DE102008057909A1 - Vorrichtung für die chemische Gasphasenabscheidung - Google Patents
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Abstract
Description
- Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldungen Nr. 10-2007-0137715 vom 26. Dezember 2007 und 10-2008-0096306 vom 30. September 2008, die hier beide unter Bezugnahme eingeschlossen sind.
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die chemische Gasphasenabscheidung zum gleichmäßigen und stabilen Auftragen einer Abscheidungsschicht auf einer Fläche eines Wafers durch das Einführen eines Reaktionsgases.
- Allgemein ist die chemische Gasphasenabscheidung (CVD) ein wichtiges Verfahren für das Wachstum verschiedener Kristallschichten auf verschiedenen Substraten. Die CVD ist gegenüber einer Flüssigphasenabscheidung vorteilhaft, weil mit ihr Kristallschichten in einer hohen Schicht erzeugt werden können. Die CVD weist jedoch den Nachteil auf, dass die Kristallwachstumsrate klein ist. Um diesen Nachteil zu beseitigen, lässt man in jedem Zyklus gleichzeitig Schichten auf einer Vielzahl von Substraten wachsen.
- Wenn die Schichten gleichzeitig auf einer Vielzahl von Substraten wachsen, sollten die Substrate bei einer gleichen Temperatur gehalten werden und dem gleichen Reaktionsgasfluss ausgesetzt werden, um eine gleichförmige Qualität der auf den Substraten wachsenden Schichten vorzusehen.
- Beispiele für die zu diesem Zweck verwendeten Verfahren sind etwa: ein Verfahren zum Erzeugen gleichmäßiger Gasflüsse entlang von Substraten unter Verwendung einer Vielzahl von Einführrohren; ein Verfahren zum radialen Anordnen einer Vielzahl von Substraten um eine Drehwelle und zum Drehen aller Substrate an derselben Welle (Drehverfahren); und ein Verfahren zum individuellen Drehen einer Vielzahl von Substraten (Einzeldrehverfahren). Derartige Verfahren aus dem Stand der Technik können gemeinsam oder einzeln verwendet werden.
- Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung gibt eine Vorrichtung für eine chemische Gasphasenabscheidung bekannt, die eine Gasphasenabscheidung mit hoher Qualität gestattet, indem sie die Gasdichte in der Kammer in einem im wesentlichen gleichförmigen Zustand hält und intensive Gasreaktionen auch dann verhindert, wenn der Prozessdruck unter Prozessbedingungen erhöht wird, um eine Abscheidungsschicht bei hoher Temperatur wachsen zu lassen.
- Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung für eine Gasphasenabscheidung angegeben, die umfasst: eine Reaktionskammer mit einem Suszeptor, auf den ein Wafer geladen ist, und einem Reaktionsofen, in dem der Wafer durch eine chemische Gasphasenabscheidung verarbeitet wird; eine Gaseinführeinheit, die an einer Außenwand der Reaktionskammer angeordnet ist, um ein Reaktionsgas von außerhalb des Reaktionsofens zu einem mittigen Teil des Reaktionsofens zuzuführen; und eine Gasabführeinheit, die an einem mittigen Teil der Reaktionskammer angeordnet ist, um das Reaktionsgas oben oder unten aus der Reaktionskammer abzuführen, nachdem das Reaktionsgas für eine Reaktion in dem Reaktionsofen genutzt wurde.
- Die Vorrichtung für eine chemische Gasphasenabscheidung kann weiterhin eine Flusssteuereinheit umfassen, die zwischen der Gaseinführeinheit und der Gasabführeinheit angeordnet ist, um einen gleichmäßigen Gasfluss von der Gaseinführeinheit zu der Gasabführeinheit vorzusehen.
- Die Vorrichtung für eine chemische Gasphasenabscheidung kann weiterhin eine Antriebseinheit umfassen, um eine Drehleistung zum Drehen des Suszeptors in einer Richtung vorzusehen.
- Die Vorrichtung für eine chemische Gasphasenabscheidung kann weiterhin eine Heizeinheit in der Nähe des Suszeptors umfassen, um Wärme zu dem Suszeptor zuzuführen.
- Die Flusssteuereinheit kann umfassen: ein Trennwandglied, das an der Außenseite des Reaktionsofens angeordnet ist, um den Reaktionsofen in der Reaktionskammer zu definieren und um das von der Gaseinführeinheit zugeführte Gas in den Reaktionsofen einzuführen und dabei den Druck des Reaktionsgases einzustellen; und wenigstens eine Gaskammer, die zwischen der Außenwand der Reaktionskammer und dem Trennwandglied angeordnet ist, um das von der Gaseinführeinheit zugeführte Reaktionsgas zu speichern und das Reaktionsgas durch das Trennwandglied zuzuführen.
- Wenn mehrere Gaskammern vorgesehen sind, kann die Vorrichtung für eine chemische Gasphasenabscheidung weiterhin wenigstens ein Unterteilungsglied umfassen, das die Vielzahl von Gaskammern voneinander trennt.
- Die Vorrichtung für eine chemische Gasphasenabscheidung kann weiterhin eine Wirbelverhinderungseinheit umfassen, die in der Reaktionskammer an einer Seite gegenüber dem Suszeptor angeordnet ist, um die Distanz zwischen dem Suszeptor und der Reaktionskammer allmählich zu der Gaseinführeinheit hin zu vermindern.
- Die Flusssteuereinheit kann umfassen: eine geneigte Trennwand, die an der Außenseite des Reaktionsofens angeordnet ist, um den Reaktionsofen in der Reaktionskammer zu definieren und um das von der Gaseinführeinheit zugeführte Reaktionsgas in den Reaktionsofen einzuführen und dabei den Druck des Reaktionsgases einzustellen, wobei die geneigte Trennwand mit einem vorbestimmten Winkel geneigt ist; und eine Vielzahl von Gaskammern, die zwischen der Außenwand der Reaktionskammer und der geneigten Trennwand angeordnet sind, um das von der Gaseinführeinheit zugeführte Reaktionsgas zu speichern und das Reaktionsgas durch die geneigte Trennwand zuzuführen; und wenigstens ein Unterteilungsglied, das die Gaskammern voneinander trennt.
