EP3510178A1 - Cvd-reaktor und verfahren zum reinigen eines cvd-reaktors - Google Patents

Cvd-reaktor und verfahren zum reinigen eines cvd-reaktors

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EP3510178A1
EP3510178A1 EP17769005.4A EP17769005A EP3510178A1 EP 3510178 A1 EP3510178 A1 EP 3510178A1 EP 17769005 A EP17769005 A EP 17769005A EP 3510178 A1 EP3510178 A1 EP 3510178A1
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EP
European Patent Office
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metal
gas
process chamber
cleaning
passivation layer
Prior art date
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Pending
Application number
EP17769005.4A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Marcel Kollberg
Wilhelm Josef Thomas KRÜCKEN
Francisco Ruda Y Witt
Markus Deufel
Mike PFISTERER
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Aixtron SE
Original Assignee
Aixtron SE
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4401—Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber
    • C23C16/4405—Cleaning of reactor or parts inside the reactor by using reactive gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/301—AIII BV compounds, where A is Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C23C16/303—Nitrides

Definitions

  • the invention relates to a CVD reactor with a susceptor which can be heated by a heating device, for receiving one or more substrates to be coated, with a gas inlet element for introducing a process gas into a process chamber arranged between a process chamber cover and the susceptor, the gas inlet element contains at least one metal, in particular stainless steel component, the at least one coming into contact with the process gas metal, especially stainless steel surface, at least one cooling channel for cooling the gas inlet member, at least one ne fed from a process gas inlet process gas inlet opening for introducing the one or more reactive Gas having process gas into the process chamber and a supplied from a cleaning gas supply line cleaning gas inlet opening for introducing a cleaning gas into the process chamber.
  • the invention further relates to a method for cleaning a process chamber of a CVD reactor, wherein in a cleaning step by introducing a cleaning gas into the process chamber at least a first deposition step by introducing at least one first reactive gas into the process chamber formed deposits on the surface of a susceptor by a chemical reaction with the cleaning gas at a first temperature, which is an elevated temperature, are converted into volatile components, which are transported out of the process chamber by means of a carrier gas, wherein the process chamber at least one stainless steel component, at least a metal, in particular stainless steel surface coming into contact with the process gas, has at least one cooling channel for cooling the gas inlet member, at least one of a process gas supply fed process gas inlet opening for introducing one or more reactive gases into the process chamber and a cleaning gas supplied from a cleaning gas inlet opening for introducing the cleaning gas into the process chamber.
  • a CVD reactor in which by means of a gas inlet member, an organometallic compound of the III main group and a hydride of the V main group are fed separately into a process chamber.
  • the process chamber has a bottom that is formed by a susceptor on which substrates rest, which are coated with reaction products of the two process gases, for example with GaN or other III-V semiconductor layers.
  • the process gases decompose thereby on hot surfaces within the process chamber, thus not only on the substrates, but also on the remaining spaces between the substrates.
  • the assignments there must be cleaned from time to time, in particular after each production cycle. For this purpose, a cleaning gas is fed into the process chamber through a separate gas inlet opening.
  • the cleaning gas is preferably chlorine, which is introduced into the process chamber together with nitrogen. There, with the aid of the etching gas at elevated temperatures, for example. At temperatures above 600 ° C, the deposits are converted into volatile chemical compounds, which are removed by means of the carrier gas from the process chamber.
  • a process is described, such as by applying stainless steel components within a process chamber to the surface thereof with an organometallic compound. Bonding and then provided with ambient air with a passivation layer.
  • This passivation layer has the property of preventing metal atoms from releasing from the stainless steel surface during a deposition step and being incorporated into the layer to be deposited.
  • the passivation layer is removed, so that it must be reapplied after the cleaning step. This is considered disadvantageous.
  • the prior art further includes a WO 2013/033428 A2, in which a cleaning method for cleaning the process chamber of an MOCVD
  • a cleaning plate is to be brought against a designed as a show-erhead gas inlet member.
  • an annular gap is to form, through which a gas flows, so that forms a diffusion barrier and prevents the cleaning gas comes into contact with the gas outlet surface of the showerhead.
  • US 6,060,397 describes a method for cleaning the process chamber of a CVD reactor using N 2 , C 2 F 6 and O 2 , wherein a plasma is generated from these cleaning gases with a plasma generator.
  • US 2011/0162674 AI describes a method to remove TiN residues from a process chamber of a CVD reactor. The cleaning gas used here is chlorine, which is activated with a plasma generator to form an etching plasma.
  • US 2012/0171797 A1 describes an apparatus and a method for depositing GaN or AlGaN layers for producing light-emitting diodes. As dopant Cyklopentadienylmagnesium is used.
  • US 2013/0005118 A1 describes a method for depositing III-V layers using a MOCVD reactor, which is cleaned after a deposition step by introducing chlorine, wherein the cleaning of the process chamber takes place at elevated temperatures.
  • an ALD method in which alternately different gases are introduced into a process chamber, wherein in each case only a monolayer deposits on a substrate. Two consecutively separated different monolayers should react with each other.
  • a metal surface of the process chamber is to be passivated, wherein initially an aluminum-containing organic starting material in the process chamber and then an oxygen donor is introduced into the process chamber, so that forms in a reaction alumina.
  • the invention has the object of developing the known cleaning method for cleaning a CVD reactor for use in MOCVD reactors in which the cleaning gas exposed metal surfaces have been provided in a conditioning step with a passivation layer and a usable for this purpose CVD Specify reactor.
  • a CVD reactor is used in which the metal surfaces coming into contact with the process gas are provided with a passivation layer.
  • a metal surface without a passivation layer has on its surface metal atoms which can come into reactive contact with one of the reactive gases, so that these metal atoms are peeled off. This is prevented with the passivation layer.
  • the metal component is, in particular, an alloy consisting of a plurality of metallic elements.
  • the alloy contains in particular iron. It is especially stainless steel.
  • a stainless steel surface not provided with a passivation layer has both iron and chromium atoms on its surface.
  • the metal-organic compounds used in the deposition of III-V layers and in particular doped III-V layers occurs on the metal, especially stainless steel surface to a chemical reaction of the organometallic compound with the local metal atoms, in which metal atoms of the Dissolve surface and enter as an organometallic compound in the gas phase within the process chamber.
  • the metal thus dissolved out of the surface of the alloy, in particular the stainless steel surface, in particular iron, can be installed in an undesired manner into the layer to be deposited on the substrate. Therefore, according to the invention, the metal or stainless steel components which come into contact with the process gas are provided with a passivation layer which at least impedes this detachment process.
  • the untreated, but cleaned stainless steel surface is exposed for a certain treatment time with an organometallic, gaseous compound.
  • an organometallic, gaseous compound which is preferably Cp 2 Mg.
  • the metal, in particular iron atoms of the organometallic compound which is preferably Cp 2 Mg.
  • the pretreated metal, in particular stainless steel surface is exposed to the ambient air, so that on the surface magnesium oxide, magnesium hydroxide or magnesium carbonate can form.
  • the gas inlet member is cooled in such a way that the surfaces of the metal, in particular stainless steel components exposed to the cleaning gas exceed a maximum temperature.
  • organometallic passivation layer or one consisting of oxides instead of such, in particular organometallic passivation layer or one consisting of oxides
  • Passivation layer it is also envisaged to coat the metal surface with a metal layer, in particular to nickel or chrome plating.
  • the metal coating can be applied by electroplating. It can also be vapor-deposited. It is preferably a coating of chromium or nickel. The coating can also consist of a precious metal.
  • the provided with a passivation layer metal, in particular stainless steel components preferably reach a maximum temperature of 100 ° C, more preferably a maximum temperature of 70 ° C.
  • the cleaning step takes place at temperatures of at least 600 ° C.
  • the process chamber is heated in the cleaning step to at least 700 ° C.
  • the gas inlet member has at least one metal component, in particular a stainless steel component.
