WO2020120298A1

WO2020120298A1 - Suszeptor eines cvd-reaktors

Info

Publication number: WO2020120298A1
Application number: PCT/EP2019/083925
Authority: WO
Inventors: Wilhelm Josef Thomas KRÜCKEN; Peter Sebald Lauffer
Original assignee: Aixtron Se
Priority date: 2018-12-11
Filing date: 2019-12-06
Publication date: 2020-06-18
Also published as: DE102018131751A1; JP2022512210A; TW202035779A; EP3894612A1; KR20210099117A; CN113383110A; US20220074047A1; JP7458400B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Suszeptor für einen CVD-Reaktor mit einer Lagerfläche (7) zur Lagerung eines Substrathalters (2). In eine innere Radialzone (11) wird ein Trägergas eingespeist, um einen über der Lagerfläche (7) gelagerten Substrathalter (2) in der Schwebe zu halten. Das in die innere Radialzone (11) eingespeiste Gas tritt aus Ableitkanälen (6) aus der zweiten Radialzone (12) und zu einem geringen Teil aus einem die zweite Radialzone (12) umgebenden, einer dritten Radialzone (13) zugeordneten Spalt (9) aus. Die Querschnittsfläche der Ableitkanäle (6) und die radiale Länge des Spaltes (9) sind so dimensioniert, dass der Gasvolumenstrom durch die Gasableitung (6) größer ist als durch den Spalt (9), wenn dieser eine Spalthöhe von 200 μm aufweist.

Description

Beschreibung

Suszeptor eines CVD-Reaktors

Gebiet der Technik

[0001] Die Erfindung betrifft einen Suszeptor aufweisend zumindest eine La gerfläche mit einem kreisförmigen Grundriss zur Drehlagerung eines kreis scheibenförmigen Substrathalters um ein Zentrum der Lagerfläche, wobei die Lagerfläche eine erste Radialzone, in welcher sich zumindest ein Gasverteilka nal erstreckt, in den eine Gaszuleitung mündet, eine zweite Radialzone, die von der ersten Radialzone radial - bezogen auf das Zentrum - versetzt ist und die eine Gasableitung mit ein oder mehreren Ableitkanälen ausbildet, und eine dritte Radialzone aufweist, die die erste Radialzone und die zweite Radialzone umgibt und einen unmittelbar an den radial äußeren Rand der Lagerfläche an grenzenden Spalt zwischen Lagerfläche und Substrathalter ausbildet, wobei die Radialzonen so ausgebildet sind, dass ein in die erste Radialzone durch die Gaszuleitung eingespeister Gasstrom in einem Volumen zwischen Lagerfläche und Unterseite des Substrathalters einen Druck erzeugt, der den Substrathalter in der Schwebe hält und der das Volumen durch die Gasableitung und durch den Spalt verlässt.

[0002] Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine aus Suszeptor und ein oder mehreren Substrathaltern gebildete Suszeptoranordnung, einen CVD-Reaktor aufweisend, einen derartigen Suszeptor beziehungsweise eine Suszeptoranord- nung und eine Verwendung eines Suszeptors beziehungsweise einer Suszeptor anordnung in einem CVD-Reaktor.

Stand der Technik

[0003] Ein Suszeptor der vorbezeichneten Art ist bekannt aus der US 9,447,500 B2 (DE 10 2009 044 276 Al). [0004] Ein erfindungsgemäßer Suszeptor ist Teil eines CVD-Reaktors und bil det mit einem auf einer Lagerfläche gelagerten Substrathalter eine Suszeptor- anordnung. Der Suszeptor besitzt eine Kreisscheibenform mit um das Zentrum des Kreises angeordneten Lagerflächen jeweils zur Lagerung eines Substrathal- ters. Jeder Substrathalter liegt um eine Ligurenachse drehbar in einer Tasche der Oberseite des Suszeptors ein. Die Lagerfläche besitzt drei Radialzonen. In einer inneren Radialzone befinden sich im Boden der Tasche spiralförmige Gasverteilkanäle, die durch Gaszuleitungen mit einem Trägergas gespeist wer den. Das Trägergas hebt den Substrathalter in eine schwebende Position und liefert einen Drehantrieb für den Substrathalter. In einer die erste Radialzone umgebenden zweiten Radialzone befindet sich ein Gassammelkanal, von dem Gasableitkanäle entspringen, um das Trägergas aus dem Volumen abzuführen. Eine radial außerhalb der zweiten Radialzone sich erstreckende dritte Radial zone bildet einen Spalt, durch den beim Stand der Technik ein nicht unerhebli- eher Teil des Trägergases aus dem Volumen zwischen Lagerfläche und Unter seite des Substrathalters austreten kann. Das durch den Spalt austretende Gas tritt in die oberhalb des Suszeptors angeordnete Prozesskammer ein, durch welche ein Prozessgas hindurchströmt, das durch diesen Abgasstrom verdünnt wird. Die durch den Spalt strömende Gasströmung bildet eine Querströmung zu der Prozessgasströmung und stört somit das Strömungsprofil der Prozess gasströmung.

[0005] Zum Stand der Technik gehören darüber hinaus die DE 603 04 850 T2, GB 2 264 959 A und US 5,788,777 A.

