DE102022203416A1

DE102022203416A1 - Substrat, umfassend eine konforme metallcarbidbeschichtung

Info

Publication number: DE102022203416A1
Application number: DE102022203416.3A
Authority: DE
Inventors: Charles Wijayawardhana; Christian MILITZER; Jing-Jia Huang; Urban Forsberg; Henrik Pedersen
Original assignee: SGL Carbon SE
Current assignee: SGL Carbon SE
Priority date: 2022-04-06
Filing date: 2022-04-06
Publication date: 2023-10-12
Also published as: WO2023194483A1

Abstract

Unter einem ersten Gesichtspunkt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Beschichten eines Substrats mit einem Metall- oder Übergangsmetallcarbid durch thermisch-chemische Gasphasenabscheidung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:- Platzieren eines Substrats in eine Reaktionskammer und- Versorgen der Reaktionskammer mit SiCl4, Ethen und einem Trägergas, und wobei eine Prozesstemperatur in der Reaktionskammer zwischen etwa 900 °C bis etwa 1050 °C beträgt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet metallcarbidbeschichteter Substrate. Spezifischer betrifft die vorliegende Erfindung Graphitsubstrate, die mit einer Beschichtung aus Metallcarbiden beschichtet sind, die durch homogene Schichtdicke gekennzeichnet ist
STAND DER TECHNIK
Beschichten von Substraten mit Metallcarbiden kann für mehrere Anwendungen nützlich sein. Zum Beispiel können Metallcarbidschichten, wie Siliciumcarbidschichten, die Härte und/oder mechanische Festigkeit des Substrats steigern. Ferner können Metallcarbidschichten die chemische Beständigkeit des beschichteten Substrats verbessern. Daher kann Hinzufügen von Metallcarbidbeschichtungen zu Substraten deren Lebensdauer steigern, indem zum Beispiel Abriebs- und chemische Beständigkeit gesteigert werden.
Aufgrund ihrer hohen Temperaturbeständigkeit, spezifisch des hohen Schmelzpunkts, und der Wärmeleitfähigkeit sowie des geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten können Graphitmaterialien in zahlreichen Hochtemperaturprozessen verwendet werden. Ferner kann Graphit als ein Suszeptor verwendet werden. Ein Suszeptor kann elektromagnetische Energie absorbieren und sie in Wärme umwandeln oder die elektromagnetische Energie wieder als Infrarotwärmestrahlung emittieren. Aufgrund seiner Funktion als ein Suszeptor, relativ hohen chemischen Reinheit und hohen Temperaturbeständigkeit kann Graphit in der Halbleiterindustrie als ein Waferträger verwendet werden, zum Beispiel für chemische Gasphasenabscheidungsprozesse.
Da Graphit jedoch Kohlenstoff umfasst oder im Wesentlichen daraus besteht, kann er anfällig für chemische Angriffe sein. Zum Beispiel kann in Prozessen, die die Verwendung von Wasserstoff umfassen, der Graphit durch den Wasserstoff angegriffen werden. Darüber hinaus kann Graphit noch Verunreinigungen umfassen, die während Hochtemperaturprozessen unerwünschterweise auf einen Halbleiterwafer übertragen werden können. Ferner kann die Oberfläche von Graphit Graphitpartikel freisetzen, was Beschädigung an dem Wafer verursachen kann. Zum Beispiel kann die Graphitoberfläche Graphitpartikel freisetzen, wenn ein darin angeordneter Wafer bewegt wird, z. B. rotiert. Um die chemische Beständigkeit, mechanische Beständigkeit zu steigern und um Verunreinigungen und Partikel in dem Graphit zu versiegeln, können Beschichtungen zu der Graphitoberfläche hinzugefügt werden. Insbesondere können Metallcarbidbeschichtungen, wie Siliciumcarbidbeschichtungen, verwendet werden, um die chemische Beständigkeit des Graphits zu steigern und seine Oberfläche zu versiegeln. Bekannte Prozesse, um Metallcarbidbeschichtungen zu Substraten hinzuzufügen, weisen einen Kompromiss vor. Entweder ist die Wachstumsrate der Metallcarbidbeschichtung zu gering, um wirtschaftlich machbar oder mindestens effizient zu sein, oder die abgeschiedenen Metallcarbidbeschichtungen können nicht tief genug in Vertiefungen eindringen, was zu der Zerstörung des Substrats führen kann, da chemische Angriffe innerhalb der Vertiefung erfolgen können.
Die vorliegende Offenbarung zielt darauf ab, die vorgenannten Probleme in Substraten, die Metallcarbidbeschichtungen umfassen, anzugehen.
KURZDARSTELLUNG
Prozess
Unter einem ersten Gesichtspunkt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Beschichten eines Substrats mit einem Metall- oder Übergangsmetallcarbid durch thermisch-chemische Gasphasenabscheidung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

- Platzieren eines Substrats in eine Reaktionskammer und
- Versorgen der Reaktionskammer mit SiCl₄, Ethen und einem Trägergas,