  • the metal component in particular the stainless steel component, may have a surface which is electropolied. In electropolishing, the surface is substantially preferably smoothed so that the effective size of the surface is reduced.
  • the metal, in particular stainless steel component has a cooling channel for cooling the gas inlet member and a surface facing the process chamber. In the pointing to the process chamber surface of the metal, in particular stainless steel component are process gas inlet openings for introducing one or more reactive gases into the process chamber, which in depositing the The above-mentioned III-V layers serve as starting materials.
  • the metal, in particular stainless steel component also has a cleaning gas inlet opening for introducing a cleaning gas into the process chamber.
  • the cleaning gas may be chlorine. But it can also be a gas whose molecules have a halogen.
  • the one or more process gas inlet openings are connected to one or more process gas supply lines, so that separate process gases can be fed into the process chamber separately, which mix only within the process chamber.
  • the gas inlet member may be arranged in the center of a rotationally symmetrical about an axis designed process chamber, so that the process gases move in the radial direction through the process chamber.
  • the gas inlet member has in a vertical direction extending gas outlet openings for the exit of the process gas.
  • the process gas emerging from the gas inlet member flows through the process chamber between two walls, wherein a wall is formed by a susceptor lying substantially in a horizontal plane and a wall parallel thereto by a process chamber ceiling.
  • the feed of the cleaning gas is carried out by cleaning gas inlet openings, which are preferably associated with the process chamber ceiling.
  • the cleaning gas inlet openings may be arranged in a uniform circumferential distribution around the gas inlet member, wherein the annular zone in which the cleaning gas inlet openings are arranged, the gas inlet member may be immediately adjacent.
  • a directed cleaning gas stream preferably flows into the process chamber.
  • the cleaning gas inlet openings or an axis defining the flow direction have an angle through a cleaning gas inlet opening to a further axis directed transversely to the flow direction, the angle between the two axes being between 0 and 60 degrees.
  • the exiting from the cleaning gas inlet openings cleaning gas flow thus has a flow direction component, which is directed away from the gas inlet member.
  • the cleaning gas inlet opening is inclined relative to a vertical axis by 0 to 60 degrees, wherein preferably the angle of inclination is greater than 0 degrees and chosen so that as far as possible the cleaning gas in the direction of the gaatlassorgans back-carrying vortex form.
  • the gas inlet member may also have the shape of a showerhead.
  • the gas inlet member forms in this case, the process chamber ceiling and has a plurality of evenly arranged on the process chamber ceiling gas inlet openings through which one or more process gases can enter the process chamber.
  • the at least one cooling channel is arranged in such a way and flows through in such a way with a coolant, that the surface of the gas inlet member facing the process chamber does not become warmer than 100 ° C.
  • the passivation layer which is preferably at most 3 nm thick, is applied in at least one conditioning step, wherein each conditioning step comprises two substeps, namely a first step in which the organometallic compound is fed together with a carrier gas and a second substep in which air or an air-like gas mixture in the process chamber is introduced or the process chamber is only opened so that air or an air-like gas mixture can act on the metal, in particular stainless steel component. Between each of these sub-steps, a rinsing step may be provided.
  • the individual conditioning steps of the plurality of conditioning steps can likewise be separated in time by a rinsing step.
  • the surface can be heated to a temperature of more than 40 ° C.
  • metals for the metal component are not only alloys such as stainless steel, but also other, especially iron-containing alloys into consideration, but also those alloys that are suitable for use in a CVD reactor, for example.
  • the passivation layer can according to a development of the invention also simultaneously with the cleaning step, ie simultaneously with the introduction of chlorine generated. An already existing passivation layer can also be stabilized in the cleaning step.
  • the cleaning gas inlet openings are arranged such that the cleaning gas comes into contact with the metal surface or the passivation step in the cleaning step. However, there is no chemical reaction with the passivation layer.
  • the passivation layer is produced along with a chemical reaction of an organometallic component with the metal surface.
  • Fig. 2 also a partial section and a 180 ° drawn therein
  • a CVD reactor of the type described above is basically known from DE 10 2015 101 462 A1 and the literature cited therein and in particular cited.
  • the CVD reactor has a gas-tight housing to the outside, which is evacuated by means of a vacuum pump. Within the housing there is a process chamber 21.
  • the process chamber 21 has a process chamber bottom which is formed by a susceptor 2 made of coated graphite. On the susceptor 2, a multiplicity of substrates 4 are formed. which are coated in a CVD deposition process with a III-V layer, for example. GaN.
  • a heater 3 which heats the surface of the susceptor 2 facing the process chamber 21 to process temperatures which may be in the range between 700.degree. C. and 1200.degree.
  • the gas inlet element 1 is an essentially cylindrical body with gas inlet openings 8, 10, 12 arranged on the cylinder jacket wall for introducing various reactive gases, for example organometallic compounds and hydrides from the interior of the gas inlet element 1 into the process chamber surrounding the gas inlet element 1 21.
  • a directly above the susceptor 2 in the process chamber 21 opening gas inlet opening 8 is fed by a process gas supply line 7.
  • a directly below the process chamber ceiling 19 arranged inlet opening 12 is fed by a process gas supply line 11.
  • Intermediate gas inlet openings 10 are fed by a process gas supply line 9.
  • the outer surface of the portion of the gas inlet member 1, which has the process gas inlet openings 8, 10, 12, are stainless steel surfaces, which are provided with a passivation layer.
  • the passivation layer is applied before the first CVD deposition step.
  • a cooling chamber 17 in which by a coolant supply line 16, a coolant, for example. Water is fed, which flows out through a coolant discharge line 18 from the cooling channel 17. While the cooling channel 17 is arranged in the region of the susceptor 2, a further cooling channel 14 in the region of the process chamber ceiling 19 is arranged. This cooling channel 14 is fed with a coolant supply line 13. The coolant leaves the cooling channel 14 through a coolant outlet 15.
  • a device for feeding a cleaning gas is provided in the region of the process chamber ceiling 19.
  • An annular cleaning gas distribution chamber 22 is fed by a cleaning supply line 5.
  • the cleaning gas can flow into the process chamber 21 from the annular chamber.
  • the cleaning gas inlet openings 6 are arranged in the region of the process chamber ceiling 19.
  • the cleaning gas inlet openings 6 lie in a circular zone, which is directly adjacent to the gas inlet member 1.
  • the cleaning gas inlet openings 6 generate a directed gas stream into the process chamber 21, this gas stream having a flow direction component which is directed away from the gas inlet element 1.
  • the susceptor 2 and the process chamber ceiling 19 extend in a common plane, in particular a horizontal plane.
  • the surface normal to this plane can then be a vertical axis.
  • the cleaning gas inlet openings 6 have an axis which is directed at an acute angle to the surface normal, that is to say preferably to the vertical axis.
  • the angle of the axis of the cleaning gas inlet opening 6 to this transverse to the flow direction of the exiting the gas inlet member 1 process gas axis is 0 to 60 degrees. A preferred angle is 25 degrees.
  • the cleaning gas inlet openings 6, which are arranged in a uniform angular distribution about a center axis of the process chamber, preferably generate flows which emerge along an imaginary frustoconical surface from a gas outlet zone of the process chamber ceiling.
  • the stainless steel surfaces of the gas inlet member 1 are passivated. If other stainless steel surfaces are provided in the process chamber which can come into contact with one of the process gases, these stainless steel surfaces are also passivated. The passivation can be done by a coating.
  • the coating can be a metal coating, for example a chromium coating or a nickel coating.
  • the metal component 20 can therefore be chromed or nickel-plated.
  • the stainless steel surface may be electropolished to make it more resistant to chlorine attack. A preferred method for creating a passivation layer is described below:
  • a metal organic compound for example. Magnesocene is fed into the process chamber 21, so that magnesocene comes into contact with the stainless steel surface.
  • a second step after rinsing the process chamber 21, ambient air is introduced into the process chamber or the process chamber is opened so that ambient air can come into contact with the stainless steel surface. This sequence of steps is repeated several times with an intermediate rinsing step until a sufficiently thick or sufficiently closed passivation layer is formed. During conditioning, there are no substrates 4 in the process chamber 21.