Zusammenfassung der Erfindung

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen anzugeben, mit denen die Störung des Prozessgasflusses beziehungsweise eine Prozessgas- _Verdünnung durch das ein Gaskissen zur Lagerung des Substrathalters bilden de Gas vermindert wird.

[0007] Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Er findung. Die Unter ansprüche stellen nicht nur vorteilhafte Weiterbildungen, sondern auch eigenständige Lösungen der Aufgabe dar.

[0008] Zunächst und im Wesentlichen schlägt die Erfindung einen in einem CVD-Reaktor verwendbaren Suszeptor vor, der eine, bevorzugt mehrere kreis förmige Lagerflächen ausbildet. Die Lagerflächen können auf einer Umfangsli nie um ein Zentrum des bevorzugt kreisscheibenförmigen Suszeptors angeord net sein. Die Lagerflächen können in einer dichtesten Anordnung auf der Um fangslinie angeordnet sein. In der die Lagerfläche ausbildenden Breitseitenflä che des Suszeptors können Vertiefungen angeordnet sein, in denen kreisschei benförmige Substrathalter angeordnet sind, wobei die Böden der Vertiefungen Lagerflächen ausbilden. Die so ausgebildeten Taschen können aber auch von auf einer Breitseitenfläche des Suszeptors aufliegenden Abdeckplatten ausge bildet sein. Der erfindungsgemäße Suszeptor weist eine Lagerfläche mit einer ersten Radialzone auf. Die erste Radialzone kann eine sich über das Zentrum erstreckende innerste Radialzone sein, in welcher sich zumindest ein insbeson dere spiralförmiger Gaskanal erstreckt. Der Gaskanal kann eine Vertiefung im Boden einer die Lagerfläche ausbildenden Tasche sein. In den radial innersten Bereich des Gasverteilkanals mündet eine Gaszuleitung, durch die ein Träger gas in den Gasverteilkanal einspeisbar ist. Der erfindungsgemäße Suszeptor besitzt eine Lagerfläche mit einer zweiten Radialzone, die von der ersten Radi alzone radial bezogen auf das Zentrum versetzt ist. Die zweite Radialzone wird bevorzugt von einem die erste Radialzone umgebenden Gassammelkanal aus gebildet, wobei der Gassammelkanal eine ringförmige Vertiefung in dem Bo den einer die Lagerfläche ausbildenden Tasche sein kann. Die zweite Radialzo- ne besitzt einen oder mehrere Ableitkanäle. Die Ableitkanäle entspringen be vorzugt dem Gassammelkanal und münden entfernt von der Lagerfläche. Die Ableitkanäle können in einer von der die Lagerfläche ausbildenden Breitseite abgewandten Rückseite des Suszeptors münden. Die Ableitkanäle können aber auch in einem Rand, insbesondere Umfangsrand des Suszeptors münden. Es ist aber auch vorgesehen, dass die Ableitkanäle stromabwärts bezogen auf einen durch die Prozesskammer des CVD-Reaktors strömenden Prozessgasstrom der Lagerfläche münden, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die Ableitkanäle in einer radial auswärts der Lagerfläche angeordneten Zone münden. Es ist ins besondere vorgesehen, dass aus dem Gassammelkanal vier, sechs oder mehr Ableitkanäle entspringen. Der Durchmesser der Lagerfläche kann zur Lagerung eines Vierzoll-Wafers, Sechszoll-Wafers oder Achtzoll-Wafers einen Durchmes ser von etwa 10 cm, 15 cm oder 20 cm aufweisen, wobei insbesondere vorgese hen ist, dass sich entlang der Umfangserstreckung des bevorzugt kreisförmigen Gassammelkanals zumindest alle vier bis zehn Zentimeter ein Ableitkanal be findet. Radial außerhalb der die Ableitkanäle aufweisenden zweiten Radialzone weist der erfindungsgemäße Suszeptor eine dritte Radialzone auf, die zusam men mit einem ringförmigen, radial äußersten Bereich des Substrathalters einen Spalt ausbildet. Der Substrathalter besitzt eine Kreisscheibenform und über deckt die erste und zweite Radialzone mit einem radial inneren Bereich seiner Unterseite. Der radial äußere Bereich der Unterseite bildet eine Spaltbegren zungsfläche für einen Umfangsspalt, der andererseits von einer von der dritten Radialzone ausgebildeten Fläche der Lagerfläche begrenzt wird. Ein in die erste Radialzone durch die Gaszuleitung eingespeister Gasstrom erzeugt in einem Volumen zwischen Lagerfläche und Unterseite des Substrathalters einen Druck. Dieser Druck hält den Substrathalter in der Schwebe. Das in das Volumen ein gespeiste Gas verlässt das Volumen durch die Gasableitung und den Spalt zwi schen der Umfangsfläche der dritten Radialzone und der Randzone des Sub strathalters. Erfindungsgemäß sind die Querschnittsfläche der Ableitkanäle und die radiale Länge des Spaltes so dimensioniert, dass der Gasvolumenstrom durch die Gasableitung größer ist als durch den Spalt, wenn der Spalt eine ma ximale Spalthöhe von 300 gm nicht überschreitet. Erfindungsgemäß kann durch eine Variation des in das Volumen eingespeisten Gasstroms die Spalthöhe in einem Bereich zwischen 50 gm und 300 gm, bevorzugt in einem Bereich zwi schen 100 gm und 250 gm variiert werden, um so die Höhe des Gaspolsters zu variieren, was eine Beeinflussung des Wärmetransportes von einer unterhalb des Substrathalters angeordneten Heizung zu einem vom Substrathalter getra genen Substrat zur Folge hat. Ein erfindungsgemäßer Suszeptor besitzt eine die zweite Radialzone umgebende, den Spalt ausbildende Fläche, die eine radiale Erstreckung von mindestens 4 mm besitzt. Die von den Ableitkanälen ausge bildeten Bohrungen, deren Anzahl mindestens vier beträgt, können einen Durchmesser von zumindest 2 mm, bevorzugt von zumindest 3 mm besitzen.