- Die Vorrichtung für eine Gasphasenabscheidung kann weiterhin eine Wirbelverhinderungseinheit umfassen, die in der Reaktionskammer an einer Seite gegenüber dem Suszeptor angeordnet ist, um die Distanz zwischen dem Suszeptor und der Reaktionskammer allmählich zu der Gaseinführeinheit hin zu vermindern.
- Die Flusssteuereinheit kann umfassen: eine Vielzahl von Gaskammern, die in der Reaktionskammer angeordnet sind; wenigstens ein Unterteilungsglied, das die Gaskammern voneinander trennt, sodass die Gaskammern verschiedene Längen aufweisen und gestuft sind; und Unterteilungstrennwände, die an Endteilen der Gaskammern angeordnet sind, um das von der Gaseinführeinheit zugeführte Reaktionsgas in den Reaktionsofen einzuführen und dabei den Druck des Reaktionsgases einzustellen, wobei die Gaskammern zwischen der Außenwand der Reaktionskammer und den Unterteilungstrennwänden angeordnet sind, um das von der Gaseinführeinheit zugeführte Reaktionsgas zu speichern und das Reaktionsgas durch die Unterteilungstrennwände zuzuführen.
- Die Vorrichtung für eine Gasphasenabscheidung kann weiterhin eine Wirbelverhinderungseinheit umfassen, die in der Reaktionskammer an einer Seite gegenüber dem Suszeptor angeordnet ist, um die Distanz zwischen dem Suszeptor und der Reaktionskammer allmählich zu der Gaseinführeinheit hin zu vermindern.
- Die Vorrichtung für eine Gasphasenabscheidung kann weiterhin eine Vielzahl von parallelen Führungsgliedern umfassen, die an den Unterteilungstrennwänden in einer im wesentlichen horizontalen Richtung angeordnet sind, um einen Fluss des Reaktionsgases zu führen.
- Die Gaseinführeinheit kann eine Vielzahl von Gaszuführleitungen umfassen, die mit den Gaskammern verbunden sind, um verschiedene Gase zu den Gaskammern zuzuführen.
- Die Antriebseinheit kann umfassen: ein angetriebenes Zahnrad, das an einer Außenfläche des Suszeptors ausgebildet ist; ein Antriebszahnrad, das in das angetriebene Zahnrad eingreift; und einen Drehmotor, der an einem Ende einer Antriebswelle angeordnet ist und das Antriebszahnrad dreht, um eine Drehleistung vorzusehen.
- Die Vorrichtung für eine Gasphasenabscheidung kann weiterhin eine Welle umfassen, die an einem mittigen Teil des Suszeptors angeordnet ist, um den Suszeptor zu drehen, wobei die Welle die Gasabführeinheit enthält und wobei die Antriebseinheit umfasst: ein angetriebenes Zahnrad, das an dem Suszeptor angeordnet ist; ein Antriebszahnrad, das in das angetriebene Zahnrad eingreift; und einen Drehmotor, der an einem Ende einer Antriebswelle angeordnet ist und das Antriebszahnrad dreht.
- Die Gasabführeinheit kann umfassen: ein Abführloch, das an einem inneren, oberen Teil der Reaktionskammer oder an einem mittigen Teil des Suszeptors ausgebildet ist; und eine Abführleitung, die mit dem Abführloch verbunden ist.
- Diese und andere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende ausführliche Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht.
-
1 ist eine schematische Ansicht, die eine Vorrichtung für eine Gasphasenabscheidung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. -
2 ist eine seitliche Schnittansicht, die die Vorrichtung für eine chemische Gasphasenabscheidung von1 zeigt. -
3 ist eine schematische Ansicht, die eine Vorrichtung für eine chemische Gasphasenabscheidung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. -
4 ist eine Schnittansicht, die die Vorrichtung für eine chemische Gasphasenabscheidung von3 zeigt. -
5 ist eine schematische Ansicht, die einen Wirbel zeigt, der in einer Reaktionskammer einer Vorrichtung für eine chemische Gasphasenabscheidung erzeugt werden kann. -
6 ist eine Ansicht, die eine Flusssteuereinheit und eine Wirbelverhinderungseinheit in einer Vorrichtung für eine Gasphasenabscheidung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. -
7 ist eine Ansicht, die eine Flusssteuereinheit und eine Wirbelverhinderungseinheit in einer Vorrichtung für eine Gasphasenabscheidung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. -
8 ist eine Ansicht, die eine Flusssteuereinheit in einer Vorrichtung für eine Gasphasenabscheidung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. -
9 ist eine Ansicht, die eine Vorrichtung für eine chemische Gasphasenabscheidung einschließlich der Wirbelverhinderungseinheit von7 und der Flusssteuereinheit von8 zeigt. -
10 ist eine Ansicht, die eine Flusssteuereinheit in einer Vorrichtung für eine chemische Gasphasenabscheidung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. -
11 ist eine Ansicht, die eine Vorrichtung für eine chemische Gasphasenabscheidung einschließlich der Wirbelverhinderungseinheit von7 und der Flusssteuereinheit von10 zeigt. -
12 ist eine Seitenansicht, die Führungsglieder und Zirkulationsleitungen an der Flusssteuereinheit von10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. -
13A bis13E sind Ansichten, die Beispiele für Trennwände in einer Vorrichtung für eine chemische Gasphasenabscheidung gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigen. - Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
- Die Vorrichtung für eine chemische Gasphasenabscheidung der vorliegenden Erfindung kann auf eine beliebige Vorrichtung für eine chemische Gasphasenabscheidung angewendet werden, die verwendet wird, um eine dünne Schicht (einen Film) auf ein Objekt wie etwa einen Wafer unter Verwendung einer chemischen Reaktion aufzutragen.
