DE3884810T2

DE3884810T2 - Gaseinspritzvorrichtung für reaktoren für den chemischen dampfniederschlag.

Info

Publication number: DE3884810T2
Application number: DE88906451T
Authority: DE
Inventors: Lewis Barnett; Armand Ferro; Mark Hawkins
Original assignee: Advanced Semiconductor Materials America Inc
Current assignee: ASM America Inc
Priority date: 1988-06-22
Filing date: 1988-06-22
Publication date: 1994-05-05
Anticipated expiration: 2008-06-23
Also published as: WO1989012703A1; JPH03500185A; JP2745316B2; EP0378543B1; DE3884810D1; EP0378543A4; EP0378543A1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Gasinjektor- Vorrichtung zur Verwendung in Verbindung mit Reaktoren für chemische Dampfabscheidung (im folgenden als "CVD" [chemical vapor deposition] bezeichnet), die zur Behandlung von Halbleiterwafern verwendet werden. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Gasinjektor-Vorrichtung zur Verwendung in einem epitaxialen Einzelwafer-Abscheidungssystem, bei dem eine scharfe Kontrolle der Abscheidekinetik und der Gleichförmigkeit der abgeschiedenen Schicht notwendig ist.
Konventionelle CVD-Reaktoren werden typischerweise gemäß der Orientierung des Gasstromes in Bezug auf die Substratoberfläche klassifiziert. Kommerzielle epitaxiale Abscheidungsreaktoren werden typischerweise als vertikale, horizontale oder Trommelsysteme (barrel systems) klassifiziert. Vertikale Reaktoren verwenden eine Gasströmung, die vertikal zur Waferoberfläche gerichtet ist. Trommelreaktorsysteme verwenden eine trommelförmige Aufnahmeeinrichtung, bei der die Wafern vertikal an den äußeren Oberflächen der Aufnahmevorrichtung angeordnet werden und Gas vertikal in die Reaktionskammer eingeführt wird und im wesentlichen horizontal über die Waferoberfläche strömt. Schließlich werden in horizontalen CVD-Reaktoren Wafern horizontal auf einer Aufnahmevorrichtung angeordnet, und die eine Reaktion eingehende Gasströmung strömt horizontal über die Waferoberfläche. Konventionelle horizontale CVD-Systeme verwenden eine laminare Gasströmung, um die Reaktionssubstanz auf der Wafer abzuscheiden.
Typischerweise wird eine eine Reaktion eingehende Gasmischung, die das abzuscheidende Material mit sich trägt, in eine vorgeheizte Reaktionskammer eingeführt, die das Halbleitersubstrat auf einer geheizten Aufnahmeeinrichtung enthält. Wenn das Gas in die Reaktionskammer eingeführt wird, transportiert die laminare Gasströmung das abzuscheidende Material auf das Substrat. Das abzuscheidende Material wird auf dem Substrat abgeschieden, während es sich gleichzeitig in der Reaktionsgasströmung abreichert oder darauf entfernt wird. Dieses gleichzeitige Abscheiden und Abreichern der Konzentration im Gas bewirkt einen Konzentrationsgradienten über die Substratoberfläche. Das Abreichern der Menge des abzuscheidenen Materials in der Reaktionsgasströmung führt immer zu einer nicht gleichförmigen Abscheidung über die Waferoberfläche aufgrund von verringerten Konzentrationen des abzuscheidenden Materials in der Reaktionsgasmischung, wenn diese über die Substratoberfläche strömt.
Die Abscheidereaktionsdynamik ist kritisch, um eine gleichförmige Abscheidungsrate und Abscheidungsdicke zu erhalten. Die Abscheidungsreaktion hängt im wesentlichen von der Temperatur und der Strömung ab. Es ist wichtig, um eine im wesentliche gleichförmige Abscheidungsrate auf die Substratoberfläche zu erhalten, eine gleichförmige Gastemperatur und ein gleichförmiges Strömungsprofil aufrechtzuerhalten. In konventionellen CVD-Reaktoren strömt das Reaktionsgas typischerweise zwischen der geheizten Aufnahmevorrichtung und den Wafern und der kalten Reaktorwand. Die Abscheidungsgleichförmigkeit wird durch die resultierenden thermischen und Massentransportgrenzschichten im Gas bestimmt. US-Patent 4 499 853, das am 19. Februar 1985 für Edward A. Miller erteilt worden ist, offenbart eine Gasverteilungsröhre für eine CVD-Vorrichtung, die eine im wesentlichen turbulenzfreie Gasströmung liefert. Wie dies beispielsweise durch US-Patent 4 499 853 dargestellt wird, halten die Fachleute es für wünschenswert, eine Gasströmung mit gleichförmiger Geschwindigkeit vorzusehen, um die Abscheidegleichförmigkeit zu erhöhen. In konventionellen horizontalen CVD-Systemen lehrt daher der Stand der Technik Gleichförmigkeit sowohl der Temperatur als auch der Strömungsgeschwindigkeit über die Waferoberfläche.
