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Title:
DEVICE AND METHOD FOR PRODUCING, REMOVING OR TREATING LAYERS ON A SUBSTRATE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/048430
Kind Code:
A1
Abstract:
The device for growing layers on a wafer comprises a reactor housing (10), a susceptor (12), which is placed inside the reactor housing and provided for accommodating one or more substrates (14), and comprises a fluid admission device (18) for admitting reaction fluids into the reactor housing as well as a fluid outlet device (20a, 20b) for removing the reaction fluids from the reactor housing once these have been guided over the surface to be coated of the substrate(s). According to the invention, the fluid admission device (18) has fluid outlet openings, which are located along the periphery of the susceptor (12), and the fluid outlet device (20a, 20b) has at least one fluid admission opening, which is located in the middle of the susceptor (12) so that the reaction fluids passed through the fluid outlet openings of the fluid admission device flow radially inward from the periphery of the susceptor (12) over the surface to be coated of the substrate(s) (14) and are removed by suction by the fluid admission opening of the fluid outlet device.

Inventors:
WECHSELBERGER BERND (DE)
Application Number:
PCT/DE2002/004347
Publication Date:
June 12, 2003
Filing Date:
November 27, 2002
Export Citation:
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Assignee:
OSRAM OPTO SEMICONDUCTORS GMBH (DE)
WECHSELBERGER BERND (DE)
International Classes:
C23C16/44; C23C16/455; C30B25/14; H01L21/00; (IPC1-7): C30B25/14; C23C16/455; H01L21/00
Domestic Patent References:
WO2002081771A22002-10-17
Foreign References:
US4976996A1990-12-11
US4033286A1977-07-05
EP0743379A11996-11-20
US4513021A1985-04-23
US3757733A1973-09-11
US3293074A1966-12-20
US2580131A1951-12-25
US3641974A1972-02-15
EP1063690A12000-12-27
EP1119016A22001-07-25
US3783822A1974-01-08
US6090211A2000-07-18
EP1069599A22001-01-17
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 006, no. 107 (E - 113) 17 June 1982 (1982-06-17)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 002, no. 109 (E - 056) 9 September 1978 (1978-09-09)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1997, no. 07 31 July 1997 (1997-07-31)
Attorney, Agent or Firm:
Epping, Hermann Fischer Patentanwaltsgesellschaft Mbh (München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Aufwachsen, Entfernen oder Behandeln von Schichten auf einem Substrat, mit einem Reaktorgehäuse (10), einem in dem Reaktorgehäuse angeordneten Suszeptor (12) zur Aufnahme von mindestens einem Substrat (14), eine Fluidein lassvorrichtung (18) mit Fluidaustrittsöffnungen zum Einlas sen von mindestens einem Reaktionsfluid in das Reaktorgehäuse und mindestens eine Fluidauslassvorrichtung (20a, 20b) mit Fluideintrittöffnungen zum Ableiten von Reaktionsfluid aus dem Reaktorgehäuse, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluideinlassvorrichtung (18) Fluidaustrittsöffnungen auf weist, die derart im Reaktor angeordnet sind, dass Reak tionsfluide radial von außen nach innen durch das Reaktorge häuse und entlang der zu beschichtenden, abzutragenden oder zu behandelnden Oberflächen der Substrate strömen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluideinlassvorrichtung (18) Fluidaustrittsöffnungen auf weist, die entlang des Umfangs des Suszeptors (12) angeordnet sind, und die Fluidauslassvorrichtung (20a, 20b) wenigstens eine Fluideintrittsöffnung aufweist, die in der Nähe des Sus zeptors derart angeordnet ist, dass das durch die Fluid austrittsöffnungen der Fluideinlassvorrichtung eingeleitete Reaktionsfluid auf dessen Weg zur Fluideintrittsöffnung über eine zu beschichtende Oberfläche des Substrats (14) strömt und durch die Fluideintrittsöffnung der Fluidauslassvorrich tung abgesaugt wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluideintrittsöffnung der Fluidauslassvorrichtung (20a, 20b) mittig zum Suszeptors (12) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Suszeptor (12) um eine senkrecht zu einer für die Auf nahme der Substrate vorgesehenen Substrataufnahmeebene ste hende Achse drehbar ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (14) in dem Suszeptor (12) drehbar aufgenommen ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluideinlassvorrichtung (18) eine ringförmige Kanalanord nung mit radial nach Innen gerichteten Fluidaustrittsöff nungen aufweist, die mit einer oder mehreren Fluidzuleitungen verbunden ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluideinlassvorrichtung (18) mit mehreren Fluidzuleitun gen zum Zuleiten verschiedenartiger Reaktionsfluide verbunden ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluideinlassvorrichtung (18) mehrere Kammern, insbesonde re ringförmige und übereinanderliegende Kammern, aufweist, die mit verschiedenartigen Reaktionsfluiden versorgt werden.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluideinlassvorrichtung (18) mit einer Temperaturregel vorrichtung zum Regeln der Temperatur der durch die Flui daustrittsöffnungen der Fluideinlassvorrichtung in das Reak torgehäuse (10) eingeleiteten Reaktionsfluide gekoppelt ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c hg e k e n n z e i c h n e t, dass der Suszeptor (12) mit einer Temperaturregelvorrichtung zum Regeln der Temperatur des Suszeptors und des aufgenommenen Substrats (14) gekoppelt ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Suszeptor (12) derart ausgebildet ist, dass die Oberseite und die Unterseite des aufgenommenen Substrats (14) den Reak tionsfluiden dargeboten werden.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Suszeptor (12) mit einer Oberseite und einer Unterseite derart ausgebildet ist, dass auf seiner Oberseite eine erste Gruppe von einem oder mehreren Substraten (14) und auf seiner Unterseite eine zweite Gruppe von einem oder mehreren Sub straten aufnehmbar sind, deren Oberflächen den Reaktionsflui den dargeboten werden.
13. Verfahren zum Aufwachsen von Schichten auf mindestens einem Substrat (14), das in einem Reaktorgehäuse (10) auf ei nem Suszeptor (12) aufgenommen ist, wobei mindestens ein Re aktionsfluid über die zu beschichtende Oberfläche des Sub strats (14) geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsfluid vom Umfang des Suszeptors (12) her radial nach innen über die zu beschichtende Oberfläche des Substrats (14) strömt.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Suszeptor (12) mit dem aufgenommenen Substrat (14) um eine senkrecht zu einer Substrataufnahmeebene, auf der sich das Substrat (14) befindet, stehende Achse dreht.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Substrat (14) relativ zum Suszeptor (12) dreht.
16. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere verschiedenartige Reaktionsfluide vom Umfang des Sus zeptors (12) her radial nach innen über die zu beschichtende Oberfläche des Substrats (14) strömen.
17. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das (die) über das Substrat (14) geleitete (n) Reaktionsfluid (e) über eine mittig zum Suszeptor (12) angeordnete Fluidauslassvor richtung (20a, 20b) abgeleitet wird (werden).
Description:
Beschreibung Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen, Abtragen oder Be- handeln von Schichten auf einem Substrat Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen, Abtragen oder Behandeln von minde- stens einer Schicht auf einem oder mehreren Substraten, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 bzw. gemäß dem Oberbe- griff von Patentanspruch 13.

