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Title:
DEVICE AND METHOD FOR DEPOSITING ONE OR MORE LAYERS ONTO A SUBSTRATE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2001/057289
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device and method for depositing one or more layers onto at least one substrate (2) placed inside a reaction chamber (1). The layers are deposited while using a liquid or solid starting material for one of the reaction gases utilized, which are fed via a gas admission unit (8) to the reaction chamber (1) where they condense or epitaxially grow on the substrate. The gas admission unit comprises a multitude of buffer volumes in which the reaction gasses enter separate of one another, and exit though closely arranged outlet openings while also being spatial separate of one another. The temperature of reaction gases is moderated while passing through the gas admission unit.

Inventors:
SCHUMACHER MARCUS (DE)
STRZYZEWSKI PIOTR (DE)
STRAUCH GERD (DE)
DAUELSBERG MARTIN (DE)
JUERGENSEN HOLGER (DE)
Application Number:
PCT/EP2001/001103
Publication Date:
August 09, 2001
Filing Date:
February 02, 2001
Export Citation:
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Assignee:
AIXTRON AG (DE)
SCHUMACHER MARCUS (DE)
STRZYZEWSKI PIOTR (DE)
STRAUCH GERD (DE)
DAUELSBERG MARTIN (DE)
JUERGENSEN HOLGER (DE)
International Classes:
B01J19/00; C23C16/455; C23C16/44; (IPC1-7): C23C16/455
Foreign References:
US5871586A1999-02-16
DE19813523A11999-10-07
US5595606A1997-01-21
US5976261A1999-11-02
EP0821084A11998-01-28
Attorney, Agent or Firm:
Grundmann, Dirk (Rieder & Partner Corneliusstrasse 45 Wuppertal, DE)
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Claims:
GEÄNDERTE ANSPRÜCHE [beim Internationalen Büro am 2
1. September 2001 (21.09.01) eingegangen ; ursprüngliche Ansprüche 124 durch geänderte Ansprüche I17 ersetzt (6 Seiten)] 1. Verfahren zum Abscheiden ein oder mehrerer Schichten auf wenigstens einem in einer Reaktionskammer auf einem temperierten Suszeptor (14) angeordnetem Substrat, unter Verwendung mindestens eines flüssigen oder festen Ausgangsstoffes (3', 4') für zumindest eines der eingesetzten Reaktionsgase (3,4) sowie gegebenenfalls wenigstens eines weiteren bei Raumtemperatur gasförmigen Reaktionsgases (6), bei dem der oder die flüssigen oder festen Ausgangsstoffe (3', 4') in einem oder mehreren Ver dampfern (7) aus der flüssigen oder festen Phase direkt in die Dampf phase überführt werden, bevor sie in die Reaktionskammer (1) eintreten, wobei das oder die Reaktionsgase (1) in eine Gaseinlasseeinheit (8) ein gelassen werden, die über eine Mehrzahl getrennter Gaswege (9,10), de ren Zahl kleiner oder gleich der Zahl der verwendeten Reaktionsgase (3, 4,5) ist, welche Gaswege eine Vielzahl von Austrittsöffnungen (11,12) verfügen, die so angeordnet sind, dass die verschiedenen Reaktionsgase (3,4,5) gleichmäßig über die Substratfläche verteilt, jedoch räumlich derart getrennt in die Reaktionskammer (1) eintreten, dass sie im We sentlichen nicht vor der Oberfläche des oder der Substrate (2) miteinan der reagieren, und dass das oder die Reaktionsgase auf ihrem jeweiligen Gasweg (9,10) durch die Gaseinlasseinheit (8) temperiert werden, wobei der Gaseinlasseinheit (8) auf ihrer dem Suszeptor (14) zugewandten Seite vom Suszeptor Wärme zuoder abgeführt wird und anderseitig durch einen gasgespülten Spalt (20), dessen Wärmewiderstand durch Ände rung der Gaszusammensetzung einstellbar ist, Wärme an eine Wärme senke abgeführt oder von einer Wärmequelle zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet dass bei einer gasdichten oder gedrosselten Abtrennung (29) des Spaltes (20) gegenüber der Reaktionskammer 1 der Wärmewiderstand des Spaltes (20) auch durch Änderung des Gasdrucks einstellbar ist und mittels mindestens einem der Gaseinlasseinheit zugeordneten, insbeson dere von den Gaswegen (9,10) ausgebildeten Puffervolumen zwischen den beiden Seiten der Gaseinlasseinheit (8), durch Änderung des Drucks und/oder der Zusammensetzung des Gases (3,4,5) im Puffervolumen (9, 10) ein variabler Wärmewiderstand eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 oder insbesondere danach, dadurch gekenn zeichnet, dass die Temperatur der einzelnen Gase durch Einstellen des ho rizontalen und/oder des vertikalen Temperaturgradienten in der Gasein lasseinheit (8) auf unterschiedliche Temperaturen gesteuert bzw. geregelt wird.
3. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Beschichtungsverfahren um ein CVD, MOCVD oder OVPDVerfahren (Kondensationsbeschichtung) handelt.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Herstel lung von ein, zweioder mehrkomponentigen Oxiden, die zur Gruppe oxidischer Materialien gehörender Perowskite oder geschichteter Perows kite wie z. B. BaSrTiOs, PbZrTi03, SrBi2Ta209 oder zur Herstellung organi scher Schichten, insbesondere"small molecules"oder Polymere für bspw. Dünnfilmbauelemente wie OLED's, OTFT's oder Solarzellen dient.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaseinlass einheit (8) auch zum Einlassen wenigstens eines Trägergases (13) und/oder eines Spülgases verwendet wird.
