DE112019001953T5

DE112019001953T5 - Vorrichtung zur chemischen gasphasenabscheidung mit mehrzonen-injektorblock

Info

Publication number: DE112019001953T5
Application number: DE112019001953.8T
Authority: DE
Inventors: Bojan Mitrovic; Ian Kunsch; Juan Gamarra; Mandar Deshpande
Original assignee: Veeco Instruments Inc
Current assignee: Veeco Instruments Inc
Priority date: 2018-04-13
Filing date: 2019-04-12
Publication date: 2021-01-21
Also published as: TWM597506U; JP7495882B2; CN110373653B; US20190316258A1; TW201946125A; JP2021521332A; WO2019200312A1; TWI809088B; CN110373653A; CN210030883U

Abstract

Ein Injektorblock zum Zuführen eines oder mehrerer Reaktandgase in einen Reaktor zur chemischen Gasphasenabscheidung. Der Injektorblock beinhaltet eine Vielzahl von ersten Reaktandgasverteilungskanälen zwischen einem oder mehreren ersten Reaktandgaseinlässen und einer Vielzahl von ersten Reaktandgasverteilungsauslässen, um ein erstes Reaktandgas in den Reaktor zu liefern, und eine Vielzahl von zweiten Reaktandgasverteilungskanälen zwischen einem oder mehreren zweiten Reaktandgaseinlässen und einer Vielzahl von zweiten Reaktandgasverteilungsauslässen, um ein zweites Reaktandgas in den Reaktor zu liefern, die Vielzahl von zweiten Reaktandgasverteilungsauslässen, die in mindestens eine erste Zone für zweites Reaktandgas und eine zweite Zone für zweites Reaktandgas unterteilt sind, wobei die zweite Zone für zweites Reaktandgas zumindest teilweise die erste Zone für zweites Reaktandgas umgibt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf die Halbleiterherstellungstechnologie. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf einen Injektorblock für einen CVD (chemische Gasphasenabscheidung) Reaktor, der so konfiguriert ist, dass er die Effizienz in einem Gasphasenabscheidungsprozess verbessert, indem er die Menge ungenutzter Reaktandgase, die aus dem CVD-Reaktor abgelassen werden, reduziert und die Gleichmäßigkeit der Gasphasenabscheidung über eine Wachstumsfläche verbessert.
HINTERGRUND
Bestimmte Prozesse für die Herstellung von Halbleitern können einen komplexen Prozess für das Aufwachsen von Epitaxieschichten erfordern, um mehrschichtige Halbleiterstrukturen für die Verwendung bei der Herstellung von Hochleistungsvorrichtungen wie Leuchtdioden (LEDs), Laserdioden, optische Detektoren, Leistungselektronik und Feldeffekttransistoren zu erzeugen. Bei diesem Prozess werden die Epitaxieschichten durch einen allgemeinen Prozess namens Chemical Vapor Deposition (CVD) aufgewachsen. Eine Art des CVD-Verfahrens wird als metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD) bezeichnet. Beim MOCVD-Verfahren werden Reaktandgase in eine abgedichtete Reaktorkammer in einer kontrollierten Umgebung eingeleitet, die es ermöglicht, dass das Reaktorgas auf einem Substrat (allgemein als Wafer bezeichnet) abgeschieden wird, um dünne Epitaxieschichten aufwachsen zu lassen. Beispiele für aktuelle Produktlinien für solche Fertigungsanlagen beinhalten die MOCVD-Systeme der TurboDisc®-, MaxBright®- und EPIK®-Familien sowie das PROPEL® Power GaN MOCVD-System, die alle von Veeco Instruments Inc. aus Plainview, N.Y., hergestellt werden.
Während des epitaktischen Schichtwachstums wird eine Reihe von Prozessparametern wie Temperatur, Druck und Gasvolumenstrom gesteuert, um die gewünschte Qualität in den Epitaxieschichten zu erreichen. Verschiedene Schichten werden mit unterschiedlichen Materialien und Prozessparametern aufgewachsen. Beispielsweise werden aus Verbindungshalbleitern wie III-V-Halbleitern gebildete Vorrichtungen typischerweise durch Aufwachsen einer Reihe unterschiedlicher Schichten gebildet. Bei diesem Prozess werden die Wafer einer Kombination von Reaktandgasen ausgesetzt, typischerweise einschließlich einer metallorganischen Verbindung, die unter Verwendung einer Alkylquelle gebildet wird, die ein Metall der Gruppe III wie Gallium, Indium, Aluminium und Kombinationen davon enthält, und einer Hydridquelle, die ein Element der Gruppe V wie NH3, AsH3, PH3 oder ein metallorganisches Sb-Metall wie Tetramethylantimon enthält. Im Allgemeinen werden die Alkyl- und Hydridquellen mit einem Trägergas, wie N2 und/oder H2, kombiniert, das nicht nennenswert an der Reaktion teilnimmt. Bei diesen Verfahren strömen die Alkyl- und Hydridquellen über die Oberfläche des Wafers und reagieren miteinander, um eine III-V-Verbindung der allgemeinen Formel InXGaYAlZNAAsBPCSbD zu bilden, wobei X+Y+Z ungefähr gleich eins ist, A+B+C+D ungefähr gleich eins ist und jedes von X, Y, Z, A, B, C und D zwischen null und eins liegen kann. Bei anderen Prozessen, die allgemein als „Halogenid-“ oder „Chlorid“-Prozesse bezeichnet werden, ist die Metallquelle der Gruppe III ein flüchtiges Halogenid des Metalls oder der Metalle, am häufigsten ein Chlorid wie GaC12. In wieder anderen Prozessen wird Wismut an Stelle einiger oder aller anderen Metalle der Gruppe III verwendet.
Ein geeignetes Substrat für die Reaktion kann in Form eines Wafers mit metallischen, halbleitenden und/oder isolierenden Eigenschaften vorliegen. Bei einigen Prozessen kann der Wafer aus Saphir, Aluminiumoxid, Silicium (Si), Siliciumcarbid (SiC), Galliumarsenid (GaAs), Indiumphosphid (InP), Indiumarsenid (InAs), Galliumphosphid (GaP), Aluminiumnitrid (AIN), Siliciumdioxid (SiO2) und dergleichen gebildet werden.
In einer CVD-Prozesskammer werden ein oder mehrere Wafer in einer Schale, die allgemein als Waferträger bezeichnet wird, so positioniert, dass die Oberseite jedes Wafers exponiert wird, wodurch eine gleichmäßige Exposition der Oberseite des Wafers gegenüber der Atmosphäre innerhalb der Reaktorkammer für die Abscheidung von Halbleitermaterialien bereitgestellt wird. Der Waferträger wird üblicherweise mit einer Rotationsgeschwindigkeit in der Größenordnung von etwa 50 bis 1500 U/min oder höher gedreht. Während der Waferträger gedreht wird, werden die Reaktandgase von einer Gasverteilungsvorrichtung, die vor dem Waferträger positioniert ist, in die Kammer eingeleitet. Die strömenden Gase strömen stromabwärts zum Waferträger und den Wafern, vorzugsweise in einer laminaren Strömung. Ein solches Beispiel für eine CVD-Prozesskammer ist in U.S. Pat. Nr. 2017/0253967 veröffentlicht, dessen Inhalt hiermit durch Verweis hierin aufgenommen wird.
Während des CVD-Prozesses wird der Waferträger durch Heizelemente, die oft unterhalb des Waferträgers positioniert sind, auf einer gewünschten erhöhten Temperatur gehalten. Daher wird die Wärme von den Heizelementen auf die untere Oberfläche des Waferträgers übertragen und fließt durch den Waferträger nach oben zu einem oder mehreren Wafern. Je nach Prozess wird die Temperatur des Waferträgers in der Größenordnung von 700-1200°C gehalten. Die reaktiven Gase werden jedoch durch die Gasverteilungsvorrichtung bei einer viel niedrigeren Temperatur, typischerweise 200°C oder niedriger, in die Kammer eingeleitet, um eine vorzeitige Reaktion der Gase zu verhindern.