Sie bezieht sich insbesondere auf CVD (Chemical Vapour Depo- sition) -Vorrichtungen und-Verfahren, bei denen ein Substrat, insbesondere ein Wafer in einem Reaktorgehäuse angeordnet ist und mit dem oder den Reaktionsfluiden aus der Gasphase be- schichtet wird.

Unter dem Begriff"Reaktionsfluide"werden im Rahmen dieser Erfindung Gase, Flüssigkeiten, Lösungen oder Gemische ver- standen, welche für das jeweilige Verfahren, insbesondere für CVD-Verfahren geeignet sind.

Die Reaktionsfluide werden üblicherweise in das Reaktorge- häuse eingebracht, indem die chemischen Stoffe in einen soge- nannten Gasspüler eingefüllt werden und dann ein Trägergas durch den Gasspüler geleitet wird. Das Trägergas nimmt die Moleküle der chemischen Stoffe auf, um das Reaktionsfluid zu bilden, welches dann unter Verwendung eines Mengendurchsatz- messers in das Reaktorgehäuse geführt wird.

Die Bedingungen, unter denen die Reaktionsfluide in das Reak- torgehäuse eingeleitet werden, haben entscheidende Auswirkun- gen auf das jeweilige Prozessergebnis im Reaktor, beispiels- weise auf die auf das Substrat epitaktisch aufgewachsenen Schichten. Zu diesen Bedingungen, welche zum Optimieren bei- spielsweise des Schichtwachstums variiert werden können, zäh- len unter anderem die Materialviskosität, die Dichte, der

Dampfdruck, der Strömungsweg der Reaktionsfluide, die chemi- sche Reaktionsfähigkeit, die Temperatur der Substrate und der Reaktionsfluide und dergleichen.