6. Vorrichtung zur Beschichtung eines Substrates (2) insbesondere unter Verwendung eines Verfahrens nach einem oder mehreren der vorherge henden Ansprüche, mit einem Gasversorgungssystem (7), das mindestens zwei verschiedene Gase (3,4,5) bzw. Gasgemische getrennt bereitstellt, eine Reaktionskammer (8), in der mindestens ein zu beschichtendes Substrat (2) auf wenigstens einem beheiztem oder gekühltem Suszeptor (14) angeordnet ist, wenigstens einer temperierter Gaseinlasseinheit (8), die wenigstens zwei der Gase (3,4,5) bzw. Gasgemische über eine Mehrzahl von Gaswegen (9, 10) getrennt in die Reaktionskammer (1) einlässt und die eine Vielzahl von GasAustrittsöffnungen (11, 12) aufweist, die zu Gruppen zusammenge fasst sind, deren Zahl der Zahl der getrennt einzulassenden Gase (3,4,5) bzw. Gasgemische entspricht, wobei aus jeder Gruppe von Gas Austrittsöffnungen (11,12) eines der Gase (3,4,5) bzw. Gasgemische in die Reaktionskammer austritt, wobei die Gaseinlasseinheit (8) eine Platte (15) aufweist, in bzw. an der die GasAustrittsÖffnungen (11,12) vorgesehen sind, wobei die Platte (15) auf der dem Suszeptor (14) zugewandten Seite der Gaseinlasseinheit liegt und der Platte durch die Substratbzw. Suszeptor Heizung (16) bzw. Kühlung und/oder das bzw. die beheizten bzw. ge kühlten Substrate (2) bzw. Suszeptoren (14) direkt oder indirekt Wärme zuoder abgeführt wird, und mit einem gasgespülten Spalt (20) zwischen der Gaseinlasseinheit und einer Wärmesenke oder Wärmequelle zur Wärmeaboder zufuhr, wobei der Wärmewiderstand des Spaltes (20) durch Änderung der Gaszusammensetzung einstellbar ist, gekennzeichnet durch eine Isolation oder Drossel (29) zwischen dem Spalt (20) und der Reakti onskammer (1), so dass der Wärmewiderstand des gas gespülten Spaltes (20) auch über den Gasdruck einstellbar ist und mindestens ein zwischen der Platte (15) und dem Spalt (20) angeordnetes, der Gaseinlasseinheit zugeodnetes, insbesondere von den Gaswegen (9, 10) ausgebildetes Puffervolumen, dessen Wärmewiderstand insbesondere durch Änderung des Drucks und/oder der Gaszusammensetzung des Ga ses (3,4,5) im Puffervolumen (9,10) einstellbar ist. zwischen der Platte (15) und dem Spalt (20) angeordnetes, der Gaseinlass einheit zugeordnetes, insbesondere von den Gaswegen (9,10) ausgebilde tes Puffervolumen, dessen Wärmewiderstand insbesondere durch Ände rung des Drucks und/oder der Gaszusammensetzung des Gases (3,4,5) im Puffervolumen (9,10) einstellbar ist.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Puffervolu men (9,10) in Normalrichtung der beheizten oder gekühlten Platte (15) übereinander in einem Gehäuse (15,17,18) der Gaseinlasseinheit (8) ange ordnet sind.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme quelle (19) bzw. Wärmesenke ein temperiertes Teil des Reaktors und der Wärmesenke insbesondere ein gekühltes Teil des Reaktors ist und insbe sondere der wassergekühlte oder geheizte Reaktordeckel (17) ist.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaseinlass einheit als horizontale oder vertikale Mehrschichtstruktur aus einem oder mehreren unterschiedlichen Materialien ausgeführt ist.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaseinlass einheit (8) mindestens eine Zwischenplatte (18) aufweist, die zur Einstel lung des vertikalen und/oder horizontalen Temperaturgradienten an ein ander gegenüberliegende Begrenzungswände (15,17) der Gaseinlassein heit (8) thermisch angekoppelt (26,28) ist.
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Zwischenplatten (17) mindestens eine Öffnung aufweist.
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der Zwischenplatten (18,28) über thermische Brücken (26,27) zur Ein stellung des vertikalen, horizontalen und/oder radialen Wärmeflusses verbunden sind.
13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Zwischenplatten (28) zur Gasumlenkung innerhalb der Gaseinlassein heit (8) dient.
14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Zwischenplatten außerhalb der Gaseinlasseinheit angeordnet ist und als Prallplatte dient.
15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischen platten (18) die Pufferschicht (9,10) trennen.
16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gasein lasseinheit (8) wenigstens ein Kanal (25) vorgesehen ist, der zur Einstel lung des Temperaturgradienten in der Gaseinlasseinheit dient.
17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass Röhrchen (26) die Gasaustrittsöffnungen mit den einzelnen Puffervolumen (9) verbin den.
Description:
Vorrichtung und Verfahren zum Abscheiden ein oder mehre- rer Schichten auf ein Substrat Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Her- stellung einer oder mehrerer Schichten auf wenigstens einem in einer Reaktionskammer angeordnetem Substrat, unter Verwendung mindestens eines flüssigen oder festen Ausgangsstoffes für zumindest eines der eingesetzten Reaktionsgase sowie gegebenenfalls wenigstens eines weiteren bei Raumtemperatur gasförmigen Reaktionsgases.

Ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung sind aus der W095/02711 oder der W099/02756 bekannt. Auf diese beiden Druckschriften wird im abri- gen zur Erläuterung aller hier nicht näher beschriebe- nen Einzelheiten ausdrücklich Bezug genommen. Die be- kannten Vorrichtungen weisen wenigstens einen Vorratsbe- hälter für den oder die einzeln oder gemischt vorliegen- den Ausgangsstoffe (Prekursoren) auf. Ferner ist in an sich bekannter Weise eine Reaktionskammer vorhanden, in der das oder die Substrate insbesondere auf einem oder mehreren Suszeptoren angeordnet sind, und in der die Schichten auf das Substrat aufgebracht werden soll.

Eine Fördereinrichtung, die von einer Steuereinheit gesteuert wird, fördert den oder die Ausgangsstoffe über wenigstens eine Förderleitung aus dem oder den Vorratsbehältern zu dem Bereich, in dem der oder die Ausgangsstoffe verdampft werden sollen. (den sogenann- ten"Verdampfer") Bei der aus der W095/02711 bekannten Vorrichtung werden der oder die Prekursoren (Ausgangsstoffe) in"Form von Tröpfchen"einer nachgeschalteten, termperierten Ver- dampfungskammer zugeleitet und dort verdampft bzw.

00035 direkt durch temperieren der Behälter des gasförmigen 00036 Produktes in den Reaktor eingebracht.

00037 00038 Hierdurch ergibt sich-gerade bei einer periodischen 00039 Einspritzung-nicht unter allen Betriebsbedingungen 00040 eine ausreichend homogene Verteilung der Reaktionsgase 00041 in der Reaktorkammer.

00042 00043 Zudem werden die Reaktionsgase oft nicht mit einer 00044 optimalen Temperatur in die Reaktionskammer einge- 00045 spritzt.

00046 00047 Entsprechendes gilt für die aus der US-PS 5,554,220 00048 bekannte Vorrichtung zur Kondensationsbeschichtung.

00049 00050 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungs- 00051 gemäße Vorrichtung sowie ein entsprechendes Verfahren 00052 derart weiterzubilden, dass der Fehler durch Inhomo- 00053 genitäten in der Verteilung der eingelassenen Gase 00054 und/oder in der Temperatur der eingelassenen Gase in 00055 der Zusammensetzung der hergestellten Schichten, wie 00056 sie beim Stand der Technik auftreten können, vermieden 00057 werden.

00058 00059 Gelöst wird diese Aufgabe durch die in den Ansprüchen 00060 angegebene Erfindung.

00061 00062 Erfindungsgemäß werden das oder die Reaktionsgase vor 00063 dem Eintritt in die Reaktionskammer in eine Gaseinlass- 00064 einheit eingelassen werden, die über eine Mehrzahl ge- 00065 trennter Gaswege, deren Zahl kleiner oder gleich der 00066 Zahl der verwendeten Reaktionsgase ist, sowie eine Viel- 00067 zahl von Austrittsöffnungen verfügt, die so angeordnet 00068 sind, dass die verschiedenen Reaktionsgase gemittelt 00069 über die Substratabmessungen homogen, jedoch räumlich

derart getrennt in die Reaktionskammer eintreten, dass sie im wesentlichen nicht vor der Oberfläche des oder der Substrate miteinander reagieren. Dabei werden das oder die Reaktionsgase auf ihrem jeweiligen Gasweg durch die Gaseinlasseinheit temperiert, d. h. erwärmt oder gekühlt ; insbesondere kann die Temperatur der Gase geregelt werden oder auf Temperatur gehalten werden.

Derartige Gaseinlasseinheiten, die auch als Showerhead bezeichnet werden, sind zwar bei anderen als dem gat- tungsgemäßen Verfahren bekannt, nicht jedoch in der erfindungsgemäß vorgesehenen Ausbildung, bei der die Temperierung und insbesondere die Temperaturregelung der-gegebenenfalls vortemperierten-Gase in der Gaseinlasseinheit erfolgt (US 5,871,586).

Eine besonders einfache Einstellung und insbesondere Regelung der Temperatur der einzulassenden Gase erhält man dadurch, dass die Temperatur der einzelnen Gase durch Steuerung bzw. Regelung des horizontalen und/oder des vertikalen Temperaturgradienten in der Gaseinlass- einheit auf unterschiedliche Temperaturen gesteuert bzw. geregelt wird.

