DE102023124413A1 - Device and method for individually influencing the layer growth of a layer deposited on a substrate in a CVD reactor accommodating a plurality of substrates - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum gleichzeitigen Behandeln mehrerer in einer Prozesskammer (2) um ein Gaseinlassorgan (3) angeordneten Substraten (15), wobei die Substrate (15) während des Einspeisens eines ersten Prozessgases durch erste Gasaustrittsöffnungen (4) des Gaseinlassorgans (3) mit einer Drehzahl um eine Drehachse (D) gedreht werden, wobei durch zumindest eine zweite, bezogen auf die Strömungsrichtung (S) des Flusses ersten Prozessgases, stromaufwärts der Substrate (15) angeordneten Gasaustrittsöffnung (5) ein vom ersten Prozessgas verschiedenes zweites Prozessgas in die Prozesskammer (2) eingespeist wird, wobei das erste und zweite Prozessgas in der Prozesskammer (2) in der Strömungsrichtung (S) über die Substrate strömt und dort ein Wachstum oder eine Änderung einer Schichtzusammensetzung jeweils einer Schicht auf den Substraten (15) bewirkt. Um die Gleichmäßigkeit der auf verschiedenen Substraten (15) gleichzeitig abgeschiedenen Schichten zu erhöhen, wird vorgeschlagen, dass das zweite Prozessgas in einen auf einen Winkelbereich um die Drehachse (D) beschränkten Austrittssektor (α) und mit der Drehzahl synchronisiert gepulst in die Prozesskammer (2) eingespeist wird. The invention relates to a device and a method for the simultaneous treatment of a plurality of substrates (15) arranged in a process chamber (2) around a gas inlet element (3), wherein the substrates (15) are rotated at a speed about an axis of rotation (D) while a first process gas is fed in through first gas outlet openings (4) of the gas inlet element (3), wherein a second process gas different from the first process gas is fed into the process chamber (2) through at least one second gas outlet opening (5) arranged upstream of the substrates (15) with respect to the flow direction (S) of the flow of the first process gas, wherein the first and second process gases flow over the substrates in the process chamber (2) in the flow direction (S) and there cause a growth or a change in the layer composition of a respective layer on the substrates (15). In order to increase the uniformity of the layers deposited simultaneously on different substrates (15), it is proposed that the second process gas is fed into the process chamber (2) in an outlet sector (α) limited to an angular range around the axis of rotation (D) and pulsed in a manner synchronized with the rotational speed.
Description
Gebiet der Technikfield of technology
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum gleichzeitigen Behandeln mehrerer in einer Prozesskammer in einer insbesondere kreisförmigen Anordnung um ein Gaseinlassorgan angeordneten Substraten, wobei die Substrate während des Einspeisens eines ersten Prozessgases durch erste Gasaustrittsöffnungen des Gaseinlassorgans mit einer Drehzahl um eine durch das Gaseinlassorgan verlaufende Drehachse gedreht werden, wobei durch zumindest eine zweite, bezogen auf den Fluss des ersten Prozessgases, stromaufwärts der Substrate angeordneten Gasaustrittsöffnung ein zweites Prozessgas in die Prozesskammer eingespeist wird, wobei das erste und zweite Prozessgas in der Prozesskammer in einer Strömungsrichtung über die Substrate strömt und dort das Wachstum oder die Änderung einer Schichtzusammensetzung jeweils einer Schicht auf den Substraten bewirkt.The invention relates to a method for the simultaneous treatment of a plurality of substrates arranged in a process chamber in a particularly circular arrangement around a gas inlet element, wherein the substrates are rotated at a speed about an axis of rotation extending through the gas inlet element while a first process gas is fed in through first gas outlet openings of the gas inlet element, wherein a second process gas is fed into the process chamber through at least one second gas outlet opening arranged upstream of the substrates with respect to the flow of the first process gas, wherein the first and second process gases flow over the substrates in the process chamber in a flow direction and there cause the growth or change of a layer composition of a respective layer on the substrates.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens mit einem in einer Prozesskammer angeordneten Gaseinlassorgan mit ersten Gasaustrittsöffnungen zum Austritt eines ersten Prozessgases in die Prozesskammer, mit einem eine Vielzahl von in einer kreisförmigen Anordnung um das Gaseinlassorgan angeordneten Lagerplätzen für Substrate aufweisenden Suszeptor, der von einem Drehantrieb mit einer Drehzahl um eine insbesondere durch das Gaseinlassorgan verlaufende Drehachse drehantreibbar ist, und mit zumindest einer zweiten, bezogen auf den Fluss des ersten Prozessgases, stromaufwärts der Lagerplätze angeordneten Gasaustrittsöffnung zum Austritt eines zweiten Prozessgases in die Prozesskammer.The invention further relates to a device for carrying out a method with a gas inlet element arranged in a process chamber with first gas outlet openings for the outlet of a first process gas into the process chamber, with a susceptor having a plurality of storage locations for substrates arranged in a circular arrangement around the gas inlet element, which susceptor can be driven in rotation by a rotary drive at a speed about an axis of rotation running in particular through the gas inlet element, and with at least one second gas outlet opening arranged upstream of the storage locations with respect to the flow of the first process gas for the outlet of a second process gas into the process chamber.
Stand der TechnikState of the art
Die
Es ist bekannt, die Substrate beziehungsweise die die Substrate tragenden Substrathalter während des Beschichtens um eine Drehachse drehanzutreiben, um dadurch ein über die gesamte Oberfläche der Substrate homogenes Wachstum beziehungsweise eine homogene Schichtzusammensetzung und insbesondere homogenen Dotierstoffeinbau zu erreichen.It is known to rotate the substrates or the substrate holders carrying the substrates about a rotation axis during coating in order to achieve homogeneous growth or a homogeneous layer composition and, in particular, homogeneous dopant incorporation over the entire surface of the substrates.
Es wurde beobachtet, dass die Schichtzusammensetzung, die Wachstumsrate oder die Dotierstoffkonzentration innerhalb der Schicht trotz dieser Maßnahme schwankt; beispielsweise können die Werte der Wachstumsrate, der Schichtzusammensetzung oder der Dotierstoffkonzentration im Zentrum des Substrates von den Werten abweichen, die am Rande des Substrates gemessen werden.It has been observed that the film composition, growth rate, or dopant concentration within the film varies despite this measure; for example, the values of the growth rate, film composition, or dopant concentration at the center of the substrate may differ from the values measured at the edge of the substrate.
In einer
Trotz dieser Maßnahmen können die zuvor genannten Werte bei den gleichzeitig behandelten Substraten voneinander abweichen.Despite these measures, the above-mentioned values may differ between the substrates treated simultaneously.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zu ergreifen, um die Schichtzusammensetzung, die Wachstumsrate und/oder den Dotierstoffeinbau gleichzeitig in einer gemeinsamen Prozesskammer behandelter Substrate zu vereinheitlichen.The invention is based on the object of taking measures to standardize the layer composition, the growth rate and/or the dopant incorporation of substrates treated simultaneously in a common process chamber.
Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung, wobei die Unteransprüche nicht nur vorteilhafte Weiterbildungen der nebengeordneten Ansprüche, sondern auch eigenständige Lösungen der Aufgabe sind.The object is achieved by the invention specified in the claims, wherein the subclaims not only describe advantageous developments of the subordinate claims, but also independent solutions to the task.