Beim epitaktischen Abscheiden von Halbleiterschichten auf Substrate werden die Substrate üblicherweise auf einem Sus- zeptor bzw. auf einer Substrat-Halterung eines Suszeptors an- geordnet, welche (r) drehbar in dem Reaktorgehäuse montiert ist, um durch schnelle Rotation des Suszeptors und damit der Substrate ein gleichmäßiges Schichtwachstum zu erzielen. Die Dicke, die Zusammensetzung und die Qualität der abgeschiede- nen Schichten bestimmen die Eigenschaften der letztlich her- gestellten Halbleiterbauelemente. Demzufolge muss das CVD- Verfahren in der Lage sein, Schichten mit gleichmäßiger Zu- sammensetzung und Schichtdicke auf den Oberflächen der Sub- strate zu erzeugen. Mit der Verwendung immer größerer Sub- strate und dem Einsatz von Vorrichtungen, mit denen mehrere Substrate gleichzeitig bearbeitet werden können, werden die Anforderungen an diese Gleichmäßigkeit immer größer.

Aus diesem Grund sind aus dem Stand der Technik verschiedene Konstruktionen für Reaktorgehäuse bekannt, die sich insbeson- dere in den Strömungswegen der Reaktionsfluide, den Einlass- vorrichtungen für die Reaktionsfluide, der Anordnung des Sus- zeptors für die Substrate und der Anordnung und dem Aufbau von Einrichtungen zur Einstellung der Temperatur von Substra- ten und/oder Reaktionsfluiden unterscheiden.

So ist zum Beispiel in der DE 37 21 636 A1 ein Reaktor für MOCVD-Anlagen beschrieben, der ein Reaktionsgefäß in der Form eines Quarzglases aufweist. Der Gaseinlass erfolgt stirnsei- tig in das Reaktionsgefäß, in dem die Reaktionsgase im we- sentlich parallel zur Längsachse des Quarzglases geleitet und schließlich umgelenkt werden, um durch die Mantelfläche des Reaktionsgefäßes auszutreten. Die Substrate sind dabei derart in dem Reaktionsgefäß angeordnet, dass ihre zu beschichtende

Oberfläche etwa parallel zu der Strömungsrichtung der Reakti- onsgase in dem Reaktionsgefäß liegt.

Ein grundsätzlich ähnlicher Aufbau ist aus der DE 199 40 033 AI bekannt. Hier weist der Strömungskanal an einem Ende einen aktiv gekühlten Einlass und an seinem anderen Ende einen mehrstufigen Auslass auf. In dem Strömungskanal befindet sich ein Substrathalter, auf dem mehrere Substrate rotierend ge- halten werden können, wobei die zu beschichtenden Oberflächen der Substrate etwa parallel zu der Strömungsrichtung der Re- aktionsgase liegen. Der Strömungskanal wird beispielsweise mittels mehrerer umlaufender Spulen allseitig beheizt, um ei- ne möglichst homogene Temperaturverteilung in dem Strö- mungskanal und somit ein möglichst homogenes Schichtwachstum auf den Substraten zu erzielen.

Einen weiteren CVD-Reaktor offenbart die DE 43 30 266 A1. Bei diesem Reaktor werden die Substrate auf einem Suszeptor mit einer Erwärmungsstufe derart gehalten, dass ihre zu beschich- tenden Oberflächen nach unten zeigen. In kurzem Abstand ge- genüber dem Suszeptor ist ein Gasversorgungskopf vorgesehen, durch den Reaktionsgase in Richtung auf den Suszeptor gelei- tet werden können. Der Abgasauslass ist entlang des gesamten Umfangs des Suszeptors vorgesehen, so dass die Reaktionsgase etwa senkrecht von unten auf die Oberflächen der Substrate treffen und dann radial nach außen abgesaugt werden.

Des weiteren zeigt die DE 198 13 523 AI einen CVD-Reaktor, bei dem als zentraler Fluideinlass sogenannte Showerheads im Reaktordeckel verwendet werden, die direkt oberhalb der Sub- strate angeordnet sind und aus einer Vielzahl kleiner Löcher die Reaktionsgase in Form einer Dusche vertikal nach unten auf die Substrate sprühen. Der Abgasauslass ist am Umfang des üblicherweise zylindrischen Reaktorgehäuses vorgesehen. Au- ßerdem ist eine Heizeinrichtung für den Suszeptor vorgesehen, um diesen auf Temperaturen bis zu 1200°C zu erwärmen, und der Fluideinlass wird derart temperiert, dass zwischen dem Sus-

zeptor und dem Fluideinlass ein bestimmter Temperaturgradient einstellbar ist.

Schließlich beschreibt die WO 01/07691 einen CVD-Reaktor, der ebenfalls einen Fluideinlass in Form von Showerheads und ei- nen Abgasauslass am Umfang des Suszeptors verwendet. Zusätz- lich ist der Substrateträger porös und die den Substrateträ- ger drehbar tragende Spindel ist hohl ausgebildet, so dass die Substrate durch Unterdruck auf dem Substrateträger fest- gehalten werden.

