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1. WO2021069598 - GASAUSLASSORGAN EINES CVD-REAKTORS

Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

[ DE ]

Beschreibung

Gasauslassorgan eines CVD-Reaktors

Gebiet der Technik

[0001] Die Erfindung betrifft ein Gasauslassorgan zur Verwendung in einem CVD-Reaktor und einen CVD-Reaktor mit einem derartigen Gasauslassorgan.

Stand der Technik

[0002] Ein Gasauslassorgan beziehungsweise ein CVD-Reaktor der erfin-dungsgemäßen Art wird in der US 2013/0206066 Al beschrieben. Ausgangs punkt der Erfindung ist somit ein CVD-Reaktor mit einem im Gehäuse ange ordneten, um eine Drehachse in einer Drehebene drehantreibbaren Suszeptor zur Aufnahme ein oder mehrerer Substrate, mit einer Heizeinrichtung zum Be heizen des Suszeptors, mit einem Gaseinlassorgan zum Einspeisen von Pro-zessgasen in eine Prozesskammer, mit einem Gasauslassorgan zum Auslass der Prozessgase und/ oder Zerlegungsprodukte der Prozessgase, wobei das Gas auslassorgan ein Oberteil mit ringförmig um den Suszeptor angeordneten Gas auslassöffnungen aufweist, die in einen Gassammelkanal eines Unterteils des Gasauslassorganes münden, und mit einer mit ihrem radial äußeren Rand am Unterteil des Gasauslassorgans befestigten, zwischen Suszeptor und Heizein richtung angeordneten Platte, beziehungsweise ein derartiges Gasauslassorgan zur Verwendung in einem CVD-Reaktor mit einem ringförmigen Oberteil mit um eine freie Ringfläche angeordneten Gasauslassöffnungen, wobei das Ober teil auf einem einen Gassammelkanal ausbildenden Unterteil sitzt.

Zusammenfassung der Erfindung

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde das oben beschriebene Gas auslassorgan beziehungsweise den ein derartiges Gasauslassorgan aufweisen den CVD-Reaktor gebrauchsvorteilhaft weiterzubilden.

[0004] Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Er findung, wobei die Unteransprüche nicht nur vorteilhafte Weiterbildungen der in den nebengeordneten Ansprüchen angegebenen Erfindung sind, sondern auch eigenständige Lösungen der Aufgabe darstellen.

[0005] Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Oberteil und das Unterteil Schlitzwände eines Schlitzes ausbilden, wobei der Schlitz in Richtung einer Symmetrieachse des Gasauslassorgans gerichtet ist. Um diese Symmetrieachse erstreckt sich eine freie Kreisfläche, in der ein Suszeptor eines CVD-Reaktors angeordnet werden kann, der sich um eine Drehachse dreht, die mit der Symmetrieachse zusammenfällt. Der Schlitz ist dafür ausgelegt, den Rand einer Platte zu fassen. Die Platte kann sich auf der unteren Schlitzwand, die vom Unterteil ausgebildet ist, abstützen. Die obere Schlitzwand kann über dem Rand der Platte liegen. Die beiden voneinander wegweisenden Breitseitenflächen der Platte können jeweils mit ihrem Rand an einer Schlitzwand anliegen. Die Platte kann eine zentrale Öffnung aufweisen, durch die ein Schaft hindurchragt, der den Suszeptor trägt und der um eine Drehachse drehantreibbar ist, um den Suszeptor zu drehen. Die Platte kann aus Quarz oder aus einem anderen, insbesondere keramischen Werkstoff bestehen. Die Platte ist ortsfest am Gasauslassorgan befestigt.

