EP3887569A2 - Gaseinlassvorrichtung für einen cvd-reaktor - Google Patents

Gaseinlassvorrichtung für einen cvd-reaktor

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Publication number
EP3887569A2
EP3887569A2 EP19816554.0A EP19816554A EP3887569A2 EP 3887569 A2 EP3887569 A2 EP 3887569A2 EP 19816554 A EP19816554 A EP 19816554A EP 3887569 A2 EP3887569 A2 EP 3887569A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
gas distribution
gas inlet
section
wall
Prior art date
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Pending
Application number
EP19816554.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marcel Kollberg
Francisco Ruda Y Witt
Merim Mukinovic
Mike PFISTERER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aixtron SE
Original Assignee
Aixtron SE
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Filing date
Publication date
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Publication of EP3887569A2 publication Critical patent/EP3887569A2/de
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • 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
    • C23C16/455—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 characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45563—Gas nozzles
    • C23C16/4558—Perforated rings
    • 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
    • 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
    • C23C16/455—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 characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45502—Flow conditions in reaction chamber
    • C23C16/45508—Radial flow
    • 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
    • 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
    • C23C16/455—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 characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45563—Gas nozzles
    • C23C16/45574—Nozzles for more than one gas

Definitions

  • the invention relates to a gas inlet device for a CVD reactor with a gas inlet member that can be fastened to a fastening section having a gas supply line, with a plurality of gas distribution levels arranged one above the other, each having a gas distribution wall with gas outlet openings, which are connected to a gas distribution chamber surrounded by the gas distribution wall is, a gas inlet channel opening into the gas distribution chamber and the gas distribution chambers of the gas distribution levels being separated from one another by partition plates, the gas inlet channels being arranged in particular in a columnar central section of the gas inlet member.
  • the invention also relates to a CV inlet reactor provided with such a gas inlet device.
  • a gas inlet element made of quartz is described in DE 10 2008 055 582 A1.
  • the gas inlet element described there has a central body which is arranged around a figure axis of the gas inlet element.
  • In the central region of the gas inlet member there are a plurality of gas inlet channels arranged concentrically to one another, which open into openings that extend over an entire circumference.
  • gas distribution chambers surrounding the central section are connected in a ring, which are separated by dividing floors into a plurality of gas distribution levels arranged one above the other.
  • each of the gas distribution chambers is surrounded by a gas distribution wall which contains a large number of gas
  • a gas distribution wall which contains a large number of gas
  • An individual process gas can be fed into each of the several gas distribution chambers.
  • the different process gases can flow separately from one another at different heights into a process chamber adjoining the gas inlet element.
  • substrates are placed on a susceptor heated from below, which can be coated with a MOCVD process with III-V layers or with IV layers or with II-VI layers.
  • a quartz blank with a polished surface is first treated with a laser beam.
  • the laser beam generates ultrashort pulses and is focused.
  • the focus is moved in a writing movement, for example line by line, through the volume of the quartz blank.
  • the laser beam reaches an intensity above a threshold intensity, at which material conversion takes place in the quartz material.
  • the converted material can then be removed with a fluid etchant, for example potassium hydroxide solution. It is known from the prior art to use this method to produce liquid channels for nozzle bodies of spray heads or spray cans.
  • the invention has for its object to further develop a gas inlet member of the type described in the use advantageous, in particular it is provided to design the gas inlet member in such a way that it is easier to handle and further design such that it is technically easier to manufacture and assemble . Furthermore, a method is to be specified who can be used to implement designs of gas inlet organs that have not been able to be manufactured to date.
  • At least one of the preferably several gas distribution levels arranged one above the other has a flow barrier.
  • the flow barrier can extend through the gas distribution chamber such that the flow barrier divides the gas distribution chamber into an upstream section, which adjoins the mouth of the gas inlet channel, and a downstream section.
  • the downstream section can adjoin another flow barrier.
  • the downstream section can also adjoin the gas distribution wall.
  • the flow barrier surrounds a central section, which has the mouth of the gas inlet channel, before being given a ring and particularly preferably a ring.
  • the flow barrier can also directly adjoin the gas distribution wall.
  • the flow barrier has gas passage channels which open into the gas passage holes in the gas distribution wall.
  • the gas passage channels have a smaller cross-sectional area than the gas passage bore.
  • the gas passage channels can be gas passage holes through which the process gas can flow from the upstream section of the gas distribution chamber into the downstream section of the gas distribution chamber.
  • the flow barrier forms a pressure barrier, so that a higher gas pressure is present on the upstream side of the flow barrier than on the downstream side of the flow barrier.
  • the gas passage openings are preferably arranged essentially in the same distribution on a gas outlet surface of the flow barrier.
  • the gas outlet surface of the flow barrier is preferably a peripheral surface and in particular a jacket surface of a cylinder.
  • the openings can have a diameter which is less than 0.1 mm, less than 0.2 mm, less than 0.5 mm, less than 1 mm, less than 2 mm or less than 3 mm.
  • the gas passage channels of the flow barrier can also be gaps.
  • each of the superimposed gas distribution levels is formed by a disc-shaped gas distribution section, the gas distribution section preferably being formed by a gas distribution body / section.
  • the gas distribution section can have a circular disk shape.
  • the gas distribution wall can be connected to the separating floor in a material-uniform or integral manner, the separating floor having a circular disk shape.
  • a central section can emerge from the partition.
  • the central section is in particular base-shaped and forms the mouth of the gas inlet channel opening into the gas distribution chamber.
  • the central section can have an upward-facing broad surface that extends in particular in one plane, an upper edge of the gas distribution wall also being able to extend in this plane of extension.
  • the gas distribution body / sections are in particular essentially designed identically.
  • the gas supply Partial bodies / sections can be stacked one on top of the other in such a way that the broad side surface of the central section of a lower gas distribution body / section lies flat against an underside of the partition of an upper gas distribution body / section.
  • an upward-facing upper side of the gas distribution wall rests sealingly on the underside of the partition, so that by placing at least two gas distribution bodies / sections, a gas distribution chamber is closed at the top and bottom by a partition.
  • the Gasverteilkam mern are preferably only open in a radial direction, the Gasver sub-chamber is open in the radial outward direction by means of the gas passage openings of the gas distribution wall and in the radial inward direction through the mouth of the gas inlet channel. It is further provided that at least some of the gas distribution bodies / sections have a passage opening in their central section. The passage opening is open to the upper broad side surface and to the underside of the separating bottom, so that the passage opening can connect an opening of a gas channel of a lower gas distribution body / section with a passage opening of an upper gas distribution body / section. A plurality of gas passage openings arranged one above the other thus form a gas inlet channel.
  • Another aspect of the invention relates to the arrangement of a central opening in the gas inlet element, which can be a flushing channel or a fastening opening for a fastening screw.
  • the fastening section can be fastened to a cover part of a reactor wall, the cover part being able to be separated from a lower part of the reactor housing for maintenance of the reactor.
  • the gas inlet element is removed from the process chamber raised.
  • the gas inlet member is fastened with a fastening opening of the gas inlet member penetrating fastening means on the fastening portion.
  • the gas distribution levels are formed from essentially disk-shaped gas distribution bodies / sections. Through the gas distribution body / sections, a fastening opening extends for receiving the fastening element, which can be a screw.
  • the fastening opening can be a central opening, which extends in a central section of the gas distribution body / sections.
  • the gas distribution body / sections can be integrally connected to one another. However, they can also be connected to one another using the same material.
  • the entire gas inlet element can thus be in several parts. But it can also be made in one piece.
  • the gas inlet member is preferably formed as a rotationally symmetrical body and has a central fastening opening, wherein a plurality of gas inlet channels can extend in the circumferential direction around the fastening opening, which open into different gas distribution levels.
  • decentralized, eccentric fastening openings can also be provided, with which the gas inlet element can be fastened to a fastening surface.
  • the decentralized mounting openings can in particular be arranged on a flange section which projects radially beyond the gas distribution wall. With this flange section, the gas inlet element can be attached to a carrier.
  • the gas inlet channels which are formed by a columnar central section of the gas inlet organ, do not run concentrically to one another, but are arranged separately from one another in a circumferential direction about an axis, which can be a figure axis are.
  • the gas inlet channels are inventively in a cross-sectional plane through the central section next to each other.
  • the mouths of different gas inlet channels are in The circumferential direction around the central section is offset from one another.
  • the orifices preferably point in a radial outward direction.
  • the central section is surrounded by at least one flow barrier, so that from the gas passage openings of the flow barrier which extend on a circumferential surface, a gas stream which is uniformly distributed in the circumferential direction can flow essentially and which flows into a downstream section of the Gas distribution chamber opens, from which the process gas can flow through the passage opening of the gas distribution wall into the process chamber.
  • the gas inlet element designed according to the invention as described above can consist of quartz. But it can also consist of metal, in particular special stainless steel. If the gas inlet member made of stainless steel or egg nem other metal, it is preferably made in several parts, where the individual parts of the gas inlet member are positively connected, for example by a threaded connection, or cohesively, for example by welding. The gas passage openings can be created by drilling. In a preferred embodiment of the invention, however, the gas inlet member is made of quartz. Here, too, it is possible to manufacture the individual components of the gas inlet element, i.e.
  • the gas inlet element consists of a plurality of gas distribution bodies, which are arranged one above the other in the form of disks and which can be formed in one piece. They can be machined from a disk-shaped quartz body, the SLE method (selective laser-induced etching) being used in particular for this purpose. In this method, a local material conversion of the homogeneous quartz starting body is carried out in a first process step.
  • an ultra-short pulse is pulsed Focused laser beam on a focus in the micrometer range, the focus being guided through the volume of the quartz body in writing by moving the laser beam relative to the quartz workpiece.
  • the laser beam focuses on a material conversion of the quartz material using a multi-photon process.
  • the material converted in this way can be removed in a second process step using an etching fluid.
  • the etching fluid is preferably a liquid, for example KOH.
  • the material-like disc-shaped gas distribution body / sections produced in this way can then be stacked on top of one another and, in particular, integrally connected to one another.
  • the gas distribution bodies are materially interconnected.
  • the previously described SLE method is also used to produce such a one-piece gas inlet element made from a uniform quartz blank. In this manufacturing process, a solid quartz body is first produced, which has a polished surface. The cavities are then exposed with a focused laser beam. The exposed material is then removed with the etching fluid. If the gas inlet member has the flange section described above, then the flange section can be connected to the gas distribution body in the same material and can also be produced using the SLE method.
  • FIG. 2 is a perspective view of five gas distribution bodies 4.1, 4.2,
  • FIG. 4 shows a second exemplary embodiment of a gas inlet element in a representation according to FIG. 1,
  • Fig. 7 shows a gas inlet member of a second embodiment of the
  • FIG. 8 shows a representation similar to FIG. 5 of a further exemplary embodiment of a gas inlet element
  • FIG. 9 shows a representation similar to FIG. 5 of a further exemplary embodiment of a gas inlet element.