Ausgehend von dem oben beschriebenen Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu entwickeln, die bzw. das auf einfache Weise ein gleichmäßigeres Schicht- wachstum, einen gleichmäßigeren Schichtabtrag bzw. eine gleichmäßigere Schichtbehandlung ermöglicht. Die Vorrichtung bzw. das Verfahren soll dies insbesondere auch bei niedrige- ren Reaktortemperaturen und/oder niedrigerem Verbrauch an Re- aktionsfluiden ermöglichen.

Diese Aufgaben werden durch eine Vorrichtung mit den Merkma- len von Patentanspruch 1 bzw. durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 13 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfin- dung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 12 bzw. 14 bis 17.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung insbe- sondere zum Aufwachsen von Schichten auf einem Substrat vor- gesehen, die ein Reaktorgehäuse, einen in dem Reaktorgehäuse angeordneten Suszeptor zur Aufnahme eines oder mehrerer Sub- strate, eine Fluideinlassvorrichtung zum Einlassen von Reak- tionsfluiden in das Reaktorgehäuse und eine Fluidauslassvor- richtung zum Entfernen der Reaktionsfluide aus dem Reaktorge-

häuse, nachdem diese über die zu beschichtende Oberfläche des Substrats oder der Substrate geleitet worden sind, aufweist.

Die Fluideinlassvorrichtung weist Fluidaustrittsöffnungen auf, die entlang des Umfangs des Suszeptors angeordnet sind, und die Fluidauslassvorrichtung weist wenigstens eine Flui- deintrittsöffnung auf, die in der Nähe des Suszeptors, beson- ders bevorzugt mittig zum Suszeptors angeordnet ist, so dass die durch die Fluidaustrittsöffnungen der Fluid- einlassvorrichtung eingeleiteten Reaktionsfluide radial von außen nach innen über die zu beschichtende Oberfläche des oder der Substrate strömen und durch die Fluideintrittsöff- nung der Fluidauslassvorrichtung abgesaugt werden. Wesentlich ist hierbei, dass die Fluidaustrittsöffnungen so zwischen Stirnseite des Suszeptors und Mitte des Suszeptors angeordnet sind, dass das oder die Substrate vollständig überströmt wer- den.

Im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen strömen die Reak- tionsfluide bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung radial von außen nach innen durch das Reaktorgehäuse und entlang der zu beschichtenden, abzutragenden oder zu behandelnden Oberflä- chen der Substrate. Die Strömungsrichtung verläuft damit von der Seitenwandung des Reaktorgehäuses gesehen zu dessen Mitte hin.

Diese Maßnahme hat verschiedene Vorteile. Da das Absaugen der Reaktionsfluide annähernd punktförmig in der Mitte des Reak- torgehäuses bzw. des Suszeptors erfolgt, wird eine sehr gleichmäßige Strömung der Reaktionsfluide erzielt, es werden die gesamten Oberflächen der Substrate überströmt und der So- geffekt wirkt sich nur in der unmittelbaren Nähe der Flui- deintrittsöffnung der Fluidauslassvorrichtung aus.

Wenn die Reaktionsfluide von außen nach innen durch das Reak- torgehäuse strömen sind niedrigere Eintrittsgeschwindigkeiten realisierbar, was durch die vielfältig variierbare Eintritts-

fläche der Reaktionsfluide bedingt ist. Durch die niedrigeren Eintrittsgeschwindigkeiten der Reaktionsfluide erfolgt die Erwärmung der Reaktionsfluide vorzugsweise auf erheblich kür- zeren Strecken, so dass die Reaktionsfluide im Reaktorgehäuse schneller zerfallen und zur Abscheidung auf die Oberflächen der Substrate beitragen. Dies kann gegenüber herkömmlichen Systemen den Verbrauch an Reaktionsfluiden verringern. Ande- rerseits können durch die effektivere Erwärmung der Reakti- onsfluide im Reaktorgehäuse aufgrund der niedrigeren Ein- trittsgeschwindigkeiten auch reduzierte Reaktortemperaturen realisiert werden.

Ein weiterer Vorteil der entlang des Umfangs des Suszeptors beispielsweise in der Seitenwand des Reaktorgehäuses ange- ordneten Fluideinlassvorrichtung besteht darin, dass einfa- chere Konstruktionen des Reaktorgehäuses verwirklicht werden können. Beispielsweise müssen keine Zuleitungen für Reakti- onsfluide im Reaktordeckel vorgesehen werden. Auch die Abgas- leitung kann vorteilhafterweise vom Reaktordeckel getrennt ausgeführt werden. Dies hat erhebliche Vorteile beim Öffnen des Reaktorgehäuses, da keine oder zumindest deutlich weniger Gasleitungen getrennt werden müssten.