Durch die vorliegende Erfindung wird eine Gasinjektor-Vorrichtung geschaffen, die eine Gasströmung mit gleichförmiger Geschwindigkeit umformt, um im wesentlichen gleichförmige Konzentrationsgradienten des Reaktionsmittels in der Gasströmung zu allen Bereichen der Waferoberfläche zu erhalten. Eine geformte Geschwindigkeitsgasströmung zu den gekrümmten vorderen und hinteren Kanten der Wafer zu richten, vergrößert die Gleichförmigkeit in der Dicke des abgeschiedenen Materials über die Waferoberfläche.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist daher ein weitgefaßtes Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Gasinjektor-Vorrichtung zum Verbessern der Abscheidungsgleichförmigkeit in epitaxialen Einzelwafer-CVD-Reaktoren zu schaffen.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Gasinjektor-Vorrichtung, die eine gleichförmige Geschwindigkeitsströmung von Reaktionsgas innerhalb der Vorrichtung schafft.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Gasinjektor-Vorrichtung für einen chemischen Dampfabscheidungsreaktor, der das Geschwindigkeitsprofil einer gleichförmigen Geschwindigkeitsströmung von Reaktionsgas umformen kann, während sie über die Substratoberfläche strömt.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Gasinjektor-Vorrichtung, die eine gleichförmige Gasströmung erzeugt, das Geschwindigkeitsprofil der Gasströmung umformt und den Waferoberflächenbereich im wesentlichen gleichförmigen Konzentrationsgradienten des Reaktionsmittels in der Gasströmung aussetzt.
Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Gasinjektor-Vorrichtung für einen chemischen Dampfabscheidungsreaktor, der eine gleichförmige und kontrollierte Konzentration des abgeschiedenen Materials leistet.
Dies und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierteren Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Elemente durch gleiche Bezugszeichen identifiziert sind, deutlicher werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird geschaffen eine Gas injektor-Vorrichtung für einen Reaktor zur epitaxialen Abscheidung, die folgendes umfaßt: einen entlegenen Verteiler der eine obere Kammer, eine Hauptkammer und eine mit der genannten Hauptkammer verbundene Auslaßöffnung besitzt; ein hohles, röhrenförmiges Element, das zumindest eine dort hindurchgehende Öffnung besitzt, mit einer Gasquelle verbunden und koaxial innerhalb der genannten oberen Kammer des genannten entlegenen Verteilers angeordnet ist; ein hohles Zwischenwandelement, das eine Mehrzahl von dort hindurchgehenden Öffnungen besitzt, das genannte hohle, röhrenförmige Element koaxial umgibt und koaxial innerhalb der oberen Kammer des genannten entlegenen Verteilers angeordnet ist; ein Plattenelement, das eine Mehrzahl von dort hindurchgehenden Öffnungen besitzt und mit dem genannten entlegenen Verteiler derart verbunden ist, daß die genannte Mehrzahl von Öffnungen in dem genannten Plattenelement in Verbindung steht mit der genannten Auslaßöffnung, die der genannten Hauptkammer oder dem genannten entlegenen Verteiler zugeordnet ist; Strömungsbeschränkungsmittel, die jeder der Mehrzahl von Öffnungen in dem genannten Plattenelement zum Regulieren einer Gasströmung durch jede der genannten Mehrzahl von Öffnungen in dem genannten Plattenelement zugeordnet sind; einen Hauptinjektorkörper, der eine obere Fläche, eine Frontfläche und eine L-förmige Kammer innerhalb des genannten Hauptinjektorkörpers besitzt, die sowohl mit der genannten oberen Fläche als auch der genannten Frontfläche verbunden ist, wobei der genannte Hauptinjektorkörper mit dem genannten Plattenelement derart verbunden ist, daß die genannte Mehrzahl von Öffnungen in dem genannten Plattenelement mit der oberen Fläche und der genannten L-förmigen Kammer des genannten Hauptinjektorkörpers in Verbindung steht.

Figurenbeschreibung

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Ansicht von oben eines vorbekannten CVD-Reaktors zum Injizieren einer gleichförmigen Gasströmung in ein Bearbeitungssystem für viele Substrate.
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht von oben, die Strömungswegentfernungen über die Substratoberfläche in einem CVD-Reaktor für ein einziges Substrat zeigt.
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht von oben, die einen Gasinjektor zum Einbringen einer Reaktionsgasströmung mit einem vorbestimmt geformten Geschwindigkeitsprofil in einen epitaktischen CVD-Abscheidungsreaktor für ein einziges Substrat zeigt.
Fig. 4 ist eine perspektivische Explosionsansicht der Gasinjektor-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5 ist eine Draufsicht von vorne, teilweise im Querschnitt eines Grundteils der Gasinjektor-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
Fig. 6 ist eine seitliche Querschnittsansicht in Draufsicht entlang der Linie 6-6 von Fig. 5.
Fig. 7 ist eine Draufsicht von oben des Grundteils der Gasinjektor-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
Fig. 8 ist eine seitliche Draufsicht, teilweise im Querschnitt, eines entlegenen Verteilerteils der Gasinjektor- Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht von der Seite und in Draufsicht entlang der Linie 9-9 von Fig. 8.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Fig. 1 stellt ein CVD-System 11 für die Bearbeitung von mehreren Substraten 23 dar. Der Reaktor 11 weist einen Reaktionsgaseinlaß 13 auf, der Reaktionsgase in das hohle Innere 17 des Reaktors 11 einführt. Die Gasströmung 25 wird in einen Einlaßbereich 13 des Reaktors 11 injiziert und tritt in das hohle Innere 17 mit im wesentlichen gleichförmiger Geschwindigkeit und mit einem im wesentlichen laminaren Profil ein. Die Gasströmung 25 überstreicht die Aufnahmeeinrichtung 21 und die Substrate 23 mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit und scheidet das Reaktionsmittel, das von der Gasströmung 25 mitgetragen wird, auf den Substraten 23 ab. Nach der Abscheidung des Reaktionsmittels auf die Substrate 23 und der Abreicherung oder Erschöpfung des Reaktionsmittels aus der Gasströmung 25 wird die Gasströmung 25 aus dem hohlen Inneren 17 des Reaktors 11 durch eine Auslaßöffnung 15 abgezogen. Die gleichförmige Geschwindigkeit der Gasströmung 25 ist schematisch durch Pfeile gleicher Länge dargestellt, die gleichförmige Größen der Geschwindigkeit über die Breite des hohlen Inneren 17 des Reaktors 11 darstellen. Wenn mehrere Substrate vorhanden sind, so erhält man eine verhältnismäßig gleichförmige Abscheidung des Reaktionsmittels auf die Substrate 23, wenn die Gasströmung 25 in das hohle Innere 17 injiziert wird und man das Gas über die Oberflächen jeden Substrates strömen lädt.
Bei epitaxialen Abscheidungsreaktoren für ein einziges Substrat kann man jedoch keine annehmbare Gleichförmigkeit der abgeschiedenen Schichten erreichen, wenn eine Gasströmung mit gleichförmiger Geschwindigkeit injiziert wird. Das Einbringen einer Gasströmung 25 mit gleichförmiger Geschwindigkeit in einen Reaktor für ein einziges Substrat ist in Fig. 2 dargestellt. Der Fachmann wird verstehen, daß dann, wenn die Gasströmung 25 mit gleichförmiger Geschwindigkeit über das im allgemeinen kreisförmige Substrat 33 hinüberstreicht, sie auf unterschiedliche Substratoberflächenbereiche über die Breite des Substrats auftrifft. Wie dies durch die Bezeichnung "d&sub1;", "d&sub2;" und "d&sub3;" dargestellt ist, erfordert das gekrümmte Profil des Substrates 33, daß die Gasströmung 25 unterschiedliche Entfernungen durchläuft. Man wird beobachten, daß die Gasströmung 25 im mittigen Bereich des Substrats eine größere Entfernung "d&sub1;" überstreichen muß, während die Gasströmung 25 nur verhältnismäßig kürzere Entfernungen "d&sub2;" und "d&sub3;" zu den seitlichen Rändern des Substrates hin überstreicht.