  • FIG. 1 essentially shows the structure of a CVD reactor, in the process chamber 20 of which a CVD deposition process is carried out. can be performed, in which an in particular semiconducting layer can be deposited on a plurality of substrates 21.
  • the substrates 21 can consist of III-V compounds, silicon, sapphire or another suitable material.
  • One or more layers are deposited on the substrate, which may consist of elements from the IV main group, the III-V main group or the II-VI main group.
  • various process gases are introduced into the process chamber 20 by means of a carrier gas, for example Eh, or a noble gas, the process gases Hyd ride of the V main group, the IV main group or metal-organic compounds of the IV main group or the III- Main group can contain.
  • a susceptor 19 made of coated graphite or the like carrying the substrates 21 is brought from below to a process temperature with a heating device 24, so that the process gases fed into the center of the process chamber 20 by means of the gas inlet element are arranged on the surfaces of the circles around the center disassemble arranged substrates pyrolytically to form a single-crystal layer in particular.
  • the process gas which flows through the process chamber 20 in the radial direction, leaves the process chamber 20 through a gas outlet 22 surrounding the susceptor 19, which is connected to a vacuum pump, not shown.
  • the susceptor 19 rests on a support disc 32, which in turn is carried by a support tube 33. By means not shown, the susceptor 19 shown only schematically in FIG. 1 can be rotated about an axis.
  • the reference number 34 denotes a diffusion barrier between the heating device 24 and susceptor 19th
  • a process chamber cover 23 is located inside the reactor housing 1, through which a fastening section 3 extends into the process chamber 20. protrudes.
  • the gas inlet element 2 is fastened to the fastening section 3, which can consist of metal, in particular stainless steel.
  • the gas inlet member 2 can be made of metal, in particular stainless steel. However, the gas inlet member 2 is preferably made of quartz. The gas inlet member 2 can consist of metal, in particular a non-ferrous metal or stainless steel. Preferably, the gas inlet member 2 is made of a ceramic material and particularly preferably of quartz.
  • mounting holes are schematically shown, with which the gas inlet member 2 can be fastened by means of the mounting hole 35 through opening screws on a support.
  • a fastening section 3 which has a lower section 3 "and an upper section 3 '".
  • the section 3 " can also be a material-uniform component of the gas inlet element 2.
  • fastening screws are shown in the fastening openings 35, which are screwed into threaded holes in the upper section 3 '".
  • the fastening section 3 has a substantially flat fastening surface 35 which points downwards, that is to the susceptor 19.
  • a central area of the mounting surface 3 are five in the embodiment arranged around a center gas channels, each of which is connected to a gas inlet channel 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5 of the gas inlet member 2.
  • the gas inlet channels 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5 surround a fastening opening 27 in which a nut 28 is rotatably mounted, which is supported on a spring 29.
  • the threaded shaft of a fastening screw 30 is screwed, de ren head is supported on a base plate 31, in particular made of quartz.
  • the base plate 31 which protrudes into a recess 25 of the susceptor 19, and the fastening surface 3 'of the fastening section 3 there are five disk-shaped gas distribution bodies 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 and 4.5, which are essentially of the same design, but with regard to the Differentiate design of a central section 15 from each other.
  • the base plate 31 can also consist of a ceramic material, a non-ferrous metal and in particular stainless steel.
  • the gas distribution bodies 4.1 to 4.5 arranged one above the other serve different purposes. Through the two upper gas parts 4.1, 4.2, Ch can be fed into the process chamber 20 for cleaning the process chamber 20. Process gases can be fed into the process chamber 20 through the lower gas distribution bodies 4.3 to 4.5.
  • the gas distribution body / sections shown in Figure 2 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 and 4.5 each have a circular disc-shaped base plate which forms a partition 11, by means of which gas distribution body 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 and arranged one above the other 4.5 are separated. From the circular edge of a partition 11 extends an annular gas distribution wall 6, which has a plurality of evenly arranged gas through holes 13.
  • the gas passage bores 13 have a diameter which is smaller than 3 mm and in particular smaller than 1 mm.
  • the gas passage bores 13 which extend in the radial direction each open into a gas outlet opening 7.
  • the height of a gas distribution body 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5 measured in the axial direction - with reference to the figure axis - of the gas inlet member 2 can be between 5 mm and 2 cm.
  • the width of the gas distribution wall 6, which extends in the radial direction - based on the figure axis - can also lie in the range between 0.5 cm and 2 cm.
  • the wall thickness of the gas distribution wall 6 can also be less than 0.5 cm and in particular 1 mm.
  • the gas distribution wall 6 surrounds a gas distribution chamber 8 which extends around the central section 15.
  • the gas distribution chamber 8 is divided into three annular sections 8 ′, 8 ′′ and 8 ′ ′′.
  • a first section 8 ′ of the gas distribution chamber 8 extends from the gas distribution wall 6 to a flow barrier 12, which is arranged concentrically with the gas distribution wall 6 Radially within the section 8 'of the gas distribution chamber 8 which is surrounded by the flow barrier 12, there extends a second flow barrier 12' which also extends concentrically to the gas distribution wall 6 'and surrounds a section 8''' of the gas distribution chamber 8, which surrounds the gas distribution chamber 8
  • the flow barriers 12, 12 ' have the same height as the gas distribution wall 6 and, in the exemplary embodiment, also the same radial width.
  • the distance was between two adjacent flow barriers 12, 12' or between the central section 15 and the flow barrier 12 ', respectively between the flow barrier 12 and the gas distribution wall 6 is greater than the wall thickness of the flow barrier ren 12, 12 'or the gas distribution wall 6.
  • the radial width of the sections 8', 8 ", 8 '" of the Gasverteilkam mer 8 is in particular greater than 1 cm.
  • the wall thickness of the flow barrier ren 12, 12 ' can be different.
  • the wall thicknesses can also be greater than the radial extent of the spaces 8 ', 8 ", 8'” between the flow barriers 12, 12 '.
  • the radial width of the sections 8 ', 8 ", 8 of the gas distribution chamber 8 can also be less than 5 mm. In the exemplary embodiment shown in FIG.
  • the ring-shaped flow barriers 12, 12 'gas passage holes 14, 14' which are arranged in a uniform circumference grant V possess.
  • the diameters of the gas passage bore 14, 14 ′ can have the same diameter as the gas passage bore 13.
  • the gas passage bores 14 'of an inner flow barrier 12' have a smaller diameter than the gas passage bores 14 of an outer flow barrier 12 and that the gas passage bores 13 of the gas distribution wall 6 have a larger diameter than the gas passage bores 14 of the flow barrier 12.
  • the flow barriers 12, 12 ' cause a pressure difference between the upstream section and the downstream section of the gas distribution chamber 8.
  • the gas passage bores 14, 14 'of the flow barriers 12, 12' are offset from one another and are not in alignment with one another.
  • the gas passage bores 14 are offset and not in alignment with the gas passage bores 13.
  • the central section 15 is designed as a base and has the same axial height as the flow barriers 12, 12 'or the gas distribution wall 6, so that the tops of the flow barriers 12, 12' and the gas distribution wall lie in the same plane in which a broad side surface of the base 15 extends.
  • Each of the bases has a mouth 10 with which a gas inlet channel 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5 assigned to the respective gas distribution body 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 and 4.5 opens into the radially inner section 8 "of the gas distribution chamber 8.
  • Die Mouths 10 can extend from the top of the partition 11 to the bottom of the partition 11 of an upper gas distribution body.
  • the gas distribution body 4.1 arranged at the top and directly adjoining the fastening surface 8 has four passage openings 16 arranged in the circumferential direction around a fastening opening 17, each of which has a gas inlet channel 9.2, 9.3, 9.4, 9.5 is assigned.
  • the gas inlet channel 9.1 assigned to the uppermost gas distribution body / section 4.1 opens into the mouth 10, in front of which a wall 18 is located.
  • the top of the uppermost gas distribution body 4.1 can be made of the same material with the flange portion 36, in which a plurality of gas supply lines 5 extend.
  • the second gas distribution body 4.2 seen from above has only three passage openings 16, each of which belongs to gas inlet channels 9.3, 9.4 and 9.5.
  • the gas inlet channel 9.2 opens into the mouth 10 here, in front of which if there is a baffle 18 and the offset in the circumferential direction is net to the mouth 10 of the gas distribution body 4.1.
  • the gas distribution body 4.3 arranged below the gas distribution body 4.2 has only two through openings 16, which are assigned to the gas inlet channels 9.4 and 9.5.
  • the gas inlet duct 9.3 opens into the mouth 10, which is arranged offset to the mouth 10 of the gas inlet body 4.2.
  • the gas distribution body 4.4 arranged under the gas distribution body 4.3 has only one passage opening 16, which is assigned to the gas inlet channel 9.5.
  • the gas inlet duct 9.5 opens here into an opening 10 which is arranged offset to the circumference to the opening 10 of the gas inlet duct 4.3.
  • the gas distribution body 4.5 arranged at the bottom has no passage opening 16.
  • the gas inlet channel 9.5 opens into a mouth 10, which is in turn offset with respect to the circumference.
  • the mouths 10 of all gas distribution bodies 4.1 to 4.5 open in different ways azimuthal directions related to the figure axis of the gas inlet organ 2.
  • the base plate 31 with a countersink for receiving the screw head of the fastening screw 30.
  • the gas inlet member 2 can be removed from the fastening section 3 only by loosening a fastening screw 30.
  • either the individual gas distribution bodies 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 and 4.5 can be worked out "from the solid" out of a quartz blank.
  • the entire gas inlet element 2 also includes The gas distribution bodies 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 and 4.5, which are then connected to one another in terms of material, can be worked out from a single blank
  • the gas distribution bodies 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 and 4.5 are then gas distribution sections of gas inlet member 2, which are connected to one another in the same material.
  • the SLE method already mentioned above is preferably used, in which, with a strongly focused and ultrashort pulsed laser beam, to a certain extent volume areas of the quartz blank material are changed. These volume areas are the gas passage bores 13, the gas passage bores 14 and 14 ', the sections 8', 8 ", 8 of the gas distribution chamber 8, the gas inlet channels 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5, their openings 10 and the fastening opening 17.
  • the converted material is detached from the quartz body by means of an etching liquid ..
  • the exemplary embodiment of a gas inlet element 2 shown in Figure 1 can be produced entirely from a blank in the SLE process.
  • the embodiment shown in Figure 7 is a gas inlet organ 2 with two gas distribution chambers 8 arranged one above the other, the gas distribution chambers 8 being divided into two sections, namely an upstream section 8 and a downstream section, by means of a flow barrier 12.