Vorzugsweise ist der Suszeptor mit den aufgenommenen Substra- ten um seine Mittelachse drehbar, und auch die Substrate sind in dem Suszeptor drehbar aufgenommen, so dass durch eine der- artige Planetenanordnung der Substrate und deren entspre- chende Rotation in bekannter Weise eine noch gleichmäßigere Beschichtung erzielt werden kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Fluideinlassvorrichtung eine ringförmige Kanalanordnung mit nach innen gerichteten Fluidaustrittsöffnungen, die mit einer oder mehreren Fluidzuleitungen verbunden ist. Hierbei kann die Fluideinlassvorrichtung selbst mehrere Kammern aufweisen und mit entsprechenden Fluidzuleitungen zum Zuleiten ver- schiedener Reaktionsfluide verbunden sein.

Zur Einstellung der Temperatur der in das Reaktorgehäuse ein- geleiteten Reaktionsfluide kann vorteilhafterweise die Flui- deinlassvorrichtung mit einer Temperaturregelvorrichtung ge- koppelt sein, und zum Einstellen der Temperatur des Suszep- tors und damit des Substrats kann vorzugsweise der Suszeptor mit einer Temperaturregelvorrichtung gekoppelt sein.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Sus- zeptor derart ausgebildet, dass sowohl die Oberseite als auch die Unterseite der aufgenommenen Substrate den Reaktionsflui- den dargeboten werden. Durch eine entsprechende Anordnung der Fluideinlassvorrichtung und der Fluidauslassvorrichtung kön- nen dann beide Oberflächen der Substrate gleichzeitig be- schichtet werden.

Alternativ ist der Suszeptor mit einer Oberseite und einer Unterseite derart ausgebildet, dass auf seiner Oberseite eine erste Gruppe von einem oder mehreren Substraten und auf sei- ner Unterseite eine zweite Gruppe von einem oder mehreren Substraten aufnehmbar ist, deren Oberflächen den Reaktions- fluiden dargeboten werden. Mit Hilfe dieser Konstruktion ist es möglich, eine größere Anzahl an Substraten gleichzeitig in dem Reaktorgehäuse zu beschichten.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungs- gemäßen Vorrichtung sind die Substrate im Suszeptor derart angeordnet, beispielsweise in Öffnungen des Suszeptors einge- spannt, dass sie gleichzeitig beidseitig, das heißt auf der Oberseite und auf der Unterseite beschichtet oder behandelt werden können.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung weist zwei Suszeptoren auf, von denen jeder mindestens ein Substrat aufnehmen kann und die mit einem Abstand voneinander im Reak- tor angeordnet sind. Die zu beschichtenden oder zu behandeln- den Oberflächen der Substrate sind zum Zwischenraum der bei-

den Suszeptoren hin gewandt und das Reaktionsfluid oder die Reaktionsfluide werden vom Umfang her in den Zwischenraum zwischen den beiden Suszeptoren eingeleitet und strömen radi- al nach Innen, wo sie durch die Fluideintrittsöffnungen der Fluidauslassvorrichtung abgesaugt werden.

Weiter Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiter- bildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfin- dungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren 1 bis 4 erläuterten Ausführungs- beispielen.

Es zeigen : Figur 1, in stark schematisierter perspektivischer Darstel- lung ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß der Erfindung ; Figur 2, eine schematische perspektivische Darstellung zur Erläuterung eines zweiten Ausführungsbeispieles ; Figur 3, eine schematische Schnittdarstellung zur Erläuterung eines dritten Ausführungsbeispieles ; und Figur 4 eine schematische Schnittdarstellung zu einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen handelt es sich um Vorrichtungen zum epitaktischen Aufwachsen von Halbleiter- schichten auf Substraten. Erfindungsgemäße Vorrichtungen zum Abtragen oder Behandeln von Substraten oder von Schichten auf Substraten sind analog aufgebaut.

In den Ausführungsbeispielen sind gleiche oder gleichwirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Der in Figur 1 gezeigte Reaktor zum epitaktischen Aufwachsen von Halbleiterschichten auf einen oder mehrere Wafer mittels CVD-Verfahren weist ein im wesentlichen zylindrisches Reak- torgehäuse 10 mit Seitenwänden, einem evtl. abnehmbaren Boden und einem abnehmbaren Deckel (nicht dargestellt) auf.