-
1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Vorrichtung für eine Gasphasenabscheidung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und2 ist eine seitliche Schnittansicht, die die Vorrichtung für eine chemische Gasphasenabscheidung von1 zeigt. - Wie in
1 und2 gezeigt, umfasst die Vorrichtung für eine chemische Gasphasenabscheidung der vorliegenden Ausführungsform eine Reaktionskammer10 , eine Antriebseinheit20 , eine Heizeinheit30 , eine Gaseinführeinheit40 , eine Gasabführeinheit50 und eine Flusssteuereinheit60 . - Die Reaktionskammer
10 umfasst einen Innenraum mit einer vorbestimmten Größe als Reaktionsofen1 , in dem eine chemische Gasphasenreaktion zwischen dem eingeführten Reaktionsgas und einem Objekt wie etwa einem Wafer auftritt, wobei ein Isolationsmaterial in dem Reaktionsofen1 angeordnet sein kann, um den Reaktionsofen1 vor einer heißen Atmosphäre zu schützen. - Ein Suszeptor
14 , in dem eine Vielzahl von Taschen15 ausgebildet sind, um eine Vielzahl von Wafern2 aufzunehmen, ist im Inneren der Reaktionskammer10 angeordnet. Das heißt, der Suszeptor14 ist an dem Reaktionsofen1 angeordnet. - Wie in
2 gezeigt, weist der Suszeptor14 einen Außendurchmesser auf, der kleiner als derjenige der Reaktionskammer10 ist. Der Suszeptor14 ist aus einem Material wie etwa Graphit scheibenförmig ausgebildet. Eine Welle16 , die mit einem mittigen Teil der Reaktionskammer10 verbunden ist, kann aus einem hohlen Rohrglied mit einem Abführloch51 ausgebildet sein. Das Abführloch51 bildet einen Gasabführdurchgang. - Die Antriebseinheit
20 sieht eine Drehleistung vor, sodass der Suszeptor14 , auf den eine Vielzahl von Wafern2 geladen ist, konstant in einer Richtung gedreht werden kann. - Wie in
2 gezeigt, umfasst die Antriebseinheit20 ein angetriebenes Zahnrad21 , das einstückig oder als separates Teil an einer äußeren, unteren Fläche des Suszeptors14 vorgesehen ist, und ein Antriebszahnrad22 , das in das angetriebene Zahnrad21 eingreift. Das Antriebszahnrad22 ist mit einem Ende einer Antriebswelle23 eines Drehmotors24 verbunden, der eine Drehkraft erzeugt, wenn er mit Strom versorgt wird. - In einer anderen in
4 gezeigten Ausführungsform kann die Antriebseinheit20 ein angetriebenes Zahnrad21a , das einstückig oder als separates Teil mit einer Welle16 verbunden ist, und ein Antriebszahnrad22a , das in das angetriebene Zahnrad21a eingreift, umfassen. Die Welle16 kann sich von dem unteren Teil des Suszeptors14 in einer vertikalen Richtung nach unten erstrecken. Das Antriebszahnrad22a kann mit einem Ende einer Antriebswelle23a eines Drehmotors24 verbunden sein, der eine Drehkraft erzeugt, wenn er mit Strom versorgt wird. - Wenn bei diesem Aufbau der Drehmotor
24 oder24a betrieben wird, kann der Suszeptor14 mit den darauf geladenen Wafern in einer Richtung mit einer konstanten Geschwindigkeit von ungefähr 5 U/min bis ungefähr 50 U/min durch die ineinander eingreifenden Zahnräder22 (22b ) und21 (21a ) gedreht werden. - Die Heizeinheit
30 ist nahe des unteren Teils des Suszeptors14 mit darauf geladenen Wafern2 angeordnet, um Wärme zu dem Suszeptor14 zu strahlen und die Wafer2 indirekt zu heizen. - Die Heizeinheit
30 kann ein elektrischer Heizer, ein Hochfrequenz-Induktionsheizer, ein Infrarotstrahlungsheizer oder ein Laserheizer sein. - Ein Temperatursensor (nicht gezeigt) kann in der Reaktionskammer
10 an einer Position nahe der Außenfläche des Suszeptors14 oder der Heizeinheit30 angeordnet sein, um die Temperatur in der Reaktionskammer10 für eine Einstellung der Heiztemperatur zu erfassen. - Die Gaseinführeinheit
40 ist an einer Außenwand18 der Reaktionskammer10 angeordnet, um Gas zu der Reaktionskammer10 zuzuführen und einen Gasfluss von außerhalb der Reaktionskammer10 zu der inneren Mitte der Reaktionskammer10 zu erzeugen. - Die Gaseinführeinheit
40 umfasst erste bis dritte Gaseinführeinheiten41 ,42 und43 zum Zuführen von verschiedenen Gasen. Zum Beispiel kann ein erstes Reaktionsgas durch die erste Gaseinführeinheit41 zugeführt werden und kann ein zweites Reaktionsgas durch die zweite und die dritte Gaseinführeinheiten42 und43 zugeführt werden. - Das erste und das zweite Reaktionsgas können unterschiedlich sein oder eine gemeinsame Komponente aufweisen. Alternativ hierzu kann dasselbe Gas über die ersten bis dritten Gaseinführeinheiten
41 ,42 und43 zugeführt werden oder können jeweils verschiedene Gase über die ersten bis dritten Gaseinführeinheiten41 ,42 und43 zugeführt werden. Die Arten der Reaktionsgase können in Übereinstimmung mit der auf einem Objekt zu bildenden Schicht variieren. - Die Gasabführeinheit
50 ist an einem mittigen Teil der Reaktionskammer10 angeordnet, um Gas (Abgas) oben oder unten an der Reaktionskammer10 nach außen abzuführen, nachdem das Gas von außerhalb zu der inneren Mitte des Reaktionsofens1 zugeführt wurde und für das Wachstum von Schichten auf den Flächen der Wafer2 verwendet wurde. - Wie in
1 und2 gezeigt, ist die Gasabführeinheit50 konfiguriert, um das Reaktionsgas über einen unteren, mittigen Teil der Reaktionskammer10 abzuführen. Dazu kann die Gasabführeinheit50 das Abführloch51 in der Welle16 , die mit dem Drehzentrum des Suszeptors14 verbunden ist, und eine Abführleitung52 an einem unteren Ende des Abführlochs51 umfassen. - In einer anderen in