Zusätzlich kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Volumenstrom der in die Gaseinlasseinheit eintretenden Gase gesteuert und insbesondere geregelt werden. Auch kann die Gaseinlasseinheit zum Einlassen wenigstens eines Trägergases und/oder eines Spülgases verwendet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Beschichtung wenig- stens eines Substrats kann bevorzugt in einem CVD, MOCVD oder OVPD-Verfahren (Kondensationsbeschichtung) eingesetzt werden und insbesondere zur Herstellung zur

zu der Gruppe oxidischer Materialien gehörender Perows- kite oder geschichteter Perowskite wie z. B. BaSrTiO3, PbZrTiO3, SrBi2Ta209 oder zur Herstellung organischer Schichten, insbesondere"small molecules"und Polymere für z. B. Dünnfilmbauelemente wie OLED's oder Solarzel- len dienen.

Der erfindungsgemäße Reaktor zur Beschichtung eines Substrats, der insbesondere zur Ausführung eines erfin- dungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden kann, weist ein Gasversorgungssystem, das mindestens zwei verschie- dene Gase bzw. Gasgemische getrennt bereitstellt, eine Reaktionskammer, in der mindestens ein zu beschichten- des Substrat auf wenigstens einem beheiztem oder gekühl- tem Suszeptor angeordnet ist, und wenigstens eine tempe- rierte Gaseinlasseinheit (Showerhead) auf, die wenig- stens zwei der Gase bzw. Gasgemische getrennt voneinan- der in die Reaktionskammer einlässt, und die eine Viel- zahl von Gas-Austrittsöffnungen aufweist, die zu Grup- pen zusammengefasst sind, deren Zahl der Zahl der ge- trennt einzulassenden Gase bzw. Gasgemische entspricht, wobei aus jeder Gruppe von Gas-Austrittsöffnungen eines der Gase bzw. Gasgemische in die Reaktionskammer aus- tritt.

Ein derartiger Reaktor wird durch die folgenden Merkma- le weitergebildet : -die Gaseinlasseinheit weist eine Platte auf, in bzw. an der die Gas-Austrittsöffnungen vorgesehen sind, -die Platte wird durch die Substrat-bzw. Suszeptor- Heizung bzw. Kühlung und/oder das bzw. die beheiz- ten bzw. gekühlten Substrate bzw. Suszeptoren di- rekt oder indirekt temperiert, 00140-zwischen der Platte und dem Grundkörper der Gasein- 00141 lasseinheit und/oder dem Grundkörper der Gaseinlas- 00142 seinheit und einer Wärmesenke bzw.-quelle sind 00143 einstellbare Wärmewiderstände angeordnet, die von 00144 Gasvolumen gebildet werden.

00145 00146 Durch die erfindungsgemäße Ausbildung ist es nicht 00147 erforderlich, die Gaseinlasseinheit beispielsweise 00148 elektrisch zu beheizen. Die Temperierung der Gaseinlass- 00149 einheit erfolgt vielmehr über ein oder mehrere einstell- 00150 bare Wärmewiderstände, die eine Steuerung bzw. Regelung 00151 des Wärmeflusses von wärmeren Stellen zur Gaseinlassein- 00152 heit bzw. des Wärmeflusses von der Gaseinlasseinheit zu 00153 kälteren Stellen der Reaktionskammer erlauben. Damit 00154 erhält man eine einfach aufgebaute und dennoch leicht 00155 und präzise zu regelnde Gaseinlasseinheit.

00156 00157 Insbesondere ist es möglich, dass der oder die Suszept- 00158 oren und/oder das oder die Substrate direkt oder indi- 00159 rekt gekühlt bzw. beheizt sind, und der Wärmefluss von 00160 bzw. zu den Suszeptoren bzw. Substraten gesteuert bzw.

00161 geregelt wird.

00162 00163 Bei einer bevorzugten Ausbildung der erfindungsgemäßen 00164 Vorrichtung ist diese durch folgende Merkmale gekenn- 00165 zeichnet : 00166 00167-auf der den Austrittsöffnungen abgewandten Seite 00168 der Platte sind Puffervolumen für die verschiedenen 00169 getrennt einzulassenden Gase bzw. Gasgemische ange- 00170 ordnet, deren Zahl wenigstens der Zahl der Gruppen 00171 entspricht, und die über Leitungen sowohl mit dem 00172 Gasversorgungssystem als auch mit den jeweils zuge- 00173 ordneten Gas-Austrittsöffnungen strömungsmäig 00174 verbunden sind, 00175-die Puffervolumen sind thermisch sowohl an die 00176 Platte als auch an eine Wärmesenke oder Wärmequelle 00177 angekoppelt.

00178 00179 Diese Ausbildung hat den Vorteil, dass die in den Puf- 00180 fervolumen befindlichen Gase ausreichend lange in der 00181 Gaseinlasseinheit verbleiben, um in gewünschter Weise 00182 temperiert werden zu können. Die Ankoppelung über einen 00183 variablen Wärmewiderstand kann insbesondere durch ein 00184 Zwischenvolumen erfolgen, in dem sich mindestens ein 00185 Medium mit einstellbarem Druck befindet.

