DE112008000169T5

DE112008000169T5 - Gasbehandlungssysteme

Info

Publication number: DE112008000169T5
Application number: DE112008000169T
Authority: DE
Inventors: Bojan Mitrovic; Alex Gurary; Eric A. Armour
Original assignee: Veeco Instruments Inc
Current assignee: Veeco Instruments Inc
Priority date: 2007-01-12
Filing date: 2008-01-11
Publication date: 2010-01-14
Also published as: US20110091648A1; CN102127752B; CN102174693A; US8152923B2; TWI390608B; CN101611472B; US9273395B2; TW200903592A; WO2008088743A1; US20110088623A1; KR101464227B1; KR101483522B1; KR20140011429A; KR20140015625A; CN101611472A; KR101464228B1; CN102174693B; US8287646B2; CN102127752A; KR20090117724A

Abstract

Injektorkopf für einen Gasbehandlungsreaktor, wobei der Kopf Folgendes umfasst:
(a) eine Struktur, die mehrere Gaseinlässe definiert, die Öffnungen aufweisen, die in eine stromabwärtige Richtung weisen; und
(b) Diffusorelemente, die zwischen benachbarten der Gaseinlässe angeordnet sind, wobei sich die Diffusorelemente in der stromabwärtigen Richtung von den Gaseinlässen erstrecken und sich in der stromabwärtigen Richtung verjüngen.

Description

QUERVERWEIS ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Nutzen des Einreichungsdatums der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 60/880,243, eingereicht am 12. Januar 2007, deren Offenbarung durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen wird.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Diese Erfindung betrifft Systeme für die Bearbeitung mittels reaktiver Gasphasen, wie zum Beispiel die chemische Dampfabscheidung.
Chemische Dampfabscheidungs(Chemical Vapor Deposition – CVD)-Reaktoren ermöglichen die Behandlung von Substraten wie zum Beispiel Wafern, die auf einem Waferträger im Inneren einer Reaktionskammer montiert sind. Eine Komponente, die als ein Gasverteilungsinjektor oder -injektorkopf bezeichnet wird, ist dem Waferträger zugewandt montiert. Der Injektor enthält in der Regel mehrere Gaseinlässe, die eine Kombination von Gasen für eine chemische Dampfabscheidung zu der Kammer leiten. Einige Gasverteilungsinjektoren geben Leit- oder Trägergase ab, die das Erzeugen eines laminaren Gasstromes während des chemischen Dampfabscheidungsprozesses unterstützen, wobei das Trägergas in der Regel nicht an der chemischen Dampfabscheidung beteiligt ist. Viele Gasverteilungsinjektoren haben Duschkopfdesigns, die Gaseinlässe enthalten, die in einem Muster an dem Kopf beabstandet sind.
Ein Gasverteilungsinjektor ermöglicht in der Regel das Richten von Vorläufergasen von Gaseinlässen auf einer Injektorfläche in Richtung bestimmter Zielregionen der Reaktionskammer, wo Wafer für Prozesse wie zum Beispiel epitaxiales Aufwachsen von Materialschichten behandelt werden können. Idealerweise werden die Vorläufergase in einer solchen Weise auf den Waferträger gerichtet, dass die Vorläufergase so nahe wie möglich bei den Wafern reagieren, wodurch die Reaktionsprozesse und das epitaxiale Wachstum auf der Waferoberfläche maximiert werden.
In vielen organometallischen chemischen Dampfabscheidungs(Metal Organic Chemical Vapor Deposition – MOCVD)-Prozessen werden zum Beispiel Kombinationen von Vorläufergasen, die aus Organometallen und Hydriden, wie zum Beispiel Ammoniak oder Arsin, bestehen, durch den Injektor in eine Reaktionskammer eingeleitet. Prozessunterstützende Trägergase, wie zum Beispiel Wasserstoff, Stickstoff oder Edelgase, wie zum Beispiel Argon oder Helium, können ebenfalls durch den Injektor in den Reaktor eingeleitet werden. Die Vorläufergase vermischen sich in der Reaktionskammer und reagieren zu einer Abscheidung auf einem in der Kammer befindlichen Wafer. Die Trägergase unterstützen in der Regel das Beibehalten einer laminaren Strömung an dem Waferträger.
Auf diese Weise kann ein epitaxiales Aufwachsen von Halbleiterverbindungen wie zum Beispiel GaAs, GaN, GaAlAs, InGaAsSb, InP, ZnSe, ZnTe, HgCdTe, InAsSbP, InGaN, AlGaN, SiGe, SiC, ZnO und InGaAlP und dergleichen erreicht werden. Für andere Zwecke als epitaxiales Wachstum, wie zum Beispiel Ätzen, werden andere Gasbehandlungsprozesse verwendet.
Jedoch haben viele existierende Gasinjektorsysteme Probleme, die möglicherweise einen effizienten Arbeitsablauf oder ein gleichmäßiges Abscheiden behindern. Zum Beispiel können Vorläuferinjektionsmuster von existierenden Gasverteilungsinjektorsystemen einen signifikanten ”Totraum” aufweisen (einen Raum ohne aktive Strömung von Gaseinlässen an der Injektorfläche), was Rezirkulationsmuster nahe dem Injektor zur Folge hat.
Diese Rezirkulationsmuster können zu einer Vorreaktion der Vorläuferchemikalien führen, was ein ungewolltes Abscheiden von Reaktionsprodukten an dem Injektor verursacht. Außerdem kann es zu einem ungewollten Abscheiden an der Wand der Reaktionskammer kommen. Ein solches ungewolltes Abscheiden verbraucht Reaktanten und mindert die Effizienz und Reproduzierbarkeit des Prozesses. Des Weiteren können sich Reaktionsprodukte, die sich am Injektor oder an der Reaktorwand abgelagert haben, ablösen und können die verarbeiteten Substrate kontaminieren. Somit erfordern viele derzeitige Systeme ein häufiges Reinigen des Reaktors, wodurch die Produktivität weiter sinkt.
Auf diesem technischen Gebiet sind erhebliche Anstrengungen unternommen worden, um gleichmäßige Reaktionsbedingungen über das gesamte Ausmaß des Waferträgers hinweg zu erreichen, um zu gewährleisten, dass die abgeschiedenen Schichten gleichmäßig auf allen Substraten aufwachsen. Ein weiteres Bestreben ist es zu gewährleisten, dass die Prozessgase, die in alle Regionen des Reaktors geleitet werden, effizient genutzt und nicht vergeudet werden. Jedoch wären noch weitere Verbesserungen in diesen Aspekten des Betriebsablaufs wünschenswert.