Die Reaktionsgasströmung 25 ist daher unterschiedlichen Substratoberflächenbereichen ausgesetzt, die zu den seitlichen Oberflächen des Substrats hin abnehmen. Wird die Gasströmung 25 in das hohle Innere 15 mit einem gleichförmigen Geschwindigkeitsprofil eingebracht, wird die Gasströmung 25 jede dieser Entfernungen "d&sub1;", "d&sub2;" und "d&sub3;" innerhalb des gleichen Zeitintervalls überstreichen. Der größere mittige Oberflächenbereich "d&sub1;" bewirkt eine schnellere Abreicherung des Reaktionsmittels und bewirkt ungleiche Konzentrationsgradienten des Reaktionsmittels in der Gasströmung entlang der Horizontalrichtung des Substrates 33. Die ungleichen Konzentrationsgradienten wiederum bewirken ungleichmäßiges Abscheiden des Reaktionsmittels auf das Substrat 33.
Nach der Abreicherung oder Erschöpfung des Reaktionsmittels aus der Gasströmung 25 wird das verbrauchte Gas vom Gasauslaß 15 über das Tor oder den Durchlaß 29 abgezogen.
Fig. 3 zeigt die geformte Geschwindigkeitsgasströmung, die durch die vorliegende Erfindung erreicht wird. Der Gasinjektor 27 führt das Reaktionsgas am Einlaß 13 des Reaktors 11 zu. Eine Gasströmung 37 wird in das hohle Innere 17 des Reaktors 11 eingebracht, die ein vorbestimmt geformtes Geschwindigkeitsprofil hat, wie dies durch die Wellenformeinhüllende 35 dargestellt ist. Wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, wird die Gasströmung 27 durch Pfeile unterschiedlicher Größe dargestellt, die unterschiedliche Größen der Geschwindigkeit darstellen. Man sieht, daß die Gasströmung 37 so geformt ist, daß sie zur Mitte der Einhüllenden 35 hin eine größere Geschwindigkeit und eine kleinere Geschwindigkeit zu den seitlichen Kanten des Substrats hin hat. Das geformte Geschwindigkeitsprofil bewirkt, daß die Gasströmung 37 die Entfernungen "d&sub1;'", "d&sub2;'" und "d&sub3;'" in unterschiedlichen Zeitintervallen überstreicht. Indem selektiv die Gebiete "d&sub1;'", "d&sub2;'" und unterschiedlichen Gasströmungsgeschwindigkeiten ausgesetzt werden, wird die schnellere Abreicherung oder Erschöpfung des Reaktionsmittels im mittigen Bereich "d&sub1;'" kompensiert durch die erhöhte Geschwindigkeit der Gasströmung in diesem Bereich. Daher liefert das Profil der Gasströmung mit geformter Geschwindigkeit größere Mengen des Reaktionsmittels zum größeren mittleren Oberflächenbereich "d&sub1;'" des Substrats. Die verhältnismäßig kleineren Bereiche "d&sub2;'" und "d&sub3;'" sind geringeren Gasströmungsgeschwindigkeiten ausgesetzt und nehmen daher geringere Mengen des Reaktionsmittels auf. Nach der Abscheidung tritt das verbrauchte Gas durch den Auslaß 15 durch das Tor oder den Durchlaß 29 aus.
Das geformte Geschwindigkeitsprofil der Gasströmung der vorliegenden Erfindung wird durch eine Gasinjektor-Vorrichtung erzielt, die in ihrer bevorzugten Ausführungsform in den Fig. 4 bis 9 dargestellt ist. In Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Gasinjektor-Vorrichtung 10 vorgesehen, die hauptsächlich in epitaxialen chemischen Dampfabscheidungsreaktoren für Einzelsubstrate verwendet werden kann. Die Gasinjektor-Vorrichtung 10 besteht allgemein aus einem entlegenen Verteiler 12, einer Hauptkammer 54 mit geraden Wänden, einer mit Verschlug und Öffnungen versehenen Platte 16 und einem Injektorhauptteil 20. Der entlegene Verteiler 12 und die Hauptkammer 54 wirken zusammen, um eine Gasströmung mit gleichförmiger Geschwindigkeit mit einem vertikalen Richtungsvektor zu schaffen, die aus der Hauptkammer 54 durch den Schlitz 56 aus tritt.
