EP4352274A1 - Gaseinlassorgan für einen cvd-reaktor - Google Patents
Gaseinlassorgan für einen cvd-reaktorInfo
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- EP4352274A1 EP4352274A1 EP22731578.5A EP22731578A EP4352274A1 EP 4352274 A1 EP4352274 A1 EP 4352274A1 EP 22731578 A EP22731578 A EP 22731578A EP 4352274 A1 EP4352274 A1 EP 4352274A1
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- H01J37/32431—Constructional details of the reactor
- H01J37/3244—Gas supply means
Definitions
- the invention relates to a gas inlet element for a CVD reactor with a first gas distribution volume arranged to the rear of a gas outlet plate, from which emerge first small tubes having end sections protruding from the front side of the gas outlet plate and protruding into first through-openings of a shielding plate arrangement extending parallel to the gas outlet plate.
- the first passage openings have a first section facing the gas outlet plate with a large diameter that is larger than the outer diameter of the end section, and a second section facing away from the gas outlet plate with a smaller diameter.
- the invention also relates to a shielding plate arrangement for such a gas inlet element.
- the invention also relates to a CVD reactor with a
- Gas inlet device and a method for depositing layers consisting of several elements on substrates in a CVD reactor are provided.
- DE 102011056589 A1 describes a gas inlet element of a CVD reactor.
- the gas inlet element has a plurality of gas distribution volumes, into each of which a process gas with a carrier gas can be fed through a gas supply line.
- the process gases can be a hydride of an element from main group V and an organometallic compound of an element the III. main group act.
- An inert gas, nitrogen or hydrogen can be used as the carrier gas.
- the gas inlet element is cooled and for this purpose has a cooling volume through which a cooling liquid flows.
- the gas inlet element has a gas outlet surface, which is a broad side surface of a gas outlet plate.
- Each of the gas distribution volumes is connected to a plurality of tubes arranged essentially evenly distributed over the broad side surface with a gap between the gas outlet surface and a screen plate arrangement.
- the shield plate arrangement consists of a shield plate with first and second through-openings, through which the process gas fed into the gap can flow through the shield plate arrangement to reach a process chamber, on the floor of which, which is formed by a susceptor, substrates are arranged, which are to be coated with a layer, the layer consisting of the two elements of the process gas.
- the susceptor is heated to a process temperature with a heating device.
- DE 102020103948 A1 discloses multi-part shield plate arrangements.
- the above tubes form end portions that protrude into the through-opening of the shield panel assembly.
- the tubes are made of metal and are cooled by the cooling device of the gas inlet element to a temperature that is lower than the temperature of the broad side surface of the shielding plate arrangement facing the susceptor. These cold spots on the broadside surface facing the susceptor locally influence the growth of the layer on the susceptor.
- the state of the art also includes US Pat .
- the object of the invention is to reduce this influence.
- it is an object of the invention to reduce cold spots on the susceptor-facing broadside surface of the faceplate assembly.
- the passage opening for at least one first tube which is connected to the first gas distribution volume, has two sections which have different diameters from one another.
- the first tube has an end portion protruding into the first portion of the through hole.
- This first section of the through-opening has an inside diameter which is greater than the outside diameter of the end section of the first tube protruding there.
- a second section of the through opening has a smaller diameter.
- the diameter is smaller than the outer diameter of the end section.
- the inner diameter of the second section from the through-opening can correspond approximately to the inner diameter of the first tube.
- the shielding plate arrangement is formed by a single shielding plate.
- This shielding plate can have a large number of stepped bores, which are the first th form through openings.
- the stepped bores are evenly distributed over the broad side surfaces of the shielding panel.
- Second through-openings which are assigned to second tubes, can be arranged between the first through-openings.
- the second tubes can also have end sections that protrude into diameter-enlarged sections of the second passage openings. However, the second tubes can also end flush in the gas outlet surface.
- the second tubes are connected to a second gas distribution volume into which a second process gas can be fed.
- a process gas of an element of III. main group flows through.
- a process gas of an element of main group V can flow through the second tube and the second passage openings.
- the second passage openings are preferably aligned with the openings of the second tubes.
- the screen plate arrangement can have a broad side surface facing the gas outlet plate, which is spaced apart from the gas outlet plate. This distance can be less than an immersion depth of the end section in the passage opening. The distance is in particular less than the axial length of the end section of the first or second tube protruding from the gas outlet plate.
- the material thickness of the gas outlet plate can be in the range between 3 and 6 mm. A preferred material thickness is 5.5 mm.
- the gas outlet plate can adjoin a cooling volume through which a cooling liquid flows.
- the cooling liquid can have a temperature in the range between 50 and 70, preferably about 60°C.
- the distance by which the shield plate arrangement is spaced from the gas exit plate can be in the range between 0.2 and 2 mm.
- a preferred distance is 0.5 mm.
- the two sections of the through-openings can be cylindrical, so that a step is formed in the boundary area of the two sections with the different diameters.
- the step can be in the axial center of the opening through hole.
- the axial length of the larger diameter Section can be 2 to 5 mm.
- a preferred depth of the large-diameter portion of the through hole may be 3 mm or 4.6 mm.
- the thickness of the faceplate assembly, and in particular the thickness of an individual faceplate forming the faceplate assembly may range between 4mm and 10mm.
- a preferred thickness of the shield panel arrangement is 6 or 8 mm.
- the axial length of the end section of the tube protruding into the through-opening can be in the range between 2 and 7 mm. A preferred length may be 3.5mm or 5mm.
- the shielding plate can consist of SiC. However, it is preferred that the shielding plate or several plates of the shielding plate arrangement consists of graphite, with such a shielding plate being able to be coated with SiC. Means can be provided in order to change the distance between the shielding plate or the shielding plate arrangement and the gas outlet plate. In particular, a lifting device is provided with which this distance can be adjusted. The distance is set in particular in such a way that the surface temperature of the shielding plate or shielding plate arrangement facing the process chamber is approximately 250°C.
- the length of the large-diameter section of the through-opening and the length of the end section or its immersion depth in the large-diameter section of the through-opening is preferably chosen so that the surface temperature of the shielding plate, depending on the process that is carried out in the process chamber, is in a range between 100° C and 300°C. During a cleaning process, during which the distance between the shielding plate arrangement and the gas outlet plate is increased, the surface temperature can also reach 850°C.
- the faceplate assembly has two sections.
- the shielding plate arrangement can consist of two individual shielding plates which are in contact with one another on broad sides facing one another or are slightly spaced apart from one another are. It is essential that one section of the shielding plate arrangement has low thermal conductivity, ie acts as a kind of thermal insulator, and another section of the shielding plate arrangement has high thermal conductivity, ie acts as a heat conductor.
- the shielding plate adjoining the gas outlet plate directly or with the formation of a gap consists of a heat-insulating material, for example quartz.
- the shielding plate facing the process chamber can be made of a material with good thermal conductivity, for example graphite or coated graphite.
- the shielding plate arrangement having two sections having different thermal conduction properties can also have the features of the first aspect of the invention, ie in particular form passage openings for the process gas which have sections with different diameters from one another.
- an upper shielding plate pointing towards the gas outlet plate has the sections with the large diameters and another shielding plate, which points toward the process chamber, has the sections of the passage openings with the smaller diameters.
- the sections with the large diameters can also extend into a lower shielding plate, so that the end sections of the tubes reach through through-openings in the upper shielding plate into coarser sections of the through-openings in the lower shielding plate.
- the first small tubes protrude into the passage openings with the large diameters.
- the second tubes for a second process gas open out in the lower broad side surface of the gas outlet plate.
- the shielding plate arrangement according to the invention or the CVD reactor according to the invention or the gas inlet element according to the invention can also have the following features:
- the floor plan the gas outlet surface has a circular shape.
- the ground plan of the shielding panel arrangement has a circular area.
- the faceplate assembly may include a central area.
- the central area can be surrounded by an edge area.
- the screen panel arrangement can be formed from one or more screen panels arranged one above the other.
- the end sections can have a greater length in the central area than in the edge area.
- the end sections can have a greater length in the edge area than in the central area.
- the first sections of the first or second passage openings can have the same diameter and the same axial depth over the entire area of the shield plate arrangement.
- first sections of the first or second through-openings have a different depth in the central area than in the edge area. Provision can be made for the first and/or second sections of the first and/or second through-openings to be of the same design over their entire axial length.
- the sections can in particular have a cylindrical shape.
- the plan of the first and second sections of the first and/or second through-holes can be a circular shape. Provision can also be made for the first or second through-holes to widen in the manner of a funnel in each case towards the broad side surface.
- the invention also relates to a method for depositing multiple component layers on substrates, the components being in particular different elements and in particular elements of III. and V. are main group.
