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Title:
CVD REACTOR WITH GRAPHITE-FOAM INSULATED, TUBULAR SUSCEPTOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2002/038838
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device for depositing especially crystalline layers on especially crystalline substrates by means of reaction gases fed to a heated process chamber (14). Said process chamber (14) is formed by the cavity of an especially multi-part graphite tube (1) arranged in a reactor housing that especially comprises quartz walls. Said reactor housing, in the area of the process chamber (14), is enclosed by a high-frequency coil (13) and the space between the reactor housing wall (6) and the graphite tube (1) is filled with a graphite foam sleeve (5). In order to improve heat insulation, the graphite foam sleeve (5) is fully slit. The slot (7) is wider than the maximum thermal elongation of the graphite foam sleeve (5) in the peripheral direction to be expected when the device is heated up to process temperature.

Inventors:
KAEPPELER JOHANNES (DE)
WISCHMEYER FRANK (DE)
BERGE RUNE (SE)
Application Number:
PCT/EP2001/012067
Publication Date:
May 16, 2002
Filing Date:
October 18, 2001
Export Citation:
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Assignee:
AIXTRON AG (DE)
KAEPPELER JOHANNES (DE)
WISCHMEYER FRANK (DE)
BERGE RUNE (SE)
International Classes:
C23C16/44; C23C16/46; H05B6/22; C30B25/08; C30B25/10; H01L21/205; (IPC1-7): C30B25/08; C30B25/10
Domestic Patent References:
WO1999043874A11999-09-02
WO1990013687A21990-11-15
Foreign References:
EP0746009A11996-12-04
US4512391A1985-04-23
US5879462A1999-03-09
Attorney, Agent or Firm:
Grundmann, Dirk (Corneliusstrasse 45, Wuppertal, DE)
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Claims:
Anspräche
1. Vorrichtung zum Abscheiden insbesondere kristalliner Schichten auf insbesondere kristallinen Substraten mittels in eine geheizte Prozesskammer (14) eingeleite ter Reaktionsgase, wobei die Prozesskammer (14) die Höhlung eines insbesondere mehrteiligen Grafitrohres (1) ist, welches in einem insbesondere Quarzwande auf weisenden Reaktorgehause angeordnet ist, welches Reak torgehause im Bereich der Prozesskammer (14) von einer HochfrequenzSpule (13) umgeben ist, wobei der Raum zwischen der Reaktorgeha. usewand (6) und dem Grafitrohr (1) von einer GrafitschaumManschette (5) ausgefullt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die GrafitschaumMan schette (5) durchgehend geschlitzt ist, wobei die Weite des Schlitzes (7) groBer ist, als die maximale, beim Aufheizen auf die Prozesstemperatur zur erwartende Langeausdehnung der GrafitschaumManschette (5) in Umfangsrichtung.
2. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen den Anspruche oder insbesondere danach, dadurch gekenn zeichnet, dass der im Wesentlichen parallel zur Langs erstreckung (Achsrichtung) der GrafitschaumManschette (5) verlaufende Schlitz (7) in Radialrichtung ungrad linig verlauft.
3. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen den Anspruche oder insbesondere danach, dadurch gekenn zeichnet, dass der Schlitz (7) ein VProfilform besitzt.
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen den Anspruche oder insbesondere danach, dadurch gekenn zeichnet, dass über die gesamte Schlitzlange der dem Schlitz (7) benachbarte ManschettenInnenwandabschnitt (8) einen Spaltabstand zur Außenwandung (4') des Graf itrohres (5) hat, welcher großer ist, als die maximale, beim Aufheizen auf die Prozesstemperatur zu erwartende Ausdehnung der GrafitschaumManschette (5) und des Grafitrohres (1).
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergeh enende Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Grafitrohr einem im Wesentli chen rechteckigen Querschnitt hat und drei Außenwandun gen (3', 4') mit Spaltabstand zur Manschetteninnenwan dung (8, 9) liegen.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen den Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekenn zeichnet, dass der Schlitz (7) etwa in der Mitte der der in Beruhrungskontakte mit der Manschette (5) stehen den Grafitrohrwand (2') gegenüberliegenden Grafits chaumManschettenwand (8) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehen den Anspruche oder insbesondere danach, dadurch gekenn zeichnet, dass die Schlitzweite und/oder die Spaltweite zwischen 0,5 und 1 mm betragt.
Description:
CVD-Reaktor mit qrafitschaum-isoliertem, rohrförmiven Suszeptor Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden insbesondere kristalliner Schichten auf insbesondere kristallinen Substraten mittels in eine geheizte Pro- zesskammer eingeleiteter Reaktionsgase, wobei die Pro- zesskammer die Höhlung eines insbesondere mehrteiligen Grafitrohres ist, welches in einem insbesondere Quarz- wände aufweisenden Reaktorgehäuse angeordnet ist, wel- ches Reaktorgehause im Bereich der Prozesskammer von einer Hochfrequenz-Spule umgeben ist, wobei der Raum zwischen Reaktorgehausewand und Grafitrohr von einer Grafitschaum-Manschette ausgefüllt ist.