Um eine Geschwindigkeitsströmung mit gleichförmiger Geschwindigkeit innerhalb der Hauptkammer 54 des entlegenen Verteilers 12 zu erhalten, wird das Reaktionsgas in den entlegenen Verteiler 12 durch ein hohles röhrenförmiges Glied 14 eingeführt, das koaxial innerhalb eines hohlen Zwischenwandelementes 40 angeordnet ist. Das hohle Zwischenwandelement 40 ist wiederum koaxial innerhalb einer oberen Kammer 50 des entlegenen Verteilers 12 angeordnet. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und wie dies in den Fig. 4, 8 und 9 dargestellt ist, besteht der entlegene Verteiler 12 aus einer Hauptkammer 54, einer oberen Kammer 50 und einem Schlitz 56. Die obere Kammer 50 erstreckt sich seitlich durch einen oberen Bereich des entlegenen Verteilers 12 und endet an Öffnungen 51 an jeder der beiden Seitenoberflächen des entlegenen Verteilers 12. Das hohle röhrenförmige Glied 14, das eine dadurch hindurchgehende Gaseinlaßöffnung 34 aufweist, ist lösbar mit einer Öffnung 51 in einer Seitenoberfläche des entlegenen Verteilers 12 verbunden und geht in die obere Kammer 50 hinein, so daß die Gaseinlaßöffnung 34 innerhalb der oberen Kammer 50 angeordnet ist. Das hohle Zwischenwandglied 40, das eine Vielzahl von dadurch hindurchgehenden Öffnungen 36 aufweist, ist lösbar mit einer gegenüberstehenden Öffnung 53 in der gegenüberliegenden Seitenoberfläche des entlegenen Verteilers 12 verbunden. Das hohle Zwischenwandglied 40 erstreckt sich koaxial innerhalb der oberen Kammer 50 und umgibt koaxial das hohle röhrenförmige Glied 14. Die Befestigung sowohl des hohlen röhrenförmigen Gliedes 14 als auch des hohlen Zwischenwandelementes 40 an den Seitenoberflächen des entlegenen Verteilers 12 kann mit Hilfe einer Grundplatte 32, eines O-Ringes 37 und von Bolzen 35 erzielt werden, die an jeder Seitenoberfläche des entlegenen Verteilers 12 angreifen. Gas, das durch das innere hohle röhrenförmige Glied 14 eingelassen worden ist, wird durch die Öffnung 34, die Gas von dem inneren hohlen röhrenförmigen Element 14 zum äußeren hohlen Zwischenwandglied 40 leitet, geleitet und von dem äußeren hohlen Zwischenwandglied 40 durch die Vielzahl von Öffnungen 36 in die obere Kammer 50 erneut verteilt. Die Gasströmung in die Hauptkammer 54 hat als Ergebnis der Verteilung innerhalb des Verteilers 12 ein im wesentlichen gleichförmiges Geschwindigkeitsprofil.
Die Platte 16 weist eine Vielzahl von durch dieselbe hindurchgehenden Öffnungen 38 auf. Die Platte 16 ist lösbar mit dem entlegenen Verteiler 12 verbunden, so daß die Öffnungen 38 mit dem Schlitz 56 in Verbindung stehen. Jede der Öffnungen 38 hat ein damit verbundenes Verschlußelement 22, das eingestellt werden kann, um gewünschte Teile der aus dem Schlitz 56 des entlegenen Verteilers 12 heraustretenden Gasströmung einzuschränken. Die Verschlußelemente 22 werden auf gewünschte Stellungen eingestellt, um Öffnungen verschiedener Größe in den Öffnungen 38 freizulassen und die Geschwindigkeit der gleichförmigen Gasströmung zu formen, die von der Hauptkammer 54 über den Schlitz 56 empfangen wird, während diese aus der gegenüberliegenden Oberfläche der Platte 16 heraustritt. Der vertikale Richtungsvektor der Gasströmung mit geformter Geschwindigkeit wird beibehalten, wenn die Gasströmung durch die Platte 16 hindurchgelangt.