Zunächst und im Wesentlichen wird ein Verfahren vorgeschlagen, mit dem in einer Prozesskammer eines CVD-Reaktors gleichzeitig mehrere Substrate behandelt werden können. Das Verfahren ist insbesondere ein Verfahren zum Abscheiden von Schichten auf den Substraten und bevorzugt ein Verfahren zum Abscheiden von SiC-Schichten auf SiC-Substraten oder Si-Substraten oder auf Schichten, die bereits auf Substraten abgeschieden worden sind. Das Verfahren ist aber auch geeignet, III-V-Schichten auf geeigneten Substraten abzuscheiden. Das Verfahren wird bevorzugt in einer Vorrichtung durchgeführt, die einen CVD-Reaktor mit einer Prozesskammer aufweist. Der Boden der Prozesskammer kann von einem Suszeptor ausgebildet sein. Der Suszeptor kann von einer Heizeinrichtung beheizt werden. Eine Heizeinrichtung kann eine Widerstandsheizung, eine RF-Heizung oder eine Lampenheizung sein. Mit der Heizeinrichtung kann der Suszeptor auf eine Prozesstemperatur aufgeheizt werden. Mit einem das Zentrum der Prozesskammer bildenden Gaseinlassorgan wird ein erstes Prozessgas in die Prozesskammer eingespeist. Das erste Prozessgas kann mehrere reaktive Gase enthalten, die in der Prozesskammer sich zerlegen oder miteinander reagieren. Zerlegungsprodukte der reaktiven Gase werden unter Ausbildung insbesondere kristalliner oder einkristalliner Schichten auf der Oberfläche des Substrates deponiert. Das erste Prozessgas kann auch einen Dotierstoff beinhalten, mit dem die abgeschiedene Schicht dotiert werden kann. Zum Einbringen des ersten Prozessgases in die Prozesskammer ist eine erste Gaszuleitung vorgesehen, in die von einem Gasmischsystem, das zumindest eine erste Gasquelle aufweist, zumindest ein reaktives Gas eingespeist wird. Bevorzugt wird durch die erste Gaszuleitung eine Mischung mehrerer reaktiver Gase, beispielsweise ein Silizium enthaltendes Gas und ein Kohlenstoff enthaltendes Gas, beispielsweise C2H6 und Si2H6 zusammen mit H2. Das erste Prozessgas kann auch einen Dotierstoff enthalten, beispielsweise ein Stickstoff enthaltendes Gas, beispielsweise N2 oder NH3. Durch das Gaseinlassorgan und insbesondere durch das Zentrum eines eine Zylinder-Außenfläche aufweisenden Gaseinlassorgans verläuft eine Drehachse, um die der Suszeptor mithilfe eines Drehantriebs gedreht werden kann. Mit dem Drehantrieb kann der Suszeptor mit einer vorgegebenen Drehzahl um das gegenüber dem Gehäuse des CVD-Reaktors ortsfeste Gaseinlassorgan gedreht werden. Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Lagerplätze von Substrathaltern ausgebildet sind, die kreisscheibenförmige Körper sind, die während des Abscheidens der Schicht um ihre Figurenachse drehangetrieben werden. Hierzu können die Substrathalter in Lagertaschen einer zur Prozesskammer weisenden Breitseitenfläche des Suszeptors einliegen. In den Boden der Lagertaschen können Spülgase eingespeist werden, die ein Gaspolster ausbilden, auf dem der Substrathalter aufliegt. Die Spülgase können die Substrathalter in die Drehung versetzen. Das in die Prozesskammer eingespeiste Prozessgas zerlegt sich pyrolytisch in der Prozesskammer. Die Zerlegungsprodukte, beispielsweise Si und C oder diese Elemente enthaltende Reaktionsprodukte diffundieren zur Substratoberfläche. Einhergehend damit verarmt die Gasphase unmittelbar oberhalb der Substratoberfläche. Um eine von dieser Verarmung verursachte inhomogene Abscheidung der Schicht auf dem Substrat zu vermeiden, wird der ein oder mehrere Substrate tragende Substrathalter in der zuvor beschriebenen Weise gedreht. Trotz dieser Maßnahme ist eine Inhomogenität der Schichtdicke, einer Schichtzusammensetzung oder einer lokalen Dotierstoffkonzentration innerhalb der Schicht oftmals nicht zu vermeiden. Dabei können die Schichtdicke, Schichtzusammensetzung oder die Dotierstoffkonzentration innerhalb der Schicht in einer Radialrichtung variieren. Der Wert der Schichtdicke, der Schichtzusammensetzung oder der Dotierstoffkonzentration kann am Rand der Schicht von dem Wert in der Mitte der Schicht verschieden sein. Es wird außerdem beobachtet, dass die Werte verschiedener Substrate voneinander verschieden sind. Um diese Inhomogenitäten, also die Inhomogenitäten einer Schicht und/oder die Inhomogenitäten von Substrat zu Substrat auszugleichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass ein zweites Prozessgas in einen auf einen Winkelbereich um die Drehachse beschränkten Austrittssektor in die Prozesskammer eingespeist wird. Der Austrittssektor wird bevorzugt derart gewählt, dass der aus zweiten Gasaustrittsöffnungen austretende zweite Prozessgasfluss nur über jeweils einen Lagerplatz beziehungsweise ein Substrat oder aber auch nur über einen Teilbereich eines Substrates fließt. Hierzu wird das zweite Prozessgas variiert und insbesondere gepulst in die Prozesskammer eingespeist. Die Pulslänge ist dabei so bemessen, dass die während des Pulses eingespeiste Menge des zweiten Prozessgases nur über die Oberfläche eines Substrates oder sogar nur über eine Teiloberfläche eines Substrates fließt. Der zweite Prozessgasfluss ist ein zeitlich variierender Prozessgasfluss. Die zeitliche Variation des zweiten Prozessgasflusses kann sich periodisch synchronisiert mit der Drehzahl des Suszeptors um seine Achse wiederholen. Die Zusammensetzung des zweiten Prozessgases kann zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsen derart geändert werden, dass zwei in Umfangsrichtung hintereinanderliegende Substrate mit aufeinanderfolgenden Gaspulsen einer jeweils anderen Gasphasenzusammensetzung ausgesetzt sind, sodass das Schichtwachstum, die Schichtzusammensetzung oder der Dotierstoffeinbau an verschiedenen Substraten unterschiedlich beeinflusst werden kann. Ist der Austrittssektor kleiner als der von einem Durchmesser des Substrates bestimmte Sektor der Prozesskammer um die Drehachse, so kann gezielt nur ein Teilbereich, beispielsweise der Randbereich eines Substrates, durch das zweite Prozessgas beeinflusst werden. Das zweite Prozessgas kann dieselben reaktiven Gase beinhalten, die auch das erste Prozessgas beinhaltet, wobei dann aber bevorzugt mindestens eines dieser reaktiven Gase einen anderen Partialdruck besitzt, als dasselbe reaktive Gas im ersten Prozessgas. Beispielsweise kann das zweite Prozessgas einen Dotierstoff mit einem höheren Partialdruck aufweisen. Es ist aber auch möglich, dass das zweite Prozessgas keinen Dotierstoff oder überhaupt kein reaktives Gas aufweist, sondern nur ein Verdünnungsgas ist, sodass durch das gepulste, auf einen Austrittssektor beschränkte Einspeisen des zweiten Prozessgases lokal zu einem verminderten Wachstum oder zu einem verminderten Dotierstoffeinbau führt. Weist hingegen das zweite Prozessgas einen höheren Partialdruck des reaktiven Gases auf, so kann durch das gepulste und auf einen Austrittssektor beschränkte Einspeisen des zweiten Prozessgases lokal der Wert der Wachstumsrate, der Schichtzusammensetzung oder des Dotierstoffeinbaus erhöht werden.First and foremost, a method is proposed with which several substrates can be treated simultaneously in a process chamber of a CVD reactor. The method is, in particular, a method for depositing layers on the substrates and preferably a method for depositing SiC layers on SiC substrates or Si substrates, or on layers that have already been deposited on substrates. However, the method is also suitable for depositing III-V layers on suitable substrates. The method is preferably carried out in a device comprising a CVD reactor with a process chamber. The floor of the process chamber can be formed by a susceptor. The susceptor can be heated by a heating device. A heating device can be a resistance heater, an RF heater, or a lamp heater. The heating device can heat the susceptor to a process temperature. A first process gas is fed into the process chamber via a gas inlet element forming the center of the process chamber. The first process gas can contain a plurality of reactive gases that decompose or react with one another in the process chamber. Decomposition products of the reactive gases are deposited on the surface of the substrate, forming, in particular, crystalline or monocrystalline layers. The first process gas can also contain a dopant with which the deposited layer can be doped. To introduce the first process gas into the process chamber, a first gas feed line is provided, into which at least one reactive gas is fed from a gas mixing system having at least one first gas source. Preferably, a mixture of a plurality of reactive gases, for example a silicon-containing gas and a carbon-containing gas, for example C 2 H 6 and Si 2 H 6 together with H 2 , is fed through the first gas feed line. The first process gas can also contain a dopant, for example a nitrogen-containing gas, for example N 2 or NH 3 . An axis of rotation extends