Im Innern des Reaktorgehäuses 10 ist ein Suszeptor 12 ange- ordnet, der im wesentlichen in der Form einer Scheibe ausge- bildet und um seine Mittelachse 16 drehbar gelagert ist. Auf dem Suszeptor 12 sind ein oder mehrere Bereiche für die Auf- nahme von Substraten, hier beispiesweise Wafer 14, vorge- sehen. Die zu beschichtenden Oberflächen der Wafer 14 liegen frei. Wahlweise sind auch die Wafer 14 selbst drehbar in dem Suszeptor 12 aufgenommen. Bei einer derartigen Planetenrota- tion betragen die Drehgeschwindigkeiten beispielsweise etwa 10 bis 200 U/min. Möglich ist aber auch eine einfache Rotati- on nur des Suszeptors 12 oder nur der Wafer 14. Ebenso ist es auch denkbar, weder den Suszeptor, noch die Substrate rotie- ren zu lassen. Möglich ist weiterhin, dass nicht der Suzeptor 12 und/oder die Wafer 14 rotieren, sondern sich die Flui- daustrittsöffnungen um den Suszeptor herum bewegen, oder dass sowohl Suszeptor 12 und/oder Wafer 14 und die Flui- daustrittsöffnungen rotieren. Die in diesem Absatz geschil- derten Alternativen gelten für sämtliche im Folgenden be- schriebenen Ausführungsbeispiele.

Die Fluideinlassvorrichtung 18 ist entlang der Seitenwand 10 des Reaktorgehäuses 10 vorgesehen und in der Form einer ring- förmigen Kanalanordnung etwa in der Höhe des Suszeptors 12 ausgebildet. Dieser ringförmige Kanal 18 weist einerseits ei- ne Vielzahl von vorzugsweise nach innen gerichteten Flui- daustrittsöffnungen auf (dies wird durch die nach Innen ge- richteten Pfeile 22 angedeutet), die dem Suszeptor 12 zuge- wandt sind, und ist andererseits mit einer oder mehreren Fluidzuleitungen (nicht dargestellt) verbunden, durch welche wahlweise eines oder mehrere Reaktionsfluide zu der Fluidein- lassvorrichtung 18 und in das Innere des Reaktorgehäuses 10

geleitet werden können. Zur Steuerung der Menge der zugeführ- ten Reaktionsfluide ist in an sich bekannter Weise zum Bei- spiel ein Fluiddurchsatzmesser (nicht dargestellt) vorgese- hen.

Ist die Fluideinlassvorrichtung 18 beispielsweise mit mehre- ren getrennten Kammern und mit diesen verbundenen Fluidzulei- tungen versehen, so können gleichzeitig unterschiedliche Re- aktionsfluide bevorzugt über getrennte Fluidauslassöffnungen in das Reaktorgehäuse 10 eingeleitet werden.

Durch die sehr große Anzahl an Fluidaustrittsöffnungen und der dadurch bedingten großen Fluidaustrittsfläche sind für die Reaktionsfluide niedrigere Eintrittsgeschwindigkeiten in das Reaktorgehäuse 10 realisierbar. Dies kann zu den oben er- läuterten Vorteilen eines niedrigeren Verbrauchs an Reakti- onsfluiden und einer realisierbaren niedrigeren Reaktortempe- ratur beitragen.

Außerdem kann bei der erfindungsgemäßen Gestaltung der Fluid- einlassvorrichtung 18 am Umfang des Suszeptors 12 durch ein- fache Konstruktionsmaßnahmen die Temperatur der in das Innere des Reaktorgehäuses 10 strömenden Reaktionsfluide geregelt werden. Hierzu ist die Fluideinlassvorrichtung 18 mit geeig- neten Temperaturregelvorrichtungen (nicht dargestellt) zum Kühlen oder Erwärmen der zugeführten Reaktionsfluide gekop- pelt. Aternativ oder zusätzlich können die Reaktionsfluide der Fluideinlassvorrichtung 18 auch bereits geeignet tempe- riert zugeführt werden, wodurch ein frühzeitiges Zersetzen der Reaktionsfluide bereits innerhalb der Fluideinlassvor- richtung 18 verhindert werden kann.

An Stelle der Kanalanordnung etwa in der Höhe des Suszeptors 12 können auch eine Mehrzahl von Fluideinlassdüsen in das Re- aktorgehäuse 10 geführt und entlang dem Umfang des Suszeptors 12 angeordnet sein. Diese Fluideinlassdüsen bilden hierbei zusammen gesehen die Fluideinlassvorrichtung aus und die Dü-

senöffnungen treten folglich an die Stelle der Fluidauslas- söffnungen der ringartigen Kanalanordnung.

Die Fluidauslassvorrichtung 20a, 20b ist im Ausführungsbei- spiel mittig über und/oder unter dem Suszeptor 12 vorgesehen.