Der Hauptinjektorkörper 20 ist so aufgebaut, daß er die vertikale Gasströmung mit geformter Geschwindigkeit, die aus der gegenüberliegenden Oberfläche der Platte 16 austritt, aufnimmt und die Gasströmung in eine solche mit einem horizontalen Richtungsvektor umwandelt, die dann in das hohle Innere 17 des Reaktors 11 eingeführt wird. Der Hauptinjektorteil 20 hat eine Vielzahl von Öffnungen 28, die in einer oberen Oberfläche 24 desselben angeordnet sind. Die Platte 16 ist lösbar mit der oberen Oberfläche 24 des Hauptinjektorkörpers 20 verbunden, so daß jede der Vielzahl von Öffnungen 28 im Hauptinjektorkörper 20 einer Öffnung 38 in der Platte 16 entspricht. Die Gasströmung mit geformter Geschwindigkeit, die von den Öffnungen 38 in Platte 6 austritt, wird durch Öffnungen 28 im Hauptinjektorteil 20 aufgenommen. Beim Eintritt in die Öffnungen 28 des Hauptinjektorkörpers 20 behält die Gasströmung einen vertikalen Richtungsvektor bei. Wie dies in den Fig. 5 und 6 gezeigt ist, hat die innere Kammer des Hauptinjektorkörpers 20 einen allgemein L-förmigen Querschnittsaufbau. Es sollte bemerkt werden, daß die Materialbereiche zwischen den Öffnungen 28 im Hauptinjektorkörper sich von der oberen Oberfläche 24 des Hauptinjektorkörpers 20 zum oberen Rand des Gasinjektionsschlitzes 26 erstrecken. Innerhalb der Innenkammer des Hauptinjektorkörpers 20 wird die Richtung der Gasströmung von einem vertikalen Richtungsvektor zu einem horizontalen Richtungsvektor geändert, und die Gasströmung tritt aus dem Hauptinjektorkörper 20 durch den Gasinjektionsschlitz 26 aus.
Wie dies in Fig. 4 gezeigt ist, wird es bevorzugt, den entfernten Verteiler 12, die Platte 16 und den Hauptinjektorkörper 20 durch eine Vielzahl von Bolzen 30 zu verbinden, die durch Aufnahmeöffnungen in dem entfernten Verteiler 12, durch Öffnungen in der Platte 16 und in den Hauptinjektorkörper 20 eingeführt sind. O-Ringe 41 zum Abdichten der verbundenen Teile sind zwischen Platte 16 und entferntem Verteiler 12 und auch zwischen Platte 16 und Hauptinjektorteil 20 in einer Nut 39 dazwischengelegt, die in der oberen Oberfläche 24 des Hauptinjektorkörpers 20 ausgebildet ist. Ein weiterer O-Ring 49 zum Abdichten des Hauptinjektorkörpers 20 und des CVD-Reaktors (nicht gezeigt) ist in der vorderen Oberfläche des Hauptinjektorkörpers 20 angeordnet und umgibt den Gasinjektionsschlitz 26.
Der Fachmann wird verstehen, daß verschiedene Materialien verwendet werden können, die als mit CVD-Reaktoren und den Reaktionsgasen verträglich bekannt sind, die für chemische Dampfabscheidungsverfahren verwendet werden.
Es ist daher als vorteilhaft herausgefunden worden, eine Gasinjektionsvorrichtung zu schaffen, die einen entlegenen Verteiler zum Erzeugen einer Gasströmung mit gleichförmiger Geschwindigkeit aufweist, die Gasströmung mit gleichförmiger Geschwindigkeit zu formen, um eine Gasströmung mit geformten Geschwindigkeitsprofil zu schaffen, und den vertikalen Richtungsströmungsvektor in einen horizontalen Strömungsvektor in der Richtung zu ändern, damit die Gasströmung mit geformter Geschwindigkeit in das hohle Innere des Reaktors eingebracht werden kann. Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf gewisse Ausführungsformen derselben besonders beschrieben und dargestellt, es ist jedoch nicht beabsichtigt, daß die Erfindung eng auf diese Ausführungsformen begrenzt ist.