In einigen Ausführungsformen kann die Prozesstemperatur zwischen etwa 925 °C bis etwa 1025 °C, spezifischer zwischen etwa 950 °C bis etwa 1000 °C betragen.
In einigen Ausführungsformen findet das Verfahren für eine Dauer zwischen etwa 20 min bis etwa 600 min, spezifischer zwischen etwa 40 min bis etwa 400 min und insbesondere zwischen etwa 60 min bis etwa 240 min statt.
In einigen Ausführungsformen kann der Gesamtdruck in der Reaktionskammer zwischen etwa 1 mbar bis etwa 1085 mbar, spezifischer zwischen etwa 5 mbar bis etwa 100 mbar und insbesondere zwischen etwa 7 mbar bis etwa 15 mbar betragen.
In einigen Ausführungsformen können das SiCl4 und das Ethen als eine Vorläufermischung zugeführt werden, wobei das atomare Verhältnis zwischen Silicium und Kohlenstoff in der Vorläufermischung zwischen etwa 0,7 bis etwa 1,3, spezifischer zwischen etwa 0,8 bis etwa 1,2 und insbesondere zwischen etwa 0,9 bis etwa 1,1 betragen kann.
In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren einen ersten und zweiten Schritt umfassen, wobei der erste Schritt Zuführen des SiCl4 in die Reaktionskammer umfasst und der zweite Schritt Zuführen des Ethens in die Reaktionskammer umfasst, insbesondere wobei sich der erste Schritt und der zweite Schritt abwechseln.
In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren einen Spülschritt umfassen, wobei der Spülschritt zwischen dem ersten und dem zweiten Schritt und/oder zwischen dem zweiten Schritt und dem ersten Schritt stattfindet, wobei der Spülschritt Versorgen der Reaktion nur mit Trägergas umfasst.
In einigen Ausführungsformen kann die Dauer des ersten und/oder zweiten Schritts zwischen etwa 1 s bis etwa 5 s, spezifischer zwischen etwa 2,5 s bis etwa 3,5 s betragen und/oder die Dauer des Spülschritts kann zwischen etwa 0,5 s bis etwa 3 s, spezifischer zwischen etwa 0,8 s bis etwa 1,2 s betragen.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Trägergas zusätzlich HCl oder Cl₂ und insbesondere HCl.
In einigen Ausführungsformen kann das atomare Verhältnis zwischen Chlor und Silicium in der Vorläufermischung zwischen etwa 3,5 : 1 bis etwa 5 : 1, spezifischer zwischen etwa 3,8 : 1 bis etwa 4,7 : 1 und insbesondere zwischen etwa 4 : 1 bis etwa 4,5 : 1 betragen.
In einigen Ausführungsformen kann das Trägergas H₂ umfassen, spezifischer wobei das Molverhältnis zwischen H₂ und Silicium in einem Aggregat aus dem Trägergas und der Vorläufermischung zwischen etwa 10 : 1 bis etwa 100 : 1, noch spezifischer zwischen etwa 20 : 1 bis etwa 70 : 1 und insbesondere zwischen etwa 32 : 1 bis etwa 50 : 1 betragen kann.
In einigen Ausführungsformen kann das Trägergas zusätzlich ein Inertgas umfassen, spezifischer N₂ und/oder Ar und insbesondere N₂.
Unter einem dritten Gesichtspunkt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Substrat, das eine Außenoberfläche und eine Vertiefung umfasst, die innerhalb der Außenoberfläche angeordnet ist. Die Vertiefung umfasst ein Wandsegment, wobei es eine Kante zwischen der Außenoberfläche und dem Wandsegment angeordnet gibt. Die Außenoberfläche und das Wandsegment umfassen eine Beschichtung. Ferner umfasst das Wandsegment einen proximalen Teilbereich, wobei der Abstand zwischen der Kante und dem proximalen Teilbereich 500 µm beträgt. Die Außenoberfläche umfasst einen ersten Abschnitt benachbart zu der Kante und das Wandsegment umfasst einen zweiten Abschnitt benachbart zu der Kante. Der Abstand zwischen dem ersten Abschnitt und der Kante und der Abstand zwischen dem zweiten Abschnitt und der Kante entspricht 110 % der Dicke der Beschichtung in dem proximalen Teilbereich. Ferner beträgt die Dicke der Beschichtung des ersten Abschnitts zwischen etwa 80 % bis etwa 120 %, spezifischer zwischen etwa 90 % bis etwa 110 % und insbesondere zwischen etwa 95 % bis etwa 105 % der Dicke der Beschichtung des zweiten Abschnitts.
Unter einem zweiten Gesichtspunkt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Substrat, wobei das Substrat eine Außenoberfläche und eine Vertiefung umfasst, die innerhalb der Außenoberfläche angeordnet ist. Ferner umfasst die Vertiefung ein Wandsegment, das eine Metallcarbidbeschichtung umfasst, wobei es eine Kante zwischen der Außenoberfläche und dem Wandsegment angeordnet gibt. Das Wandsegment umfasst einen proximalen Teilbereich und einen distalen Teilbereich, wobei sich der proximale Teilbereich verglichen mit dem distalen Teilbereich näher an der Kante befindet. Der Abstand zwischen dem proximalen Teilbereich und dem distalen Teilbereich in einer Richtung senkrecht zu der Außenoberfläche beträgt mindestens 100 µm. Die Metallcarbidbeschichtung in dem distalen Teilbereich weist mindestens 70 % der Dicke der Metallcarbidbeschichtung in dem proximalen Teilbereich auf.
Beschichtungsabmessungen
In einigen Ausführungsformen kann die Dicke der Metallcarbidbeschichtung in dem proximalen Teilbereich zwischen etwa 20 µm bis etwa 300 µm, spezifischer zwischen etwa 50 µm bis etwa 250 µm und insbesondere zwischen etwa zwischen etwa 80 µm und etwa 150 µm betragen.
In einigen Ausführungsformen kann der Abstand zwischen dem proximalen Teilbereich und dem distalen Teilbereich mindestens etwa 200 µm, spezifischer mindestens etwa 400 µm und insbesondere mindestens etwa 600 µm betragen.
In einigen Ausführungsformen kann der Abstand zwischen dem proximalen Teilbereich und der Kante mindestens etwa 200 µm, spezifischer mindestens etwa 400 µm und insbesondere mindestens etwa 600 µm betragen.
In einigen Ausführungsformen kann der Abstand zwischen dem proximalen Teilbereich und der Kante zwischen etwa 200 µm bis etwa 2 cm, spezifischer zwischen etwa 400 µm bis etwa 1 cm und insbesondere zwischen etwa 600 µm bis etwa 800 µm betragen.
In einigen Ausführungsformen kann die Außenoberfläche auch die Metallcarbidbeschichtung umfassen.
In einigen Ausführungsformen kann die Dicke der Metallcarbidbeschichtung des distalen Teilbereichs zwischen etwa 80 % bis etwa 200 %, spezifischer zwischen etwa 90 % bis etwa 160 % und insbesondere zwischen etwa 95 % bis etwa 120 % der Dicke der Beschichtung des proximalen Teilbereichs betragen.
In einigen Ausführungsformen kann die Dicke der Metallcarbidbeschichtung des distalen Teilbereichs zwischen etwa 80 % bis etwa 200 %, spezifischer zwischen etwa 90 % bis etwa 160 % und insbesondere zwischen etwa 95 % bis etwa 120 % der Dicke der Metallcarbidbeschichtung auf der Außenoberfläche betragen.
In einigen Ausführungsformen kann das Wandsegment eine Länge zwischen etwa 200 µm bis etwa 50 cm, spezifischer zwischen etwa 5 mm bis etwa 40 cm und insbesondere zwischen etwa 5 cm bis etwa 30 cm aufweisen.
Ausrichtung der Ebenen
In einigen Ausführungsformen können das Wandsegment und die Außenoberfläche in einem Winkel zueinander angeordnet sein, spezifischer wobei der Winkel zwischen etwa 45° bis etwa 135° betragen kann, insbesondere wobei der Winkel zwischen etwa 70° bis etwa 110° betragen kann und ganz besonders wobei der Winkel zwischen etwa 85° bis etwa 95° betragen kann.
In einigen Ausführungsformen können das Wandsegment und die Außenoberfläche im Wesentlichen orthogonal oder orthogonal zueinander angeordnet sein.
In einigen Ausführungsformen kann das Wandsegment ein gegenüberliegendes Wandsegment aufweisen, wobei der Abstand zwischen dem Wandsegment und dem gegenüberliegenden Wandsegment zwischen etwa 250 µm bis etwa 25000 µm, spezifischer zwischen etwa 500 µm bis etwa 10000 µm und insbesondere zwischen etwa 1000 µm bis etwa 7500 µm betragen kann.
In einigen Ausführungsformen kann ein Verhältnis zwischen einer Länge des Wandsegments und dem Abstand zwischen dem Wandsegment und dem gegenüberliegenden Wandsegment mindestens 1 : 1, spezifischer mindestens 5 : 1, noch spezifischer mindestens 10 : 1 und insbesondere mindestens 20 : 1 betragen.
In einigen Ausführungsformen kann das Verhältnis zwischen der Länge des Wandsegments und dem Abstand zwischen dem Wandsegment und dem gegenüberliegenden Wandsegment zwischen etwa 1 : 1 bis etwa 100 : 1, spezifischer zwischen etwa 10 : 1 bis etwa 75 : 1 und insbesondere zwischen etwa 20 : 1 bis etwa 50 : 1 betragen.
Kanten
In einigen Ausführungsformen folgt die Metallcarbidbeschichtung der Kontur des darunter liegenden Substrats, insbesondere wobei die Metallcarbidbeschichtung der Kontur des darunter liegenden Substrats an der Kante folgt.
In einigen Ausführungsformen kann die Variation der Dicke der Metallcarbidbeschichtung entlang der Kante weniger als 60 %, spezifischer weniger als 50 % und insbesondere weniger als 45 % betragen.
In einigen Ausführungsformen kann die Außenoberfläche einen ersten Abschnitt benachbart zu der Kante umfassen und das Wandsegment kann einen zweiten Abschnitt benachbart zu der Kante umfassen, wobei der Abstand zwischen dem ersten Abschnitt und der Kante und der Abstand zwischen dem zweiten Abschnitt und der Kante 110 % der Dicke der Metallcarbidbeschichtung in dem proximalen Teilbereich entspricht, und wobei die Dicke der Metallcarbidbeschichtung des ersten Abschnitts zwischen etwa 80 % bis etwa 120 %, spezifischer zwischen etwa 90 % bis etwa 110 % und insbesondere zwischen etwa 95 % bis etwa 105 % der Dicke der Metallcarbidbeschichtung des zweiten Abschnitts betragen kann.
In einigen Ausführungsformen kann die Dicke der Metallcarbidbeschichtung des ersten Abschnitts zwischen etwa 80 % bis etwa 120 %, spezifischer zwischen etwa 90 % bis etwa 110 % und insbesondere zwischen etwa 95 % bis etwa 105 % der Dicke der Metallcarbidbeschichtung in dem proximalen Teilbereich betragen.
In einigen Ausführungsformen kann die Dicke der Metallcarbidbeschichtung des zweiten Abschnitts zwischen etwa 80 % bis etwa 120 %, spezifischer zwischen etwa 90 % bis etwa 110 % und insbesondere zwischen etwa 95 % bis etwa 105 % der Dicke der Metallcarbidbeschichtung in dem proximalen Teilbereich betragen.
In einigen Ausführungsformen kann die Kante eine Außenkante sein.
In einigen Ausführungsformen kann die Kante eine Innenkante sein.
Substratmaterial
In einigen Ausführungsformen kann das Substrat Kohlenstoff umfassen, spezifischer wobei das Substrat mindestens etwa 90 Gew.-% Kohlenstoff umfassen kann und insbesondere wobei das Substrat mindestens etwa 99 Gew.-% Kohlenstoff umfassen kann, bezogen auf das Gesamtgewicht des Substrats.
In einigen Ausführungsformen kann das Substrat Graphit umfassen, spezifischer wobei das Substrat mindestens etwa 90 Gew.-% Graphit umfassen kann und insbesondere wobei das Substrat mindestens etwa 99 Gew.-% Graphit umfassen kann, bezogen auf das Gesamtgewicht des Substrats.
In einigen Ausführungsformen kann das Substrat Silicium umfassen, spezifischer wobei das Substrat mindestens etwa 90 Gew.-% Silicium umfassen kann und insbesondere wobei das Substrat mindestens etwa 99 Gew.-% Silicium umfassen kann, bezogen auf das Gesamtgewicht des Substrats.
In einigen Ausführungsformen kann das Substrat isostatischen Graphit umfassen, spezifischer wobei das Substrat mindestens etwa 90 Gew.-% isostatischen Graphit umfassen kann und insbesondere wobei das Substrat mindestens etwa 99 Gew.-% isostatischen Graphit umfassen kann, bezogen auf das Gesamtgewicht des Substrats.
In einigen Ausführungsformen kann das Substrat CFRC umfassen, spezifischer wobei das Substrat mindestens etwa 90 Gew.-% isostatischen Graphit umfassen kann und insbesondere wobei das Substrat mindestens etwa 99 Gew.-% CFRC umfassen kann, bezogen auf das Gesamtgewicht des Substrats.
In einigen Ausführungsformen kann das Substrat ein Zylinder sein, spezifischer ein Zylinder mit einem Durchmesser zwischen etwa 5 cm bis etwa 100 cm und insbesondere ein Zylinder mit einem Durchmesser zwischen etwa 15 cm bis etwa 80 cm.
In einigen Ausführungsformen kann der Zylinder eine Dicke zwischen etwa 1 mm bis etwa 10 cm, spezifischer zwischen etwa 3 mm bis etwa 5 cm und insbesondere zwischen etwa 5 mm bis etwa 3 cm aufweisen.
In einigen Ausführungsformen kann die Außenoberfläche mindestens eine scheibenförmige Tasche umfassen, wobei der Durchmesser der Vertiefung zwischen etwa 45 mm bis etwa 700 mm, spezifischer zwischen etwa 100 mm bis etwa 475 mm und insbesondere zwischen etwa 150 mm bis etwa 300 mm betragen kann und/oder wobei die Tiefe der Tasche zwischen etwa 100 µm bis etwa 2000 µm, spezifischer zwischen etwa 250 µm bis etwa 1500 µm und insbesondere zwischen etwa 500 µm bis etwa 1000 µm betragen kann.
Beschichtungsmaterial
In einigen Ausführungsformen kann die Beschichtung Metallcarbidbeschichtung umfassen, kann mindestens etwa 90 Gew.-% ein Metallcarbid umfassen, spezifischer kann die Metallcarbidbeschichtung mindestens etwa 99 Gew.-% ein Metallcarbid umfassen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtung, und insbesondere kann die Metallcarbidbeschichtung aus dem Metallcarbid bestehen.
In einigen Ausführungsformen kann das Metallcarbid Siliciumcarbid umfassen.
In einigen Ausführungsformen kann die Beschichtung eine Vielzahl von Carbidkristallen umfassen.
In einigen Ausführungsformen kann die Metallcarbidbeschichtung durch eine Halbwertsbreite des (111)-Peaks zwischen etwa 0,300° bis etwa 1,000°, spezifischer zwischen etwa 0,350° bis etwa 0,800° und insbesondere zwischen etwa 0,400° bis etwa 0,750°, durch XRD gemessen, gekennzeichnet sein.
Gaskanal
In einigen Ausführungsformen kann das Wandsegment einen ersten Wandteilbereich und einen zweiten Wandteilbereich umfassen, wobei der erste und zweite Wandteilbereich in einem Winkel zueinander angeordnet sein können.
In einigen Ausführungsformen erstreckt sich der zweite Wandteilbereich orthogonal zu dem ersten Wandteilbereich.
In einigen Ausführungsformen kann der erste Wandteilbereich eine Länge zwischen etwa 0,1 cm bis etwa 3 cm, spezifischer zwischen etwa 0,5 cm bis etwa 2 cm und insbesondere zwischen etwa 1 cm bis etwa 1,5 cm aufweisen.
In einigen Ausführungsformen kann der zweite Wandteilbereich eine Länge zwischen etwa 1 cm bis etwa 100 cm, spezifischer zwischen etwa 5 cm bis etwa 75 cm und insbesondere zwischen etwa 25 cm bis etwa 50 cm aufweisen.
In einigen Ausführungsformen kann die Vertiefung eine erste und eine zweite Öffnung aufweisen, wobei die erste Öffnung innerhalb der Außenoberfläche angeordnet sein kann und die zweite Öffnung auf einer zweiten Außenoberfläche des Substrats angeordnet sein kann.
In einigen Ausführungsformen kann eine zweite Kante zwischen dem ersten und zweiten Wandsegment angeordnet sein und wobei das erste Wandsegment einen dritten Abschnitt benachbart zu der zweiten Kante umfassen kann und das zweite Wandsegment einen vierten Abschnitt benachbart zu der zweiten Kante umfassen kann, wobei der Abstand zwischen dem dritten Abschnitt und der zweiten Kante und der Abstand zwischen dem vierten Abschnitt und der Kante 110 % der Dicke der Beschichtung in dem proximalen Teilbereich entspricht, und wobei die Dicke der Beschichtung des ersten Abschnitts zwischen etwa 80 % bis etwa 120 %, spezifischer zwischen etwa 90 % bis etwa 110 % und insbesondere zwischen etwa 95 % bis etwa 105 % der Dicke der Beschichtung des zweiten Abschnitts betragen kann.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nachfolgend wird eine detaillierte Beschreibung der vorliegenden Offenbarung gegeben. Die in der Beschreibung und den Gesichtspunkten der vorliegenden Offenbarung verwendeten Begriffe oder Wörter sind nicht einschränkend als nur übliche Sprach- oder Wörterbuchdefinitionen aufweisend auszulegen und sollten, sofern in der folgenden Beschreibung nicht spezifisch anderweitig definiert, interpretiert werden als ihre gewöhnliche technische Bedeutung aufzuweisen, wie auf dem relevanten technischen Gebiet etabliert. Die detaillierte Beschreibung bezieht sich auf spezifische Ausführungsformen, um die vorliegende Offenbarung besser zu veranschaulichen, es versteht sich jedoch, dass die präsentierte Offenbarung nicht auf diese spezifischen Ausführungsformen beschränkt ist.
Beschichtungen, insbesondere Metallcarbidbeschichtungen, können durch chemische Gasphasenabscheidung auf Substraten abgeschieden werden. Eine Variation chemischer Gasphasenabscheidung ist thermisch-chemische Gasphasenabscheidung, wobei die Reaktionsenergie für die Beschichtungsabscheidung/-bildung durch hohe Temperaturen bereitgestellt wird. In der Regel werden gasförmige Vorläufer durch ein Trägergas in eine Reaktionskammer getragen. Die Kombination aus Trägergas und gasförmigem Vorläufer kann als Hauptgasstrom bezeichnet werden. Der Hauptgasstrom kann auch H₂ umfassen.
1 zeigt die Prozesse in einem thermisch-chemischen Gasphasenabscheidungsprozess. Vorläufermoleküle und möglicherweise H₂ aus dem Hauptgasstrom können in eine Grenzschicht diffundieren, die zwischen dem Hauptgasstrom und einer Oberfläche des Substrats angeordnet ist. Innerhalb der Grenzschicht kann sich der Vorläufer zersetzen und/oder mit H₂ reagieren, um eine reaktive Spezies zu bilden, und die reaktive Spezies kann dann zu der Substratoberfläche transportiert werden. An der Substratoberfläche können die reaktiven Spezies an Oberfläche adsorbieren. An der Oberfläche können die reaktiven Spezies ferner aufgrund von Oberflächenreaktionen Veränderung durchlaufen. Ein Teil der reaktiven Spezies, spezifischer flüchtige Oberflächenreaktionsprodukte, kann auch von der Oberfläche desorbieren, wodurch die Rate der Beschichtungsbildung reduziert wird.
Multiple reaktive Spezies können reagieren, um einen Keim zu bilden. Der Keim kann durch einen Stufen-Wachstumsprozess expandieren, wobei die Keimkanten mit weiteren reaktiven Spezies reagieren können.
Im Allgemeinen wird erwartet, dass höhere Temperaturen in einem chemischen Gasphasenabscheidungsprozess zu einer höheren Beschichtungswachstumsrate führen, da die Bildungsrate reaktiver Spezies in der Gasphase gesteigert wird.
In Substraten, die Merkmale umfassen, die sich von einer Außenoberfläche in die Substratmasse erstrecken, z. B. eine Vertiefung, ist die abgeschiedene Beschichtung in der Regel auf der Außenoberfläche dicker als innerhalb der Vertiefung.
Es wird angenommen, dass die meisten chemischen Gasphasenabscheidungsprozesse durch einen Kompromiss zwischen Beschichtungswachstumsrate und Eindringtiefe begrenzt sind. Wenn die Reaktionsrate des Vorläufers gesteigert wird, wird die Beschichtungswachstumsrate gesteigert. Die höhere Reaktionsrate führt jedoch auch zu einer höheren Abreicherungsrate des Vorläufers in dem in die Vertiefung eindringenden Gasstrom. Als ein Ergebnis wird bei ansteigender Beschichtungsabscheidungssrate die Eindringtiefe in die Vertiefung und die Gleichförmigkeit der Beschichtung entlang der Vertiefung reduziert.
Es wurde überraschenderweise festgestellt, dass die Kombination von SiCl4 und Ethen als Reaktionsgase in einem thermisch-chemischen Gasphasenabscheidungsprozess zu einem Prozess mit einer hohen Wachstumsrate und hoher Eindringtiefe und Beschichtungsgleichförmigkeit einer Siliciumcarbidbeschichtung entlang einer Vertiefung führen kann, wenn bei Temperaturen zwischen etwa 900 °C bis etwa 1050 °C durchgeführt.
Prozess
Dementsprechend betrifft die vorliegende Offenbarung unter einem ersten Gesichtspunkt ein Verfahren zum Beschichten eines Substrats mit einem Metall- oder Übergangsmetallcarbid durch thermisch-chemische Gasphasenabscheidung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