Eine deratige Vorrichtung ist beispielsweise aus der US 5,879,462 A bekannt. Diese Schrift beschreibt einen Reaktor, dessen Gehäusewand von einem Quarzrohr gebil- det ist, um welches eine HF-Spule angeordnet ist. In dem Bereich, in dem die HF-Spule das Quarzrohr umgibt, liegt innerhalb des Quarzrohres ein aus Grafit gefertig- tes Rohr, welches den Suszeptor bildet. Dieses Grafit- Rohr ist ummantelt von einer Manschette, die aus einem Grafitschaum besteht. Die Manschette hat eine geringere Wärmeleitfähigkeit als das Grafitrohr. Das Grafitrohr wird durch von dem HF-Feld erzeugte Wirbelströme aufge- heizt. Die Grafitschaum-Manschette dient zu Warmeisolie- rung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Warmeiso- lierung zu verbessern.

Gelost wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung.

00036 Der Anspruch 1 sieht zunachst und im Besonderen vor, 00037 dass die Grafitschaum-Manschette durchgehend, in Langs- 00038 richtung geschlitzt ist, wobei die Weite des Schlitzes 00039 grower ist, als die maximale beim Aufheizen auf die 00040 Prozesstemperatur zu erwartende Längenausdehnung der 00041 Grafitschaum-Manschette in Umfangsrichtung. Die erfin- 00042 dungsgemafe Vorrichtung dient insbesondere zum Abschei- 00043 den von Sic-Schichten und kann auch fur die Sublimation 00044 oder das Ausheilen von SiC-Schichten genutzt werden.

00045 Dort liegen die Prozesstemperaturen uber 1600°C. Zufol- 00046 ge der geschlitzten Grafitschaum-Manschette ist dort 00047 die Induktion von Wirbelströmen in erheblichen Maf--- 00048 reduziert. Da der Schlitz sich auch bei den Prozesstem- 00049 peraturen nicht schließt, ist eine parasitäre Aufhei- 00050 zung der der Warmeisolation dienende Grafitschaum-Man- 00051 schette auch bei den Prozesstemperaturen weitestgehend 00052 unterbunden. Der in der Grafitschaum-Wandung vorgesehen 00053 Längsschlitz erlaubt darüber hinaus eine geringfügige 00054 Ausdehnung der Grafitschaum-Manschette in Umfangsrich- 00055 tung. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung 00056 verlauft der Langsschlitz im Wesentlichen parallel zur 00057 Achse der Grafitschaum-Manschette. Die Richtung des 00058 Schlitzes in Radialrichtung verlauft dabei aber nicht 00059 geradlinig, so dass keine direkte Strahlung von der 00060 Außenwandung des Grafitrohres durch den Schlitz gelan- 00061 gen kann. Bevorzugt besitzt der Schlitz eine V-Form. In 00062 einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass 00063 die Innenwandung der Grafit-Manschette, welche unmittel- 00064 bar dem Schlitz benachbart ist, einen Spaltabstand zur 00065 Außenwandung des Grafitrohres hat. Auch dieser Spaltab- 00066 stand ist größer, als die maximale, beim Aufheizen auf 00067 die Prozesstemperatur zu erwartende Ausdehnung von 00068 Grafitschaum-Manschette und Grafitrohr. Dieser Spalt 00069 bleibt demzufolge auch im heißen Zustand erhalten. Es 00070 bilden sich hier keine temporären Wärmebrücken zwischen

dem Grafitrohr und der Grafitschaum-Manschette. Hier- durch werden Spannungsuberschlage und Lichtbogen zwi- schen Grafitrohr und Grafitschaum-Manschette unterbun- den, die zu lokalen Wärmequellen und einer Materialermü- dung führen können. In einer bevorzugten Ausgestaltung besitzt das Grafitrohr einen im Wesentlichen rechtecki- gen Querschnitt, wobei drei Außenwandungen dieses recht- eckigen Grafitrohres mit Spaltabstand zur Manschettenin- nenwandung liegen. Der Schlitz kann dabei derjenigen Manschetteninnenwandung gegenuberliegen, die in Beruh- rungskontakt mit dem Grafitrohr steht. Die Spaltweite bzw. die Schlitzweite kann zwischen 0,5 und 1 mm betra- gen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in per- spektivischer Darstellung teilweise aufgebro- chen im Schnitt und Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1.

