist, um einen über der Lagerfläche (7) gelagerten Substrathalter (2) in der Schwebe zu halten. Das in die innere Radialzone (11) eingespeiste Gas tritt aus Ableitkanälen (6) aus der zweiten Radialzone (12) und zu einem geringen Teil aus einem die zweite Radialzone (12) umgebenden, einer dritten Radialzone (13) zugeordneten Spalt (9) aus. Die Querschnittsfläche der Ableitkanäle (6) und die radiale Länge des Spaltes (9) sind so dimensioniert, dass der Gasvolumenstrom durch die Gasableitung (6) größer ist als durch den Spalt (9), wenn dieser eine Spalthöhe von 200 µm aufweist.

Description

Gebiet der Technik
Die Erfindung betrifft einen Suszeptor aufweisend zumindest eine Lagerfläche mit einem kreisförmigen Grundriss zur Drehlagerung eines kreisscheibenförmigen Substrathalters um ein Zentrum der Lagerfläche, wobei die Lagerfläche eine erste Radialzone, in welcher sich zumindest ein Gasverteilkanal erstreckt, in den eine Gaszuleitung mündet, eine zweite Radialzone, die von der ersten Radialzone radial - bezogen auf das Zentrum - versetzt ist und die eine Gasableitung mit ein oder mehreren Ableitkanälen ausbildet, und eine dritte Radialzone aufweist, die die erste Radialzone und die zweite Radialzone umgibt und einen unmittelbar an den radial äußeren Rand der Lagerfläche angrenzenden Spalt zwischen Lagerfläche und Substrathalter ausbildet, wobei die Radialzonen so ausgebildet sind, dass ein in die erste Radialzone durch die Gaszuleitung eingespeister Gasstrom in einem Volumen zwischen Lagerfläche und Unterseite des Substrathalters einen Druck erzeugt, der den Substrathalter in der Schwebe hält und der das Volumen durch die Gasableitung und durch den Spalt verlässt.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine aus Suszeptor und ein oder mehreren Substrathaltern gebildete Suszeptoranordnung, einen CVD-Reaktor aufweisend, einen derartigen Suszeptor beziehungsweise eine Suszeptoranordnung und eine Verwendung eines Suszeptors beziehungsweise einer Suszeptoranordnung in einem CVD-Reaktor.
Stand der Technik
Ein Suszeptor der vorbezeichneten Art ist bekannt aus der US 9,447,500 B2 ( DE 10 2009 044 276 A1 ).
Ein erfindungsgemäßer Suszeptor ist Teil eines CVD-Reaktors und bildet mit einem auf einer Lagerfläche gelagerten Substrathalter eine Suszeptoranordnung. Der Suszeptor besitzt eine Kreisscheibenform mit um das Zentrum des Kreises angeordneten Lagerflächen jeweils zur Lagerung eines Substrathalters. Jeder Substrathalter liegt um eine Figurenachse drehbar in einer Tasche der Oberseite des Suszeptors ein. Die Lagerfläche besitzt drei Radialzonen. In einer inneren Radialzone befinden sich im Boden der Tasche spiralförmige Gasverteilkanäle, die durch Gaszuleitungen mit einem Trägergas gespeist werden. Das Trägergas hebt den Substrathalter in eine schwebende Position und liefert einen Drehantrieb für den Substrathalter. In einer die erste Radialzone umgebenden zweiten Radialzone befindet sich ein Gassammelkanal, von dem Gasableitkanäle entspringen, um das Trägergas aus dem Volumen abzuführen. Eine radial außerhalb der zweiten Radialzone sich erstreckende dritte Radialzone bildet einen Spalt, durch den beim Stand der Technik ein nicht unerheblicher Teil des Trägergases aus dem Volumen zwischen Lagerfläche und Untersiete des Substrathalters austreten kann. Das durch den Spalt austretende Gas tritt in die oberhalb des Suszeptors angeordnete Prozesskammer ein, durch welche ein Prozessgas hindurchströmt, das durch diesen Abgasstrom verdünnt wird. Die durch den Spalt strömende Gasströmung bildet eine Querströmung zu der Prozessgasströmung und stört somit das Strömungsprofil der Prozessgasströmung.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen anzugeben, mit denen die Störung des Prozessgasflusses beziehungsweise eine Prozessgasverdünnung durch das ein Gaskissen zur Lagerung des Substrathalters bildende Gas vermindert wird.
Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung. Die Unteransprüche stellen nicht nur vorteilhafte Weiterbildungen, sondern auch eigenständige Lösungen der Aufgabe dar.