Sie besteht beispielsweise aus einem von der Mitte des Sus- zeptors 12 aus nach oben und/oder nach unten geführten Fluid- kanal 20a bzw. 20b, die aus dem Reaktorgehäuse 10 herausge- führt sind. Die Fluidkanäle 20a, 20b weisen Fluidein- trittsöffnungen (nicht dargestellt) auf, die in einem gerin- gen Abstand oberhalb der Oberseite bzw. unterhalb der Unter- seite des Suszeptors 12 angeordnet sind. Durch diese Flui- deintrittsöffnungen werden die durch die Fluideinlassvorrich- tung 18 in das Reaktorgehäuse 10 eingeleiteten Reaktionsflui- de angesaugt und aus dem Reaktorgehäuse 10 entfernt.

Da sowohl die Fluidaustrittsöffnungen der Fluideinlass- vorrichtung 18 als auch die Fluideintrittsöffnungen der Flui- dauslassvorrichtung 20 etwa in der Höhe des Suszeptors 12 bzw. nur in einem geringen Abstand oberhalb der Oberseite bzw. unterhalb der Unterseite des Suszeptors 12 angeordnet sind, strömen die Reaktionsfluide radial nahezu horizontal von außen nach innen über den gesamten Suszeptor 12 und somit über die gesamten zu beschichtenden Oberflächen der Wafer 14 auf dem Suszeptor 12. Die Oberflächen der Wafer 14 sind somit etwa parallel zu dem Strömungsweg der Reaktionsfluide ausge- richtet.

Durch die zentrale Anordnung der Fluidauslassvorrichtung 20 wird eine annähernd punktförmige Fluidentnahme aus dem Reak- torgehäuse 10 bewirkt. Der Sogeffekt durch eine derartige punktförmige Fluidentnahme wirkt sich im Wesentlichen nur in unmittelbarer Nähe der Fluidauslassvorrichtung 20 aus, so dass der gleichmäßige Strömungsweg der Reaktionsfluide wei- testgehend nicht beeinträchtigt wird.

Wahlweise kann die Fluidentnahme durch die Fluidkanäle 20a, 20b auch durch den Suszeptor 12 selbst erfolgen, der in die- sem Fall mit entsprechenden Fluiddurchgängen ausgebildet ist.

Bei dieser speziellen Ausführungsform wird eine weitere Zwangsführung der Reaktionsfluide erreicht.

Erfolgt des Absaugen der Reaktionsfluide durch die Fluidka- näle 20a, 20b mit einer ausreichend hohen Fluidgeschwindig- keit, so können sich in den Fluidkanälen kaum Fluidpartikel absetzen.

In der Figur 1 ist ein Suszeptor 12 angedeutet, der auf sei- ner Oberseite mehrere Wafer 14 trägt, deren Oberseiten zur Beschichtung den Reaktionsfluiden dargeboten werden. Alterna- tiv kann der Suszeptor 12 auch in der Art einer Schablone so aufgebaut sein, dass auch die Unterseiten der Wafer 14 den Reaktionsfluiden dargeboten werden, so dass beide Hauptflä- chen der Wafer beschichtet werden können.

Als weitere Alternative ist es auch denkbar, den Suszeptor 12 derart zu gestalten, dass er an seiner Oberseite eine erste Gruppe von einem oder mehreren Wafern 14 und an seiner Unter- seite eine zweite Gruppe von einem oder mehreren Wafern 14 aufnimmt, wobei jeweils eine Hauptfläche der Wafer 14 zur Be- schichtung freiliegt. Hierdurch besteht die Möglichkeit, eine größere Anzahl an Wafern 14 gleichzeitig in dem Reaktorge- häuse 10 zu beschichten.

Für die beiden alternativen Ausführungsformen ist es erfor- derlich, dass die Reaktionsfluide den Suszeptor sowohl an dessen Oberseite als auch an dessen Unterseite umströmen.

Dies ist im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen mit der er- findungsgemäßen Anordnung der Fluideinlassvorrichtung und der Fluidauslassvorrichtung aber ohne weiteres möglich. Der Flui- dauslasskanal 20 kann beispielsweise so modifiziert werden, dass er erste Fluideintrittsöffnungen knapp oberhalb der Sus- zeptoroberseite und zweite Fluideintrittsöffnungen knapp un-

terhalb der Suszeptorunterseite aufweist, durch die die Reak- tionsfluide abgesaugt werden. Wahlweise können auch zwei se- parate Fluidauslasskanäle 20a und 20b ausgebildet sein, durch die einerseits 20a die Reaktionsfluide über die Oberseite des Suszeptors 12 und andererseits 20b die Reaktionsfluide über die Unterseite des Suszeptors 12 abgesaugt werden.