  • the substrates 4 are introduced into the process chamber 21 after conditioning. Then, a III-V layer sequence is deposited on the substrates 4 in the known manner. After the completion of the deposition process and the removal of the substrates 4 from the process chamber 21, the process chamber is cleaned. For cleaning the process chamber 21, a mixture of chlorine and nitrogen through the cleaning gas inlet 5 and the cleaning gas inlet opening 6 is fed into the process chamber 21. By means of the heater 3, the susceptor 2 is brought to an elevated first temperature, which is at least 700 ° C.
  • the surface of the metal component 20 facing the process chamber 21, which is the lateral surface of the gas inlet member 1 is cooled to a maximum temperature 100 ° C, preferably at most 70 ° C.
  • Nitrogen or another inert gas is passed through the process gas supply lines 7, 9, 11, which flows into the process chamber 21 through the associated process gas inlet openings 8, 10, 12.
  • the isotherm shown in dashed lines in FIG. 2 is formed, in which the gas phase temperature is 100.degree.
  • the surface temperature of the metal component 20 is less than 100 ° C, there is no reaction of the cleaning gas with the applied passivation layer.
  • the volatile metal chlorides which are in the gas phase during the purification step may also contribute to the generation or stabilization of the passivation layer.
  • the pointing to the process chamber 21 surface of the susceptor 2 has a sufficiently high temperature that there, the cleaning gas can chemically react with the assignments, so that form volatile components that can be removed with the carrier gas.
  • the surfaces of the metal component 20 are between two cooled sections of the process chamber 21.
  • a cooled section locally assigned to the susceptor 2.
  • Another cooled section is spatially associated with the process chamber ceiling 19.
  • the metal component 20 has a first end portion which is cooled by a first cooling means and a second portion which is preferably also an end portion which is also cooled.
  • a gas inlet surface which has a plurality of gas inlet openings 8, 10, 12, wherein the gas inlet openings 8, 10, 12 may be arranged on a cylinder jacket surface or on a circular disk surface.
  • a CVD reactor characterized in that at least one metal surface has a passivation layer obstructing the detachment of the metal components of the metal surfaces by one or more reactive gases, and that the cooling channels 14, 17 are arranged so that the passivation layer at a Cleaning step in which a cleaning gas is introduced into the process chamber 21 and in which the susceptor 2 is heated to a first temperature of at least 700 ° C, heated to a maximum of a second temperature of 100 ° C.
  • a method characterized in that, in a conditioning step prior to the first deposition step, a passivation layer is formed on the metal surface which has the effect of detaching metal constituents from the metal surface by the at least one reactive gas and in the cleaning step, the temperature of the metal surface is cooled to a second temperature which is lower than the first temperature, at which the cleaning gas does not react with the passivation layer in a manner impairing the action of the passivation layer.
  • a CVD reactor or a method which is characterized in that the passivation layer is produced in a conditioning step, in which for a first treatment period, first an organometallic compound is fed together with a carrier gas in the process chamber 21 and then for a second Treatment period is brought oxygen, water vapor and / or carbon dioxide having gas or gas mixture in contact with the metal component.
  • a CVD reactor or a process characterized in that the surface of the metal component (20) is electropolished and in particular is an electropolished stainless steel surface.
  • a CVD reactor or a method which are characterized in that the cleaning gas inlet openings (6) at an angle (a) of 0 to 60 degrees, preferably 25 degrees with respect to a transverse axis to the flow direction, in particular vertical axis inclined are. All disclosed features are essential to the invention (individually, but also in combination with one another).
  • the disclosure of the associated / attached priority documents (copy of the prior application) is hereby also incorporated in full in the disclosure of the application, also for the purpose of including features of these documents in claims of the present application.
  • the subclaims characterize with their features independent inventive developments of the prior art, in particular to make on the basis of these claims divisional applications.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Reinigungsverfahren und einen CVD-Reaktor mit einem Gaseinlassorgan (1) zum Einleiten eines Prozessgases in eine zwischen einer Prozesskammerdecke (19) und dem Suszeptor (2) angeordneten Prozesskammer (21), wobei das Gaseinlassorgan (1) mindestens eine Metallkomponente (20) enthält, die zumindest eine mit dem Prozessgas in Berührung kommende Metalloberfläche, insbesondere aus Edelstahl, aufweist.Die Metalloberfläche weist eine ein Ablösen der Metallbestandteile der Metalloberfläche durch ein oder mehrere reaktive Gase behindernde Passivierungsschicht.Die Kühlkanäle (14, 17) sind derart angeordnet, dass sich die Passivierungsschicht bei einem Reinigungsschritt, bei dem als Reinigungsgas Chlor in die Prozesskammer (21) eingeleitet wird und bei dem der Suszeptor (2) auf einer ersten Temperatur von zumindest 700°C aufgeheizt wird, auf maximal eine zweite Temperatur von 100°C aufheizt,wobei die Passivierungsschicht einhergehend mit einer chemischen Reaktion einer metallorganischen Verbindung mit den Metallatomen der Metalloberfläche gebildet ist und die Reinigungsgas-Eintrittsöffnungen (6) derart angeordnet sind, dass das Reinigungsgas mit der die Passivierungsschicht aufweisenden Metalloberfläche in Berührung tritt.Die Passivierungsschicht wird in einem Konditionierschritt erzeugt, bei dem für eine erste Behandlungsdauer zunächst eine metallorganische Verbindung zusammen mit einem Trägergas in die Prozesskammer (21) eingespeist wird und anschließend für eine zweite Behandlungsdauer Luft in Kontakt zu der Metallkomponente gebracht wird.

Description

Beschreibung
CVD-Reaktor und Verfahren zum Reinigen eines CVD-Reaktors Gebiet der Technik
[0001] Die Erfindung betrifft einen CVD-Reaktor mit einem von einer Heizeinrichtung aufheizbaren Suszeptor, zur Aufnahme eines oder mehrerer zu beschichtender Substrate, mit einem Gaseinlassorgan zum Einleiten eines Pro- zessgases in eine zwischen einer Prozesskammerdecke und dem Suszeptor angeordneten Prozesskammer, wobei das Gaseinlassorgan mindestens eine Metall-, insbesondere Edelstahlkomponente enthält, die zumindest eine mit dem Prozessgas in Berührung kommende Metall-, insbesondere Edelstahloberfläche, zumindest einen Kühlkanal zum Kühlen des Gaseinlassorganes, zumindest ei- ne von einer Prozessgaszuleitung gespeiste Prozessgas-Eintrittsöffnung zum Einleiten des ein oder mehrere reaktive Gase aufweisenden Prozessgases in die Prozesskammer und eine von einer Reinigungsgaszuleitung gespeiste Reinigungsgas-Eintrittsöffnung zum Einleiten eines Reinigungsgases in die Prozesskammer aufweist. [0002] Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Reinigen einer Prozesskammer eines CVD-Reaktors, bei dem in einem Reinigungs schritt durch Einleiten eines Reinigungsgases in die Prozesskammer sich bei zumindest einem ersten Abscheidungsschritt durch Einleiten zumindest eines ersten reaktiven Gases in die Prozesskammer gebildete Beläge auf der Oberfläche eines Sus- zeptors durch eine chemische Reaktion mit dem Reinigungsgas bei einer ersten Temperatur, die eine erhöhte Temperatur ist, in flüchtige Komponenten umgewandelt werden, die mittels eines Trägergases aus der Prozesskammer heraustransportiert werden, wobei die Prozesskammer mindestens eine Edelstahlkomponente, die zumindest eine mit dem Prozessgas in Berührung kommende Metall-, insbesondere Edelstahloberfläche aufweist, zumindest einen Kühlkanal zum Kühlen des Gaseinlassorgans, zumindest eine von einer Prozessgaszuleitung gespeiste Prozessgas-Eintrittsöffnung zum Einleiten eines oder mehrerer reaktiver Gase in die Prozesskammer und eine von einer Reinigungsgaszuleitung gespeiste Reinigungsgas-Eintrittsöffnung zum Einleiten des Reinigungs- gases in die Prozesskammer aufweist.