3 und4 gezeigten Ausführungsform kann die Gasabführeinheit50 ein Abführloch51a , das durch einen oberen mittigen Teil der Reaktionskammer10 hindurch ausgebildet ist, und eine Abführleitung52a , die mit dem Abführloch51a verbunden ist, umfassen. - Während also das von außerhalb des Reaktionsofens
1 (d. h. durch die Außenwand18 ) zugeführte Reaktionsgas zu der Mitte der Reaktionskammer10 fließt, reagiert das Reaktionsgas mit einer oberen Fläche (Zielfläche) eines Wafers2 , um eine Schicht auf der Fläche des Wafers2 wachsen zu lassen. Danach wird das Reaktionsgas (Abgas) unten an der Reaktionskammer10 durch das Abführloch51 der Welle16 an der unteren Seite des Suszeptors14 oder oben an der Reaktionskammer10 durch das Abführloch51a an der oberen Seite der Reaktionskammer10 abgeführt. - Die Flusssteuereinheit
60 wird verwendet, um einen gleichmäßigen Gasfluss von der Gaseinführeinheit50 zu der Gasabführeinheit50 zu erzeugen. Wie in2 und4 gezeigt, umfasst die Flussteuereinheit60 eine Gaskammer und ein Trennwandglied61 . - Die Gaskammer weist eine vorbestimmte Größe auf und ist zwischen der Außenwand
18 der Reaktionskammer10 und dem Trennwandglied61 ausgebildet. Die Gaskammer ist mit der Gaseinführeinheit40 verbunden, um das Reaktionsgas vorübergehend zu speichern und durch das Trennwandglied61 zu dem Reaktionsofen1 zuzuführen. - Es können eine oder eine Vielzahl von Gaskammern wie in
2 und4 gezeigt vorgesehen sein. - Wie in
2 und4 gezeigt, kann die Vorrichtung für eine chemische Gasphasenabscheidung eine erste Gaskammer11 , eine zweite Gaskammer12 und eine dritte Gaskammer13 umfassen, die jeweils mit der ersten Gaseinführeinheit41 , der zweiten Gaseinführeinheit42 und der dritten Gaseinführeinheit43 verbunden sind. - Das Trennwandglied
61 ist vertikal und mit einer vorbestimmten Distanz von der Außenwand18 der Reaktionskammer10 zu der Mitte der Reaktionskammer10 angeordnet. Aus diesem Grund ist die Trennwand61 durch ein zylindrisches Glied konfiguriert, das entlang des Umfangs der Außenwand18 der Reaktionskammer10 mit einem vorbestimmten Abstand von der Außenwand18 angeordnet ist. - Das Trennwandglied
61 kann aus einem porösen Körper ausgebildet sein, durch den das von der Gaseinführeinheit40 zugeführte Reaktionsgas fließen kann. - Die Vielzahl von Gaskammern
11 ,12 und13 können durch Unterteilungsglieder64a und64b getrennt werden. - Wenn das Reaktionsgas wie in
5 gezeigt von außen in die innere Mitte der Reaktionskammer10 fließt, kann ein ungleichmäßiger Gasfluss an einer Umfangseite der Reaktionskammer10 , durch die das Reaktionsgas eingeführt wird, beobachtet werden. - Der ungleichmäßige Fluss kann durch eine thermische Konvektion zwischen der heißen Oberfläche des Suszeptors
14 und dem Dach der Reaktionskammer10 verursacht werden, wenn der Suszeptor14 mit Wafern2 beladen ist und durch die Heizeinheit30 auf eine hohe Temperatur geheizt wird. - Aufgrund der thermischen Konvektion erfährt der Fluss des Reaktionsgases eine nach oben gerichtete Auftriebskraft, sodass die Geschwindigkeit des Reaktionsgasflusses von außen zu der Mitte der Reaktionskammer
10 allmählich zunimmt. Das heißt, die Geschwindigkeit des Reaktionsgases ist an der Umfangsseite der Reaktionskammer10 geringer als in der Mitte der Reaktionskammer10 , sodass ein ungleichmäßiger Gasfluss wie etwa ein Wirbel erzeugt wird, der eine instabile Reaktion auf der Zielfläche eines Wafers2 und ein instabiles Wachstum der Schicht auf dem Wafer2 verursacht. - Um also die Erzeugung eines Wirbels zu minimieren oder die Möglichkeit eines Wirbels zu beseitigen, kann eine Wirbelverhinderungseinheit
70 in der Reaktionskammer10 an einer Fläche gegenüber dem Suszeptor14 derart angeordnet sein, dass die Distanz zwischen dem Suszeptor14 und der Reaktionskammer10 allmählich zu der Gaseinführeinheit40 hin wie in6 und7 gezeigt abnimmt. - Die Wirbelverhinderungseinheit
70 kann derart ausgebildet sein, dass die innere Deckenwand der Reaktionskammer10 zu dem Suszeptor14 vorsteht, wobei aber auch ein Material mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit wie etwa Quarz an der inneren Deckenwand der Reaktionskammer10 befestigt sein kann. - Wie in
6 gezeigt, kann die Außenfläche der Wirbelverhinderungseinheit70 gegenüber dem Suszeptor14 eine horizontale Fläche71 parallel zu der oberen Fläche des Suszeptors14 und eine geneigte Fläche71 mit einem vorbestimmten Winkel zu der oberen Fläche des Suszeptors14 umfassen. In einer anderen in7 gezeigten Ausführungsform kann die Wirbelverhinderungseinheit70 eine gekrümmte Fläche73 mit einer vorbestimmten Krümmung umfassen. - In
6 und7 gibt das Bezugszeichen44 ein Gaseinführloch der ersten Gaseinführeinheit41 (siehe1 ) an, gibt das Bezugszeichen45 ein Gaseinführloch der zweiten Gaseinführeinheit42 (siehe2 ) an und gibt das Bezugszeichen46 ein Gaseinführloch der dritten Gaseinführeinheit43 (siehe1 ) an. - Die Gaseinführlöcher
44 ,45 und46 werden in gleicher Weise in den Ausführungsformen von8 bis11 angewendet. - Wie in
8 und9 gezeigt, kann die Flusssteuereinheit60 eine geneigte Trennwand62 , die mit einem vorbestimmten Winkel geneigt ist, und Unterteilungsglieder65a und65b zum Teilen einer Gaskammer zwischen der geneigten Trennwand62 und der Außenwand18 in erste bis dritte Gaskammern11 ,12 und13 umfassen. Auf diese Weise kann die Flusssteuereinheit60 einen geneigten Aufbau aufweisen. - Die geneigte Trennwand