- the method is characterized in that a gas inlet element or a shielding plate arrangement or a CVD reactor is used, as has been described above, wherein the shielding plate arrangement, if it has a uniform thermal conductivity, can be formed from a shielding plate of the same material and wherein the shielding plate arrangement, if it has sections of different thermal conductivity, consist of two shielding plates can.
- Main group includes, flows, have end portions that protrude into stepped bores of a shield plate, the stepped Boh tion having a portion having a diameter that is less than the outer diameter of the end portion of the tube.
- tubes, through which a process gas containing an element of main group V, in particular a hydride of an element of main group V, flows have no end sections that protrude into bores in the shielding plate.
- these second tubes also have end sections protruding into stepped bores.
- FIG. 2 shows a section of a gas inlet element 2 of a first exemplary embodiment of the CVD reactor shown in FIG. 1, with a shielding plate 10 being at a small distance D from a gas outlet plate 3, 3 shows a representation according to FIG. 2, with the distance D being increased,
- FIG. 4 shows a further enlarged section of the gas inlet element shown in FIG. 2
- FIG. 5 shows a representation according to FIG. 2 of a second exemplary embodiment
- FIG. 6 shows a representation according to FIG. 2 of a third exemplary embodiment
- FIG. 7 shows a representation according to FIG. 2 of a fourth exemplary embodiment
- FIG. 8 shows a representation according to FIG. 2 of a fifth exemplary embodiment
- FIG. 9 shows a representation according to FIG. 2 of a sixth exemplary embodiment
- FIG. 10 shows a representation according to FIG. 2 of a seventh exemplary embodiment.
- the figure 1 shows schematically a CVD reactor for depositing III-V layers on substrates.
- a susceptor 14 which can consist of coated graphite and a heating device 15 to process temperatures of 850 to 1200°C can be heated.
- the heater 15 may be an infrared heater, an RF heater, or a resistance heater.
- the wide side surface of the susceptor 14 pointing away from the heating device 15 serves to support the substrates that are coated in a process chamber 13 .
- the process chamber 13 bounded at the bottom by the susceptor 14 is bounded at the top by a gas inlet element 2 .
- the height S of the process chamber 13 can be in the range of 7 to 15 mm. A preferred height S is about 11 mm.
- the gas inlet element 2 consists of an upper section, consisting in particular of metal, in which the gas distribution volumes 6, 7 are arranged.
- the process gas can be fed by means of gas supply lines 16 from the outside.
- One of the two process gases is preferably fed into each of the gas distribution volumes 6, 7, the respective process gas consisting of a reactive gas, for example an organometallic compound of an element of III. Main group or a hydride of an element of main group V and hydrogen.
- FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of a gas inlet organ 2, in which a first gas distribution volume 6, into which the III component can be fed, for example, is flow-connected to the first tube 4 with the process chamber 13.
- a second gas distribution volume 7 is also flow-connected to the process chamber 13 by means of second tubes 8 .
- Both tubes 4, 8 extend through a cooling volume 12 into which a cooling liquid can be fed by means of a supply line 17, which liquid leaves the cooling volume 12 again through a discharge line 17'.
- the gas outlet plate 3, which forms a gas outlet surface 3' on its side facing the process chamber 13, is cooled with the cooling device designed in this way.
- a shielding plate arrangement extends between the susceptor 14 and the gas outlet surface 3'.
- th embodiment of a single, consisting of graphite screen plate 10 is formed.
- the faceplate 10 is coated with SiC.
- the shielding plate 10 has a broad side surface 10", which is spaced from the gas outlet surface 3' by a distance D. The distance can be 0.5 mm.
- FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of a gas inlet organ 2, in which a first gas distribution volume 6, into which the III component can be fed, for example, is flow-connected to the first tube 4 with the process chamber 13.
- a second gas distribution volume 7 is also flow-connected to the process chamber 13 by means of second tubes 8 .
- Both tubes 4, 8 extend through a cooling volume 12 into which a cooling liquid can be fed by means of a supply line 17, which liquid leaves the cooling volume 12 again through a discharge line 17'.
- the gas outlet plate 3, which forms a gas outlet surface 3' on its side facing the process chamber 13, is cooled with the cooling device designed in this way.
- a shielding plate arrangement which, in the first exemplary embodiment illustrated in FIGS. 2 and 3, is formed by a single shielding plate 10 made of graphite.
- the faceplate 10 is coated with SiC.
- the shielding plate 10 has a broad side surface 10", which is spaced from the gas outlet surface 3' by a distance D. The distance can be 0.5 mm.
- the shielding plate 10 has first and second passage openings 5, 9, which are net angeord distributed over the entire surface of the shielding plate 10 uniformly.
- the first passage openings 5 have a first section 5' which has a large diameter and which has a circular-cylindrical interior space. Forming a step, the first section 5' is followed by a second section 5'', which has a smaller diameter having. This second section can also have a circular-cylindrical inner space. While the first section 5' opens in the direction of the gas outlet plate 3, the second section 5" opens in a broad side surface 10' of the shielding plate 10 pointing away from the gas outlet plate 3 permanent circular cross-section and a diameter which corresponds approximately to the diameter of the second section 5".
- the first tubes 4 each have an end section 4' which protrudes beyond the gas outlet surface 3'.
- the length L by which the end section 4' protrudes beyond the gas outlet surface 3' is preferably approximately 3.5 mm in the exemplary embodiment.
- the depth P of the first section 5 from 'of the through hole 5 can be 3 mm.
- the material thickness B of the shielding plate 10 can be 6 mm.
- the end face of the end portion 4' may be spaced from the bottom of the first portion 5'. In the exemplary embodiment, however, the end face of the end section 4' touches the bottom 5'" of the first section 5'.
- the immersion depth T corresponds to the depth P of the first section 5'.
- the end face of the end section 4' is from the bottom of the first section 5', the immersion depth T is smaller than the depth P of the first section 5'.
- the diameter of the second section 5'' is smaller than the outer diameter of the end section 4' and can approximately correspond to the inner diameter of the first tube 4.
- the diameter can be slightly smaller than the inside diameter of the first tube 4 or slightly larger than the inside diameter of the first tube 4.
- the mouth openings of the second tube 8 are spaced apart from the openings of the second passage openings.
- the distance D can be increased with a lifting device denoted by the reference number 18 in FIG. This reduces the cooling effect of the cooling device of the cooling volume 12 on the shielding plate 10, so that it can be moved from the position shown in FIG. 2 to the position shown in FIG Operating position can be lowered. While the surface temperature of the broad side surface 10" is approximately 250° C. in the operating position shown in FIGS. 1 and 2, the surface temperature of the broad side surface 10" can reach over 800° C. in the operating position shown in FIG.
- the embodiment shown in Figure 5 differs from the first embodiment shown in Figures 2 to 4 essentially only in that the second tubes are also cut in the manner described above into first diameter-enlarged sections 9" of the second passage openings 9
- the end faces of the second tubes can rest against the bottoms of the second through-openings or be spaced apart from the bottoms of the second through-openings 9.
- the diameters of the second sections 9" of the second through-openings are also smaller here than the outside diameters of the end sections 8 'of the second tubes, the openings in the first sections 9' of the second through-opening 9 protrude.
- the end sections 4′ in a central region Z of an essentially circular disk-shaped shielding plate 10 have a smaller penetration depth into the first passage. passage openings 5 than in an edge area R, which surrounds the central area Z.
- the end sections 4′ have a greater penetration depth in a central area Z of an essentially circular disc-shaped shielding plate 10, into the first through openings 5, than in an edge area R, which surrounds the central area Z.
- the exemplary embodiment shown in FIG. 8 differs from the exemplary embodiments described above essentially in that the first and/or second through openings 5, 9 widen in a funnel shape either towards the broad side surface 10" or towards the broad side surface 10' of the screen plate 10.
- the second sections 5" of the passage openings 5 can expand in the shape of a funnel both towards the bottom 5"' and towards the broad side surface 10'.
- each of the first through-openings 5 each of the second through-openings 9 has an identical shape to one another.
- FIGS. 9 and 10 initially differ from the exemplary embodiments described above in that instead of a shielding plate arrangement of the same material consisting of only one shielding plate 10, a shielding plate arrangement has two shielding plates 10, 11.
- An upper shielding plate 10 pointing to the gas outlet plate 3 can be made of a poorly heat-conducting material, for example quartz be and thus forms a thermal insulator.
- a lower shielding plate 11 pointing away from the gas outlet plate 3 and toward the process chamber 13 and in particular adjoining the process chamber 13 can consist of a material with good thermal conductivity, for example graphite.
- the lower shielding plate 11 has a specific thermal conductivity that is greater by a factor of 5, 10, 20 than the upper shielding plate 10.
- the two shielding plates 10, 11 can touch one another. But you can also have a distance from each other.