00186 00187 Weiter ist es bevorzugt, wenn die Puffervolumen in 00188 Normalrichtung der beheizten oder gekühlten Platte 00189 übereinander in einem Gehäuse der Gaseinlasseinheit 00190 angeordnet sind. Durch diese Ausbildung erhält man in 00191 ihrer Temperatur gestaffelte Puffersprecher, so dass es 00192 in einfacher Weise möglich ist, Gase gegebenenfalls auf 00193 unterschiedliche Temperaturen zu temperieren.

00194 00195 Die in Normalrichtung radialsymmetrische Ausbildung des 00196 Gehäuses führt zu einer homogenen Temperaturverteilung 00197 in Radialrichtung.

00198 00199 Wenn man in dem oder den Zwischenvolumina mehrere Medi- 00200 en unterschiedlicher thermischer Wärmeleitfähigkeit 00201 einsetzt, kann man in einfacher Weise den Wärmewider- 00202 stand einstellen. Eine besonders schnelle Steuerung 00203 bzw. Regelung erhält man, wenn man Medien als Gase oder 00204 Gasgemische einsetzt.

00205 00206 Durch die Ausbildung, gemäß der das Zwischenvolumen 00207 gegenüber dem Raum abgedichtet ist, in dem das oder die 00208 Substrate angeordnet sind, wird der Gasfluss in der 00209 Reaktionskammer nicht gestört.

Als Wärmequelle bzw. Wärmesenke können bevorzugt tempe- rierte Teile des Reaktors verwendet werden, wie dies in den Ansprüchen angegeben ist. Insbesondere kann die temperierte Platte von dem oder den Substraten bzw.

Suszeptoren durch Wärmeübertragung mittels Wärmestrah- lung, Wärmeleitung etc. temperiert werden.

Zur Einstellung des radialen und/oder vertikalen Tempe- raturgradienten kann die Gaseinlasseinheit auf die unterschiedlichsten Arten aufgebaut sein, beispielswei- se kann sie aus wenigstens einem Material bestehen und insbesondere als horizontale oder vertikale Mehrschicht- struktur aus einem oder mehreren unterschiedlichen Materialien ausgeführt sein. Dabei können innerhalb der Mehrschichtstruktur zur Temperierung Kanäle vorgesehen sein. Als Materialien können beispielsweise Aluminium, Edelstahl, Quarzglas und Keramik verwendet werden.

Ferner kann die Gaseinlasseinheit mindestens eine u. U. herausnehmbare Zwischenplatte aufweise, die zur Einstel- lung des vertikalen und/oder horizontalen Temperaturgra- dienten an einander gegenüberliegende Begrenzungswände der Gaseinlasseinheit thermisch angekoppelt ist und insbesondere die Puffervolumen begrenzen kann. Insbeson- dere kann die wenigstens eine Zwischenplatte mindestens eine Öffnung aufweisen. Ferner können wenigstens zwei der Zwischenplatten über thermische Brücken zur Einstel- lung des vertikalen, horizontalen und/oder radialen Wärmeflusses verbunden sein. Auch kann wenigstens eine der Zwischenplatten zur Gasumlenkung innerhalb der Gaseinlasseinheit dienen. Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens eine der Zwischenplatten außerhalb der Gaseinlasseinheit angeordnet sein und als Prallplatte dienen.

Weiterhin können Röhrchen die Gas-Austrittsöffnungen, die in der beheizten Platte vorgesehen sind, mit den einzelnen Puffervolumen verbinden. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Öffnungen in geeigneter Weise profi- liert sind.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesonde- re für die Herstellung von Schichten, bei zumindest ein Teil der Prozessgase aus festen oder flüssigen Vorläu- fern erzeugt wird. Weiterhin kann die Gaseinlasseinheit zusätzlich zu Prozessgasen wenigstens ein Trägergas und/oder ein Spülgas einleiten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen : Figur 1 eine schematisierte Querschnittsdarstellung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, Figur 2 eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung eben- falls schematisiert der Gaseinlasseinheit, Figur 3 eine Darstellung gemäß Figur 2 in einer Modifi- kation, Figur 4 eine vergrößerte Darstellung der Platte der Gaseinlasseinheit, Figur 5 eine schaltbildartige Darstellung der techni- schen Wirkung der Puffervolumen, Figur 6 der Temperaturverlauf im Bereich der Puffervo- lumen,

Figur 7 eine Darstellung gemäß Figur 1 eines weiteren Ausführungsbeispieles der Erfindung, Figur 8 eine Darstellung gemäß Figur 2 eines weiteren Ausführungsbeispieles, und Figur 9 eine Darstellung gemäß Figur 1 eines weiteren Ausführungsbeispieles.

Der dort grob schematisch dargestellte Reaktor besitzt einen Reaktormantel in Form der Wand 31. Von diesem Reaktormantel 31 wird ein Bodenkörper 32 des Reaktors umfasst. In dem Bodenkörper 32, welcher z. B. eine zylin- drische Gestalt hat, liegt ein Suszeptor 14, welcher der Träger eines oder mehrerer Substrate 2 ist. Der Suszeptor 14 wird von unten mittels einer Heizung 16 geheizt. Anstelle der Heizung 16 kann aber auch eine Kühlung vorgesehen sein, um den Suszeptor 14 bspw. auf Raupentemperatur zu halten, damit sich auf dem auf dem Suszeptor 14 liegenden Substrat 2 eine Schicht aufgrund Kondensation bilden kann.