Wenn sich die Reaktandgase dem rotierenden Waferträger nähern, erhöht sich die Temperatur der Reaktandgase erheblich, und der viskose Widerstand des rotierenden Waferträgers treibt die Gase in Rotation um eine Achse des Waferträgers, so dass die Gase um die Achse und nach außen zum Rand des Waferträgers in einem Grenzbereich nahe der Oberfläche des Waferträgers strömen. Abhängig von den im Prozess verwendeten Reaktandgasen kann die Pyrolyse in oder nahe dem Grenzbereich bei einer Zwischentemperatur zwischen der der Gasverteilungsvorrichtung und dem Waferträger erfolgen. Diese Pyrolyse erleichtert die Wechselwirkung der Reaktandgase und das Wachstum der kristallinen Struktur. Nicht abgeschiedenes Gas strömt weiterhin in Richtung des Rands und über den äußeren Rand des Trägers hinaus, wo es durch eine oder mehrere Absaugöffnungen, die unterhalb des Waferträgers angeordnet sind, aus der Prozesskammer entfernt werden kann.
Meistens wird dieses Verfahren mit einer Folge von unterschiedlichen Gaszusammensetzungen und in einigen Fällen mit unterschiedlichen Wafertemperaturen durchgeführt, um eine Vielzahl von Halbleiterschichten mit unterschiedlichen Zusammensetzungen abzuscheiden, wie es zur Bildung einer gewünschten Halbleitervorrichtung erforderlich ist. Zum Beispiel kann bei der Bildung von LEDs und Diodenlasern durch Abscheidung von Schichten aus III-V mit unterschiedlichen Anteilen von Ga und In eine Mehrfach-Quantenmuldenstruktur (MQW) gebildet werden. Jede Schicht kann in der Größenordnung von einigen zehn Angström dick sein, d.h. einige wenige Atomlagen.
Prozesskammern dieser Art können eine stabile und geordnete Strömung von Reaktandgasen über die Oberflächen der Wafer bereitstellen, so dass alle Bereiche jedes Wafers auf dem Waferträger im Wesentlichen gleichmäßigen Bedingungen ausgesetzt sind. Dies wiederum fördert die gleichmäßige Abscheidung von Materialien auf den Wafern. Diese Gleichförmigkeit ist wichtig, weil selbst geringfügige Unterschiede in der Zusammensetzung und Dicke der auf einem Wafer abgeschiedenen Materialschichten die Eigenschaften der resultierenden Vorrichtungen beeinflussen können.
Erhebliche Anstrengungen wurden auf die Entwicklung verbesserter Vorrichtungen für die Gasverteilung zur Verbesserung der Gleichmäßigkeit verwendet. Gewöhnlich beinhaltet eine Vorrichtung zur Gasverteilung, die auch als Injektorblock oder Kühlplatte bezeichnet wird, eine Vielzahl von Gasverteilungsauslässen zur Ausbringung der Reaktandgase über eine aktive Gasaustrittsfläche, die ungefähr gleich groß ist wie der Waferträger. Einige der Gasverteilungsauslässe können so konfiguriert werden, dass sie ein erstes Reaktandgas, z.B. eine Mischung aus einem Alkyl der Gruppe III, verteilen, während andere Gasverteilungsauslässe so konfiguriert sind, dass sie ein zweites Reaktandgas, z.B. eine Mischung aus Hydrid der Gruppe V, verteilen. Da die Reaktandgase in der Regel weit unter der Pyrolysetemperatur gehalten werden, sind die Vorrichtungen zur Gasverteilung normalerweise mit Kühlkanälen versehen. Die Kühlmittelkanäle führen einen zirkulierenden Strom von Wasser oder einer anderen Flüssigkeit und halten so die Temperatur der Gasverteilungsauslässe aufrecht, um eine vorzeitige Reaktion der Gase zu verhindern.
Darüber hinaus sind Gasverteilungsvorrichtungen im Allgemeinen so konstruiert, dass die Rezirkulation der Reaktandgase beim Verlassen der Gasverteilungsauslässe verhindert wird. In einigen Fällen wird die Rezirkulation der ausgetretenen Gase in der Nähe der Gasverteilungsauslässe durch die Verwendung von schaufelartigen Diffusoren verringert, die stromabwärts von der Oberfläche der Gasverteilungsauslässe vorstehen. Ein solches Beispiel einer Gasverteilungsvorrichtung ist im U.S. Pat Nr. 8,303,713 offenbart, dessen Inhalt hiermit durch Verweis hierin aufgenommen wird.
Trotz dieser Entwicklungen kann die Verteilung des Reaktandgases innerhalb eines CVD-Reaktors etwas unvorhersehbar sein. Eine weitere Verbesserung ist wünschenswert, insbesondere eine bessere Vorhersagbarkeit der Reaktandgasverteilung über die Wachstumsflächen der Wafer während des CVD-Prozesses und eine verbesserte Effizienz im Abscheidungsprozess durch die Verringerung der Menge an unbenutzten Reaktandgasen, die aus der Prozesskammer abgeführt werden, was während der Produktion nicht wertschöpfende Mehrkosten darstellt.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stellen eine verbesserte Gasverteilungsvorrichtung oder einen Injektorblock mit ersten und zweiten Reaktandgasauslässen bereit, wobei die Reaktandgasauslässe in mindestens eine erste Zone und eine zweite Zone unterteilt sind, wodurch die Vorhersagbarkeit der Reaktandgasverteilung über die Wachstumsoberflächen der Wafer während des CVD-Prozesses verbessert und die Effizienz durch Verringerung der Menge an unbenutzten Reaktandgasen, die aus der CVD-Kammer abgeführt werden, verbessert wird.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung stellt einen Injektorblock für die Zufuhr eines oder mehrerer Reaktandgase in einen CVD-Reaktor bereit. Der Injektorblock kann eine Vielzahl von Verteilungskanälen für ein erstes Reaktandgas zwischen einem oder mehreren ersten Reaktandgaseinlässen und einer Vielzahl von ersten Reaktandgasverteilungsauslässen beinhalten, um ein erstes Reaktandgas in den Reaktor zu liefern. Der Injektorblock kann ferner eine Vielzahl von zweiten Gasverteilungskanälen zwischen einem oder mehreren zweiten Reaktandgaseinlässen und einer Vielzahl von zweiten Gasverteilungsauslässen beinhalten, um ein zweites Reaktandgas in den Reaktor zu liefern, wobei die Vielzahl von zweiten Reaktandgasverteilungsauslässen mindestens in eine erste Zone mit zweitem Reaktandgas und eine zweite Zone mit zweitem Reaktandgas unterteilt ist, und wobei die zweite Zone mit zweitem Reaktandgas die erste Zone mit zweitem Reaktandgas mindestens teilweise umgibt.
In einer Ausführungsform ist der zweite Reaktandgaseinlass für die zweite Zone des zweiten Reaktandgases so konfiguriert, dass das zweite Reaktandgas in einer Konzentration zugeführt wird, die sich von der des zweiten Reaktandgases unterscheidet, das der ersten Zone des zweiten Reaktandgases zugeführt wird. In einer Ausführungsform ist der zweite Reaktandgaseinlass für die zweite Zone des zweiten Reaktandgases so konfiguriert, dass er dem zweiten Reaktandgas eine Konzentration zuführt, die im Wesentlichen gleich der des zweiten Reaktandgases ist, das der ersten Zone des zweiten Reaktandgases zugeführt wird. In einer Ausführungsform umschließt die zweite Zone des zweiten Reaktandgases die erste Zone des zweiten Reaktandgases. In einer Ausführungsform sind die Verteilungsauslässe für das zweite Reaktandgas der ersten Zone des zweiten Reaktandgases abwechselnd mit den Verteilungsauslässen für das erste Reaktandgas durchsetzt. In einer Ausführungsform sind die ersten Reaktandgasverteilungsauslässe in gleichem Abstand voneinander angeordnet, so dass die Symmetrieachse der ersten Reaktandgasverteilungsauslässe asymmetrisch zu einer in horizontaler Richtung verlaufenden Mittelebene ist. In einer Ausführungsform ist die Vielzahl der ersten Reaktandgasverteilungsauslässe in eine erste Zone für das erste Reaktandgas und eine zweite Zone für das erste Reaktandgas unterteilt. In einer Ausführungsform hat die erste Zone mit dem ersten Reaktandgas eine größere Anzahl von Verteilungsauslässen für das erste Reaktandgas als die zweite Zone mit dem ersten Reaktandgas. In einer Ausführungsform sind die Strömungsgeschwindigkeiten der ersten Zone des ersten Reaktandgases und der zweiten Zone des ersten Reaktandgases oder im Wesentlichen gleich. In einer Ausführungsform sind die Strömungsgeschwindigkeiten der ersten Zone des ersten Reaktandgases und der zweiten Zone des ersten Reaktandgases unterschiedlich. In einer Ausführungsform beinhalten die erste Zone des ersten Reaktandgases erste Zone und die zweite Zone des ersten Reaktandgases zweite Zone getrennte Einlässe für das erste Reaktandgas. In einer Ausführungsform ist der erste Reaktandgaseinlass für die zweite Zone des ersten Reaktandgases so konfiguriert, dass das erste Reaktandgas in einer Konzentration zugeführt wird, die sich von der des ersten Reaktandgases unterscheidet, das der ersten Zone des ersten Reaktandgases zugeführt wird. In einer Ausführungsform ist der erste Reaktandgaseinlass für die zweite Zone des ersten Reaktandgases so konfiguriert, dass er das erste Reaktandgas in einer Konzentration zuführt, die im Wesentlichen gleich der des ersten Reaktandgases ist, das der ersten Zone des ersten Reaktandgases zugeführt wird.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung stellt ein Verfahren zur Verbesserung eines Systems zur chemischen Gasphasenabscheidung bereit. Das Verfahren beinhaltet die Verteilung einer Quelle eines ersten Reaktandgases aus einer Vielzahl von ersten Reaktandgasverteilungsauslässen; die Verteilung einer Quelle eines zweiten Reaktandgases aus einer Vielzahl von zweiten Reaktandgasverteilungsauslässen, wobei die Vielzahl von zweiten Reaktandgasverteilungsauslässen in mindestens eine erste Zone mit zweitem Reaktandgas und eine zweite Zone mit zweitem Reaktandgas unterteilt ist, wobei die zweite Zone mit zweitem Reaktandgas die erste Zone mit zweitem Reaktandgas mindestens teilweise umgibt.