Stand der Technik
[0003] Aus der DE 10 2015 101 462 AI ist ein CVD-Reaktor vorbekannt, bei dem mittels eines Gaseinlassorganes eine metallorganische Verbindung der III- Hauptgruppe und ein Hydrid der V-Hauptgruppe getrennt voneinander in eine Prozesskammer eingespeist werden. Die Prozesskammer besitzt einen Bo- den, der von einem Suszeptor gebildet wird, auf dem Substrate aufliegen, die mit Reaktionsprodukten der beiden Prozessgase beschichtet werden, also beispielsweise mit GaN oder anderen III-V-Halbleiterschichten. Die Prozessgase zerlegen sich dabei an heißen Oberflächen innerhalb der Prozesskammer, also nicht nur auf den Substraten, sondern auch auf den zwischen den Substraten verbleibenden Zwischenräumen. Die dortigen Belegungen müssen von Zeit zu Zeit, insbesondere nach jedem Fertigungszyklus gereinigt werden. Hierzu wird durch eine gesonderte Gaseintrittsöffnung ein Reinigungsgas in die Prozesskammer eingespeist. Bei dem Reinigungsgas handelt es sich bevorzugt um Chlor, das zusammen mit Stickstoff in die Prozesskammer eingeleitet wird. Dort werden mit Hilfe des Ätzgases bei erhöhten Temperaturen, bspw. bei Temperaturen oberhalb von 600°C, die Beläge in flüchtige chemische Verbindungen umgewandelt, die mittels des Trägergases aus der Prozesskammer entfernt werden.
[0004] In einer nicht vorveröffentlichten DE 10 2016 114 183 wird ein Verfah- ren beschrieben, wie durch eine Beaufschlagung von Edelstahlbauteilen innerhalb einer Prozesskammer deren Oberfläche mit um eine metallorganische Ver- bindung und anschließend mit Umgebungsluft mit einer Passivierungsschicht versehen wird. Diese Passivierungsschicht hat die Eigenschaft, zu verhindern, dass sich bei einem Abscheideschritt Metallatome aus der Edelstahl Oberfläche freisetzen und in die abzuscheidende Schicht eingebaut werden. Beim Reini- gungsschritt, bei dem auch die Edelstahlbauteile auf eine erhöhte Temperatur aufgeheizt werden, wird die Passivierungsschicht entfernt, so dass sie nach dem Reinigungsschritt wieder aufgebracht werden muss. Dies wird als nachteilhaft angesehen.
[0005] Zum Stand der Technik gehört ferner eine WO 2013 / 033428 A2, in der ein Reinigungsverfahren zum Reinigen der Prozesskammer eines MOCVD-
Reaktors beschrieben wird. Dort soll eine Reinigungsplatte gegen ein als Show- erhead ausgebildetes Gaseinlassorgan gebracht werden. Dabei soll sich ein Ringspalt ausbilden, durch den ein Gas hindurchströmt, so dass sich eine Diffusionsbarriere bildet und verhindert wird, dass das Reinigungsgas in Kontakt mit der Gasaustrittsfläche des Showerheads tritt.
[0006] Die US 6,060,397 beschreibt ein Verfahren zum Reinigen der Prozesskammer eines CVD-Reaktors unter Verwendung von N2, C2F6 und O2, wobei mit einem Plasmagenerator aus diesen Reinigungsgasen ein Plasma erzeugt wird. [0007] Die US 2011 / 0162674 AI beschreibt ein Verfahren, um TiN-Rückstände aus einer Prozesskammer eines CVD-Reaktors zu entfernen. Als Reinigungsgas wird hier Chlor verwendet, das mit einem Plasmagenerator zu einem Ätz- Plasma aktiviert wird. [0008] Die US 2012/0171797 AI beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abscheiden von GaN bzw. AlGaN-Schichten zur Herstellung von Leuchtdioden. Als Dotierstoff wird Cyklopentadienylmagnesium verwendet.
[0009] Die US 2013/0005118 AI beschreibt ein Verfahren zum Abscheiden von III-V-Schichten unter Verwendung eines MOCVD-Reaktors, welcher nach einem Abscheideschritt durch Einleiten von Chlor gereinigt wird, wobei das Reinigen der Prozesskammer bei erhöhten Temperaturen erfolgt.
[0010] Aus der US 2016 / 0020071 ist ein ALD- Verfahren bekannt, bei dem abwechselnd voneinander verschiedene Gase in eine Prozesskammer eingebracht werden, wobei sich jeweils nur eine Monolage auf einem Substrat abscheidet. Zwei aufeinanderfolgend abgeschiedene verschiedene Monolagen sollen miteinander reagieren. Mit diesem Verfahren soll auch eine Metalloberfläche der Prozesskammer passiviert werden, wobei zunächst ein Aluminium enthaltender organischer Ausgangsstoff in die Prozesskammer und anschließend ein Sauerstoffspender in die Prozesskammer eingebracht wird, so dass sich in einer Reaktion Aluminiumoxid bildet.
Zusammenfassung der Erfindung
[0011] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Reinigungsverfahren zum Reinigen eines CVD-Reaktors für die Verwendung bei MOCVD- Reaktoren weiterzubilden, bei denen dem Reinigungsgas ausgesetzte Metall- Oberflächen in einem Konditionierschritt mit einer Passivierungsschicht versehen worden sind und einen hierzu verwendbaren CVD-Reaktor anzugeben.
[0012] Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung, wobei die Unteransprüche nicht nur vorteilhafte Weiterbildungen der nebengeordneten Ansprüche, sondern auch eigenständige Lösungen der Aufgabe darstellen.