- the two shielding plates 10, 11 each have through-openings 5, 9, with the upper shielding plate 10 having an upper section 5', 9' of a through-opening 5, 9 and the lower shielding plate 11 each having a lower section 5", 9" of a through-opening 5, 9 trains.
- the upper sections 5′, 9′ each have the same cross-sectional area as the lower sections 5′′, 9′′ assigned to them.
- the first tubes 4 and the second tubes 8 open into the gas outlet surface 3'.
- end sections 4′ of the first tubes 4 protrude into the upper sections 5′ of the first passage openings 5, as has been described above with reference to the exemplary embodiments illustrated in FIGS. At this
- the large-diameter sections 5′ are formed by the upper shielding plate 10 and the smaller-diameter sections 5′′ by the lower shielding plate 11.
- the shielding plates 10, 11 can have the same thickness as one another. However, they can also have different material thicknesses.
- a gas inlet member characterized in that the diameter of the second portion 5" is smaller than the outer diameter of the end portion 4'.
- a gas inlet element which is characterized in that the shielding plate arrangement has a first section 10 facing the gas outlet plate 3 with a low thermal conductivity and an adjoining second section 11 facing away from the gas outlet plate 3 with a high thermal conductivity.
- a gas inlet element which is characterized in that the end sections 4' of the first tubes 4 protrude into the first passage openings 5' of the first section 10 of the shielding plate arrangement and/or that the shielding plate arrangement has two shielding plates 10, 11 with different which have thermal conductivities, which have broad side surfaces 10', IT which are adjacent to one another, touching or spaced apart from one another by a gap and/or that the first section 10 of the shielding plate arrangement is made of quartz and the second section 11 of the shielding plate arrangement is made of graphite or coated graphite consists.
- a gas inlet element which is characterized in that an upper broad side surface 10" of the shielding plate arrangement 10, 11 facing the gas outlet plate 3 is at a distance D from a lower broad side surface 3' of the gas outlet plate 3 and/or that the distance D is less than the immersion depth T of the end section 4' in the first passage opening 5.
- a gas inlet element which is characterized in that a second gas distribution volume 7 of the gas inlet element is flow-connected to second tubes 8, whose openings pointing away from the second gas distribution volume 7 are aligned with second passage openings 9 of the shielding plate arrangement 10, 11 and/or that the gas outlet plate 3 can be cooled by a cooling device 12 and/or that a cooling volume 12 is adjacent to the gas outlet plate 3, through which a cooling liquid can flow.
- a gas inlet element which is characterized in that end sections 8' of the second tubes 8 protrude into first sections 9" of the second through-openings 9 with a large diameter, and second sections 9' of the second through-openings 9 have a smaller diameter than the outer diameter the end portions 8' of the second tubes 8.
- a gas inlet element which is characterized in that the screen plate arrangement 10, 11 has a central area Z, the end sections 4', 8' of the first and/or second tubes 4, 8 being in the central area Z of the screen plate arrangement 10, 11 immerse deeper or less deeply into the first or second passage openings 5, 9 than in an edge region R surrounding the central region Z of the shielding panel arrangement 10, 11.
- a gas inlet element which is characterized in that the first and / or second through-openings 9 funnel-like to the gas outlet plate 3 facing broadside surface 10" of the shielding plate arrangement 10, 11 or to the broadside surface 10' of the shielding plate arrangement 10, 11 facing away from the gas outlet plate 3 and/or that a cylindrical region 5', 9' of the first section of the first and/or second through-opening 5, 9, forming a step adjacent to a cylindrical region 5", 9" of the second section of the first and/or second through-opening 5, 9.
- a faceplate assembly characterized in that the first broadside surface 10'' of the faceplate assembly 10, 11 is from a low thermal conductivity section and the second broadside surface 11'' of the faceplate assembly 10, 11 is from a high thermal conductivity section thermal conductivity is formed and/or that the passage openings 5, 9 have sections 5', 5", 9', 9" with diameters that differ from one another.
- a CVD reactor which is characterized in that the gas inlet element 2 is designed according to one of the preceding claims.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Gaseinlassorgan (2) für einen CVD-Reaktor (1) mit einem rückwärtig einer Gasaustrittsplatte (3) angeordneten ersten Gasverteilvolumen (6), dem frontseitig aus der Gasaustrittsplatte (3) heraustretende Endabschnitte (4') aufweisende ersten Röhrchen (4) entspringen, die in erste Durchgangsöffnungen (5) einer sich parallel zur Gasaustrittsplatte (3) erstreckenden Schirmplattenanordnung (10, 11) hineinragen, wobei die ersten Durchgangsöffnungen (5) einen der Gasaustrittsplatte (3) zugewandten ersten Abschnitt (5') mit einem großen Durchmesser aufweisen, der größer ist, als der Außendurchmesser des Endabschnitts (4'), und einen von der Gasaustrittsplatte (3) weggewandten zweiten Abschnitt (5'') mit einem geringeren Durchmesser aufweisen. Um Temperatur-Inhomogenitäten im Bereich der Durchgangsöffnungen (5) zu vermeiden, ist vorgesehen, dass der Durchmesser des zweiten Abschnittes (5'') kleiner ist, als der Außendurchmesser des Endabschnitts (4'). Ferner ist vorgesehen, dass die Schirmplatten-Anordnung (10, 11) aus zwei übereinander angeordneten Schirmplatten (10, 11) mit verschiedenen Wärmeleitfähigkeiten besteht.
Description
Beschreibung
Gaseinlassorgan für einen CVD-Reaktor
Gebiet der Technik
[0001] Die Erfindung betrifft ein Gaseinlassorgan für einen CVD-Reaktor mit einem rückwärtig einer Gasaustrittsplatte angeordneten ersten Gasverteilvolu- men, dem frontseitig aus der Gasaustrittsplatte heraustretende Endabschnitte aufweisende ersten Röhrchen entspringen, die in erste Durchgangsöffnungen einer sich parallel zur Gasaustrittsplatte erstreckenden Schirmplattenanord nung hineinragen, wobei die ersten Durchgangsöffnungen einen der Gasaus trittsplatte zugewandten ersten Abschnitt mit einem großen Durchmesser auf- weisen, der größer ist, als der Außendurchmesser des Endabschnitts, und einen von der Gasaustrittsplatte weggewandten zweiten Abschnitt mit einem gerin geren Durchmesser aufweisen.
[0002] Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Schirmplattenanordnung für ein derartiges Gaseinlassorgan. [0003] Die Erfindung betrifft darüber hinaus einen CVD-Reaktor mit einem
Gaseinlassorgan sowie ein Verfahren zum Abscheiden von aus mehreren Ele menten bestehenden Schichten auf Substraten in einem CVD-Reaktor.
Stand der Technik
[0004] Die DE 102011056589 Al beschreibt ein Gaseinlassorgan eines CVD- Reaktors. Das Gaseinlassorgan besitzt mehrere Gasverteilvolumina, in die je- weils durch eine Gaszuleitung ein Prozessgas mit einem Trägergas eingespeist werden kann. Bei den Prozessgasen kann es sich um ein Hydrid eines Elemen tes der V. Hauptgruppe und eine metallorganische Verbindung eines Elementes
der III. Hauptgruppe handeln. Als Trägergas kann ein Edelgas, Stickstoff oder Wasserstoff verwendet werden. Das Gaseinlassorgan ist gekühlt und besitzt hierzu ein Kühlvolumen, durch das eine Kühlflüssigkeit hindurchströmt. Das Gaseinlassorgan besitzt eine Gasaustrittsfläche, die eine Breitseitenfläche einer Gasaustrittsplatte ist. Jedes der Gasverteilvolumina ist mit einer Vielzahl von im Wesentlichen gleichmäßig verteilt über die Breitseitenfläche angeordneten Röhrchen mit einem Spalt zwischen der Gasaustrittsfläche und einer Schirm plattenanordnung verbunden. Die Schirmplattenanordnung besteht aus einer Schirmplatte mit ersten und zweiten Durchgangsöffnungen, durch die das in den Spalt eingespeiste Prozessgas durch die Schirmplattenanordnung hin durchströmen kann, um in eine Prozesskammer zu gelangen, auf deren Boden, der von einem Suszeptor ausgebildet wird, Substrate angeordnet sind, die mit einer Schicht beschichtet werden sollen, wobei die Schicht aus den beiden Ele menten des Prozessgases besteht. Hierzu wird der Suszeptor mit einer Heizein- richtung auf eine Prozesstemperatur aufgeheizt.
[0005] Aus der DE 102020103948 Al sind mehrteilige Schirmplattenanord nungen bekannt.