Der thermisch-chemische Gasphasenabscheidungsprozess umfasst eine Mehrzahl von chemischen Reaktionen und wird teilweise nicht bis ins kleinste Detail verstanden. Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, wird jedoch angenommen, dass während der Oberflächenreaktion Chlor an Reaktionsstellen des Substrats reversibel an die Oberfläche adsorbiert. Das adsorbierte Chlor blockiert vorübergehend die Reaktionsstelle. Das Chlor in dem Prozess ist ein Reaktionsprodukt der Siliciumcarbidabscheidung und daher ist die Chlorgenerierungsrate von der Abscheidungsrate abhängig. Da die Chlorgenerierungsrate von der Rate abhängt, mit der die reaktiven Spezies an die Oberfläche adsorbieren, kann die Reaktion als selbstreguliert betrachtet werden. Die Reaktionsstellen können daher einen Engpass bilden, der dazu führen kann, dass sich die Reaktionskinetik der Beschichtungsabscheidungsreaktion einer Reaktion nullter Ordnung annähert, solange die Konzentration des Chlors über einem gewissen Schwellenwert liegt und die Temperatur innerhalb eines gewissen Bereichs liegt. Eine Reaktion nullter Ordnung ist eine chemische Reaktion, bei der die Rate nicht mit der Steigerung oder Abnahme der Konzentration der Reaktionspartner, z. B. des Vorläufers, variiert.
Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, kann Diffusion der begrenzende Prozess für den Vorläufer sein, um in die Vertiefungen zu gelangen. Diffusion ist ein zeitabhängiger Prozess, wie der Beschichtungsabscheidungsprozess. Als ein Ergebnis wird allgemein erwartet, dass die Konzentration eines Vorläufers aus einem Hauptgasstrom auf dem Weg in eine Vertiefung abgereichert wird. Da Reaktionsraten mit Ausnahme von Reaktionen nullter Ordnung konzentrationsabhängig sind, wird im chemischen Gasphasenabscheidungsprozess innerhalb der Vertiefung eine geringere Abscheidungsrate, und daher üblicherweise eine kleine Beschichtungsdicke, erwartet als an der Außenoberfläche. Auf ähnliche Weise wird an einem Ort in der Vertiefung, der näher an der Außenoberfläche liegt, verglichen mit einem, der weiter von der Außenoberfläche entfernt liegt, eine kleinere Beschichtungsdicke erwartet.
Wenn sich die Reaktionskinetik der nullten Ordnung nähert, kann dies die Eindringtiefe und insbesondere die Homogenität der Beschichtungsdicke innerhalb einer Vertiefung steigern. Aufgrund der Blockierung reaktiver Stelle reagieren die Reaktionspartner nicht überwiegend an dem Eingang in die Vertiefung, wie dies bei herkömmlichen Prozessen mit Abscheidungsraten wahrscheinlich erfolgen würde. Daher kann die Eindringtiefe und insbesondere die Beschichtungsdickenhomogenität gesteigert werden.
Ein üblicherweise verwendeter Vorläufer zum Abscheiden von Silikoncarbidfilmen auf Substraten ist Methyltrichlorsilan. Methylchlorsilan, MTS, weist ein Verhältnis von Silicium zu Chlor von 1 : 3 auf, wohingegen SiCl4 ein Verhältnis von 1 : 4 aufweist. Unter Berücksichtigung der obenstehend erwähnten Theorie würde erwartet, dass die Wachstumsrate von SiCl4 verglichen mit MTS reduziert würde. Wie in 3 zu sehen ist, überschreitet die Wachstumsrate von SiCl4 innerhalb des Temperaturbereichs zwischen 900 °C bis etwa 1050 °C unerwartet die von MTS.
Ferner führt die Verwendung SiCl₄, wie in 2 und 4 präsentiert, verglichen mit MTS zu einer verbesserten Stufenbedeckung. Die Stufenbedeckung wurde für eine Vertiefung, insbesondere einen Graben mit einer Tiefe von 1000 µm und Breite von 300 µm durch die folgende Formel berechnet: $S t u f e n b e d e c k u n g = \frac{t_{U n t e r s e i t e}}{t_{O b e r s e i t e}}$
Die verbesserte Homogenität der Beschichtung ist auch in 10 und 11 zu sehen. 10 zeigt eine mit einem herkömmlichen Prozess aufgebrachte Beschichtung, wohingegen 11 eine mit dem Verfahren gemäß dem ersten Gesichtspunkt aufgebrachte Beschichtung zeigt.
Weitere Ergebnisse werden in dem experimentellen Teilbereich erörtert.
In einigen Ausführungsformen kann die Prozesstemperatur zwischen etwa 925 °C bis etwa 1025 °C, spezifischer zwischen etwa 950 °C bis etwa 1000 °C betragen. Wie in 2 und 3 zu sehen ist, können diese Temperaturen zu einer optimalen Stufenbedeckung und Wachstumsrate führen.
In einigen Ausführungsformen findet das Verfahren für eine Dauer zwischen etwa 20 min bis etwa 600 min, spezifischer zwischen etwa 40 min bis etwa 400 min und insbesondere zwischen etwa 60 min bis etwa 240 min statt.
In einigen Ausführungsformen kann der Gesamtdruck in der Reaktionskammer zwischen etwa 1 mbar bis etwa 1085 mbar, spezifischer zwischen etwa 5 mbar bis etwa 100 mbar und insbesondere zwischen etwa 7 mbar bis etwa 15 mbar betragen.
In einigen Ausführungsformen können das SiCl4 und das Ethen als eine Vorläufermischung zugeführt werden, wobei das atomare Verhältnis zwischen Silicium und Kohlenstoff in der Vorläufermischung zwischen etwa 0,7 bis etwa 1,3, spezifischer zwischen etwa 0,8 bis etwa 1,2 und insbesondere zwischen etwa 0,9 bis etwa 1,1 betragen kann. Das Silicium-zu-Kohlenstoff-Verhältnis kann zum Beispiel durch Hinzufügen von MTS in die Vorläufergasmischung eingestellt werden, um Eigenschaften der Beschichtung einzustellen.
In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren einen ersten und zweiten Schritt umfassen, wobei der erste Schritt Zuführen des SiCl4 in die Reaktionskammer umfasst und der zweite Schritt Zuführen des Ethens in die Reaktionskammer umfasst, insbesondere wobei sich der erste Schritt und der zweite Schritt abwechseln.
In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren einen Spülschritt umfassen, wobei der Spülschritt zwischen dem ersten und dem zweiten Schritt und/oder zwischen dem zweiten Schritt und dem ersten Schritt stattfindet, wobei der Spülschritt Versorgen der Reaktion nur mit Trägergas umfasst.
Zuführen des SiCl4 in einem ersten und des Ethens in einem zweiten Schritt, insbesondere beim Zuführen von nur Trägergas in einem Spülschritt zwischen dem ersten und zweiten Schritt, kann zu einer Metallcarbidbeschichtung gesteigerter Konformität führen. Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, kann das SiCl4 in die Vertiefung diffundieren, wenn und nachdem es in dem ersten Schritt zugeführt wurde. Da Diffusion zeit- und konzentrationsabhängig ist, wird erwartet, dass die Konzentration von SiCl4 an Teilen der Vertiefung näher zu der Kante und/oder Außenoberfläche höher ist, wenn das Trägergas in dem Spülschritt zugeführt wird. Der Spülschritt kann jedoch verglichen mit tiefer innerhalb der Vertiefung mehr SiCl4 nahe an der Kante und/oder Außenoberfläche entfernen. Weiter ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, kann dies die Konzentration von SiCl4 entlang der Tiefe der Vertiefung ausgleichen oder verglichen mit näher an der Kante/Außenoberfläche sogar zu einer höheren Konzentration von SiCl4 tiefer in der Vertiefung führen. Anschließend kann, wenn das Ethen zugeführt wird, die Reaktionsrate konzentrationsabhängig sein. Als ein Ergebnis kann die Reaktionsrate entlang der Tiefe der Vertiefung ausgeglichen sein oder kann verglichen mit näher an der Kante/Außenoberfläche tiefer in der Vertiefung sogar höher sein. Ein folgender Spülschritt kann erneut die Konzentration von SiCl4 und Ethen entlang der Tiefe der Vertiefung ausgleichen oder sogar zu einer höheren Konzentration innerhalb der Vertiefung führen, was eine homogenere Reaktionsrate entlang der Vertiefung oder eine gesteigerte Reaktionsrate tiefer innerhalb der Vertiefung ermöglicht. Der erste, zweite und Spülschritt können wiederholt werden. Ferner kann das Verfahren mit dem zweiten Schritt starten.
In einigen Ausführungsformen kann die Dauer des ersten und/oder zweiten Schritts zwischen etwa 1 s bis etwa 5 s, spezifischer zwischen etwa 2,5 s bis etwa 3,5 s betragen und/oder die Dauer des Spülschritts kann zwischen etwa 0,5 s bis etwa 3 s, spezifischer zwischen etwa 0,8 s bis etwa 1,2 s betragen.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Trägergas zusätzlich HCl. Es wurde überraschend festgestellt, dass die Zugabe von HCl zu einer gesteigerten Stufenbedeckung führen kann. Ein gesteigerter Anteil kann jedoch die Wachstumsrate der Beschichtung reduzieren. In einigen Ausführungsformen umfasst das Trägergas zusätzlich C1₂. C1₂ kann aufgrund der Blockierung reaktiver Stelle auch zu einer gesteigerten Stufenbedeckung führen.
In einigen Ausführungsformen kann das atomare Verhältnis zwischen Chlor und Silicium in der Vorläufermischung zwischen etwa 3,5 : 1 bis etwa 5 : 1, spezifischer zwischen etwa 3,8 : 1 bis etwa 4,7 : 1 und insbesondere zwischen etwa 4 : 1 bis etwa 4,5 : 1 betragen. Ein gesteigerter Anteil an Chlor, zum Beispiel durch Hinzufügen von HCl, kann zu einer gesteigerten Stufenbedeckung führen. Ein gesteigerter Anteil kann jedoch die Wachstumsrate der Beschichtung reduzieren.
In einigen Ausführungsformen kann das Trägergas H₂ umfassen, spezifischer wobei das Molverhältnis zwischen H₂ und Silicium in einem Aggregat aus dem Trägergas und der Vorläufermischung zwischen etwa 10 : 1 bis etwa 100 : 1, noch spezifischer zwischen etwa 20 : 1 bis etwa 70 : 1 und insbesondere zwischen etwa 32 : 1 bis etwa 50 : 1 betragen kann.
In einigen Ausführungsformen kann das Trägergas zusätzlich ein Inertgas umfassen, spezifischer N₂ und/oder Ar und insbesondere N₂.
Substrat
Das Verfahren gemäß dem ersten Gesichtspunkt ist fähig, ein Substrat mit einer verbesserten Beschichtungsgeometrie bereitzustellen. Insbesondere kann das Verfahren gemäß dem ersten Gesichtspunkt verwendet werden, um ein Substrat mit einer Metallcarbidbeschichtung bereitzustellen, wobei die Metallcarbidbeschichtung eine ähnliche Dicke innerhalb eines Teilbereichs einer Vertiefung aufweist, die näher an der Außenoberfläche angeordnet ist, als ein anderer Teilbereich, der weiter weg von der Außenoberfläche angeordnet ist.
Unter einem zweiten Gesichtspunkt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Substrat, wobei das Substrat eine Außenoberfläche und eine Vertiefung umfasst, die innerhalb der Außenoberfläche angeordnet ist. Ferner umfasst die Vertiefung ein Wandsegment, das eine Metallcarbidbeschichtung umfasst, wobei es eine Kante zwischen der Außenoberfläche und dem Wandsegment angeordnet gibt. Das Wandsegment umfasst einen proximalen Teilbereich und einen distalen Teilbereich wobei sich der proximale Teilbereich verglichen mit dem distalen Teilbereich näher an der Kante befindet. Der Abstand zwischen dem proximalen Teilbereich und dem distalen Teilbereich in einer Richtung senkrecht zu der Außenoberfläche beträgt mindestens 100 µm. Die Metallcarbidbeschichtung in dem distalen Teilbereich weist mindestens 70 % der Dicke der Metallcarbidbeschichtung in dem proximalen Teilbereich auf.
Die Dicke in dem proximalen und/oder distalen Teilbereich kann über eine Länge von 10 µm entlang des Wandsegments gemittelt werden. Wenn sich zum Beispiel die Vertiefung senkrecht zu der Oberfläche in die Masse erstreckt, kann das proximale Segment die durchschnittliche Dicke der Metallcarbidbeschichtung sein, die neben der Kante angeordnet ist. Für Teilbereiche, die in einem spezifischen Abstand von einem Referenzpunkt angeordnet sind, wie der distale Teilbereich, können der Anfangs- und Endpunkt zur Mittelung der Metallcarbidbeschichtungsdicke von dem beabsichtigten Abstand von dem Referenzpunkt äquidistant sein. Zum Beispiel kann die Dicke der Metallcarbidbeschichtung in dem distalen Teilbereich ausgehend von einem Punkt, der 95 µm von dem proximalen Teilbereich weg in senkrechter Richtung angeordnet ist, zu einem Punkt, der 105 µm von dem proximalen Teilbereich weg angeordnet ist, in distaler Richtung gemittelt werden.
Ferner kann die Dicke der Metallcarbidbeschichtung in senkrechter Richtung zu der darunter liegenden Oberfläche gemessen werden.
Der Begriff „Außenoberfläche“ innerhalb dieser Offenbarung kann sich auf eine Oberfläche beziehen, wobei in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche keine weitere Oberfläche des Substrats angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann sich der Begriff „Außenoberfläche“ innerhalb dieser Offenbarung auf eine Oberfläche beziehen, wobei mindestens ein Referenzpunkt auf der Oberfläche nicht durch mindestens 50 % eines Wandsegments, das sich von der Masse weg erstreckt, umschlossen ist. Alternativ oder zusätzlich kann sich der Begriff „Außenoberfläche“ auf eine Oberfläche beziehen, wobei mindestens ein Referenzpunkt auf der Oberfläche nicht von einem Wandsegment mit einer Höhe von mindestens 1 cm umgeben ist, das sich von der Masse innerhalb eines Radius von mindestens 2,5 cm, spezifischer mindestens 3,5 cm und insbesondere mindestens 4 cm, erstreckt. Zum Beispiel kann das Substrat scheibenförmige Taschen umfassen, wobei der Radius der Taschen 700 mm beträgt. Das Innere der Taschen kann immer noch als eine Außenoberfläche und nicht als eine Vertiefung betrachtet werden.
Bekannte Prozesse können verwendet werden, um Metallcarbidbeschichtungen auf flachen Taschen mit hohen Durchmessern bereitzustellen, da diese durch den Hauptgasstrom leicht erreicht werden. Das Verfahren gemäß dem ersten Gesichtspunkt ist jedoch fähig, Metallcarbidbeschichtungen auf Vertiefungen hoher Tiefen und/oder mit kleineren Durchmessern, verglichen mit flachen Taschen, bereitzustellen.
Der Begriff „Wandsegment“ bezieht sich auf einen Teil einer Wand, spezifischer auf einen Teil einer Wand mit einer Länge von mindestens 100 µm und insbesondere auf einen Teil von Wand mit einer Länge von mindestens 100 µm und einer Breite von mindestens 10 µm. Die Breite kann auch entlang eines gekrümmten Wandsegments entlang der gekrümmten Oberfläche gemessen werden. Eine rechteckige Vertiefung, wobei sich rechteckige Vertiefung auf eine Vertiefung mit einer rechteckigen Draufsicht bezieht, kann zum Beispiel in vier Wandsegmente unterteilt werden, wobei jedes Wandsegment eine Seite des Rechtecks repräsentiert. Eine kreisförmige Wand, z. B. eine Wand einer Vertiefung mit einer kreisförmigen Draufsicht, wie eine Bohrung, kann auch in multiple Wandsegmente unterteilt sein. Der Begriff „Draufsicht“ kann sich auf eine Ansicht auf die Außenoberfläche beziehen, insbesondere eine Ansicht auf die Außenoberfläche in einer Richtung senkrecht zu der Außenoberfläche.
Das Substrat gemäß dem zweiten Gesichtspunkt kann zum Beispiel in der Halbleiterindustrie als ein Waferträger verwendet werden. Solche Waferträger können zur Funktionalität Vertiefungen in ihrer Außenoberfläche aufweisen. Zum Beispiel können die Waferträger Gaskanäle umfassen, wobei die Gaskanäle verwendet werden können, um Gase zu transportieren, um den Wafer und/oder den Waferträger während eines Waferbeschichtungsprozesses zu rotieren. Waferbeschichtungsverfahren können jedoch bei erhöhten Temperaturen durchgeführt werden. Als ein Ergebnis kann, wenn das Substrat ein Material umfasst, das für chemische Angriffe anfällig ist, wie Graphit, der Gasstrom das Material entlang des Gaskanals chemisch angreifen, z. B. entlang eines Wandsegments der Vertiefung. Eine Metallcarbidbeschichtung, insbesondere eine Siliciumcarbidbeschichtung, kann das darunter liegende Substrat vor chemischen Angriffen schützen. Daher kann eine Beschichtung, die tiefer in die Vertiefung eindringt oder einen längeren Teilbereich des Wandsegments mit einer höheren Dicke beschichtet, die chemische Beständigkeit des Substrats verbessern.
Beschichtungsabmessungen
In einigen Ausführungsformen kann die Dicke der Metallcarbidbeschichtung in dem proximalen Teilbereich zwischen etwa 20 µm bis etwa 300 µm, spezifischer zwischen etwa 50 µm bis etwa 250 µm und insbesondere zwischen etwa zwischen etwa 80 µm und etwa 150 µm betragen. In der Regel führen Prozesse, die fähig sind, die Metallcarbidbeschichtungen in Vertiefungen und/oder homogene Metallcarbidbeschichtungen bereitzustellen, verglichen mit Prozessen, die hauptsächlich die Metallcarbidbeschichtung an der Außenoberfläche und Teilen der Vertiefung, die sich in der Nähe der Außenoberfläche befindet, abscheiden, zu verringerten Wachstumsraten. Als ein Ergebnis führen Prozesse, die fähig sind, die Metallcarbidbeschichtungen, die in die Vertiefung eindringen, und/oder homogene Metallcarbidbeschichtungen bereitzustellen, zu geringen Metallcarbidbeschichtungsdicken, da höhere Metallcarbidbeschichtungsdicken nur mit übermäßigen Beschichtungsdauern erzielt werden können. Eine höhere Metallcarbidbeschichtungsdicke kann die chemische Beständigkeit verbessern. Ferner kann eine höhere Metallcarbidbeschichtungsdicke effektiver die Diffusion von Verunreinigungen, die innerhalb des Substrats umfasst sind, verhindern, zu der Außenoberfläche der Substrate zu diffundieren, wo sie zum Beispiel einen Wafer kontaminieren können, der mit der Außenoberfläche in Kontakt vorliegt.
In einigen Ausführungsformen kann der Abstand zwischen dem proximalen Teilbereich und dem distalen Teilbereich mindestens etwa 200 µm, spezifischer mindestens etwa 400 µm und insbesondere mindestens etwa 600 µm betragen. Ein größerer Abstand zwischen dem proximalen Teilbereich und dem distalen Teilbereich bezieht sich auf einen größeren Teilbereich des Wandsegments, das homogen beschichtet ist, was die chemische Beständigkeit des Wandsegments verbessert.
In einigen Ausführungsformen kann der Abstand zwischen dem proximalen Teilbereich und der Kante mindestens etwa 200 µm, spezifischer mindestens etwa 400 µm und insbesondere mindestens etwa 600 µm betragen.
In einigen Ausführungsformen kann der Abstand zwischen dem proximalen Teilbereich und der Kante zwischen etwa 200 µm bis etwa 2 cm, spezifischer zwischen etwa 400 µm bis etwa 1 cm und insbesondere zwischen etwa 600 µm bis etwa 800 µm betragen. Der proximale Teilbereich, der weiter weg von der Kante angeordnet ist, signalisiert, dass die Metallcarbidbeschichtung tiefer in die Vertiefung aufgebracht wurde, was wiederum einer besseren chemischen Beständigkeit tiefer innerhalb der Vertiefung entspricht.
In einigen Ausführungsformen kann die Außenoberfläche auch die Metallcarbidbeschichtung umfassen. Das Substrat, zum Beispiel Graphit, kann eine raue Außenoberfläche aufweisen. Die raue Außenoberfläche kann Objekte, zum Beispiel Wafer, die auf der Außenoberfläche des Substrats platziert sind, beschädigen. Eine Metallcarbidbeschichtung kann die Außenoberfläche ebnen und/oder glätten und das Risiko des Beschädigens des Objekts, das auf dem Substrat platziert wird, reduzieren.
In einigen Ausführungsformen kann die Dicke der Metallcarbidbeschichtung des distalen Teilbereichs zwischen etwa 80 % bis etwa 200 %, spezifischer zwischen etwa 90 % bis etwa 160 % und insbesondere zwischen etwa 95 % bis etwa 120 % der Dicke der Metallcarbidbeschichtung des proximalen Teilbereichs betragen. Die obenstehend erwähnten Bereiche spezifizieren eine Metallcarbidbeschichtung hoher Homogenität, was die chemische Gesamtbeständigkeit des Substrats verbessern kann. Das Verfahren gemäß dem ersten Gesichtspunkt kann sogar fähig sein, eine Metallcarbidbeschichtung mit einer Stufenbedeckung über 100 % bereitzustellen, wie in 2 und 4 zu sehen ist. Beschichtungen mit Stufenbedeckung über 100 % können als superkonforme Beschichtungen bezeichnet werden. Wie obenstehend erwähnt, werden die Prozesse, die bei der chemischen Gasphasenabscheidung beteiligt sind, nicht vollständig verstanden. Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, kann das Verfahren gemäß dem ersten Gesichtspunkt jedoch fähig sein, eine superkonforme Metallcarbidbeschichtung bereitzustellen, weil Chlor, das aus der Oberfläche desorbiert, in der die reaktive Spezies die Metallcarbidbeschichtung bildet, auf dem Weg des Diffundierens aus der Vertiefung reabsorbieren kann. Aufgrund der Readsorption kann das Chlor erneut die Abscheidung der Metallcarbidbeschichtung auf das Substrat blockieren. Während des Verfahrens kann die Chlorkonzentration entlang des Wandsegments in Richtung der Kante ansteigen, da sich das Chlor entlang des Durchgangs in Richtung der Kante ansammelt. Daher kann das Chlor, auch abhängig von zum Beispiel der Temperatur, verglichen mit der Unterseite der Vertiefung mehr reaktive Stellen an der Oberseite der Vertiefung blockieren.
Erneut kann, ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, der Vorläufer innerhalb des Hauptgasstroms auch in kleinere Fragmente zerfallen. Diese kleineren Fragmente können chlorhaltige Spezies, insbesondere HCl, umfassen, wenn Chlor mit dem in dem Hauptgasstrom vorhandenen Wasserstoff reagiert. Das Chlor kann verglichen mit weiteren Vorläuferfragmenten vorzugsweise mit der Graphitsubstratoberfläche reagieren, wodurch die Wachstumsrate der Metallcarbidbeschichtung auf der Oberfläche reduziert wird. Da Chlor aus dem Hauptgasstrom an der Außenoberfläche und Teilen einer Vertiefung, die näher an der Außenoberfläche angeordnet sind, aufgrund der Oberflächenreaktion abgereichert werden kann, können untere Teile der Vertiefung geringeren Chlorkonzentrationen ausgesetzt sein. Der Vorläufer kann verglichen mit der Außenoberfläche oder Teilen der Vertiefung, die näher an der Außenoberfläche angeordnet sind, auch in unteren Teilen der Vertiefung abgereichert werden. Die Abreicherung des Chlors in dem unteren Vertiefungsteil kann jedoch mehr Reaktionsstellen, die für den Vorläufer verfügbar sind, hinterlassen, somit verglichen mit der Außenoberfläche zu einer gleichen oder sogar gesteigerten Rate an Metallcarbidbeschichtungsbildung an unteren Teilen einer Vertiefung führen. Insbesondere kann die Chlorkonzentration verglichen mit der Vorläuferkonzentration weiter in der Vertiefung signifikanter abgereichert werden, was zu einer Verschiebung ihres Verhältnisses zueinander führt, wodurch das Reaktionsgleichgewicht in Richtung Oberflächenreaktionen mit dem Vorläufer verschoben wird.
In einigen Ausführungsformen kann die Dicke der Metallcarbidbeschichtung des distalen Teilbereichs zwischen etwa 80 % bis etwa 200 %, spezifischer zwischen etwa 90 % bis etwa 160 % und insbesondere zwischen etwa 95 % bis etwa 120 % der Dicke der Metallcarbidbeschichtung auf der Außenoberfläche betragen. Die durch das Verfahren gemäß dem ersten Gesichtspunkt bereitgestellte Metallcarbidbeschichtung kann auch eine superkonforme Metallcarbidbeschichtung bereitstellen, wenn der distale Teilbereich mit der Außenoberfläche verglichen wird.
In einigen Ausführungsformen kann das Wandsegment eine Länge zwischen etwa 200 µm bis etwa 50 cm, spezifischer zwischen etwa 5 mm bis etwa 40 cm und insbesondere zwischen etwa 5 cm bis etwa 30 cm aufweisen.
Ausrichtung der Ebenen
In einigen Ausführungsformen können das Wandsegment und die Außenoberfläche in einem Winkel zueinander angeordnet sein, spezifischer wobei der Winkel zwischen etwa 45° bis etwa 135° betragen kann, insbesondere wobei der Winkel zwischen etwa 70° bis etwa 110° betragen kann und ganz besonders wobei der Winkel zwischen etwa 85° bis etwa 95° betragen kann. Wandsegmente, die sich in einem spitzen Winkel von der Außenoberfläche erstrecken, können verglichen mit flacheren Winkeln schwieriger zu beschichten sein. Das Verfahren gemäß dem ersten Gesichtspunkt kann verwendet werden, um homogene Metallcarbidbeschichtungen einer Dicke von mindestens 100 µm an Wandsegmenten bereitzustellen, die in einem spitzen Winkel von der Außenoberfläche angeordnet sind.
In einigen Ausführungsformen können das Wandsegment und die Außenoberfläche im Wesentlichen orthogonal oder orthogonal zueinander angeordnet sein.
In einigen Ausführungsformen kann das Wandsegment ein gegenüberliegendes Wandsegment aufweisen, wobei der Abstand zwischen dem Wandsegment und dem gegenüberliegenden Wandsegment zwischen etwa 250 µm bis etwa 25000 µm, spezifischer zwischen etwa 500 µm bis etwa 10000 µm und insbesondere zwischen etwa 1000 µm bis etwa 7500 µm betragen kann. Zum Beispiel können in einer Vertiefung mit einer rechteckigen Draufsicht die zwei gegenüberliegenden Wandsegmente zwei gegenüberliegende Flächen der Vertiefung sein. In einem anderen Beispiel können die zwei gegenüberliegenden Wandsegmente in einer kreisförmigen Vertiefung zwei kreisförmige Bögen sein, wobei die zwei kreisförmigen Bögen einander gegenüberliegend angeordnet sind. Der Abstand zwischen dem Wandsegment und dem gegenüberliegenden Wandsegment in einer kreisförmigen Vertiefung kann dann der Durchmesser der kreisförmigen Vertiefung sein.
In einigen Ausführungsformen kann ein Verhältnis zwischen einer Länge des Wandsegments und dem Abstand zwischen dem Wandsegment und dem gegenüberliegenden Wandsegment mindestens 1 : 1, spezifischer mindestens 5 : 1, noch spezifischer mindestens 10 : 1 und insbesondere mindestens 20 : 1 betragen. Der Begriff „Länge des Wandsegments“ innerhalb dieser Offenbarung kann sich auf den Abstand zwischen der Kante und einer unteren Kante beziehen, die innerhalb der Vertiefung angeordnet ist, wobei die untere Kante weiter von der Außenoberfläche angeordnet ist als die Kante. Zum Beispiel kann in einer würfelförmigen Vertiefung die Länge des Wandsegments der Abstand zwischen der Kante und der Unterseite der Vertiefung sein. Zusätzlich oder alternativ kann sich der Begriff „Länge des Wandsegments“ innerhalb dieser Offenbarung auf den Abstand zwischen der Kante und dem nächstgelegenen Punkt auf einer Linie parallel zu der Außenoberfläche beziehen, welche die untere Kante kreuzt, wobei die untere Kante weiter von der Außenoberfläche angeordnet ist als die Kante und keine weitere Kante innerhalb der Vertiefung näher an der Außenoberfläche und/oder der Kante angeordnet ist. Zum Beispiel kann in einer Vertiefung, die Stufen umfasst, die Länge des Wandsegments länger als der Abstand zu der ersten Stufe sein. Stattdessen kann die Länge des Wandsegments der Abstand zwischen der Kante und der Unterseite der Vertiefung sein, wenn die Unterseite der Vertiefung auf einer Linie senkrecht zu der Außenoberfläche angeordnet wäre, die die Kante kreuzt.
In einigen Ausführungsformen kann das Verhältnis zwischen der Länge des Wandsegments und dem Abstand zwischen dem Wandsegment und dem gegenüberliegenden Wandsegment zwischen etwa 1 : 1 bis etwa 100 : 1, spezifischer zwischen etwa 10 : 1 bis etwa 75 : 1 und insbesondere zwischen etwa 20 : 1 bis etwa 50 : 1 betragen. Vertiefungen höherer Verhältnisse können schwieriger zu beschichten sein, da die Vertiefungen schmal und/oder tief sind.
Kanten
Es wurde überraschenderweise festgestellt, dass das Verfahren gemäß dem ersten Gesichtspunkt sogar an Kanten eine konturnahe Metallcarbidbeschichtung bereitstellen kann. 10 zeigt ein SEM-Bild einer Substratkante, die durch ein herkömmliches Verfahren beschichtet ist, und 9 zeigt ein SEM-Bild einer Substratkante, die mit dem Verfahren gemäß dem ersten Gesichtspunkt beschichtet ist. Wie in 10 zu sehen ist, resultiert die durch ein herkömmliches Verfahren beschichtete Kante in einer dickeren Metallcarbidbeschichtung auf beiden Flächen der Kante in einem Bereich proximal zu der Kante, die schließlich eine Verdickung an der Kante bildet. Im Vergleich zu 9 resultiert die mit dem Verfahren gemäß dem ersten Gesichtspunkt beschichtete Kante in einer Kante, bei der die Metallcarbidbeschichtung der Kontur entlang der Kante und den Bereichen, die proximal zu der Kante angeordnet sind, eng folgt. Die in dem herkömmlichen Prozess generierte Verdickung kann zum Beispiel darin resultieren, dass das auf dem Substrat platzierte Objekt nicht in direktem Kontakt mit dem Substrat vorliegt. Wenn das Substrat zum Beispiel einen Suszeptor verwendet wird, um das Objekt, wie einen Wafer, zu erwärmen, kann die Verdickung somit die Homogenität und Wirksamkeit der Wärmeübertragung verringern, da sie den Wafer von der Außenoberfläche des Substrats weg anhebt. Zusätzlich kann die Verdickung den Durchmesser der Vertiefung einengen. Wenn zum Beispiel die Vertiefung ein Gaskanal ist oder ein Teil davon ist, kann die Verdickung den Gasstrom einengen oder unerwünschte Verwirbelungen einführen.
Entfernen der Verdickung kann Nachbearbeitung erfordern, was die Kosten des Endprodukts steigert. Ferner kann Nachbearbeitung die Dicke der Metallcarbidbeschichtung reduzieren, die Metallcarbidbeschichtung beschädigen oder möglicherweise nicht möglich sein.
In einigen Ausführungsformen folgt die Metallcarbidbeschichtung der Kontur des darunter liegenden Substrats, insbesondere wobei die Metallcarbidbeschichtung der Kontur des darunter liegenden Substrats an der Kante folgt.
In einigen Ausführungsformen kann die Variation der Dicke der Metallcarbidbeschichtung entlang der Kante weniger als 60 %, spezifischer weniger als 50 % und insbesondere weniger als 45 % betragen. Entlang einer rechteckigen Kante variiert die Dicke einer perfekt konturnahen Metallcarbidbeschichtung in der Dicke um 41,4 %, da die Dicke der Metallcarbidbeschichtung an dem Scheitelpunkt der Kante die Dicke der Metallcarbidbeschichtung in den Bereichen proximal der Kante multipliziert mit der Quadratwurzel von 2 aufweist.
In einigen Ausführungsformen kann die Außenoberfläche einen ersten Abschnitt benachbart zu der Kante umfassen und das Wandsegment kann einen zweiten Abschnitt benachbart zu der Kante umfassen, wobei der Abstand zwischen dem ersten Abschnitt und der Kante und der Abstand zwischen dem zweiten Abschnitt und der Kante 110 % der Dicke der Metallcarbidbeschichtung in dem proximalen Teilbereich entspricht, und wobei die Dicke der Metallcarbidbeschichtung des ersten Abschnitts zwischen etwa 80 % bis etwa 120 %, spezifischer zwischen etwa 90 % bis etwa 110 % und insbesondere zwischen etwa 95 % bis etwa 105 % der Dicke der Metallcarbidbeschichtung des zweiten Abschnitts betragen kann.
Wie obenstehend erwähnt, kann die Dicke der Metallcarbidbeschichtung senkrecht zu der darunter liegenden Oberfläche bestimmt werden. In dem direkt zu, zum Beispiel, einer scharfen Innenkante mit 45° benachbarten Teilbereich entspricht jedoch die Dicke der Metallcarbidbeschichtung, falls senkrecht zu der Oberfläche gemessen, der Länge des Wandsegments. Bei einer perfekt beschichteten Innenkante kann die Dicke der Metallcarbidbeschichtung in dem zweiten Abschnitt für einen Abstand, der der Dicke der Metallcarbidbeschichtung in dem ersten Abschnitt entspricht, nicht messbar sein.
In einigen Ausführungsformen kann die Dicke der Metallcarbidbeschichtung des ersten Abschnitts zwischen etwa 80 % bis etwa 120 %, spezifischer zwischen etwa 90 % bis etwa 110 % und insbesondere zwischen etwa 95 % bis etwa 105 % der Dicke der Metallcarbidbeschichtung in dem proximalen Teilbereich betragen.
In einigen Ausführungsformen kann die Dicke der Metallcarbidbeschichtung des zweiten Abschnitts zwischen etwa 80 % bis etwa 120 %, spezifischer zwischen etwa 90 % bis etwa 110 % und insbesondere zwischen etwa 95 % bis etwa 105 % der Dicke der Metallcarbidbeschichtung in dem proximalen Teilbereich betragen.
In einigen Ausführungsformen kann die Kante eine Außenkante sein.
In einigen Ausführungsformen kann die Kante eine Innenkante sein.
Substratmaterial
In einigen Ausführungsformen kann das Substrat Kohlenstoff umfassen, spezifischer wobei das Substrat mindestens etwa 90 Gew.-% Kohlenstoff umfassen kann und insbesondere wobei das Substrat mindestens etwa 99 Gew.-% Kohlenstoff umfassen kann, bezogen auf das Gesamtgewicht des Substrats.
In einigen Ausführungsformen kann das Substrat Graphit umfassen, spezifischer wobei das Substrat mindestens etwa 90 Gew.-% Graphit umfassen kann und insbesondere wobei das Substrat mindestens etwa 99 Gew.-% Graphit umfassen kann, bezogen auf das Gesamtgewicht des Substrats. Graphit kann eine Hochtemperaturbeständigkeit vorweisen. Ferner kann Graphit als ein Suszeptor verwendet werden, der durch elektromagnetische Energie erwärmt werden soll. Graphit kann jedoch anfällig für chemischen Angriff bei hohen Temperaturen sein. Beschichten von Graphit mit einer Metallcarbidbeschichtung und insbesondere einer Siliciumcarbidbeschichtung kann seine chemische Beständigkeit verbessern und daher seine Nützlichkeit bei gesteigerten Temperaturen verbessern.