Es ist insbesondere vorgesehen, dass mehrere Bohrungen in gleichbleibenden Abständen auf der Umfangserstreckungslinie der kreisförmigen zweiten Radi alzone angeordnet sind. Die Bohrungen befinden sich bevorzug in einer einen Gassammelkanal ausbildenden kreisförmigen Rinne, wobei der Abstand be nachbarter Bohrungen maximal 10 mm oder 20 mm betragen kann. Besitzt der Suszeptor eine Vielzahl von Lagerflächen, so sind diese derart voneinander be- abstandet, dass der Abstand der Gassammelkanäle zweier benachbarter Lager flächen mindestens 15 mm, bevorzugt mindestens 20 mm beträgt. Bevorzugt sind die in dichtester Anlage nebeneinander angeordneten Lagerflächen ent lang einer Kreisbogenlinie um das Zentrum des Suszeptors angeordnet. Auf einer Verbindungsgeraden, die die Zentren zweier benachbarter Lagerflächen miteinander verbindet, besitzen die Gassammelkanäle bevorzugt einen Ab stand von mindestens 15 mm und besonders bevorzugt mindestens 20 mm, so dass die Substrathalter mit einem ausreichenden radialen Abstand die Gas sammelkanäle überlappen können, um so jeweils einen Spalt zu begrenzen. Die den Spalt begrenzenden Flächen sind kongruente Ringflächen, die in Radial richtung gestuft oder gewellt sein können. Der Spalt besitzt bevorzugt über sei ne gesamte Spaltfläche eine konstante Spalthöhe. Hierzu ist es von Vorteil, wenn die beiden den Spalt begrenzenden Flächen eine Randzone der Unterseite des Substrathalters und der dritten Radialzone des Lagerplatzes von Ebenen gebildet werden. Bezeichnet man mit r den Radius einer den Ableitkanal bil denden Bohrung, la die Länge dieser Bohrung, mit h die dynamische Viskosität des Trägergases und mit Ap die Druckdifferenz zwischen dem Druck im Gas polster und dem Druck der Prozesskammer, so gibt die nachfolgende Bezie hung den Gasvolumenstrom durch einen Ableitkanal wider:

p · r⁴

Q A D R

8 · h · l_a

Bezeichnet man ferner mit u die Umfangslänge eines Ringspaltes der dritten Radialzone, mit l_s die radiale Länge des Spaltes und mit h die maximale Höhe des Spaltes, so gibt die nachfolgende Beziehung den durch den Spalt strömen den Volumenstrom wider:

u - h³

Q S D R

12 h · 1, Wobei u = p d den Umfang der zweiten Radialzone bezeichnet. Erfindungs gemäß soll die Anzahl der Ableitkanäle und deren Durchmesser (Radius) so gestaltet sein, dass die Summe aller durch die Ableitkanäle fließenden Gas ströme Q_a größer ist, als der durch den Spalt mit einer maximalen Spalthöhe h von 300 gm fließende Gasstrom Q_s ist. Dies führt zu der folgenden Gestaltungs- regel:

Die linke Seite dieser Beziehung ist bevorzugt mindestens doppelt so groß, be vorzugt mindestens fünfmal so groß, bevorzugt mindestens zehnmal so groß, bevorzugt mindestens zwanzigmal so groß und besonders bevorzugt mindes- tens fünfzigmal so groß wie die rechte Seite der Beziehung bei einer Spalthöhe h = 300 gm. Hierzu reicht es insbesondere aus, wenn eine genügend hohe An zahl von Ableitkanälen vorgesehen ist, deren Durchmesser d zumindest 2 mm, bevorzugt zumindest 3 mm beträgt. [0009] Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Suszeptoranordnung, bei der jeder Lagerfläche ein kreisscheibenförmiger Substrathalter zugeordnet ist, der sich über sämtliche der drei Radialzonen erstreckt und der in seinem radial äußeren Bereich der Unterseite eine Fläche besitzt, die zusammen mit der Flä che der dritten Radialzone einen Spalt begrenzt. [0010] Die Erfindung betrifft darüber hinaus die Verwendung eines derartigen