In einer Ausführungsform beinhaltet das Verfahren ferner das Zuführen des zweiten Reaktandgases für die zweite Zone des zweiten Reaktandgases in einer Konzentration, die sich von der des zweiten Reaktandgases unterscheidet, das der ersten Zone des zweiten Reaktandgases zugeführt wird. In einer Ausführungsform beinhaltet das Verfahren ferner das Zuführen des zweiten Reaktandgases für die zweite Zone des zweiten Reaktandgases mit einer Konzentration, die im Wesentlichen gleich der des zweiten Reaktandgases ist, das der ersten Zone des zweiten Reaktandgases zugeführt wird. In einer Ausführungsform umgibt die zweite Zone des zweiten Reaktandgases die erste Zone des zweiten Reaktandgases. In einer Ausführungsform ist die Vielzahl der Verteilungsauslässe für das erste Reaktandgas in eine erste Zone für das erste Reaktandgas und eine zweite Zone für das erste Reaktandgas unterteilt. In einer Ausführungsform hat die erste Zone mit dem ersten Reaktandgas eine größere Anzahl von Verteilungsauslässen für das erste Reaktandgas als die zweite Zone mit dem ersten Reaktandgas. In einer Ausführungsform beinhaltet das Verfahren ferner die Zufuhr des ersten Reaktandgases mit im wesentlichen gleichen Strömungsgeschwindigkeiten in die erste Zone des ersten Reaktandgases und die zweite Zone des ersten Reaktandgases. In einer Ausführungsform beinhalten die erste Zone für das erste Reaktandgas und die zweite Zone für das erste Reaktandgas separate Reaktandgaseinlässe. In einer Ausführungsform beinhaltet das Verfahren ferner die Zufuhr des ersten Reaktandgases in die erste Zone des ersten Reaktandgases und des ersten Reaktandgases in die zweite Zone des ersten Reaktandgases mit unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung stellt einen CVD-Reaktor bereit. Der Reaktor kann einen Suszeptor, einen Waferträger, eine Spindel und einen Injektorblock beinhalten. Der Waferträger kann sich von einer Achse radial nach außen erstrecken. Der Waferträger hat eine obere und eine untere Fläche. Die obere Fläche kann so angepasst werden, dass sie einen oder mehrere Wafer (oder Substrate) hält oder trägt, und die untere Fläche kann so angepasst werden, dass sie in das obere oder obere Ende der Spindel eingreift. Der Waferträger kann abnehmbar auf der Spindel montiert werden. Der Injektorblock kann so konfiguriert werden, dass er ein oder mehrere Reaktandgase an eine obere Oberfläche des Waferträgers liefert. Der Injektorblock kann eine Vielzahl von Verteilungskanälen für erstes Reaktandgas zwischen einem oder mehreren ersten Reaktandgaseinlässen und einer Vielzahl von ersten Reaktandgasverteilungsauslässen beinhalten, um ein erstes Reaktandgas in den Reaktor zu liefern. Der Injektorblock kann ferner eine Vielzahl von zweiten Reaktandgasverteilungskanälen zwischen einem oder mehreren zweiten Reaktandgaseinlässen und einer Vielzahl von zweiten Reaktandgasverteilungsauslässen beinhalten, um ein zweites Reaktandgas in den Reaktor zu liefern, wobei die Vielzahl von zweiten Reaktandgasverteilungsauslässen in mindestens eine erste Zone mit zweitem Reaktandgas und eine zweite Zone mit zweitem Reaktandgas unterteilt ist, und wobei die zweite Zone mit zweitem Reaktandgas die erste Zone mit zweitem Reaktandgas zumindest teilweise umgibt.
In einer Ausführungsform ist der zweite Reaktandgaseinlass für die zweite Zone des zweiten Reaktandgases so konfiguriert, dass das zweite Reaktandgas in einer Konzentration zugeführt wird, die sich von der des zweiten Reaktandgases unterscheidet, das der ersten Zone des zweiten Reaktandgases zugeführt wird. In einer Ausführungsform ist der zweite Reaktandgaseinlass für die zweite Zone des zweiten Reaktandgases so konfiguriert, dass er das zweite Reaktandgas in einer Konzentration zuführt, die im Wesentlichen gleich der des zweiten Reaktandgases ist, das der ersten Zone des zweiten Reaktandgases zugeführt wird. In einer Ausführungsform umschließt die zweite Zone des zweiten Reaktandgases die erste Zone des zweiten Reaktandgases. In einer Ausführungsform sind die Verteilungsauslässe für das zweite Reaktandgas der ersten Zone für das zweite Reaktandgas abwechselnd mit den Verteilungsauslässen für das erste Reaktandgas durchsetzt. In einer Ausführungsform sind die ersten Reaktandgasverteilungsauslässe in gleichen Abständen angeordnet, so dass die Symmetrieachse der ersten Reaktandgasverteilungsauslässe asymmetrisch um eine in horizontaler Richtung verlaufende Mittelebene ist. In einer Ausführungsform ist die Vielzahl der ersten Reaktandgasverteilungsauslässe in eine erste Zone des ersten Reaktandgases und eine zweite Zone des ersten Reaktandgases unterteilt. In einer Ausführungsform hat die erste Zone des ersten Reaktandgases eine größere Anzahl von Verteilungsauslässen für das erste Reaktandgas als die zweite Zone des ersten Reaktandgases. In einer Ausführungsform sind die Strömungsgeschwindigkeiten der ersten Zone mit dem ersten Reaktandgas und der zweiten Zone mit dem ersten Reaktandgas im Wesentlichen gleich. In einer Ausführungsform sind die Strömungsgeschwindigkeiten der ersten Zone mit dem ersten Reaktandgas und der zweiten Zone mit dem ersten Reaktandgas unterschiedlich. In einer Ausführungsform beinhalten die erste Zone des ersten Reaktandgases und die zweite Zone des ersten Reaktandgases getrennte Einlässe für das erste Reaktandgas. In einer Ausführungsform ist der erste Reaktandgaseinlass für die zweite Zone des ersten Reaktandgases so konfiguriert, dass das erste Reaktandgas in einer Konzentration zugeführt wird, die sich von der des ersten Reaktandgases unterscheidet, das der ersten Zone des ersten Reaktandgases zugeführt wird. In einer Ausführungsform ist der erste Reaktandgaseinlass für die zweite Zone des ersten Reaktandgases so konfiguriert, dass er dem ersten Reaktandgas eine Konzentration zuführt, die im Wesentlichen gleich der des ersten Reaktandgases ist, das der ersten Zone des ersten Reaktandgases zugeführt wird. In einigen Ausführungsformen können sich die Verteilungskanäle für das erste Reaktandgas in einem linearen Muster, einem radialen Muster oder einer Kombination davon erstrecken. Zum Beispiel können in einer Ausführungsform die ersten Reaktandgasverteilungskanäle als ein ringförmiger Kanal in der Nähe eines Umfangs des Injektorblocks konfiguriert sein, und eine Vielzahl von Kanälen kann linear durch einen Abschnitt des Injektorblocks verlaufen. In einigen Ausführungsformen können sich die zweiten Reaktandgasverteilungskanäle in einem linearen Muster, einem radialen Muster oder einer Kombination davon erstrecken. In einer Ausführungsform können beispielsweise die zweiten Reaktandgasverteilungskanäle als ein ringförmiger Kanal in der Nähe eines Umfangs des Injektorblocks konfiguriert und eine kreisförmige Kammer innerhalb des Injektorblocks definiert werden.