Ebenso ist es möglich, dass über und/oder unter dem Suszeptor 12 mehrere Fluideintrittsöffnungen der Fluidauslassvorrich- tung angeordnet sein können, die dann selbstverständlich nicht oder zumindest zum Teil nicht mittig zum Suszeptor an- geordnet sind.

Das in Figur 2 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Verbindung mit Figur 1 beschriebenen darin, dass zusätzlich zu den umfangsseitig angeordneten Fluidaus- lassöffnungen (siehe Pfeile 22) über und/oder unter dem Sus- zeptor 12 verteilt weitere Fluidaustrittsöffnungen vorhanden sind, über die im Betrieb ein oder mehrere Fluide eingeleitet werden können. Dies ist in Figur 2 durch die Pfeile 23 ange- deutet. Diese Fluide können Reaktionsfluide sein oder auch nur Hilfsgase, die beispielsweise das Abscheiden von Stoffen an Reaktorinnenwänden verhinderen. Die Fluideinlassvorrich- tung kann dabei beispielsweise duschkopfartig ausgeführt sein, die Reaktionsfluide sowohl umfangsseitig einleitet als auch Fluide über den Suszeptor verteilt einleitet. Ebenso kann eine Kombination aus"Duschkopf"und umfangsseitig ange- ordnetem Ringkanal, wie er in Figur 1 schematisch dargestellt ist, oder umfangsseitig angeordneten Einlass-"Düsen", die von der Seite her auf den Suszeptor strömen, vorgesehen sein.

Bei dem in Figur 3 im Schnitt schematisch dargestellten Aus- führungsbeispiel sind zwei Suzeptoren 12 in einem Abstand voneinander parallel zueinander angeordnet. Die Wafer 14 sind derart an die Suzeptoren 12 befestigt, dass die zu beschich- tenden Hauptflächen der Wafer 14 zum Zwichenraum zwischen den beiden Suszeptoren hin gewandt sind. Die Fluideinlassvorrich-

tung 18 leitet das oder die Reaktionsfluide von der Seite her in den Zwischenraum zwischen den beiden Suszeptoren 12 radial nach innen. In der Mitte der Suszeptoren 12 befindet sich mindestens eine Fluideintrittsöffnung der Fluidauslassvor- richtung 20a, 20b, über die das oder die Reaktionsfluide aus dem Zwischenraum abgesaugt werden, nachdem sie über die Wafer 14 radial von außen nach innen geströmt sind. Diese Anordnung läßt sich ebenso wie die Anordnungen gemäß den oben beschrie- benen Ausführungsbeispielen um einen oder mehrere Suszeptoren 12 ergänzen, die dann im Reaktorgehäuse 10 übereinander ange- ordnet sind. Weiterhin ist dann natürlich die Ausstattung des Reaktors mit weiteren Fluideintrittsöffnungen und Flui- daustrittsöffnungen erforderlich.

Bei dem vierten Ausführungsbeispiel weist die Fluideinlass- vorrichtung auf einer Seite des Suszeptors 12 eine mittig zu diesem angeordnete Fluidaustrittsöffnung auf und die Flui- dauslassvorrichtung auf der anderen Seite des Suszeptors 12 eine mittig zu diesem angeordnete Fluideintrittsöffnung auf.

Dies ist in der Figur 4 schematisch im Schnitt dargstellt.

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass die Anordnung gemäß Figur 4 selbstverständlich mit einem"Duschkopf"gemäß Figur 2 und/oder mit einem umfangsseitig angeordneten Ringka- nal, wie er in Figur 1 schematisch dargestellt ist, oder um- fangsseitig angeordneten Einlass-"Düsen", die von der Seite her auf den Suszeptor strömen, kombiniert werden kann.

Bei sämtlichen oben beschrieben Ausführungsbeispielen weist die Fluideinlassvorrichtung 18 Fluidaustrittsöffnungen auf, die derart im Reaktor angeordnet sind, dass Reaktionsfluide radial von außen nach innen durch das Reaktorgehäuse und ent- lang der zu beschichtenden, abzutragenden oder zu behandeln- den Oberflächen der Substrate geleitet werden.

Es ist selbstverständlich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele be- schränkt, sondern der Schutzumfang allein durch die Ansprüche

definiert ist. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung nicht auf spezielle Temperaturregelvorrichtungen für die Fluideinlassvorrichtung und für den Suszeptor eingeschränkt.

Kombinationen der oben in den unterschiedlichen Ausführungs- beispielen beschriebenen Positionierungen der Flui- daustrittsöffnungen und Fluideintrittsöffnungen sind selbst- verständlich möglich und gehören zur vorliegenden Erfindung, ohne dass hierin alle möglichen Varianten einer Kombination explizit beschrieben sind.