Zunächst und im Wesentlichen schlägt die Erfindung einen in einem CVD-Reaktor verwendbaren Suszeptor vor, der eine, bevorzugt mehrere kreisförmige Lagerflächen ausbildet. Die Lagerflächen können auf einer Umfangslinie um ein Zentrum des bevorzugt kreisscheibenförmigen Suszeptors angeordnet sein. Die Lagerflächen können in einer dichtesten Anordnung auf der Umfangslinie angeordnet sein. In der die Lagerfläche ausbildenden Breitseitenfläche des Suszeptors können Vertiefungen angeordnet sein, in denen kreisscheibenförmige Substrathalter angeordnet sind, wobei die Böden der Vertiefungen Lagerflächen ausbilden. Die so ausgebildeten Taschen können aber auch von auf einer Breitseitenfläche des Suszeptors aufliegenden Abdeckplatten ausgebildet sein. Der erfindungsgemäße Suszeptor weist eine Lagerfläche mit einer ersten Radialzone auf. Die erste Radialzone kann eine sich über das Zentrum erstreckende innerste Radialzone sein, in welcher sich zumindest ein insbesondere spiralförmiger Gaskanal erstreckt. Der Gaskanal kann eine Vertiefung im Boden einer die Lagerfläche ausbildenden Tasche sein. In den radial innersten Bereich des Gasverteilkanals mündet eine Gaszuleitung, durch die ein Trägergas in den Gasverteilkanal einspeisbar ist. Der erfindungsgemäße Suszeptor besitzt eine Lagerfläche mit einer zweiten Radialzone, die von der ersten Radialzone radial bezogen auf das Zentrum versetzt ist. Die zweite Radialzone wird bevorzugt von einem die erste Radialzone umgebenden Gassammelkanal ausgebildet, wobei der Gassammelkanal eine ringförmige Vertiefung in dem Boden einer die Lagerfläche ausbildenden Tasche sein kann. Die zweite Radialzone besitzt einen oder mehrere Ableitkanäle. Die Ableitkanäle entspringen bevorzugt dem Gassammelkanal und münden entfernt von der Lagerfläche. Die Ableitkanäle können in einer von der die Lagerfläche ausbildenden Breitseite abgewandten Rückseite des Suszeptors münden. Die Ableitkanäle können aber auch in einem Rand, insbesondere Umfangsrand des Suszeptors münden. Es ist aber auch vorgesehen, dass die Ableitkanäle stromabwärts bezogen auf einen durch die Prozesskammer des CVD-Reaktors strömenden Prozessgasstrom der Lagerfläche münden, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die Ableitkanäle in einer radial auswärts der Lagerfläche angeordneten Zone münden. Es ist insbesondere vorgesehen, dass aus dem Gassammelkanal vier, sechs oder mehr Ableitkanäle entspringen. Der Durchmesser der Lagerfläche kann zur Lagerung eines Vierzoll-Wafers, Sechszoll-Wafers oder Achtzoll-Wafers einen Durchmesser von etwa 10 cm, 15 cm oder 20 cm aufweisen, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass sich entlang der Umfangserstreckung des bevorzugt kreisförmigen Gassammelkanals zumindest alle vier bis zehn Zentimeter ein Ableitkanal befindet. Radial außerhalb der die Ableitkanäle aufweisenden zweiten Radialzone weist der erfindungsgemäße Suszeptor eine dritte Radialzone auf, die zusammen mit einem ringförmigen, radial äußersten Bereich des Substrathalters einen Spalt ausbildet. Der Substrathalter besitzt eine Kreisscheibenform und überdeckt die erste und zweite Radialzone mit einem radial inneren Bereich seiner Unterseite. Der radial äußere Bereich der Unterseite bildet eine Spaltbegrenzungsfläche für einen Umfangsspalt, der andererseits von einer von der dritten Radialzone ausgebildeten Fläche der Lagerfläche begrenzt wird. Ein in die erste Radialzone durch die Gaszuleitung eingespeister Gasstrom erzeugt in einem Volumen zwischen Lagerfläche und Unterseite des Substrathalters einen Druck. Dieser Druck hält den Substrathalter in der Schwebe. Das in das Volumen eingespeiste Gas verlässt das Volumen durch die Gasableitung und den Spalt zwischen der Umfangsfläche der dritten Radialzone und der Randzone des Substrathalters. Erfindungsgemäß sind die Querschnittsfläche der Ableitkanäle und die radiale Länge des Spaltes so dimensioniert, dass der Gasvolumenstrom durch die Gasableitung größer ist als durch den Spalt, wenn der Spalt eine maximale Spalthöhe von 300 µm nicht überschreitet. Erfindungsgemäß kann durch eine Variation des in das Volumen eingespeisten Gasstroms die Spalthöhe in einem Bereich zwischen 50 µm und 300 µm, bevorzugt in einem Bereich zwischen 100 µm und 250 µm variiert werden, um so die Höhe des Gaspolsters zu variieren, was eine Beeinflussung des Wärmetransportes von einer unterhalb des Substrathalters angeordneten Heizung