Die obige Zusammenfassung ist nicht dazu gedacht, jede illustrierte Ausführungsform oder jede Implementierung der vorliegenden Offenbarung zu beschreiben. Die folgenden Abbildungen und die detaillierte Beschreibung veranschaulichen diese Ausführungsformen in besonderer Weise.
Figurenliste
Die Offenbarung kann vollständiger verstanden werden, wenn man die folgende detaillierte Beschreibung der verschiedenen Ausführungsformen der Offenbarung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet:

1 ist eine schematische Darstellung eines CVD-Reaktors in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Offenbarung.
2A ist eine perspektivische Ansicht eines Injektorblocks in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Offenbarung.
2B ist eine Querschnittsansicht, die den Injektorblock von 2A darstellt.
3A zeigt eine symmetrische Anordnung der ersten und zweiten Reaktandgasauslässe an einem Injektorblock in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Offenbarung.
3B zeigt eine asymmetrische Anordnung von ersten und zweiten Reaktandgasauslässen an einem Injektorblock in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Offenbarung.
4 zeigt eine Spur von Punkten entlang der Verteilungsauslässe eines asymmetrisch angeordneten Injektorblocks in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Offenbarung.
5 ist eine graphische Darstellung von CVD-Wachstumsraten, die symmetrisch und asymmetrisch angeordneten Injektorblöcken in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Offenbarung entsprechen.
6 zeigt eine operative Strömung von Reaktandgas, das während eines CVD-Prozesses in eine Prozesskammer strömt, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Offenbarung.

Obwohl die Ausführungsformen der Offenbarung verschiedenen Modifikationen und alternativen Formen zugänglich sind, werden die in den Zeichnungen beispielhaft dargestellten Besonderheiten ausführlich beschrieben. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die Absicht nicht darin besteht, die Offenbarung auf die besonderen beschriebenen Ausführungsformen zu beschränken. Vielmehr ist beabsichtigt, alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abzudecken, die in den Geist und den Anwendungsbereich des Gegenstands fallen, wie er in den Ansprüchen definiert ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf 1 ist eine schematische Darstellung eines CVD-Reaktors 100 entsprechend einer Ausführungsform der Offenbarung dargestellt. Der Reaktor 100 definiert eine Prozesskammer 102, die so konfiguriert ist, dass sie als Raum der Prozessumgebung dient. An einem Ende der Prozesskammer 102 ist eine Vorrichtung zur Gasverteilung oder ein Injektorblock 104 angeordnet. Das Ende der Prozesskammer 102, in dem der Injektorblock 104 angeordnet ist, kann als das „obere“ Ende der Prozesskammer 102 bezeichnet werden. Dieses Ende der Kammer ist typischerweise, aber nicht notwendigerweise, an der Oberseite der Kammer im normalen Gravitationsbezugssystem angeordnet. Daher bezieht sich die Abwärtsrichtung, wie sie hier verwendet wird, auf die Richtung weg vom Injektorblock 104, während sich die Aufwärtsrichtung auf die Richtung innerhalb der Kammer zum Injektorblock 104 hin bezieht, unabhängig davon, ob die Kammer entlang den gravitationsbedingten Aufwärts- und Abwärtsrichtungen ausgerichtet ist. In ähnlicher Weise können hier die „oberen“ und „unteren“ Flächen der Elemente unter Bezugnahme auf den Bezugsrahmen der Prozesskammer 102 und des Injektorblocks 104 beschrieben werden.
Der Injektorblock 104 kann betriebsbereit an eine oder mehrere Gasversorgungen 106A/B gekoppelt werden, um im CVD-Prozess zu verwendende Gase, wie Reaktandgase und Trägergase, zuzuführen. Der Injektorblock 104 ist so angeordnet, dass er die verschiedenen Gase von den Gasversorgungen 106A/B empfängt und die Strömung der Gase 108A/B in die Reaktorkammer 102 in einer im Allgemeinen nach unten gerichteten Richtung lenkt. In einer Ausführungsform beinhaltet der Injektorblock 104 ein Kühlmittelsystem 110, das so konfiguriert ist, dass ein Kühlfluid zirkuliert, um den Injektorblock 104 während des Betriebs auf einer gewünschten Temperatur zu halten. Das Kühlmittelsystem 110 kann auch so konfiguriert werden, dass ein Kühlfluid durch die Wände der Prozesskammer 102 zirkuliert. Die Prozesskammer 102 ist auch mit einem Gasabsaugungssystem 112 ausgestattet, das so konfiguriert ist, dass sie verbrauchte Gase aus dem Inneren der Kammer 102 entfernt, so dass ein kontinuierlicher Gasstrom in Abwärtsrichtung vom Injektorblock 104 ermöglicht wird.
Eine Spindel 114 kann innerhalb der Prozesskammer 102 angeordnet werden, so dass sich eine Mittelachse 116 der Spindel 114 in Aufwärts-/Abwärtsrichtung erstreckt. Die Spindel 114 kann innerhalb der Prozesskammer 102 durch eine herkömmliche Wellendurchführung mit Lagern und Dichtungen montiert werden, so dass sich die Spindel 114 drehen kann und gleichzeitig eine Abdichtung mit den Wänden der Prozesskammer 102 aufrechterhalten wird.
Der Waferträger 120 kann lösbar am oberen Ende der Spindel 114 montiert werden. Der Waferträger 120 kann eine oder mehrere Taschen 122 haben, in die Wafer gehalten werden und auf die Halbleitermaterialien epitaktisch aufgewachsen werden können. Der Waferträger 120 kann einen allgemein kreisförmigen Querschnitt haben, der um die Mittelachse 116 angeordnet ist. Ein Heizelement 124 kann innerhalb der Prozesskammer 102 montiert werden und die Spindel 114 mindestens teilweise umschließen. Entsprechend sind in einer Ausführungsform die Prozesskammer 102, der Injektorblock 104, die Spindel 114, der Waferträger 120 und das Heizelement 124 symmetrisch um die Mittelachse 116 angeordnet. Die Spindel 114 kann mit einem Drehantriebsmechanismus 126 verbunden werden, z.B. einem Elektromotorantrieb, der so konfiguriert ist, dass er die Spindel 114 und den Waferträger 120 mit einer gewünschten Geschwindigkeit dreht. In einer Ausführungsform ist der Drehantriebsmechanismus so konfiguriert, dass die Spindel 114 mit einer Drehgeschwindigkeit zwischen 50-1500 U/min gedreht wird.
Prozessgas kann durch den Injektorblock 104 in die Prozesskammer 102 eingeleitet werden. Nach der Einleitung strömt das Prozessgas nach unten in Richtung des Waferträgers 120 und über die obere Fläche 128 des Waferträgers 120, wo die Wafer gehalten werden. Der Prozessgasstrom 108A/B strömt weiter um die Peripherie des Waferträgers 120 und wird schließlich durch das Gasabsaugungssystem 112 aus der Prozesskammer 102 abgesaugt. Häufig besteht das Prozessgas in der Nähe der oberen Oberfläche 128 überwiegend aus einem Trägergas, wie H2 und/oder N2, mit einer gewissen Menge an ersten und zweiten reaktiven Gaskomponenten. In einer Ausführungsform kann die erste reaktive Gaskomponente ein Metall der Gruppe III aus einer Alkylquelle und die zweite reaktive Gaskomponente ein Element der Gruppe V aus einer Hydridquelle sein.