[0006] Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Oberteil eine Basisfläche aufweist, die senkrecht zur Symmetrieachse ver laufen kann. Die Basisfläche deckt bevorzugt eine Öffnung eines Gassammel- kanals des Unterteils ab. Zwischen einer Basisfläche und einer Bodenfläche bil det sich ein ringförmiger, im Querschnitt keilförmiger Materialsteg, der eine Vielzahl von gleichmäßig um die Symmetrieachse angeordnete Gasauslassöff nungen aufweist. Die Gasauslassöffnungen erstrecken sich durch den Materi alsteg. Die Achsen der Gasauslassöffnungen sind gegenüber der Symmetrie achse geneigt, und zwar derart, dass die nach oben, also vom Unterteil wegwei senden Abschnitte der Achsen der Gasauslassöffnungen zur Symmetrieachse geneigt sind. Die Achsen der Gasauslassöffnungen liegen somit auf einer Ke gelmantelfläche um die Symmetrieachse. Eine Prozesskammerrückwand, die an ihrem freien Ende eine Schulter aufweist, mit der sie an eine Prozesskammer decke tragen kann, ist materialeinheitlich dem keilförmigen Materialsteg ange formt. Die Prozesskammerrückwand besitzt eine Außenfläche, die auf einer Kreiszylinder-Mantelfläche verläuft, welche wiederum senkrecht zur Basisflä che verläuft. Eine von der Außenfläche wegweisende Innenfläche der Rück wand der Prozesskammer besitzt eine gekrümmte Fläche. Eine Querschnittsli nie der Rückwand durch einen Längsschnitt grenzt etwa rechtwinklig an die Bodenfläche und spitzwinklig in die Schulter an, wobei die Schulter in einer Ebene liegen kann, die sich parallel zur Basisfläche erstreckt. Die Schulter kann sich derart weit in Radialeinwärtsrichtung erstrecken, dass sie zumindest teil weise Abschnitte der Gasauslassöffnungen überragt. Die beiden Teile des Gas auslassorganes können aus Graphit oder einem beschichteten Graphit bestehen. Das Oberteil kann in seinem rückwärtigen Bereich einen nach unten weisenden Vorsprung aufweisen, der in eine vom Unterteil gebildete Nische eingreift. Der Vorsprung sitzt bevorzugt am radial äußeren Rand der Basisfläche und schließt sich bündig an die Außenfläche an. Die Außenflächen von Unterteil und Ober teil gehen bündig ineinander über.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0007] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand bei gefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Die Draufsicht auf eine geöffnete Prozesskammer eines CVD- Reaktors mit Blick auf ein Oberteil eines Gasauslassorganes;

Fig. 2 Den Schnitt gemäß II - II, wobei mit der Bezugsziffer 1 ein Ge häuse angedeutet ist;

Fig. 3 Aufgebrochen eine perspektivische Darstellung des Gasaus lassorganes;

Fig. 4 Vergrößert den Ausschnitt IV in Figur 2 und

Fig. 5 Vergrößert den Ausschnitt V in Figur 4.

Beschreibung der Ausführungsformen

[0008] Das in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiel ist ein CVD-Reaktor, beispielsweise zum Abscheiden von III-V-Schicht auf Substraten 3. In einem Gehäuse 1, welches gasdicht ist, befindet sich zwischen einer Prozess kammerdecke 20 und einem Suszeptor 2 eine Prozesskammer 5. hn Zentrum der Prozesskammer 5 befindet sich ein Gaseinlassorgan 4, welches Gasaus trittsöffnungen 21 aufweist, durch welche Prozessgase, die von außen in das Gaseinlassorgan 4 eingespeist werden, in die Prozesskammer 5 eintreten kön nen. Die zur Prozesskammer 5 weisende Breitseitenfläche des Suszeptors 2 bil det Taschen 22 aus, in denen auf einem Gaspolster getragen und drehangetrie-ben Substrathalter 23 angeordnet sind, auf denen jeweils zumindest ein Sub strat 3 aufliegt.

[0009] Unterhalb des Suszeptors 2 befindet sich eine Heizeinrichtung 9, bei der es sich um eine RF-Heizung handelt. Mit dieser Heizeinrichtung 9 kann der Suszeptor 2 auf eine Prozesstemperatur aufgeheizt werden.

[0010] Die rotationssymmetrische Prozesskammer 5 wird in Radialauswärts-richtung von einer Prozesskammerwand 17 begrenzt. Die Prozesskammerwand 17 ist integraler Bestandteil eines Oberteiles 11 eines Gasauslassorgans 6. Eine nach oben weisende, sich in einer Ebene erstreckende Schulter 19 trägt einen Rand der Prozesskammerdecke 20. Die Schulter 19 wird im Ausführungsbei spiel von einer ebenen Fläche ausgebildet.