Claims

1. Gasinjektor-Vorrichtung (10) für einen Reaktor zur epitaktischen Abscheidung, die folgendes umfaßt: einen entlegenen Verteiler (12), der eine obere Kammer (50), eine Hauptkammer (54) und eine mit der genannten Hauptkammer (54) verbundene Auslaßöffnung (56) besitzt; ein hohles, röhrenförmiges Element (14), das zumindest eine dort hindurchgehende Öffnung (34) besitzt, mit einer Gasquelle verbunden und koaxial innerhalb der genannten oberen Kammer (50) des genannten entlegenen Verteilers (12) angeordnet ist; ein hohles Zwischenwandelement (40), das eine Mehrzahl von dort hindurchgehenden Öffnungen (36) besitzt, das genannte hohle, röhrenförmige Element (14) koaxial umgibt und koaxial innerhalb der oberen Kammer des genannten entlegenen Verteilers (12) angeordnet ist; ein Plattenelement (16), das eine Mehrzahl von dort hindurchgehenden Öffnungen (38) besitzt und mit dem genannten entlegenen Verteiler (12) derart verbunden ist, daß die genannte Mehrzahl von Öffnungen (38) in dem genannten Plattenelement in Verbindung steht mit der genannten Auslaßöffnung (56), die der genannten Hauptkammer oder dem genannten entlegenen Verteiler (12) zugeordnet ist; Strömungsbeschränkungsmittel (22), die jeder der Mehrzahl von Öffnungen (38) in dem genannten Plattenelement zum Regulieren einer Gasströmung durch jede der genannten Mehrzahl von Öffnungen in dem genannten Plattenelement (16) zugeordnet sind; einen Hauptinjektorkörper (20), der eine obere Fläche (24), eine Frontfläche und eine L-förmige Kammer innerhalb des genannten Hauptinjektorkörpers (20) besitzt, die sowohl mit der genannten oberen Fläche als auch der genannten Frontfläche verbunden ist, wobei der genannte Hauptinjektorkörper mit dem genannten Plattenelement (16) derart verbunden ist, daß die genannte Mehrzahl von Öffnungen (38) in dem genannten Plattenelement (16) mit der oberen Fläche (24) und der genannten L-förmigen Kammer des genannten Hauptinjektorkörpers in Verbindung steht.

2. Gasinjektor-Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 1, in der die genannte Hauptkammer (54) des genannten entlegenen Verteilers (12) parallele Wände besitzt.

3. Gasinjektor-Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 1, in der die genannte Mehrzahl von Öffnungen (38) in dem genannten Plattenelement (16) weiterhin eine Mehrzahl von länglichen Spaltöffnungen (28) umfaßt, die längs verlaufend entlang einer Länge des genannten Plattenelements angeordnet sind.

4. Gasinjektor-Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 3, in der die genannten Strömungsbeschränkungsmittel (22) weiterhin eine Mehrzahl von Schließelementen umfaßt, die betrieblich mit jeder der genannten zahlreichen länglichen Spaltöffnungen zum Anpassen der Größe der Öffnung von jeder der genannten länglichen Spaltöffnungen verbunden ist.

5. Gasinjektor-Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 4, in der die genannte obere Fläche des genannten Hauptinjektorkörpers (20) weiterhin eine Mehrzahl von länglichen Spaltöffnungen umfaßt, die mit der genannten Mehrzahl von länglichen Spaltöffnungen in dem genannten Plattenelement (16) und mit der genannten L-förmigen Kammer des genannten Hauptinjektorkörpers (20) in Verbindung steht.

6. Gasinjektor-Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 3, in der die genannte Frontfläche des Hauptinjektorkörpers (20) weiterhin eine horizontal angeordnete Gasinjektionsöffnung umfaßt, die mit der genannten L-förmigen Kammer des genannten Hauptinjektorkörpers (20) in Verbindung steht.

7. Gasinjektor-Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 6, in der der Hauptinjektorkörper (20) weiterhin ein Zwischenöffnungsstück umfaßt, das zwischen jeder der genannten Mehrzahl von länglichen Spaltöffnungen (38) angeordnet ist und von der genannten oberen Fläche bis zu der genannten horizontal angeordneten Gasinjektoröffnung in dem genannten Hauptinjektionskörper (20) reicht.