  • several gas distribution chambers can also be be arranged one another, each of which can be fed by a gas channel.
  • a gas channel 9.1, 9.2 opens into each gas distribution chamber 8.
  • the essentially cylindrical body of the gas inlet member 2 has gas through bores 13, 14, 14 'on its cylindrical surface and thereby forms a gas distribution wall 6.
  • the two gas distribution chambers 8 are separated from one another by means of a partition 11.
  • a base plate 31 forms the bottom of the lower gas distribution chamber 8.
  • the gas inlet member 2 consists of a one-piece quartz part.
  • the cavities are manufactured using the SLE process.
  • FIG. 8 shows a further variant of a gas inlet element, in which the flow barrier 12 has a lower height than the gas distribution walls 6.
  • a gas passage channel 14 ′′ is formed between the underside of the partition 11 and the top of the annular flow barrier 12 This is a circumferential gap. In a variant not shown, however, this gap can also be divided in the azimuthal direction by webs.
  • the flow barrier 12 "directly adjoins the gas distribution wall 6.
  • gas passage bores 14 with a small cross-sectional area open into a gas passage bore 13 with a larger cross-sectional area that extends to the gas outlet opening 7 .
  • the flow barriers 12, 12 ', 12 "embodied in the exemplary embodiments form a pressure barrier.
  • the orifices 10 of the gas inlet channels 9.1 to 9.5 are arranged eccentrically to the course of the gas distribution wall 6.
  • the flow path between the orifice and the gas passage bores gen 13 is therefore different.
  • the same amount of gas per unit area flows into the process chamber over the entire circumferential length of the gas outlet surface formed by a circular cylinder outer surface.
  • a gas inlet device which is characterized in that at least one gas distribution chamber 8 between the mouth 10 of the gas inlet channel 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5 and the gas distribution wall 6 has at least a first, one or more gas passage channels 14, 14 'Having flow barrier 12, 12' extends.
  • a gas inlet device which is characterized in that the flow barrier 12, 12 'surrounds a central section 15 which has the mouth 10 of a gas inlet channel 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5.
  • a gas inlet orcardi V which is characterized in that at least two flow barriers 12, 12 'in the flow direction one behind the other are arranged, the at least two flow barriers 12, 12 'and in particular the gas distribution wall 6 being arranged concentrically around the central section 15.
  • a gas inlet device which is characterized in that the at least one flow barrier 12, 12 'divides the gas distribution chamber 8 into an upstream section 8 ", 8'" and a downstream section 8 ', 8 “or that the flow barrier 12" gas passage channels 14, which directly adjoin gas cross-sectional bores 13 of the gas distribution wall 6 which are larger in cross section and which open into the gas outlet openings 7.
  • each gas distribution level is designed as a disk-shaped gas distribution section 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, in which the gas distribution wall 6 is connected to one another at least by a sealing system and from the edge of the partition 11 Partition 11 arises from a central section 15, which has the mouth 10 of the gas inlet channel 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5, with an upward-facing broad side surface 15 'of the central section 15 of a lower gas distribution section 4.2, 4.3, 4.4, 4.5 flat on a lower side of the dividing plate 11 of an upper gas distribution section 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 is present or connected to it and a passage opening 16 of the central section 15 of the upper gas distribution section 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 with the mouth 10 of the gas inlet channel 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5 of the lower gas distribution section 4.2, 4.3, 4.4, 4.5 is flow-connected and open to the upper broad side surface 15 '.
  • a gas inlet device which is characterized in that the separating base 11 is connected to the central section 15 and / or the gas distribution wall 6 in the same material.
  • a gas inlet device which is characterized in that the central portion 15 is formed by a base.
  • a gas inlet device which is characterized in that each gas distribution level is formed by a disc-shaped gas distribution section 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5 and an opening 17, 17 'extending through the entire gas inlet member 2 is provided.
  • a gas inlet device which is characterized in that the opening 17 forms a fastening opening for fastening the gas inlet member 2 to the fastening section 3 or that the opening 17 forms a flushing channel 17 '.
  • a gas inlet device which is characterized in that the disc-shaped gas distribution sections 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, which are arranged one above the other, are in particular gas distribution bodies which are connected to one another in a material-uniform or cohesive manner.
  • a gas inlet device which is characterized in that the
  • Gas inlet channels 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5 are located next to one another in a cross-sectional plane through the central section 15 and the orifices 10 of different gas inlet channels 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5 are arranged offset to one another in the circumferential direction around the central section 15.
  • a gas inlet device which is characterized in that the
  • Gas inlet channels 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5 are arranged around a central fastening opening 17.
  • a gas inlet V orcardi which is characterized in that the gas inlet member 2 is made of quartz and in that the termein conductingigen Gasver partial body / sections 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5 or arrangementinmila gas inlet passage means 2 by a selective laser-induced Etching process is manufactured, in which a material conversion takes place in the focus of a focused laser beam and the converted material is removed by means of an etching fluid.
  • a method which is characterized in that the gas distribution body by 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5 or one or more gas distribution sections 4.1, 4.2, 4.3, 4.4,
  • gas inlet member 2 4.5 having gas inlet member 2 are / are manufactured in one piece by selective laser-induced etching.
  • a method which is characterized in that the mouth 10 is arranged within the gas distribution chamber 8 in such a way that the process gas stream emerging therefrom travels flow paths of different lengths to the individual gas passage bores 13 and at least one flow barrier 12, 12 ', 12 "in the gas distribution chamber 8 causes a homogenization of the process gas emerging from the gas outlet openings 7.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gaseinlassvorrichtung für einen CVD-Reaktor (1) mit einem an einem Gaszuleitungen (5) aufweisenden Befestigungsabschnitt (3) befestigbaren Gaseinlassorgan mit mehreren übereinander angeordneten Gasverteilniveaus, die jeweils eine Gasverteilwand (6) mit Gasaustrittsöffnungen (7) aufweisen, die mit einer von der Gasverteilwand (6) umgebenen Gasverteilkammern (8) strömungsverbunden sind, wobei in die Gasverteilkammer (8) jeweils ein Gaseinlasskanal (9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5) mit einer Mündung (10) mündet und die Gasverteilkammern (8) verschiedener Gasverteilniveaus durch einen Trennboden (11) voneinander getrennt sind.Erfindungsgemäß befindet sich zwischen der Mündung (10) des Gaseinlasskanals (9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5) und der Gasverteilwand (6) eine Strömungsbarriere.Ferner ist vorgesehen, dass die Gaseinlassvorrichtung aus mehreren scheibenförmigen Gasverteilkörpern (4.1, 4.2, 4.3, 4.4) besteht, die übereinander angeordnet sind.

Description

Beschreibung
Gaseinlassvorrichtung für einen CVD-Reaktor
Gebiet der Technik
[0001] Die Erfindung betrifft eine Gaseinlassvorrichtung für einen CVD- Reaktor mit einem an einem Gaszuleitungen aufweisenden Befestigungsab schnitt befestigbaren Gaseinlassorgan mit mehreren übereinander angeordne- ten Gasverteilniveaus, die jeweils eine Gasverteilwand mit Gasaustrittsöffnun gen aufweisen, die mit einer von der Gasverteilwand umgebenen Gasverteil kammer strömungsverbunden ist, wobei in die Gasverteilkammer ein Gasein lasskanal mündet und die Gasverteilkammern der Gasverteilniveaus durch Trennböden voneinander getrennt sind, wobei die Gaseinlasskanäle insbeson- dere in einem säulenförmigen Zentralabschnitt des Gaseinlassorganes ange ordnet sind.
[0002] Die Erfindung betrifft darüber hinaus einen mit einer derartigen Ga seinlassvorrichtung versehenen CVD-Reaktor.
Stand der Technik
[0003] Ein Gaseinlassorgan aus Quarz wird in der DE 10 2008 055 582 Al be- schrieben. Das dort beschriebene Gaseinlassorgan besitzt einen Zentralkörper, der um eine Figurenachse des Gaseinlassorganes angeordnet ist. In dem Zent ralbereich des Gaseinlassorgans erstrecken sich mehrere, konzentrisch zuei nander angeordnete Gaseinlasskanäle, die in sich über eine gesamte Umfangs länge erstreckende Mündungen münden. An die Mündungen der Gaseinlass- kanäle schließen sich ringförmig den zentralen Abschnitt umgebende Gasver teilkammern an, die durch Trennböden in mehrere übereinander angeordnete Gasverteilniveaus getrennt sind. Der radial äußere Rand jeder der Gasverteil kammern ist von einer Gas verteil wand umgeben, die eine Vielzahl von Gas- durchtrittsöffnungen aufweisen, die in Gasaustrittsöffnungen münden, durch die Prozessgase in eine Prozesskammer eines CVD-Reaktors eingespeist wer den können. In jede der mehreren Gasverteilkammern ist ein individuelles Pro zessgas einspeisbar. Die verschiedenen Prozessgase können getrennt voneinan der in voneinander verschiedenen Höhen in eine sich an das Gaseinlassorgan anschließende Prozesskammer strömen. In der Prozesskammer liegen auf ei nem von unten beheizten Suszeptor Substrate auf, die mit einem MOCVD- Verfahren mit III-V-Schichten oder mit IV-Schichten oder mit II-VI-Schichten beschichtet werden können.
[0004] Aus den DE 100 29 110 B4, EP 3 036 061 Bl, DE 20 2017 002 851 Ul und DE 10 2018 202 687 Al sind Verfahren zur Strukturierung von Quarzkörpern vorbekannt. Ein Quarzrohling mit einer polierten Oberfläche wird zunächst mit einem Laserstrahl behandelt. Dabei erzeugt der Laserstrahl ultrakurze Pulse und wird fokussiert. Der Fokus wird in einer schreibenden Bewegung, bei spielsweise zeilenweise, durch das Volumen des Quarzrohlings verfahren. Im Fokus erreicht der Laserstrahl eine über einer Schwellintensität liegende Inten sität, bei der im Quarzmaterial eine Materialumwandlung stattfindet. Das um gewandelte Material lässt sich anschließend mit einem fluiden Ätzmittel, bei spielsweise Kalilauge, entfernen. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, mit diesem Verfahren Flüssigkeitskanäle für Düsenkörper von Sprühköpfen oder Sprühdosen zu fertigen. Es ist ferner bekannt, Hohlraumstrukturen in Kompo nenten für eine Projektionsbelichtungsanlage zu fertigen. Es ist ferner bekannt, mit diesem, als SLE (selective laser-induced etching) bezeichneten Verfahren Mikrokanäle, Formbohrungen und -schnitte in transparenten Bauteilen aus Quarzglas, Borsilikatglas, Saphir und Rubin zu fertigen. Zum Stand der Tech nik gehören weiter die DE 10241964 Al, DE 10247921 Al, DE 102014104218 Al und US 2009/0260569 Al. Zusammenfassung der Erfindung
[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gaseinlassorgan der eingangs beschriebenen Art gebrauchsvorteilhaft weiterzubilden, wobei insbe sondere vorgesehen ist, das Gaseinlassorgan derart auszugestalten, dass es ein facher handhabbar ist und ferner derart auszugestalten, dass es technisch einfa cher fertigbar und montierbar ist. Weiterhin soll ein Verfahren angegeben wer den, mit dem sich bislang nicht fertigbare Gestaltungen von Gaseinlassorganen realisieren lassen.
[0006] Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Er findung, wobei die Unteransprüche nicht nur vorteilhafte Weiterbildungen der in den jeweils nebengeordneten Ansprüchen angegebenen Erfindung darstel len, sondern auch eigenständige Lösungen der Aufgabe.
[0007] Zunächst und im Wesentlichen wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung vorgeschlagen, dass mindestens eine der bevorzugt mehreren, über einander angeordneten Gasverteilniveaus eine Strömungsbarriere aufweist. Die Strömungsbarriere kann sich derart durch die Gasverteilkammer erstrecken, dass die Strömungsbarriere die Gasverteilkammer in einen stromaufwärtigen Abschnitt, der an die Mündung des Gaseinlasskanals angrenzt, und einen stromabwärtigen Abschnitt teilt. Der stromabwärtige Abschnitt kann an eine weitere Strömungsbarriere angrenzen. Der stromabwärtige Abschnitt kann aber auch an die Gasverteilwand angrenzen. Die Strömungsbarriere umgibt bevor zugt ringförmig und besonders bevorzugt kreisringförmig einen Zentralab schnitt, der die Mündung des Gaseinlasskanales aufweist. Die Strömungsbarri ere kann aber auch unmittelbar an die Gasverteilwand angrenzen. Die Strö mungsbarriere besitzt Gasdurchtrittskanäle, die in die Gasdurchtrittsbohrungen der Gasverteilwand münden. Die Gasdurchtrittskanäle besitzen eine geringere Querschnittsfläche als die Gasdurchtrittsbohrung. Die Gasdurchtrittskanäle können Gasdurchtrittsbohrungen sein, durch die das Prozessgas von dem stromaufwärtigen Abschnitt der Gasverteilkammer in den stromabwärtigen Abschnitt der Gasverteilkammer strömen kann. Die Strömungsbarriere bildet eine Druckbarriere aus, so dass auf der stromaufwärtigen Seite der Strömungs barriere ein höherer Gasdruck vorhanden ist als auf der stromabwärtigen Seite der Strömungsbarriere. Hierdurch homogenisiert sich der aus der Strömungs barriere austretende Gasfluss über die Gasaustrittsfläche der Strömungsbarrie re. Die Gasdurchtrittsöffnungen sind bevorzugt im Wesentlichen in gleicher Verteilung auf einer Gasaustrittsfläche der Strömungsbarriere angeordnet. Die Gasaustrittsfläche der Strömungsbarriere ist bevorzugt wie die Gasaustrittsflä che der Gasverteilwand eine Umfangsfläche und insbesondere eine Mantelflä che eines Zylinders. Die Öffnungen können einen Durchmesser aufweisen, der kleiner als 0,1 mm, kleiner als 0,2 mm, kleiner als 0,5 mm, kleiner als 1 mm, kleiner als 2 mm oder kleiner als 3 mm ist. Die Gasdurchtrittskanäle der Strö mungsbarriere können aber auch Spalte sein.
[0008] Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird jedes der übereinan der angeordneten Gasverteilniveaus von einem scheibenförmigen Gasverteilab schnitt ausgebildet, wobei der Gasverteilabschnitt bevorzugt von einem Gas verteilkörper/ -abschnitt gebildet wird. Der Gasverteilabschnitt kann kreis scheibenförmig ausgebildet sein. Die Gasverteilwand kann materialeinheitlich oder stoffschlüssig mit dem Trennboden verbunden sein, wobei der Trennbo den eine Kreisscheibenform aufweist. Aus dem Trennboden kann ein zentraler Abschnitt entspringen. Der zentrale Abschnitt ist insbesondere sockelförmig ausgebildet und bildet die Mündung des in die Gasverteilkammer mündenden Gaseinlasskanals. Der Zentralabschnitt kann eine nach oben weisende Breitsei tenfläche aufweisen, die sich insbesondere in einer Ebene erstreckt, wobei sich in dieser Erstreckungsebene auch ein oberer Rand der Gasverteilwand erstre cken kann. Die Gas verteilkörper/ -abschnitte sind insbesondere im Wesentli chen gleich gestaltet. Sie besitzen eine bevorzugt ebene Unterseite. Die Gasver- teilkörper/ -abschnitte können derart übereinandergestapelt werden, dass die Breitseitenfläche des Zentralabschnitts eines unteren Gasverteilkörpers/- abschnitts flächig an einer Unterseite des Trennbodens eines oberen Gasverteil- körpers/-abschnitts anliegt. Dabei ist insbesondere auch vorgesehen, dass eine nach oben weisende Oberseite der Gasverteilwand dichtend an der Unterseite des Trennbodens anliegt, so dass durch Aufeinandersetzen zumindest zweier Gas verteilkörper/ -abschnitte eine Gas verteilkammer nach unten und nach oben hin jeweils von einem Trennboden verschlossen ist. Die Gasverteilkam mern sind bevorzugt lediglich in einer Radialrichtung offen, wobei die Gasver teilkammer in Radialauswärtsrichtung mittels der Gasdurchtrittsöffnungen der Gasverteilwand offen ist und in Radialeinwärtsrichtung durch die Mündung des Gaseinlasskanals. Es ist ferner vorgesehen, dass zumindest einige der Gas verteilkörper/ -abschnitte in ihrem Zentralabschnitt eine Durchlassöffnung aufweisen. Die Durchlassöffnung ist zur oberen Breitseitenfläche und zur Un terseite des Trennbodens hin offen, so dass die Durchlassöffnung eine Mün dung eines Gaskanals eines unteren Gasverteilkörpers/-abschnitts mit einer Durchlassöffnung eines oberen Gasverteilkörpers/-abschnitts verbinden kann. Mehrere übereinander angeordnete Gasdurchlassöffnungen bilden somit einen Gaseinlasskanal.
[0009] Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Anordnung einer zentra len Öffnung im Gaseinlassorgan, welche einen Spülkanal oder eine Befesti gungsöffnung für eine Befestigungsschraube sein kann.
[0010] Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Befestigung des Gasein lassorganes an einem Befestigungsabschnitt. Der Befestigungsabschnitt kann an einem Deckelteil einer Reaktorwand befestigt sein, wobei das Deckelteil zur Wartung des Reaktors von einem unteren Teil des Reaktorgehäuses getrennt werden kann. Dabei wird das Gaseinlassorgan aus der Prozesskammer heraus- gehoben. Erfindungsgemäß ist das Gaseinlassorgan mit einem eine Befesti gungsöffnung des Gaseinlassorgans durchdringenden Befestigungsmittel am Befestigungsabschnitt befestigt. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Gas verteilniveaus von im Wesentlichen scheibenförmigen Gas verteilkörpern/ - abschnitten ausgebildet sind. Durch die Gas verteilkörper/ -abschnitte erstreckt sich eine Befestigungsöffnung zur Aufnahme des Befestigungselementes, wel ches eine Schraube sein kann. Die Befestigungsöffnung kann eine Zentralöff nung sein, die sich in einem Zentralabschnitt der Gas verteilkörper/ -abschnitte erstreckt. Die Gas verteilkörper/ -abschnitte können stoff schlüssig miteinander verbunden sein. Sie können aber auch materialeinheitlich miteinander verbun den sein. Das gesamte Gaseinlassorgan kann somit mehrteilig sein. Es kann aber auch einstückig gefertigt werden. Das Gaseinlassorgan ist bevorzugt als rotationssymmetrischer Körper ausgebildet und besitzt eine zentrale Befesti gungsöffnung, wobei sich in Umfangsrichtung um die Befestigungsöffnung mehrere Gaseinlasskanäle erstrecken können, die in voneinander verschiedenen Gasverteilniveaus münden. Alternativ zu der zentralen Befestigungsöffnung oder in Kombination mit der zentralen Befestigungsöffnung können aber auch dezentrale, exzentrische Befestigungsöffnungen vorgesehen sein, mit denen das Gaseinlassorgan an einer Befestigungsfläche befestigt werden kann. Die dezent ralen Befestigungsöffnungen können insbesondere an einem Flanschabschnitt angeordnet sein, der radial über die Gasverteilwand hinausragt. Mit diesem Flanschabschnitt kann das Gaseinlassorgan an einem Träger befestigt werden.
[0011] Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass die Gaseinlasskanäle, die von einem säulenförmigen Zentralabschnitt des Gasein lassorganes gebildet sind, nicht konzentrisch zueinander verlaufen, sondern jeweils getrennt voneinander in einer Umfangsrichtung um eine Achse, die eine Figurenachse sein kann, angeordnet sind. Die Gaseinlasskanäle liegen erfin dungsgemäß in einer Querschnittsebene durch den Zentralabschnitt nebenei nander. Die Mündungen voneinander verschiedener Gaseinlasskanäle sind in Umfangsrichtung um den Zentralabschnitt versetzt zueinander angeordnet. Die Mündungen weisen bevorzugt in eine Radialauswärtsrichtung. Es ist bei dieser Ausgestaltung insbesondere vorgesehen, dass der Zentralabschnitt von zumin dest einer Strömungsbarriere umgeben ist, so dass aus den sich auf einer Um fangsfläche erstreckenden Gasdurchtrittsöffnungen der Strömungsbarriere im Wesentlichen ein gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilter Gasstrom aus strömen kann, der in einen stromabwärtigen Abschnitt der Gasverteilkammer mündet, aus dem das Prozessgas durch die Durchtrittsöffnung der Gasverteil wand in die Prozesskammer strömen kann.
[0012] Das gemäß vorstehender Beschreibung erfindungsgemäß ausgebildete Gaseinlassorgan kann aus Quarz bestehen. Es kann aber auch aus Metall, insbe sondere Edelstahl, bestehen. Wird das Gaseinlassorgan aus Edelstahl oder ei nem anderen Metall gefertigt, so wird es bevorzugt mehrteilig hergestellt, wo bei die Einzelteile des Gaseinlassorganes formschlüssig, beispielsweise durch eine Gewindeverbindung, oder stoffschlüssig, beispielsweise durch Schweiß nähte, miteinander verbunden sind. Die Gasdurchtrittsöffnungen können durch Bohren erzeugt werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Gaseinlassorgan jedoch aus Quarz gefertigt. Auch hier ist es möglich, die einzelnen Bestandteile des Gaseinlassorganes, also die Gasverteilwände, die Trennböden, die sockelförmigen Zentralabschnitte und die Strömungsbarrieren jeweils getrennt voneinander zu fertigen und dann mit geeigneten Stoff schlussmitteln, also beispielsweise einem Borsilikatglas, zu verbinden. In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung besteht das Gaseinlassorgan aus mehre ren scheibenförmig übereinander angeordneten Gasverteilkörpern, die einstü ckig ausgebildet sein können. Sie können aus einem scheibenförmigen Quarz körper herausgearbeitet sein, wobei hierzu insbesondere das SLE- Verfahren (selective laser-induced etching) verwendet wird. Bei diesem Verfahren wird in einem ersten Prozessschritt eine lokale Materialumwandlung des homogenen Quarzausgangskörpers vorgenommen. Hierzu wird ein ultrakurz gepulster Laserstrahl auf einem im Mikrometerbereich liegenden Fokus fokussiert, wobei durch eine Bewegung des Laserstrahls relativ gegenüber dem Quarz- Werkstück der Fokus schreibend durch das Volumen des Quarzkörpers geführt wird. Über einen Multi-Photonen-Prozess erfolgt im Fokus des Laserstrahls ei ne Materialumwandlung des Quarzmaterials. Das so umgewandelte Material kann in einem zweiten Prozessschritt durch ein Ätzfluid entfernt werden. Bei dem Ätzfluid handelt es sich bevorzugt um eine Flüssigkeit, beispielsweise um KOH. Mit diesem Verfahren können in einem scheibenförmigen Quarzgrund körper die Gasverteilwand, deren Gasdurchlassöffnungen, der zentrale Sockel, dessen Gaszuleitungen und die sich zwischen Zentralabschnitt und Gasver teilwand erstreckende Strömungsbarriere inklusive deren Durchlassöffnung gefertigt werden. Die derart gefertigten, materialeinheitlichen scheibenförmi gen Gas verteilkörper/ -abschnitte können dann übereinandergestapelt und ins besondere stoffschlüssig miteinander verbunden werden. In einer besonders bevorzugten Variante der Erfindung sind die Gas verteilkörper materialeinheit lich miteinander verbunden. Zur Herstellung eines derartigen einstückigen, aus einem einheitlichen Quarzrohling gefertigten Gaseinlassorganes wird ebenfalls das zuvor beschriebene SLE- Verfahren verwendet. Bei diesem Herstellungsver fahren wird zunächst ein massiver Quarzkörper gefertigt, der eine polierte Oberfläche aufweist. Mit einem fokussierten Laserstrahl werden dann die Hohlräume belichtet. Das belichtete Material wird anschließend mit dem Ätz fluid entfernt. Besitzt das Gaseinlassorgan den oben bezeichneten Flanschab schnitt, so kann der Flanschabschnitt materialeinheitlich mit den Gasverteilkör pern verbunden sein und ebenfalls mit dem SLE- Verfahren hergestellt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0013] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand bei gefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 in einem Längsquerschnitt im Wesentlichen schematisch den Aufbau eines CVD-Reaktors mit einem erfindungs gemäßen Gaseinlassorgan 2 eines ersten Ausführungsbeispiels,
Fig. 2 in perspektivischer Darstellung fünf Gasverteilkörper 4.1, 4.2,
4.3, 4.4 und 4.5, die übereinander angeordnet ein Gaseinlassor gan 2 ausbilden,
Fig. 3 ein Gaseinlassorgan in einer Ansicht,
Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Gaseinlassorgans in ei ner Darstellung gemäß Figur 1,
Fig. 5 vergrößert, den Ausschnitt V in Figur 4,
Fig. 6 einen Schnitt gemäß der Linie VI- VI in Figur 4,
Fig. 7 ein Gaseinlassorgan eines zweiten Ausführungsbeispiels der
Erfindung,
Fig. 8 eine Darstellung ähnlich der Figur 5 eines weiteren Ausfüh rungsbeispiels eines Gaseinlassorgans,
Fig. 9 eine Darstellung ähnlich gemäß Figur 5 eines weiteren Ausfüh rungsbeispiels eines Gaseinlassorgans.
Beschreibung der Ausführungsformen
[0014] Die Figur 1 zeigt im Wesentlichen schematisch den Aufbau eines CVD- Reaktors, in dessen Prozesskammer 20 ein CVD- Abscheideprozess durchge- führt werden kann, bei dem auf mehreren Substraten 21 eine insbesondere halbleitende Schicht abgeschieden werden kann. Die Substrate 21 können aus III- V-Verbindungen, aus Silizium, aus Saphir oder einem anderen geeigneten Material bestehen. Auf das Substrat werden ein oder mehrere Schichten abge schieden, die aus Elementen der IV-Hauptgruppe, der III-V-Hauptgruppe oder der II-VI-Hauptgruppe bestehen können. Durch ein Gaseinlassorgan 2 werden mittels eines Trägergases, beispielsweise Eh, oder eines Edelgases verschiedene Prozessgase in die Prozesskammer 20 eingeleitet, wobei die Prozessgase Hyd ride der V-Hauptgruppe, der IV-Hauptgruppe oder metall organische Verbin dungen der IV-Hauptgruppe oder der III-Hauptgruppe enthalten können. Ein die Substrate 21 tragender Suszeptor 19 aus beschichtetem Graphit oder der gleichen wird von unten her mit einer Heizeinrichtung 24 auf eine Prozesstem peratur gebracht, so dass sich die mittels des Gaseinlassorganes in das Zentrum der Prozesskammer 20 eingespeisten Prozessgase auf den Oberflächen der kreisförmig um das Zentrum angeordneten Substrate pyrolytisch zerlegen, um eine insbesondere einkristalline Schicht zu bilden. Das Prozessgas, welches die Prozesskammer 20 in Radialrichtung durchströmt, verlässt die Prozesskammer 20 durch einen den Suszeptor 19 umgebenden Gasauslass 22, der an eine nicht dargestellte Vakuumpumpe angeschlossen ist.
[0015] Der Suszeptor 19 ruht auf einer Stützscheibe 32, die wiederum von ei nem Stützrohr 33 getragen wird. Mittels nicht dargestellter Mittel lässt sich der in der Figur 1 nur schematisch dargestellte Suszeptor 19 um eine Achse drehen.
[0016] Die Bezugsziffer 34 bezeichnet eine Diffusionsbarriere zwischen Heiz einrichtung 24 und Suszeptor 19.
[0017] Innerhalb des Reaktorgehäuses 1 befindet sich eine Prozesskammerde- cke 23, durch welche ein Befestigungsabschnitt 3 in die Prozesskammer 20 hin- einragt. Am Befestigungsabschnitt 3, der aus Metall, insbesondere Edelstahl bestehen kann, ist das Gaseinlassorgan 2 befestigt.
[0018] Das Gaseinlassorgan 2 kann aus Metall, insbesondere Edelstahl, beste hen. Bevorzugt wird das Gaseinlassorgan 2 aber aus Quarz gefertigt. Das Gas einlassorgan 2 kann aus Metall, insbesondere einem Nichteisenmetall oder Edelstahl bestehen. Bevorzugt wird das Gaseinlassorgan 2 aber aus einem ke ramischen Material und besonders bevorzugt aus Quarz gefertigt.
[0019] Bei dem in der Figur 1 dargestellten Gaseinlassorgan 2 steckt ein unte rer Abschnitt des Gaseinlassorgans 2, der Gasaustrittsöffnungen aufweist, in einer Vertiefung 25 eines Suszeptors 19. Ein oberer Teil des Gaseinlassorgans 2, welcher einen Flanschabschnitt 36 ausbildet, kann materialeinheitlich mit dem unteren Bereich verbunden sein. Durch das Zentrum des Gaseinlassorgans 2 verläuft eine Durchgangsöffnung, die einen Spülkanal 17' ausbildet. Mit der Bezugsziffer 35 sind schematisch Befestigungsöffnungen dargestellt, mit denen das Gaseinlassorgan 2 mittels durch die Befestigungsöffnung 35 hindurchgrei fenden Schrauben an einem Träger befestigt werden kann.
[0020] Bei dem in der Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Befes tigungsabschnitt 3 dargestellt, der einen unteren Abschnitt 3" und einen oberen Abschnitt 3'" aufweist. Der Abschnitt 3" kann aber auch hier materialeinheitli cher Bestandteil des Gaseinlassorganes 2 sein. In den Befestigungsöffnungen 35 sind hier Befestigungsschrauben dargestellt, die in Gewindebohrungen des oberen Abschnittes 3'" eingeschraubt sind.
[0021] Der Befestigungsabschnitt 3 besitzt eine im Wesentlichen ebene Befesti gungsfläche 35 die nach unten, also zum Suszeptor 19, weist. In einem Zentral bereich der Befestigungsfläche 3' befinden sich beim Ausführungsbeispiel fünf um ein Zentrum herum angeordnete Gaskanäle, die jeweils mit einem Gasein lasskanal 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5 des Gaseinlassorgans 2 verbunden sind. Die Gas einlasskanäle 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5 umgeben eine Befestigungsöffnung 27, in der eine Mutter 28 drehfest gelagert ist, die sich auf einer Feder 29 abstützt. In die Mutter 28 ist der Gewindeschaft einer Befestigungsschraube 30 eingedreht, de ren Kopf sich an einer Grundplatte 31, insbesondere aus Quarz, abstützt. Zwi schen der Grundplatte 31, die in eine Vertiefung 25 des Suszeptors 19 ragt, und der Befestigungsfläche 3' des Befestigungsabschnittes 3 befinden sich fünf scheibenförmige Gasverteilkörper 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 und 4.5, die im Wesentlichen gleich gestaltet sind, sich jedoch hinsichtlich der Ausgestaltung eines Zentral abschnittes 15 voneinander unterscheiden. Die Grundplatte 31 kann auch aus einem keramischen Material, einem Nichteisenmetall und insbesondere aus Edelstahl bestehen. Die übereinander angeordneten Gasverteilkörper 4.1 bis 4.5 dienen voneinander verschiedenen Zwecken. Durch die beiden oberen Gasver teilkörper 4.1, 4.2 kann Ch zum Reinigen der Prozesskammer 20 in die Prozess kammer 20 eingespeist werden. Durch die unteren Gasverteilkörper 4.3 bis 4.5 können Prozessgase in die Prozesskammer 20 eingespeist werden.