Der CVD-Reaktor besitz ein Quarzrohr 6, welches die Reaktorwand bildet. Innerhalb des Quarzrohres befindet sich etwa in dessen Zentrum und sich in Richtung der Achse des kreiszylinderformigen Quarzrohres 6 erstrek- kend ein Grafitrohr 1, welches den Suszeptor bildet.

Das Grafitrohr 1 besteht im Ausführungsbeispiel aus insgesamt vier Teilen, einem Boden 2, welcher mit sei- ner nach außen gewölbten Außenwandung 2'in berührender Anlage an einem Innenwandabschnitt einer Grafitschaum- Manschette 5 anliegt. Gegenüberliegend zum Boden 2 besitz das Grafitrohr 1 eine Decke 4, welche mittels zwei Seiten 3 von der Decke beabstandet gehalten ist.

00106 Auch die Außenwandung der Decke 4 ist nach außen hin 00107 gewolbt.

00108 00109 Die Höhlung, die von dem Boden 2, den Seiten 3 und der 00110 Decke 4 gebildet ist, ist die Prozesskammer 14.

00111 00112 Das Grafitrohr 1 ist von der Reaktorwand 6 beabstandet.

00113 Der Abstandsraum wird von einer Grafitschaum-Manschette 00114 5 ausgefüllt. Die Grafitschaum-Manschette 5 besitzt 00115 eine zentrale Höhlung, die im Wesentlichen die Form der 00116 Außenumrisskontur des Grafitrohres 1 besitzt. Diese 00117 Höhlung ist allerdings größer, so dass nur der Boden 00118 mit seiner Außenwandung 2'in berührender Anlage an der 00119 Innenwandung der Höhlung der Grafitschaum-Manschette 5 00120 anliegt. Die Seitenwände 3'liegen mit einem Spaltab- 00121 stand zu der entsprechenden Innenwandseite 9 der Graf- 00122 itschaum-Manschettenhohlung. Auch die von der Bodenau- 00123 Eenwand 2'weg gerichtete Deckenwand 4'der Decke 4 00124 liegt mit Abstand zu der ihr gegenüberliegenden Decken- 00125 innenwand 8 der Hohlung.

00126 00127 Etwa in der Mitte der zur Decke 4 gerichteten Innenwand 00128 8 beginnt ein V-formiger Schlitz, welcher sich durch 00129 die gesamte Grafitschaum-Manschette 5 bis zum Quarzrohr 00130 6 erstreckt. In Längserstreckungsrichtung (Achsrich- 00131 tung) des Grafitrohres 1 bzw. des Quarzrohres 6 ver- 00132 läuft der Schlitz 7 gradlinig. In Radialrichtung, also 00133 in Richtung vom Suszeptor 1 in Richtung Reaktorwand 6 00134 verlauft der Schlitz 7 dagegen ungradlinig. Er bildet 00135 zwei Schlitzabschnitte 7', 7"aus, welche in einem 00136 Winkel zueinander verlaufen, so dass Strahlung, die von 00137 der Deckenaußenwandung 4'abgestrahlt wird, nicht unmit- 00138 telbar bis zum Quarzrohr 6 dringt.

00139 00140 Die beiden aufeinander zu gerichteten Schlitzwände 11, 00141 12 haben einen Abstand voneinander, der so groß ist, 00142 dass sich die Schlitzwände 11,12 auch bei der Pro- 00143 zesstemperatur von mehr als 1600°C nicht beruhren. Die 00144 Schlitzweite beträgt etwa 0,5 bis 1 mm. Die gleiche 00145 Weite besitzt der Spalt zwischen der GraftirohrauBen- 00146 wandung und der Grafitschaum-Manschetteninnenwandung.

00147 00148 Der der Decke 4 zugeordnete Spalt kann etwas schmaler 00149 (1,5 mm) sein, als der den Seiten 4 zugeordnete Spalt 00150 (2 mm).

00151 00152 Alle offenbarten Merkmale sind (fur sich) erfindungswe- 00153 sentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit 00154 auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten 00155 Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) voll- 00156 inhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale 00157 dieser Unterlagen in Anspruche vorliegender Anmeldung 00158 mit aufzunehmen.