[0011] Eine zur Prozesskammer 5 weisende Innenfläche 27 der Prozesskam merwand 17 ist eine gewölbte Fläche. Es handelt sich um eine rotationssymmet rische Fläche, wobei das Rotationszentrum der Fläche eine Drehachse A des Suszeptors 2 ist. Eine gekrümmte Querschnittslinie der Innenfläche 27 grenzt unter Ausbildung eines spitzen Winkels an die Schulter 19 an. Die Quer-schnittslinie der Innenfläche 27 grenzt unter Ausbildung eines rechten Winkels an eine Bodenfläche 29 an. Die Bodenfläche 29 ist eine zur Prozesskammer 5 weisende Fläche eines im Querschnitt keilförmigen Materialstegs des Oberteiles 11. Die Bodenfläche 29 verläuft spitzwinklig zu einer Basisfläche 18 des Ober teils 11, die in einer Ebene verläuft, die sich senkrecht zur Drehachse A er-streckt. Eine auf einer Kreiszylinder-Mantelfläche verlaufende Außenfläche 28 der Prozesskammerwand 17 verläuft im Wesentlichen rechtwinklig zur Basis fläche 18.

[0012] Der im Querschnitt keilförmige Materialsteg des Oberteiles 11 erstreckt sich ringförmig um den Suszeptor 2, wobei er einen radialen Abstand zum Sus-zeptor 2 besitzt. Innerhalb des Materialstegs befinden sich Gasauslassöffnungen 7. Es sind eine Vielzahl in gleichmäßiger Beanstandung um den Suszeptor 2

angeordnete Gasauslassöffnungen 7 vorgesehen. Die Gasauslassöffnungen 7 können einen kreiszylindrischen Querschnitt mit einer Achse B aufweisen. Sie können aber auch einen von einer Kreisform abweichenden, beispielsweise ova len Querschnitt aufweisen. Bevorzugt verläuft die Wand der Gasauslassöffnung 7 aber auf einer Zylindermantelfläche, die einen bevorzugt kreisförmigen aber auch beliebigen Grundriss aufweisen kann und eine Achse B definiert. Die Ach se B ist gegenüber der Drehachse A geneigt. Der Neigungswinkel entspricht etwa dem Winkel einer Querschnittslinie durch die Bodenfläche 29 zu einer Querschnittslinie durch die Basisfläche 18. Ein nach oben weisende Abschnitt der Achse B ist auf die Drehachse A zugerichtet, sodass sich die Achsen B der Gasauslassöffnungen 7 auf einer Kegelmantelfläche um die Symmetrieachse A des Gaseinlassorgans 6 erstrecken. Die Schulter 19 beziehungsweise die die Schulter 19 ausbildende, stufenartig nach oben abgesetzte Fläche, auf der sich die Prozesskammerdecke 20 abstützen kann, befindet sich vertikal bezogen auf einer Linie S parallel zur Symmetrieachse A oberhalb der Gasauslassöffnung 7, sodass die Schulter 19 die Gasauslassöffnungen 7 zumindest teilweise, bevor zugt vollständig überdeckt. Die von den kreiszylindrischen Gasauslassöffnun gen definierten Achsen B verlaufen in Radialeinwärtsrichtung beabstandet von der Schulter 19 beziehungsweise von der Prozesskammerwand 17.

[0013] Die Gasauslassöffnungen 7 entspringen einer konischen Bodenfläche 25 und münden in die Ebene Basisfläche 18.

[0014] Ein Unterteil 12 des Gasauslassorganes 6 besitzt einen eine obere Öff nung 25 aufweisenden Gassammelkanal 8. Der Gassammelkanal 8 kann sich über die gesamte Umfangslänge des Unterteiles 12 erstrecken. Auch die Öff-nung 25 kann sich über die gesamte Umfangslänge des Unterteils 12 erstrecken. Es können aber auch Unterbrechungen vorgesehen sein. Die Öffnung 25 wird vom Oberteil 11 verschlossen. Eine sich entlang einer Zylindermantelfläche er- streckende Außenfläche 30 kann sich in derselben Zylindermantelfläche erstre cken, in der sich auch die Außenfläche 28 des Oberteiles 11 erstreckt.

[0015] Es kann ein Vorsprung 24 vorgesehen sein, der am radial äußeren Be reich von der Basisfläche 18 nach unten abragt. Das Unterteil 12 kann eine Ni-sehe 26 aufweisen, in die der Vorsprung 24 eingreifen kann. Der Vorsprung 24 kann ein ringförmiger Vorsprung und die Nische 26 eine ringförmige Nische sein.