[0022] In den Zeichnungen nicht dargestellt ist eine Dichtung, mit der der obe re Rand des zuoberst angeordneten Gasverteilkörpers 4.1 gegenüber der Befes tigungsfläche 3' abgedichtet ist. Der in der Figur 4 mit 3" bezeichnete Abschnitt kann einen Dichtungsadapter ausbilden.
[0023] Die in der Figur 2 dargestellten Gas verteilkörper/ -abschnitte 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 und 4.5 weisen jeweils eine kreisscheibenförmige Grundplatte auf, die einen Trennboden 11 ausbildet, mittels dessen übereinander angeordnete Gas verteilkörper 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 und 4.5 voneinander getrennt sind. [0024] Vom kreisförmigen Rand eines Trennbodens 11 erstreckt sich eine kreisringförmige Gas verteil wand 6, die eine Vielzahl von gleichmäßig ange ordneten Gasdurchtrittsbohrungen 13 aufweist. Die Gasdurchtrittsbohrungen 13 besitzen einen Durchmesser, der kleiner ist als 3 mm und insbesondere klei ner ist als 1 mm. Die sich in Radialrichtung erstreckenden Gasdurchtrittsboh rungen 13 münden jeweils in einer Gasaustrittsöffnung 7. Die in Achsrichtung - bezogen auf die Figurenachse - des Gaseinlassorganes 2 gemessene Höhe eines Gasverteilkörpers 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5 kann zwischen 5 mm und 2 cm betragen. Die sich in Radialrichtung - bezogen auf die Figurenachse - erstreckende Breite der Gasverteilwand 6 kann ebenfalls im Bereich zwischen 0,5 cm und 2 cm lie gen. Die Wandstärke der Gas verteil wand 6 kann aber auch kleiner als 0,5 cm sein und insbesondere 1 mm betragen.
[0025] Die Gasverteilwand 6 umgibt eine Gasverteilkammer 8, die sich um den Zentralabschnitt 15 erstreckt. Die Gasverteilkammer 8 ist beim Ausführungs beispiel in drei ringförmige Abschnitte 8', 8" und 8‘“ aufgeteilt. Ein erster Ab schnitt 8' der Gasverteilkammer 8 erstreckt sich von der Gasverteilwand 6 bis zu einer Strömungsbarriere 12, die konzentrisch zur Gasverteilwand 6 ange ordnet ist. Radial innerhalb des von der Strömungsbarriere 12 umgebenen Ab schnitts 8' der Gasverteilkammer 8 erstreckt sich eine zweite ebenfalls konzent risch zur Gas verteil wand 6 verlaufende Strömungsbarriere 12', die einen Ab schnitt 8‘‘‘ der Gasverteilkammer 8 umgibt, der an dem Zentralabschnitt 15 an grenzt. Die Strömungsbarrieren 12, 12' haben dieselbe Höhe wie die Gasver teilwand 6 und im Ausführungsbeispiel auch dieselbe radiale Breite. Der Ab stand zwischen zwei benachbarten Strömungsbarrieren 12, 12' beziehungsweise zwischen dem Zentralabschnitt 15 und der Strömungsbarriere 12' beziehungs weise zwischen der Strömungsbarriere 12 und der Gasverteilwand 6 ist größer als die Wandstärke der Strömungsbarrieren 12, 12' beziehungsweise der Gas verteilwand 6. Die radiale Breite der Abschnitte 8' , 8" , 8‘" der Gasverteilkam mer 8 ist insbesondere größer als 1 cm. Die Wandstärken der Strömungsbarrie- ren 12, 12' können verschieden sein. Die Wandstärken können auch größer sein als die radiale Erstreckung der Zwischenräume 8', 8", 8'" zwischen den Strö mungsbarrieren 12, 12' . Die radiale Breite der Abschnitte 8', 8", 8 der Gasver- teilkammer 8 können auch kleiner als 5 mm sein. [0026] Bei dem in der Figur 9 dargestellten Ausführungsbeispiel grenzt die
Strömungsbarriere 12 sogar unmittelbar an die Gasverteilwand 6 an.
[0027] Bei dem in der Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzen die ringförmigen Strömungsbarrieren 12, 12' Gasdurchtrittsbohrungen 14, 14', die in gleichmäßiger Umfangs Verteilung angeordnet sind. Die Durchmesser der Gasdurchtrittsbohrung 14, 14' können denselben Durchmesser aufweisen, die auch die Gasdurchtrittsbohrung 13 aufweisen. Es ist aber auch vorgesehen, dass die Gasdurchtrittsbohrungen 14' einer inneren Strömungsbarriere 12' ei nen geringeren Durchmesser aufweisen als die Gasdurchtrittsbohrungen 14 einer äußeren Strömungsbarriere 12 und dass die Gasdurchtrittsbohrungen 13 der Gasverteilwand 6 einen größeren Durchmesser aufweisen als die Gasdurch trittsbohrungen 14 der Strömungsbarriere 12. Die Strömungsbarrieren 12, 12' verursachen einen Druckunterschied zwischen dem stromaufwärtigen Ab schnitt und dem stromabwärtigen Abschnitt der Gasverteilkammer 8.
[0028] Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Gasdurchtrittsbohrungen 14, 14' der Strömungsbarrieren 12, 12' versetzt zueinander sind und nicht mitei nander fluchten. Entsprechendes gilt für die Gasdurchtrittsbohrungen 14 der Strömungsbarrieren 12 und den Gasdurchtrittsbohrungen 13 der Gasverteil wand 6. Die Gasdurchtrittsbohrungen 14 verlaufen versetzt und nicht fluchtend zu den Gasdurchtrittsbohrungen 13. [0029] Der zentrale Abschnitt 15 ist als Sockel ausgebildet und besitzt dieselbe axiale Höhe wie die Strömungsbarrieren 12, 12' oder die Gasverteilwand 6, so dass die Oberseiten der Strömungsbarrieren 12, 12' und der Gasverteilwand in derselben Ebene liegen, in der sich auch eine Breitseitenfläche des Sockels 15 erstreckt.
[0030] Jeder der Sockel besitzt eine Mündung 10, mit der ein dem jeweiligen Gasverteilkörper 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 und 4.5 zugeordneter Gaseinlasskanal 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5 in den radial innenliegenden Abschnitt 8" der Gasverteilkammer 8 mündet. Die Mündungen 10 können sich von der Oberseite des Trennbodens 11 bis an die Unterseite des Trennbodens 11 eines oberen Gasverteilkörpers erstre cken.
[0031] Bei dem in der Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt der zuoberst angeordnete, sich unmittelbar an die Befestigungsfläche 8 anschlie ßende Gasverteilkörper 4.1 vier in Umfangsrichtung um eine Bef estigungs Öff nung 17 angeordnete Durchlassöffnungen 16, die jeweils einem Gaseinlasskanal 9.2, 9.3, 9.4, 9.5 zugeordnet ist. Der dem obersten Gas verteilkörper/ -abschnitt 4.1 zugeordnete Gaseinlasskanal 9.1 mündet in der Mündung 10, vor welcher sich eine Pr all wand 18 befindet.
[0032] Bei dem in der Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Oberseite des zuoberst angeordneten Gasverteilkörpers 4.1 materialeinheitlich mit dem Flanschabschnitt 36 verbunden sein, in welchen sich mehrere Gaszu leitungen 5 erstrecken.
[0033] Der von oben gesehen zweite Gasverteilkörper 4.2 besitzt nur drei Durchlassöffnungen 16, die jeweils zu Gaseinlasskanälen 9.3, 9.4 und 9,5 gehö ren. Der Gaseinlasskanal 9.2 mündet hier in die Mündung 10, vor der sich eben- falls eine Prallwand 18 befindet und die in Umfangsrichtung versetzt angeord net ist zur Mündung 10 des Gas verteilkörpers 4.1.
[0034] Der unterhalb des Gasverteilkörpers 4.2 angeordnete Gasverteilkörper 4.3 besitzt nur noch zwei Durchlassöffnungen 16, die den Gaseinlasskanälen 9.4 und 9.5 zugeordnet sind. Der Gaseinlasskanal 9.3 mündet hier in die Mündung 10, die versetzt angeordnet ist zur Mündung 10 des Gaseinlasskörpers 4.2.
[0035] Der unter dem Gasverteilkörper 4.3 angeordnete Gasverteilkörper 4.4 besitzt nur eine Durchlassöffnung 16, die dem Gaseinlasskanal 9.5 zugeordnet ist. Der Gaseinlasskanal 9.5 mündet hier in einer Mündung 10, die umfangsver- setzt angeordnet ist zur Mündung 10 des Gaseinlasskanales 4.3.
[0036] Der zuunterst angeordnete Gasverteilkörper 4.5 besitzt keine Durch lassöffnung 16. Im Zentralabschnitt 15 des zuunterst angeordneten Gasverteil körpers 4.5 mündet der Gaseinlasskanal 9.5 in einer wiederum umfangsversetzt angeordneten Mündung 10. [0037] Die Mündungen 10 aller Gasverteilkörper 4.1 bis 4.5 münden in unter schiedlich azimutale Richtungen bezogen auf die Figurenachse des Gaseinlass organes 2.
[0038] Unterhalb des zuunterst angeordneten Gasverteilkörpers/-abschnitts 4.5 befindet sich die Grundplatte 31 mit einer Senkung zur Aufnahme des Schraubenkopfes der Befestigungsschraube 30.
[0039] Es wird als vorteilhaft angesehen, dass das Gaseinlassorgan 2 lediglich durch Lösen einer Befestigungsschraube 30 vom Befestigungsabschnitt 3 ent fernbar ist. [0040] Es wird ferner als vorteilhaft angesehen, dass entweder die einzelnen Gasverteilkörper 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 und 4.5 jeweils„aus dem Vollen" aus einem Quarzrohling herausgearbeitet werden können. Es wird ferner als vorteilhaft angesehen, dass das gesamte Gaseinlassorgan 2 mit den dann materialeinheit lich miteinander verbundenen Gasverteilkörpern 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 und 4.5 aus einem einzigen Rohling herausgearbeitet werden kann. Die Gasverteilkörper 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 und 4.5 sind dann materialeinheitlich miteinander verbundene Gasverteilabschnitte des Gaseinlassorgans 2.
[0041] Zur Herstellung des Gaseinlassorganes 2 wird bevorzugt das oben be reits erwähnte SLE- Verfahren verwendet, bei dem mit einem stark fokussierten und ultrakurz gepulsten Laserstrahl gewissermaßen schreibend Volumenberei che des Quarzrohlings material verändert werden. Diese Volumenbereiche sind die Gasdurchtrittsbohrungen 13, die Gasdurchtrittsbohrungen 14 sowie 14', die Abschnitte 8', 8", 8 der Gasverteilkammer 8, die Gaseinlasskanäle 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5, deren Mündungen 10 und die Befestigungsöffnung 17. Nach der erfolg ten Materialumwandlung wird das umgewandelte Material mittels einer Ätz flüssigkeit aus dem Quarzkörper herausgelöst. Das in der Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Gaseinlassorganes 2 kann zur Gänze aus einem Roh ling im SLE- Verfahren gefertigt werden.