Das heißt, ungeachtet aller Anstrengungen auf diesem Gebiet wären weitere Verbesserungen wünschenswert.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ein Aspekt der Erfindung stellt einen Injektorkopf für einen Gasbehandlungsreaktor bereit. Der Kopf gemäß diesem Aspekt der Erfindung enthält zweckmäßigerweise eine Struktur, die mehrere Gaseinlässe definiert, die Öffnungen aufweisen, die in eine stromabwärtige Richtung weisen. Der Kopf enthält des Weiteren zweckmäßigerweise Diffusorelemente, die zwischen benachbarten der Gaseinlässe angeordnet sind, wobei sich die Diffusorelemente in der stromabwärtigen Richtung von den Gaseinlässen erstrecken und sich in der stromabwärtigen Richtung verjüngen. Wie weiter unten noch näher besprochen wird, können die Diffusorelemente eine Rezirkulation der Gase in der unmittelbaren Umgebung des Injektorkopfes unterdrücken.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung stellt einen Reaktor zur Gasbehandlung eines oder mehrerer Substrate mit mindestens einem ersten Gas und einem zweiten Gas bereit. Der Reaktor gemäß diesem Aspekt der Erfindung enthält zweckmäßigerweise eine Reaktionskammer und einen Substrathalter zum Stützen des einen oder der mehreren Substrate. Der Substrathalter ist zweckmäßigerweise innerhalb der Reaktantenkammer dergestalt montiert, dass er sich um eine Achse drehen kann, die in stromaufwärtiger und stromabwärtiger Richtung verläuft. Der Reaktor gemäß diesem Aspekt der Erfindung enthält zweckmäßigerweise auch einen Injektorkopf, der stromaufwärts des Substrathalters angeordnet ist. Der Injektor enthält zweckmäßigerweise eine Struktur, die mehrere erste Gaseinlässe definiert, wobei die ersten Gaseinlässe in einer ersten Reihe angeordnet sind, die sich in einer ersten radialen Richtung erstreckt, die senkrecht zu der Achse verläuft, und in einer zweiten Reihe angeordnet sind, die sich in einer zweiten radialen Richtung senkrecht zu der Achse und senkrecht zu der ersten radialen Richtung erstreckt. Der Injektorkopf enthält zweckmäßigerweise auch mehrere zweite Gasfeldeinlässe, wobei die zweiten Gasfeldeinlässe in Quadranten des Injektorkopfes um die Achse zwischen den Reihen erster Gaseinlässe herum angeordnet sind. Optional definiert der Injektorkopf des Weiteren einen mittigen zweiten Gaseinlass, der an der Achse angeordnet ist.
Die Reihen erster Gaseinlässe schließen zweckmäßigerweise einwärts der Wand der Reaktionskammer ab. Oder anders ausgedrückt: Die Reihen erster Gaseinlässe erstrecken sich zweckmäßigerweise um eine erste radiale Distanz von der Achse, während sich die zweiten Gasfeldeinlässe zweckmäßigerweise um eine zweite radiale Distanz von der Achse erstrecken, wobei die erste radiale Distanz kürzer ist als die zweite radiale Distanz. Wie weiter unten noch besprochen wird, kann diese Anordnung ein ungewolltes Abscheiden an den Wänden der Kammer unterdrücken.
Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung stellen Verfahren zum Behandeln von Substraten bereit, wobei die Verfahren zweckmäßigerweise die Merkmale aufweisen, die oben in Verbindung mit dem Reaktor und dem Injektionskopf besprochen wurden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine vereinfachte Schnittansicht eines Reaktors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 ist eine schaubildhafte Ansicht, die bestimmte Komponenten des Reaktors zeigt, die in 1 gezeigt sind.
3 ist eine Ansicht ähnlich 2, die aber die Komponenten in einem anderen Betriebszustand zeigt.
4 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 4-4 in 3.
5 ist eine schaubildhafte Schnittansicht entlang der Linie 5-5 in 4.
6 ist eine fragmentarische Ansicht in vergrößertem Maßstab des in 4 gezeigten Bereichs.
7 ist eine Ansicht ähnlich 4, wobei bestimmte Elemente der besseren Übersichtlichkeit weggelassen wurden.
8 ist eine Ansicht ähnlich 6, die aber einen Abschnitt eines Reaktors gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung zeigt.
9 ist eine Ansicht ähnlich 8, die einen Abschnitt eines Reaktors gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Wenden wir uns nun den Zeichnungen zu, in denen gleiche Bezugszahlen gleiche Elemente bezeichnen. 1 zeigt einen Rotationsscheibenreaktor, der einen Mehrfachgasinjektor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält.
Wie schaubildhaft in 1 gezeigt, enthält die Vorrichtung eine allgemein zylindrische Reaktionskammer 10, die in der Regel Wände aufweist, die aus Edelstahl oder anderem Material gebildet sind, das im Wesentlichen nicht mit den Prozessgasen reagiert. Der Reaktor enthält in der Regel noch weitere Komponenten, wie zum Beispiel eine Grundplatte und Abzugsöffnungen (nicht gezeigt). Eine Spindel 12 und ein allgemein scheibenförmiger Wafer(Substrat)-Träger 14 sind so montiert, dass sie sich um eine Achse 16 drehen können, die koaxial zu der zylindrischen Kammer verläuft. Substrate, wie zum Beispiel Wafer 18, werden auf dem Waferträger gehalten, wobei die zu behandelnden Flächen 20 der Substrate im Wesentlichen senkrecht zu der Achse 16 liegen und in eine stromaufwärtige Richtung entlang der mit dem Pfeil U bezeichneten Achse weisen.
Der Substratträger und die Substrate werden durch nicht gezeigte herkömmliche Komponenten auf einer erhöhten Temperatur gehalten. Zum Beispiel kann ein (nicht gezeigter) Erwärmungssuszeptor, der an der Spindel montiert ist, durch einen Satz (nicht gezeigter) elektrischer Heizelemente erwärmt werden. Die Heizelemente bestehen in der Regel aus einem hochschmelzenden Metall wie zum Beispiel Molybdän, Wolfram oder Rhenium und dergleichen, oder einem Nichtmetall wie zum Beispiel Graphit. In diesem System wird Wärme von den Heizelementen zu dem Suszeptor und von dem Suszeptor zu dem Substratträger übertragen. Die Heizelemente können in mehrere Heizzonen unterteilt sein. Das Metall für die Heizelemente kann auf der Grundlage der durchzuführenden Reaktion und der für einen bestimmten Reaktor und eine bestimmte Kammer zur chemischen Dampfabscheidung erforderlichen Heizeigenschaften ausgewählt werden. Ein Hitzeschild ist vorteilhafterweise unter den Heizelementen und dem Suszeptor angeordnet. Alternativ kann der Waferträger direkt durch die Heizelemente erwärmt werden.
Ein Gasverteilungsinjektorkopf 22 ist an dem stromaufwärtigen Ende der Kammer angeordnet (dem Ende in Richtung der Oberseite der Zeichnung in 1). Der Gasverteilungsinjektorkopf enthält eine Struktur, die eine Innenfläche 24 definiert, die in die stromabwärtige Richtung, die in 1 mit dem Pfeil D bezeichnet ist, weist (die Richtung entlang der Drehachse des Substratträgers, in Richtung der Unterseite der Zeichnung in 1).