through the gas inlet element and in particular through the center of a gas inlet element having a cylindrical outer surface, around which axis the susceptor can be rotated using a rotary drive. With the rotary drive, the susceptor can be rotated at a predetermined speed around the gas inlet element, which is stationary relative to the housing of the CVD reactor. Furthermore, it can be provided that the storage locations are formed by substrate holders, which are circular disk-shaped bodies that are driven to rotate about their axis during the deposition of the layer. For this purpose, the substrate holders can be located in storage pockets of a broad side surface of the susceptor facing the process chamber. Purge gases can be fed into the bottom of the storage pockets, forming a gas cushion on which the substrate holder rests. The purge gases can cause the substrate holders to rotate. The process gas fed into the process chamber decomposes pyrolytically in the process chamber. The decomposition products, such as Si and C or reaction products containing these elements, diffuse to the substrate surface. As a result, the gas phase immediately above the substrate surface becomes depleted. To prevent inhomogeneous deposition of the layer on the substrate caused by this depletion, the substrate holder supporting one or more substrates is rotated as described above. Despite this measure, inhomogeneity in the layer thickness, layer composition, or local dopant concentration within the layer is often unavoidable. The layer thickness, layer composition, or dopant concentration within the layer can vary in a radial direction. The value of the layer thickness, layer composition, or dopant concentration can be different at the edge of the layer than in the center of the layer. It has also been observed that the values for different substrates differ from one another. In order to compensate for these inhomogeneities, i.e. the inhomogeneities of a layer and/or the inhomogeneities from substrate to substrate, the invention proposes that a second process gas is fed into the process chamber into an outlet sector limited to an angular range around the axis of rotation. The outlet sector is preferably selected such that the second process gas flow emerging from second gas outlet openings only flows over one storage location or substrate, or even only over a partial area of a substrate. For this purpose, the second process gas is varied and, in particular, fed into the process chamber in pulsed form. The pulse length is dimensioned such that the quantity of second process gas fed in during the pulse flows only over the surface of a substrate or even only over a partial surface of a substrate. The second process gas flow is a time-varying process gas flow. The time variation of the second process gas flow can repeat periodically, synchronized with the rotational speed of the susceptor around its axis. The composition of the second process gas can be changed between two successive pulses in such a way that two substrates lying one behind the other in the circumferential direction are exposed to a different gas phase composition with successive gas pulses, so that the layer growth, the layer composition or the dopant incorporation on different substrates can be influenced differently. If the exit sector is smaller than that of a diameter of the substrate, only a partial area of the process chamber is specifically influenced by the second process gas, for example the edge area of a substrate. The second process gas can contain the same reactive gases as the first process gas, but preferably at least one of these reactive gases has a different partial pressure than the same reactive gas in the first process gas. For example, the second process gas can contain a dopant with a higher partial pressure. However, it is also possible for the second process gas to contain no dopant or no reactive gas at all, but to be only a diluent gas, so that the pulsed injection of the second process gas, limited to an exit sector, leads locally to reduced growth or reduced dopant incorporation. If, however, the second process gas has a higher partial pressure of the reactive gas, the value of the growth rate, the layer composition or the dopant incorporation can be increased locally by the pulsed injection of the second process gas limited to an exit sector.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die ersten Gasaustrittsöffnungen gleichmäßig in Umfangsrichtung über die Umfangsfläche des Gaseinlassorgans verteilt angeordnet sind. Das Gaseinlassorgan kann mehrere in Vertikalrichtung übereinander angeordnete Zonen ausbilden, die jeweils Gasverteilkammern besitzen, in die voneinander verschiedene Prozessgase beziehungsweise reaktive Gase eingespeist werden. Es kann ferner vorgesehen sein, dass das erste Prozessgas in Umfangsrichtung, bezogen auf die Drehachse, gleichmäßig aus der Umfangsfläche des Gaseinlassorganes austritt und der Winkelbereich des Austrittssektors maximal dem Winkelabstand zweier in Umfangsrichtung um die Drehachse nebeneinanderliegenden Substraten entspricht. Die Pulslänge kann maximal der Dauer entsprechen, in der ein dem Winkelabstand entsprechender Bereich eines die Substrate tragenden Suszeptors durch den Austrittssektor tritt. Die Pulslänge kann geringer sein, als die Dauer, in der ein dem Durchmesser eines Substrates entsprechender Bereich des Suszeptors durch den Austrittssektor tritt. Der Winkelbereich des Austrittssektors kann auch geringer sein, als der Winkelbereich eines durch den Durchmesser eines Substrates bestimmten Sektors. In diesem Fall kann die Wirkung des zweiten Prozessgases auf einen Teilbereich des Substrates beschränkt werden. Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Pulsfrequenz der Pulse, mit denen das zweite Prozessgas in die Prozesskammer eingespeist wird so gewählt ist, dass jeweils nur ein Gaspuls nur über jeweils ein Substrat strömt. Die Pulsfrequenz kann dann dem Produkt der Drehzahl und der Anzahl der in gleichmäßiger Umfangsverteilung um das Gaseinlassorgan angeordneten Substrate entsprechen. Das zweite Prozessgas kann mit dieser Pulsfrequenz variieren. Jeder Puls kann somit eine andere Gaszusammensetzung aufweisen, sodass die Wachstumsrate, die Schichtzusammensetzung oder die den hier Stoffkonzentration der gleichzeitig abgeschiedenen Schichten individuell beeinflusst werden kann. Der zweite Prozessgasfluss kann sich auch kontinuierlich ändern, wobei ein zeitlich sich ändernder Strömungsverlauf mit der Drehzahl des Suszeptors periodisch ist. Die Schichtzusammensetzung kann insbesondere dann beeinflusst werden, wenn die Schicht aus mehr als zwei Komponenten besteht, also beispielsweise aus drei Elementen, wie beispielsweise GaAlN oder dergleichen.In a further development of the invention, it is provided that the first gas outlet openings are arranged uniformly distributed in the circumferential direction over the circumferential surface of the gas inlet element. The gas inlet element can form a plurality of zones arranged one above the other in the vertical direction, each of which has gas distribution chambers into which different process gases or reactive gases are fed. It can further be provided that the first process gas exits the circumferential surface of the gas inlet element uniformly in the circumferential direction, relative to the axis of rotation, and the angular range of the exit sector corresponds at most to the angular distance between two substrates lying next to one another in the circumferential direction around the axis of rotation. The pulse length can correspond at most to the duration in which a region of a susceptor carrying the substrates, corresponding to the angular distance, passes through the exit sector. The pulse length can be shorter than the duration in which a region of the susceptor corresponding to the diameter of a substrate passes through the exit sector. The angular range of the exit sector can also be smaller than the angular range of a sector determined by the diameter of a substrate. In this case, the effect of the second process gas can be limited to a partial area of the substrate. It can also be provided that the pulse frequency of the pulses with which the second process gas is fed into the process chamber is selected such that only one gas pulse flows over one substrate at a time. The pulse frequency can then correspond to the product of the rotational speed and the number of substrates arranged in a uniform circumferential distribution around the gas inlet element. The second process gas can vary with this pulse frequency. Each pulse can thus have a different gas composition, so that the growth rate, the layer composition, or the material concentration of the simultaneously deposited layers can be individually influenced. The second process gas flow can also change continuously, with a temporally changing flow pattern being periodic with the rotational speed of the susceptor. The layer composition can be influenced in particular if the layer consists of more than two components, for example, of three elements, such as GaAlN or the like.