[0042] Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, dass sich mit dieser Ferti gungsmethode die zu montierenden Teile minimieren lassen.
[0043] Das in der Figur 7 dargestellte Ausführungsbeispiel ist ein Gaseinlass organ 2 mit zwei übereinander angeordneten Gasverteilkammern 8, wobei die Gasverteilkammern 8 mittels einer Strömungsbarriere 12 in zwei Abschnitte, nämlich einen stromaufwärtigen Abschnitt 8 und einen stromabwärtigen Ab schnitt aufgeteilt sind. Es können aber auch mehrere Gasverteilkammern über- einander angeordnet sein, die jeweils von einem Gaskanal gespeist werden können. In jede Gasverteilkammer 8 mündet ein Gaskanal 9.1, 9.2. Der im We sentlichen zylindrische Körper des Gaseinlassorganes 2 besitzt auf seiner Zy lindermantelfläche Gasdurchtrittsbohrungen 13, 14, 14' und bildet dadurch eine Gasverteilwand 6 aus. Die beiden Gasverteilkammern 8 sind mittels eines Trennbodens 11 voneinander getrennt. Eine Grundplatte 31 bildet den Boden der unteren Gas verteilkammer 8.
[0044] Das Gaseinlassorgan 2 besteht aus einem einstückigen Quarzteil. Die Hohlräume sind im SLE- Verfahren gefertigt.
[0045] Die Figur 8 zeigt eine weitere Variante eines Gaseinlassorgans, bei dem die Strömungsbarriere 12 eine geringere Höhe aufweist als die Gasverteilwände 6. Zwischen der Unterseite des Trennbodens 11 und der Oberseite der ringför migen Strömungsbarriere 12 bildet sich ein Gasdurchtrittskanal 14" aus. Es handelt sich hierbei um einen umlaufenden Spalt. In einer nicht dargestellten Variante kann dieser Spalt aber auch in azimutaler Richtung durch Stege unter teilt sein.
[0046] Bei dem in der Figur 9 dargestellten Ausführungsbeispiel grenzt die Strömungsbarriere 12" unmittelbar an die Gasverteilwand 6 an. Bei diesem Ausführungsbeispiel münden Gasdurchtrittsbohrungen 14 mit einer geringen Querschnittsfläche in eine Gasdurchtrittsbohrung 13 mit einer größeren Quer schnittsfläche, die sich bis zur Gasaustrittsöffnung 7 erstreckt.
[0047] Die in den Ausführungsbeispielen verkörperten Strömungsbarrieren 12, 12', 12" bilden eine Druckbarriere aus. Die Mündungen 10 der Gaseinlass kanäle 9.1 bis 9.5 sind exzentrisch zum Verlauf der Gasverteilwand 6 angeord net. Die Strömungsstrecke zwischen Mündung und den Gasdurchtrittsbohrun- gen 13 ist somit unterschiedlich. Um zu vermeiden, dass durch die exzentrische Anordnung der Mündung 10 ein inhomogener Gasstrom aus den Gasaustritts öffnungen 7 in die Prozesskammer 20 eintritt, sind die Gasdurchtrittskanäle 14, 14', 14" so dimensioniert, dass sich innerhalb der Gasverteilkammer 8 ein höhe rer Druck aufbaut als außerhalb der Gasverteilkammer 8 und dieser Überdruck ausreichend groß ist, dass die Strömungsbarriere 12, 12', 12" den Prozess gasstrom in die Prozesskammer 20 homogenisiert. Mit anderen Worten: Über die gesamte Umfangslänge der von einer Kreiszylinderaußenmantelfläche ge bildeten Gasaustrittsfläche fließt dieselbe Gasmenge pro Flächeneinheit in die Prozesskammer.
[0048] Die vorstehenden Ausführungen dienen der Erläuterung der von der Anmeldung insgesamt erfassten Erfindungen, die den Stand der Technik zu mindest durch die folgenden Merkmalskombinationen jeweils auch eigenstän dig weiterbilden, wobei zwei, mehrere oder alle dieser Merkmalskombinatio nen auch kombiniert sein können, nämlich:
[0049] Eine Gaseinlassvorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sich in zumindest einer Gas verteilkammer 8 zwischen der Mündung 10 des Gasein lasskanals 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5 und der Gasverteilwand 6 zumindest eine erste, ein oder mehrere Gasdurchtrittskanäle 14, 14' aufweisende Strömungsbarriere 12, 12' erstreckt.
[0050] Eine Gaseinlassvorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Strömungsbarriere 12, 12' einen Zentralabschnitt 15 umgibt, der die Mündung 10 eines Gaseinlasskanales 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5 aufweist.
[0051] Eine Gaseinlass Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass zu mindest zwei Strömungsbarrieren 12, 12' in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind, wobei die zumindest zwei Strömungsbarrieren 12, 12' und insbesondere die Gasverteilwand 6 konzentrisch um den Zentralabschnitt 15 angeordnet sind.
[0052] Eine Gaseinlassvorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die mindestens eine Strömungsbarriere 12, 12' die Gasverteilkammer 8 in einen stromaufwärtigen Abschnitt 8", 8'" und einen stromabwärtigen Abschnitt 8', 8" teilt oder dass die Strömungsbarriere 12" Gasdurchtrittskanäle 14 aufweist, die unmittelbar an querschnittsgrößere, in die Gasaustrittsöffnungen 7 mündende Gasdurchtrittsbohrungen 13 der Gasverteilwand 6 angrenzen.
[0053] Eine Gaseinlassvorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass jedes Gasverteilniveau als scheibenförmiger Gasverteilabschnitt 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5 ausgebildet ist, bei dem die Gasverteilwand 6 mit dem Rand des Trennbodens 11 zumindest durch eine dichtende Anlage aneinander verbunden ist und vom Trennboden 11 ein zentraler Abschnitt 15 entspringt, der die Mündung 10 des Gaseinlasskanals 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5 aufweist, wobei eine nach oben weisende Breitseitenfläche 15' des Zentralabschnitts 15 eines unteren Gasverteilabschnitts 4.2, 4.3, 4.4, 4.5 flächig an einer Unterseite des Trennbodens 11 eines oberen Gas verteilabschnitts 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 anliegt oder damit verbunden ist und eine Durchlassöffnung 16 des Zentralabschnitts 15 des oberen Gasverteilabschnitts 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 mit der Mündung 10 des Gaseinlasskanals 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5 des unteren Gasverteilabschnitts 4.2, 4.3, 4.4, 4.5 strömungsverbunden und zur oberen Breitseitenfläche 15' offen ist.
[0054] Eine Gaseinlassvorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Trennboden 11 materialeinheitlich mit dem Zentralabschnitt 15 und/ oder der Gasverteilwand 6 verbunden ist. [0055] Eine Gaseinlassvorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Zentralabschnitt 15 von einem Sockel ausgebildet ist.
[0056] Eine Gaseinlassvorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass jedes Gasverteilniveau von einem scheibenförmigen Gasverteilabschnitt 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5 ausgebildet ist und eine sich durch das gesamte Gaseinlassorgan 2 er streckende Öffnung 17, 17' vorgesehen ist.
[0057] Eine Gaseinlassvorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Öffnung 17 eine Befestigungsöffnung zur Befestigung des Gaseinlassorganes 2 am Befestigungsabschnitt 3 ausbildet oder dass die Öffnung 17 einen Spülkanal 17' ausbildet.
[0058] Eine Gaseinlassvorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die übereinander angeordneten scheibenförmigen Gasverteilabschnitte 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5 insbesondere materialeinheitlich oder stoffschlüssig miteinander ver bundene Gas verteilkörper sind. [0059] Eine Gaseinlassvorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die
Gaseinlasskanäle 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5 in einer Querschnittsebene durch den Zentralabschnitt 15 nebeneinander liegen und die Mündungen 10 voneinander verschiedener Gaseinlasskanäle 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5 in Umfangsrichtung um den Zentralabschnitt 15 versetzt zueinander angeordnet sind. [0060] Eine Gaseinlassvorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die
Gaseinlasskanäle 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5 um eine zentrale Befestigungsöffnung 17 angeordnet sind. [0061] Eine Gaseinlass Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass das Gaseinlassorgan 2 aus Quarz besteht und dass die materialeinstückigen Gasver teilkörper/ -abschnitte 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5 oder das materialeinstückige Gasein lassorgan 2 durch ein selektives Laser-induziertes Ätzverfahren gefertigt ist, bei dem im Fokus eines fokussierten Laserstrahls eine Materialumwandlung statt findet und das umgewandelte Material mittels eines Ätzfluids entfernt wird.
[0062] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Gasverteilkör per 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5 oder ein mehrere Gasverteilabschnitte 4.1, 4.2, 4.3, 4.4,
4.5 aufweisendes Gaseinlassorgan 2 jeweils einstückig durch selektives laserin duziertes Ätzen gefertigt werden/ wird.
[0063] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Mündung 10 derart innerhalb der Gasverteilkammer 8 angeordnet ist, dass der aus ihr aus tretende Prozessgasstrom verschieden lange Strömungsstrecken zu den einzel nen Gasdurchtrittsbohrungen 13 zurücklegt und zumindest eine Strömungs barriere 12, 12', 12" in der Gasverteilkammer 8 eine Homogenisierung des aus den Gasaustrittsöffnungen 7 austretenden Prozessgases bewirkt.
[0064] 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 Prioritäts unterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender An meldung mit aufzunehmen. Die Unteransprüche charakterisieren, auch ohne die Merkmale eines in Bezug genommenen Anspruchs, mit ihren Merkmalen eigenständige erfinderische Weiterbildungen des Standes der Technik, insbe sondere um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen. Die in jedem Anspruch angegebene Erfindung kann zusätzlich ein oder mehrere der in der vorstehenden Beschreibung, insbesondere mit Bezugsziffern versehene und/ oder in der Bezugsziffernliste angegebene Merkmale aufweisen. Die Er findung betrifft auch Gestaltungsformen, bei denen einzelne der in der vorste henden Beschreibung genannten Merkmale nicht verwirklicht sind, insbeson- dere soweit sie erkennbar für den jeweiligen Verwendungszweck entbehrlich sind oder durch andere technisch gleichwirkende Mittel ersetzt werden kön nen.