[0016] Auf der radial inneren Seite bildet das Unterteil 12 eine Stufe aus. Die Stufe bildet eine Schlitzwand 16. Ein sich an die Stufe anschließender Fortsatz 31 bildet eine Stützfläche, auf der sich die Basisfläche 18 abstützen kann. Ein radial innerer Bereich der Basisfläche 18 bildet eine der Schlitzwand 16 gegen überliegende Schlitzwand 15. Die parallel zueinander verlaufenden Schlitz wände 15, 16 definieren einen Schlitz 14, der sich über die gesamte Umfangs länge des Gaseinlassorganes 6 erstreckt und der eine gleichbleibende Schlitz-weite besitzt.

[0017] Es ist eine aus Quarz oder einem keramischen Material bestehende Plat te 10 vorgesehen, die eine erste Breitseite 10' aufweist, die zum Suszeptor 2 weist und die eine zweite Breitseite 10" aufweist, die zur Heizeinrichtung 9 weist. Die zwischen Suszeptor 2 und Heizeinrichtung 9 angeordnete Platte 10 besitzt eine mittlere Öffnung, durch die ein den Suszeptor 2 tragender Schaft hindurchragt. Die Platte 10 bildet eine Strömungs-/ Diffusions-Barriere zwi schen Prozesskammer 5 und dem Abschnitt des Inneren des Gehäuses 1, in welchem die Heizeinrichtung 9 angeordnet ist.

[0018] Die Platte 10 besitzt einen sich entlang einer Kreisbogenlinie erstre-ckenden Rand 13. Erfindungsgemäß befindet sich der Rand 13 in dem Schlitz 14. Die Materialstärke der Platte 10 kann der Schlitzweite des Schlitzes 14 ent sprechen.

[0019] 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:

[0020] Einen CVD-Reaktor, der dadurch gekennzeichnet ist, dass der radial äußere Rand 13 in einem Schlitz 14 steckt, mit einer ersten Breitseite 10' an einer vom Oberteil 11 gebildeten ersten Schlitzwand 15 und mit einer zweiten Breit seite 10" an einer vom Unterteil 12 gebildeten zweiten Schlitzwand 16 anliegt;

[0021] Einen CVD-Reaktor, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Prozess kammerwand 17 materialeinheitlich dem Oberteil 11 angeformt ist, die Schulter 19 in Radialeinwärtsrichtung die Gasauslassöffnungen 7 bezogen auf eine Rich-tung S parallel zur Drehachse A zumindest bereichsweise überragt, und die zur Prozesskammerdecke 20 weisenden Abschnitte der Achsen B der Gasauslass öffnungen 7 zur Drehachse A geneigt sind;

[0022] Einen CVD-Reaktor, der dadurch gekennzeichnet ist, dass das Gasein lassorgan 4 rotations symmetrisch, bezogen auf die Drehachse A, ausgebildet und angeordnet ist und in Radialauswärtsrichtung weisende Gasaustrittsöff nungen 21 aufweist und/ oder dass die Heizeinrichtung 9 eine RF-Heizung ist und/ oder dass der Suszeptor 2 Taschen 22 aufweist, in denen jeweils ein von einem Gaspolster getragener und drehangetriebener Substrathalter 23 angeord net ist;

[0023] Ein Gasauslassorgan, dass dadurch gekennzeichnet ist, dass das Ober teil 11 eine erste Schlitzwand 15 und das Unterteil 12 eine zur ersten Schlitz wand 15 parallel verlaufende zweite Schlitzwand 16 eines in Richtung zur Ach se A der Kreisfläche offenen Schlitzes 14 ausbildet;

[0024] Ein Gasauslassorgan, dass dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Pro zesskammerwand 17 materialeinheitlich dem Oberteil 11 angeformt ist, welche an ihrem oberen Ende eine Schulter 19 aufweist, die in Radialeinwärtsrichtung, die Gasauslassöffnungen 7 bezogen auf eine Richtung S parallel zu einer zentra len Achse A der Kreisfläche zumindest bereichsweise überragt, und die nach oben weisenden Abschnitte der Achsen B der Gasauslassöffnungen 7 zur Achse A geneigt sind;