Suszeptors oder einer derartigen Suszeptoranordnung in einem CVD-Reaktor beziehungsweise ein Verfahren zum Abscheiden von Schichten auf Substraten, die während eines Abscheideprozesses vom Substrathalter getragen werden. Dabei wird in das Volumen zwischen Lagerfläche und Unterseite des Substrat- halters ein Trägergas, beispielsweise Wasserstoff oder Stickstoff, eingespeist. Innerhalb des Volumens zwischen Unterseite des Substrathalters und Lagerflä che bildet sich ein Druck aus, der den Substrathalter anhebt und in der Schwebe hält. Der Gasstrom wird dabei so eingestellt, dass die Spalthöhe in einem Be reich zwischen 50 gm und 250 gm liegt. Aufgrund der erfindungsgemäßen Di- mensionierung von radialer Länge der dritten Radialzone und Anzahl und

Querschnittsfläche der Ableitkanäle bilden die Ableitkanäle eine Gasableitung mit einem geringeren Strömungswiderstand als ein maximal 300 gm großer Spalt. [0011] Die Erfindung betrifft darüber hinaus einen CVD-Reaktor, der ein Ga seinlassorgan aufweist, durch welches Prozessgase in eine Prozesskammer ein gespeist werden, wo die Prozessgase pyrolytisch zerlegt werden. Der Boden der Prozesskammer wird von einem Suszeptor, wie er zuvor beschrieben wor- den ist, gebildet, wobei der Suszeptor zumindest eine Lagertasche ausbildet, mit der er eine Lagerfläche zur Lagerung eines Substrathalters ausbildet. Be vorzugt besitzt der Suszeptor eine Rotationssymmetrie, wobei das Gaseinlass organ im Bereich des Zentrums des Suszeptors angeordnet ist. Auf einer Kreis bogenlinie um das Zentrum des Suszeptors sind mehrere Taschen angeordnet, in denen jeweils ein Substrathalter gelagert ist. Der Suszeptor wird um seine

Symmetrieachse drehangetrieben. Eine unterhalb des Suszeptors angeordnete Heizeinrichtung bringt die Substrate auf Prozesstemperatur.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0012] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand bei gefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Suszeptor mit zwölf auf einer Kreisbogenlinie um das Zentrum des Suszep tors angeordneten Lagerflächen 7 jeweils zur Lagerung eines Substrates,

Fig. 2 vergrößert einen Schnitt gemäß der Linie II-II in Figur 1,

Fig. 3 vergrößert das Detail III in Figur 1,

Fig. 4 ein Segment in einer dreidimensionalen Darstellung gemäß ei ner Schnittlinie IV-IV in Figur 1, Fig. 5 eine schematische Schnitdarstellung durch einen Substrathal- ter 2, der in einer Tasche eines Suszeptors 1 einliegt eines ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 6 eine Darstellung gemäß Figur 5 eines zweiten Ausführungsbei- spiels,

Fig. 7 eine Darstellung gemäß Figur 5 eines dritten Ausführungsbei spiels,

Fig. 8 schematisch die Anordnung einer Suszeptoranordnung 1, 2 in einem CVD-Reaktor mit einem Gehäuse 23, Fig. 9 eine Darstellung gemäß Figur 4 eines vierten Ausführungsbei spiels,

Fig. 10 eine Darstellung gemäß Figur 4 eines fünften Ausführungsbei spiels, und

Fig. 11 eine Darstellung gemäß Figur 5 eines weiteren Ausführungs- beispiels.

Beschreibung der Ausführungsformen

[0013] Der erfindungs gern äße Suszeptor 1 findet seine Verwendung in einem CVD-Reaktor, insbesondere MOCVD-Reaktor, wie er in der Figur 8 dargestellt ist. In einem Gehäuse 23, welches evakuierbar ist, befindet sich eine Prozess kammer, in die mitels eines Gaseinlassorgans 22 Prozessgase eingespeist wer- den. Die Einspeisung der Prozessgase erfolgt in einem Zentrum der Prozess kammer, deren Boden von einer nach oben weisenden Breitseite des Suszeptors 1 gebildet ist. Der Suszeptor kann die in Figur 1 dargestellte Gestalt besitzen, also beispielsweise zwölf in gleichmäßigem Abstand um das Zentrum ange ordnete Lagerflächen 7 aufweisen, wobei jede Lagerfläche 7 als Tasche ausge bildet ist. Die Tasche kann von einer Vertiefung des aus Graphit gefertigten Suszeptors 1 bestehen. Es ist aber auch möglich, die Tasche von Abdeckplatten auszubilden, die kreisförmige Öffnungen formen.

[0014] Der Suszeptor 1 wird von unten her mittels einer Heizeinrichtung 21 beheizt, so dass Wärme durch den Suszeptor 1 hindurch, in den Substrathal ter 2 hinein, durch den Substrathalter 2 hindurch hin zu einem auf dem Sub- strathalter 2 aufliegenden Substrat 19 strömt, um die Substratoberfläche auf eine Prozesstemperatur zu bringen, bei der durch das Gaseinlassorgan 22 ein gespeiste Prozessgase sich auf der Substratoberfläche zerlegen, so dass dort ei ne einkristalline Schicht, insbesondere III-V-Schicht abgeschieden wird. Hierzu werden durch das Gaseinlassorgan 22 zusammen mit einem Trägergas, bei- spielsweise Wasserstoff, metallorganische Verbindungen eines Elementes der III-Hauptgruppe beziehungsweise Hydride von Elementen der V-Hauptgruppe eingespeist.