Liste der Bezugszeichen
1 CVD-Reaktor
2 Gaseinlassorgan
3 Befestigungsabschnitt 3' Befestigungsfläche
4.1 Gas verteilkörper /-Abschnitt
4.2 Gas verteilkörper /-Abschnitt
4.3 Gas verteilkörper /-Abschnitt
4.4 Gas verteilkörper /-Abschnitt
4.5 Gas verteilkörper /-Abschnitt
5 Gaszuleitung
6 Gasverteilwand
7 Gasaustrittsöffnung
8 Gasverteilkammer
8' stromabwärtiger Abschnitt 8" stromabwärtiger Abschnitt 8 stromaufwärtiger Abschnitt
9.1 Gaseinlasskanal
9.2 Gaseinlasskanal
9.3 Gaseinlasskanal
9.4 Gaseinlasskanal
9.5 Gaseinlasskanal
10 Mündung
11 Trennboden
12 Strömungsbarriere
12' Strömungsbarriere
13 Gasdurchtrittsbohrung
14 Gasdurchtrittskanal
14' Gasdurchtrittskanal 14" Gasdurchtrittskanal
15 Zentralabschnitt, Sockel 15' Breitseitenfläche
16 Durchlassöffnung
17 Befestigungsöffnung 17' Spülkanal
18 Prallwand
19 Suszeptor
20 Prozesskammer
21 Substrat
22 Gasauslass
23 Prozesskammerdecke
24 Heizeinrichtung
25 Vertiefung
26 Gasaustrittsöffnung
27 Befestigungsöffnung
28 Mutter
29 Feder
30 Befestigungsschraube
31 Grundplatte
32 Stützscheibe
33 Stützrohr
34 Diffusionsbarriere
35 Befestigungsöffnung
36 Flanschabschnitt

Claims

Ansprüche
1. Gaseinlassvorrichtung für einen CVD-Reaktor (1) mit einem an einem
Gaszuleitungen (5) aufweisenden Befestigungsabschnitt (3) befestigbaren Gaseinlassorgan mit mehreren übereinander angeordneten Gasverteilni veaus, die jeweils eine Gasverteilwand (6) mit Gasaustrittsöffnungen (7) aufweisen, die mit einer von der Gasverteilwand (6) umgebenen Gasver teilkammern (8) strömungsverbunden sind, wobei in die Gasverteilkam mer (8) jeweils ein Gaseinlasskanal (9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5) mit einer Mün dung (10) mündet und die Gas verteilkammern (8) verschiedener Gasver- teilniveaus jeweils durch einen Trennboden (11) voneinander getrennt sind, wobei die Gaseinlasskanäle (9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5) in einem säulen förmigen Zentralabschnitt (15) des Gaseinlassorganes (2) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaseinlasskanäle (9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5) in einer Querschnittsebene durch den Zentralabschnitt (15) nebeneinander liegen und die Mündungen (10) voneinander verschiedener Gaseinlasska- näle (9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5) in Umfangsrichtung um den Zentralabschnitt
(15) versetzt zueinander angeordnet sind.
2. Gaseinlassvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaseinlasskanäle (9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5) um eine zentrale Öffnung (17, 17') oder eine zentrale Achse angeordnet sind. 3. Gaseinlassvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Gaseinlassorgan (2) aus Quarz besteht und dass die materialeinstückigen Gas verteilkörper/ -abschnitte (4.1, 4.2, 4.
3, 4.4, 4.5) oder das materialeinstückige Gaseinlassorgan (2) durch ein se lektives Laser-induziertes Ätzverfahren gefertigt ist, bei dem im Fokus ei- nes fokussierten Laserstrahls eine Materialumwandlung stattfindet und das umgewandelte Material mittels eines Ätzfluids entfernt wird.
4. Gaseinlassvorrichtung für einen CVD-Reaktor (1) mit einem an einem Gaszuleitungen (5) aufweisenden Befestigungsabschnitt (3) befestigbaren Gaseinlassorgan mit mehreren übereinander angeordneten Gasverteilni veaus, die jeweils eine Gasverteilwand (6) mit Gasaustrittsöffnungen (7) aufweisen, die mit einer von der Gasverteilwand (6) umgebenen Gasver teilkammer (8) strömungsverbunden sind, wobei in die Gasverteilkammer (8) ein Gaseinlasskanal (9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5) mit einer Mündung (10) mündet und die Gasverteilkammern (8) verschiedener Gasverteilniveaus durch jeweils einen Trennboden (11) voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Gasverteilniveau als scheibenförmiger Gasver teilabschnitt (4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5) ausgebildet ist, bei dem die Gasverteil wand (6) mit dem Rand des Trennbodens (11) zumindest durch eine dich tende Anlage aneinander verbunden ist und vom Trennboden (11) ein zentraler Abschnitt (15) entspringt, der die Mündung (10) des Gaseinlass kanals (9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5) aufweist, wobei eine nach oben weisende Breitseitenfläche (15') des Zentralabschnitts (15) eines unteren Gasverteil abschnitts (4.2, 4.3, 4.4, 4.5) flächig an einer Unterseite des Trennbodens (11) eines oberen Gasverteilabschnitts (4.1, 4.2, 4.3, 4.4) anliegt oder damit verbunden ist und eine Durchlassöffnung (16) des Zentralabschnitts (15) des oberen Gasverteilabschnitts (4.1, 4.2, 4.3, 4.4) mit der Mündung (10) des Gaseinlasskanals (9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5) des unteren Gasverteilab schnitts (4.2, 4.3, 4.4, 4.5) strömungsverbunden und zur oberen Breitseiten fläche (15') offen ist.
5. Gaseinlass Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Trennboden (11) materialeinheitlich mit dem Zentralabschnitt (15) und/ oder der Gasverteilwand (6) verbunden ist.
6. Gaseinlassvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentralabschnitt (15) von einem Sockel ausgebildet ist.
7. Gaseinlassvorrichtung für einen CVD-Reaktor (1) mit einem an einem
Gaszuleitungen (5) aufweisenden Befestigungsabschnitt (3) befestigbaren
Gaseinlassorgan mit mehreren übereinander angeordneten Gasverteilni veaus, die jeweils eine Gasverteilwand (6) mit Gasaustrittsöffnungen (7) aufweisen, die mit einer von der Gasverteilwand (6) umgebenen Gasver teilkammern (8) strömungsverbunden sind, wobei in die Gasverteilkam- mer (8) jeweils ein Gaseinlasskanal (9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5) mündet und die
Gasverteilkammern (8) verschiedener Gasverteilniveaus jeweils durch ei nen Trennboden (11) voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Gasverteilniveau von einem scheibenförmigen Gasverteilab schnitt (4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5) ausgebildet ist und eine sich durch das gesam- te Gaseinlassorgan (2) erstreckende Öffnung (17, 17') vorgesehen ist.
8. Gaseinlassvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (17) eine Befestigungsöffnung zur Befestigung des Gasein lassorganes (2) am Befestigungsabschnitt (3) ausbildet oder dass die Öff nung (17) einen Spülkanal (17') ausbildet.
9. Gaseinlassvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die übereinander angeordneten scheiben förmigen Gasverteilabschnitte (4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5) insbesondere material einheitlich oder stoffschlüssig miteinander verbundene Gasverteilkörper sind.
10. Gaseinlassvorrichtung für einen CVD-Reaktor (1) mit einem an einem Gaszuleitungen (5) aufweisenden Befestigungsabschnitt (3) befestigbaren Gaseinlassorgan mit mehreren übereinander angeordneten Gasverteilni veaus, die jeweils eine Gasverteilwand (6) mit Gasaustrittsöffnungen (7) aufweisen, die mit einer von der Gasverteilwand (6) umgebenen Gasver teilkammern (8) strömungsverbunden sind, wobei in die Gasverteilkam mer (8) jeweils ein Gaseinlasskanal (9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5) mit einer Mün dung (10) mündet und die Gas verteilkammern (8) verschiedener Gasver- teilniveaus durch einen Trennboden (11) voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass sich in zumindest einer Gasverteilkammer
(8) zwischen der Mündung (10) des Gaseinlasskanals (9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5) und der Gasverteilwand (6) zumindest eine erste, ein oder mehrere Gas durchtrittskanäle (14, 14', 14") aufweisende Strömungsbarriere (12, 12', 12") erstreckt.
11. Gaseinlassvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsbarriere (12, 12') einen Zent ralabschnitt (15) umgibt, der die Mündung (10) eines Gaseinlasskanales (9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5) aufweist.
12. Gaseinlassvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Strömungsbarrieren (12,
12') in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind, wobei die zu mindest zwei Strömungsbarrieren (12, 12') und insbesondere die Gasver teilwand (6) konzentrisch um den Zentralabschnitt (15) angeordnet sind.
13. Gaseinlassvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Strömungsbarriere (12,
12') die Gasverteilkammer (8) in einen stromaufwärtigen Abschnitt (8", 8'") und einen stromabwärtigen Abschnitt (8', 8") teilt oder dass die Strö mungsbarriere (12") Gasdurchtrittskanäle (14) aufweist, die unmittelbar an querschnittsgrößere, in die Gasaustrittsöffnungen (7) mündende Gas durchtrittsbohrungen (13) der Gasverteilwand (6) angrenzen.
14. Verfahren zur Fertigung eines Gaseinlassorgans (2) einer Gaseinlassvor richtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Gasverteilkörper (4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5) oder ein mehrere Gasverteilabschnitte (4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5) aufweisendes Gaseinlassorgan (2) jeweils einstückig durch selektives laserinduziertes Ätzen gefertigt werden / wird .
15. Verfahren zum Einspeisen von Prozessgasen in eine Prozesskammer (20) eines CVD-Reaktors (1), welche Prozessgase durch eine Gaszuleitung (5) oder getrennt voneinander durch mehrere Gaszuleitungen (5), damit je weils verbundenen Gaseinlasskanälen (9.1 bis 9.5) und jeweils einer Mün- düng (10) in jeweils eine Gasverteilkammer (8) eines Gaseinlassorgans (2) eingespeist werden, aus welcher Gasverteilkammer (8) sie durch in Gasaustrittsöffnungen (7) mündende Gasdurchtrittsöffnungen (13) einer Gasverteilwand (6) hindurch in die Prozesskammer (20) eintreten, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündung (10) derart innerhalb der Gasverteilkammer (8) angeordnet ist, dass der aus ihr austretende Pro zessgasstrom verschieden lange Strömungs strecken zu den einzelnen Gasdurchtrittsbohrungen (13) zurücklegt und zumindest eine Strömungs barriere (12, 12', 12") in der Gasverteilkammer (8) eine Homogenisierung des aus den Gasaustrittsöffnungen (7) austretenden Prozessgases bewirkt.
16. Gaseinlassvorrichtung oder Verfahren, gekennzeichnet durch eines oder mehrere der kennzeichnenden Merkmale eines der vorhergehenden An sprüche.
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