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gaseinlassorgan mehrere zweite Gasaustrittsöffnungen aufweist, durch die voneinander verschiedene zweite Prozessgase in einen auf einen Winkelbereich um die Drehachse beschränkten Austrittssektor und mit der Drehzahl synchronisiert variiert in die Prozesskammer eingespeist werden. Die voneinander verschiedenen zweiten Gasaustrittsöffnungen können in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet sein. Sie können aber auch in Richtung der Drehachse des Suszeptors versetzt übereinander angeordnet sein. Jede der voneinander verschiedenen zweiten Gasaustrittsöffnungen kann mit einer ihr zugeordneten zweiten Gaszuleitung verbunden sei, die jeweils über Massenflusscontroller und Ventile mit einer Gasversorgung für ein anderes zweites Prozessgas verbunden sind. Es können somit Gruppen von individuellen Gaseinlassbereichen vorgesehen sein, wobei die Gaseinlässe individuell angesteuert werden können und durch die Gaseinlässe unterschiedliche Gase in die Prozesskammer eingespeist werden. Unterschiedliche Gase können auch zeitlich versetzt in die Prozesskammer eingespeist werden. Es ist beispielsweise möglich, durch eine zweite Gasaustrittsöffnung einen Dotierstoff in die Prozesskammer einzuspeisen, um so zeitlich beschränkt in einen definierten Umfangsabschnitt die Dotierstoffkonzentration zu verändern. Diese Gasaustrittsöffnung kann beispielsweise zwischen zwei weiteren zweiten Gasaustrittsöffnungen angeordnet sein, durch die jeweils ein Verdünnungsgas eingespeist wird, beispielsweise ein Inertgas. Durch mehrere unmittelbar nebeneinander angeordnete zweite Gasaustrittsöffnungen können auch Gasflüsse fokussiert werden. Darüber hinaus lässt sich auch eine Profilierung des Gasstroms einstellen, beispielsweise dadurch, dass durch unmittelbar nebeneinander angeordnete verschiedene Gasaustrittsöffnungen verschiedene Prozessgaskonzentrationen bereitgestellt beziehungsweise eingespeist werden. Die mehrere zweiten Gasaustrittsöffnungen können darüber hinaus auch in gleichmäßiger Winkelverteilung um die Drehachse des Suszeptors versetzt angeordnet sein; beispielsweise können die zweiten Gasaustrittsöffnungen um einen Winkel von 120° winkelversetzt angeordnet sein. Mit einer solchen Mehrfachanordnung von zweiten Gasaustrittsöffnungen ist eine bessere Homogenität und bessere Wafer-zu-Wafer-Kontrolle des Dotierstoffeinbaus oder des Kristallwachstums möglich. Es ist ferner möglich, die ersten Gasaustrittsöffnungen, durch die ein Prozessgas in gleichmäßiger Umfangsverteilung um ein rotationssymmetrisches Gaseinlassorgan in die Prozesskammer eingespeist werden, mit gleichmäßigem Abstand auf der Gasaustrittsfläche des Gaseinlassorgans zu positionieren. Die ein oder mehreren zweiten Gasaustrittsöffnungen sind dann bevorzugt in den Zwischenräumen zwischen den gleichmäßig verteilt angeordneten ersten Gasaustrittsöffnungen angeordnet. Gleichwohl ist erfindungsgemäß aber auch vorgesehen, dass eine zweite Gasaustrittsöffnung dort angeordnet sein kann, wo ansonsten eine erste Gasaustrittsöffnung angeordnet ist.In a further development of the invention, the gas inlet element has a plurality of second gas outlet openings through which different second process gases are fed into the process chamber in an outlet sector limited to an angular range around the axis of rotation and varied in a manner synchronized with the rotational speed. The different second gas outlet openings can be arranged next to one another in the circumferential direction. However, they can also be arranged one above the other in a manner offset in the direction of the axis of rotation of the susceptor. Each of the different second gas outlet openings can be connected to an associated second gas supply line, each of which is connected to a gas supply for a different second process gas via mass flow controllers and valves. Groups of individual gas inlet areas can thus be provided, wherein the gas inlets can be individually controlled and different gases can be fed into the process chamber through the gas inlets. Different gases can also be fed into the process chamber at different times. For example, it is possible to feed a dopant into the process chamber through a second gas outlet opening in order to change the dopant concentration in a defined circumferential section for a limited period of time. This gas outlet opening can, for example, be arranged between two further second gas outlet openings, through each of which a diluent gas, for example an inert gas, is fed in. Gas flows can also be focused by means of several second gas outlet openings arranged directly next to one another. In addition, a profile of the gas flow can also be set, for example by providing or feeding different process gas concentrations through different gas outlet openings arranged directly next to one another. The several second gas outlet openings can also be arranged in a uniform angular distribution around the axis of rotation. of the susceptor; for example, the second gas outlet openings can be arranged offset by an angle of 120°. With such a multiple arrangement of second gas outlet openings, better homogeneity and better wafer-to-wafer control of the dopant incorporation or crystal growth is possible. It is also possible to position the first gas outlet openings, through which a process gas is fed into the process chamber in a uniform circumferential distribution around a rotationally symmetrical gas inlet element, at a uniform distance on the gas outlet surface of the gas inlet element. The one or more second gas outlet openings are then preferably arranged in the spaces between the evenly distributed first gas outlet openings. Nevertheless, the invention also provides that a second gas outlet opening can be arranged where a first gas outlet opening is otherwise arranged.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Gasaustrittsöffnung radial außerhalb des Gaseinlassorgans angeordnet ist. Das Gaseinlassorgan kann im Zentrum einer Prozesskammer angeordnet sein. Die Prozesskammer umgibt das Gaseinlassorgan dann kreisförmig. Radial außerhalb des Gaseinlassorgans kann eine Gaszuleitung, beispielsweise ein Rohr in die Prozesskammer hineinragen. Das Rohr besitzt eine Mündung, die die zweite Gasaustrittsöffnung ausbildet, durch die das zweite Prozessgas in die Prozesskammer eingespeist werden kann. Gemäß einer Weiterbildung dieser Variante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass sich zwischen dem Gaseinlassorgan und einem Lagerplatz für ein oder mehrere Substrate eine Vorlaufzone erstreckt, durch die das Prozessgas, das das Gaseinlassorgan verlässt, durch die Prozesskammer strömt, bevor es den Lagerplatz für die Substrate erreicht. Es kann vorgesehen sein, dass die zweite Gasaustrittsöffnung unmittelbar vor dem Lagerplatz für das Substrat angeordnet ist. Beispielsweise kann durch eine Prozesskammerdecke ein Rohr in die Prozesskammer hineinragen, welches an seinem Ende die zweite Gasaustrittsöffnung aufweist. Die zweite Gasaustrittsöffnung ist dann um die Strecke einer Vorlaufzone in radial Auswärtsrichtung vom Gaseinlassorgan beabstandet.According to a further development of the invention, it can be provided that the gas outlet opening is arranged radially outside the gas inlet element. The gas inlet element can be arranged in the center of a process chamber. The process chamber then surrounds the gas inlet element in a circle. A gas supply line, for example a pipe, can protrude into the process chamber radially outside the gas inlet element. The pipe has an opening that forms the second gas outlet opening through which the second process gas can be fed into the process chamber. According to a further development of this variant of the invention, it can be provided that a feed zone extends between the gas inlet element and a storage location for one or more substrates, through which the process gas leaving the gas inlet element flows through the process chamber before reaching the storage location for the substrates. It can be provided that the second gas outlet opening is arranged directly in front of the storage location for the substrate. For example, a pipe having the second gas outlet opening at its end can protrude into the process chamber through a process chamber ceiling. The second gas outlet opening is then spaced radially outward from the gas inlet element by the distance of a pre-flow zone.