[0015] Der Boden der von Abdeckplatten 15' oder einer Stufe 15 des Suszep tors 1 gebildeten Tasche bildet eine Lagerfläche 7 für einen kreisscheibenförmi- gen, aus Graphit gefertigten Substrathalter 2. Die Lagerfläche 7 bildet eine erste, zentrale Radialzone 11 aus, in der sich spiralförmige Gasleitkanäle 4 erstrecken, in die durch eine Gaszuleitung 3 ein Trägergas eingespeist wird. Hierzu sind die Gaszuleitungen 3 mit Versorgungsleitungen 18 innerhalb des Suszeptors 1 verbunden. [0016] Radial außerhalb der ersten Radialzone 11 erstreckt sich eine ringför mige, schmalere zweite Radialzone 12, die im Wesentlichen von einem Gas- sammelkanal 5 ausgebildet wird. Der Gassammelkanal 5 kann eine Quer schnittsfläche von 3 x 3 mm aufweisen und erstreckt sich auf einer Kreisbogen linie um ein Zentrum Z der Lagerfläche 7. Die vom Gassammelkanal 5 ausge bildete zweite Radialzone 12 umgibt somit die zentrale, kreisflächenförmige erste Radialzone 11, in die das Trägergas eingespeist wird, so dass sich ein Gas polster ausbildet, das den Substrathalter 2 in der Schwebe hält.

[0017] Dem Boden des Gassammelkanals 5 entspringen in gleichmäßiger Um fangsverteilung Ableitkanäle 6. Die Ableitkanäle 6 sind als Bohrungen ausge bildet und sind um maximal 10 cm, bevorzugt maximal 4 cm voneinander be- abstandet. Der Durchmesser der den Ableitkanal bildenden Bohrungen liegt im Bereich zwischen 2 und 4 mm. Bevorzugt besitzen die Bohrungen einen Mini maldurchmesser von 1 mm, bevorzugt einen Minimaldurchmesser von 2,5 mm und bevorzugt einen Minimaldurchmesser von 3 mm.

[0018] Radial außerhalb des Gassammelkanales 5 erstreckt sich eine dritte Ra dialzone 13, deren radiale Erstreckungslänge beim Ausführungsbeispiel größer ist, als die radiale Erstreckungslänge der zweiten Radialzone 12. Die radiale Erstreckungslänge der dritten Radialzone 13 beträgt bevorzugt mindestens 5 mm. Im Bereich der dritten Radialzone 13 bildet die Lagerfläche 7 eine ebene Fläche aus, die eine Spaltbegrenzungsfläche 10 ausbildet. Eine zu dieser ersten Spaltbegrenzungsfläche 10 kongruente Fläche 20 wird von einer ringförmigen Zone der Unterseite 2' des Substrathalters 2 ausgebildet. In einem Grundzu stand, in dem kein Trägergas durch die Gaszuleitungen 3 eingespeist wird und sich demzufolge in den Bereich zwischen Unterseite 2' und Lagerfläche 7 kein Gaspolster ausbildet, liegt die Randfläche 20 des Substrathalters 2 flächig und dichtend auf der Spaltbegrenzungsfläche 10 auf. Die Spaltbegrenzungsfläche 10 der dritten Radialzone 13 liegt bevorzugt auf demselben Niveau wie eine Flä- che, in der sich die Gasleitkanäle 4 erstrecken, so dass der Gassammelkanal 5 eine Vertiefung in einer von den Flächen 8, 10 ausgebildeten Ebene ist.

[0019] Wird in die Gaszuleitung 3 ein Gasstrom eingespeist, so wird er durch die Gasleitkanäle 4 in eine Drehung versetzt und hebt den Substrathalter 2 an, wobei er den Substrathalter 2 gleichzeitig in eine Drehung um seine Figuren achse versetzt. Bei der erfindungsgemäßen Verwendung beziehungsweise beim erfindungsgemäßen Verfahren ist der Gasstrom, der in das Volumen zwischen Unterseite 2' des Substrathalters 2 und Lagerfläche 7 eingespeist wird, so be messen, dass sich in den beiden Spaltbegrenzungsflächen 10, 20 ein Spalt 9 mit einer Spalthöhe von maximal 300 gm einstellt. Aufgrund der Dimensionierung und Anzahl der Ableitkanäle 6 und radialen Länge der dritten Radialzone 13 ist der Strömungswiderstand des Spaltes 9 erheblich größer, als der Strömungswi derstand einer Gasableitung, die in Ableitkanälen 6 gebildet ist. Der Unter schied besteht bevorzugt zumindest in einem Faktor 20, bevorzugt in einem Faktor von mindestens 50. Als Folge dessen strömt 90 Prozent und mehr des Trägergases durch die von den Ableitkanälen 6 ausgebildete Ableitung und nur maximal 10 Prozent des Trägergases durch den Spalt 9 in die Prozesskammer.

[0020] Das in der Figur 6 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel unterschei det sich von dem in der Figur 5 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dadurch, dass die Ableitung 6 nicht wie beim ersten Ausfüh rungsbeispiel in die Rückseite 14 des Suszeptors 1 mündet, sondern in einer Umfangs wandung 15'.