[0013] Erfindungs gemäß wird ein CVD-Reaktor verwendet, bei dem die mit dem Prozessgas in Berührung kommenden Metalloberflächen mit einer Passi- vierungsschicht versehen sind. Eine Metalloberfläche ohne Passivierungs- schicht besitzt an ihrer Oberfläche Metallatome, die in reaktiven Kontakt zu einem der reaktiven Gase kommen können, so dass diese Metallatome abgelöst werden. Mit der Passivierungsschicht wird dies verhindert. Bei der Metallkomponente handelt es sich insbesondere um ein aus mehreren metallischen Ele- menten bestehende Legierung. Die Legierung enthält insbesondere Eisen. Sie ist insbesondere Edelstahl. Eine nicht mit einer Passivierungsschicht versehene Edelstahloberfläche hat auf ihrer Oberfläche sowohl Eisen- als auch Chrom- Atome. Bei einigen der bei der Abscheidung von III-V-Schichten und insbesondere dotierten III-V-Schichten verwendeten metallorganischen Verbindungen kommt es auf der Metall-, insbesondere Edelstahloberfläche zu einer chemischen Reaktion der metallorganischen Verbindung mit dem dortigen Metallatomen, bei denen sich Metallatome von der Oberfläche lösen und als metallorganische Verbindung in die Gasphase innerhalb der Prozesskammer gelangen. Das so aus der Oberfläche der Legierung, insbesondere der Edelstahloberfläche herausgelöste Metall, insbesondere Eisen, kann in ungewollter Weise in die auf dem Substrat abzuscheidende Schicht eingebaut werden. Erfindungsgemäß werden deshalb die Metall- oder Edelstahlkomponenten, die mit dem Prozessgas in Berührung kommen, mit einer Passivierungsschicht versehen, die diesen Ablöseprozess zumindest behindert. In einem bevorzugten Verfahren zur Pas- sivierung der Metall-, insbesondere Edelstahloberfläche wird die unbehandelte, jedoch gereinigte Edelstahloberfläche für eine bestimmte Behandlungsdauer mit einer metallorganischen, gasförmigen Verbindung beaufschlagt. Während dieser ersten Behandlungszeit, die bei einer geeigneten Temperatur, bspw. einer erhöhten Temperatur, vorgenommen wird, erfolgt ein Austausch der Me- tallatome durch die Metall-, insbesondere Eisenatome der metallorganischen Verbindung, bei der es sich bevorzugt um Cp2Mg handelt. In einem zweiten Schritt wird die so vorbehandelte Metall-, insbesondere Edelstahloberfläche der Umgebungsluft ausgesetzt, so dass sich an der Oberfläche Magnesium-Oxid, Magnesium-Hydrooxid oder Magnesium-Carbonat bilden kann. Um zu vermeiden, dass diese Passivierungsschicht beim Reinigen des Suszeptors geätzt wird, wird das Gaseinlassorgan derart gekühlt, dass die dem Reinigungsgas ausgesetzten Oberflächen der Metall-, insbesondere Edelstahlkomponenten eine Maximaltemperatur überschreiten. Anstelle einer derartigen, insbesondere metallorganischen Passivierungsschicht oder einer aus Oxyden bestehenden
Passivierungsschicht ist es auch vorgesehen, die Metalloberfläche mit einer Metallschicht zu beschichten, insbesondere zu vernickeln oder zu verchromen. Die Metallbeschichtung kann galvanisch aufgetragen werden. Sie kann aber auch aufgedampft werden. Bevorzugt handelt es sich um eine Beschichtung aus Chrom oder Nickel. Die Beschichtung kann aber auch aus einem Edelmetall bestehen. Die mit einer Passivierungsschicht versehenen Metall-, insbesondere Edelstahlkomponenten erreichen bevorzugt maximal eine Temperatur von 100°C, besonders bevorzugt maximal eine Temperatur von 70°C. Der Reinigungsschritt erfolgt bei Temperaturen von zumindest 600°C. Bevorzugt wird die Prozesskammer beim Reinigungsschritt auf zumindest 700°C aufgeheizt. Bei einem erfindungsgemäßen CVD-Reaktor besitzt das Gaseinlassorgan zumindest eine Metall-, insbesondere Edelstahlkomponente. Die Metall-, insbesondere Edelstahlkomponente kann eine Oberfläche aufweisen, die elektropo- liert ist. Beim Elektropolieren wird die Oberfläche im Wesentlichen bevorzugt geglättet, so dass die effektive Größe der Oberfläche vermindert wird. Die Metall-, insbesondere Edelstahlkomponente besitzt einen Kühlkanal zum Kühlen des Gaseinlassorgans und eine Oberfläche, die zur Prozesskammer weist. In der zur Prozesskammer weisenden Oberfläche der Metall-, insbesondere Edelstahlkomponente befinden sich Prozessgas-Eintrittsöffnungen zum Einleiten eines oder mehrerer reaktiver Gase in die Prozesskammer, die beim Abscheiden der oben genannten III-V-Schichten als Ausgangsstoffe dienen. Die Metall-, insbesondere Edelstahlkomponente besitzt darüber hinaus eine Reinigungsgas- Eintritts Öffnung zum Einleiten eines Reinigungsgases in die Prozesskammer. Bei dem Reinigungsgas kann es sich um Chlor handeln. Es kann sich aber auch um ein Gas handeln, dessen Moleküle ein Halogen besitzen. Die ein oder mehreren Prozessgas-Eintrittsöffnungen sind mit ein oder mehreren Prozessgaszuleitungen verbunden, so dass in die Prozesskammer getrennt voneinander verschiedene Prozessgase eingespeist werden können, die sich erst innerhalb der Prozesskammer mischen. Das Gaseinlassorgan kann im Zentrum einer um eine Achse rotations symmetrisch gestalteten Prozesskammer angeordnet sein, so dass sich die Prozessgase in radialer Richtung durch die Prozesskammer bewegen. Das Gaseinlassorgan besitzt sich in einer Vertikalrichtung erstreckende Gasaustrittsöffnungen zum Austritt des Prozessgases. Das aus dem Gaseinlassorgan austretende Prozessgas durchströmt die Prozesskammer zwischen zwei Wänden, wobei eine Wand von einem im Wesentlichen in einer Horizontalebene liegenden Suszeptor und eine dazu parallele Wand von einer Prozesskammerdecke ausgebildet wird. Die Einspeisung des Reinigungsgases erfolgt durch Reinigungsgas-Eintrittsöffnungen, die bevorzugt der Prozesskammer decke zugeordnet sind. Die Reinigungsgas-Eintrittsöffnungen können in gleichmäßiger Umfangsverteilung um das Gaseinlassorgan angeordnet sein, wobei die Ringzone, in welcher die Reinigungsgas-Eintrittsöffnungen angeordnet sind, dem Gaseinlassorgan unmittelbar benachbart sein kann. Aus den Reinigungsgas- Eintritts Öffnungen strömt bevorzugt ein gerichteter Reinigungsgasstrom in die Prozesskammer. Hierzu besitzen die Reinigungsgas-Eintrittsöffnungen bzw. eine die Strömungsrichtung definierende Achse durch eine Reinigungsgas- Eintrittsöffnung einen Winkel zu einer quer zur Strömungsrichtung gerichteten weiteren Achse, wobei der Winkel zwischen den beiden Achsen zwischen 0 und 60 Grad liegt. Der aus den Reinigungsgas-Eintrittsöffnungen austretende Reinigungs gas ström besitzt somit eine Strömungsrichtungskomponente, die vom Gaseinlassorgan weg gerichtet ist. Wenn die aus dem Gaseinlassorgan austretende Prozessgasströmung in einer Horizontalrichtung gerichtet ist, ist die Reinigungsgas-Eintrittsöffnung gegenüber einer Vertikalachse um 0 bis 60 Grad geneigt, wobei bevorzugt der Neigungswinkel größer als 0 Grad ist und so gewählt, dass sich möglichst keine das Reinigungsgas in Richtung des Ga- seinlassorgans rücktransportierenden Wirbel ausbilden. Das Gaseinlassorgan kann aber auch die Form eines Showerheads besitzen. Das Gaseinlassorgan bildet in diesem Fall die Prozesskammerdecke und weist eine Vielzahl von gleichmäßig auf der Prozesskammerdecke angeordnete Gaseintrittsöffnungen auf, durch die ein oder mehrere Prozessgase in die Prozesskammer eintreten können. In beiden Fällen ist der mindestens eine Kühlkanal derart angeordnet und wird derart mit einem Kühlmittel durchströmt, dass die zur Prozesskammer weisende Oberfläche des Gaseinlassorgans nicht wärmer wird als 100°C. Die bevorzugt maximal 3 nm dicke Passivierungsschicht wird in mindestens einem Konditionierschritt aufgebracht, wobei jeder Konditionierschritt zwei Teilschritte aufweist, nämlich einen ersten Schritt, bei dem zusammen mit einem Trägergas die metallorganische Verbindung eingespeist wird und einen zweiten Teilschritt, bei dem Luft oder ein luftähnliches Gasgemisch in die Prozesskammer eingeleitet wird oder die Prozesskammer lediglich geöffnet wird, so dass Luft oder ein luftähnliches Gasgemisch die Metall-, insbesondere Edel- Stahlkomponente beaufschlagen kann. Zwischen jedem dieser Teilschritte kann ein Spülschritt vorgesehen sein. Die einzelnen Konditionierschritte der Vielzahl von Konditionierschritten können ebenfalls jeweils durch einen Spülschritt voneinander zeitlich getrennt sein. Während der Beaufschlagung der Metall-, insbesondere Edelstahloberfläche mit der metallorganischen Verbindung zu deren Konditionierung kann die Oberfläche auf eine Temperatur von mehr als 40°C aufgeheizt werden. Als Metalle für die Metallkomponente kommen nicht nur Legierungen, wie Edelstahl, sondern auch andere, insbesondere Eisen enthaltende Legierungen in Betracht, aber auch solche Legierungen, die für den Einsatz in einem CVD-Reaktor geeignet sind, bspw. Buntmetalllegierungen, wie Bronze, Messing oder dergleichen. Die Passivierungsschicht kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung auch gleichzeitig mit dem Reinigungsschritt, also gleichzeitig mit dem Einleiten von Chlor, erzeugt werden. Eine bereits vorhandene Passivierungsschicht kann im Reinigungsschritt auch stabilisiert werden. Die Reinigungsgas-Eintrittsöffnungen sind derart angeordnet, dass das Reinigungsgas mit der Metalloberfläche beziehungsweise der Passi- vierungsschritt beim Reinigungsschritt in Berührung tritt. Es findet aber keine chemische Reaktion mit der Passivierungsschicht statt. Die Passivierungsschicht wird einhergehend mit einer chemischen Reaktion einer metallorganischen Komponente mit der Metalloberfläche erzeugt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen [0014] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Teilschnitt durch einen CVD-Reaktor,
Fig. 2 ebenfalls einen Teilschnitt und eine darin eingezeichnete 180°
Isotherme bei einem Reinigungsschritt.