Die Vorrichtung kann eine Ventilanordnung aufweisen, die von einer Steuereinrichtung beziehungsweise Regeleinrichtung angesteuert werden kann. Die Ventilanordnung kann ein oder mehrere Massenflussregler und zumindest ein Umschaltventil aufweisen. Mit dem Umschaltventil kann das zweite Prozessgas von einem Vent-Ausgang, mit dem das zweite Prozessgas am Gaseinlassorgan vorbei geleitet wird, in einen Run-Ausgang geschaltet werden, sodass das zweite Prozessgas in eine Gaszuleitung strömt, die in eine Gasverteilkammer mündet, aus der das zweite Prozessgas aus den ein oder mehreren zweiten Gasaustrittsöffnungen in die Prozesskammer einströmen kann. Mit dem Umschaltventil kann aber auch ein dieselbe Gaszusammensetzung, wie das erste Prozessgas, aufweisender Gasfluss abwechselnd mit einem, eine andere Gaszusammensetzung aufweisenden Gasfluss in die Prozesskammer eingespeist werden. Mit einem Massenflusskontroller kann die Gaszusammensetzung des zweiten Prozessgases vorgegeben werden.The device can have a valve arrangement that can be controlled by a control device or regulating device. The valve arrangement can have one or more mass flow controllers and at least one switching valve. With the switching valve, the second process gas can be switched from a vent outlet, through which the second process gas is guided past the gas inlet element, to a run outlet, so that the second process gas flows into a gas supply line that opens into a gas distribution chamber, from which the second process gas can flow into the process chamber from the one or more second gas outlet openings. With the switching valve, however, a gas flow having the same gas composition as the first process gas can be fed into the process chamber alternately with a gas flow having a different gas composition. The gas composition of the second process gas can be specified using a mass flow controller.
Eine Weiterbildung des zuvor beschriebenen Verfahrens oder der zuvor beschriebenen Vorrichtung ermöglicht die Regelung eines Wertes der Wachstumsrate, Schichtzusammensetzung oder des Dotierstoffeinbaus. Hierzu ist eine Messvorrichtung vorgesehen, die einen Sensor aufweisen kann. Der Sensor kann ein optischer Sensor sein. Mit der Messvorrichtung kann die Schichtdicke, die Schichtzusammensetzung und/oder die Dotierstoffkonzentration der Schicht ermittelt werden. Mit der Messvorrichtung werden nachfolgend die Werte der Schichten jedes der Substrate gemessen. Eine Regelvorrichtung erhält diesen Wert als Eingangswert, um ihn gegen einen Sollwert zu regeln. Hierzu variiert die Regelvorrichtung die Gaszusammensetzung des zweiten Prozessgases für jedes der Substrate individuell. Mit diesem Verfahren wird erreicht, das sich die Werte der gleichzeitig abgeschiedenen Schichten minimal von einem Sollwert unterscheiden, da die Regelvorrichtung eingerichtet ist, auf der Basis eines Messwertes den Wert von Schichtdicke, Schichtzusammensetzung und/oder Dotierstoffkonzentration der Schicht jedes Substrates mittels einer Variation der Zusammensetzung des zweiten Prozessgases individuell zu variieren, um damit den Wert gegen einen Sollwert zu regeln.A further development of the previously described method or device enables the control of a value of the growth rate, layer composition, or dopant incorporation. For this purpose, a measuring device is provided, which can have a sensor. The sensor can be an optical sensor. The measuring device can determine the layer thickness, the layer composition, and/or the dopant concentration of the layer. The measuring device then measures the values of the layers of each of the substrates. A control device receives this value as an input value in order to control it against a target value. To this end, the control device varies the gas composition of the second process gas individually for each of the substrates. This method ensures that the values of the simultaneously deposited layers differ minimally from a target value, since the control device is configured to individually vary the value of the layer thickness, layer composition, and/or dopant concentration of the layer of each substrate on the basis of a measured value by varying the composition of the second process gas in order to thereby control the value against a target value.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1 in einer Schnittdarstellung schematisch einen CVD-Reaktor 1 eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung, -
2 den Schnitt gemäß der Linie II-II in1 , -
3 vergrößert den Ausschnitt III-III in2 , -
4 den Schnitt gemäß der Linie IV-IV in3 , -
5 ein zweites Ausführungsbeispiel ineiner Darstellung gemäß 1 -
6 ein drittes Ausführungsbeispiel gemäß einem Schnitt der Linie VI-VI in5 , -
7 die Ansicht VII in6 , -
8 den Schnitt gemäß der Linie VIII in6 , -
9 eine Darstellung gemäß8 eines vierten Ausführungsbeispiels, -
10 schematisch eine Ventilanordnung eines fünften Ausführungsbeispiels, -
11 eine Darstellung gemäß6 ein sechstes Ausführungsbeispiel, -
12 das sechste Ausführungsbeispiel in Blickrichtung des Pfeils XII in11 , -
13 den Schnitt gemäß der Linie XIII-XIII in11 , -
14 den Schnitt gemäß der Linie XIV-XIV in11 , -
15 den Schnitt gemäß der Linie XV-XV in11 , -
16 ein siebtes Ausführungsbeispiel ineiner Darstellung gemäß 12 , -
17 den Schnitt gemäß der Linie XVII-XVII in16 , -
18 den Schnitt gemäß der Linie XVIII-XVIII in17 , -
19 ein achtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ineiner Darstellung gemäß 6 , und -
20 ein neuntes Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Darstellung gemäß, -
21 ein zehntes Ausführungsbeispiel der Erfindung ähnlich wie im inder 9 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel, wobei jedoch diezweite Gasaustrittsöffnung 5 stromabwärts einer Vorlaufzeit 31 angeordnet ist.
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1 in a sectional view schematically aCVD reactor 1 of a first embodiment of the invention, -
2 the section along line II-II in1 , -
3 enlarges section III-III in2 , -
4 the section along line IV-IV in3 , -
5 a second embodiment in a representation according to1 -
6 a third embodiment according to a section of the line VI-VI in5 , -
7 View VII in6 , -
8 the section along line VIII in6 , -
9 a representation according to8 a fourth embodiment, -
10 schematically shows a valve arrangement of a fifth embodiment, -
11 a representation according to6 a sixth embodiment, -
12 the sixth embodiment in the direction of arrow XII in11 , -
13 the section along the line XIII-XIII in11 , -
14 the section along the line XIV-XIV in11 , -
15 the section along the line XV-XV in11 , -
16 a seventh embodiment in a representation according to12 , -
17 the section along the line XVII-XVII in16 , -
18 the section along the line XVIII-XVIII in17 , -
19 an eighth embodiment of the invention in a representation according to6 , and -
20 a ninth embodiment of the invention in a representation according to, -
21 a tenth embodiment of the invention similar to that shown in the9 illustrated fourth embodiment, but the secondgas outlet opening 5 is arranged downstream of alead time 31.
Beschreibung der AusführungsformenDescription of the embodiments
Die Figuren zeigen schematisch einen an sich bekannten CVD-Reaktor beziehungsweise Details eines derartigen CVD-Reaktors, in denen die Details auf die zur Erläuterung der Erfindung wesentlichen Elemente beschränkt sind.The figures schematically show a CVD reactor known per se or details of such a CVD reactor, in which the details are limited to the elements essential for explaining the invention.