zu einem vom Substrathalter getragenen Substrat zur Folge hat. Ein erfindungsgemäßer Suszeptor besitzt eine die zweite Radialzone umgebende, den Spalt ausbildende Fläche, die eine radiale Erstreckung von mindestens 4 mm besitzt. Die von den Ableitkanälen ausgebildeten Bohrungen, deren Anzahl mindestens vier beträgt, können einen Durchmesser von zumindest 2 mm, bevorzugt von zumindest 3 mm besitzen. Es ist insbesondere vorgesehen, dass mehrere Bohrungen in gleichbleibenden Abständen auf der Umfangserstreckungslinie der kreisförmigen zweiten Radialzone angeordnet sind. Die Bohrungen befinden sich bevorzug in einer einen Gassammelkanal ausbildenden kreisförmigen Rinne, wobei der Abstand benachbarter Bohrungen maximal 10 mm oder 20 mm betragen kann. Besitzt der Suszeptor eine Vielzahl von Lagerflächen, so sind diese derart voneinander beabstandet, dass der Abstand der Gassammelkanäle zweier benachbarter Lagerflächen mindestens 15 mm, bevorzugt mindestens 20 mm beträgt. Bevorzugt sind die in dichtester Anlage nebeneinander angeordneten Lagerflächen entlang einer Kreisbogenlinie um das Zentrum des Suszeptors angeordnet. Auf einer Verbindungsgeraden, die die Zentren zweier benachbarter Lagerflächen miteinander verbindet, besitzen die Gassammelkanäle bevorzugt einen Abstand von mindestens 15 mm und besonders bevorzugt mindestens 20 mm, so dass die Substrathalter mit einem ausreichenden radialen Abstand die Gassammelkanäle überlappen können, um so jeweils einen Spalt zu begrenzen. Die den Spalt begrenzenden Flächen sind kongruente Ringflächen, die in Radialrichtung gestuft oder gewellt sein können. Der Spalt besitzt bevorzugt über seine gesamte Spaltfläche eine konstante Spalthöhe. Hierzu ist es von Vorteil, wenn die beiden den Spalt begrenzenden Flächen eine Randzone der Unterseite des Substrathalters und der dritten Radialzone des Lagerplatzes von Ebenen gebildet werden. Bezeichnet man mit r den Radius einer den Ableitkanal bildenden Bohrung, la die Länge dieser Bohrung, mit η die dynamische Viskosität des Trägergases und mit Δp die Druckdifferenz zwischen dem Druck im Gaspolster und dem Druck der Prozesskammer, so gibt die nachfolgende Beziehung den Gasvolumenstrom durch einen Ableitkanal wider: $Q_{A} = \frac{π \cdot r^{4}}{8 \cdot η \cdot l_{a}} \cdot Δ P$
Bezeichnet man ferner mit u die Umfangslänge eines Ringspaltes der dritten Radialzone, mit l_s die radiale Länge des Spaltes und mit h die maximale Höhe des Spaltes, so gibt die nachfolgende Beziehung den durch den Spalt strömenden Volumenstrom wider: $Q_{S} = \frac{u \cdot h^{3}}{12 η \cdot l_{s}} \cdot Δ P$
Wobei u = π · d den Umfang der zweiten Radialzone bezeichnet. Erfindungsgemäß soll die Anzahl der Ableitkanäle und deren Durchmesser (Radius) so gestaltet sein, dass die Summe aller durch die Ableitkanäle fließenden Gasströme Q_a größer ist, als der durch den Spalt mit einer maximalen Spalthöhe h von 300 µm fließende Gasstrom Q_s ist. Dies führt zu der folgenden Gestaltungsregel: $n \cdot r^{4} > \frac{2 \cdot d \cdot l_{a}}{3 \cdot l_{s}} \cdot h^{3}$
Die linke Seite dieser Beziehung ist bevorzugt mindestens doppelt so groß, bevorzugt mindestens fünfmal so groß, bevorzugt mindestens zehnmal so groß, bevorzugt mindestens zwanzigmal so groß und besonders bevorzugt mindestens fünfzigmal so groß wie die rechte Seite der Beziehung bei einer Spalthöhe h = 300 µm. Hierzu reicht es insbesondere aus, wenn eine genügend hohe Anzahl von Ableitkanälen vorgesehen ist, deren Durchmesser d zumindest 2 mm, bevorzugt zumindest 3 mm beträgt.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Suszeptoranordnung, bei der jeder Lagerfläche ein kreisscheibenförmiger Substrathalter zugeordnet ist, der sich über sämtliche der drei Radialzonen erstreckt und der in seinem radial äußeren Bereich der Unterseite eine Fläche besitzt, die zusammen mit der Fläche der dritten Radialzone einen Spalt begrenzt.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus die Verwendung eines derartigen Suszeptors oder einer derartigen Suszeptoranordnung in einem CVD-Reaktor beziehungsweise ein Verfahren zum Abscheiden von Schichten auf Substraten, die während eines Abscheideprozesses vom Substrathalter getragen werden. Dabei wird in das Volumen zwischen Lagerfläche und Unterseite des Substrathalters ein Trägergas, beispielsweise Wasserstoff oder Stickstoff, eingespeist. Innerhalb des Volumens zwischen Unterseite des Substrathalters und Lagerfläche bildet sich ein Druck aus, der den Substrathalter anhebt und in der Schwebe hält. Der Gasstrom wird dabei so eingestellt, dass die Spalthöhe in einem Bereich zwischen 50 µm und 250 µm liegt. Aufgrund der erfindungsgemäßen Dimensionierung von radialer Länge der dritten Radialzone und Anzahl und Querschnittsfläche der Ableitkanäle bilden die Ableitkanäle eine Gasableitung mit einem geringeren Strömungswiderstand als ein maximal 300 µm großer Spalt.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus einen CVD-Reaktor, der ein Gaseinlassorgan aufweist, durch welches Prozessgase in eine Prozesskammer eingespeist werden, wo die Prozessgase pyrolytisch zerlegt werden. Der Boden der Prozesskammer wird von einem Suszeptor, wie er zuvor beschrieben worden ist, gebildet, wobei der Suszeptor zumindest eine Lagertasche ausbildet, mit der er eine Lagerfläche zur Lagerung eines Substrathalters ausbildet. Bevorzugt besitzt der Suszeptor eine Rotationssymmetrie, wobei das Gaseinlassorgan im Bereich des Zentrums des Suszeptors angeordnet ist. Auf einer Kreisbogenlinie um das Zentrum des Suszeptors sind mehrere Taschen angeordnet, in denen jeweils ein Substrathalter gelagert ist. Der Suszeptor wird um seine Symmetrieachse drehangetrieben. Eine unterhalb des Suszeptors angeordnete Heizeinrichtung bringt die Substrate auf Prozesstemperatur.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Suszeptor mit zwölf auf einer Kreisbogenlinie um das Zentrum des Suszeptors angeordneten Lagerflächen 7 jeweils zur Lagerung eines Substrates,
2 vergrößert einen Schnitt gemäß der Linie II-II in 1,
3 vergrößert das Detail III in 1,
4 ein Segment in einer dreidimensionalen Darstellung gemäß einer Schnittlinie IV-IV in 1,
5 eine schematische Schnittdarstellung durch einen Substrathalter 2, der in einer Tasche eines Suszeptors 1 einliegt eines ersten Ausführungsbeispiels,
6 eine Darstellung gemäß 5 eines zweiten Ausführungsbeispiels,
7 eine Darstellung gemäß 5 eines dritten Ausführungsbeispiels,
8 schematisch die Anordnung einer Suszeptoranordung 1, 2 in einem CVD-Reaktor mit einem Gehäuse 23,
9 eine Darstellung gemäß 4 eines vierten Ausführungsbeispiels,
10 eine Darstellung gemäß 4 eines fünften Ausführungsbeispiels, und
11 eine Darstellung gemäß 5 eines weiteren Ausführungsbeispiels.

Beschreibung der Ausführungsformen
Der erfindungsgemäße Suszeptor 1 findet seine Verwendung in einem CVD-Reaktor, insbesondere MOCVD-Reaktor, wie er in der 8 dargestellt ist. In einem Gehäuse 23, welches evakuierbar ist, befindet sich eine Prozesskammer, in die mittels eines Gaseinlassorgans 22 Prozessgase eingespeist werden. Die Einspeisung der Prozessgase erfolgt in einem Zentrum der Prozesskammer, deren Boden von einer nach oben weisenden Breitseite des Suszeptors 1 gebildet ist. Der Suszeptor kann die in 1 dargestellte Gestalt besitzen, also beispielsweise zwölf in gleichmäßigem Abstand um das Zentrum angeordnete Lagerflächen 7 aufweisen, wobei jede Lagerfläche 7 als Tasche ausgebildet ist. Die Tasche kann von einer Vertiefung des aus Graphit gefertigten Suszeptors 1 bestehen. Es ist aber auch möglich, die Tasche von Abdeckplatten auszubilden, die kreisförmige Öffnungen formen.
Der Suszeptor 1 wird von unten her mittels einer Heizeinrichtung 21 beheizt, so dass Wärme durch den Suszeptor 1 hindurch, in den Substrathalter 2 hinein, durch den Substrathalter 2 hindurch hin zu einem auf dem Substrathalter 2 aufliegenden Substrat 19 strömt, um die Substratoberfläche auf eine Prozesstemperatur zu bringen, bei der durch das Gaseinlassorgan 22 eingespeiste Prozessgase sich auf der Substratoberfläche zerlegen, so dass dort eine einkristalline Schicht, insbesondere III-V-Schicht abgeschieden wird. Hierzu werden durch das Gaseinlassorgan 22 zusammen mit einem Trägergas, beispielsweise Wasserstoff, metallorganische Verbindungen eines Elementes der III-Hauptgruppe beziehungsweise Hydride von Elementen der V-Hauptgruppe eingespeist.
Der Boden der von Abdeckplatten 15' oder einer Stufe 15 des Suszeptors 1 gebildeten Tasche bildet eine Lagerfläche 7 für einen kreisscheibenförmigen, aus Graphit gefertigten Substrathalter 2. Die Lagerfläche 7 bildet eine erste, zentrale Radialzone 11 aus, in der sich spiralförmige Gasleitkanäle 4 erstrecken, in die durch eine Gaszuleitung 3 ein Trägergas eingespeist wird. Hierzu sind die Gaszuleitungen 3 mit Versorgungsleitungen 18 innerhalb des Suszeptors 1 verbunden.
Radial außerhalb der ersten Radialzone 11 erstreckt sich eine ringförmige, schmalere zweite Radialzone 12, die im Wesentlichen von einem Gassammelkanal 5 ausgebildet wird. Der Gassammelkanal 5 kann eine Querschnittsfläche von 3 x 3 mm aufweisen und erstreckt sich auf einer Kreisbogenlinie um ein Zentrum Z der Lagerfläche 7. Die vom Gassammelkanal 5 ausgebildete zweite Radialzone 12 umgibt somit die zentrale, kreisflächenförmige erste Radialzone 11, in die das Trägergas eingespeist wird, so dass sich ein Gaspolster ausbildet, das den Substrathalter 2 in der Schwebe hält.
Dem Boden des Gassammelkanals 5 entspringen in gleichmäßiger Umfangsverteilung Ableitkanäle 6. Die Ableitkanäle 6 sind als Bohrungen ausgebildet und sind um maximal 10 cm, bevorzugt maximal 4 cm voneinander beabstandet. Der Durchmesser der den Ableitkanal bildenden Bohrungen liegt im Bereich zwischen 2 und 4 mm. Bevorzugt besitzen die Bohrungen einen Minimaldurchmesser von 1 mm, bevorzugt einen Minimaldurchmesser von 2,5 mm und bevorzugt einen Minimaldurchmesser von 3 mm.
Radial außerhalb des Gassammelkanales 5 erstreckt sich eine dritte Radialzone 13, deren radiale Erstreckungslänge beim Ausführungsbeispiel größer ist, als die radiale Erstreckungslänge der zweiten Radialzone 12. Die radiale Erstreckungslänge der dritten Radialzone 13 beträgt bevorzugt mindestens 5 mm. Im Bereich der dritten Radialzone 13 bildet die Lagerfläche 7 eine ebene Fläche aus, die eine Spaltbegrenzungsfläche 10 ausbildet. Eine zu dieser ersten Spaltbegrenzungsfläche 10 kongruente Fläche 20 wird von einer ringförmigen Zone der Unterseite 2' des Substrathalters 2 ausgebildet. In einem Grundzustand, in dem kein Trägergas durch die Gaszuleitungen 3 eingespeist wird und sich demzufolge in den Bereich zwischen Unterseite 2' und Lagerfläche 7 kein Gaspolster ausbildet, liegt die Randfläche 20 des Substrathalters 2 flächig und dichtend auf der Spaltbegrenzungsfläche 10 auf. Die Spaltbegrenzungsfläche 10 der dritten Radialzone 13 liegt bevorzugt auf demselben Niveau wie eine Fläche, in der sich die Gasleitkanäle 4 erstrecken, so dass der Gassammelkanal 5 eine Vertiefung in einer von den Flächen 8, 10 ausgebildeten Ebene ist.
Wird in die Gaszuleitung 3 ein Gasstrom eingespeist, so wird er durch die Gasleitkanäle 4 in eine Drehung versetzt und hebt den Substrathalter 2 an, wobei er den Substrathalter 2 gleichzeitig in eine Drehung um seine Figurenachse versetzt. Bei der erfindungsgemäßen Verwendung beziehungsweise beim erfindungsgemäßen Verfahren ist der Gasstrom, der in das Volumen zwischen Unterseite 2' des Substrathalters 2 und Lagerfläche 7 eingespeist wird, so bemessen, dass sich in den beiden Spaltbegrenzungsflächen 10, 20 ein Spalt 9 mit einer Spalthöhe von maximal 300 µm einstellt. Aufgrund der Dimensionierung und Anzahl der Ableitkanäle 6 und radialen Länge der dritten Radialzone 13 ist der Strömungswiderstand des Spaltes 9 erheblich größer, als der Strömungswiderstand einer Gasableitung, die in Ableitkanälen 6 gebildet ist. Der Unterschied besteht bevorzugt zumindest in einem Faktor 20, bevorzugt in einem Faktor von mindestens 50. Als Folge dessen strömt 90 Prozent und mehr des Trägergases durch die von den Ableitkanälen 6 ausgebildete Ableitung und nur maximal 10 Prozent des Trägergases durch den Spalt 9 in die Prozesskammer.
Das in der 6 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in der 5 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dadurch, dass die Ableitung 6 nicht wie beim ersten Ausführungsbeispiel in die Rückseite 14 des Suszeptors 1 mündet, sondern in einer Umfangswandung 15'.
Das in der 7 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in der 5 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen nur dadurch, dass der Ableitkanal 6 in eine zur Prozesskammer weisenden Oberseite 17 des Suszeptors 1 mündet, wobei die Mündung des Ableitkanales 6 in Strömungsrichtung S durch die Prozesskammer stromabwärts des Lagerplatzes 7 angeordnet ist.
Die 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Suszeptors 1, wobei die radial äußere Umgebungswand der Lagerplätze 7 von einer halbkreisförmigen Stufe 15 ausgebildet ist, die materialeinheitlich mit dem die Lagerfläche 7 ausbildenden Teil des Suszeptors 1 verbunden ist. Es sind nicht dargestellte Abdeckplatten vorgesehen, die halbkreisförmige Stufen ausbilden und die die Wandung der die Lagerflächen 7 ausbildenden Taschen auf der radialeinwärtigen Seite vervollständigen.
Bei dem in der 9 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt der Suszeptor 1 eine im Wesentlichen ebene Breitseitenfläche. Hier werden die Wandungen der Taschen von bogenförmigen Wänden nicht dargestellter Abdeckplatten gebildet. Die Abdeckplatten liegen auf der Breitseitenfläche des Suszeptors auf. In dieser Ebene erstrecken sich auch die Lagerflächen 7.
Bei dem in der 10 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die radialeinwärtige Wandung der die Lagerfläche 7 ausbildenden Tasche von einem radial inneren Sockel des Suszeptors 1 ausgebildet, der mit dem die Lagerflächen 7 ausbildenden Bereich des Suszeptors 1 materialeinheitlich verbunden ist. Die radial äußeren Wandungen der Lagertaschen werden hier von nicht dargestellten Abdeckplatten gebildet.
Bei dem in der 11 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzen die Randflächen 10, 20 der Lagerfläche 7 beziehungsweise der Unterseite 2' des Substrathalters 2 ineinandergreifende Strukturen 24, 25. Es handelt sich bevorzugt um ringförmige Strukturen, die eine Art Labyrinthdichtung ausbilden. Beim Ausführungsbeispiel ist eine Rippe 24 vorgesehen, die in eine Ringnut 25 eingreift. Die Rippe 24 kann von einer der beiden Flächen 10, 20 ausgebildet sein. Die Ringnut ist dann von der jeweils anderen Fläche 20, 10 ausgebildet. Beim Ausführungsbeispiel entspringt die Rippe 24 der Lagerfläche 7 und ist die Ringnut 25 in die Unterseite 2' des Substrathalters 2 eingearbeitet. Die Rippe 24 und die Ringnut 25 sind beim Ausführungsbeispiel radial außerhalb des Gassammelkanals 5 angeordnet. Der Substrathalter 2 befindet sich in einer Tasche, die von einer Abdeckplatte 15' ausgebildet ist.
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, wobei zwei, mehrere oder alle dieser Merkmalskombinationen auch kombiniert sein können, nämlich:
Ein Suszeptor, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die die Querschnittsfläche der Ableitkanäle 6 und die radiale Länge des Spaltes 9 so dimensioniert sind, dass der Gasvolumenstrom durch die Gasableitung 6 größer ist als durch den Spalt 9 mit einer Spalthöhe von 300 µm.
Ein Suszeptor, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die kreisförmige Fläche bezogen auf das Zentrum Z eine radiale Länge von mindestens 5 mm besitzt und die Ableitkanäle 6 zumindest vier Bohrungen mit einem Durchmesser von zumindest 2 mm, bevorzugt zumindest 4 mm sind.
Ein Suszeptor, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die dritte Radialzone 13 von einer kreisringförmigen, geschlossenen Fläche 10 mit einer radialen Länge von mindestens 4 mm ausgebildet ist, die in Radialeinwärtsrichtung an einen von einer Vertiefung ausgebildeten Gassammelkanal 5 angrenzt, dem insbesondere zumindest vier Ableitkanäle 6 entspringen, die außerhalb der Lagerfläche 7 münden und insbesondere Bohrungen mit einem Durchmesser von zumindest 2 mm, bevorzugt zumindest 3 mm sind.
Ein Suszeptor, der dadurch gekennzeichnet ist, dass der Lagerplatz 7 in Radialauswärtsrichtung durch eine Stufe 15 oder Abdeckplatte 15' begrenzt ist und/oder die Fläche 10 eben ist.
Ein Suszeptor, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Ableitkanäle 6 in einer der Lagerfläche 7 gegenüberliegenden Rückseite 14, einer Randseite (16) oder stromabwärts der Lagerflache 7 in der die Lagerfläche 7 ausbildenden Breitseite 17 des Suszeptors 1 münden.
Ein Suszeptor, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Durchmesser und die Anzahl der Ableitkanäle 6 derart gewählt sind, dass die folgende Beziehung erfüllt ist: $n \cdot r^{4} > \frac{2 \cdot d \cdot l_{a}}{3 \cdot l_{s}} \cdot h^{3}$
wobei r: Radius des Ableitkanals (6), l_a: Länge eines Ableitkanals (6), n: Anzahl der Ableitkanäle (6), d: Durchmesser der dritten Randzone (13), l_s: radiale Länge des Spaltes (9), h: maximale Höhe des Spaltes (9), wobei die linke Seite der Beziehung bevorzugt mindestens zehnmal, weiter bevorzugt mindestens zwanzigmal und besonders bevorzugt mindestens fünfzigmal so groß ist wie die rechte Seite der Beziehung.
Eine Suszeptoranordnung bestehend aus einem Suszeptor 1 gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und einem auf der Lagerfläche 7 drehgelagerten Substrathalter 2, wobei der Substrathalter 2 eine kreisscheibenförmige Form besitzt und zumindest in einem sich kongruent zur dritten Radialzone 13 erstreckenden radial äußeren Bereich eine ringförmige, insbesondere ebene Randfläche 20 aufweist, die zusammen mit der Fläche 10 der dritten Radialzone 13 den Spalt 9 mit einer konstanten Spalthöhe begrenzt.
Ein Suszeptor oder eine Suszeptoranordnung, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die den Spalt 9 begrenzemden Flächen 9, 20 keine weiteren Gasableitungen aufweisen, sondern von zwei kongruenten, geschlossenen Ringflächen gebildet ist.
Ein Suszeptor oder eine Suszeptoranordnung, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die den radial äußeren Rand der Lagerfläche 7 bildende Fläche 10 und die dazu korrespondierende Randfläche 20 des Substrathalters 2 ineinandergreifende ringförmige Strukturen aufweist, die insbesondere als in eine Ringnut 25 eingreifende ringförmige Rippe 24 ausgebildet sind.
Eine Verwendung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der in das Volumen zwischen Lagerfläche 7 und Unterseite 2' des Substrathalters 2 eingespeiste Gasstrom einen Druck erzeugt, der den Substrathalter in der Schwebe hält und eine Spalthöhe kleiner als 300 µm und bevorzugt in einem Bereich zwischen 50 oder 100 µm und 250 µm erzeugt.
Ein CVD-Reaktor, der dadurch gekennzeichnet ist, dass der Suszeptor 1 und der Substrathalter 2 gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.
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, auch ohne die Merkmale eines in Bezug genommenen Anspruchs, mit ihren Merkmalen eigenständige erfinderische Weiterbildungen des Standes der Technik, insbesondere um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen. Die in jedem Anspruch angegebene Erfindung kann zusätzlich ein oder mehrere der in der vorstehenden Beschreibung, insbesondere mit Bezugsziffern versehene und/oder in der Bezugsziffernliste angegebene Merkmale aufweisen. Die Erfindung betrifft auch Gestaltungsformen, bei denen einzelne der in der vorstehenden Beschreibung genannten Merkmale nicht verwirklicht sind, insbesondere soweit sie erkennbar für den jeweiligen Verwendungszweck entbehrlich sind oder durch andere technisch gleichwirkende Mittel ersetzt werden können.
Bezugszeichenliste

1: Suszeptor
2: Substrathalter
2': Unterseite
3: Gaszuleitung
4: Gasleitkanal
5: Gassammelkanal
6: Ableitkanal
7: Lagerfläche
8: Spalt
9: Spalt
10: Fläche
11: erste Radialzone
12: zweite Radialzone
13: dritte Radialzone
14: Rückseite
15: Stufe
15': Abdeckplatte
16: Randseite
17: Oberseite
18: Versorgungsleitung
18': Versorgungsleitung
19: Substrat
20: Randfläche
21: Heizeinrichtung
22: Gaseinlassorgan
23: Gehäuse
24: Rippe
25: Ringnut
S: Strömungsrichtung
Z: Zentrum

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 9447500 B2 [0003]
DE 102009044276 A1 [0003]

Claims

Suszeptor aufweisend zumindest eine Lagerfläche (7) mit einem kreisförmigen Grundriss zur Drehlagerung eines kreisscheibenförmigen Substrathalters (2) um ein Zentrum (Z) der Lagerfläche (7), wobei die Lagerfläche (7) eine erste Radialzone (11), in welcher sich zumindest ein Gasverteilkanal (4) erstreckt, in den eine Gaszuleitung (3) mündet, eine zweite Radialzone (12), die von der ersten Radialzone (11) radial - bezogen auf das Zentrum (Z) - versetzt ist und die eine Gasableitung mit ein oder mehreren Ableitkanälen (6) ausbildet, und eine dritte Radialzone (13) aufweist, die die erste Radialzone (11) und die zweite Radialzone (12) umgibt und einen unmittelbar an den radial äußeren Rand der Lagerfläche (7) angrenzenden Spalt (9) zwischen Lagerfläche (7) und Substrathalter (2) ausbildet, wobei die Radialzonen (11,12,13) so ausgebildet sind, dass ein in die erste Radialzone (11) durch die Gaszuleitung (3) eingespeister Gasstrom in einem Volumen zwischen Lagerfläche (7) und Unterseite (2') des Substrathalters (2) einen Druck erzeugt, der den Substrathalter (2) in der Schwebe hält und der das Volumen durch die Gasableitung (6) und durch den Spalt (9) verlässt, dadurch gekennzeichnet dass die die Querschnittsfläche der Ableitkanäle (6) und die radiale Länge des Spaltes (9) so dimensioniert sind, dass der Gasvolumenstrom durch die Gasableitung (6) größer ist als durch den Spalt (9) mit einer Spalthöhe von 300 µm.
Suszeptor aufweisend zumindest eine Lagerfläche (7) mit einem kreisförmigen Grundriss zur Drehlagerung eines kreisscheibenförmigen Substrathalters (2) um ein Zentrum (Z) der Lagerfläche (7), wobei die Lagerfläche (7) eine erste Radialzone (11), in welcher sich zumindest ein Gasverteilkanal (4) erstreckt, in den eine Gaszuleitung (3) mündet, eine zweite Radialzone (12), die von der ersten Radialzone (11) radial - bezogen auf das Zentrum (Z) - versetzt ist und die einen von einer Vertiefung ausgebildeten Gassammelkanal (5) aufweist, dem Ableitkanäle (6) entspringen, die außerhalb der Lagerfläche (7) münden, und eine dritte Radialzone (13) aufweist, die eine die erste Radialzone (11) und die zweite Radialzone (12) umgebende, kreisringförmige, geschlossene und den radial äußeren Rand der Lagerfläche (7) bildende Fläche (10) ausbildet, die in Radialeinwärtsrichtung, an den Gassammelkanal (5) angrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass die kreisförmige Fläche bezogen auf das Zentrum (Z) eine radiale Länge von mindestens 4 mm besitzt und die Ableitkanäle (6) zumindest vier Bohrungen mit einem Durchmesser von zumindest 2 mm, bevorzugt zumindest 3 mm sind.
Suszeptor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Radialzone (13) von einer kreisringförmigen, geschlossenen Fläche (10) mit einer radialen Länge von mindestens 4 mm ausgebildet ist, die in Radialeinwärtsrichtung an einen von einer Vertiefung ausgebildeten Gassammelkanal (5) angrenzt, dem insbesondere zumindest vier Ableitkanäle (6) entspringen, die außerhalb der Lagerfläche (7) münden und insbesondere Bohrungen mit einem Durchmesser von zumindest 2 mm, bevorzugt zumindest 3 mm sind.
Suszeptor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerplatz (7) in Radialauswärtsrichtung durch eine Stufe (15) oder Abdeckplatte (15') begrenzt ist und/oder die Fläche (10) eben ist.
Suszeptor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitkanäle (6) in einer der Lagerfläche (7) gegenüberliegenden Rückseite (14), einer Randseite (16) oder stromabwärts der Lagerflache (7) in der die Lagerfläche (7) ausbildenden Breitseite (17) des Suszeptors (1) münden.
Suszeptor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesser und die Anzahl der Ableitkanäle (6) derart gewählt sind, dass die folgende Beziehung erfüllt ist: $n \cdot r^{4} > \frac{2 \cdot d \cdot l_{a}}{3 \cdot l_{s}} \cdot h^{3}$
wobei r: Radius des Ableitkanals (6), l_a: Länge eines Ableitkanals (6), n: Anzahl der Ableitkanäle (6), d: Durchmesser der dritten Randzone (13), l_s: radiale Länge des Spaltes (9), h: maximale Höhe des Spaltes (9), wobei die linke Seite der Beziehung bevorzugt mindestens zehnmal, weiter bevorzugt mindestens zwanzigmal und besonders bevorzugt mindestens fünfzigmal so groß ist wie die rechte Seite der Beziehung.
Suszeptoranordnung bestehend aus einem Suszeptor (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und einem auf der Lagerfläche (7) drehgelagerten Substrathalter (2), wobei der Substrathalter (2) eine kreisscheibenförmige Form besitzt und zumindest in einem sich kongruent zur dritten Radialzone (13) erstreckenden radial äußeren Bereich eine ringförmige, insbesondere ebene Randfläche (20) aufweist, die zusammen mit der Fläche (10) der dritten Radialzone (13) den Spalt (9) mit einer konstanten Spalthöhe begrenzt.
Suszeptor oder Suszeptoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Spalt (9) begrenzemden Flächen (9, 20) keine weiteren Gasableitungen aufweisen, sondern von zwei kongruenten, geschlossenen Ringflächen gebildet ist.
Suszeptor oder Suszeptoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den radial äußeren Rand der Lagerfläche (7) bildende Fläche (10) und die dazu korrespondierende Randfläche (20) des Substrathalters (2) ineinandergreifende ringförmige Strukturen aufweist, die insbesondere als in eine Ringnut (25) eingreifende ringförmige Rippe (24) ausgebildet sind.
Verwendung eines Suszeptors oder einer Suszeptoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem CVD-Reaktor, dadurch gekennzeichnet, dass der in das Volumen zwischen Lagerfläche (7) und Unterseite (2') des Substrathalters (2) eingespeiste Gasstrom einen Druck erzeugt, der den Substrathalter in der Schwebe hält und eine Spalthöhe kleiner als 300 µm und bevorzugt in einem Bereich zwischen 50 oder 100 µm und 250 µm erzeugt.
CVD-Reaktor mit einer in einem Gehäuse (23) angeordneten Prozesskammer, einem in die Prozesskammer mündenden Gaseinlassorgan (22) zum Einspeisen von Prozessgasen in die Prozesskammer, mit einem den Boden der Prozesskammer ausbildenden Suszeptor (1) mit zumindest einer Lagerfläche (7), welche einen Substrathalter (2) lagert und mit einer Heizeinrichtung (21) zum Aufheizen des Suszeptors (1) und des mindestens einen vom Suszeptor (1) getragenen Substrathalters (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Suszeptor (1) und der Substrathalter (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.
Suszeptor, Suszeptoranordnung, Verwendung oder CVD-Reaktor, gekennzeichnet durch eines oder mehrere der kennzeichnenden Merkmale eines der vorhergehenden Ansprüche.