[0021] Das in der Figur 7 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in der Figur 5 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel im We sentlichen nur dadurch, dass der Ableitkanal 6 in eine zur Prozesskammer wei senden Oberseite 17 des Suszeptors 1 mündet, wobei die Mündung des Ableit- kanales 6 in Strömungsrichtung S durch die Prozesskammer stromabwärts des Lagerplatzes 7 angeordnet ist.

[0022] Die Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Suszeptors 1, wobei die radial äußere Umgebungswand der Lagerplätze 7 von einer halbkreisförmigen Stufe 15 ausgebildet ist, die materialeinheitlich mit dem die Lagerfläche 7 aus bildenden Teil des Suszeptors 1 verbunden ist. Es sind nicht dargestellte Ab deckplatten vorgesehen, die halbkreisförmige Stufen ausbilden und die die Wandung der die Lagerflächen 7 ausbildenden Taschen auf der radialein wärti- gen Seite vervollständigen.

[0023] Bei dem in der Figur 9 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt der Suszeptor 1 eine im Wesentlichen ebene Breitseitenfläche. Hier werden die Wandungen der Taschen von bogenförmigen Wänden nicht dargestellter Ab deckplatten gebildet. Die Abdeckplatten liegen auf der Breitseitenfläche des Suszeptors auf. In dieser Ebene erstrecken sich auch die Lagerflächen 7.

[0024] Bei dem in der Figur 10 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die radialeinwärtige Wandung der die Lagerfläche 7 ausbildenden Tasche von ei nem radial inneren Sockel des Suszeptors 1 ausgebildet, der mit dem die Lager flächen 7 ausbildenden Bereich des Suszeptors 1 materialeinheitlich verbunden ist. Die radial äußeren Wandungen der Lagertaschen werden hier von nicht dargestellten Abdeckplatten gebildet.

[0025] Bei dem in der Figur 11 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzen die Randflächen 10, 20 der Lagerfläche 7 beziehungsweise der Unterseite 2' des Substrathalters 2 ineinandergreifende Strukturen 24, 25. Es handelt sich bevor zugt um ringförmige Strukturen, die eine Art Labyrinthdichtung ausbilden. Beim Ausführungsbeispiel ist eine Rippe 24 vorgesehen, die in eine Ringnut 25 eingreift. Die Rippe 24 kann von einer der beiden Flächen 10, 20 ausgebildet sein. Die Ringnut ist dann von der jeweils anderen Fläche 20, 10 ausgebildet. Beim Ausführungsbeispiel entspringt die Rippe 24 der Lagerfläche 7 und ist die Ringnut 25 in die Unterseite 2' des Substrathalters 2 eingearbeitet. Die Rippe 24 und die Ringnut 25 sind beim Ausführungsbeispiel radial außerhalb des Gas sammelkanals 5 angeordnet. Der Substrathalter 2 befindet sich in einer Tasche, die von einer Abdeckplatte 15' ausgebildet ist.

[0026] 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:

[0027] Ein Suszeptor, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die die Quer schnittsfläche der Ableitkanäle 6 und die radiale Länge des Spaltes 9 so dimen sioniert sind, dass der Gasvolumenstrom durch die Gasableitung 6 größer ist als durch den Spalt 9 mit einer Spalthöhe von 300 gm.

[0028] Ein Suszeptor, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die kreisförmige Fläche bezogen auf das Zentrum Z eine radiale Länge von mindestens 5 mm besitzt und die Ableitkanäle 6 zumindest vier Bohrungen mit einem Durchmes ser von zumindest 2 mm, bevorzugt zumindest 4 mm sind.

[0029] Ein Suszeptor, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die dritte Radial zone 13 von einer kreisringförmigen, geschlossenen Fläche 10 mit einer radialen Länge von mindestens 4 mm ausgebildet ist, die in Radialeinwärtsrichtung an einen von einer Vertiefung ausgebildeten Gassammelkanal 5 angrenzt, dem insbesondere zumindest vier Ableitkanäle 6 entspringen, die außerhalb der La- gerfläche 7 münden und insbesondere Bohrungen mit einem Durchmesser von zumindest 2 mm, bevorzugt zumindest 3 mm sind.

[0030] Ein Suszeptor, der dadurch gekennzeichnet ist, dass der Lagerplatz 7 in Radialauswärtsrichtung durch eine Stufe 15 oder Abdeckplatte 15' begrenzt ist und/ oder die Fläche 10 eben ist.

[0031] Ein Suszeptor, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Ableitkanäle 6 in einer der Lagerfläche 7 gegenüberliegenden Rückseite 14, einer Randsei te (16) oder stromabwärts der Lagerflache 7 in der die Lagerfläche 7 ausbilden den Breitseite 17 des Suszeptors 1 münden. [0032] Ein Suszeptor, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Durchmesser und die Anzahl der Ableitkanäle 6 derart gewählt sind, dass die folgende Be ziehung erfüllt ist:

wobei r : Radius des Ableitkanals (6), l_a: Länge eines Ableitkanals (6), n: Anzahl der Ableitkanäle (6), d: Durchmesser der dritten Randzone (13), l_s: radiale Länge des Spaltes (9), h: maximale Höhe des Spaltes (9), wobei die linke Seite der Beziehung bevorzugt mindestens zehnmal, weiter bevorzugt mindes tens zwanzigmal und besonders bevorzugt mindestens fünfzigmal so groß ist wie die rechte Seite der Beziehung.

[0033] Eine Suszeptoranordnung bestehend aus einem Suszeptor 1 gemäß ei nem der vorhergehenden Ansprüche und einem auf der Lagerfläche 7 drehge lagerten Substrathalter 2, wobei der Substrathalter 2 eine kreisscheibenförmige Form besitzt und zumindest in einem sich kongruent zur dritten Radialzone 13 erstreckenden radial äußeren Bereich eine ringförmige, insbesondere ebene Randfläche 20 aufweist, die zusammen mit der Fläche 10 der dritten Radialzo ne 13 den Spalt 9 mit einer konstanten Spalthöhe begrenzt. [0034] Ein Suszeptor oder eine Suszeptoranordnung, die dadurch gekenn zeichnet sind, dass die den Spalt 9 begrenzemden Flächen 9, 20 keine weiteren Gasableitungen aufweisen, sondern von zwei kongruenten, geschlossenen Ringflächen gebildet ist.

[0035] Ein Suszeptor oder eine Suszeptoranordnung, die dadurch gekenn- zeichnet sind, dass die den radial äußeren Rand der Lagerfläche 7 bildende Flä che 10 und die dazu korrespondierende Randfläche 20 des Substrathalters 2 ineinandergreifende ringförmige Strukturen aufweist, die insbesondere als in eine Ringnut 25 eingreifende ringförmige Rippe 24 ausgebildet sind.

[0036] Eine Verwendung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der in das Vo- lumen zwischen Lagerfläche 7 und Unterseite 2' des Substrathalters 2 einge speiste Gasstrom einen Druck erzeugt, der den Substrathalter in der Schwebe hält und eine Spalthöhe kleiner als 300 gm und bevorzugt in einem Bereich zwischen 50 oder 100 gm und 250 gm erzeugt.

[0037] Ein CVD-Reaktor, der dadurch gekennzeichnet ist, dass der Suszeptor 1 und der Substrathalter 2 gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.

[0038] 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 Unter ansprüche 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 Suszeptor 25 Ringnut

2 Substrathalter

2' Unterseite

3 Gaszuleitung S Strömungsrichtung

4 Gasleitkanal Z Zentrum

5 Gassammelkanal

6 Ableitkanal

7 Lagerfläche

8 Spalt

9 Spalt

10 Fläche

11 erste Radialzone

12 zweite Radialzone

13 dritte Radialzone

14 Rückseite

15 Stufe

15' Abdeckplatte

16 Randseite

17 Oberseite

18 Versorgungsleitung

18' Versorgungsleitung

19 Substrat

20 Randfläche

21 Heizeinrichtung

22 Gaseinlassorgan

23 Gehäuse

24 Rippe

Claims

Ansprüche

1. Suszeptor aufweisend

zumindest eine Lagerfläche (7) mit einem kreisförmigen Grundriss zur Drehlagerung eines kreis scheibenförmigen Substrathalters (2) um ein Zentrum (Z) der Lagerfläche (7),

wobei die Lagerfläche (7) eine erste Radialzone (11),

in welcher sich zumindest ein Gasverteilkanal (4) erstreckt, in den eine Gaszuleitung (3) mündet,

eine zweite Radialzone (12), die von der ersten Radialzone (11) radial - be zogen auf das Zentrum (Z) - versetzt ist und die eine Gasableitung mit ein oder mehreren Ableitkanälen (6) ausbildet,

und

eine dritte Radialzone (13) aufweist, die die erste Radialzone (11) und die zweite Radialzone (12) umgibt und einen unmittelbar an den radial äuße ren Rand der Lagerfläche (7) angrenzenden Spalt (9) zwischen Lagerflä- che (7) und Substrathalter (2) ausbildet,

wobei die Radialzonen (11, 12, 13) so ausgebildet sind,

dass ein in die erste Radialzone (11) durch die Gaszuleitung (3) eingespeis ter Gasstrom in einem Volumen zwischen Lagerfläche (7) und Untersei te (2') des Substrathalters (2) einen Druck erzeugt, der den Substrathalter (2) in der Schwebe hält und der das Volumen durch die Gasableitung (6) und durch den Spalt (9) verlässt, dadurch gekennzeichnet dass die die Quer schnittsfläche der Ableitkanäle (6) und die radiale Länge des Spaltes (9) so dimensioniert sind, dass der Gasvolumenstrom durch die Gasableitung (6) größer ist als durch den Spalt (9) mit einer Spalthöhe von 300 gm.