Ein CVD-Reaktor 1 besitzt ein gasdichtes Gehäuse, in dem sich eine Prozesskammer 2 befindet. Die Prozesskammer 2 ist nach oben hin durch eine Prozesskammerdecke 20 begrenzt und nach untenhin durch einen Suszeptor 16. Die Prozesskammerdecke 20 und der Suszeptor 16 können aus beschichtetem Graphit bestehen.A
Unterhalb des Suszeptors 16 befindet sich eine Heizeinrichtung 19, mit der der Suszeptor 16 und die darüberliegende Prozesskammer 2 beheizt werden kann. Der Suszeptor 16 kann mit einem Drehantrieb 29 um eine Drehachse D mit einer vorgegebenen Drehzahl drehangetrieben werden. Der Suszeptor 16 trägt eine Vielzahl von in einer kreisförmigen Anordnung um die Drehachse D angeordnete Substrathalter 17, die jeweils einen Lagerplatz für ein oder mehrere Substrate ausbilden können. Beim Ausführungsbeispiel trägt jeder Substrathalter 17 ein Substrat 15. Die Substrathalter 17 liegen in Taschen der Breitseitenfläche des Suszeptors 16 und können von nicht dargestellten Gaspolstern getragen und um ihre Symmetrieachse drehangetrieben werden. Die Heizeinrichtung 19 kann eine RF-Spule sein, die innerhalb des Suszeptors 16 Wirbelströme erzeugt, um ihn aufzuheizen.Below the
Um die auf einer Kreislinie verlaufende Umfangskante des Suszeptors 16 ist ein Gasauslassorgan 18 angeordnet, mit dem in die Prozesskammer 2 eingespeistes Gas oder Zerlegungsprodukte aus der Prozesskammer 2 mittels einer nicht dargestellten Vakuumpumpe abgepumpt werden können.A
Im Zentrum der Prozesskammer 2 befindet sich ein gegenüber dem Gehäuse des CVD-Reaktors 1 ortsfestes Gaseinlassorgan 3, welches aus Quarz oder einem anderen geeigneten Werkstoff bestehen kann. In das Gaseinlassorgan 3 münden zumindest zwei Gaszuleitungen 8, 9, um in das Gaseinlassorgan 3 ein erstes Prozessgas durch die Gaszuleitung 8 in eine Gasverteilkammer 6 einzuspeisen. Das Gaseinlassorgan 3 besitzt eine auf einer Kreiszylinder-Außenfläche sich erstreckende Umfangsfläche 3', die eine Vielzahl von ersten Gasaustrittsöffnungen 4 aufweist, durch die das erste Prozessgas in die Prozesskammer 2 strömen kann. Das erste Prozessgas durchströmt die Prozesskammer 2 im Wesentlichen in einer radialen Richtung. Die
Es ist eine Gasquellenanordnung vorgesehen, die zumindest eine erste Gasquelle 10 und zumindest eine zweite Gasquelle 12 aufweist. Mittels Massenfluss-Controllern 11, 13 kann der Massenfluss des ersten Prozessgases oder eines zweiten Prozessgases eingestellt werden. Das erste Prozessgas kann beispielsweise reaktive Gase enthalten, mit denen eine Schicht auf den Substraten 15 abgeschieden werden kann. Beispielsweise kann es sich bei den reaktiven Gasen um Silan oder Disilan sowie Methan oder Ethan handeln, um eine SiC-Schicht abzuscheiden. Das erste Prozessgas kann einen Dotierstoff aufweisen, beispielsweise Stickstoff oder Ammoniak oder ein anderes, ein Element der V. Hauptgruppe enthaltendes Gas.A gas source arrangement is provided, which has at least a
Die ersten Gasaustrittsöffnungen 4 sind derart auf der Umfangsfläche 3' des Gaseinlassorgans 3 angeordnet, dass ein möglichst homogener Gasfluss in Radialrichtung aus dem Gaseinlassorgan 3 austritt und über die Substrate 15 strömt.The first
Mit einem Umschaltventil 14 ist es möglich, das zweite Prozessgas gepulst in die Prozesskammer 2 einzuspeisen. Es sind ferner die weiter unten noch beschriebenen Mittel vorgesehen, mit denen der Austrittssektor α, in den das zweite Prozessgas in die Prozesskammer 2 eingespeist wird, auf einen Winkelbereich um die Drehachse D zu beschränken, sodass die Pulse des zweiten Prozessgases nur mit einzelnen Substraten 15 oder aber auch nur mit Teilbereichen eines Substrates 15 zusammenwirken.A switching
Die Zusammensetzung des zweiten Prozessgases ist von der Zusammensetzung des ersten Prozessgases derart verschieden, dass in den Bereichen der Substrate 15, in denen das zweite Prozessgas auf das Substrat einwirkt, sich die Schichtdicke, die Schichtzusammensetzung oder der Dotierstoffeinbau anders ändert, als in den Bereichen, in denen das zweite Prozessgas nicht auf das Substrat einwirkt. Mit dem Umschaltventil 14 können die Gaspulse gezielt so in die Prozesskammer 2 eingespeist werden, dass sie nur Teilbereiche eines einzigen Substrates 15 oder nur ein einziges Substrat 15 überströmen. Mit dem Massenfluss-Controller 13, der zwischen der zweiten Gasquelle 12 und dem Umschaltventil 14 angeordnet ist, lässt sich die Zusammensetzung des zweiten Prozessgases derart schnell ändern, dass aufeinanderfolgende Pulse, die in Drehrichtung aufeinanderfolgende Substrate 15 überströmen, voneinander verschiedene Zusammensetzungen aufweisen, sodass die Wachstumsrate, die Schichtzusammensetzung oder der Dotierstoffeinbau gezielt substratbezogen beeinflusst werden kann.The composition of the second process gas differs from the composition of the first process gas in such a way that in the regions of the
Es ist eine Messvorrichtung 26 vorgesehen, die insbesondere einen optischen Sensor aufweist, mit dem entlang eines optischen Pfades 27, der durch die Prozesskammerdecke 20 verlaufen kann, die Schichtdicke, die Schichtzusammensetzung oder die Dotierstoffkonzentration der Schicht gemessen werden kann. Der so individuell für jedes Substrat 15, das unterhalb des Sensors der Messvorrichtung 26 vorbeiläuft, gemessene Wert kann verwendet werden, um den Massenfluss-Controller 13 zu steuern, um den Partialdruck des im zweiten Prozessgas enthaltenen reaktiven Gases derart zu variieren, dass der gemessene Wert gegen einen Sollwert geregelt wird. Auf diese Weise ist es möglich, sich ansonsten ausbildende Abweichungen von Schichtdicken, Schichtzusammensetzungen oder durch Stoffkonzentrationen von Substrat zu Substrat zu vermeiden oder zu vermindern.A measuring
Die
In anderen Ausführungsbeispielen ist vorgesehen, dass der Winkelbereich, über den sich der Austrittssektor α erstreckt, zumindest kleiner ist, als ein Sektor δ der durch den Winkelbereich definiert ist, um den zwei Substrate 15 voneinander beabstandet sind. Bei einer derartigen Beschränkung des Austrittssektors α und einer Beschränkung der Pulsdauer ist es möglich, individuell nur eine vollständige Substratoberfläche mit dem zweiten Prozessgas zu beeinflussen.In other embodiments, it is provided that the angular range over which the exit sector α extends is at least smaller than a sector δ defined by the angular range by which two
Bei dem in den
Bei dem in der
Das in den
In einem auf einen Umfangsabschnitt des Gaseinlassorganes 3 beschränken Bereich befindet sich eine zweite Gasverteilkammer 7, in die durch eine zweite Gaszuleitung 9 das zweite Prozessgas eingespeist werden kann. Das zweite Prozessgas kann aus zweiten Gasaustrittsöffnungen 5 in die Prozesskammer eingespeist werden. Auch hier können ein oder mehrere zweite Gasaustrittsöffnungen 5 derart auf einen Winkelbereich beschränkt auf der Umfangsfläche 3' angeordnet sein, dass das zweite Prozessgas auf den oben beschriebenen Austrittssektor α beschränkt in die Prozesskammer 2 eingespeist wird.In an area limited to a peripheral section of the
Das in der
Die