[0006] Die oben genannten Röhrchen bilden Endabschnitte, die in die Durch gangsöffnung der Schirmplattenanordnung hindurchragen. Die Röhrchen be- stehen aus Metall und werden von der Kühleinrichtung des Gaseinlassorganes auf eine Temperatur gekühlt, die geringer ist, als die Temperatur der zum Sus zeptor weisenden Breitseitenfläche der Schirmplattenanordnung. Diese kalten Stellen auf der zum Suszeptor weisenden Breitseitenfläche beeinflussen lokal das Wachstum der Schicht auf dem Suszeptor.
[0007] Zum Stand der Technik gehören ferner die US 6,565,661 Bl, die US 2007/0272154 Al, die US 2005/0217582 Al, des Weiteren die US 2005/0241579 Al, die US 2015/0007770 Al sowie die US 2005/0255257 Al.
Zusammenfassung der Erfindung
[0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Einfluss zu vermin dern. Eine Aufgabe der Erfindung ist insbesondere, die kalten Stellen auf der zum Suszeptor weisenden Breitseitenfläche der Schirmplattenanordnung zu vermindern.
[0009] Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Er findung. Die Unteransprüche stellen nicht nur vorteilhafte Weiterbildungen der in den nebengeordneten Ansprüchen angegebenen Erfindung dar, sondern sind auch eigenständige Lösungen der Aufgabe.
[0010] Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Durchgangsöffnung für zumindest ein erstes Röhrchen, das mit dem ersten Gasverteilvolumen verbunden ist, zwei Abschnitte aufweist, die voneinander verschiedene Durchmesser aufweisen. Das erste Röhrchen besitzt einen Endab schnitt, der in den ersten Abschnitt der Durchgangsöffnung hineinragt. Dieser erste Abschnitt der Durchgangsöffnung hat einen Innendurchmesser, der grö ßer ist, als der Außendurchmesser des dort hineinragenden Endabschnitts des ersten Röhrchens. Ein zweiter Abschnitt der Durchgangsöffnung hat einen ge ringeren Durchmesser. Der Durchmesser ist insbesondere geringer, als der Au ßendurchmesser des Endabschnitts. Der Innendurchmesser des zweiten Ab schnitts der Durchgangsöffnung kann in etwa dem Innendurchmesser des ers ten Röhrchens entsprechen. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Schirm plattenanordnung von einer einzigen Schirmplatte ausgebildet wird. Diese Schirmplatte kann eine Vielzahl von Stufen-Bohrungen aufweisen, die die ers-
ten Durchgangsöffnungen ausbilden. Die Stufen-Bohrungen sind gleichmäßig über die Breitseitenflächen der Schirmplatte verteilt angeordnet. Zwischen den ersten Durchgangsöffnungen können zweite Durchgangsöffnungen angeordnet sein, die zweiten Röhrchen zugeordnet sind. Die zweiten Röhrchen können ebenfalls Endabschnitte aufweisen, die in durchmesservergrößerte Abschnitte der zweiten Durchgangsöffnungen hineinragen. Die zweiten Röhrchen können aber auch bündig in der Gasaustrittsfläche münden. Die zweiten Röhrchen sind mit einem zweiten Gasverteilvolumen verbunden, in das ein zweites Prozess gas eingespeist werden kann. Es ist insbesondere vorgesehen, dass durch die ersten Röhrchen und durch die ersten Durchgangsöffnungen ein Prozessgas eines Elementes der III. Hauptgruppe hindurchfließt. Durch die zweiten Röhr chen und die zweiten Durchgangsöffnungen kann ein Prozessgas eines Elemen tes der V. Hauptgruppe hindurchfließen. Die zweiten Durchgangs Öffnungen fluchten bevorzugt mit den Öffnungen der zweiten Röhrchen. Die Schirmplat tenanordnung kann eine zur Gasaustrittsplatte weisende Breitseitenfläche auf weisen, die von der Gasaustrittsplatte beabstandet ist. Dieser Abstand kann geringer sein, als eine Eintauchtiefe des Endabschnitts in die Durchgangsöff nung. Der Abstand ist insbesondere geringer, als die axiale Länge des aus der Gasaustrittsplatte herausragenden Endabschnitts des ersten oder zweiten Röhr chens. Die Materialstärke der Gasaustrittsplatte kann im Bereich zwischen 3 und 6 mm liegen. Eine bevorzugte Materialstärke ist 5,5 mm. Die Gasaustritts platte kann an ein Kühlvolumen angrenzen, durch das eine Kühlflüssigkeit strömt. Die Kühlflüssigkeit kann eine Temperatur im Bereich zwischen 50 und 70, bevorzugt etwa 60°C liegen. Der Abstand, mit dem die Schirmplattenanord nung von der Gasaustrittsplatte beabstandet ist, kann im Bereich zwischen 0,2 und 2 mm liegen. Ein bevorzugter Abstand ist 0,5 mm. Die beiden Abschnitte der Durchgangsöffnungen können zylinderförmig ausgebildet sein, sodass sich im Grenzbereich der beiden Abschnitte mit den verschiedenen Durchmessern eine Stufe ausbildet. Die Stufe kann in der axialen Mitte der Durchgangsöff nung liegen. Die axiale Länge des den größeren Durchmesser aufweisenden
Abschnitts kann 2 bis 5 mm betragen. Eine bevorzugte Tiefe des durchmesser großen Abschnitts der Durchgangsöffnung kann 3 mm oder 4,6 mm betragen. Die Dicke der Schirmplattenanordnung und insbesondere die Dicke einer die Schirmplattenanordnung bildenden einzelnen Schirmplatte können im Bereich zwischen 4mm und 10 mm liegen. Eine bevorzugte Dicke der Schirmplattenan ordnung beträgt 6 oder 8 mm. Die axiale Länge des Endabschnittes des in die Durchgangsöffnung hineinragenden Röhrchens kann im Bereich zwischen 2 und 7 mm liegen. Eine bevorzugte Länge kann 3,5 mm oder 5 mm betragen. Die Schirmplatte kann aus SiC bestehen. Es ist aber bevorzugt, dass die Schirmplat te oder mehrere Platten der Schirmplattenanordnung aus Graphit besteht be ziehungsweise bestehen, wobei eine derartige Schirmplatte mit SiC beschichtet sein kann. Es können Mittel vorgesehen sein, um den Abstand der Schirmplatte beziehungsweise der Schirmplattenanordnung von der Gasaustrittsplatte zu verändern. Es ist insbesondere eine Hubeinrichtung vorgesehen, mit der dieser Abstand eingestellt werden kann. Der Abstand wird insbesondere so einge stellt, dass die zur Prozesskammer weisende Oberflächentemperatur der Schirmplatte beziehungsweise Schirmplattenanordnung etwa 250°C beträgt.
Die Länge des durchmessergroßen Abschnitts der Durchgangsöffnung und die Länge des Endabschnitts beziehungsweise dessen Eintauchtiefe in den durch messergroßen Abschnitt der Durchgangsöffnung ist bevorzugt so gewählt, dass die Oberflächentemperatur der Schirmplatte je nach Prozess, der in der Pro zesskammer durchgeführt wird, in einem Bereich zwischen 100°C und 300°C liegt. Bei einem Reinigungsprozess, währenddessen der Abstand zwischen Schirmplattenanordnung und Gasaustrittsplatte vergrößert ist, kann die Ober flächentemperatur auch 850°C erreichen.
[0011] Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung hat die Schirmplattenan ordnung zwei Abschnitte. Die Schirmplattenanordnung kann hierzu aus zwei einzelnen Schirmplatten bestehen, die an aufeinander zu weisenden Breitseiten flächen berührend aneinanderliegen oder geringfügig voneinander beabstandet
sind. Wesentlich ist, dass ein Abschnitt der Schirmplattenanordnung eine ge ringe thermische Leitfähigkeit aufweist, also gewissermaßen als Wärmeisolator wirkt, und ein anderer Abschnitt der Schirmplattenanordnung eine hohe ther mische Leitfähigkeit aufweist, also als Wärmeleiter wirkt. Gemäß einer bevor zugten Ausgestaltung der Erfindung besteht die unmittelbar oder unter Aus bildung eines Spaltes an die Gasaustrittsplatte angrenzende Schirmplatte aus einem wärmeis olierenden Material, beispielsweise Quarz. Die zur Prozess kammer weisende Schirmplatte kann hingegen von einem gut wärmeleitenden Material, beispielsweise Graphit oder beschichtetem Graphit ausgebildet sein. Die zwei unterschiedliche Wärmeleiteigenschaften aufweisenden Abschnitte aufweisende Schirmplattenanordnung kann auch die Merkmale des ersten As pektes der Erfindung aufweisen, also insbesondere Durchgangsöffnungen für das Prozessgas ausbilden, die Abschnitte mit voneinander verschiedenen Durchmessern besitzen. Dabei kann vorgesehen sein, dass eine obere, zur Gasaustrittsplatte weisende Schirmplatte die Abschnitte mit den großen Durchmessern und eine andere Schirmplatte, die zur Prozesskammer weist, die Abschnitte der Durchgangsöffnungen mit den geringeren Durchmessern auf weist. Die Abschnitte mit den großen Durchmessern können sich aber auch bis in eine untere Schirmplatte erstrecken, sodass die Endabschnitte der Röhrchen durch Durchgangsöffnungen der oberen Schirmplatte hindurch bis in gröbere Abschnitte der Durchgangsöffnungen der unteren Schirmplatte hineinreichen. Es kann auch vorgesehen sein, dass die obere Schirmplatte abwechselnd Durchgangsöffnungen mit voneinander verschiedenen Durchmessern aufweist. In die Durchgangsöffnungen mit den großen Durchmessern ragen die ersten Röhrchen hinein. Die zweiten Röhrchen für ein zweites Prozessgas münden in der unteren Breitseitenfläche der Gasaustrittsplatte.
[0012] Die erfindungsgemäße Schirmplattenanordnung beziehungsweise der erfindungsgemäße CVD-Reaktor oder das erßndungsgemäße Gaseinlassorgan kann darüber hinaus auch die folgenden Merkmale aufweisen: Der Grundriss
der Gasaustrittsfläche besitzt eine Kreisform. Der Grundriss der Schirmplatten anordnung besitzt eine Kreisfläche. Die Schirmplattenanordnung kann einen Zentralbereich aufweisen. Der Zentralbereich kann von einem Randbereich umgeben sein. Die Schirmplattenanordnung kann aus ein oder mehreren über einander angeordneten Schirmplatten ausgebildet sein. In dem Zentralbereich können die Endabschnitte eine größere Länge aufweisen, als im Randbereich. Im Randbereich können die Endabschnitte eine größere Länge aufweisen, als im Zentralbereich. Die ersten Abschnitte der ersten oder zweiten Durchgangs öffnungen können über die gesamte Fläche der Schirmplattenanordnung den selben Durchmesser und dieselbe axiale Tiefe aufweisen. Es ist aber auch vor gesehen, dass die ersten Abschnitte der ersten oder zweiten Durchgangsöff nungen im Zentralbereich eine andere Tiefe aufweisen, als im Randbereich. Es kann vorgesehen sein, dass die ersten und/ oder zweiten Abschnitte der ersten und/ oder zweiten Durchgangsöffnungen über jeweils ihre gesamte axiale Län ge gleichgestaltet sind. Die Abschnitte können insbesondere eine Zylinderform aufweisen. Der Grundriss der ersten und zweiten Abschnitte der ersten und/ oder zweiten Durchgangsbohrungen kann eine Kreisform sein. Es kann ferner vorgesehen sein, dass sich die ersten oder zweiten Durchgangsbohrun gen jeweils zur Breitseitenfläche trichterartig erweitern.
[0013] Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Abscheiden von mehrere Komponenten aufweisenden Schichten auf Substraten, wobei die Komponenten insbesondere verschiedene Elemente sind und insbesondere Elemente der III. und V. Hauptgruppe sind. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein Gaseinlassorgan beziehungsweise eine Schirmplattenan ordnung oder ein CVD-Reaktor verwendet wird, wie er zuvor beschrieben worden ist, wobei die Schirmplattenanordnung, wenn sie eine einheitliche Wärmeleitfähigkeit aufweist, materialeinheitlich von einer Schirmplatte ausge bildet sein kann und wobei die Schirmplattenanordnung, wenn sie Abschnitte verschiedener Wärmeleitfähigkeit aufweist, aus zwei Schirmplatten bestehen
kann. Es ist insbesondere vorgesehen, dass Röhrchen, durch die ein Prozessgas, das ein Element der III. Hauptgruppe, insbesondere eine metallorganische Ver bindung der III. Hauptgruppe beinhaltet, strömt, Endabschnitte aufweisen, die in gestufte Bohrungen einer Schirmplatte hineinragen, wobei die gestufte Boh rung einen Abschnitt aufweist, der einen Durchmesser aufweist, der geringer ist, als der Außendurchmesser des Endabschnitts des Röhrchens. Es kann ferner vorgesehen sein, dass Röhrchen, durch die ein Prozessgas, das ein Element der V. Hauptgruppe, insbesondere ein Hydrid eines Elementes der V. Hauptgruppe aufweist, strömt, keine Endabschnitte aufweisen, die in Bohrungen der Schirm platte hineinragen. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass diese zweiten Röhrchen ebenfalls in gestufte Bohrungen hineinragende Endabschnitte auf weisen. Mit den zuvor genannten Merkmalen oder zumindest einigen dieser Merkmale wird die Temperaturinhomogenität auf der zur Prozesskammer wei senden Seite der Schirmplatten- Anordnung verbessert. Der Durchmesser des zweiten Abschnittes ist erfindungsgemäß kleiner als der Durchmesser der Stirn fläche des Endabschnittes, so dass der Endabschnitt maximal bis zum Boden des ersten Abschnitts der ersten Durchgangsöffnung in den ersten Abschnitt eintauchen kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0014] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand bei gefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch einen CVD-Reaktor,
Fig. 2 einen Ausschnitt eines Gaseinlassorgans 2 eines ersten Ausfüh rungsbeispiels des in der Figur 1 dargestellten CVD-Reaktors, wobei eine Schirmplatte 10 einen geringen Abstand D zu einer Gasaustrittsplatte 3 aufweist,
Fig. 3 eine Darstellung gemäß Figur 2, wobei der Abstand D ver größert ist,
Fig. 4 weiter vergrößert einen Ausschnitt des in der Figur 2 darge stellten Gaseinlassorgans, Fig. 5 eine Darstellung gemäß Figur 2 eines zweiten Ausführungsbei spiels,
Fig. 6 eine Darstellung gemäß Figur 2 eines dritten Ausführungsbei spiels,
Fig. 7 eine Darstellung gemäß Figur 2 eines vierten Ausführungsbei- spiels,
Fig. 8 eine Darstellung gemäß Figur 2 eines fünften Ausführungsbei spiels,
Fig. 9 eine Darstellung gemäß Figur 2 eines sechsten Ausführungsbei spiels,
Fig. 10 eine Darstellung gemäß Figur 2 eines siebten Ausführungsbei spiels.
Beschreibung der Ausführungsformen
[0015] Die Figur 1 zeigt schematisch einen CVD-Reaktor zum Abscheiden von III-V-Schichten auf Substraten. In einem Reaktorgehäuse des CVD-Reaktors 1 befindet sich ein Suszeptor 14, der aus beschichtetem Graphit bestehen kann und der von einer Heizeinrichtung 15 auf Prozesstemperaturen von 850 bis
1200°C aufheizbar ist. Die Heizeinrichtung 15 kann eine Infrarotheizung, eine RF-Heizung oder eine Widerstandsheizung sein. Die von der Heizeinrichtung 15 wegweisende Breitseitenfläche des Suszeptors 14 dient der Auflage der Sub strate, die in einer Prozesskammer 13 beschichtet werden. Die nach untenhin vom Suszeptor 14 begrenzte Prozesskammer 13 wird nach obenhin von einem Gaseinlassorgan 2 begrenzt. Die Höhe S der Prozesskammer 13 kann im Bereich von 7 bis 15 mm liegen. Eine bevorzugte Höhe S beträgt etwa 11 mm. Das Ga seinlassorgan 2 besteht aus einem insbesondere aus Metall bestehenden oberen Abschnitt, in dem Gasverteilvolumina 6, 7 angeordnet sind. In die Gasverteilvo lumina 6, 7 kann mittels Gaszuleitungen 16 von außen das Prozessgas einge speist werden. In jedes der Gasverteilvolumina 6, 7 wird bevorzugt eines der beiden Prozessgase eingespeist, wobei das jeweilige Prozessgas aus einem reak tiven Gas, beispielsweise einer metallorganischen Verbindung eines Elementes der III. Hauptgruppe oder einem Hydrid eines Elementes der V. Hauptgruppe und Wasserstoff bestehen kann.
[0016] Die Figur 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Gaseinlassorga nes 2, bei dem ein erstes Gasverteilvolumen 6, in das beispielsweise die III- Komponente eingespeist werden kann, mit ersten Röhrchen 4 mit der Prozess kammer 13 strömungsverbunden ist. Ein zweites Gasverteilvolumen 7 ist mit zweiten Röhrchen 8 ebenfalls mit der Prozesskammer 13 strömungsverbunden. Beide Röhrchen 4, 8 erstrecken sich durch ein Kühlvolumen 12 in das mittels einer Zuleitung 17 eine Kühlflüssigkeit eingespeist werden kann, welche durch eine Ableitung 17' das Kühlvolumen 12 wieder verlässt. Mit der so ausgebilde ten Kühlvorrichtung wird die Gasaustrittsplatte 3, die auf ihrer zur Prozess kammer 13 weisenden Seite eine Gasaustrittsflächen 3' ausbildet, gekühlt.
[0017] Zwischen Suszeptor 14 und der Gasaustrittsfläche 3' erstreckt sich eine Schirmplattenanordnung, die bei dem in den Figuren 2 und 3 dargestellten ers-
ten Ausführungsbeispiel von einer einzigen, aus Graphit bestehenden Schirm platte 10 ausgebildet ist. Die Schirmplatte 10 ist mit SiC beschichtet. Die Schirmplatte 10 besitzt eine Breitseitenfläche 10", die von der Gasaustrittsfläche 3' um einen Abstand D beabstandet ist. Der Abstand kann 0,5 mm betragen.
[0018] Die Figur 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Gaseinlassorga nes 2, bei dem ein erstes Gasverteilvolumen 6, in das beispielsweise die III- Komponente eingespeist werden kann, mit ersten Röhrchen 4 mit der Prozess kammer 13 strömungsverbunden ist. Ein zweites Gasverteilvolumen 7 ist mit zweiten Röhrchen 8 ebenfalls mit der Prozesskammer 13 strömungsverbunden. Beide Röhrchen 4, 8 erstrecken sich durch ein Kühlvolumen 12 in das mittels einer Zuleitung 17 eine Kühlflüssigkeit eingespeist werden kann, welche durch eine Ableitung 17' das Kühlvolumen 12 wieder verlässt. Mit der so ausgebilde ten Kühlvorrichtung wird die Gasaustrittsplatte 3, die auf ihrer zur Prozess kammer 13 weisenden Seite eine Gasaustrittsflächen 3' ausbildet, gekühlt.
[0019] Zwischen Suszeptor 14 und der Gasaustrittsfläche 3' erstreckt sich eine Schirmplattenanordnung, die bei dem in den Figuren 2 und 3 dargestellten ers ten Ausführungsbeispiel von einer einzigen, aus Graphit bestehenden Schirm platte 10 ausgebildet ist. Die Schirmplatte 10 ist mit SiC beschichtet. Die Schirmplatte 10 besitzt eine Breitseitenfläche 10", die von der Gasaustrittsfläche 3' um einen Abstand D beabstandet ist. Der Abstand kann 0,5 mm betragen.
[0020] Die Schirmplatte 10 besitzt erste und zweite Durchgangs Öffnungen 5, 9, die über die gesamte Fläche der Schirmplatte 10 gleichmäßig verteilt angeord net sind. Die ersten Durchgangsöffnungen 5 besitzen einen ersten Abschnitt 5', der einen großen Durchmesser aufweist und der einen kreiszylinderförmigen Innenraum aufweist. Unter Ausbildung eine Stufe schließt sich an den ersten Abschnitt 5' ein zweiter Abschnitt 5" an, der einen geringeren Durchmesser
aufweist. Auch dieser zweite Abschnitt kann einen kreiszylinderförmigen In nenraum aufweisen. Während der erste Abschnitt 5' in Richtung der Gasaus trittsplatte 3 mündet, mündet der zweite Abschnitt 5" in einer von der Gasaus trittsplatte 3 weg weisenden Breitseitenfläche 10' der Schirmplatte 10. [0021] Die zweiten Durchgangsöffnungen 9 haben über ihre gesamte Länge einen gleich bleibenden kreisförmigen Querschnitt und einen Durchmesser, der etwa dem Durchmesser des zweiten Abschnittes 5" entspricht.
[0022] Wie die Figur 4 zeigt, besitzen die ersten Röhrchen 4 besitzen jeweils einen Endabschnitt 4', der über die Gasaustrittsfläche 3' hinausragt. Die Länge L, mit der der Endabschnitt 4' über die Gasaustrittsfläche 3' hinausragt, beträgt beim Ausführungsbeispiel bevorzugt etwa 3,5 mm. Die Tiefe P des ersten Ab schnittes 5' der Durchgangsöffnung 5 kann 3 mm betragen. Die Materialstärke B der Schirmplatte 10 kann 6 mm betragen.
[0023] Die Stirnfläche des Endabschnittes 4' kann von dem Boden des ersten Abschnittes 5' beabstandet sein. Beim Ausführungsbeispiel berührt jedoch die Stirnfläche des Endabschnitts 4' den Boden 5'" des ersten Abschnitts 5'. Die Eintauchtiefe T entspricht bei diesem Ausführungsbeispiel der Tiefe P des ers ten Abschnittes 5'. Ist die Stirnfläche des Endabschnitts 4' vom Boden des ersten Abschnittes 5' beabstandet, ist die Eintauchtiefe T kleiner als die Tiefe P des ersten Abschnittes 5'. Der Durchmesser des zweiten Abschnittes 5" ist geringer, als der Außendurchmesser des Endabschnittes 4' und kann etwa dem Innen durchmesser des ersten Röhrchen 4 entsprechen. Der Durchmesser kann ge ringfügig kleiner als der Innendurchmesser des ersten Röhrchens 4 oder gering fügig größer als der Innendurchmesser des ersten Röhrchens 4 sein.
[0024] Die Mündungsöffnungen der zweiten Röhrchen 8 sind von den Öff nungen der zweiten Durchgangsöffnungen beabstandet.
[0025] Mit einer in der Figur 1 mit der Bezugsziffer 18 bezeichneten Hubein richtung kann der Abstand D vergrößert werden. Hierdurch verringert sich die Kühlwirkung der Kühleinrichtung des Kühlvolumens 12 auf die Schirmplatte 10, sodass sie beispielsweise zur Durchführung eines Ätzschrittes, bei dem die Breitseitenfläche 10' der Schirmplatte 10 gereinigt wird, von der in Figur 2 dar gestellten Stellung in die in der Figur 3 dargestellte Betriebsstellung abgesenkt werden kann. Während in der in der Figuren 1 und 2 dargestellten Betriebsstel lung die Oberflächentemperatur der Breitseitenfläche 10" etwa 250°C beträgt, kann die Oberflächentemperatur der Breitseitenfläche 10" in der in Figur 3 dar gestellten Betriebsstellung über 800°C erreichen.
[0026] Das in der Figur 5 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in den Figuren 2 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen lediglich dadurch, dass auch die zweiten Röhrchen in der in der oben beschriebenen Weise in erste durchmesservergrößerte Abschnitte 9" der zweiten Durchgangsöffnungen 9 hineinragen. Auch hier können die Stirnflä chen der zweiten Röhrchen an Böden der zweiten Durchgangsöffnungen anlie- gen oder von den Böden der zweiten Durchgangsöffnungen 9 beabstandet sein. Die Durchmesser der zweiten Abschnitte 9" der zweiten Durchgangsöffnungen sind auch hier geringer, als die Außendurchmesser der Endabschnitte 8' der zweiten Röhrchen, die in die ersten Abschnitte 9' der zweiten Durchgangsöff nungen 9 hineinragen.
[0027] Bei dem in der Figur 6 dargestellten Ausführungsbeispiel haben die Endabschnitte 4' in einem Zentralbereich Z einer im Wesentlichen kreisschei benförmigen Schirmplatte 10 eine geringere Eindringtiefe in die ersten Durch-
gangsöffnungen 5 als in einem Randbereich R, der den Zentralbereich Z umgibt.
[0028] Bei dem in der Figur 7 dargestellten Ausführungsbeispiel haben die Endabschnitte 4' in einem Zentralbereich Z einer im Wesentlichen kreisschei benförmigen Schirmplatte 10 eine größere Eindringtiefe, in die ersten Durch gangsöffnungen 5 als in einem Randbereich R, der den Zentralbereich Z umgibt.
[0029] Das in der Figur 8 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen im Wesentlichen dadurch, dass sich die ersten und/ oder zweiten Durchgangsöffnungen 5, 9 entweder zur Breitseitenfläche 10" oder zur Breitseitenfläche 10' der Schirm platte 10 trichterförmig erweitern. Die zweiten Abschnitte 5" der Durchgangs öffnungen 5 können sich sowohl zum Boden 5"' als auch zur Breitseitenfläche 10' trichterförmig erweitern.
[0030] In der Figur 8 sind in einer Abbildung mehrere verschiedene Konstella tionen von Durchgangsöffnungen 5, 9 dargestellt, die trichterförmige Erweite rungen aufweisen können. In einem Ausführungsbeispiel besitzen jede der ers ten Durchgangsöffnungen 5 jede der zweiten Durchgangsöffnungen 9 eine un tereinander gleiche Gestalt.
[0031] Die in den Figuren 9 und 10 dargestellten Ausführungsbeispiele unter scheiden sich zunächst von den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen dadurch, dass anstelle einer materialeinheitlichen Schirmplattenanordnung aus nur einer Schirmplatte 10 eine Schirmplattenanordnung zwei Schirmplatten 10, 11 aufweist. Eine zur Gasaustrittsplatte 3 weisende obere Schirmplatte 10 kann aus einem schlecht wärmeleitenden Werkstoff, beispielsweise Quarz, gefertigt
sein und bildet somit einen Wärmeisolator. Eine von der Gasaustrittsplatte 3 wegweisende und zur Prozesskammer 13 weisende und insbesondere an die Prozesskammer 13 angrenzende untere Schirmplatte 11 kann aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff, beispielsweise Graphit, bestehen. Die untere Schirmplatte 11 hat insbesondere eine um einen Faktor 5, 10, 20 größere spezifi sche Wärmeleitfähigkeit, als die obere Schirmplatte 10. Die beiden Schirmplat ten 10, 11 können berührend aneinanderliegen. Sie können aber auch einen Ab stand voneinander besitzen. Die beiden Schirmplatten 10, 11 besitzen jeweils Durchgangsöffnungen 5, 9, wobei die obere Schirmplatte 10 einen oberen Ab- schnitt 5', 9' einer Durchgangsöffnung 5, 9 und die untere Schirmplatte 11 je weils einen unteren Abschnitt 5", 9" einer Durchgangsöffnung 5, 9 ausbildet.
[0032] Bei dem in der Figur 9 dargestellten Ausführungsbeispiel haben die oberen Abschnitte 5', 9' jeweils dieselbe Querschnittsfläche, wie die ihnen zu geordneten unteren Abschnitte 5", 9". Die ersten Röhrchen 4 und die zweiten Röhrchen 8 münden bei diesem Ausführungsbeispiel in der Gasaustrittsfläche 3'.
[0033] Bei dem in der Figur 10 dargestellten Ausführungsbeispiel ragen End abschnitte 4' der ersten Röhrchen 4 in die oberen Abschnitte 5' der ersten Durchgangsöffnungen 5, wie es oben unter Bezugnahme auf die in den Figuren 2 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist. Bei diesem
Ausführungsbeispiel werden die durchmessergroßen Abschnitte 5' von der oberen Schirmplatte 10 und die durchmesserkleineren Abschnitte 5" von der unteren Schirmplatte 11 ausgebildet. Die Schirmplatten 10, 11 können unterei nander dieselbe Dicke aufweisen. Sie können aber auch eine verschiedene Ma- terialstärke aufweisen. Auch hier kann vorgesehen sein, dass die Stirnflächen der Endabschnitte 4' berührend an der Breitseitenfläche 11' der unteren
Schirmplate 11 anliegen oder - wie in der Figur 10 dargestellt - sie können da von beabstandet sein.
[0034] 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:
[0035] Ein Gaseinlassorgan, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Durch messer des zweiten Abschnites 5" kleiner ist, als der Außendurchmesser des Endabschnitts 4'.
[0036] Ein Gaseinlassorgan, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Schirm platenanordnung einen der Gasaustrittsplate 3 zugewandten ersten Abschnit 10 mit einer geringen thermischen Leitfähigkeit und einen daran angrenzenden, von der Gasaustrittsplate 3 weggewandten zweiten Abschnitt 11 mit einer ho- hen thermischen Leitfähigkeit aufweist.
[0037] Ein Gaseinlassorgan, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Endab schnite 4' der erste Röhrchen 4 in die ersten Durchgangsöffnungen 5' des ers ten Abschnits 10 der Schirmplatenanordnung hineinragen und/ oder dass die Schirmplatenanordnung zwei Schirmplaten 10, 11 mit voneinander verschie- denen thermischen Leitfähigkeiten aufweist, die aneinander angrenzende, sich berührende oder durch einen Spalt voneinander beabstandete Breitseitenflä chen 10', IT aufweisen und/ oder dass der erste Abschnit 10 der Schirmplat tenanordnung aus Quarz und der zweite Abschnitt 11 der Schirmplattenanord nung aus Graphit oder beschichtetem Graphit besteht.
[0038] Ein Gaseinlassorgan, das dadurch gekennzeichnet ist, dass eine der Gasaustrittsplatte 3 zugewandte obere Breitseitenfläche 10" der Schirmplatten anordnung 10, 11 einen Abstand D zu einer unteren Breitseitenfläche 3' der Gasaustrittsplatte 3 aufweist und/ oder dass der Abstand D geringer ist als die Eintauchtiefe T des Endabschnitts 4' in die erste Durchgangsöffnung 5.
[0039] Ein Gaseinlassorgan, das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein zweites Gasverteilvolumen 7 des Gaseinlassorganes mit zweiten Röhrchen 8 strö mungsverbunden ist, deren vom zweiten Gasverteilvolumen 7 wegweisende Öffnungen auf zweiten Durchtrittsöffnungen 9 der Schirmplattenanordnung 10, 11 zugerichtet sind und/ oder dass die Gasaustrittsplatte 3 von einer Kühlein richtung 12 kühlbar ist und/ oder dass an die Gasaustrittsplatte 3 ein Kühlvo lumen 12 angrenzt, durch das eine Kühlflüssigkeit hindurchfließen kann.
[0040] Ein Gaseinlassorgan, das dadurch gekennzeichnet ist, dass Endab schnitte 8' der zweiten Röhrchen 8 in durchmessergroße erste Abschnitte 9" der zweiten Durchtritts Öffnungen 9 hineinragen und zweite Abschnitte 9' der zwei ten Durchtrittsöffnungen 9 einen geringeren Durchmesser aufweisen, als der Außendurchmesser der Endabschnitte 8' der zweiten Röhrchen 8.
[0041] Ein Gaseinlassorgan, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Schirm plattenanordnung 10, 11 einen Zentralbereich Z aufweist, wobei die Endab schnitte 4', 8' der ersten und/ oder zweiten Röhrchen 4, 8 im Zentralbereich Z der Schirmplattenanordnung 10, 11 tiefer oder weniger tief in die ersten oder zweiten Durchgangsöffnungen 5, 9 eintauchen, als in einem den Zentralbereich Z umgebenden Randbereich R der Schirmplattenanordnung 10, 11.
[0042] Ein Gaseinlassorgan, das dadurch gekennzeichnet ist, dass sich die ersten und/ oder zweiten Durchgangsöffnungen 9 trichterartig zu der der
Gasaustrittsplate 3 zugewandten Breitseitenfläche 10" der Schirmplattenano rdnung 10, 11 oder zu der von der Gasaustritsplatte 3 weggewandten Breitsei tenfläche 10' der Schirmplattenanordnung 10, 11 erweitern und/ oder dass ein zylinderförmiger Bereich 5', 9' des ersten Abschnits der ersten und/ oder zwei- ten Durchgangsöffnung 5, 9 unter Ausbildung eine Stufe an einen zylinderför migen Bereich 5", 9" des zweiten Abschnits der ersten und/ oder zweiten Durchgangsöffnung 5, 9 angrenzt.
[0043] Eine Schirmplattenanordnung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die erste Breitseitenfläche 10" der Schirmplattenanordnung 10, 11 von einem Ab- schnit mit einer geringen thermischen Leitfähigkeit und die zweite Breitseiten fläche 11" der Schirmplatenanordnung 10, 11 von einem Abschnitt mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit gebildet ist und/ oder dass die Durchgangs öffnungen 5, 9 Abschnite 5', 5", 9', 9" mit voneinander verschiedenen Durch messern aufweisen. [0044] Ein CVD-Reaktor, der dadurch gekennzeichnet ist, dass das Gasein lassorgan 2 nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
[0045] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Gaseinlassor gan 2 nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
[0046] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass in die ersten Röhr- chen 4 ein reaktives Gas eines Elementes der III. Hauptgruppe und in die zwei ten Röhrchen 8 ein reaktives Gas der V. Hauptgruppe eingespeist wird.