Oberhalb des Bodenkörpers 32 bzw. des Suszeptors 14 befindet sich ein von der Außenwelt gasdicht abgeschlos- sener Raum 1, der eine Reaktionskammer bildet. In die Reaktionskammer 1 werden mittels einer oberhalb des Suszeptors 14 angeordneten Gaseinlasseinheit 8 Gase 4, 5, 6 eingeleitet. Diese Gase sind oder beinhalten Reak- tionsgase, welche bspw. auf dem Suszeptor kondensieren können. In einem anderen Verfahren können diese Gase jedoch auch in der Gasphase oder, was bevorzugt ist, auf der Substratoberfläche selbst chemisch miteinander reagieren, wobei die Substratoberfläche 2 mit dem Reak- tionsprodukt dieser Reaktion beschichtet wird. Bei der Beschichtung kann es sich um Kristallwachstum handeln.

00314 Das Schichtwachstum erfolgt meistens polykristallin. In 00315 speziellen Fällen kann das Schichtwachstum auch einkri- 00316 stallin erfolgen.

00317 00318 Die Gaseinlasseinheit 8 befindet sich in einer Höhlung 00319 des Reaktordeckels 19. Dieser Reaktordeckel 19 kann 00320 mittels einer nicht dargestellten Heizung bzw. einer 00321 ebenfalls nicht dargestellten Kühlung auf einer vorein- 00322 stellbaren Temperatur gehalten werden. Die Gaseinlass- 00323 einheit 8 liegt in keinem Oberflächenkontakt zum Reak- 00324 tordeckel 19. Vielmehr ist der Zwischenraum 20 zwischen 00325 dem Reaktordeckel 19 und der Außenoberfläche der Gasein- 00326 lasseinheit 8 gasgespült. In der Figur 1 bzw. der Figur 00327 7 ist hierzu eine Spülgasleitung 33 dargestellt, in 00328 welche ein Spülgas 23 eingeleitet werden kann. Das 00329 Spülgas wird entsprechend des in der Reaktionskammer 1 00330 stattfindenden Prozesses ausgewählt. Es handelt sich 00331 bevorzugt um ein Innertgas. Bei einem MOCVD-Prozess 00332 kann es Stickstoff oder eine Mischung von Stickstoff 00333 und Wasserstoff sein. Es kann aber auch Wasserstoff 00334 sein. Bei anderen Prozessen, bspw. bei den eingangs 00335 beschriebenen Oxidationsprozessen kann es auch eine 00336 Mischung von Edelgasen, bspw. eine Mischung von Helium 00337 und Argon sein. Bevorzugt handelt es sich um ein Ge- 00338 misch von Gasen, welche stark voneinander abweichende 00339 Wärmeleiteigenschaften haben, so dass durch die Zusam- 00340 mensetzung der Mischung der beiden Gase der Wärmeleit- 00341 transport vom Reaktordeckel 19 zur Gaseinlasseinheit 8 00342 eingestellt werden kann. Um sicherzustellen, dass der 00343Wärmetransport über Wärmeleitung stattfindet, muss in 00344 dem Spaltraum 20 ein entsprechender Druck eingestellt 00345 werden. Liegt der Prozessdruck in der Reaktorkammer 1 00346 unterhalb dieses Drucks, so wird der Spaltraum 20 von 00347 der Reaktionskammer 1 isoliert. Dies kann mittels Isola- 00348 toren 29 erfolgen, die gasdicht sind oder die Funktion

einer Drossel übernehmen, so dass Gas aus dem Spaltraum 20 in die Reaktionskammer 1 einfließen kann. Der Spalt- raum 20 kann auch eine eigene Gasableitung besitzen.

Die radial außen liegende Gasableitung der Reaktionskam- mer ist nicht dargestellt.

Durch den Spaltraum 20 ragen Zuleitungen 21,22, durch welche Reaktionsgase 4,5,6 von einem Gasversorgungsor- gan in die Gaseinlasseinheit 8 geleitet werden. Die Gase 3,4 können in Dampfform gebrachte flüssige Aus- gangsstoffe 4', 3'sein. Die Ausgangsstoffe 3', 4' können aber auch Feststoffe sein, die dann in die Reak- tionsgase 3,4 supplimieren. Die Feststoffe 3'bzw.

Flüssigkeiten 4'werden in Behältern 7 aufbewahrt, die in der Figur 1 schematisch dargestellt sind. Die aus den Behältern 7 austretenden Gase 3,4 gelangen über die Rohrleitung 21 durch den Reaktordeckel 19 in die Gaseinlasseinheit 8. In die Rohrleitung 21 kann zusatz- lich ein Trägergas oder Spülgas 13 eingespeist werden.

Bei dem in der Figur 9 dargestellten Ausführungsbei- spiel werden flüssige Ausgangsstoffe in einen temperier- ten Verdampfer 38 eingebracht. Die Ausgangsstoffe wer- den dort in bekannter Weise durch Wärmezufuhr entweder über Oberflächenkontakt oder bevorzugt durch Wärmeauf- nahme aus dem heißen Trägergas verdampft und über die Gasleitung 21 in den Reaktor eingeleitet. Die Behälter 7, in denen sich die Ausgangsstoffe bei diesem Ausfüh- rungsbeispiel befinden, sind bevorzugt nicht beheizt.