8. Vorrichtung zum epitaktischen Abscheiden mit einer Reaktionskammer für einzelne Substratbehandlung, die einen Reaktionskammereinlaß, eine Gasinjektor-Vorrichtung (10) zum Injizieren zumindest eines reaktanten und/oder eines Trägergases in den Einlaß der Reaktionskammer besitzt, wobei die genannte Gasinjektor-Vorrichtung folgendes umfaßt: einen Gasinjektorkörper (20), der eine Frontplatte, eine Rückplatte, ein Paar gegenüberliegender Randteile, einen geschlossenen Boden und eine offene Oberseite besitzt, die eine im wesentlichen hohle Kammer (54) darin umgrenzen; ein längliches Plattenelement, das betrieblich über der genannten offenen Oberseite angeordnet werden kann, wobei das genannten längliche Plattenelement weiterhin Öffnungsmittel aufweist, die betrieblich in dem genannten länglichen Plattenelement und den damit verbundenen Strömungsbeschränkungsmitteln angeordnet sind, zum Formen des Geschwindigkeitsprofils des genannten dort hindurchgehenden Gases und zum Abgeben eines vorherbestimmt geformten Geschwindigkeitsprofils des genannten Gases, das durch das genannte hohle Innere hindurchgeht und in den Einlaß der genannten Reaktionskammer durch die genannten Auslaßöffnungsmittel der genannten Frontplatte geliefert wird; Mittel zum Liefern eines Stroms von im allgemeinen gleichförmiger Geschwindigkeit des genannten Gases zu den genannten Öffnungsmitteln des genannten länglichen Plattenelements hin; und Auslaßöffnungsmittel, die betrieblich in der genannten Frontplatte angeordnet sind, zum Liefern des genannten Gases in den genannten Einlaß der genannten Reaktionskammer.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, in der die hohle, innenliegende Kammer des genannten Gasinjektorkörpers eine L-förmige Kammer umfaßt, die mit der genannten Frontplatte und der genannten offenen Oberseite in Verbindung steht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, in der der genannte Gasinjektorkörper weiterhin eine Mehrzahl von länglichen Spaltöffnungen umfaßt, die längs verlaufend angeordnet sind in der genannten offenen Oberseite und die mit den genannten Öffnungsmitteln des genannten länglichen Plattenelements verbunden sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, in der die genannten Strömungsbeschränkungsmittel weiterhin eine Mehrzahl von Schließelementen umfaßt, die beweglich mit jeder der Mehrzahl der länglichen Spaltöffnungen zum Anpassen der Größe der Öffnung von jeder der genannten länglichen Spaltöffnungen verbunden ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, in der die genannten Mittel zum Liefern eines Stroms von im allgemeinen gleichförmiger Geschwindigkeit weiterhin folgendes umfassen: einen entlegenen Verteiler, der eine obere Kammer, eine Hauptkammer und eine Auslaßöffnung besitzt, die mit der genannten Hauptkammer verbunden ist; ein hohles, röhrenförmiges Element, das zumindest eine dort hindurchgehende Öffnung besitzt, wobei das hohle, röhrenförmige Element mit einer Gasquelle verbunden und koaxial innerhalb der genannten oberen Kammer des entlegenen Verteilers angeordnet ist; und ein hohles Zwischenwandelement, das eine Mehrzahl von dort hindurchgehenden Öffnungen besitzt, das koaxial das genannte hohle, röhrenförmige Element umgibt und koaxial innerhalb der genannten oberen Kammer des genannten entlegenen Verteilers angeordnet ist.

13. Verfahren zum Herstellen und Injizieren eines Gasstroms, der ein ausgeformtes Geschwindigkeitsprofil hat, in einem Reaktor zur epitaktischen Abscheidung, der ein im wesentlichen hohles Inneres, einen innerhalb des Inneren der Reaktionskammer angeordneten Suszeptor, einen Gaseinlaß in die Reaktionskammer, eine Gasquelle und einen Injektor aufweist, der eine Hauptkammer, einen nach unten angeordneten Gasverteilungskanal, eine Strömungsrichteinrichtung, die betrieblich an einem unteren Ende des Gasverteilungskanals angeordnet ist, und einen länglichen Auslaßspalt in einer Vorderfläche der Reaktionskammer besitzt, das die folgenden Schritte umfaßt: Verteilen eines reaktanten Gases vertikal nach unten innerhalb des hohlen Inneren der Hauptkammer; Vorsehen einer Mehrzahl von wählbar dimensionierten Öffnungen in einem Plattenelement zum Trennen der Hauptkammer von dem hohlen Inneren des Gasinjektors;

Führen des reaktanten Gases vertikal nach unten durch die genannten dimensionierten Öffnungen des genannten Plattenelements, wodurch ein Geschwindigkeitsprofil des genannten Gasstroms geformt wird; Führen des Gasstroms mit ausgeformtem Geschwindigkeitsprofil vertikal nach unten in die Strömungsrichteinrichtung; Umlenken des genannten Gasstroms mit ausgeformtem Geschwindigkeitsprofil lotrecht zu seinem vertikal nach unten weisenden Vektor in der genannten Strömungsrichteinrichtung; und Ausstoßen des genannten umgelenkten Gasstroms mit ausgeformtem Geschwindigkeitsprofil durch den Auslaßspalt in die Frontplatte des Gasinjektors, wodurch ein Gasstrom mit ausgeformtem Geschwindigkeitsprofil in die Reaktionskammer des Reaktors eingebracht wird.