[0047] 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 13 Prozesskammer
2 Gaseinlassorgan 14 Suszeptor
3 Gasaustrittsplatte 15 Heizeinrichtung 3' Gasaustrittsfläche 16 Gaszuleitung
4 erstes Röhrchen 17 Kühlflüssigkeitszuleitung 4' Endabschnitt 17' Kühlflüssigkeitsableitung
5 erste Durchgangsöffnung 18 Hubeinrichtung
5' Abschnitt mit großen Durch messer
5" Abschnitt mit kleinem Durch messer 5"' Boden
6 erstes Gasverteilvolumen
7 zweites Gasverteilvolumen
8 zweites Röhrchen 8' Endabschnitt
9 zweite Durchgangsöffnung 9' Abschnitt mit großem Durch messer
9 Abschnitt mit kleinem Durch messer
10 Schirmplatte 10' Breitseitenfläche 10" Breitseitenfläche
11 Schirmplatte 11' Breitseitenfläche
12 Kühlvolumen
Claims
Ansprüche
Gaseinlassorgan (2) für einen CVD-Reaktor (1) mit einem rückwärtig einer Gasaustrittsplatte (3) angeordneten ersten Gasverteilvolumen (6), dem frontseitig aus der Gasaustrittsplatte (3) her austretende Endabschnitte (4') aufweisende ersten Röhrchen (4) entsprin gen, die in erste Durchgangsöffnungen (5) einer sich parallel zur Gasaus trittsplatte (3) erstreckenden Schirmplattenanordnung (10, 11) hineinra gen, wobei die ersten Durchgangsöffnungen (5) einen der Gasaustrittsplat te (3) zugewandten ersten Abschnitt (5') mit einem großen Durchmesser aufweisen, der größer ist, als der Außendurchmesser des Endabschnitts (4'), und einen von der Gasaustrittsplatte (3) weggewandten zweiten Ab schnitt (5") mit einem geringeren Durchmesser aufweisen, dadurch ge kennzeichnet, dass der Durchmesser des zweiten Abschnittes (5") kleiner ist, als der Außendurchmesser der Stirnfläche des Endabschnitts (4'), die entweder am Boden des ersten Abschnittes (5") anliegt oder davon beab- standet ist, so dass die Eintauchtiefe (T) des Endabschnitt (4") in den ersten Abschnitt (5") kleiner ist als die Tiefe (P) des ersten Abschnitts (5").
Gaseinlassorgan
(2) für einen CVD-Reaktor (1) mit einem rückwärtig einer Gasaustrittsplatte (3) angeordneten ersten Gasverteilvolumen (6), dem frontseitig aus der Gasaustrittsplatte (3) her austretende Endabschnitte (4') aufweisende erste Röhrchen (4) entsprin gen, mit zumindest einer frontseitig sich parallel zur Gasaustrittsplatte (3) erstreckenden, zumindest eine Schirmplatte aufweisenden Schirmplat tenanordnung (10, 11), die erste Durchgangsöffnungen (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schirmplattenanordnung einen der Gasaustrittsplatte (3) zugewandten ersten Abschnitt (10) mit einer gerin gen thermischen Leitfähigkeit und einen daran angrenzenden, von der
Gasaustrittsplate (3) weggewandten zweiten Abschnit (11) mit einer ho hen thermischen Leitfähigkeit aufweist.
3. Gaseinlassorgan (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Endabschnite (4') der erste Röhrchen (4) in die ersten Durchgangsöffnun- gen (5') des ersten Abschnitts (10) der Schirmplattenanordnung hineinra gen und/ oder dass die Schirmplatenanordnung zwei Schirmplaten (10, 11) mit voneinander verschiedenen thermischen Leitfähigkeiten aufweist, die aneinander angrenzende, sich berührende oder durch einen Spalt von einander beabstandete Breitseitenflächen (10', 11') aufweisen und/ oder dass der erste Abschnit (10) der Schirmplatenanordnung aus Quarz und der zweite Abschnitt (11) der Schirmplattenanordnung aus Graphit oder beschichtetem Graphit besteht.
4. Gaseinlassorgan (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Gasaustrittsplate (3) zugewandte obere Breitseitenfläche (10") der Schirmplattenanordnung (10, 11) einen Abstand
(D) zu einer unteren Breitseitenfläche (3') der Gasaustritsplatte (3) auf weist.
5. Gaseinlassorgan (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (D) geringer ist als die Eintauchtiefe (T) des Endabschnits (4') in die erste Durchgangsöffnung (5).
6. Gaseinlassorgan (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Gasverteilvolumen (7) des Gaseinlassor ganes mit zweiten Röhrchen (8) strömungsverbunden ist, deren vom zweiten Gasverteilvolumen (7) wegweisende Öffnungen auf zweiten
Durchtrittsöffnungen (9) der Schirmplattenanordnung (10, 11) zugerichtet sind.
7. Gaseinlassorgan (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasaustrittsplatte (3) von einer Kühleinrichtung (12) kühlbar ist.
8. Gaseinlassorgan (2) nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an die Gasaustrittsplatte (3) ein Kühlvolumen (12) angrenzt, durch das eine Kühlflüssigkeit hindurchflie ßen kann.
9. Gaseinlassorgan (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass End abschnitte (8') der zweiten Röhrchen (8) in durchmessergroße erste Ab schnitte (9") der zweiten Durchtrittsöffnungen (9) hineinragen und zweite Abschnitte (9') der zweiten Durchtrittsöffnungen (9) einen geringeren Durchmesser aufweisen, als der Außendurchmesser der Endabschnitte (8') der zweiten Röhrchen (8).
10. Gaseinlassorgan (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schirmplattenanordnung (10, 11) einen Zentral bereich (Z) aufweist, wobei die Endabschnitte (4', 8') der ersten und/ oder zweiten Röhrchen (4, 8) im Zentralbereich (Z) der Schirmplattenanord- nung (10, 11) tiefer oder weniger tief in die ersten oder zweiten Durch- gangsöffnungen (5, 9) eintauchen, als in einem den Zentralbereich (Z) um gebenden Randbereich (R) der Schirmplattenanordnung (10, 11).
11. Gaseinlassorgan (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die ersten und/ oder zweiten Durchgangs öff-
nungen (9) trichterartig zu der der Gasaustrittsplatte (3) zugewandten Breitseitenfläche (10") der Schirmplattenanordnung (10, 11) oder zu der von der Gasaustiittsplatte (3) weggewandten Breitseitenfläche (10') der Schirmplattenanordnung (10, 11) erweitern.
12. Gaseinlassorgan (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zylinderförmiger Bereich (5', 9') des ersten Ab schnitts der ersten und/ oder zweiten Durchgangsöffnung (5, 9) unter Ausbildung eine Stufe an einen zylinderförmigen Bereich (5", 9") des zweiten Abschnitts der ersten und/ oder zweiten Durchgangsöffnung (5, 9) angrenzt.
13. Schirmplattenanordnung für ein Gaseinlassorgan (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche mit zwei parallel zueinander verlaufenden Breitseitenflächen (10", 11") und sich zwischen den Breitseitenflächen (10", 11") erstreckenden, gleichmäßig über die Breitseitenflächen (10", 11") verteilten Durchgangsöffnungen (5, 9), dadurch gekennzeichnet, dass die erste Breitseitenfläche (10") der Schirmplattenanordnung (10, 11) von einem Abschnitt mit einer geringen thermischen Leitfähigkeit und die zweite Breitseitenfläche (11") der Schirmplattenanordnung (10, 11) von einem Abschnitt mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit gebildet ist.
14. Schirmplattenanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnungen (5, 9) Abschnitte (5', 5", 9', 9") mit vonei nander verschiedenen Durchmessern aufweisen.
15. CVD-Reaktor (1) mit einem Gaseinlassorgan (2), das ein oder mehrere Gasverteilvolumen (6, 7) aufweist, die mittels in einer Gasaustrittsplatte (3) mündenden Röhrchen (8) und/ oder mittels aus einer Gasaustrittsplatte
(3) herausragenden Röhrchen (4) verbunden sind zum Einspeisen eines Prozessgases in eine Prozesskammer (13), die sich zwischen einer die Gasaustritsplate (3) abdeckenden, Durchgangsöffnungen (5, 9) aufwei senden Schirmplatenanordnung (10, 11) und einem Suszeptor (14) befin- det, wobei der Suszeptor (14) Träger von in der Prozesskammer (13) zu beschichtenden Substraten ist und von einer Heizeinrichtung (15) beheiz bar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gaseinlassorgan (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist.
16. Verfahren zum Abscheiden von mehrere Komponenten aufweisenden Schichten auf Substraten, die von einem beheizten Suszeptor (14) eines
CVD-Reaktors (1) getragen werden durch Einspeisen eines zumindest zwei Komponenten aufweisenden Prozessgases in eine vom Suszeptor (14) und einer Schirmplattenanordnung (10, 11) begrenzten Prozesskam mer (13), dadurch gekennzeichnet, dass zum Einspeisen der Prozessgase ein Gaseinlassorgan (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 verwendet wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass in die ersten Röhrchen (4) ein reaktives Gas eines Elementes der III. Hauptgruppe und in die zweiten Röhrchen (8) ein reaktives Gas der V. Hauptgruppe einge- speist wird.
18. Gaseinlassorgan, Schirmplatenanordnung, CVD-Reaktor oder Verfahren, gekennzeichnet durch eines oder mehrere der kennzeichnenden Merkma le eines der vorhergehenden Ansprüche.
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