Durch die Zuleitung 22 gelangt ein gasförmiger Ausgangs- stoff 5 in die Gaseinlasseinheit 8.

Zur Beschreibung der Gaseinlasseinheit 8 wird Bezug auf die Figur 2 genommen. Die Gaseinlasseinheit 8 besitzt

eine kreisscheibenförmige Deckplatte 17, in welcher eine Vielzahl von sternförmig von der Mitte zum Rand hin verlaufende Kanäle 24,25 angeordnet sind. Die Kanäle 24 sind mit der Rohrleitung 21 verbunden, durch welche die Reaktionsgase 3,4 dem äußeren Rand einer oberen Kammer 9 zugeführt werden. Durch die Kanäle 25 fließt das durch die Zuleitung 22 zugeführte Reaktions- gas 5 in den Randbereich einer unterhalb der Kammer 9 liegenden Kammer 10. Die Hohlräume 9,10 sind gasdicht voneinander getrennt und bilden Puffervolumen aus. Die Trennung der beiden Puffervolumen 9, 10 erfolgt durch eine Zwischenplatte 18, die ebenso wie die Deckplatte 17 aus Metall gefertigt sein kann. Zwischenplatte 18 und die Deckplatte 17 können durch wärmeleitende Brü- cken 26 miteinander verbunden sein. Lässt man die Brü- cken 26 weg, so erfolgt der Wärmetransport von der Deck- platte 17 zur Mittelplatte 18 durch Wärmeleitung der in den Puffervolumen 9 eingebrachten Reaktionsgase 3,4 bzw. des zusätzlichen Träger-oder Spülgases 13 sowie über den äußeren Randbereich der Gaseinhlasseinheit 8.

Die Deckplatte 17 wird im Wesentlichen durch Wärmelei- tung über den Spaltraum 20 aufgeheizt bzw. gekühlt.

Die Zwischenplatte 18 besitzt eine Vielzahl von Öffnun- gen, an welche sich Rohre 27 anschließen, die durch die Kammer 10 ragen bis in eine Lochplatte 15, welche die Bodenplatte der Gaseinlasseinheit 8 bilden. Zwischen der Platte 15 und der Zwischenplatte 18 befindet sich das Puffervolumen 10, in welches das Reaktionsgas 5 strömt. Im Zwischenraum zwischen den Rohren 27 bzw. deren Austrittsöffnungen 11 befinden sich Öffnungen 12, durch welche das im Puffervolumen 10 befindliche Reakti- onsgas 5 austreten kann.

00418 Die Platte 15 ist somit als Lochplatte ausgestaltet mit 00419 einer Vielzahl von eng nebeneinander liegenden Aus- 00420 trittsöffnungen 11,12. Die den Rohren 27 zugeordneten 00421 Austrittsöffnungen 11 bilden eine erste Gruppe, aus 00422 denen ausschließlich die in dem Puffervolumen 9 befind- 00423 lichen Reaktionsgase 4 und 5 austreten. Aus den der 00424 zweiten Gruppe zugeordneten Austrittsöffnungen 12, 00425 welche jeweils von den Austrittsöffnungen 11 benachbart 00426 sind, tritt das Reaktionsgas 5 aus, welches sich im 00427 Puffervolumen 10 befindet.

00428 00429 Die Drucke in den Puffervolumen 9,10 sind in Bezug auf 00430 die Durchmesser und die Anzahl der Austrittsöffnungen 00431 11, 12 so gewählt, dass über die gesamte Fläche der 00432 Platte 15 ein gleichmäßiges Strömungsprofil austritt.

00433 Die Höhe der Reaktionskammer 1 ist dabei so gewählt, 00434 dass sich die aus den Austrittsöffnungen 11,12 austre- 00435 tenden Gasströme bis zum Substrat 2 vermischt haben.

00436 00437 Der Transport der Wärme von der Zwischenplatte 18 zur 00438 Platte 15 erfolgt durch Wärmeleitung. Die Wärmeleitung 00439 kann über die Rohre 27 erfolgen, wenn diese wärmeleitfä- 00440 higem Material gefertigt sind. Die Wärmeleitung kann 00441 aber auch über das Gas erfolgen, welches sich im Puffer- 00442 volumen 10 befindet. Sowie über den äußeren Rand der 00443 Gaseinlasseinheit 8.

00444 00445 Bei der in Figur 3 dargestellten Gaseinlasseinheit 00446 besitzt das obere Puffervolumen 9 eine Zwischenplatte 00447 28. Diese Zwischenplatte 28 kann ebenfalls mittels 00448 Brücken 26 mit der Deckplatte 17 verbunden sein. Es 00449 können auch Brücken 26 zur Verbindung der Zwischenplat- 00450 te 28 mit der Zwischenplatte 18 vorgesehen sein. Die 00451 Zwischenplatte 18 hat zusätzlich die Funktion einer 00452 Prallwand. Gegen ihr Zentrum strömt der aus der Zulei-

tung 21 ausströmende Gasstrom und wird radial nach außen abgelenkt, um dort um die Randkante der Zwischen- platte 28 zu strömen und ebenfalls von außen nach innen in das Puffervolumen 9 zu treten.