Geeignete Anordnungen, wie zum Beispiel eine Zugangsöffnung 101 (2 und 3) in der Seiten- oder Umfangswand des Reaktors, sind für das Ein- und Ausladen von Wafern vorhanden. In der konkret gezeigten Ausführungs form ist der Waferträger 14 herausnehmbar. Ein allgemein reifartiger Verschluss 103 ist für eine Bewegung in der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen axialen Richtung montiert. Wenn sich der Verschluss 103 in der in 2 gezeigten zurückgezogenen oder offenen Position befindet, so kann ein Waferträger 14 mit behandelten Wafern aus der Kammer entnommen und durch einen neuen Waferträger 14 ersetzt werden, der zu behandelnde Wafer trägt. Wenn sich der Verschluss 103 in der in 3 gezeigten vorgeschobenen oder geschlossenen Position befindet, so umschließt er den Waferträger 14 und bedeckt die Zugangsöffnung 101. In dieser Position bildet der Verschluss 103 einen Teil der Wand der Reaktionskammer. Die Innenflächen 105 des Verschlusses 103 sind zweckmäßigerweise Rotationsflächen um die Drehachse 16 des Waferträgers herum. Der Verschluss 103 ist zweckmäßigerweise mit (nicht gezeigten) Kühlmitteldurchgängen versehen, die mit einem Kühlflüssigkeitszirkulator verbunden sind, um die Temperatur des Verschlusses auf einer Temperatur unter der des Waferträgers zu halten.
Der Reaktor enthält außerdem einen schlaufenartigen Bund 102, der als ein ”eingeschlossenes Einlass”-Element bezeichnet wird. Der Bund 102 definiert eine Innenfläche 104, die sich stromabwärts des Kopfes 22 erstreckt und einen Teil der Reaktorwand bildet. Die Fläche 104 hat ebenfalls die Form einer Rotationsfläche um die Achse 16 herum und weitet sich geringfügig radial nach außen, von der Achse 16 fort, in der stromabwärtigen Richtung auf. Wenn sich der Verschluss 103 in der vorgeschobenen oder geschlossenen Position befindet (3), so verläuft die Fläche 104 des Bundes 102 im Wesentlichen mit der Innenfläche 105 des Verschlusses 103 durchgängig. Der Bund 102 kann ebenfalls mit Kühlmitteldurchgängen versehen sein.
Obgleich im vorliegenden Text eine Zugangsöffnung und ein Verschluss beschrieben werden, können andere Reak toren andere Zugangssysteme haben, wie zum Beispiel Laden von Wafern von oben her oder Laden von Wafern von unten her durch eine entfernbare Oberseite oder Unterseite des Reaktors. Die anderen Merkmale des Reaktors, die im vorliegenden Text nicht ausdrücklich besprochen werden, können von der Art sein, die in Reaktoren Verwendung finden, die unter dem Handelsnamen TURBODISC von Veeco Instruments, Inc. verkauft werden.
Wie am besten in den 4 und 5 zu sehen, enthält der Gasverteilungs- und -injektorkopf 22 eine Verteilerbaugruppe 107, die aus einer Platte oder, besonders bevorzugt, aus mehreren übereinander gelegten Platten gebildet sein kann. Die Verteilerbaugruppe 107 hat Aussparungen in ihrer stromabwärtigen Fläche, die Gaskanäle definieren, die zu der stromabwärtigen Fläche der Verteilerbaugruppe hin offen sind. Ein paar dieser Gaskanäle 109, 111, 113 sind in 4 gezeigt. Ein Element 115, das im vorliegenden Text als eine ”Kühlplatte” oder ein ”Diffusor” bezeichnet wird, liegt über der stromabwärtigen Fläche der Verteilerbaugruppe 107. Die Kühlplatte 115 ist mit Kühlmitteldurchgängen 116 versehen, die mit einer Quelle eines zirkulierenden Kühlmittels verbunden sind. Die Kühlplatte 115 definiert die stromabwärtige Fläche 24 des Verteilungs- und Injektorkopfes 22, d. h. die Fläche, die in Richtung der Unterseite der Zeichnung in den 1–4 weist. Diese Fläche wird im vorliegenden Text auch die ”Innen”-Fläche 24 des Kopfes 22 bezeichnet. Ein Sieb 123 ist zwischen der Kühlplatte 115 und der Verteilerbaugruppe 107 angeordnet. Das Sieb hat eine begrenzte Durchlässigkeit oder Porosität.
Die Kühlplatte 115 definiert mehrere erste Gaseinlässe 117. Wie am besten in den 4 und 6 zu sehen, hat jeder erste Gaseinlass 117 die Form eines länglichen Schlitzes. Ein solcher Schlitz bildet einen Durchgang, der sich durch die Kühlplatte 115 hindurch erstreckt und mit der stromabwärtigen oder Innenfläche in Strömungsverbindung steht und somit eine längliche Öffnung definiert, die mit dem Inneren der Reaktionskammer 10 in Strömungsverbindung steht. Die ersten Gaseinlässe 117 sind entlang der zwei Reihen angeordnet, die in 5 mittels durchbrochener Linien dargestellt sind. Die ersten Gaseinlässe oder Schlitze 117 sind ebenfalls schematisch in 7 gezeigt. Die Reihen erstrecken sich senkrecht zu der Achse 16 und senkrecht zueinander und kreuzen einander an der Achse. Jedoch überschneiden sich die länglichen Schlitze oder ersten Gaseinlässe 117 nicht an der Achse 16. Jede Reihe von Schlitzen 117 kann zwei oder mehr Schlitze enthalten. Zum Beispiel enthält eine Reihe, wie schematisch in 7 gezeigt, innenliegende Schlitze 117a und 117b, die nahe der Achse 16 angeordnet sind, aber diese nicht schneiden, und enthält ebenfalls Schlitze 117c und 117d, die weiter von der Achse entfernt angeordnet sind. Gleichermaßen enthält die andere Reihe radial innenliegende Schlitze 117e und 117f und radial außenliegende Schlitze 117g und 117h.
Die ersten Gaseinlässe 117 stehen mit einigen der Gaskanäle in der Verteilerbaugruppe 107 in Strömungsverbindung. Diese Gaskanäle werden im vorliegenden Text als erste Gaskanäle bezeichnet. Zum Beispiel steht, wie in 4 zu sehen, der erste Gaseinlass 117 mit dem ersten Gaskanal 113 durch einen Abschnitt des Siebes 123 in Strömungsverbindung. Die ersten Gaskanäle sind, durch interne Verbindungen der Verteilerbaugruppe, die in 5 schematisch durch die durchbrochene Linie 121 veranschaulicht sind, mit einer ersten Gasquelle 26 verbunden. Obgleich die erste Gasquelle in 1 als eine einzelne Vorrichtung mit einem einzelnen Steuerelement 28 in Form eines Ventils gezeigt ist, können die erste Gasquelle und die ersten Gaskanäle auch mehrere komplexe Komponenten enthalten, die dafür konfiguriert sind, das erste Gas mit derselben oder mit anderen Zusammensetzungen und/oder Strömungsraten zu anderen der ersten Gaseinlässe entlang der Erstreckung der Reihen erster Gaseinlässe zu leiten. Zum Beispiel können die ersten Gaskanäle, die mit den radial inneren ersten Gaseinlässen 117a, 117b, 117e und 117f (7) in Strömungsverbindung stehen, miteinander zu einer inneren Zone verbunden sein, während die Gaskanäle, die mit radial außenliegenden Schlitzen 117c, 117d, 117g und 117h in Strömungsverbindung stehen, miteinander zu einer radial außenliegenden Zone verbunden sein können. Die erste Gaszufuhranordnung kann dafür konfiguriert sein, das erste Gas mit einer anderen Zusammensetzung und/oder mit anderen Strömungsraten in die radial inneren und radial äußeren Zonen zu leiten. Die Strömungsraten und Zusammensetzungen der Gase können zum Beispiel so gewählt werden, wie es in der PCT-Publikation WO 2005/019496 besprochen ist, deren Offenbarung durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen wird, und wie es in der gleichzeitig anhängigen, gemeinsam abgetretenen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 11/544,075, als veröffentlichte US-Patentanmeldung 2007-0134419 A1 veröffentlicht, besprochen ist, deren Offenbarung ebenfalls durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen wird. Wie in diesen Publikationen weiter besprochen, kann das erste Gas einen reaktiven Bestandteil enthalten, wie zum Beispiel ein Alkyl, und kann nicht-reaktive Trägergase enthalten, wie zum Beispiel Stickstoff oder Wasserstoff. Die Zusammensetzung des ersten Gases kann in verschiedenen Regionen so variiert werden, dass es verschiedene Anteile von Trägergasen enthält, um so die Dichte des ersten Gases an die Dichte des zweiten Gases anzupassen, das in die verschiedenen Regionen abgelassen wird. Die Strömungsrate kann so variiert werden, dass die Ablassgeschwindigkeit des ersten Gases mit der Ablassgeschwindigkeit des zweiten Gases übereinstimmt.
Die Injektorstruktur definiert des Weiteren mehrere zweite Gasfeldeinlässe 125, die ebenfalls die Form länglicher Schlitze aufweisen, die sich durch die Kühlplatte 115 hindurch erstrecken. Jeder solcher Schlitz endet in einer länglichen Öffnung an dem stromabwärtigen Ende des Durchgangs, der zu der inneren oder stromabwärtigen Fläche der Kühlplatte 115 hin offen ist. Somit stehen die zweiten Gasfeldeinlässe ebenfalls mit dem Inneren der Kammer 10 in Strömungsverbindung. Die zweiten Gasfeldeinlässe sind in einer Gruppierung über den Regionen der Innenfläche 24 (1) angeordnet, die nicht durch die Reihen erster Gaseinlässe 117 belegt sind. Die zweiten Gasfeldeinlässe 125 stehen durch das Sieb 123 hindurch mit zweiten Gaskanälen in Strömungsverbindung, die durch die Verteilerbaugruppe 107 definiert werden. Zum Beispiel stehen die in 5 gezeigten Einlässe 125 mit zweiten Gaskanälen 109 und 111 in Strömungsverbindung. Die zweiten Gaskanäle, und somit die zweiten Gasfeldeinlässe 125, sind mit einer oder mehreren Quellen 30 eines zweiten Gases durch interne Verbindungen 127 innerhalb der Verteilerbaugruppe und durch ein oder mehrerer Steuerelemente, die schematisch als Ventile 32 gezeigt sind, verbunden. Die zweiten Gasfeldeinlässe 125 und die zugehörigen Kanäle können in mehrere Zonen unterteilt sein, die voneinander unabhängig geregelt werden können, um das zweite Gas mit einer anderen Zusammensetzung und/oder einer anderen Strömungsrate in andere Regionen zu leiten. Zum Beispiel können die zweiten Gasfeldeinlässe 125 in unterschiedlichen radialen Entfernungen von der Achse 16 unterschiedliche Zonen darstellen.
Die zweiten Gasfeldeinlässe 125 sind in Quadranten des Injektorkopfes um die Achse herum zwischen den Reihen erster Gaseinlässe angeordnet. Wie am besten in 5 zu sehen, verlaufen die länglichen Schlitze, welche die zweiten Gasfeldeinlässe 125 innerhalb jedes Quadranten bilden, parallel zueinander. Wie in den 5 und 6 gezeigt, verlaufen die länglichen zweiten Gasfeldeinlässe 125 innerhalb jedes Quadranten parallel zu der Reihe erster Gasfeldeinlässe, die durch diesen Quadranten hindurch verlaufen. Somit erstreckt sich der längliche Schlitz, der jeden ersten Gaseinlass 117 bildet, zwischen zwei benachbarten zweiten Gasfeldeinlässen 125a und 125b.
Wie am besten in den 4, 5 und 6 zu sehen, enthält die Kühlplatte 115 Diffusorelemente 129. Jedes Diffusorelement hat die Form einer länglichen Lamelle mit einem allgemein dreieckigen Querschnitt. Jede solche längliche Lamelle liegt zwischen zwei länglichen, schlitzartigen Gaseinlässen und erstreckt sich parallel zu diesen länglichen Einlässen. Zum Beispiel, wie in den 4 und 6 zu sehen, liegt das Diffusorelement oder die Lamelle 129a zwischen dem ersten Gaseinlass 117 und dem zweiten Gasfeldeinlass 125a, während die Lamelle 129b zwischen zwei zweiten Gasfeldeinlässen 125a und 125c liegt. Jede Lamelle 129 verjüngt sich in der stromabwärtigen Richtung zu einer relativ scharfen Kante 131 an dem stromabwärtigen äußeren Ende der Lamelle. Obgleich jede Kante notwendigerweise einen endlichen Radius aufweist, ist der Radius der Kante 131 zweckmäßigerweise im Wesentlichen kleiner als 1 mm und ist zweckmäßigerweise so klein, dass der Radius keine nennenswerte Rolle für die Dynamik der abgelassenen Gase spielt. Die Seitenflächen 133 der Lamellen erstrecken sich zweckmäßigerweise bis hin zu den Gaseinlässen.
Die Kühlplatte 115 definiert zweckmäßigerweise einen mittigen zweiten Gaseinlass 135 in der Form einer Öffnung, der an der Achse 16 montiert ist. Die zweite Gasquelle 30 ist ebenfalls mit dem mittigen zweiten Gaseinlass 135 durch weitere interne Verbindungen, wie zum Beispiel einen (nicht gezeigten) zweiten Gaskanal innerhalb der Verteilerbaugruppe 107, und durch ein Steuerelement 34 (1), wie zum Beispiel ein Ventil, das von den Steuerelementen, die zu den zweiten Gasfeldeinlässen 125 gehören, getrennt ist, verbunden. Somit kann die Strömungsrate des zweiten Gases durch den mittigen Einlass 135 hindurch unabhängig von der Strömungsrate durch die Feldeinlässe hindurch gesteuert werden. Optional kann die Zusammensetzung des zweiten Gases, das zu dem mittigen Einlass 135 geschickt wird, ebenfalls unabhängig von der Zusammensetzung des zweiten Gases, das zu den Feldeinlässen 125 geschickt wird, steuerbar sein. Es kann auch jede andere Vorrichtung, die die Strömungsrate des zweiten Gases steuern kann, anstelle der Ventile verwendet werden.
Wie am besten in 7 zu sehen, enden die Reihen erster Gaseinlässe 117 innerhalb der Reaktorwand, d. h. innerhalb der Innenfläche 104 des Bundes 102. Oder anders ausgedrückt: Die Reihen erster Gaseinlässe erstrecken sich um eine erste radiale Distanz D_R1 von der Achse 16, die kleiner ist als der Radius des Reaktorbehälters, wodurch eine Lücke oder radiale Distanz G_f zwischen dem außenliegenden Ende jeder Reihe und der Wand des Reaktorbehälters übrig bleibt. In dieser konkreten Ausführungsform wird der Radius des Reaktorbehälters durch die Innenfläche 104 des Bundes 102 definiert. Die Gruppierung zweiter Gasfeldinjektoren 125 erstreckt sich um eine zweite radiale Distanz D_R2 von der Achse, wobei die zweite radiale Distanz D_R2 größer ist als die erste radiale Distanz D_R1. Wie am besten in den 4 und 7 zu sehen, erstreckt sich die Gruppierung zweiter Gasfeldinjektoren 125 fast bis zu der Wand des Reaktors, d. h. fast bis zu der Innenfläche 104 des Bundes 102. Die erste radiale Distanz D_R1 kann kleiner als der Radius des Waferträgers 14 sein.
Die oben besprochene Vorrichtung kann im Wesentlichen in jeder Größe hergestellt werden; ganz besonders bevorzugt misst der Waferträger 14 ungefähr 3 Inch (7,6 cm) bis ungefähr 18 Inch (45,7 cm) im Durchmesser oder mehr.
Während des Betriebes werden ein oder mehrere Wafer (Substrate) 18 in dem Wafer(Substrat)-Träger 14 gehalten und durch die Heizelemente innerhalb des Reaktors auf einer erhöhten Temperatur gehalten. Der Waferträger 14 dreht sich um die Achse 16 mit einer Rate β auf der sich drehenden Spindel, die durch einen Motor angetrieben wird. Zum Beispiel ist β in der Regel 500 U/min oder höher, obgleich die Rate β von ungefähr 300 U/min bis 1500 U/min oder höher variieren kann. Die Temperatur kann von ungefähr 350°C oder niedriger bis 1600°C oder höher variieren. Die optimale Temperatur richtet sich nach dem konkreten aufzuwachsenden Material. Das entsprechende erste und zweite Gas zum Durchführen der gewünschten Behandlung auf den Flächen der Wafer 18 werden durch den Kopf 22 eingeleitet. Obgleich eine breite Vielfalt von Behandlungen ausgeführt werden kann, wird die oben besprochene Vorrichtung ganz besonders bevorzugt für die organometallische chemische Dampfabscheidung (Metal organic Chemical Vapor Deposition – MOCVD) verwendet. Zum Beispiel kann die Vorrichtung für die MOCVD eines III-V-Halbleiters verwendet werden, wobei das erste Gas als einen reaktiven Bestandteil ein oder mehrere Alkyle von einem oder mehreren Metallen der Gruppe III enthält und das zweite Gas als einen aktiven Bestandteil ein Hydrid eines Elements der Gruppe V enthält, wie zum Beispiel Ammoniak, Arsin oder dergleichen. Weil ein solcher III-V-Abscheidungsprozess so häufig verwendet wird, bezieht sich die folgende Besprechung auf einen solchen Prozess. Ganz besonders bevorzugt können die Strömungsraten von ungefähr 5 Litern/Minute bis 300 Liter/Minute variieren. Der Druck des Reaktors liegt in der Regel im Bereich von ungefähr 25 Torr bis 500 Torr oder höher.
Wenn die Wafer (Substrate) 18 die gewünschte Temperatur für die Abscheidungsreaktion haben, so wird die erste Gasquelle 26 betätigt, um ein erstes Gas, wie zum Beispiel ein Gas, das ein Metallalkyl enthält, zu den ersten Gaseinlässen 117 zu leiten und dadurch Ströme eines ersten Gases allgemein stromabwärts innerhalb der Kammer 10 von den ersten Gaseinlässen 117 abzulassen. Gleichzeitig wird die zweite Gasquelle 30 betätigt, um ein zweites Gas, wie zum Beispiel ein Gas, das ein Hydride der Gruppe V enthält, zu zweiten Gasfeldeinlässen 125 zu leiten und dadurch Ströme des zweiten Gases allgemein stromabwärts, in Richtung der Substrate oder Wafer 18, von den zweiten Gasfeldeinlässen 125 abzulassen. Die Ströme des ersten und des zweiten Gases brauchen nicht exakt stromabwärts, genau parallel zu der Drehachse 16, gerichtet zu werden. Wenn die Gase sich dem sich drehenden Waferträger 14 nähern, so werden sie in eine umfänglich verlaufende Strömung um die Achse 16 herum mitgerissen und strömen außerdem nach außen, von der Achse 16 fort und in Richtung des Umfangsrandes des Waferträgers. Wenn sich die Gase dem Waferträger 14 nähern, so vermischen sich die Gase miteinander, so dass die Gase an und nahe den Substraten zu einem Reaktionsprodukt, wie zum Beispiel einem III-V-Halbleiter, reagieren, das sich an den exponierten Flächen der Substrate ablagert.
Die Gase neigen auch dazu, sich ungewollterweise an Komponenten des Reaktors selbst abzulagern. Eine Reihe von Merkmalen der vorliegenden Erfindung hemmen ein solches ungewolltes Ablagern. Weil die Reihen erster Gasinjektoren 117 radial einwärts der Reaktorwände abschließen, wird die Konzentration von erstem Gas in dem Gas, das entlang den Reaktorwänden strömt, drastisch verringert, weshalb ein parasitisches Abscheiden an der Wand ebenfalls verringert wird. Zum Beispiel wird ein parasitisches Abscheiden an der Innenfläche 104 des Bundes 102 und an der Innenfläche 105 des Verschlusses 103 deutlich verringert. Wenn die Lücke oder radiale Distanz G_f (7) zwischen dem außenliegenden Ende der ersten Gasinjektorreihen 117 und der Reaktorwand zu groß ist, so trifft dieser Teil des Gasstromes auf den äußeren Rand des Waferträgers 14, so dass diese Abschnitte der Substrate an dem äußeren Rand des Waferträgers zu wenig von dem zweiten Gas erhalten. Zum Beispiel wird bei einem Halbleiteraufwachssystem mit einer III-V-Verbindung die Aufwachsrate am Umfangsrand des Waferträgers verringert, weil die Alkylkonzentration zu gering ist, wenn G_f zu groß ist. Wenn jedoch G_f richtig gewählt wird, so bleibt die Aufwachsrate über die gesamte radiale Er streckung des Waferträgers im Wesentlichen konstant. Die optimale Lücke G_f variiert mit Parametern wie zum Beispiel der Größe des Reaktors. Für einen Reaktor, in dem ein 465 mm durchmessender Waferträger verwendet wird, erbringt aber eine Lücke G_f von etwa 18 mm gute Ergebnisse.
Die verjüngten Diffusorelemente 129 unterdrücken im Wesentlichen ein ungewolltes Abscheiden an dem Injektorkopf 22. Ohne die vorliegende Erfindung durch Funktionstheorien einschränken zu wollen, wird davon ausgegangen, dass dieses Ergebnis dadurch erreicht wird, dass eine Rezirkulation der Gase nahe der stromabwärtigen Fläche 24 des Injektorkopfes 22 unterdrückt wird. Es wird davon ausgegangen, dass die Gase, die aus den ersten Gaseinlässen 117 und den zweiten Gasfeldeinlässen 125 ausströmen, den Injektorkopf 22 mit einer Strömung verlassen, die in 5 durch die sich gleichmäßig ausbreitenden Strömungslinien S angedeutet sind. Bei einer Strömung dieses Typs vermischen sich die Gase von benachbarten Gaseinlässen verwirbelungsfrei zu der gewünschten gleichförmigen Abwärtsströmung.
Die Anordnung der ersten Gaseinlässe 117 in zwei Reihen, die sich über den Durchmesser des Reaktors hinweg erstrecken, ermöglicht ein gutes Vermischen des ersten Gases mit dem zweiten Gas in der unmittelbaren Umgebung des sich drehenden Waferträgers und hilft zu gewährleisten, dass ein ausreichender Teil des ersten Gases entlang der gesamten umfänglich verlaufenden Erstreckung des Waferträgers vorhanden ist. Dies verbessert die Effizienz der Reaktion und hilft, ein optimiertes Aufwachsen zu fördern. Wenn nur eine einzelne Reihe erster Gasinjektoren verwendet wird, so arbeitet das System zwar, aber die Reaktion ist an einigen Stellen, die von der einzelnen Reihe entfernt liegen, weniger effizient. In einer Variante dieser Verfahrensweise können mehr als zwei diametrale Reihen verwendet werden. Zum Beispiel können drei diametrale Reihen verwendet werden. In einer weiteren Variante können die ersten Gasinjektoren als radiale Reihen gestaltet sein, wie zum Beispiel Reihen, die sich von der mittigen Achse auswärts entlang der drei oder fünf Radien erstrecken.
Der zweite mittige Gaseinlass 135 bildet eine Quelle des zweiten Gases, wie zum Beispiel des Hydrids der Gruppe V, das zur Mitte des Waferträgers gerichtet wird. Dies gewährleistet eine ausreichende Zufuhr des zweiten Gases, wie zum Beispiel des Hydrids, in den Regionen des Waferträgers nahe der mittigen Achse 16. Die unabhängige Justierbarkeit und Steuerung des zweiten Gasstromes durch den mittigen Einlass 135 hindurch gestattet die Justierung des Prozesses, um Schwankungen der Prozessbedingungen auszugleichen, wie zum Beispiel Konvektion oder Diffusion der Recktanten. Dies wiederum sorgt für eine verbesserte Gleichmäßigkeit des Abscheidens.
Es können zahlreiche Varianten der oben besprochenen Merkmale zum Einsatz kommen. Zum Beispiel können, wie in 8 zu sehen, die Gaseinlässe als Reihen von Löchern 217, 225, die sich parallel zueinander erstrecken, anstatt als längliche Schlitze ausgebildet sein. In dieser Ausführungsform sind die Diffusorelemente 229 zwischen Löchern benachbarter Reihen angeordnet, aber es gibt keine Diffusorelemente zwischen Löchern derselben Reihe. In einer weiteren Anordnung (9) können die Diffusorelemente pyramidenförmig anstatt lamellenartig ausgebildet sein.
Obgleich die oben besprochene Ausführungsform mit einem Waferträger 14 zum Halten von Substraten 18 für eine reaktive Gasbearbeitung, wie zum Beispiel Abscheidungsprozesse, gezeigt ist, wird auch in Betracht gezogen, dass ein Waferträger 14 nicht erforderlich ist und dass ein Substrat 18 direkt auf eine sich drehende Reaktorfläche, wie zum Beispiel eine Spannvorrichtung, gelegt wird, ohne dass ein Waferträger das Substrat hält. Die stromabwärtige Richtung, wie sie im vorliegenden Text bezeichnet und durch einen Pfeil D angedeutet wird, ist die Richtung von dem Gasverteilungsinjektorkopf 22 in Richtung des Waferträgers 14; sie braucht in keiner bestimmten Ausrichtung relativ zur Schwerkraft zu verlaufen. Obgleich die oben besprochene Ausführungsform die stromabwärtige Richtung D so zeigt, dass sie von der Oberseite der Kammer 10 in Richtung der Unterseite der Kammer 10 verläuft, kann der Gasverteilungsinjektorkopf 22 auch an der Seite der Kammer 10 angeordnet sein (dergestalt, dass die stromabwärtige Richtung D die Richtung von der Seite der Kammer 10 horizontal in Richtung der Mitte der Kammer 10 ist), oder der Gasverteilungsinjektorkopf 22 kann auch an der Unterseite der Kammer 10 angeordnet sein (dergestalt, dass die stromabwärtige Richtung die Richtung von der Unterseite der Kammer 10 aufwärts in Richtung der Mitte der Kammer 10 ist). Des Weiteren sind in der oben mit Bezug auf 1 besprochenen Ausführungsform die (nicht gezeigten) Abzugsöffnungen so beschrieben, dass sie sich am stromabwärtigen Ende der Reaktionskammer befinden; doch die Abzugsöffnungen können auch an anderen Stellen der Reaktionskammer angeordnet sein.
In der oben besprochenen Ausführungsform werden die zwei Reaktantengase gleichzeitig abgegeben. Jedoch werden in anderen Ausführungsformen die Reaktantengase nacheinander und/oder mit überlappenden Impulsen zugeführt. Zum Beispiel werden bei der Atomschichtepitaxie Impulse der Reaktantengase in abwechselnder Folge ausgeführt, so dass ein Impuls eines Trägergases endet, ehe ein Impuls eines anderen Gases beginnt. In einem Prozess, der als migrationsverstärkte Epitaxie bezeichnet wird, werden Impulse der verschiedenen Trägergase in abwechselnder Folge ausgeführt, aber überlappen sich zeitlich. In einem Prozess, in dem aufeinanderfolgende Reaktantengasströme verwendet werden, kann ein Trägergasstrom gleichzeitig mit einem oder mehreren der Reaktantengase zugeführt werden.
Bei dem ersten und dem zweiten Gas kann es sich um beliebige Reaktantengase handeln, die sich für jede Art von Behandlung der Substrate eignen, einschließlich aber nicht ausschließlich beispielsweise jener, die für chemische Dampfabscheidungsprozesse, wie oben besprochen, verwendet werden. Die Reaktantengase können in verschiedenen Ausführungsformen jegliche Gase, Dämpfe oder Materialien beinhalten, die an der Behandlung eines Substrats innerhalb des Reaktors beteiligt sind. Genauer gesagt, kann es sich bei dem Reaktantengas um jedes beliebige Gas handeln, das sich zur Behandlung der Substratfläche eignet. Wenn zum Beispiel das gewünschte Abscheiden dem Aufwachsen einer Halbleiterschicht dient, wie zum Beispiel beim Aufwachsen einer Epitaxialschicht, so können die Reaktantengase ein Gemisch aus mehreren chemischen Spezies sein und können inerte Nicht-Reaktantengaskomponenten enthalten. Jedes der, oder beide, Reaktantengase können eine Kombination aus Gasen enthalten, wie zum Beispiel eine reaktive Komponente und ein nicht-reaktive Gas. Die oben besprochenen Reaktoren und Prozesse können zum Beispiel zum Bilden von III-V-Halbleitern verwendet werden, wie zum Beispiel GaAs, GaP, GaAs_1-xP_x, Ga_1-yAl_yAs, Ga_1-yIn_yAs, AlAs, AlN, InAs, InP, InGaP, InSb, GaN, InGaN und dergleichen. Darüber hinaus können diese Reaktoren auch auf andere Systeme angewendet werden, einschließlich zur Bildung von Verbindungen der Gruppe II-VI, wie zum Beispiel ZnSe, CdTe, HgCdTe, CdZnTe, CdSeTe und dergleichen; Materialien der Gruppe IV wie zum Beispiel SiC, Diamant und SiGe; sowie Oxide, wie zum Beispiel YBCO, BaTiO, MgO₂, ZrO, SiO₂, ZnO und ZnSiO. Die oben besprochenen Reaktoren und Prozesse können auch für das Abscheiden anderer Materialien verwendet werden, wie zum Beispiel Metalle, wie zum Beispiel Al, Cu und W. Des Weiteren finden die resultierenden Materialien ein weites Anwendungsfeld in der Elektronik und Optoelektronik, einschließlich beispielsweise Leuchtdioden (LEDs), Laser, Solarzellen, Photokathoden, HEMTs und MESFETs. In einer weiteren Variante können die in den Reaktor eingeleiteten Gase auch andere Behandlungen als das Abscheiden ausführen, wie zum Beispiel einen reaktiven Ätzprozess.
Obgleich der Reaktor von 1 als ein vertikaler Rotationsscheibenreaktor 10 gezeigt ist, ist dieser Reaktor nur als ein Beispiel angeführt, und es versteht sich, dass verschiedene Merkmale der vorliegenden Erfindung auch für andere Arten von Reaktoren verwendet werden können, wie zum Beispiel Nicht-Rotationsscheibenreaktoren, Lateralströmungsreaktoren, Rotationsinjektorreaktoren und dergleichen. Außerdem können über eine oder mehrere zusätzliche Gasquellen, Gaskammern und Gaseinlässe zusätzliche Reaktantengase in die Kammer eingeleitet werden. Die im vorliegenden Text beschriebenen Muster und Bauformen können somit problemlos auf drei, vier oder mehr Vorläufer in Verbindung mit einem oder mehreren Trägergasen erweitert werden.
Die vorliegende Erfindung findet industrielle Anwendung bei der Herstellung von Halbleitern und verwandten Gegenständen.
Da diese und andere Varianten und Kombinationen der im vorliegenden Text besprochenen Merkmale zum Einsatz kommen können, ist die obige Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen lediglich als Veranschaulichung und nicht als Einschränkung der vorliegenden Erfindung zu verstehen.
ZUSAMMENFASSUNG
GASBEHANDLUNGSSYSTEME
Ein MOCVD-Reaktor, wie zum Beispiel ein Rotationsscheibenreaktor (10), ist mit einem Gasinjektorkopf ausgestattet, der Diffusoren (129) aufweist, die zwischen benachbarten Gaseinlässen angeordnet sind. Die Diffusoren verjüngen sich in der stromabwärtigen Richtung. Der Injektorkopf hat zweckmäßigerweise Einlässe (117) für ein erstes Gas, wie zum Beispiel ein Metallalkyl, die in radialen Reihen angeordnet sind, die radial einwärts von der Reaktorwand abschließen, um ein Abscheiden der Recktanten an der Reaktorwand zu minimieren. Der Injektorkopf hat zweckmäßigerweise auch Einlässe (125) für ein zweites Gas, wie zum Beispiel Ammoniak, die in einem Feld zwischen den Reihen erster Gaseinlässe angeordnet sind, und hat außerdem einen mittigen Einlass (135) für das zweite Gas koaxial zur Drehachse.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 2005/019496 [0033]

Claims

Injektorkopf für einen Gasbehandlungsreaktor, wobei der Kopf Folgendes umfasst: (a) eine Struktur, die mehrere Gaseinlässe definiert, die Öffnungen aufweisen, die in eine stromabwärtige Richtung weisen; und (b) Diffusorelemente, die zwischen benachbarten der Gaseinlässe angeordnet sind, wobei sich die Diffusorelemente in der stromabwärtigen Richtung von den Gaseinlässen erstrecken und sich in der stromabwärtigen Richtung verjüngen.
Injektorkopf nach Anspruch 1, wobei die Gaseinlässe in Reihen angeordnet sind, die sich in einer oder mehreren Reihenrichtungen quer zu der stromabwärtigen Richtung erstrecken, und wobei die Diffusorelemente längliche Lamellen enthalten, die sich in den Reihenrichtungen zwischen benachbarten Reihen von Gaseinlässen erstrecken.
Injektorkopf nach Anspruch 2, wobei sich jede der länglichen Lamellen zu einer Kante verjüngt.
Injektorkopf nach Anspruch 1, wobei sich jedes der Diffusorelemente zu einer Spitze verjüngt.
Injektorkopf nach Anspruch 4, wobei jedes der Diffusorelemente allgemein die Form einer Pyramide aufweist.
Injektorkopf nach Anspruch 1, wobei jedes Diffusorelement Seitewände hat, die allgemein in entgegengesetzte laterale Richtungen quer zu der stromabwärtigen Richtung weisen, und die Seitewände einen eingeschlossenen Winkel zwischen 15 Grad und 75 Graddefinieren.
Injektorkopf nach Anspruch 1, wobei die Öffnungen der Einlässe in einer Ebene quer zu der stromabwärtigen Richtung angeordnet sind und die Diffusorelemente stromabwärts von der Ebene hervorragen.
Reaktor, der Folgendes umfasst: eine Reaktionskammer, einen Injektorkopf nach Anspruch 1, der an der Reaktionskammer montiert ist, und einen Substratträger, der in der Kammer stromabwärts von dem Injektorkopf montiert ist.
Reaktor nach Anspruch 8, wobei der Substratträger um eine Achse herum drehbar ist, die im Wesentlichen parallel zu der stromabwärtigen Richtung verläuft.
Reaktor zur Gasbehandlung eines oder mehrerer Substrate mit mindestens einem ersten Gas und einem zweiten Gas, wobei der Reaktor Folgendes umfasst: eine Reaktantenkammer; einen Substrathalter zum Stützen des einen oder der mehreren Substrate, der dergestalt innerhalb der Reaktantenkammer montiert ist, dass er sich um eine Achse drehen kann, die sich in stromaufwärtiger und stromabwärtiger Richtung erstreckt; einen Injektorkopf, der stromaufwärts des Substrathalters angeordnet ist, wobei der Injektorkopf eine Struktur enthält, die Folgendes definiert: mehrere erste Gaseinlässe, die an das erste Gas angeschlossen sind, wobei die ersten Gasreaktanteneinlässe in einer ersten Reihe angeordnet sind, die sich in einer ersten radialen Richtung erstreckt, die senkrecht zu der Achse verläuft, und in einer zweiten Reihe angeordnet sind, die sich in einer zweiten radialen Richtung senkrecht zu der Achse und senkrecht zu der ersten radialen Richtung erstreckt; und mehrere zweite Gasfeldeinlässe, die an das zweite Gas angeschlossen sind, wobei die zweiten Gasfeldeinlässe in Quadranten des Injektorkopfes um die Achse herum zwischen den Reihen erster Gaseinlässe angeordnet sind.
Reaktor nach Anspruch 10, wobei der Injektorkopf des Weiteren einen mittigen zweiten Gaseinlass definiert, der an der Achse angeordnet ist.
Reaktor nach Anspruch 11, der des Weiteren Folgendes umfasst: ein oder mehrere erste Gassteuerelemente, die mit den ersten Gaseinlässen verbunden sind, ein oder mehrere zweite Gasfeldsteuerelemente, die mit den zweiten Gasfeldeinlässen verbunden sind, und ein zweites mittiges Gassteuerelement, das mit dem zweiten mittigen Gaseinlass verbunden ist, wobei das zweite mittige Gassteuerelement unabhängig von den zweiten Gasfeldsteuerelementen betätigt werden kann.
Reaktor nach Anspruch 10, wobei der Injektorkopf eine Fläche aufweist, die stromabwärts weist, und die zweiten Gasfeldeinlässe in einer Gruppierung angeordnet sind, die sich im Wesentlichen über die gesamte Fläche mit Ausnahme von Regionen der Fläche erstreckt, die durch die ersten und zweiten Reihen belegt werden.
Reaktor nach Anspruch 10, wobei der Substrathalter dafür konfiguriert ist, ein oder mehrere Substrate so zu stützen, dass Flächen der zu behandelnden Substrate im Wesentlichen senkrecht zu der Achse liegen und stromaufwärts weisen.
Reaktor nach Anspruch 10, wobei sich die erste und die zweite Reihe erster Gaseinlässe um eine erste radiale Distanz von der Achse erstrecken und wobei sich die zweiten Gasfeldeinlässe um eine zweite radiale Distanz erstrecken, die größer als die erste radiale Distanz ist.
Verfahren zum Behandeln eines oder mehrerer Substrate, das Folgendes umfasst: (a) Drehen der Substrate um eine Achse, während Flächen der Substrate im Wesentlichen senkrecht zu der Achse gehalten werden und in eine stromaufwärtige Richtung entlang der Achse weisen; und während des Drehschrittes: (b) Ablassen eines ersten Gases in der stromabwärtigen Richtung in Richtung der Substrate von einer ersten Reihe von Einlässen aus, die sich über die Achse hinweg in einer ersten radialen Richtung senkrecht zu der Achse erstrecken, und von einer zweiten Reihe von Einlässen aus, die sich senkrecht zu der Achse in einer zweiten radialen Richtung senkrecht zu der ersten radialen Richtung erstrecken; und gleichzeitig: (c) Ablassen eines zweiten Gases in der stromabwärtigen Richtung in Richtung der Substrate von zweiten Gasfeldeinlässen aus, die um die Achse herum zwischen den Reihen erster Gaseinlässe angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 16, das des Weiteren umfasst, das zweite Gas in der stromabwärtigen Richtung in Richtung des Substrats von einem mittigen Einlass, der im Wesentlichen an der Achse angeordnet ist, abzulassen.
Verfahren nach Anspruch 17, das des Weiteren umfasst, den Ablass des zweiten Gases aus dem mittigen Einlass unabhängig von der Strömung von Gas aus den Feldeinlässen zu steuern.
Verfahren zum Behandeln eines oder mehrerer Substrate, das Folgendes umfasst: (a) Drehen eines scheibenförmigen Halters, der die Substrate trägt, um eine Achse, während Flächen der Substrate im Wesentlichen senkrecht zu der Achse gehalten werden und in eine stromaufwärtige Richtung entlang der Achse weisen; und während des Drehschrittes: (b) Ablassen eines ersten Gases in einer stromabwärtigen Richtung parallel zu der Achse in Richtung der Substrate als einen ersten Satz Gasströme, die sich um eine erste radiale Distanz von der Achse erstrecken, und gleichzeitig Ablassen eines zweiten Gases in der stromabwärtigen Richtung als einen zweiten Satz Gasströme, die sich um eine zweite radiale Distanz von der Achse erstrecken, die größer als die erste radiale Distanz ist.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei der erste Satz Gasströme in einer oder mehreren Reihen angeordnet ist, die sich in einer oder mehreren radialen Richtun gen von der Achse erstrecken, und der zweite Satz Gasströme in Regionen um die Achse herum angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei die erste radiale Distanz kleiner ist als der Radius des Halters.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei der Dreh- und der Ablassschritt innerhalb eines Reaktorbehälters ausgeführt werden, das Innenwandflächen in der Form von Rotationsflächen koaxial zur Achse aufweist.