Das Heizelement 124 kann Wärme auf den Waferträger 120 übertragen, hauptsächlich durch Strahlungswärmeübertragung. In anderen Ausführungsformen kann der Waferträger 120 durch induktive Wärmeübertragung erwärmt werden. Die von den Heizelementen 124 angewandte Wärme wird nach oben durch den Körper des Waferträgers 120 auf dessen obere Fläche 128 übertragen. Ein Teil der Wärme auf der oberen Fläche 128 des Waferträgers 120 wird auf die Wafer übertragen, und das Prozessgas 108A/B strömt über die Oberseite 120. Unbeabsichtigt wird ein Teil der Wärme auch auf Kühlelemente innerhalb der Prozesskammer 102 übertragen, wie z.B. die Wände der Prozesskammer 102 und den Injektorblock 104.
Pyrolysiertes Gas sollte aus der Prozesskammer 102 entfernt werden, bevor es sich auf einer dieser kühleren Strukturen ansammelt, zumal die Kondensation auf relativ kühleren Oberflächen schneller erfolgen kann. Um die Entfernung des pyrolysierten Gases zu erleichtern, kann die Wandstruktur der Prozesskammer 102 in einer Ausführungsform einen oberen und einen unteren Verschluss bilden, die so konfiguriert sind, dass sie den Gasstrom nach unten fördern und dadurch jeden Wirbel reduzieren oder eliminieren, der andernfalls heiße, teilweise pyrolysierte Gase zurück nach oben zu relativ kühleren Oberflächen, wie z.B. dem Injektorblock 104, zur Kondensation rezirkulieren würde.
Verbesserungen im Injektorblock 104 können eine gleichmäßigere Wachstumsrate über die obere Fläche 128 des Waferträgers 120 weiter fördern. Darüber hinaus können Verbesserungen im Injektorblock 104 eine effizientere Nutzung der Reaktandgase innerhalb der Prozesskammer 102 fördern, so dass eine geringere Quantität unbenutzter reaktiver Gase aus der Prozesskammer 102 entlüftet wird, was eine signifikante Betriebskosteneinsparung gegenüber CVD-Reaktoren des Standes der Technik darstellt.
Unter Bezugnahme auf 2A ist eine perspektivische Ansicht eines Injektorblocks 104 entsprechend einer Ausführungsform der Offenbarung dargestellt. 2B stellt eine Querschnittsansicht des Injektorblocks 104 von 2A dar. In einigen Ausführungsformen kann der Injektorblock 104 alternativ als eine Vorrichtung zur Gasverteilung und/oder als Kühlplatte bezeichnet werden. Der Injektorblock 104 befindet sich am oberen Ende der Prozesskammer 102. Der Injektorblock 104 kann eine stromaufwärtige Fläche 130 und eine stromabwärtige Fläche 132 haben (wie in 2B dargestellt). Die stromabwärtige Fläche 132 des Injektorblocks 104 kann in die stromabwärtige Richtung, zum Waferträger 120 und zu den Wafern, zeigen. Der Injektorblock 104 kann betriebsbereit mit einer oder mehreren Gasquellen 106A/B gekoppelt werden, wodurch die Verteilung des Reaktandgases und der Trägergase ermöglicht wird. Der Injektorblock 104 kann ferner betriebsbereit an eine Kühlmittelzufuhr 110 (wie in 1 dargestellt) angeschlossen werden, wodurch Kühlmittel durch einen Abschnitt des Injektorblocks 104 fließen kann, um das Reaktandgas und die Trägergase auf einer gewünschten Temperatur zu halten.
In einer Ausführungsform können die eine oder mehrere erste Gasquellen 106A1-2, die alternativ als erste Reaktandgaseinlässe bezeichnet werden, so konfiguriert werden, dass das erste Reaktandgas, wie z.B. ein Alkylmetall der Gruppe III, typischerweise in Mischung mit einem Trägergas wie H2 und/oder N2, dem Injektorblock 104 zugeführt wird. Die Einlässe 106A1-2 für das erste Reaktandgas können in Flüssigkeitsverbindung mit einem Fließweg 134 für das erste Reaktandgas stehen. In einer Ausführungsform kann der Fließweg 134 ein innerhalb eines Abschnitts des Injektorblocks 104 definierter Kanal sein. In einer Ausführungsform kann der Fließweg 134 beispielsweise als ein oder mehrere ringförmige Kanäle konfiguriert werden, die in der Nähe eines Umfangs des Injektorblocks 104 positioniert sind. In einer Ausführungsform ist der Fließweg 134 als eine Ringnut mit einem oder mehreren Teilern 138A/B definiert, die alternativ als Leitbleche bezeichnet werden, wodurch der Alkyl- oder erste Reaktandenfließweg 134 in eine erste Zone 140A für das erste Reaktandgas und eine zweite Zone 140B für das erste Reaktandgas unterteilt wird. Mit zusätzlicher Bezugnahme auf 2B können in einigen Ausführungsformen das erste Reaktandgas erste und zweite Zone 140A/B zumindest teilweise durch eine oder mehrere Platten 141A/B abgedichtet werden.
Wie in 2B dargestellt, kann die jeweils erste und zweite Zone 140A/B für Reaktandgas eine Vielzahl von Verteilungskanälen 142A/B beinhalten, die einen Abschnitt des Injektorblocks 104 durchqueren. In einigen Ausführungsformen können die Verteilungskanäle 142A/B linear durch einen Abschnitt des Injektorblocks 104 verlaufen. In einer Ausführungsform kann der untere Abschnitt einer Wand, die die Verteilungskanäle 142A/B definiert, einen Verteilungsauslass 144A/B definieren, der sich in Längsrichtung entlang der Verteilungskanäle 142A/B erstreckt, wodurch das erste Reaktandgas innerhalb der Verteilungskanäle 142A/B in die Prozesskammer 102 eingeführt werden kann. In einigen Ausführungsformen können die Verteilungsauslässe 144A/B weiter durch eine Düse geführt werden, um einen gewünschten Verteilungsstrom zu erzeugen.
In einigen Ausführungsformen strömt eine erste Quantität des ersten Reaktandgases in den ersten Reaktandgaseinlass 106A1, durch die erste Zone 140A des ersten Reaktandgases und durch entsprechende Verteilungsauslässe 144A, die durch die ersten Verteilungskanäle 142A definiert sind, heraus. Eine zweite Quantität des ersten Reaktandgases strömt in den zweiten Reaktandgaseinlass 106A2, durch die zweite Zone 140B und heraus durch die korrespondierenden Verteilungsauslässe 144B, die durch die zweiten Verteilungskanäle 142B definiert sind, heraus. Danach strömen die ersten Reaktandgase innerhalb der Prozesskammer 102 nach unten zum Waferträger 120 und zu den Wafern.
In einigen Ausführungsformen kann die erste Reaktandgas erste Zone 140A eine größere Anzahl von Verteilungskanälen 142A und/oder Verteilungsauslässen 144A beinhalten als die erste Reaktandgas zweite Zone 140B. Beispielsweise gibt es, wie dargestellt, in einer Ausführungsform vierzehn erste Verteilungskanäle 142A und drei zweite Verteilungskanäle 142B. In anderen Ausführungsformen werden andere Quantitäten von Verteilungskanälen in Betracht gezogen. In einigen Ausführungsformen kann die Strömungsgeschwindigkeit des ersten Reaktandgases über den Injektorblock 104 im Wesentlichen gleichförmig sein (z.B. können die Strömungsgeschwindigkeiten zwischen der ersten Zone 140A und der zweiten Zone 140B im Wesentlichen gleich sein). In anderen Ausführungsformen kann die Strömungsgeschwindigkeit des ersten Reaktandgases innerhalb der ersten Zone 140A entweder relativ höher oder niedriger als die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der zweiten Zone 140B sein. In einigen Ausführungsformen kann die Zufuhr des ersten Reaktandgases zum zweiten Einlass 106A2 eine höhere Konzentration von Reaktandgas beinhalten, relativ zur Konzentration des Reaktandgases, das dem ersten Einlass 106A1 zugeführt wird. In anderen Ausführungsformen kann die Konzentration des Reaktandgases, das dem ersten und zweiten Einlass 106A1-2 zugeführt wird, im Wesentlichen gleich sein.