Der Begriff „Graphit“ ist gut bekannt und wird seiner üblichen Bedeutung aus dem Stand der Technik attribuiert. Spezifischer kann sich der Begriff „Graphit“ auf ein Material beziehen, das kristallinen Kohlenstoff in einer hexagonalen Struktur umfasst. Alternativ oder zusätzlich kann sich der Begriff „Graphit“ auf ein Material beziehen, das mindestens etwa 60 At.-%, spezifischer mindestens etwa 80 At.-% und insbesondere mindestens etwa 83 At.-% kristallinen Kohlenstoff in einer hexagonalen Struktur umfasst. Alternativ oder zusätzlich kann sich der Begriff „Graphit“ auf ein Material mit einem Graphitierungsgrad von mindestens etwa 69 At.-%, spezifischer mindestens etwa 80 At.-% und insbesondere mindestens etwa 83 At.-% beziehen.
Der Graphitierungsgrad des kohlenstoffhaltigen Substrats kann durch XRD gemessen werden. Der kristalline Kohlenstoff in dem Graphit bildet eine Vielzahl von Wabengitter. XRD kann verwendet werden, um den Zwischenebenenabstand d₀₀₁ zwischen der Vielzahl von Gittern zu messen. Daher kann sich der Begriff „Graphit“ zusätzlich oder alternativ auf ein kohlenstoffhaltiges Material beziehen, wobei das kohlenstoffhaltige Material einen Zwischenebenenabstand zwischen etwa 0,3381 bis etwa 0,3354, spezifischer zwischen etwa 0,3371 bis etwa 0,3354 und insbesondere zwischen etwa 0,3369 bis etwa 0,3354 aufweist. Um die XRD-Messung an einem Graphitsubstrat gemäß der vorliegenden Offenbarung durchzuführen, müssen die Gradienten- und Übergangsschicht entfernt werden, und nur das darunter liegende kohlenstoffhaltige Material soll für die Messung verwendet werden.
Der Zwischenebenenabstand kann auch verwendet werden, um den Graphitierungsgrad durch die folgende Formel zu berechnen: $G r a p h i t i e r u n g s g r a d = \frac{0,3440 - d_{001}}{0,3440 - 0,3354}$
0,3340 entspricht dem Zwischenebenenabstand von turbostratischem Graphit und 0,3354 entspricht dem Zwischenebenenabstand in einem perfekten Graphitkristall.
In einigen Ausführungsformen kann das Substrat Silicium umfassen, spezifischer wobei das Substrat mindestens etwa 90 Gew.-% Silicium umfassen kann und insbesondere wobei das Substrat mindestens etwa 99 Gew.-% Silicium umfassen kann, bezogen auf das Gesamtgewicht des Substrats.
In einigen Ausführungsformen kann das Substrat isostatischen Graphit umfassen, spezifischer wobei das Substrat mindestens etwa 90 Gew.-% isostatischen Graphit umfassen kann und insbesondere wobei das Substrat mindestens etwa 99 Gew.-% isostatischen Graphit umfassen kann, bezogen auf das Gesamtgewicht des Substrats. Isostatischer Graphit kann verglichen mit weiteren Graphitarten, wie extrudiertem oder vibrogeformtem Graphit, verbesserte mechanische Eigenschaften besitzen. Ferner kann der isostatische Graphit Poren eines durchschnittlichen kleineren Porendurchmessers aufweisen, die der Metallcarbidbeschichtung ermöglichen können, diese Poren zu versiegeln, was die chemische Beständigkeit wesentlich verbessern kann und/oder das Risiko, dass Verunreinigungen Objekte erreichen, die auf dem Substrat platziert sind, reduzieren können.
In einigen Ausführungsformen kann das Substrat CFRC umfassen, spezifischer wobei das Substrat mindestens etwa 90 Gew.-% isostatischen Graphit umfassen kann und insbesondere wobei das Substrat mindestens etwa 99 Gew.-% CFRC umfassen kann, bezogen auf das Gesamtgewicht des Substrats. CFRC kann verglichen mit weiteren kohlenstoffhaltigen Substraten verbesserte mechanische Eigenschaften vorweisen.
In einigen Ausführungsformen kann das Substrat ein Zylinder sein, spezifischer ein Zylinder mit einem Durchmesser zwischen etwa 5 cm bis etwa 100 cm und insbesondere ein Zylinder mit einem Durchmesser zwischen etwa 15 cm bis etwa 80 cm. Dass das Substrat ein Zylinder ist kann sich darauf beziehen, dass der Grundkörper des Zylinders ein Zylinder ist, aber das Substrat weitere Merkmale umfasst, die von seinem Grundkörper abweichen, z. B. darin angeordnete Vertiefung, Kanten, Schürzen entlang des Außenumfangs usw.
In einigen Ausführungsformen kann der Zylinder eine Dicke zwischen etwa 1 mm bis etwa 10 cm, spezifischer zwischen etwa 3 mm bis etwa 5 cm und insbesondere zwischen etwa 5 mm bis etwa 3 cm aufweisen.
Das Verfahren gemäß dem ersten Gesichtspunkt kann verwendet werden, um verglichen mit weiteren chemischen Gasphasenabscheidungsverfahren, insbesondere weiteren chemischen Gasphasenabscheidungsverfahren, die verwendet werden, um homogene Metallcarbidbeschichtungen zu erzeugen, Substrate größerer Größe zu beschichten.
In einigen Ausführungsformen kann die Außenoberfläche mindestens eine scheibenförmige Tasche umfassen, wobei der Durchmesser der Tasche zwischen etwa 45 mm bis etwa 700 mm, spezifischer zwischen etwa 100 mm bis etwa 475 mm und insbesondere zwischen etwa 150 mm bis etwa 300 mm betragen kann und/oder wobei die Tiefe der Tasche zwischen etwa 100 µm bis etwa 2000 µm, spezifischer zwischen etwa 250 µm bis etwa 1500 µm und insbesondere zwischen etwa 500 µm bis etwa 1000 µm betragen kann. Die scheibenförmigen Taschen können verwendet werden, um zum Beispiel Wafer auf dem Substrat zu platzieren und sie an Ort und Stelle zu befestigen, insbesondere wenn das Substrat als ein Suszeptor verwendet werden kann, z. B. Graphit.
Beschichtungsmaterial In einigen Ausführungsformen kann die Metallcarbidbeschichtung mindestens etwa 90 Gew.-% ein Metallcarbid umfassen, spezifischer kann die Metallcarbidbeschichtung mindestens etwa 99 Gew.-% ein Metallcarbid umfassen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtung, und insbesondere kann die Metallcarbidbeschichtung aus dem Metallcarbid bestehen.
Der Begriff „Metallcarbid“-Beschichtung kann sich hierin auf jegliches Carbid beziehen, das ein Metall, Metalloid und/oder Übergangsmetall umfasst. Metallcarbidbeschichtungen gemäß einer beliebigen vorliegenden Offenbarung können Siliciumcarbid, Titancarbid, Tantalcarbid oder Wolframcarbid sein, sind aber nicht darauf beschränkt.
In einigen Ausführungsformen kann das Metallcarbid Siliciumcarbid umfassen.
In einigen Ausführungsformen kann die Metallcarbidbeschichtung eine Vielzahl von Carbidkristallen umfassen.
In einigen Ausführungsformen kann die Metallcarbidbeschichtung durch eine Halbwertsbreite des (111)-Peaks in einem XRD zwischen etwa 0,300° bis etwa 1,000°, spezifischer zwischen etwa 0,350° bis etwa 0,800° und insbesondere zwischen etwa 0,400° bis etwa 0,750° gekennzeichnet sein.
Die Halbwertsbreite der Metallcarbidbeschichtung, das durch das Verfahren gemäß dem ersten Gesichtspunkt hergestellt wird, kann verglichen mit Verfahren, die bei höheren Temperaturen durchgeführt werden, in einer größeren Halbwertsbreite des (11 1)-Peaks in einem XRD resultieren. Die höhere Halbwertsbreite des (111)-Peaks kann mit einer kleineren Kristallgröße in der Metallcarbidbeschichtung korreliert werden. Kleinere Kristalle können verglichen mit Kristallen größerer Größe eine glattere Metallcarbidbeschichtung bilden, die wiederum die Rauheit der Oberfläche reduzieren und die Wärmeübertragung an auf der Metallcarbidbeschichtung platziertes Objekt verbessern können. Die XRD-Messung kann zum Beispiel mit einem PANalytical X'Pert PRO-Pulverröntgendiffraktometer von der Firma Malvern Panalytical, UK/Niederlande, durchgeführt werden. Die Bestrahlung kann mit einem Cu-K-alpha-Strahl und einer Bragg-Brentano-Geometrie durchgeführt werden. Der Messmodus kann bei einer Schrittgröße von 0,033° auf Theta-2Theta und der Messbereich auf 20° - 140° eingestellt werden.
Gaskanal
Wie obenstehend erwähnt kann das Substrat in einigen Ausführungsformen Gaskanäle umfassen, zum Beispiel, um einen Wafer, der auf dem Substrat platziert ist, zu drehen. In 8 ist ein Gaskanal dargestellt. Diese Gaskanäle können einen ersten Gaskanalteilbereich (1000), der sich von der Außenoberfläche, insbesondere senkrecht zu der Außenoberfläche, in die Masse erstreckt, und dann einen zweiten Gaskanalabschnitt (1200), der sich parallel zu der Außenoberfläche innerhalb der Masse erstreckt, umfassen. Zwischen dem ersten (1000) und dem zweiten (1200) Gaskanalteilbereich kann eine Kante (1100) angeordnet sein. Daher kann eine Vertiefung innerhalb des Substrats einen Teilbereich umfassen, der sich innerhalb der Masse parallel zu der Außenoberfläche erstreckt. Es kann schwierig sein, solche Vertiefungen mit einer Metallcarbidbeschichtung ausreichender Dicke zu beschichten.
Insbesondere kann der Teilbereich der Vertiefung, der innerhalb der Masse parallel zu der Außenoberfläche angeordnet ist, von dem Hauptgasstrom abgeschirmt sein, und somit beruht die Metallcarbidbeschichtung dieses Teilbereichs auf Diffusion von dem Hauptgasstrom in den Vertiefungsteilbereich unterhalb der Außenoberfläche. In herkömmlichen Verfahren können die Vorläufer bereits bei Erreichen des Teilbereichs der Vertiefung, der parallel zu der Außenoberfläche angeordnet ist, abgereichert sein. Es wurde festgestellt, dass das Verfahren gemäß dem ersten Gesichtspunkt Metallcarbidbeschichten dieser Teilbereiche mit einer Metallcarbidbeschichtung ausreichender Dicke ermöglicht. Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass die reaktiven Stellen des Substrats durch Chlor blockiert werden können, was daher die Reaktion von Vorläufer- und/oder reaktiven Spezies mit dem Substrat an den reaktiven Stellen verhindert. Als ein Ergebnis können die Vorläufer- und/oder reaktiven Spezies weiter in die Vertiefung getragen werden, wo sie mit Reaktionsstellen reagieren können.
In einigen Ausführungsformen kann das Wandsegment einen ersten Wandteilbereich und einen zweiten Wandteilbereich umfassen, wobei der erste und zweite Wandteilbereich in einem Winkel zueinander angeordnet sein können.
In einigen Ausführungsformen erstreckt sich der zweite Wandteilbereich orthogonal zu dem ersten Wandteilbereich. Wie obenstehend erwähnt, kann zum Beispiel ein Gaskanal einen Teilbereich umfassen, der parallel zu der Außenoberfläche angeordnet ist, wie in 9 dargestellt. Daher kann sich in einigen Ausführungsformen der erste Wandteilbereich orthogonal von der Außenoberfläche und der zweite Teilbereich orthogonal von dem ersten Wandteilbereich erstrecken, wobei sich der zweite Wandteilbereich parallel zu der Außenoberfläche erstreckt. Dies kann zum Beispiel das Beschicken eines Gaskanals von einer Außenkante des Substrats ermöglichen.
In einigen Ausführungsformen kann der erste Wandteilbereich eine Länge zwischen etwa 0,1 cm bis etwa 3 cm, spezifischer zwischen etwa 0,5 cm bis etwa 2 cm und insbesondere zwischen etwa 1 cm bis etwa 1,5 cm aufweisen.
In einigen Ausführungsformen kann der zweite Wandteilbereich eine Länge zwischen etwa 1 cm bis etwa 100 cm, spezifischer zwischen etwa 5 cm bis etwa 75 cm und insbesondere zwischen etwa 25 cm bis etwa 50 cm aufweisen.
In einigen Ausführungsformen kann die Vertiefung eine erste und eine zweite Öffnung aufweisen, wobei die erste Öffnung innerhalb der Außenoberfläche angeordnet sein kann und die zweite Öffnung auf einer zweiten Außenoberfläche des Substrats angeordnet sein kann. Die zweite Öffnung kann zum Beispiel verwendet werden, um ein Gas wie Luft oder ein Inertgas in die Vertiefung hinein oder aus dieser heraus zu leiten.
In einigen Ausführungsformen kann eine zweite Kante zwischen dem ersten und zweiten Wandsegment angeordnet sein und wobei das erste Wandsegment einen dritten Abschnitt benachbart zu der zweiten Kante umfassen kann und das zweite Wandsegment einen vierten Abschnitt benachbart zu der zweiten Kante umfassen kann, wobei der Abstand zwischen dem dritten Abschnitt und der zweiten Kante und der Abstand zwischen dem vierten Abschnitt und der Kante 110 % der Dicke der Metallcarbidbeschichtung in dem proximalen Teilbereich entspricht, und wobei die Dicke der Metallcarbidbeschichtung des ersten Abschnitts zwischen etwa 80 % bis etwa 120 %, spezifischer zwischen etwa 90 % bis etwa 110 % und insbesondere zwischen etwa 95 % bis etwa 105 % der Dicke der Metallcarbidbeschichtung des zweiten Abschnitts betragen kann. Wie obenstehend erwähnt, kann das Verfahren gemäß dem ersten Gesichtspunkt Beschichten von Kanten innerhalb der Vertiefung mit einer Metallcarbidbeschichtung homogener Dicke ermöglichen. Die zweite Kante kann zum Beispiel eine Kante mit einem Gaskanal sein, zum Beispiel die Kante, die zwischen einer ersten Bohrung senkrecht zu der Außenoberfläche und einer zweiten Bohrung, die sich parallel zu der Außenoberfläche erstreckt, angeordnet ist. Beschichten von Kanten innerhalb von Gaskanälen mit homogener Dicke kann das Strömungsverhalten innerhalb des Gaskanals verbessern. In einigen Ausführungsformen kann die zweite Kante die untere Kante sein.
Unter einem dritten Gesichtspunkt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Substrat, das eine Außenoberfläche und eine Vertiefung umfasst, die innerhalb der Außenoberfläche angeordnet ist. Die Vertiefung umfasst ein Wandsegment, wobei es eine Kante zwischen der Außenoberfläche und dem Wandsegment angeordnet gibt. Die Außenoberfläche und das Wandsegment umfassen eine Metallcarbidbeschichtung. Ferner umfasst das Wandsegment einen proximalen Teilbereich, wobei der Abstand zwischen der Kante und dem proximalen Teilbereich 500 µm beträgt. Die Außenoberfläche umfasst einen ersten Abschnitt benachbart zu der Kante und das Wandsegment umfasst einen zweiten Abschnitt benachbart zu der Kante. Der Abstand zwischen dem ersten Abschnitt und der Kante und der Abstand zwischen dem zweiten Abschnitt und der Kante entspricht 110 % der Dicke der Metallcarbidbeschichtung in dem proximalen Teilbereich. Ferner beträgt die Dicke der Metallcarbidbeschichtung des ersten Abschnitts zwischen etwa 80 % bis etwa 120 %, spezifischer zwischen etwa 90 % bis etwa 110 % und insbesondere zwischen etwa 95 % bis etwa 105 % der Dicke der Metallcarbidbeschichtung des zweiten Abschnitts. Wie obenstehend erwähnt kann das Verfahren gemäß dem ersten Gesichtspunkt verwendet werden, um Metallcarbidbeschichtungen mit homogener Dicke entlang Kanten des Substrats bereitzustellen. Die technischen Vorteile von Metallcarbidbeschichtungen mit homogener Dicke entlang von Kanten wurden obenstehend umrissen.
Experimenteller Teilbereich
Probenvorbereitung
Die Proben wurden durch Beschichten von isostatischem Graphit vorbereitet, der unter dem Markennamen Sigrafine 810 von der Firma SGL Carbon Group, Deutschland, vertrieben wird.
Die würfeligen Proben wiesen vor Beschichtung eine Länge von 5 cm, eine Breite von 2,5 cm und eine Dicke von 0,2 cm auf. Die Proben umfassten eine Vielzahl von Vertiefungen mit einer Tiefe von 1000 µm und einer Breite von 300 µm entlang des gesamten Durchmessers der Probe. Als Reaktor wurde ein Niederdruck-CVD-Reaktor im Labormaßstab verwendet. Der Reaktor umfasste einen erwärmbaren Graphitsuszeptor mit einer Größe von 20 cm x 8 cm und einer Dicke von 2 cm, auf dem die Proben platziert wurden. Die Luft wurde dann aus dem Reaktor evakuiert. Der Reaktor wurde dann mit Trägergas (H₂) gespült und auf die gewünschte Temperatur erwärmt. Dann wurde das Prozessgas in den Reaktor eingeführt, um den Beschichtungsprozess zu starten. Die Zusammensetzung des Prozessgases für jedes Experiment wird nachstehend umrissen. Die nachstehend erwähnten Beschichtungsdauern beziehen sich auf die Dauer, der die Proben in dem Reaktor gegenüber dem Prozessgas ausgesetzt wurden. Der Beschichtungsprozess wurde gestoppt, indem der Prozessgasstrom abgedreht wurde und der Reaktor wurde mit Trägergas (H₂) gespült und der Reaktor wurde abkühlen gelassen. Der Reaktor wurde erneut evakuiert und neu mit Inertgas gefüllt. Anschließend wurde der Reaktor geöffnet und die Proben wurden entfernt.
Die Proben wurden in einer Position in dem Ofen platziert, in der der Ofen ein stabiles Temperaturprofil vorweist und in der die Proben mit dem Prozessgasstrom, insbesondere einem laminaren Prozessgasstrom, in Kontakt kommen.
Erstes Experiment

In einem zweiten Experiment wurde der Einfluss der Temperatur auf die Stufenbedeckung und die durchschnittliche Wachstumsrate in einem SiCl₄+Ethen-Prozess und einem MTS-Prozess bestimmt.

Probennr.	Temperatur	p(H₂)	P(SiCl₄)	p(C₂H₂)	p(MTS)	Dauer
Beispiel 1	950 °C	9,65 mbar	0,3 mbar	0,15 mbar		30 min
Beispiel 2	1000 °C	9,65 mbar	0,3 mbar	0,15 mbar		30 min
Beispiel 3	1100 °C	9,65 mbar	0,3 mbar	0,15 mbar		30 min
Beispiel 4	1200 °C	9,65 mbar	0,3 mbar	0,15 mbar		30 min
VergleichsBeispiel 1	950 °C	9,65 mbar			0,3 mbar	30 min
VergleichsBeispiel 2	1000 °C	9,7 mbar			0,3 mbar	30 min
VergleichsBeispiel 3	1100 °C	9,7 mbar			0,3 mbar	30 min
Vergleichs-	1200 °C	9,7 mbar			0,3 mbar	30 min
Beispiel 4

Die Resultate sind in 2 und 3 gezeigt. Die Stufenbedeckung wurde bestimmt, indem die Metallcarbidbeschichtungsdicke an der Unterseite der Vertiefung verglichen mit der Metallcarbidbeschichtung an der Oberseite der Vertiefung in einem Teilbereich, der neben der Kante angeordnet ist, gemessen wurde.
2 zeigt, dass die Stufenbedeckung des CVD-Prozesses unter Verwendung von SiCl4 größer war als die Stufenbedeckung in dem CVD-Prozess unter Verwendung von MTS. Ferner lag die Stufenbedeckung zwischen etwa 950 °C bis etwa 1100 °C und insbesondere bei um 1000 °C herum bei einem Maximum vor. Ferner zeigt 3, dass in einem Temperaturfenster zwischen 950 °C bis über 1100 °C hinaus die durchschnittliche Wachstumsrate des SiCl₄-Prozesses signifikant über der durchschnittlichen Wachstumsrate des MTS-Prozesses lag. Um die durchschnittliche Wachstumsrate zu messen, wurde die Wachstumsrate an 10 Punkten, die entlang einer Wand einer Vertiefung angeordnet sind, gemessen. Die Wachstumsrate wurde an der Außenoberfläche des Substrats 5 µm von der Kante und an der Unterseite der Vertiefung gemessen. Die zusätzlichen 8 Punkte wurden in äquidistanten Intervallen zwischen der Kante und der Unterseite angeordnet. Zusätzlich zeigt 3, dass durchschnittliche Wachstumsrate im SiCl₄-Prozess über 1100 °C hinaus abnimmt, wohingegen die durchschnittliche Wachstumsrate in dem MTS über 1100 °C hinaus stark ansteigt.
Zweites Experiment

In einem zweiten Experiment wurde der Einfluss von Partialdruck auf die Stufenbedeckung und die durchschnittliche Wachstumsrate in einem SiCl₄+Ethen-Prozess und einem MTS-Prozess bestimmt.

Probennr.	Temperatur	p(H₂)	P(SiCl₄)	p(C₂H₂)	p(MTS)	Dauer
Beispiel 5	950 °C	9,85 mbar	0,1 mbar	0,05 mbar		30 min
Beispiel 6	950 °C	9,7 mbar	0,2 mbar	0,1 mbar		30 min
Beispiel 7	950 °C	9,55 mbar	0,3 mbar	0,15 mbar		30 min
Beispiel 8	950 °C	9,4 mbar	0,4 mbar	0,2 mbar		30 min
VergleichsBeispiel 5	950 °C	9,9 mbar			0,1 mbar	30 min
VergleichsBeispiel 6	950 °C	9,8 mbar			0,2 mbar	30 min
VergleichsBeispiel 7	950 °C	9,7 mbar			0,3 mbar	30 min
VergleichsBeispiel 8	950 °C	9,6 mbar			0,4 mbar	30 min

4 und 5 zeigen die Ergebnisse des zweiten Experiments. Mit ansteigendem Partialdruck des SiCl4 nimmt die Stufenbedeckung zu, wohingegen die Stufenbedeckung mit MTS über einen Partialdruck von 0,2 mbar hinaus abnimmt. Ferner steigt die durchschnittliche Wachstumsrate mit ansteigendem SiCl₄-Partialdruck an, obwohl die Steigerungsrate mit ansteigendem Partialdruck abnimmt. MTS erzielt ein Maximum bei 0,2 mbar Partialdruck und nimmt darüber hinaus ab.
Drittes Experiment

In einem dritten Experiment wurde der Einfluss von HCl auf die Stufenbedeckung und durchschnittliche Wachstumsrate in einem SiCl₄+Ethen-Prozess bestimmt.

Probennr.	Temperatur	p(H₂)	P(SiCl₄)	p(C₂H₂)	p(HCl)	Dauer
Beispiel 9	950 °C	9,65 mbar	0,3 mbar	0,15 mbar	0	30 min
Beispiel 10	950 °C	9,60 mbar	0,3 mbar	0,15 mbar	5	30 min
Beispiel 11	950 °C	9,55 mbar	0,3 mbar	0,15 mbar	10	30 min

Die Ergebnisse sind in 6 und 7 gezeigt. Die Ergebnisse zeigen, dass mit ansteigendem HCl-Partialdruck die Stufenbedeckung gesteigert werden kann, aber das durchschnittliche Wachstum signifikant reduziert wird.
Viertes Experiment
In einem vierten Experiment wurden unterschiedliche Halbwertsbreitenwerte des SiC-(11 1)-Peaks unter unterschiedlichen Prozessbedingungen gemessen.

Die XRD-Messung wurde mit einem PANalytical X'Pert PRO-Pulverröntgendiffraktometer von der Firma Malvern Panalytical, UK/Niederlande, durchgeführt. Die Bestrahlung wurde mit einem Cu-K-alpha-Strahl und einer Bragg-Brentano-Geometrie durchgeführt. Der Messmodus wurde bei einer Schrittgröße von 0,033° auf Theta-2Theta und der Messbereich auf 20° - 140° eingestellt.

Probennr.	Temperatur	p(SiCl₄)	Verhältnis H₂/Si	Verhältnis Cl/Si	Dauer	HWB
Beispiel 12	950 °C	30 mbar	32	4	30 min	0,659°
Beispiel 13	1000 °C	30 mbar	32	4	30 min	0,449°
Beispiel 14	950 °C	20 mbar	50	4	15 min	0,414°
Beispiel 15	950 °C	20 mbar	50	4,25	15 min	0,606°
Beispiel 16	950 °C	20 mbar	50	4,5	30 min	0,548°
Beispiel 17	950 °C	20 mbar	50	4,5	180 min	0,718°

Wie zu sehen ist, liegen alle Halbwertsbreiten innerhalb eines Bereichs zwischen etwa 0,300 bis etwa 1,000, spezifischer zwischen etwa 0,350 bis etwa 0,800 und insbesondere zwischen etwa 0,400 bis etwa 0,750.
Gesichtspunkte

1. Ein Substrat, umfassend:
- eine Außenoberfläche und eine Vertiefung, die innerhalb der Außenoberfläche angeordnet ist, wobei die Vertiefung ein Wandsegment umfasst, das eine Metallcarbidbeschichtung umfasst,
- wobei es eine Kante gibt, die zwischen der Außenoberfläche und dem Wandsegment angeordnet ist, wobei das Wandsegment einen proximalen Teilbereich und einen distalen Teilbereich umfasst, wobei sich der proximale Teilbereich verglichen mit dem distalen Teilbereich näher an der Kante befindet, und wobei der Abstand zwischen dem proximalen Teilbereich und dem distalen Teilbereich in einer Richtung senkrecht zu der Außenoberfläche mindestens 100 µm beträgt, und
- wobei die Metallcarbidbeschichtung in dem distalen Teilbereich mindestens 70 % der Dicke der Metallcarbidbeschichtung in dem proximalen Teilbereich aufweist.

Beschichtungsabmessungen
2. Das Substrat gemäß Gesichtspunkt 1, wobei die Dicke der Metallcarbidbeschichtung in dem proximalen Teilbereich zwischen etwa 20 µm bis etwa 300 µm, spezifischer zwischen etwa 50 µm bis etwa 250 µm und insbesondere zwischen etwa zwischen etwa 80 µm und etwa 150 µm beträgt.
3. Das Substrat gemäß einem vorstehenden Gesichtspunkt, wobei der Abstand zwischen dem proximalen Teilbereich und dem distalen Teilbereich mindestens etwa 200 µm, spezifischer mindestens etwa 400 µm und insbesondere mindestens etwa 600 µm beträgt.
4. Das Substrat gemäß einem vorstehenden Gesichtspunkt, wobei der Abstand zwischen dem proximalen Teilbereich und dem distalen Teilbereich zwischen etwa 200 µm bis etwa 2 cm, spezifischer zwischen etwa 400 µm bis etwa 1 cm und insbesondere zwischen etwa 600 µm bis etwa 800 µm beträgt.
5. Das Substrat gemäß einem der vorstehenden Gesichtspunkte, wobei der Abstand zwischen dem proximalen Teilbereich und der Kante mindestens etwa 200 µm, spezifischer mindestens etwa 400 µm und insbesondere mindestens etwa 600 µm beträgt.
6. Das Substrat gemäß einem der vorstehenden Gesichtspunkte, wobei der Abstand zwischen dem proximalen Teilbereich und der Kante zwischen etwa 200 µm bis etwa 2 cm, spezifischer zwischen etwa 400 µm bis etwa 1 cm und insbesondere zwischen etwa 600 µm bis etwa 800 µm beträgt.
7. Das Substrat gemäß einem der vorstehenden Gesichtspunkte, wobei die Außenoberfläche auch die Metallcarbidbeschichtung umfasst.
8. Das Substrat gemäß einem der vorstehenden Gesichtspunkte, wobei die Dicke der Metallcarbidbeschichtung des distalen Teilbereichs zwischen etwa 80 % bis etwa 200 %, spezifischer zwischen etwa 90 % bis etwa 160 % und insbesondere zwischen etwa 95 % bis etwa 120 % der Dicke der Metallcarbidbeschichtung des proximalen Teilbereichs beträgt.
9. Das Substrat gemäß einem der vorstehenden Gesichtspunkte, wobei die Dicke der Metallcarbidbeschichtung des distalen Teilbereichs zwischen etwa 80 % bis etwa 200 %, spezifischer zwischen etwa 90 % bis etwa 160 % und insbesondere zwischen etwa 95 % bis etwa 120 % der Dicke der Metallcarbidbeschichtung auf der Außenoberfläche beträgt.
10. Das Substrat gemäß einem der vorstehenden Gesichtspunkte, wobei das Wandsegment eine Länge von zwischen etwa 200 µm bis etwa 50 cm, spezifischer zwischen etwa 5 mm bis etwa 40 cm und insbesondere zwischen etwa 5 cm bis etwa 30 cm aufweist.
Ausrichtung der Ebenen
11. Das Substrat gemäß einem der vorstehenden Gesichtspunkte, wobei das Wandsegment und die Außenoberfläche in einem Winkel zueinander angeordnet sind, spezifischer wobei der Winkel zwischen etwa 45° bis etwa 135° beträgt, insbesondere wobei der Winkel zwischen etwa 70° bis etwa 110° beträgt und ganz besonders wobei der Winkel zwischen etwa 85° bis etwa 95° beträgt.
12. Das Substrat gemäß einem der vorstehenden Gesichtspunkte, wobei das Wandsegment und die Außenoberfläche im Wesentlichen orthogonal oder orthogonal zueinander angeordnet sind.
13. Das Substrat gemäß einem der vorstehenden Gesichtspunkte, wobei das Wandsegment ein gegenüberliegendes Wandsegment aufweist, wobei der Abstand zwischen dem Wandsegment und dem gegenüberliegenden Wandsegment zwischen etwa 250 µm bis etwa 25000 µm, spezifischer zwischen etwa 500 µm bis etwa 10000 µm und insbesondere zwischen etwa 1000 µm bis etwa 7500 µm beträgt.
14. Das Substrat gemäß Gesichtspunkt 13, wobei ein Verhältnis zwischen einer Länge des Wandsegments und dem Abstand zwischen dem Wandsegment und dem gegenüberliegenden Wandsegment mindestens 1 : 1, spezifischer mindestens 5 : 1, noch spezifischer mindestens 10 : 1 und insbesondere mindestens 20 : 1 beträgt.
15. Das Substrat gemäß Gesichtspunkt 13 oder 14, wobei das Verhältnis zwischen der Länge des Wandsegments und dem Abstand zwischen dem Wandsegment und dem gegenüberliegenden Wandsegment zwischen etwa 1 : 1 bis etwa 100 : 1, spezifischer zwischen etwa 10 : 1 bis etwa 75 : 1 und insbesondere zwischen etwa 20 : 1 bis etwa 50 : 1 beträgt.
Kanten
16. Das Substrat gemäß einem der vorstehenden Gesichtspunkte, wobei die Metallcarbidbeschichtung der Kontur des darunter liegenden Substrats folgt, insbesondere wobei die Metallcarbidbeschichtung der Kontur des darunter liegenden Substrats an der Kante folgt.
17. Das Substrat gemäß einem der vorstehenden Gesichtspunkte, wobei die Variation der Dicke der Metallcarbidbeschichtung entlang der Kante weniger als 60 %, spezifischer weniger als 50 % und insbesondere weniger als 45 % beträgt.
18. Das Substrat gemäß einem der vorstehenden Gesichtspunkte, wobei die Außenoberfläche einen ersten Abschnitt benachbart zu der Kante umfasst und das Wandsegment einen zweiten Abschnitt benachbart zu der Kante umfasst, wobei der Abstand zwischen dem ersten Abschnitt und der Kante und der Abstand zwischen dem zweiten Abschnitt und der Kante 110 % der Dicke der Metallcarbidbeschichtung in dem proximalen Teilbereich entspricht,
und wobei die Dicke der Metallcarbidbeschichtung des ersten Abschnitts zwischen etwa 80 % bis etwa 120 %, spezifischer zwischen etwa 90 % bis etwa 110 % und insbesondere zwischen etwa 95 % bis etwa 105 % der Dicke der Metallcarbidbeschichtung des zweiten Abschnitts beträgt.
19. Das Substrat gemäß Gesichtspunkt 18, wobei die Dicke der Metallcarbidbeschichtung des ersten Abschnitts zwischen etwa 80 % bis etwa 120 %, spezifischer zwischen etwa 90 % bis etwa 110 % und insbesondere zwischen etwa 95 % bis etwa 105 % der Dicke der Metallcarbidbeschichtung in dem proximalen Teilbereich beträgt.
20. Das Substrat gemäß Gesichtspunkt 18 oder 19, wobei die Dicke der Metallcarbidbeschichtung des zweiten Abschnitts zwischen etwa 80 % bis etwa 120 %, spezifischer zwischen etwa 90 % bis etwa 110 % und insbesondere zwischen etwa 95 % bis etwa 105 % der Dicke der Metallcarbidbeschichtung in dem proximalen Teilbereich beträgt.
21. Das Substrat gemäß einem der vorstehenden Gesichtspunkte, wobei die Kante eine Außenkante ist.
22. Das Substrat gemäß einem der Gesichtspunkte 1 bis 20, wobei die Kante eine Innenkante ist.
Substratmaterial
23. Das Substrat gemäß einem der vorstehenden Gesichtspunkte, wobei das Substrat Kohlenstoff umfasst, spezifischer wobei das Substrat mindestens etwa 90 Gew.-% Kohlenstoff umfasst und insbesondere wobei das Substrat mindestens etwa 99 Gew.-% Kohlenstoff umfasst, bezogen auf das Gesamtgewicht des Substrats.
24. Das Substrat gemäß einem der vorstehenden Gesichtspunkte, wobei das Substrat Graphit umfasst, spezifischer wobei das Substrat mindestens etwa 90 Gew.-% Graphit umfasst und insbesondere wobei das Substrat mindestens etwa 99 Gew.-% Graphit umfasst, bezogen auf das Gesamtgewicht des Substrats.
25. Das Substrat gemäß einem der vorstehenden Gesichtspunkte, wobei das Substrat Silicium umfasst, spezifischer wobei das Substrat mindestens etwa 90 Gew.-% Silicium umfasst und insbesondere wobei das Substrat mindestens etwa 99 Gew.-% Silicium umfasst, bezogen auf das Gesamtgewicht des Substrats.
26. Das Substrat gemäß einem der vorstehenden Gesichtspunkte, wobei das Substrat isostatischen Graphit umfasst, spezifischer wobei das Substrat mindestens etwa 90 Gew.-% isostatischen Graphit umfasst und insbesondere wobei das Substrat mindestens etwa 99 Gew.-% isostatischen Graphit umfasst, bezogen auf das Gesamtgewicht des Substrats.
27. Das Substrat gemäß einem der vorstehenden Gesichtspunkte, wobei das Substrat CFRC umfasst, spezifischer wobei das Substrat mindestens etwa 90 Gew.-% isostatischen Graphit umfasst und insbesondere wobei das Substrat mindestens etwa 99 Gew.-% CFRC umfasst, bezogen auf das Gesamtgewicht des Substrats.
28. Das Substrat gemäß einem der vorstehenden Gesichtspunkte, wobei das Substrat ein Zylinder ist, spezifischer ein Zylinder mit einem Durchmesser zwischen etwa 5 cm bis etwa 100 cm und insbesondere ein Zylinder mit einem Durchmesser zwischen etwa 15 cm bis etwa 80 cm.
29. Das Substrat gemäß Gesichtspunkt 28, wobei der Zylinder eine Dicke zwischen etwa 1 mm bis etwa 10 cm, spezifischer zwischen etwa 3 mm bis etwa 5 cm und insbesondere zwischen etwa 5 mm bis etwa 3 cm aufweist.
30. Das Substrat gemäß einem der vorstehenden Gesichtspunkte, wobei die Außenoberfläche mindestens eine scheibenförmige Tasche umfasst, wobei der Durchmesser der Vertiefung zwischen etwa 20 mm bis etwa 700 mm, spezifischer zwischen etwa 45 mm bis etwa 475 mm und insbesondere zwischen etwa 100 mm bis etwa 300 mm beträgt und/oder wobei die Tiefe der Vertiefung zwischen etwa 150 µm bis etwa 2000 µm, spezifischer zwischen etwa 250 µm bis etwa 1500 µm und insbesondere zwischen etwa 500 µm bis etwa 1000 µm beträgt.
Metallcarbidbeschichtungsmaterial
31. Das Substrat gemäß einem der vorstehenden Gesichtspunkte, wobei die Metallcarbidbeschichtung mindestens etwa 90 Gew.-% ein Metallcarbid umfasst, spezifischer wobei die Metallcarbidbeschichtung mindestens etwa 99 Gew.-% ein Metallcarbid umfassen kann, bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtung, und insbesondere wobei die Metallcarbidbeschichtung aus dem Metallcarbid bestehen kann.
32. Das Substrat gemäß einem der vorstehenden Gesichtspunkte, wobei das Metallcarbid Siliciumcarbid umfasst.
33. Das Substrat gemäß einem der vorstehenden Gesichtspunkte, wobei die Metallcarbidbeschichtung eine Vielzahl von Carbidkristallen umfasst.
34. Das Substrat gemäß einem der vorstehenden Gesichtspunkte, wobei die Metallcarbidbeschichtung durch eine Halbwertsbreite des (111) zwischen etwa 0,300 bis etwa 1,000, spezifischer zwischen etwa 0,350 bis etwa 0,800 und insbesondere zwischen etwa 0,400 bis etwa 0,750, gemessen durch XRD, gekennzeichnet ist.
Gaskanal
35. Das Substrat gemäß einem der vorstehenden Gesichtspunkte, wobei das Wandsegment einen ersten Wandteilbereich und einen zweiten Wandteilbereich umfasst, wobei der erste und zweite Wandteilbereich in einem Winkel zueinander angeordnet sind.
36. Das Substrat gemäß Gesichtspunkt 35, wobei sich der zweite Wandteilbereich orthogonal zu dem ersten Wandteilbereich erstreckt.
37. Das Substrat gemäß Gesichtspunkt 35 oder 36, wobei der erste Wandteilbereich eine Länge zwischen etwa 0,1 cm bis etwa 3 cm, spezifischer zwischen etwa 0,5 cm bis etwa 2 cm und insbesondere zwischen etwa 1 cm bis etwa 1,5 cm aufweist.
38. Das Substrat gemäß einem der Gesichtspunkte 35 bis 37, wobei der zweite Wandteilbereich eine Länge zwischen etwa 1 cm bis etwa 100 cm, spezifischer zwischen etwa 5 cm bis etwa 75 cm und insbesondere zwischen etwa 25 cm bis etwa 50 cm aufweist.
39. Das Substrat gemäß einem der vorstehenden Gesichtspunkte, wobei die Vertiefung eine erste und eine zweite Öffnung aufweist, wobei die erste Öffnung innerhalb der Außenoberfläche angeordnet ist und die zweite Öffnung auf einer zweiten Außenoberfläche des Substrats angeordnet ist.
40. Das Substrat gemäß einem der Gesichtspunkte 35 bis 39, wobei eine zweite Kante zwischen dem ersten und zweiten Wandsegment angeordnet ist,
und wobei das erste Wandsegment einen dritten Abschnitt benachbart zu der zweiten Kante umfasst und das zweite Wandsegment einen vierten Abschnitt benachbart zu der zweiten Kante umfasst, wobei der Abstand zwischen dem dritten Abschnitt und der zweiten Kante und der Abstand zwischen dem vierten Abschnitt und der Kante 110 % der Dicke der Metallcarbidbeschichtung in dem proximalen Teilbereich entspricht,
und wobei die Dicke der Metallcarbidbeschichtung des ersten Abschnitts zwischen etwa 80 % bis etwa 120 %, spezifischer zwischen etwa 90 % bis etwa 110 % und insbesondere zwischen etwa 95 % bis etwa 105 % der Dicke der Metallcarbidbeschichtung des zweiten Abschnitts beträgt.
Prozess
41. Ein Verfahren zum Beschichten eines Substrats mit einem Metall- oder Übergangsmetallcarbid durch thermisch-chemische Gasphasenabscheidung, wobei das Verfahren umfasst:

- Platzieren eines Substrats in eine Reaktionskammer und
- Versorgen der Reaktionskammer mit SiCl4, Ethen und einem Trägergas, und wobei eine Prozesstemperatur in der Reaktionskammer zwischen etwa 900 °C bis etwa 1050 °C beträgt.

42. Das Verfahren gemäß Gesichtspunkt 41, wobei die Prozesstemperatur zwischen etwa 925 °C bis etwa 1025 °C, spezifischer zwischen etwa 950 °C bis etwa 1000 °C beträgt.
43. Das Verfahren gemäß Gesichtspunkt 41 oder 42, wobei das Verfahren für eine Dauer zwischen etwa 20 min bis etwa 600 min, spezifischer zwischen etwa 40 min bis etwa 400 min und insbesondere zwischen etwa 60 min bis etwa 240 min stattfindet.
44. Das Verfahren gemäß einem der Gesichtspunkte 41 bis 43, wobei der Gesamtdruck in der Reaktionskammer zwischen etwa 1 mbar bis etwa 1085 mbar, spezifischer zwischen etwa 5 mbar bis etwa 100 mbar und insbesondere zwischen etwa 7 mbar bis etwa 15 mbar beträgt.
45. Das Verfahren gemäß einem der Gesichtspunkte 41 bis 44, wobei das SiCl4 und das Ethen als eine Vorläufermischung zugeführt werden, wobei das atomare Verhältnis zwischen Silicium und Kohlenstoff in der Vorläufermischung zwischen etwa 0,7 bis etwa 1,3, spezifischer zwischen etwa 0,8 bis etwa 1,2 und insbesondere zwischen etwa 0,9 bis etwa 1,1 beträgt
46. Das Verfahren gemäß einem der Gesichtspunkte 41 bis 44, wobei das Verfahren einen ersten und zweiten Schritt umfassen kann, wobei der erste Schritt Zuführen von SiCl4 in die Reaktionskammer umfasst und der zweite Schritt Zuführen des Ethens in die Reaktionskammer umfasst, insbesondere wobei sich der erste Schritt und der zweite Schritt abwechseln.
47. Das Verfahren gemäß Gesichtspunkt 46, wobei das Verfahren einen Spülschritt umfassen kann, wobei der Spülschritt zwischen dem ersten und dem zweiten Schritt und/oder zwischen dem zweiten Schritt und ersten Schritt stattfindet, wobei der Spülschritt Versorgen der Reaktion nur mit Trägergas umfasst.
48. Das Verfahren gemäß Gesichtspunkt 46 oder 47, wobei die Dauer des ersten und/oder zweiten Schritts zwischen etwa 1 s bis etwa 5 s, spezifischer zwischen etwa 2,5 s bis etwa 3,5 s betragen kann und/oder die Dauer des Spülschritts zwischen etwa 0,5 s bis etwa 3 s, spezifischer zwischen etwa 0,8 s bis etwa 1,2 s betragen kann.
49. Das Verfahren gemäß einem der vorstehenden Gesichtspunkte, wobei das Trägergas zusätzlich HCl oder Cl₂ und insbesondere HCl umfasst.
50. Das Verfahren gemäß einem der Gesichtspunkte 45 oder 49, wobei das atomare Verhältnis zwischen Chlor und Silicium in der Vorläufermischung zwischen etwa 3,5 : 1 bis etwa 5 : 1, spezifischer zwischen etwa 3,8 : 1 bis etwa 4,7 : 1 und insbesondere zwischen etwa 4 : 1 bis etwa 4,5 : 1 beträgt.
51. Das Verfahren gemäß einem der vorstehenden Gesichtspunkte, wobei das Trägergas H₂ umfasst, spezifischer wobei das Molverhältnis zwischen H₂ und Silicium in einem Aggregat aus dem Trägergas und der Vorläufermischung zwischen etwa 10 : 1 bis etwa 100 : 1, noch spezifischer zwischen etwa 20 : 1 bis etwa 70 : 1 und insbesondere zwischen etwa 32 : 1 bis etwa 50 : 1 beträgt.
52. Das Verfahren gemäß einem der vorstehenden Gesichtspunkte, wobei das Trägergas zusätzlich ein Inertgas, spezifischer N₂ und/oder Ar und insbesondere N₂, umfasst.

Claims

Substrat, umfassend: eine Außenoberfläche und eine Vertiefung, die innerhalb der Außenoberfläche angeordnet ist, wobei die Vertiefung ein Wandsegment umfasst, das eine Metallcarbidbeschichtung umfasst, wobei es eine Kante gibt, die zwischen der Außenoberfläche und dem Wandsegment angeordnet ist, wobei das Wandsegment einen proximalen Teilbereich und einen distalen Teilbereich umfasst, wobei sich der proximale Teilbereich verglichen mit dem distalen Teilbereich näher an der Kante befindet, und wobei der Abstand zwischen dem proximalen Teilbereich und dem distalen Teilbereich in einer Richtung senkrecht zu der Außenoberfläche mindestens 100 µm beträgt, und wobei die Metallcarbidbeschichtung in dem distalen Teilbereich mindestens 70 % der Dicke der Metallcarbidbeschichtung in dem proximalen Teilbereich aufweist.
Substrat nach Anspruch 1, wobei die Dicke der Metallcarbidbeschichtung in dem proximalen Teilbereich zwischen etwa 20 µm bis etwa 300 µm, spezifischer zwischen etwa 50 µm bis etwa 250 µm und insbesondere zwischen etwa zwischen etwa 80 µm bis etwa 150 µm beträgt.
Substrat nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Abstand zwischen dem proximalen Teilbereich und dem distalen Teilbereich mindestens etwa 200 µm, spezifischer mindestens etwa 400 µm und insbesondere mindestens etwa 600 µm beträgt.
Substrat nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Abstand zwischen dem proximalen Teilbereich und der Kante mindestens etwa 200 µm, spezifischer mindestens etwa 400 µm und insbesondere mindestens etwa 600 µm beträgt.
Substrat nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Außenoberfläche auch die Metallcarbidbeschichtung umfasst.
Substrat nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Dicke der Metallcarbidbeschichtung des distalen Teilbereichs zwischen etwa 80 % bis etwa 200 %, spezifischer zwischen etwa 90 % bis etwa 160 % und insbesondere zwischen etwa 95 % bis etwa 120 % der Dicke der Metallcarbidbeschichtung des proximalen Teilbereichs beträgt.
Substrat nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Dicke der Metallcarbidbeschichtung des distalen Teilbereichs zwischen etwa 80 % bis etwa 200 %, spezifischer zwischen etwa 90 % bis etwa 160 % und insbesondere zwischen etwa 95 % bis etwa 120 % der Dicke der Metallcarbidbeschichtung auf der Außenoberfläche beträgt.
Substrat nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Wandsegment ein gegenüberliegendes Wandsegment aufweist, wobei der Abstand zwischen dem Wandsegment und dem gegenüberliegenden Wandsegment zwischen etwa 250 µm bis etwa 25000 µm, spezifischer zwischen etwa 500 µm bis etwa 10000 µm und insbesondere zwischen etwa 1000 µm bis etwa 7500 µm beträgt.
Substrat nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Außenoberfläche einen ersten Abschnitt benachbart zu der Kante umfasst und das Wandsegment einen zweiten Abschnitt benachbart zu der Kante umfasst, wobei der Abstand zwischen dem ersten Abschnitt und der Kante und der Abstand zwischen dem zweiten Abschnitt und der Kante 110 % der Dicke der Metallcarbidbeschichtung in dem proximalen Teilbereich entspricht, und wobei die Dicke der Metallcarbidbeschichtung des ersten Abschnitts zwischen etwa 80 % bis etwa 120 %, spezifischer zwischen etwa 90 % bis etwa 110 % und insbesondere zwischen etwa 95 % bis etwa 105 % der Dicke der Metallcarbidbeschichtung des zweiten Abschnitts beträgt.
Substrat nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Substrat Kohlenstoff, insbesondere Graphit, umfasst, spezifischer wobei das Substrat mindestens etwa 90 Gew.-% Kohlenstoff umfasst und insbesondere wobei das Substrat mindestens etwa 99 Gew.-% Kohlenstoff umfasst, bezogen auf das Gesamtgewicht des Substrats; oder wobei das Substrat Silicium umfasst, spezifischer wobei das Substrat mindestens etwa 90 Gew.-% Silicium umfasst und insbesondere wobei das Substrat mindestens etwa 99 Gew.-% Silicium umfasst, bezogen auf das Gesamtgewicht des Substrats.
Substrat nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Metallcarbid Siliciumcarbid umfasst.
Substrat nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Metallcarbidbeschichtung durch eine Halbwertsbreite des (111) zwischen etwa 0,300 bis etwa 1,000, spezifischer zwischen etwa 0,350 bis etwa 0,800 und insbesondere zwischen etwa 0,400 bis etwa 0,750, gemessen durch XRD, gekennzeichnet ist.
Substrat nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine zweite Kante zwischen dem ersten und zweiten Wandsegment angeordnet ist, und wobei das erste Wandsegment einen dritten Abschnitt benachbart zu der zweiten Kante umfasst und das zweite Wandsegment einen vierten Abschnitt benachbart zu der zweiten Kante umfasst, wobei der Abstand zwischen dem dritten Abschnitt und der zweiten Kante und der Abstand zwischen dem vierten Abschnitt und der Kante 110 % der Dicke der Metallcarbidbeschichtung in dem proximalen Teilbereich entspricht, und wobei die Dicke der Metallcarbidbeschichtung des ersten Abschnitts zwischen etwa 80 % bis etwa 120 %, spezifischer zwischen etwa 90 % bis etwa 110 % und insbesondere zwischen etwa 95 % bis etwa 105 % der Dicke der Metallcarbidbeschichtung des zweiten Abschnitts beträgt. Prozess
Verfahren zum Beschichten eines Substrats mit einem Metall- oder Übergangsmetallcarbid durch thermisch-chemische Gasphasenabscheidung, wobei das Verfahren umfasst: - Platzieren eines Substrats in eine Reaktionskammer und - Versorgen der Reaktionskammer mit SiCl4, Ethen und einem Trägergas, und wobei eine Prozesstemperatur in der Reaktionskammer zwischen etwa 900 °C bis etwa 1050 °C beträgt.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Trägergas zusätzlich HCl oder Cl₂ und insbesondere HCl umfasst.