[0025] Einen CVD-Reaktor oder Gasauslassorgan, die dadurch gekennzeichnet sind, dass das Unterteil 12 und das Oberteil 11 aus Graphit und insbesondere beschichtetem Graphit bestehen und/ oder dass der Gassammelkanal 8 eine obere Öffnung 25 aufweist, die von der Basisfläche 18 verschlossen ist;

[0026] Einen CVD-Reaktor oder Gasauslassorgan, die dadurch gekennzeichnet sind, dass das Oberteil 11 einen einen oberen Rand des Unterteiles 12 übergrei fenden Vorsprung 24 aufweist, und/ oder dass ein dem Oberteil 11 angeformter Vorsprung 24 in eine vom dem Unterteil 12 gebildete Nische 26 eingreift;

[0027] Einen CVD-Reaktor oder Gasauslassorgan, die dadurch gekennzeichnet sind, dass eine Außenfläche 30 des Unterteiles 12 mit einer Außenfläche 28 des Oberteils 11 fluchtet, und/ oder dass eine Außenfläche 30 des Unterteils 12 und eine Außenfläche 28 des Oberteils 11 sich entlang einer Kreiszylinder-Mantelfläche erstrecken;

[0028] Einen CVD-Reaktor oder Gasauslassorgan, die dadurch gekennzeichnet sind, dass sich die Gasauslassöffnungen 7 zwischen einer Bodenfläche 29 des Oberteils 11 und der Basisfläche 18 erstrecken, wobei die Bodenfläche 29 ge neigt zur Basisfläche 18 verläuft und/ oder dass die Achse B der Gasauslassöff-nungen 7 senkrecht zu einer zur Schulter 19 weisenden und die Gasauslassöff nungen 7 umgebenden Bodenfläche 29 verläuft;

[0029] Einen CVD-Reaktor oder Gasauslassorgan, die dadurch gekennzeichnet sind, dass sich eine zur Ringinnenseite weisende Innenfläche 27 entlang einer gekrümmten Querschnittslinie durch einen Längsschnitt des Gasauslassorganes 6 erstreckt und/ oder dass die Querschnittslinie der Innenfläche 27 rechtwinklig an eine Querschnittslinie der Bodenfläche 29 und spitzwinklig an eine Quer schnittslinie der Schulter 19 angrenzt und/ oder dass die Schulter 19 in einer Ebene verläuft, die parallel zur Ebene der Basisfläche 18 liegt.

[0030] Alle offenbarten Merkmale sind (für sich, aber auch in Kombination untereinander) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/ beigefügten Prioritäts unterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender An meldung mit aufzunehmen. Die Unteransprüche charakterisieren, auch ohne die Merkmale eines in Bezug genommenen Anspruchs, mit ihren Merkmalen eigenständige erfinderische Weiterbildungen des Standes der Technik, insbe sondere um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen. Die in jedem Anspruch angegebene Erfindung kann zusätzlich ein oder mehrere der in der vorstehenden Beschreibung, insbesondere mit Bezugsziffern versehene und/ oder in der Bezugsziffernliste angegebene Merkmale aufweisen. Die Er findung betrifft auch Gestaltungsformen, bei denen einzelne der in der vorste henden Beschreibung genannten Merkmale nicht verwirklicht sind, insbeson-

dere soweit sie erkennbar für den jeweiligen Verwendungszweck entbehrlich sind oder durch andere technisch gleichwirkende Mittel ersetzt werden kön nen.

Liste der Bezugszeichen

1 Gehäuse 27 Innenfläche

2 Suszeptor 28 Außenfläche

3 Substrat 29 Bodenfläche

4 Gaseinlassorgan 30 Außenfläche

5 Prozesskammer 31 Fortsatz

6 Gasauslassorgan

7 Gasauslassöffnung

8 Gassammelkanal

9 Heizeinrichtung

10 Platte

10' erste Breitseite

10" zweite Breitseite A Drehachse

11 Oberteil B Achsenabschnitt

12 Unterteil S Richtung

13 Rand

14 Schlitz

15 Schlitzwand

16 Schlitzwand

17 Prozesskammerwand

18 Basisfläche

19 Schulter

20 Prozesskammerdecke

21 Gasaustrittsöffnung

22 Tasche

23 Substrathalter

24 Vorsprung

25 Öffnung

26 Nische