In einer Ausführungsform kann der Injektorblock 104 einen oder mehrere zweite Reaktandgaseinlässe 106B1-2 beinhalten, die so konfiguriert sind, dass sie dem Injektorblock 104 zweite Reaktandgase, wie Hydride der Gruppe V, typischerweise in Mischung mit einem Trägergas wie H2 und/oder N2, zuführen. Die zweiten Reaktandgaseinlässe 106B1-2 können in Fluidverbindung mit einem zweiten Reaktandgas-Strömungsweg und/oder Verteilungskanälen 150A-B stehen. Die Verteilungskanäle 150 können als ein oder mehrere ringförmige Kanäle, lineare Kanäle oder eine Kombination davon konfiguriert werden. In einer Ausführungsform können die zweiten Reaktandenverteilungskanäle 150A-B in eine erste Zone 151A und eine zweite Zone 151B unterteilt werden. In einigen Ausführungsformen kann die zweite Zone 151B die erste Zone 151A zumindest teilweise umschließen. In einer Ausführungsform kann die erste Zone 151A von der zweiten Zone 151B durch eine Rille oder Trennwand 153 abgetrennt werden.
Die jeweiligen zweiten Reaktandgase innerhalb der ersten und zweiten Zone 151A/B können mit einer Vielzahl von zweiten Reaktandgasauslässen 152A/B in Fluidverbindung stehen. In einer Ausführungsform können die zweiten Reaktandgasauslässe 152A/B im Allgemeinen unterhalb der ersten und zweiten Zone 151A/B positioniert werden, wodurch das zweite Reaktandgas innerhalb der ersten und zweiten Zone 151A/B in die Prozesskammer 102 eingeführt werden kann. In einigen Ausführungsformen gehen die Verteilungsauslässe 152 durch Diffusoren, die in einigen Ausführungsformen zwischen benachbarten ersten Reaktandgasauslassdüsen definiert werden können. Dementsprechend kann in einer Ausführungsform mindestens ein Abschnitt der zweiten Reaktandgasverteilungsauslässe 152A-B mit mindestens einem Abschnitt der ersten Reaktandgasverteilungsauslässe 144 durchsetzt sein.
In einer Ausführungsform strömt eine erste Quantität des zweiten Reaktandgases in die zweiten Reaktandgaseinlässe 106B1, in den jeweiligen ersten Verteilungskanal 150A des zweiten Reaktandgases erste Zone 151A und durch die entsprechenden Verteilungsauslässe 152A heraus. Eine zweite Quantität des zweiten Reaktandgases strömt in den zweiten Reaktandgaseinlass 106B2, in den zweiten Verteilungskanal 150B der zweiten Zone 151B des zweiten Reaktandgases und durch die entsprechenden zweiten Korrespondenzauslässe 152B heraus. Danach strömen die zweiten Reaktandgase innerhalb der Prozesskammer 102 nach unten zum Waferträger 120 und zu den Wafern.
In einigen Ausführungsformen kann die erste Zone mit dem zweiten Reaktandgas eine größere Anzahl von Verteilungsauslässen 152 beinhalten als die zweite Zone mit dem zweiten Reaktandgas. In einigen Ausführungsformen kann die Strömungsgeschwindigkeit des zweiten Reaktandgases über den Injektorblock 104 im Wesentlichen gleichförmig sein (z.B. können die Strömungsgeschwindigkeiten zwischen der ersten Zone 151A und der zweiten Zone 151B im Wesentlichen gleich sein). In anderen Ausführungsformen kann die Strömungsgeschwindigkeit des zweiten Reaktandgases innerhalb der ersten Zone 151A entweder relativ höher oder niedriger als die Strömungsgeschwindigkeit der zweiten Zone 151B sein. In einigen Ausführungsformen kann die Zufuhr des zweiten Reaktandgases zum ersten Einlass 106B1 eine höhere Konzentration an Reaktandgas beinhalten, relativ zur Konzentration des Reaktandgases, das dem zweiten Einlass 106B2 zugeführt wird. Zum Beispiel kann in einer Ausführungsform das Gas innerhalb der zweiten Zone 151B hauptsächlich aus H2 und/oder N2 bestehen, während die erste Zone 151A als primäre Hydridquelle dient. In anderen Ausführungsformen kann die Konzentration des Reaktandgases, das dem ersten und zweiten Einlass 106B1-2 zugeführt wird, im Wesentlichen gleich sein.
Unter Bezugnahme auf 3A-B können die Gasverteilungsausgänge 144/152 entweder symmetrisch oder asymmetrisch in Bezug auf eine Symmetrieachse des Injektorblocks 104 sein. Wie in 3A dargestellt, sind die Verteilungsauslässe 144 auf beiden Seiten der Symmetrieachse in gleichem Abstand von der Symmetrieachse angeordnet (z.B. D1 gleich D2); dementsprechend stellt 3A eine symmetrische Anordnung der Verteilungsauslässe 144/152 dar. Im Gegensatz dazu sind, wie in 3B dargestellt, die Verteilungsauslässe auf beiden Seiten der Symmetrieachse in ungleichem Abstand von der Symmetrieachse angeordnet (z.B. D3 ist nicht gleich D4); dementsprechend stellt 3B eine asymmetrische Anordnung der Verteilungsauslässe 144/152 dar. In beiden Fällen kann die Vielzahl der Verteilungsausgänge 144/152 auf dem Injektorblock 104 in gleichen Abständen voneinander angeordnet sein; vielmehr hängt der Unterschied zwischen symmetrischen und asymmetrischen Anordnungen von den Netzabständen der Verteilungsausgänge von der Symmetrieachse ab.
Wie in 4 dargestellt, stellt eine asymmetrische Anordnung eine Verbesserung der Strömungsgleichverteilung unter dem Injektorblock 104 bereit. Da sich der Waferträger 120 im Allgemeinen um die Symmetrieachse unter dem Injektorblock 104 dreht, wird ein bestimmter Punkt P1 entlang eines Auslasses 144/152, der sich auf einer Seite der Symmetrieachse befindet, konzentrische Kreise verfolgen, die sich von den konzentrischen Kreisen eines bestimmten Punktes P2 entlang eines Auslasses 144/152, der sich auf der gegenüberliegenden Seite der Symmetrieachse befindet, unterscheiden. Dementsprechend kann in einigen Ausführungsformen der effektive Abstand zwischen den Verteilungsauslässen 144/152 effektiv verringert werden (z.B. um 50%), wodurch die Verteilung des Reaktandgases und die Gleichmäßigkeit des CVD-Wachstums verbessert werden. Unter Bezugnahme auf 5 ist eine graphische Darstellung der CVD-Wachstumsraten, die symmetrischen und asymmetrischen Auslassverteilungen entsprechen, in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der Offenbarung dargestellt. Die Verbesserung der Strömungsgleichverteilung der CVD-Wachstumsraten ermöglicht es, die Verteilungsauslässe 144/152 asymmetrischer Injektorblöcke weiter voneinander zu entfernen, was eine Verringerung der Herstellungskosten und in einigen Fällen eine Verbesserung der Gasströmung bedeutet, da die verschiedenen Verteilungskanäle größer dimensioniert werden können.
Unter Bezugnahme auf 6 ist entsprechend einer Ausführungsform der Offenbarung eine Querschnittsansicht des CVD-Reaktors 100 dargestellt, die die Reaktandgaskonzentrationen und Strömungslinien innerhalb der Prozesskammer 102 während eines CVD-Prozesses zeigt. Im Betrieb wird ein erstes Reaktandgas, wie z.B. ein Alkylmetall der Gruppe III im Gemisch mit einem oder mehreren Trägergasen wie H2 und/oder N2, durch die ersten Reaktandgaseinlässe 106A1-2 in eine erste bzw. zweite Zone 140A/B geleitet und über eine Vielzahl von ersten Reaktandgasauslässen 144A/B in die Prozesskammer 102 injiziert. In ähnlicher Weise wird ein zweites Reaktandgas, wie z.B. ein Hydrid der Gruppe V, ebenfalls in Mischung mit einem oder mehreren Trägergasen, den zweiten Reaktandgaseinlässen 106B1-2 in eine erste bzw. zweite Zone 151A/B zugeführt und über eine Vielzahl von zweiten Reaktandgasauslässen 152A/B in die Prozesskammer 102 injiziert. Das erste und zweite Reaktandgas tritt somit als eine Reihe von länglichen, vorhangartigen Gasströmen aus den jeweiligen ersten Reaktandgasauslässen 144A/B und zweiten Reaktandgasauslässen 152A/B aus.