Ein Teil dieser Gasmischung wird mit einem weiteren Massenfluss-Controller 22 einem ersten Eingang eines Umschaltventils 14 zugeleitet. Das Umschaltventil 14 besitzt einen zweiten Eingang, dem das von einem zweiten Massenfluss-Controller 13 geregelte zweite Prozessgas zugeleitet wird. Mit dem Umschaltventil 14 kann wahlweise entweder das vom Massenfluss-Controller 13 oder vom Massenfluss-Controller 22 bereitgestellte Gas in einen Vent-Ausgang 23 oder in einen Run-Ausgang 24 eingeleitet werden, sodass abwechselnd entweder das zweite Prozessgas oder das erste Prozessgas durch die ein oder mehreren Gasaustrittsöffnungen 5 auf einen Austrittssektor α beschränkt und für eine vorgegebene Pulsdauer in die Prozesskammer 2 eingespeist werden kann.A portion of this gas mixture is fed to a first inlet of a switching
Das in den
Jede der weiteren zwei Gasverteilkammern 7, 7', 7" ist mit einer individuellen zweiten Gaszuleitung 9, 9', 9" mit beispielsweise einem Massenflusscontroller und einer Gasquelle verbunden. Es können somit mehrere voneinander verschiedene zweite Gasquellen 12 vorgesehen sein, mit denen unter Verwendung von Massenflusscontroller 13 und Umschaltventilen 14 ein individueller zweiter Gasfluss bereitgestellt wird, der an unterschiedlichen Stellen aus dem Gaseinlassorgan 3 austritt.Each of the further two
Beim Ausführungsbeispiel ist es beispielsweise möglich, durch die mittlere zweite Gasaustrittsöffnung 5' einen Dotierstoff einzuspeisen und durch die beiden äußeren zweiten Gasaustrittsöffnungen 5, 5" ein Inertgas in die Prozesskammer 2 einzuspeisen. Durch jede der zweiten Gasaustrittsöffnungen 5, 5', 5" kann ein gepulster Gasfluss in die Prozesskammer eingespeist werden, wobei die Pulse zeitlich versetzt oder zur selben Zeit erzeugt werden können. Hiermit ist beispielsweise eine Fokussierung eines „Dotierstoffstrahls“ möglich.In the exemplary embodiment, it is possible, for example, to feed a dopant through the middle second gas outlet opening 5' and to feed an inert gas into the
Bei dem in den
Bei dem in den
Gemäß einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel können die jeweils zweite Gasverteilkammern 7, 7" ausbildenden Rohre innerhalb des Gaseinlassorgans 3 auch derart verlaufen, dass auf einer Umfangsposition zwei oder mehrere zweite Gasaustrittsöffnungen 5, 5', 5" vertikal übereinander angeordnet sind.According to an embodiment not shown, the pipes forming second
Das in der
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die ersten Gasaustrittsöffnungen 4 auf der gesamten Umfangsfläche des Gaseinlassorgans 3, also auf der vom Gaseinlassorgan 3 ausgebildeten Gasaustrittsfläche gleichmäßig verteilt. Benachbarte erste Gasaustrittsöffnungen haben somit jeweils den gleichen Abstand zueinander. Zwischen benachbarte erste Gasaustrittsöffnungen 4 erstreckt sich somit eine Zwischenfläche 30, wobei alle Zwischenflächen 30 im Wesentlichen gleich gestaltet sind. Erfindungsgemäß befindet sich in zumindest einer dieser Zwischenflächen 30 eine zweite Gasaustrittsöffnung 5. Ein derartiges Ausführungsbeispiel zeigt die
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die zweite Gasaustrittsöffnung 5 stromabwärts des Gaseinlassorgans 3 angeordnet ist. Das Gaseinlassorgan 3 kann im Zentrum einer Prozesskammer 2 angeordnet sein. Die Prozesskammer umgibt dann das Gaseinlassorgan 3, wie es beispielsweise in der
Um das im Wesentlichen zylinderförmige Gaseinlassorgan 3 ist eine ringförmige Vorlaufzone 31 angeordnet, die von dem aus den ersten Gasaustrittsöffnungen austretenden ersten Prozessgas überströmt wird. In dieser Vorlaufzone 31 kann sich das erste Prozessgas aufheizen. Dies erfolgt durch einen Wärmeübertrag vom Suszeptor 16 auf das Gas.An annular
Die zweite Gasaustrittsöffnung 5 ist hier am stromabwärtigen Ende der Vorlaufzone 31 angeordnet. Die zweite Gasaustrittsöffnung 5 befindet sich unmittelbar stromaufwärts eines ein Substrat 15 tragenden Lagerplatzes. Der aus der zweiten Gasaustrittsöffnung 5 austretender Fluss des zweiten Prozessgases erstreckt sich somit über einen sehr eng begrenzten Winkelbereich.The second
Beim Ausführungsbeispiel ist lediglich eine zweite Gasaustrittsöffnung vorgesehen. Es können aber auch mehrere zweite Gasaustrittsöffnungen 5 vorgesehen sein, die jeweils unmittelbar stromaufwärts eines Lagerplatzes für ein Substrat 15 angeordnet sind.In the exemplary embodiment, only one second gas outlet opening is provided. However, several second
Ähnlich wie bei dem in der
Beim Ausführungsbeispiel liegt die zweite Gasaustrittsöffnung 5 etwa auf Höhe der untersten Gasverteilkammer 6".In the embodiment, the second
Die vorstehenden Ausführungen dienen der Erläuterung der von der Anmeldung insgesamt erfassten Erfindungen, die den Stand der Technik zumindest durch die folgenden Merkmalskombinationen jeweils auch eigenständig weiterbilden, wobei zwei, mehrere oder alle dieser Merkmalskombinationen auch kombiniert sein können, nämlich:The above statements serve to explain the inventions covered by the application as a whole, which also independently develop the state of the art at least by the following combinations of features, whereby two, several or all of these combinations of features can also be combined, namely:
Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das zweite Prozessgas in einen auf einen Winkelbereich um die Drehachse D beschränkten Austrittssektor α und mit der Drehzahl synchronisiert variiert in die Prozesskammer 2 eingespeist wird.A method which is characterized in that the second process gas is fed into the
Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das erste Prozessgas in Umfangsrichtung, bezogen auf die Drehachse D, gleichmäßig aus einer Umfangsfläche 3' des Gaseinlassorgans 3 austritt und der Winkelbereich des Austrittssektors S maximal dem Winkelabstand δ zweier in Umfangsrichtung um die Drehachse D nebeneinanderliegenden Substraten 15 entspricht und die Pulslänge maximal der Dauer entspricht, in der ein dem Winkelabstand δ entsprechender Bereich eines die Substrate 15 tragenden Suszeptors 16 durch den Austrittssektor α tritt.A method which is characterized in that the first process gas emerges uniformly from a
Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Pulslänge geringer ist, als die Dauer, in der ein dem Durchmesser eines Substrates 15 entsprechender Sektor β des Suszeptors 16 durch den Austrittssektor α tritt und/oder dass der Winkelbereich des Austrittssektors α geringer ist, als der Winkelbereich eines durch den Durchmesser eines Substrates 15 bestimmten Sektors β.A method characterized in that the pulse length is shorter than the duration in which a sector β of the susceptor 16 corresponding to the diameter of a
Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Pulsfrequenz der Pulse, mit denen das zweite Prozessgas in die Prozesskammer 2 eingespeist wird, dem Produkt aus Drehzahl und Anzahl der in gleichmäßiger Umfangsverteilung kreisförmig um die Drehachse D angeordneten Substrate 15 entspricht.A method characterized in that the pulse frequency of the pulses with which the second process gas is fed into the
Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Massenfluss des zweiten Prozessgases mit der Pulsfrequenz variiert.A method characterized in that the mass flow of the second process gas varies with the pulse frequency.
Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das zweite Prozessgas einen Dotierstoffeinbau oder eine Schichtzusammensetzung beeinflusst.A method characterized in that the second process gas influences a dopant incorporation or a layer composition.
Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das erste Prozessgas eine Wachstumsrate der Schicht beeinflusst.A process characterized in that the first process gas influences a growth rate of the layer.
Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass während des Einspeisens des zweiten Prozessgases ein Wert der Wachstumsrate, der Schichtzusammensetzung und/oder des Dotierstoffeinbaus mit einem Sensor 26 gemessen wird und mit einer Regeleinrichtung 28 der Massenfluss des zweiten Prozessgases zur Erreichung eines Sollwertes variiert wird.A method which is characterized in that during the feeding of the second process gas a value of the growth rate, the layer composition and/or the dopant incorporation is measured with a
Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass vertikal übereinander und/oder in Umfangsrichtung nebeneinander mehrere zweite Gasaustrittsöffnungen 5, 5', 5" vorgesehen sind, durch die jeweils ein anderes zweites Prozessgas oder Prozessgase mit verschiedener zeitlicher Variation in die Prozesskammer 2 eingespeist werden, wobei die mehreren zweiten Gasaustrittsöffnungen 5, 5', 5" auf einen um die Drehachse D beschränkten Austrittssektor α beschränkt angeordnet sind oder in Umfangsrichtung um eine Achse des Gaseinlassorgans 3 verteilt angeordnet sind.A method which is characterized in that a plurality of second
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die zumindest eine zweite Gasaustrittsöffnung 5 derart angeordnet ist, dass der daraus austretende Fluss des zweiten Prozessgases nur über einen auf einen Winkelbereich um die Drehachse D beschränkten Austrittssektor α in die Prozesskammer 2 eintritt, und so von einer Steuereinrichtung 28 betreibbar ist, dass der Fluss des zweiten Prozessgases mit der Drehzahl gepulst in die Prozesskammer 2 eingespeist wird.A device which is characterized in that the at least one second
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die ersten Gasaustrittsöffnungen 4 gleichmäßig über eine Umfangsfläche 3' des Gaseinlassorgans 3 verteilt angeordnet sind und der Winkelbereich des Austrittssektors α maximal dem Winkelabstand δ zweier in Umfangsrichtung um die Drehachse D nebeneinanderliegenden Lagerplätzen 17 entspricht.A device which is characterized in that the first
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die zumindest eine zweite Gasaustrittsöffnung 5 in der Umfangsfläche 3' des Gaseinlassorgans 3 angeordnet ist.A device characterized in that the at least one second
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die zumindest eine zweite Gasaustrittsöffnung in einer Prozesskammerdecke 20 angeordnet ist oder die Mündung einer Zuleitung 9 ist, die in einem Bereich zwischen Gaseinlassorgan 3 und den Lagerplätzen 17 in die Prozesskammer 2 hineinragt.A device which is characterized in that the at least one second gas outlet opening is arranged in a
Eine Vorrichtung, die gekennzeichnet ist durch eine Messvorrichtung 26 zur Bestimmung eines Wertes der Wachstumsrate, der Schichtzusammensetzung und/oder des Dotierstoffeinbaus und einer Regeleinrichtung 28, mit der der Massenfluss des zweiten Prozessgases zum Erreichen eines Sollwertes variierbar ist.A device characterized by a measuring
Eine Vorrichtung, die gekennzeichnet ist durch eine ein oder mehrere Massenflussregler 11, 13, 22, 25 und ein Umschaltventil 14 aufweisende Ventilanordnung zur Steuerung des gepulsten Massenflusses des zweiten Prozessgases.A device characterized by a valve arrangement comprising one or more
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass mehrere zweite Gasaustrittsöffnungen (5, 5', 5"), die jeweils mit einer anderen zweiten Gasquelle (12) oder einem anderen Massenflusscontroller (11) verbunden sind, vertikal übereinander und/oder in Umfangsrichtung um eine Achse des Gaseinlassorgans versetzt zueinander angeordnet sind, wobei mehrere zweite Gasaustrittsöffnungen (5, 5', 5") auf einem Austrittssektor (α) beschränkt angeordnet, in gleichmäßiger Umfangsverteilung um ein Zentrum des Gaseinlassorgans (3) angeordnet sind oder verschiedene Abstandswinkel zueinander besitzen.A device characterized in that a plurality of second gas outlet openings (5, 5', 5"), each connected to a different second gas source (12) or a different mass flow controller (11), are arranged vertically one above the other and/or offset from one another in the circumferential direction about an axis of the gas inlet element, wherein a plurality of second gas outlet openings (5, 5', 5") are arranged in a restricted manner on an outlet sector (α), are arranged in a uniform circumferential distribution around a center of the gas inlet element (3) or have different distance angles from one another.
Alle offenbarten Merkmale sind (für sich, aber auch in Kombination untereinander) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen. Die Unteransprüche charakterisieren, auch ohne die Merkmale eines in Bezug genommenen Anspruchs, mit ihren Merkmalen eigenständige erfinderische Weiterbildungen des Standes der Technik, insbesondere 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 Erfindung betrifft auch Gestaltungsformen, bei denen einzelne der in der vorstehenden Beschreibung genannten Merkmale nicht verwirklicht sind, insbesondere soweit sie erkennbar für den jeweiligen Verwendungszweck entbehrlich sind oder durch andere technisch gleichwirkende Mittel ersetzt werden können.All disclosed features are (individually, but also in combination with one another) essential to the invention. The disclosure content of the associated/attached priority documents (copy of the prior application) is hereby fully incorporated into the disclosure of the application, also for the purpose of incorporating features of these documents into claims of the present application. The subclaims characterize, even without the features of a referenced claim, with their features independent inventive developments of the prior art, in particular in order to file divisional applications based on these claims. The invention specified in each claim may additionally comprise one or more of the features provided in the above description, in particular with reference numbers and/or specified in the list of reference numbers. The invention also relates to embodiments in which individual features of the above the features mentioned in the description are not implemented, in particular insofar as they are clearly unnecessary for the respective intended use or can be replaced by other technically equivalent means.
Liste der BezugszeichenList of reference symbols
- 11
- CVD-ReaktorCVD reactor
- 22
- Prozesskammertrial chamber
- 33
- GaseinlassorganGas inlet organ
- 3'3'
- Umfangsflächecircumferential area
- 44
- erste Gasaustrittsöffnungfirst gas outlet opening
- 55
- zweite Gasaustrittsöffnungsecond gas outlet opening
- 5'5'
- zweite Gasaustrittsöffnungsecond gas outlet opening
- 5''5''
- zweite Gasaustrittsöffnungsecond gas outlet opening
- 66
- erste Gasverteilerkammerfirst gas distribution chamber
- 6'6'
- GasverteilerkammerGas distribution chamber
- 6"6"
- GasverteilerkammerGas distribution chamber
- 77
- zweite Gasverteilerkammersecond gas distribution chamber
- 7'7'
- zweite Gasverteilkammersecond gas distribution chamber
- 7''7''
- zweite Gasverteilkammersecond gas distribution chamber
- 88
- erste Gaszuleitungfirst gas supply line
- 8'8'
- GaszuleitungGas supply line
- 8"8"
- GaszuleitungGas supply line
- 99
- zweite Gaszuleitungsecond gas supply line
- 9'9'
- zweite Gaszuleitungsecond gas supply line
- 9''9''
- zweite Gaszuleitungsecond gas supply line
- 1010
- erste Gasquellefirst gas source
- 1111
- Massenfluss-ControllerMass flow controller
- 1212
- zweite Gasquellesecond gas source
- 1313
- Massenfluss-ControllerMass flow controller
- 1414
- Umschaltventilchangeover valve
- 1515
- SubstratSubstrat
- 1616
- SuszeptorSusceptor
- 1717
- Substrathalter/ LagerplatzSubstrate holder/ storage space
- 1818
- GasauslassorganGas outlet device
- 1919
- HeizeinrichtungHeating device
- 2020
- ProzesskammerdeckeProcess chamber ceiling
- 2121
- Trennwandpartition
- 2222
- Massenfluss-ControllerMass flow controller
- 2323
- Vent-AusgangVent outlet
- 2424
- Run-AusgangRun output
- 2525
- Massenfluss-ControllerMass flow controller
- 2626
- Sensor/MessvorrichtungSensor/measuring device
- 2727
- optischer Pfadoptical path
- 2828
- Regeleinrichtung/SteuereinrichtungControl device
- 2929
- Drehantriebrotary drive
- 3030
- ZwischenflächeIntermediate surface
- 3131
- VorlaufzoneLead zone
- DD
- Drehachseaxis of rotation
- αα
- AustrittssektorExit sector
- ββ
- Sektorsector
- δδ
- WinkelabstandAngular distance
- SS
- StrömungsrichtungFlow direction
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES CONTAINED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
-
DE 10 2019 104 433 A1 [0003]
DE 10 2019 104 433 A1 [0003] -
DE 10 2023 100 077 [0006]
DE 10 2023 100 077 [0006]
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