2. Suszeptor aufweisend

zumindest eine Lagerfläche (7) mit einem kreisförmigen Grundriss zur Drehlagerung eines kreis scheibenförmigen Substrathalters (2) um ein Zentrum (Z) der Lagerfläche (7), wobei die Lagerfläche (7) eine erste Radialzone (11),

in welcher sich zumindest ein Gasverteilkanal (4) erstreckt, in den eine

Gaszuleitung

(3) mündet,

eine zweite Radialzone (12), die von der ersten Radialzone (11) radial - bezogen auf das Zentrum (Z) - versetzt ist und die einen von einer Vertie fung ausgebildeten Gassammelkanal (5) aufweist, dem Ableitkanäle (6) entspringen, die außerhalb der Lagerfläche (7) münden,

und

eine dritte Radialzone (13) aufweist, die eine die erste Radialzone (11) und die zweite Radialzone (12) umgebende, kreisringförmige, geschlossene und den radial äußeren Rand der Lagerfläche (7) bildende Fläche (10) ausbildet, die in Radialeinwärtsrichtung,

an den Gassammelkanal (5) angrenzt,

dadurch gekennzeichnet,

dass die kreisförmige Fläche bezogen auf das Zentrum (Z) eine radiale Länge von mindestens 4 mm besitzt und die Ableitkanäle (6) zumindest vier Bohrungen mit einem Durchmesser von zumindest 2 mm, bevorzugt zumindest 3 mm sind.

Suszeptor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Ra dialzone (13) von einer kreisringförmigen, geschlossenen Fläche (10) mit einer radialen Länge von mindestens 4 mm ausgebildet ist, die in Radial einwärtsrichtung an einen von einer Vertiefung ausgebildeten Gassamm elkanal (5) angrenzt, dem insbesondere zumindest vier Ableitkanäle (6) entspringen, die außerhalb der Lagerfläche (7) münden und insbesondere Bohrungen mit einem Durchmesser von zumindest 2 mm, bevorzugt zu mindest 3 mm sind.

4. Suszeptor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass der Lagerplatz (7) in Radialauswärtsrichtung durch eine Stufe (15) oder Abdeckplatte (15') begrenzt ist und/ oder die Fläche (10) eben ist.

5. Suszeptor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Ableitkanäle (6) in einer der Lagerfläche (7) gegenüber liegenden Rückseite (14), einer Randseite (16) oder stromabwärts der La gerfläche (7) in der die Lagerfläche (7) ausbildenden Breitseite (17) des Suszeptors (1) münden.

6. Suszeptor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Durchmesser und die Anzahl der Ableitkanäle (6) derart gewählt sind, dass die folgende Beziehung erfüllt ist:

wobei r : Radius des Ableitkanals (6), l_a: Länge eines Ableitkanals (6), n: Anzahl der Ableitkanäle (6), d: Durchmesser der dritten Randzone (13), l_s: radiale Länge des Spaltes (9), h: maximale Höhe des Spaltes (9), wobei die linke Seite der Beziehung bevorzugt mindestens zehnmal, weiter be vorzugt mindestens zwanzigmal und besonders bevorzugt mindestens fünfzigmal so groß ist wie die rechte Seite der Beziehung.

7. Suszeptoranordnung bestehend aus einem Suszeptor (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und einem auf der Lagerfläche (7) drehgela gerten Substrathalter (2), wobei der Substrathalter (2) eine kreisscheiben förmige Form besitzt und zumindest in einem sich kongruent zur dritten Radialzone (13) erstreckenden radial äußeren Bereich eine ringförmige, insbesondere ebene Randfläche (20) aufweist, die zusammen mit der Flä che (10) der dritten Radialzone (13) den Spalt (9) mit einer konstanten Spalthöhe begrenzt.

8. Suszeptor oder Suszeptoranordnung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Spalt (9) begrenzemden Flächen (10, 20) keine weiteren Gasableitungen aufweisen, sondern von zwei kongruenten, geschlossenen Ringflächen gebildet ist.

9. Suszeptor oder Suszeptoranordnung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den radial äußeren Rand der Lagerfläche (7) bildende Fläche (10) und die dazu korrespondierende Randfläche (20) des Substrathalters (2) ineinandergreifende ringförmige Strukturen aufweist, die insbesondere als in eine Ringnut (25) eingreifende ringförmige Rippe (24) ausgebildet sind.

10. Verwendung eines Suszeptors oder einer Suszeptoranordnung nach ei nem der vorhergehenden Ansprüche in einem CVD-Reaktor, dadurch ge kennzeichnet, dass der in das Volumen zwischen Lagerfläche (7) und Un terseite (2') des Substrathalters (2) eingespeiste Gasstrom einen Druck er zeugt, der den Substrathalter in der Schwebe hält und eine Spalthöhe klei ner als 300 gm und bevorzugt in einem Bereich zwischen 50 oder 100 gm und 250 gm erzeugt.

11. CVD-Reaktor mit einer in einem Gehäuse (23) angeordneten Prozess

kammer, einem in die Prozesskammer mündenden Gaseinlassorgan (22) zum Einspeisen von Prozessgasen in die Prozesskammer, mit einem den Boden der Prozesskammer ausbildenden Suszeptor (1) mit zumindest ei- ner Lagerfläche (7), welche einen Substrathalter (2) lagert und mit einer Heizeinrichtung (21) zum Aufheizen des Suszeptors (1) und des mindes tens einen vom Suszeptor (1) getragenen Substrathalters (2), dadurch ge kennzeichnet, dass der Suszeptor (1) und der Substrathalter (2) gemäß ei- nem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.

12. Suszeptor, Suszeptoranordnung, Verwendung oder CVD-Reaktor, ge kennzeichnet durch eines oder mehrere der kennzeichnenden Merkmale eines der vorhergehenden Ansprüche.