Beschreibung der Ausführungsformen [0015] Ein CVD-Reaktor der vorbeschriebenen Art ist grundsätzlich aus der DE 10 2015 101 462 AI und der dort genannten und insbesondere zitierten Literatur vorbekannt.
[0016] Der CVD-Reaktor besitzt ein nach außen gasdichtes Gehäuse, das mittels einer Vakuumpumpe evakuierbar ist. Innerhalb des Gehäuses befindet sich eine Prozesskammer 21. Die Prozesskammer 21 besitzt einen Prozesskammerboden, der von einem aus beschichtetem Graphit bestehenden Suszeptor 2 ausgebildet ist. Auf dem Suszeptor 2 werden eine Vielzahl von Substraten 4 aufge- legt, die in einem CVD-Abscheideprozess mit einer III-V-Schicht bspw. aus GaN beschichtet werden.
[0017] Unterhalb des Suszeptors 2 befindet sich eine Heizung 3, die die zur Prozesskammer 21 weisende Oberfläche des Suszeptors 2 auf Prozesstempera- turen aufheizt, die im Bereich zwischen 700°C und 1.200°C liegen können.
[0018] Im Zentrum der Prozesskammer 21 befindet sich ein Gaseinlassorgan 1, welches Edelstahlkomponenten aufweist. Bei dem Gaseinlassorgan 1 handelt es sich um einen im Wesentlichen zylindrischen Körper mit auf der Zylindermantelwand angeordneten Gaseintrittsöffnungen 8, 10, 12 zum Einleiten verschie- dener reaktiver Gase, bspw. metallorganischer Verbindungen und Hydride vom Inneren des Gaseinlassorganes 1 in die das Gaseinlassorgan 1 umgebende Prozesskammer 21. Eine unmittelbar oberhalb des Suszeptors 2 in die Prozesskammer 21 mündende Gaseintrittsöffnung 8 wird von einer Prozessgaszuleitung 7 gespeist. Eine unmittelbar unterhalb der Prozesskammerdecke 19 ange- ordnete Eintrittsöffnung 12 wird von einer Prozessgaszuleitung 11 gespeist.
Dazwischen liegende Gaseintrittsöffnungen 10 werden von einer Prozessgaszuleitung 9 gespeist. Die Außenoberfläche des Abschnittes des Gaseinlassorganes 1, welches die Prozessgas-Eintrittsöffnungen 8, 10, 12 aufweist, sind Edelstahloberflächen, die mit einer Passivierungsschicht versehen sind. Die Passivie- rungsschicht wird vor dem ersten CVD- Abscheideschritt aufgebracht.
[0019] Unterhalb der Prozessgas-Eintrittsöffnung 8 befindet sich eine Kühlkammer 17, in die durch eine Kühlmittelzuleitung 16 ein Kühlmittel, bspw. Wasser eingespeist wird, welches durch eine Kühlmittelableitung 18 aus dem Kühlkanal 17 herausströmt. [0020] Während der Kühlkanal 17 im Bereich des Suszeptors 2 angeordnet ist, ist ein weiterer Kühlkanal 14 im Bereich der Prozesskammerdecke 19 angeordnet. Dieser Kühlkanal 14 wird mit einer Kühlmittelzuleitung 13 gespeist. Das Kühlmittel verlässt durch eine Kühlmittelableitung 15 den Kühlkanal 14. [0021] In einer peripheren Anordnung zu den auf einer Zylinderoberfläche angeordneten Prozessgas-Eintrittsöffnungen 8, 10, 12 ist im Bereich der Prozesskammerdecke 19 eine Vorrichtung zum Einspeisen eines Reinigungsgases vorgesehen. Eine ringförmige Reinigungsgas-Verteilkammer 22wird von einer Reinigungszuleitung 5 gespeist. Durch Reinigungsgas-Eintrittsöffnungen 6 kann aus der Ringkammer das Reinigungsgas in die Prozesskammer 21 einströmen. Die Reinigungsgas-Eintrittsöffnungen 6 sind im Bereich der Prozesskammerdecke 19 angeordnet. Die Reinigungsgas-Eintrittsöffnungen 6 liegen in einer kreisförmigen Zone, die unmittelbar an das Gaseinlassorgan 1 angrenzt. Die Reinigungsgas-Eintrittsöffnungen 6 erzeugen einen gerichteten Gasstrom in die Prozesskammer 21, wobei dieser Gasstrom eine Strömungsrichtungskom- ponente aufweist, die vom Gaseinlassorgan 1 weggerichtet ist. Der Suszeptor 2 und die Prozesskammerdecke 19 erstrecken sich in einer gemeinsamen Ebene, insbesondere einer Horizontalebene. Die Flächennormale zu dieser Ebene kann dann eine Vertikalachse sein. Die Reinigungsgas-Eintrittsöffnungen 6 haben eine Achse, die in einem spitzen Winkel zur Flächennormalen, also bevorzugt zur Vertikalachse, gerichtet ist. Der Winkel der Achse der Reinigungsgas- Eintritts Öffnung 6 zu dieser quer zur Strömungsrichtung des aus dem Gaseinlassorgan 1 austretenden Prozessgases verlaufenden Achse liegt bei 0 bis 60 Grad. Ein bevorzugter Winkel liegt bei 25 Grad. Die in gleichmäßiger Win- kelverteilung um eine Zentrumsachse der Prozesskammer angeordneten Reinigungsgas-Eintrittsöffnungen 6 erzeugen bevorzugt Strömungen, die entlang einer gedachten Kegelstumpffläche aus einer Gasaustrittszone der Prozesskammerdecke austreten. [0022] Vor der erstmaligen Inbetriebnahme des Gaseinlassorganes 1 werden die Edelstahloberflächen des Gaseinlassorganes 1 passiviert. Sind in der Prozesskammer noch andere Edelstahloberflächen vorgesehen, die in Berührung mit einem der Prozessgase treten können, so werden diese Edelstahloberflächen ebenfalls passiviert. Die Passivierung kann durch eine Beschichtung erfolgen. Bei der Beschichtung kann es sich um eine Metallbeschichtung, bspw. eine Chrombeschichtung oder um eine Nickelbeschichtung handeln. Die Metallkomponente 20 kann demzufolge verchromt oder vernickelt sein. Die Edelstahloberfläche kann elektropoliert sein, um sie resistenter gegen den Chloran- griff zu machen. Nachfolgend wird ein bevorzugtes Verfahren zum Erzeugen einer Passivierungsschicht beschrieben:
[0023] Zur Passivierung wird in einem ersten Schritt eine metall organische Verbindung, bspw. Magnesocen in die Prozesskammer 21 eingespeist, so dass Magnesocen in Berührung mit der Edelstahloberfläche tritt. In einem zweiten Schritt wird nach einer Spülung der Prozesskammer 21 Umgebungsluft in die Prozesskammer eingeleitet oder es wird die Prozesskammer geöffnet, so dass Umgebungsluft in Kontakt mit der Edelstahloberfläche treten kann. Diese Schrittfolge wird jeweils mit einem dazwischenliegenden Spülschritt mehrfach wiederholt, bis sich eine ausreichend dicke bzw. ausreichend geschlossene Pas- sivierungs schicht ausbildet. Bei der Konditionierung befinden sich keine Substrate 4 in der Prozesskammer 21.
[0024] Die Substrate 4 werden nach der Konditionierung in die Prozesskammer 21 eingebracht. Dann wird auf die Substrate 4 in der bekannten Weise eine III-V-Schichtenfolge abgeschieden. [0025] Nach dem Beenden des Abscheideprozesses und der Entnahme der Substrate 4 aus der Prozesskammer 21 wird die Prozesskammer gereinigt. [0026] Zum Reinigen der Prozesskammer 21 wird eine Mischung aus Chlor und Stickstoff durch die Reinigungsgaszuleitung 5 und die Reinigungsgas- Eintritts Öffnung 6 in die Prozesskammer 21 eingespeist. Mittels der Heizeinrichtung 3 wird der Suszeptor 2 auf eine erhöhte erste Temperatur gebracht, die mindestens 700°C beträgt. Mittels der in die Kühlkanäle 14, 17 eingespeisten Kühlflüssigkeit, bei der es sich bevorzugt um Wasser handelt, wird die zur Prozesskammer 21 weisende Oberfläche der Metallkomponente 20, bei der es sich um die Mantelfläche des Gaseinlassorganes 1 handelt, auf eine Temperatur gekühlt, die maximal 100°C, bevorzugt maximal 70°C beträgt. Durch die Prozess- gaszuleitungen 7, 9, 11 wird Stickstoff oder ein anderes Inertgas hindurchgeleitet, welches durch die zugeordneten Prozessgas-Eintrittsöffnungen 8, 10, 12 in die Prozesskammer 21 einströmt. Zufolge des dabei entstehenden vertikalen Strömungsprofils bildet sich die in der Figur 2 gestrichelt dargestellte Isotherme aus, bei der die Gasphasentemperatur 100°C beträgt. [0027] Das aus der Reinigungsgas-Eintrittsöffnung 6 austretende Chlor und das verwendete Inertgas treten zwar mit der Oberfläche der Metallkomponente 20 in Berührung. Da die Oberflächentemperatur der Metallkomponente 20 aber geringer ist als 100°C, findet dort keine Reaktion des Reinigungsgases mit der aufgebrachten Passivierungsschicht statt. [0028] Die volatilen Metallchloride, die sich während des Reinigungsschrittes in der Gasphase befinden, können auch zum Erzeugen oder zum Stabilisieren der Passivierungsschicht beitragen.
[0029] Die zur Prozesskammer 21 weisende Oberfläche des Suszeptors 2 besitzt aber eine ausreichend hohe Temperatur, dass dort das Reinigungsgas chemisch mit den Belegungen reagieren kann, so dass sich flüchtige Komponenten bilden, die mit dem Trägergas abtransportiert werden können. [0030] Um in der Prozesskammer 21 ein geeignetes Temperaturprofil zu erzeugen, bei dem während des Reinigungsschrittes die Oberflächentemperatur der Metallkomponente 20 ausreichend tief ist, befinden sich die Oberflächen der Metallkomponente 20 zwischen zwei gekühlten Abschnitten der Prozess- kammer 21. Dabei ist ein gekühlter Abschnitt örtlich dem Suszeptor 2 zugeordnet. Ein anderer gekühlter Abschnitt ist der Prozesskammerdecke 19 örtlich zugeordnet. Die Metallkomponente 20 besitzt insbesondere einen ersten Endabschnitt, der von einer ersten Kühleinrichtung gekühlt ist und einen zweiten Abschnitt, der bevorzugt ebenfalls ein Endabschnitt ist, der ebenfalls gekühlt wird. Zwischen den beiden gekühlten Abschnitten erstreckt sich eine Gaseintrittsfläche, die eine Vielzahl von Gaseintrittsöffnungen 8, 10, 12 aufweist, wobei die Gaseintrittsöffnungen 8, 10, 12 auf einer Zylindermantelfläche oder aber auch auf einer Kreisscheibenfläche angeordnet sein können.
[0031] Die vorstehenden Ausführungen dienen der Erläuterung der von der Anmeldung insgesamt erfassten Erfindungen, die den Stand der Technik zumindest durch die folgenden Merkmalskombinationen jeweils auch eigenständig weiterbilden, nämlich:
[0032] Ein CVD-Reaktor, der dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest eine Metalloberfläche eine ein Ablösen der Metallbestandteile der Metalloberflächen durch ein oder mehrere reaktive Gase behindernde Passivierungsschicht aufweist und dass die Kühlkanäle 14, 17 derart angeordnet sind, dass sich die Passivierungsschicht bei einem Reinigungsschritt, bei dem ein Reinigungsgas in die Prozesskammer 21 eingeleitet wird und bei dem der Suszeptor 2 auf einer ersten Temperatur von zumindest 700°C aufgeheizt wird, auf maximal eine zweite Temperatur von 100°C aufheizt. [0033] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass in einem Konditi- onierschritt vor dem ersten Abscheideschritt auf der Metalloberfläche eine Pas- sivierungsschicht gebildet wird, die die Wirkung hat, ein Ablösen von Metallbestandteilen von der Metalloberfläche durch das mindestens eine reaktive Gas zu verhindern, und beim Reinigungsschritt die Temperatur der Metalloberfläche auf eine zweite Temperatur, die kleiner ist als die erste Temperatur, gekühlt wird, bei der das Reinigungsgas nicht in einer die Wirkung der Passivierungs- schicht beeinträchtigenden Weise mit der Passivierungsschicht reagiert.
[0034] Ein CVD-Reaktor oder ein Verfahren, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die erste Temperatur mindestens 700°C beträgt.
[0035] Ein CVD-Reaktor oder ein Verfahren, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die zweite Temperatur kleiner ist als 100°C oder kleiner ist als 70°C.
[0036] Ein CVD-Reaktor oder ein Verfahren, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die zweite Temperatur größer ist als 20°C.
[0037] Ein CVD-Reaktor oder ein Verfahren, die dadurch gekennzeichnet sind, dass das Reinigungsgas ein Element der VII-Hauptgruppe enthält oder Chlor ist.
[0038] Ein CVD-Reaktor oder ein Verfahren, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Passivierungsschicht eine Schichtdicke von < 3 nm besitzt.
[0039] Ein CVD-Reaktor oder ein Verfahren, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Metallkomponente 20 aus einer Metalllegierung besteht. [0040] Ein CVD-Reaktor oder ein Verfahren, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Metallkomponente 20 eine Edelstahlkomponente ist, die Metalloberfläche eine Edelstahloberfläche und die Metallbestandteile Eisenbestandteile sind.
[0041] Ein CVD-Reaktor oder ein Verfahren, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Passivierungsschicht in einem Konditionierschritt erzeugt wird, bei dem für eine erste Behandlungsdauer zunächst eine metallorganische Verbindung zusammen mit einem Trägergas in die Prozesskammer 21 eingespeist wird und anschließend für eine zweite Behandlungsdauer ein Sauerstoff, Wasserdampf und/ oder Kohlendioxid aufweisendes Gas oder Gasgemisch in Kon- takt zu der Metallkomponente gebracht wird.
[0042] Ein CVD-Reaktor oder ein Verfahren, die dadurch gekennzeichnet sind, dass zur Erzeugung der Passivierungsschicht als metallorganische Verbindung Cp2Mg und Luft verwendet werden.
[0043] Ein CVD-Reaktor oder ein Verfahren, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Passivierungsschicht eine Beschichtung, insbesondere Metallbeschich- tung, insbesondere aus Nickel oder Chrom ist.