Wenn sich das erste und das zweite Reaktandgas dem rotierenden Waferträger 120 nähern, steigt die Temperatur der Reaktandgase erheblich an, und der viskose Widerstand des rotierenden Waferträgers 120 treibt das erste und das zweite Gas in Rotation um eine Achse des Waferträgers 120, so dass die Gase um die Achse und nach außen zu einem Umfang des Waferträgers 120 in einem Grenzbereich nahe der oberen Oberfläche des Waferträgers 120 strömen. Abhängig von den im Prozess verwendeten Reaktandgasen kann die Pyrolyse im oder nahe dem Grenzbereich bei einer Zwischentemperatur zwischen der des Injektorblocks 104 und des Waferträgers 120 erfolgen. Diese Pyrolyse erleichtert die Wechselwirkung der Reaktandgase und das Wachstum der kristallinen Struktur. Nicht abgeschiedenes Gas strömt weiter zum Rand und über den äußeren Rand des Trägers 120 hinaus, wo es durch eine oder mehrere Absaugöffnungen, die unterhalb des Waferträgers 120 angeordnet sind, aus der Prozesskammer 102 entfernt werden kann.
In einigen Ausführungsformen kann das erste Reaktandgas, das von der zweiten Zone 140B emittiert wird, eine höhere Konzentration von Alkylmetallen der Gruppe III beinhalten, als das erste Reaktandgas, das von der ersten Zone 140A emittiert wird, und das zweite Reaktandgas der zweiten Zone 151B, das zumindest teilweise das zweite Reaktandgas der ersten Zone 151A umschließen kann, kann eine höhere Konzentration von Trägergas beinhalten, als das zweite Reaktandgas der ersten Zone 151A. Die erhöhte Konzentration von Alkylmetallen der Gruppe III in der zweiten Zone 140B des ersten Reaktandgases und die verringerte Konzentration von Hydriden der Gruppe V in der zweiten Zone 151B des zweiten Reaktandgases kann dazu dienen, die Homogenität des Schichtwachstums zu verbessern und eine effizientere Nutzung der Reaktandchemikalien während des CVD-Prozesses zu fördern, wodurch die Produktionskosten gesenkt und die Qualität verbessert werden.
Es ist zu verstehen, dass die einzelnen Schritte, die in den Verfahren der vorliegenden Lehre verwendet werden, in beliebiger Reihenfolge und/oder gleichzeitig ausgeführt werden können, solange die Lehre funktionsfähig bleibt. Ferner sollte verstanden werden, dass die Apparate und Verfahren der vorliegenden Lehre eine beliebige Anzahl oder alle der beschriebenen Ausführungsformen beinhalten können, solange die Lehre funktionsfähig bleibt.
Verschiedene Ausführungsformen von Systemen, Vorrichtungen und Verfahren sind hier beschrieben worden. Diese Ausführungsformen sind nur beispielhaft aufgeführt und sollen den Umfang der beanspruchten Erfindungen nicht einschränken. Darüber hinaus ist zu berücksichtigen, dass die verschiedenen Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen auf verschiedene Weise kombiniert werden können, so dass zahlreiche weitere Ausführungsformen entstehen. Darüber hinaus sind zwar verschiedene Materialien, Abmessungen, Formen, Konfigurationen und Standorte usw. zur Verwendung mit offenbarten Ausführungsformen beschrieben worden, doch können auch andere als die offenbarten Ausführungsformen verwendet werden, ohne den Umfang der beanspruchten Erfindungen zu überschreiten. Darüber hinaus bedeutet die Bezugnahme in der Spezifikation auf „eine Ausführungsform“, „eine Ausführungsform“ oder „einige Ausführungsformen“, dass eine bestimmte, im Zusammenhang mit der Ausführungsform beschriebene Eigenschaft, Struktur oder Charakteristik in mindestens einer Ausführungsform der Lehre enthalten ist. Die Auftritte der Wendung „in einer Ausführungsform“ an verschiedenen Stellen der Spezifikation beziehen sich nicht unbedingt alle auf dieselbe Ausführungsform.
Personen mit gewöhnlichen Fertigkeiten in den entsprechenden Künsten werden erkennen, dass der Gegenstand dieses Dokuments weniger Merkmale umfassen kann, als in jeder oben beschriebenen individuellen Ausführungsform dargestellt sind. Die hier beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als erschöpfende Darstellung der Art und Weise gedacht, in der die verschiedenen Merkmale des Gegenstandes kombiniert werden können. Dementsprechend sind die Ausführungsformen keine sich gegenseitig ausschließenden Kombinationen von Merkmalen; vielmehr können die verschiedenen Ausführungsformen eine Kombination von verschiedenen individuellen Merkmalen umfassen, die aus verschiedenen individuellen Ausführungsformen ausgewählt wurden, wie sie von Personen mit gewöhnlichen Fähigkeiten in der Kunst verstanden werden. Darüber hinaus können Elemente, die in Bezug auf eine Ausführungsform beschrieben sind, in anderen Ausführungsformen implementiert werden, auch wenn sie in solchen Ausführungsformen nicht beschrieben sind, sofern nicht anders angegeben.
Obwohl sich ein abhängiger Anspruch in den Ansprüchen auf eine bestimmte Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann, können andere Ausführungsformen auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen Anspruchs oder eine Kombination eines oder mehrerer Merkmale mit anderen abhängigen oder unabhängigen Ansprüchen beinhalten. Solche Kombinationen werden hier vorgeschlagen, es sei denn, es wird angegeben, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist.
Jegliche Einbeziehung durch Bezugnahme auf die oben genannten Dokumente ist so begrenzt, dass kein Gegenstand einbezogen wird, der der ausdrücklichen hier beschriebenen Offenbarung widerspricht. Jegliche Einbeziehung durch Verweis auf die oben genannten Dokumente wird weiter eingeschränkt, so dass keine Ansprüche, die in den Dokumenten enthalten sind, durch Verweis hierin einbezogen werden. Jede Aufnahme durch Verweis auf die oben genannten Dokumente ist noch weiter eingeschränkt, so dass alle in den Dokumenten bereitgestellten Definitionen nicht durch Verweis hierin enthalten sind, es sei denn, sie sind ausdrücklich hierin enthalten.
Zum Zwecke der Auslegung der Ansprüche ist ausdrücklich vorgesehen, dass die Bestimmungen von 35 U.S.C. § 112(f) nicht geltend zu machen sind, es sei denn, die spezifischen Begriffe „Mittel für“ oder „Schritt für“ werden in einem Anspruch rezitiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2017/0253967 [0005]
US 8303713 [0011]

Claims

Injektorblock zum Zuführen eines oder mehrerer Reaktandgase in einen Reaktor zur chemischen Gasphasenabscheidung, umfassend eine Vielzahl von ersten Reaktandgasverteilungskanälen zwischen einem oder mehreren ersten Reaktandgaseinlässen und einer Vielzahl von ersten Reaktandgasverteilungsauslässen, um ein erstes Reaktandgas in den Reaktor zu liefern; und eine Vielzahl von zweiten Reaktandgasverteilungskanälen zwischen einem oder mehreren zweiten Reaktandgaseinlässen und einer Vielzahl von zweiten Reaktandgasverteilungsauslässen, um ein zweites Reaktandgas in den Reaktor zu liefern, wobei die Vielzahl von zweiten Reaktandgasverteilungsauslässen in mindestens eine erste Zone mit zweitem Reaktandgas und eine zweite Zone mit zweitem Reaktandgas unterteilt ist, und die zweite Zone mit zweitem Reaktandgas die erste Zone mit zweitem Reaktandgas mindestens teilweise umgibt.
Verfahren zum Betreiben eines Reaktors zur chemischen Gasphasenabscheidung, umfassend: Verteilen einer Quelle für ein erstes Reaktandgas aus einer Vielzahl von ersten Reaktandgasverteilungsauslässen; und Verteilen einer Quelle von zweitem Reaktandgas aus einer Vielzahl von zweiten Reaktandgasverteilungsauslässen, wobei die Vielzahl von zweiten Reaktandgasverteilungsauslässen in mindestens eine erste Zone mit zweitem Reaktandgas und eine zweite Zone mit zweitem Reaktandgas unterteilt ist, und die zweite Zone mit zweitem Reaktandgas mindestens teilweise die erste Zone mit zweitem Reaktandgas umgibt.