62 ist geneigt und mit einer vorbestimmten Distanz von der Außenwand18 der Reaktionskammer10 zu der Mitte der Reaktionskammer10 angeordnet. Dazu kann die geneigte Trennwand62 durch ein zylindrisches Glied konfiguriert sein, das kontinuierlich entlang des Umfangs der Außenwand18 der Reaktionskammer10 mit einem vorbestimmten Abstand von der Außenwand18 angeordnet ist. - Ähnlich wie das Trennwandglied
61 kann die geneigte Trennwand62 aus einem porösen Körper ausgebildet sein, durch den Reaktionsgas von der Gaseinführeinheit40 frei fließen kann. - Aufgrund der Flusssteuereinheit
60 , die die geneigte Trennwand62 und die Unterteilungsglieder65a und65b umfasst, ist eine obere Gaskammer (zum Beispiel die Gaskammer11 ) länger als eine untere Gaskammer (zum Beispiel die Gaskammer13 ). Deshalb kann in dem Reaktionsofen1 das kalte Reaktionsgas an der oberen Seite weiter als an der unteren Seite des Reaktionsofens1 fließen, sodass eine thermische Konvektion unterdrückt werden kann und die Gasflüsse stabilisiert und gleichmäßig vorgesehen werden können. -
9 zeigt eine Vorrichtung für eine chemische Gasphasenabscheidung, die umfasst: die geneigte Trennwand62 , die Unterteilungsglieder65a und65b und die Gaskammern11 ,12 und13 von8 sowie die Wirbelverhinderungseinheit70 von7 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. - Indem die Flusssteuereinheit
60 und die Wirbelverhinderungseinheit70 auf diese Weise kombiniert werden, kann das Reaktionsgas gleichmäßiger in der Reaktionskammer1 fließen. - In einer anderen in
10 und11 gezeigten Ausführungsform können eine Vielzahl von Gaskammern11 ,12 und13 an einer Umfangsseite des Reaktionsofens1 gestuft ausgebildet sein und können Unterteilungstrennwände63a ,63b und63c an Enden der Gaskammern11 ,12 und13 angeordnet sein, um eine mehrfach gestufte Flusssteuereinheit60 zu bilden. - Mit anderen Worten umfasst die Flusssteuereinheit
60 der Vorrichtung für eine chemische Gasphasenabscheidung von10 eine erste Gaskammer11 , eine zweite Gaskammer12 , die kürzer als die erste Gaskammer und in Bezug auf die erste Gaskammer11 vertieft ist, und eine dritte Gaskammer13 , die kürzer als die zweite Gaskammer12 und in Bezug auf die zweite Gaskammer12 vertieft ist. - Außerdem ist eine erste Unterteilungstrennwand
63a an einem Ende der ersten Gaskammer11 gegenüber der Innenseite des Reaktionsofens1 angeordnet, ist eine zweite Unterteilungstrennwand63b an einem Ende der zweiten Gaskammer12 gegenüber der Innenseite des Reaktionsofens1 angeordnet und ist eine dritte Unterteilungstrennwand63c an einem Ende der dritten Gaskammer13 gegenüber der Innenseite des Reaktionsofens1 angeordnet. - Die Gaskammern
11 ,12 und13 sind durch Unterteilungsglieder66a und66b voneinander getrennt. - Wegen des oben beschriebenen mehrfach gestuften Aufbaus der Flusssteuereinheit
60 ist eine obere Gaskammer (zum Beispiel die Gaskammer11 ) länger als eine untere Gaskammer (zum Beispiel die Gaskammer13 ). Deshalb kann in dem Reaktionsofen1 ein kaltes Reaktionsgas an der oberen Seite des Reaktionsofens1 länger fließen als an der unteren Seite, wodurch eine thermische Konvektion unterdrückt werden kann und die Gasflüsse stabilisiert und gleichmäßig vorgesehen werden können. -
11 zeigt eine Vorrichtung für eine chemische Gasphasenabscheidung, die umfasst: die Unterteilungstrennwände63a ,63b und63c , die Unterteilungsglieder66a und66b und die Gaskammern11 ,12 und13 von10 sowie die Wirbelverhinderungseinheit70 von7 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. - Indem die Flusssteuereinheit
60 und die Wirbelverhinderungseinheit70 auf diese Weise kombiniert werden, kann das Reaktionsgas gleichmäßiger in der Reaktionskammer1 fließen. -
12 zeigt Führungsglieder und Zirkulationsleitungen an der Flusssteuereinheit von10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. - Wie in
12 gezeigt, können eine Vielzahl von Führungsgliedern67 jeweils an den Unterteilungstrennwänden63a ,63b und63c in einer Gasflussrichtung angeordnet sein, um die Gasflüsse in den Reaktionsofen1 zu führen. - Weil die Führungsglieder
67 die Gasflüsse über eine vorbestimmte Länge führen, können die Gasflüsse gleichmäßig sein. Nach unten hin kann die Länge der Führungsglieder67 vermindert werden. - Wie in
12 gezeigt, können die Zirkulationsleitungen68 an den Außenseiten der Gaskammern11 ,12 und13 vorgesehen sein, damit ein Kühlmittel entlang der Außenwand18 der Reaktionskammer10 fließen und die Reaktionskammer10 kühlen kann. - Das Trennwandglied
61 , die geneigte Trennwand62 und die Unterteilungstrennwände63a ,63b und63c (nachfolgend als Trennwände bezeichnet) sind porös, sodass das Reaktionsgas frei durch die Trennwände fließen kann. Die Trennwände können aus einem porösen Medium M mit einer Vielzahl von feinen Löchern wie in13A gezeigt ausgebildet sein. - Alternativ hierzu können die Trennwände aus einer Platte P ausgebildet sein, durch die sich eine Vielzahl von Löchern H mit gleichem Innendurchmesser oder verschiedenen Innendurchmessern erstrecken, um einen freien Fluss des Reaktionsgases durch dieselben zu gestatten.