[0044] Ein CVD-Reaktor oder ein Verfahren, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Oberfläche der Metallkomponente (20) elektropoliert ist und insbesondere eine elektropolierte Edelstahloberfläche ist. [0045] Ein CVD-Reaktor oder ein Verfahren, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Reinigungsgas-Eintrittsöffnungen (6) in einem Winkel (a) von 0 bis 60 Grad, bevorzugt 25 Grad gegenüber einer quer zur Strömungsrichtung verlaufenden Achse, insbesondere Vertikalachse geneigt sind. [0046] Alle offenbarten Merkmale sind (für sich, aber auch in Kombination untereinander) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen. Die Unteransprüche charakterisieren mit ihren Merkmalen eigenständige erfinderische Weiterbildungen des Standes der Technik, insbesondere um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen.
Liste der Bezugszeichen
1 Gaseinlassorgan α Winkel
2 Suszeptor
3 Heizeinrichtung
4 Substrat
5 Reinigungsgaszuleitung
6 Reinigungsgas-Eintrittsöffnung
7 Prozessgaszuleitung
8 Prozessgas-Eintrittsöffnung
9 Prozessgaszuleitung
10 Prozessgas-Eintrittsöffnung
11 Prozessgaszuleitung
12 Prozessgas-Eintrittsöffnung
13 Kühlmittelzuleitung
14 Kühlkanal
15 Kühlmittelableitung
16 Kühlmittelzuleitung
17 Kühlkanal
18 Kühlmittelableitung
19 Prozesskammerdecke
20 Metallkomponente
21 Prozesskammer
22 Reinigungsverteilkammer

Claims

Ansprüche
1. CVD-Reaktor mit einem von einer Heizeinrichtung (3) aufheizbaren Suszeptor (2), zur Aufnahme ein oder mehrerer zu beschichtender Substrate (4), mit einem Gaseinlassorgan (1) zum Einleiten eines Prozessgases in eine zwischen einer Prozesskammerdecke (19) und dem Suszeptor (2) ange- ordneten Prozesskammer (21), wobei das Gaseinlassorgan (1) mindestens eine Metallkomponente (20) enthält, die zumindest eine mit dem Prozessgas in Berührung kommende Metalloberfläche, zumindest einen Kühlkanal (14, 17) zum Kühlen des Gaseinlassorganes (1), zumindest eine von einer Prozessgaszuleitung (7, 9, 11) gespeiste Prozessgas-Eintrittsöffnung (8, 10, 12) zum Einleiten des ein oder mehrere reaktive Gase aufweisenden
Prozessgases in die Prozesskammer (21) aufweist, und eine von einer Reinigungsgaszuleitung (5) gespeiste Reinigungsgas-Eintrittsöffnung (6) zum Einleiten eines Reinigungsgases in die Prozesskammer (21) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Metalloberfläche eine ein Ablösen der Metallbestandteile der Metalloberfläche durch ein oder mehrere reaktive Gase behindernde Passivierungsschicht aufweist und dass die Kühlkanäle (14, 17) derart angeordnet sind, dass sich die Passivierungsschicht bei einem Reinigungsschritt, bei dem das Reinigungsgas in die Prozesskammer (21) eingeleitet wird und bei dem der Suszeptor (2) auf eine erste Temperatur von zumindest 700°C aufgeheizt wird, auf maximal eine zweite Temperatur von 100°C aufheizt, wobei die Passivierungsschicht einhergehend mit einer chemischen Reaktion einer metallorganischen Verbindung mit den Metallatomen der Metalloberfläche gebildet ist und die Reinigungsgas-Eintrittsöffnungen (6) derart angeordnet sind, dass das Reinigungsgas mit der die Passivierungsschicht aufweisenden Metalloberfläche in Berührung tritt.
2. Verfahren zum Reinigen einer Prozesskammer (21) eines CVD-Reaktors, bei dem in einem Reinigungsschritt durch Einleiten eines Reinigungsgases in die Prozesskammer (21) sich bei zumindest einem ersten Abschei- dungsschritt durch Einleiten zumindest eines ersten reaktiven Gases in die Prozesskammer (21) gebildete Beläge auf der Oberfläche eines Suszeptors
(2) durch eine chemische Reaktion mit dem Reinigungsgas bei einer ersten Temperatur, die eine erhöhte Temperatur ist, in flüchtige Komponenten umgewandelt werden, die mittels eines Trägergases aus der Prozesskammer (21) heraustransportiert werden, wobei die Prozesskammer (21) min- destens eine Metallkomponente (20), die zumindest eine mit dem Prozessgas in Berührung kommende Metalloberfläche, zumindest einen Kühlkanal (14, 17) zum Kühlen des Gaseinlassorgans (1), zumindest eine von einer Prozessgaszuleitung (7, 9, 11) gespeiste Prozessgas-Eintrittsöffnung (8, 10, 12) zum Einleiten ein oder mehrerer reaktiver Gase in die Prozess- kammer (21) und eine von einer Reinigungsgaszuleitung (5) gespeiste
Reinigungsgas-Eintrittsöffnung (6) zum Einleiten des Reinigungsgases in die Prozesskammer (21) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Konditionierschritt vor dem ersten Abscheideschritt auf der Metalloberfläche eine Passivierungsschicht gebildet wird, die die Wirkung hat, ein Ablösen von Metallbestandteilen von der Metalloberfläche durch das mindestens eine reaktive Gas zu verhindern, und beim Reinigungs schritt die Temperatur der Metalloberfläche auf eine zweite Temperatur, die kleiner ist als die erste Temperatur, gekühlt wird, bei der das Reinigungsgas zwar mit der Passivierungsschicht in Berührung tritt, aber nicht in ei- ner die Wirkung der Passivierungsschicht beeinträchtigenden Weise mit der Passivierungsschicht reagiert, wobei die Passivierungsschicht einhergehend mit einer chemischen Reaktion einer metallorganischen Verbindung mit den Metallatomen der Metalloberfläche gebildet wird. CVD-Reaktor nach Anspruch 1 oder Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Temperatur mindestens 700°C beträgt.
CVD-Reaktor oder Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Temperatur kleiner ist als 100°C oder kleiner ist als 70°C.
CVD-Reaktor oder Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Temperatur größer ist als 20°C.
CVD-Reaktor oder Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigungsgas ein Element der VII- Hauptgruppe enthält oder Chlor ist.
CVD-Reaktor oder Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsschicht eine Schichtdicke von < 3 nm besitzt.
CVD-Reaktor oder Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallkomponente (20) aus einer Metalllegierung besteht.
CVD-Reaktor oder Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallkomponente (20) eine Edelstahlkomponente ist, die Metalloberfläche eine Edelstahloberfläche und die Metallbestandteile Eisenbestandteile sind.
CVD-Reaktor oder Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsschicht in einem Konditi- onierschritt erzeugt wird, bei dem für eine erste Behandlungsdauer zunächst eine metallorganische Verbindung zusammen mit einem Trägerg in die Prozesskammer (21) eingespeist wird und anschließend für eine zweite Behandlungsdauer ein Sauerstoff, Wasserdampf und/ oder Kohlendioxid aufweisendes Gas oder Gasgemisch in Kontakt zu der Metallkomponente gebracht wird.
CVD-Reaktor oder Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Passivierungsschicht als metallorganische Verbindung Cp2Mg und Luft verwendet werden.
CVD-Reaktor oder Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsschicht gleichzeitig mit dem Reinigungs schritt, insbesondere dem Chlor-Reinigungsschritt, erzeugt und/ oder stabilisiert wird.
CVD-Reaktor oder Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsschicht eine Beschichtung, insbesondere Metallbeschichtung, insbesondere aus Nickel oder Chrom ist.
CVD-Reaktor oder Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Metallkomponente (20) elektropoliert ist und insbesondere eine elektropolierte Edelstahloberfläche ist.
15. CVD-Reaktor oder Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsgas-Eintrittsöffnungen (6) in einem Winkel (a) von 0 bis 60 Grad, bevorzugt 25 Grad gegenüber einer quer zur Strömungsrichtung verlaufenden Achse, insbesondere Vertikalachse geneigt sind.
CVD-Reaktor oder Verfahren, gekennzeichnet durch eines oder mehrere der kennzeichnenden Merkmale eines der vorhergehenden Ansprüche.
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