Verfahren nach Anspruch 2, das weiterhin die Zufuhr des zweiten Reaktandgases für die zweite Zone des zweiten Reaktandgases in einer Konzentration umfasst, die entweder von der des zweiten Reaktandgases, das der ersten Zone des zweiten Reaktandgases zugeführt wird, verschieden oder im Wesentlichen gleich ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Vielzahl der ersten Reaktandgasverteilungsauslässe in eine erste Zone des ersten Reaktandgases und eine zweite Zone des ersten Reaktandgases unterteilt sind, und wahlweise, wobei die erste Zone des ersten Reaktandgases eine größere Anzahl von Verteilungsauslässen für das erste Reaktandgas aufweist als die zweite Zone des ersten Reaktandgases.
Verfahren nach Anspruch 4, das ferner die Zufuhr des ersten Reaktandgases mit im wesentlichen gleichen Strömungsgeschwindigkeiten in die erste Zone des ersten Reaktandgases und die zweite Zone des ersten Reaktandgases umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, weiterhin umfassend die Zufuhr des ersten Reaktandgases in der ersten Zone und des ersten Reaktandgases in der zweiten Zone mit unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten.
Verfahren zum Betreiben eines Systems zur chemischen Gasphasenabscheidung (CVD), umfassend: Anordnen mindestens eines Wafers auf einem Waferträger, der entgegengesetzt gerichtete obere und untere Oberflächen und eine vertikale Drehachse im Wesentlichen senkrecht zu den oberen und unteren Oberflächen definiert; lösbares Montieren des Waferträgers auf einer Spindel, die sich in einer Reaktorkammer befindet, zur Drehung des Waferträgers um die vertikale Drehachse, wobei eine Welle der Spindel in eine Aussparung eingreift, die sich von der unteren Oberfläche des Waferträgers in den Waferträger erstreckt; und während der Waferträger auf der Spindel montiert ist, Drehen der Spindel und des Waferträgers um die Drehachse und Behandeln einer oberen Oberfläche jedes der mindestens einen Wafer durch Verteilen einer Quelle eines ersten Reaktandgases aus einer Vielzahl von ersten Reaktandgasverteilungsauslässen; und Verteilen einer Quelle eines zweiten Reaktandgases aus einer Vielzahl von zweiten Reaktandgasverteilungsauslässen, wobei die Vielzahl der zweiten Reaktandgasverteilungsauslässe in mindestens eine erste Zone eines zweiten Reaktandgases und eine zweite Zone eines zweiten Reaktandgases unterteilt ist, und die zweite Zone des zweiten Reaktandgases die erste Zone des zweiten Reaktandgases zumindest teilweise umgibt.
Verfahren zum Betreiben eines Systems zur chemischen Gasphasenabscheidung (CVD), umfassend: Anordnen mindestens eines Wafers auf einem Waferträger, der entgegengesetzt gerichtete obere und untere Oberflächen definiert; lösbares Montieren des Waferträgers auf einer Spindel, die sich in einer Reaktorkammer befindet, zur Drehung des Waferträgers um eine vertikale Drehachse, wobei eine Welle der Spindel in eine Aussparung eingreift, die sich von der unteren Oberfläche des Waferträgers in den Waferträger erstreckt; und während der Waferträger auf der Spindel montiert ist, Drehen der Spindel und des Waferträgers um die Drehachse und Behandeln einer oberen Oberfläche jedes der mindestens einen Wafer durch Verteilen einer Quelle eines ersten Reaktandgases aus einer Vielzahl von ersten Reaktandgasverteilungsauslässen; und Verteilen einer Quelle eines zweiten Reaktandgases aus einer Vielzahl von zweiten Reaktandgasverteilungsauslässen, wobei die Vielzahl der zweiten Reaktandgasverteilungsauslässe in mindestens eine erste Zone eines zweiten Reaktandgases und eine zweite Zone eines zweiten Reaktandgases unterteilt ist, und die zweite Zone des zweiten Reaktandgases die erste Zone des zweiten Reaktandgases zumindest teilweise umgibt.
Reaktor zur chemischen Gasphasenabscheidung zur Behandlung eines oder mehrerer Substrate, umfassend einen Waferträger, der das eine oder die mehreren Substrate trägt, die entfernbar innerhalb des Reaktors zur Drehung um eine Achse montiert sind, die sich in einer Aufwärts- und Abwärtsrichtung erstreckt, wobei der Waferträger eine obere Oberfläche aufweist; und einen Injektorblock, der konfiguriert ist, um ein oder mehrere Reaktandgase an die obere Oberfläche zu liefern, wobei der Injektorblock umfasst: eine Vielzahl von ersten Reaktandgasverteilungskanälen zwischen einem oder mehreren ersten Reaktandgaseinlässen und einer Vielzahl von ersten Reaktandgasverteilungsauslässen, um ein erstes Reaktandgas in den Reaktor zu liefern; und eine Vielzahl von zweiten Reaktandgasverteilungskanälen zwischen einem oder mehreren zweiten Reaktandgaseinlässen und einer Vielzahl von zweiten Reaktandgasverteilungsauslässen, um ein zweites Reaktandgas in den Reaktor zu liefern, wobei die Vielzahl von zweiten Reaktandgasverteilungsauslässen in mindestens eine erste Zone mit zweitem Reaktandgas und eine zweite Zone mit zweitem Reaktandgas unterteilt ist, und die zweite Zone mit zweitem Reaktandgas die erste Zone mit zweitem Reaktandgas mindestens teilweise umgibt.
Injektorblock nach Anspruch 1 oder Reaktor nach Anspruch 9, wobei der zweite Reaktandgaseinlass für die zweite Zone des zweiten Reaktandgases so konfiguriert ist, dass er das zweite Reaktandgas in einer Konzentration zuführt, die sich entweder von der des zweiten Reaktandgases, das der ersten Zone des zweiten Reaktandgases zugeführt wird, unterscheidet oder im Wesentlichen gleich der des zweiten Reaktandgases ist, das der ersten Zone des zweiten Reaktandgases zugeführt wird.
Injektorblock nach Anspruch 1 oder Reaktor nach Anspruch 9, wobei die zweite Zone des Reaktandgases die zweite Zone des Reaktandgases der ersten Zone umgibt.
Injektorblock nach Anspruch 1 oder Reaktor nach Anspruch 9, wobei die zweiten Reaktandgasverteilungsauslässe der ersten Zone des zweiten Reaktandgases abwechselnd mit den ersten Reaktandgasverteilungsauslässen durchsetzt sind.
Injektorblock nach Anspruch 1 oder Reaktor nach Anspruch 9, wobei die ersten Reaktandgasverteilungsauslässe gleich beabstandet sind, so dass die Symmetrieachse der ersten Reaktandgasverteilungsauslässe asymmetrisch zu einer in horizontaler Richtung verlaufenden Mittelebene ist.
Injektorblock nach Anspruch 1 oder Reaktor nach Anspruch 9, wobei die Vielzahl der Verteilungsauslässe für das erste Reaktandgas in eine erste Zone für das erste Reaktandgas und eine zweite Zone für das erste Reaktandgas unterteilt ist.
Injektorblock nach Anspruch 14 oder Reaktor nach Anspruch 14, wobei die erste Zone des ersten Reaktandgases eine größere Anzahl von Verteilungsauslässen für das erste Reaktandgas aufweist als die zweite Zone des ersten Reaktandgases.
Injektorblock nach Anspruch 14 oder Reaktor nach Anspruch 14, wobei die Strömungsgeschwindigkeiten der ersten Zone des ersten Reaktandgases und der zweiten Zone des ersten Reaktandgases entweder im Wesentlichen gleich oder unterschiedlich sind.
Injektorblock nach Anspruch 14 oder Reaktor nach Anspruch 14, wobei die erste Zone für das erste Reaktandgas und die zweite Zone für das erste Reaktandgas getrennte Einlässe für das erste Reaktandgas beinhalten, und wobei der erste Reaktandgaseinlass für die zweite Zone für das erste Reaktandgas so konfiguriert ist, dass er das erste Reaktandgas in einer Konzentration liefert, die entweder von der des ersten Reaktandgases, das der ersten Zone für das erste Reaktandgas zugeführt wird, verschieden oder im Wesentlichen gleich ist.