- Alternativ hierzu können die Trennwände wie in
13C und13D gezeigt aus einer Platte P ausgebildet sein, durch die sich eine Vielzahl von horizontalen Schlitzen S1 oder vertikalen Schlitzen S2 erstrecken, um einen freien Fluss des Reaktionsgases durch dieselben zu gestatten. - Alternativ hierzu können die Trennwände wie in
13E gezeigt aus vertikalen Stangen P1 und die vertikalen Stangen P1 mit rechten Winkeln kreuzenden horizontalen Stangen P2 ausgebildet sein, zwischen denen jeweils Abstände S mit einer vorbestimmten Größe definiert sind. - Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Schichtbildung in der Vorrichtung für eine chemische Gasphasenabscheidung wie im Folgenden beschrieben durchgeführt werden. Objekte wie etwa Wafer
2 werden in die Taschen15 des Suszeptors14 in der Reaktionskammer10 geladen. - Nachdem die Wafer
20 geladen wurden, wird die nahe des Suszeptors14 angeordnete Heizeinheit30 mit Strom versorgt, sodass die Heizeinheit30 Wärme zu dem Suszeptor14 strahlt, wodurch die Wafer2 auf eine Temperatur von ungefähr 700°C bis ungefähr 1200°C erhitzt werden und das Innere der Reaktionskammer10 auf einem hohen Temperaturpegel gehalten wird. - Wie in
2 gezeigt, wird der Drehmotor24 betrieben, um das Antriebszahnrad22 zu drehen, das in das angetriebene Zahnrad21 an dem Suszeptor14 eingreift. Alternativ hierzu kann wie in4 gezeigt der Drehmotor24a betrieben werden, um das Antriebszahnrad22a zu drehen, das in das angetriebene Zahnrad21a an der Welle16 des Suszeptors14 eingreift. Auf diese Weise wird der Suszeptor14 in einer Richtung gedreht. - In diesem Zustand wird Reaktionsgas durch die Gaseinführeinheit
40 geführt, die mit der Außenwand18 der Reaktionskammer10 verbunden ist. Wie in1 und4 gezeigt, bleibt das zugeführte Reaktionsgas vorübergehend in den Gaskammern11 ,12 und13 , die zwischen der Außenwand18 der Reaktionskammer10 und der Flusssteuereinheit60 mit einem vorbestimmten Abstand zu der Außenwand18 angeordnet sind. Dann fließt das Reaktionsgas durch das aus einem porösen Körper ausgebildete Trennwandglied61 in das Innere der Reaktionskammer10 in der Form eines laminaren Flusses. - Wenn also der Fluss des Reaktionsgases durch die Flusssteuereinheit
60 geht, wird der Fluss des Reaktionsgases laminar, sodass ein laminarer Fluss des Reaktionsgases in einer Richtung von außen in die Mitte der Reaktionskammer10 gebildet werden kann. - Dabei kann das von außen in die Reaktionskammer
10 zugeführte Reaktionsgas eine nach oben gerichtete Auftriebskraft erfahren, die durch eine thermische Konvektion zwischen der oberen Fläche des auf eine hohe Temperatur geheizten Suszeptors14 und der Deckenwand der Reaktionskammer10 verursacht wird, sodass der Fluss des Reaktionsgases instabil werden kann. - Um dies zu verhindern, umfasst die Vorrichtung für eine chemische Gasphasenabscheidung der vorliegenden Erfindung wie in
6 und7 gezeigt die Wirbelverhinderungseinheit70 zwischen dem Trennwandglied61 und dem Deckenglied der Reaktionskammer10 , um die Distanz zwischen dem Suszeptor14 und der Reaktionskammer10 allmählich zu der Gaseinführeinheit40 hin zu vermindern, sodass der Fluss des Reaktionsgases stabilisiert und gleichmäßig vorgesehen werden kann. - Wie in
8 und9 gezeigt, kann die Flusssteuereinheit60 eine geneigte Form aufweisen. Oder wie in10 und11 gezeigt, kann die Flusssteuereinheit60 eine mehrfach gestufte Form aufweisen, sodass sich kalte Luft an der oberen Seite des Reaktionsofens1 weiter als an der unteren Seite des Reaktionsofens1 bewegen kann. Dadurch kann die thermische Konvektion unterdrückt werden und kann der Fluss des Reaktionsgases stabilisiert und gleichmäßig vorgesehen werden. - Das zu dem mittigen Teil der Reaktionskammer
10 durch die Flusssteuereinheit60 auf der Umfangsseite der Reaktionskammer10 zugeführt Reaktionsgas reagiert mit den oberen Flächen (Zielflächen) der Wafer2 , um gleichmäßige Schichten auf den oberen Flächen der Wafer2 durch eine chemische Abscheidung wachsen zu lassen. Danach wird das Reaktionsgas (Abgas) zusammen mit Nebenprodukten aus dem mittigen Teil der Reaktionskammer10 durch die obere oder untere Seite der Reaktionskammer10 nach außen abgeführt. - Wenn also die Welle
16 an der unteren Seite des Suszeptors14 aus einem hohlen Rohr mit einem Abführloch51 , das mit einer Abführleitung52 verbunden ist, wie in1 und2 gezeigt ausgebildet ist, wird das aus dem mittigen Teil der Reaktionskammer10 unten aus der Reaktionskammer10 ausgeführte Abgas durch das Abführloch51 und die Abführleitung52 abgeführt. - Wenn alternativ hierzu ein Abführloch
51a in einem oberen, mittleren Teil der Reaktionskammer10 wie in3 und4 gezeigt ausgebildet ist und mit einer Abführleitung52a verbunden ist, wird das Abgas problemlos durch die starke thermische Konvektion, die durch den auf eine hohe Temperatur geheizten Suszeptor14 verursacht wird, von einem mittigen Teil der Reaktionskammer10 oben aus der Reaktionskammer10 durch das Abführloch51a und die Abführleistung52a ausgeführt. - Bei der Vorrichtung für eine chemische Gasphasenabscheidung der vorliegenden Erfindung kann die Gasintensität in der Kammer in einem im wesentlichen gleichmäßigen Zustand gehalten werden, auch wenn der Prozessdruck unter Prozessbedingungen erhöht wird, um eine Abscheidungsschicht mit hoher Temperatur wachsen zu lassen.
- Außerdem wird das durch die Gaseinführeinheit, die mit der Außenseite der Reaktionskammer verbunden ist, zu einer Umfangsseite der Reaktionskammer zugeführte Reaktionsgas vorübergehend in der Flusssteuereinheit gespeichert und dann zu dem mittigen Teil der Reaktionskammer zugeführt, um die durch eine thermische Konvektion an der Oberfläche des zu einer hohen Temperatur geheizten Suszeptors verursachte Bildung eines Wirbels in Nachbarschaft zu der Gaseinführeinheit zu verhindern. Weiterhin kann das Abgas aus der Reaktionskammer oben oder unten an der Reaktionskammer nach außen abgeführt werden. Dadurch kann die Gleichmäßigkeit des Gasflusses verbessert werden und können intensive Gasphasenreaktionen in der Reaktionskammer verhindert werden. Auf diese Weise können Wafer hergestellt werden, auf denen Schichten mit einer hohen Qualität durch eine Gasphasenabscheidung wachsen gelassen wurden.
- Die vorliegende Erfindung wurde mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben und gezeigt, wobei dem Fachmann deutlich sein sollte, dass Modifikationen und Variationen an den beschriebenen und gezeigten Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne dass deshalb der durch die beigefügten Ansprüche definierte Erfindungsumfang verlassen wird.
Claims (16)
- Vorrichtung für eine chemische Gasphasenabscheidung, die umfasst: eine Reaktionskammer (
10 ) mit einem Suszeptor (14 ), auf den ein Wafer (2 ) geladen ist, und einem Reaktionsofen (1 ), in dem der Wafer (2 ) durch eine chemische Gasphasenabscheidung verarbeitet wird, eine Gaseinführeinheit (40 ), die an einer Außenwand der Reaktionskammer (10 ) angeordnet ist, um ein Reaktionsgas von außerhalb des Reaktionsofens (1 ) zu einem mittigen Teil des Reaktionsofens (1 ) zuzuführen, und eine Gasabführeinheit (50 ), die an einem mittigen Teil der Reaktionskammer (10 ) angeordnet ist, um das Reaktionsgas oben oder unten aus der Reaktionskammer (10 ) abzuführen, nachdem das Reaktionsgas für eine Reaktion in dem Reaktionsofen (1 ) genutzt wurde. - Vorrichtung für eine chemische Gasphasenabscheidung nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch eine Flusssteuereinheit (
60 ), die zwischen der Gaseinführeinheit (50 ) und der Gasabführeinheit (60 ) angeordnet ist, um einen gleichmäßigen Gasfluss von der Gaseinführeinheit (50 ) zu der Gasabführeinheit (60 ) vorzusehen. - Vorrichtung für eine chemische Gasphasenabscheidung nach Anspruch 2, weiterhin gekennzeichnet durch eine Antriebseinheit (
20 ), die eine Drehleistung zum Drehen des Suszeptors (14 ) in einer Richtung vorsieht. - Vorrichtung für eine chemische Gasphasenabscheidung nach Anspruch 2, weiterhin gekennzeichnet durch eine Heizeinzeit (
30 ), die nahe dem Suszeptor (14 ) angeordnet ist, um Wärme zu dem Suszeptor (14 ) zuzuführen. - Vorrichtung für eine chemische Gasphasenabscheidung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flusssteuereinheit (
60 ) umfasst: ein Trennwandglied (61 ), das an der Außenseite des Reaktionsofens (1 ) angeordnet ist, um den Reaktionsofen (1 ) in der Reaktionskammer (10 ) zu definieren und um das von der Gaseinführeinheit (50 ) zugeführte Gas in den Reaktionsofen (1 ) einzuführen und dabei den Druck des Reaktionsgases einzustellen, und wenigstens eine Gaskammer (11 ,12 ,13 ), die zwischen der Außenwand der Reaktionskammer (10 ) und dem Trennwandglied (61 ) angeordnet ist, um das von der Gaseinführeinheit (50 ) zugeführte Reaktionsgas zu speichern und das Reaktionsgas durch das Trennwandglied (61 ) zuzuführen. - Vorrichtung für eine chemische Gasphasenabscheidung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Gaskammern (
11 ,12 ,13 ) vorgesehen sind, wobei die Vorrichtung für eine chemische Gasphasenabscheidung wenigstens ein Unterteilungsglied (64a ,64b ) umfasst, das die Vielzahl von Gaskammern (11 ,12 ,13 ) voneinander trennt. - Vorrichtung für eine chemische Gasphasenabscheidung nach Anspruch 5, weiterhin gekennzeichnet durch eine Wirbelverhinderungseinheit (
70 ), die in der Reaktionskammer (10 ) an einer Seite gegenüber dem Suszeptor (14 ) angeordnet ist, um die Distanz zwischen dem Suszeptor (14 ) und der Reaktionskammer (10 ) allmählich zu der Gaseinführeinheit (50 ) hin zu vermindern. - Vorrichtung für eine chemische Gasphasenabscheidung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flusssteuereinheit (
60 ) umfasst: eine geneigte Trennwand (62 ), die an der Außenseite des Reaktionsofens (1 ) angeordnet ist, um den Reaktionsofen (1 ) in der Reaktionskammer (10 ) zu definieren und um das von der Gaseinführeinheit (50 ) zugeführte Reaktionsgas in den Reaktionsofen (1 ) einzuführen und dabei den Druck des Reaktionsgases einzustellen, wobei die geneigte Trennwand (62 ) mit einem vorbestimmten Winkel geneigt ist, und eine Vielzahl von Gaskammern (11 ,12 ,13 ), die zwischen der Außenwand der Reaktionskammer (10 ) und der geneigten Trennwand (62 ) angeordnet sind, um das von der Gaseinführeinheit (50 ) zugeführte Reaktionsgas zu speichern und das Reaktionsgas durch die geneigte Trennwand (62 ) zuzuführen, und wenigstens ein Unterteilungsglied (65a ,65b ), das die Gaskammern (11 ,12 ,13 ) voneinander trennt. - Vorrichtung für eine Gasphasenabscheidung nach Anspruch 8, weiterhin gekennzeichnet durch eine Wirbelverhinderungseinheit (
70 ), die in der Reaktionskammer (10 ) an einer Seite gegenüber dem Suszeptor (14 ) angeordnet ist, um die Distanz zwischen dem Suszeptor (14 ) und der Reaktionskammer (10 ) allmählich zu der Gaseinführeinheit (50 ) hin zu vermindern. - Vorrichtung für eine chemische Gasphasenabscheidung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flusssteuereinheit (
60 ) umfasst: eine Vielzahl von Gaskammern (11 ,12 ,13 ), die in der Reaktionskammer (10 ) angeordnet sind, wenigstens ein Unterteilungsglied (65a ,65b ), das die Gaskammern (11 ,12 ,13 ) voneinander trennt, sodass die Gaskammern (11 ,12 ,13 ) verschiedene Längen aufweisen und gestuft sind, und Unterteilungstrennwände (63 ,63b ,63c ), die an Endteilen der Gaskammern (11 ,12 ,13 ) angeordnet sind, um das von der Gaseinführeinheit (50 ) zugeführte Reaktionsgas in den Reaktionsofen (1 ) einzuführen und dabei den Druck des Reaktionsgases einzustellen, wobei die Gaskammern (11 ,12 ,13 ) zwischen der Außenwand der Reaktionskammer (10 ) und den Unterteilungstrennwänden (63a ,63b ,63c ) angeordnet sind, um das von der Gaseinführeinheit (50 ) zugeführte Reaktionsgas zu speichern und das Reaktionsgas durch die Unterteilungstrennwände (63a ,63b ,63c ) zuzuführen. - Vorrichtung für eine chemische Gasphasenabscheidung nach Anspruch 10, weiterhin gekennzeichnet durch eine Wirbelverhinderungseinheit (
70 ), die in der Reaktionskammer (10 ) an einer Seite gegenüber dem Suszeptor (14 ) angeordnet ist, um die Distanz zwischen dem Suszeptor (14 ) und der Reaktionskammer (10 ) allmählich zu der Gaseinführeinheit (50 ) hin zu vermindern. - Vorrichtung für eine chemische Gasphasenabscheidung nach Anspruch 10, weiterhin gekennzeichnet durch eine Vielzahl von parallelen Führungsgliedern (
67 ), die an den Unterteilungstrennwänden (63a ,63b ,63c ) in einer im wesentlichen horizontalen Richtung angeordnet sind, um einen Fluss des Reaktionsgases zu führen. - Vorrichtung für eine chemische Gasphasenabscheidung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaseinführeinheit (
50 ) eine Vielzahl von Gaszuführleitungen umfasst, die mit den Gaskammern (11 ,12 ,13 ) verbunden sind, um verschiedene Gase zu den Gaskammern (11 ,12 ,13 ) zuzuführen. - Vorrichtung für eine chemische Gasphasenabscheidung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (
20 ) umfasst: ein angetriebenes Zahnrad (21 ), das an einer Außenfläche des Suszeptors (14 ) ausgebildet ist, ein Antriebszahnrad (22 ), das in das angetriebene Zahnrad (21 ) eingreift, und einen Drehmotor (24 ), der an einem Ende einer Antriebswelle (23 ) angeordnet ist und das Antriebszahnrad (22 ) dreht, um eine Drehleistung vorzusehen. - Vorrichtung für eine chemische Gasphasenabscheidung nach Anspruch 3, weiterhin gekennzeichnet durch eine Welle (
23 ), die an einem mittigen Teil des Suszeptors (14 ) angeordnet ist, um den Suszeptor (14 ) zu drehen, wobei die Welle (23 ) die Gasabführeinheit (50 ) enthält, wobei die Antriebseinheit (20 ) umfasst: ein angetriebenes Zahnrad (21 ), das an dem Suszeptor (14 ) angeordnet ist, ein Antriebszahnrad (22 ), das in das angetriebene Zahnrad (21 ) eingreift, und einen Drehmotor (24 ), der an einem Ende einer Antriebswelle (23 ) angeordnet ist und das Antriebszahnrad (22 ) dreht. - Vorrichtung für eine chemische Gasphasenabscheidung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasabführeinheit (
50 ) umfasst: ein Abführloch (51 ), das an einem inneren, oberen Teil der Reaktionskammer (10 ) oder an einem mittigen Teil des Suszeptors (14 ) ausgebildet ist, und eine Abführleitung (52 ), die mit dem Abführloch (51 ) verbunden ist.
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