Die temperatursteuernde/regelnde Eigenschaft der zuvor beschriebenen Komponenten verdeutlicht die Figur 5. Die Wirkungsweise des Spaltraumes 20 ist hier als einstell- barer thermischer Widerstand dargestellt. Ebenso die Gaseinlasseinheit 8. An der in Figur 1 mit T darge- stellten Stelle, am Reaktordeckel 19, herrscht eine Temperatur Tl, welche bspw. 1.000°C betragen kann. Die Temperatur T, welche die Oberflächentemperatur des Substrates 2 ist, kann 200°C betragen. Diese beiden Temperaturen sind durch Heizen des Reaktordeckels 19 bzw. durch Heizen oder Kühlen des Suszeptors 14 vorein- stellbar. Durch Verändern der Geometrien oder der Zusam- mensetzung bzw. des Druckes der Gase 23 im Spaltraum 20 oder Gase 3,4,5 bzw. 13 in den Puffervolumen 9,10 können die Temperaturen T2, T3 also die Temperatur der Deckplatte 17 bzw. der Platte 15 eingestellt werden.

Ein Temperaturverlauf ist in Figur 6 dargestellt. An der Platte 15 herrscht eine geringe Temperatur von bspw. 400°C. An der Deckplatte 17 kann eine Temperatur von bspw. 800°C herrschen.

Bei einem anderen Prozess, der mit der zuvor beschriebe- nen Vorrichtung durchgeführt werden kann, besitzt das Substrat 2 durch geeignete Erwärmung mittels der Hei- zung 16 eine Temperatur die höher ist, als die Tempera- tur T1 der Reaktordecke, welche bspw. mittels Kühlung auf Raumtemperatur gehalten ist. Durch geeignete Wahl des Gases und dessen Drucks im Spaltraum 20 und durch Einstellung der Strömungsparameter bzw. der Geometrie

in der Gaseinlasseinheit 8 können die Temperaturen T2 bzw. T3 eingeregelt werden. Handelt es sich bspw. bei den Reaktionsgasen um Gase, die oberhalb einer Reakti- onstemperatur zerfallen, so werden die Parameter so eingestellt, dass die Temperatur in der diesem Gas zugeordneten Pufferkammer niedriger ist, als die Zerle- gungstemperatur. Bei Reaktionsgasen, bei denen unter- halb einer Kondensationstemperatur eine Kondensation der Reaktionsgase zu erwarten ist, werden die entspre- chenden Temperaturen in der Pufferkammer entsprechend hoch gehalten.

Die durch die Leitungen 21,22 in die Gaseinlasseinheit eintretenden Gase werden durch die Gaseinlasseinheit 8 temperiert.

Bei dem in Figur 8 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Temperierung mittels durch Kanäle 34,35 oder 36 durchströmender Medien, bspw. Gase. Die Tempe- rierung kann auch mittels eines Heizdrahtes erfolgen.

Der Kanal 34 durchzieht die Lochplatte 15. Durch Kanal 34 kann ein kühlendes oder heizendes Medium fließen.

Der Kanal 35 ist der Zwischenplatte 18 zugeordnet. Auch durch diesen Kanal kann ein kühlendes oder erwärmendes Medium fließen. Schließlich befindet sich auch in der Deckplatte 17 der Kanal 36, durch welchen ein ebensol- ches Medium fließen kann. In der Figur 8 sind die Kanä- le 34,35,36 nur schematisiert dargestellt. Sie sind in den einzelnen Platten so angeordnet, dass die Plat- ten gleichmäßig temperiert werden. Sie können bspw. die Platten mäanderförmig durchlaufen. Die Kanäle können als Bohrungen gestaltet sein, die jeweils endseitig miteinander verbunden sind. Es ist aber auch möglich, die Kanäle durch Nuten einzufräsen und durch eine Plat- te abzudecken, so dass die Platten 15,18,17 aus zwei

aufeinander liegenden, miteinander verbundenen Platten bestehen. Die Gaseinlasseinheit 8 bzw. deren Platten sind dann als horizontale Mehrschichtstruktur gestaltet.

Um einen möglichst laminaren Austritt der Gase aus den Austrittsöffnungen 11,12 zu gewährleisten, sind die Öffnungen trichterförmig aufgeweitet. Dies zeigt die Figur 4.

Bei dem in der Figur 7 dargestellten Ausführungsbei- spiel kann die Gaseinlasseinheit entsprechend der Figur 3 oder der Figur 4 ausgestaltet sein. Bei diesem Ausfüh- rungsbeispiel befindet sich in dem Spaltraum 20 eine weitere Zwischenplatte in Form einer Prallplatte 30.

Gegen diese Prallplatte 30 strömt das durch die Leitung 33 in den Spaltraum 20 eintretende Gas 23. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann eine zusätzliche Gasleitung in den Spaltraum 20 führen. Diese Leitung 33'kann die Prallplatte 30 durchragen, so dass der aus der Leitung 33'austretende Gasstrom 23'gegen die Deckplatte 17 strömt.

Die in den Spaltraum 20 eingeleiteten Spülgase 23,23' können vortemperiert sein.

Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswe- sentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) voll- inhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen.