DE3816788A1 - Epitaxievorrichtung - Google Patents

Description

Bei der Gasphasenepitaxie werden die zu beschichtenden Wafer in einem Reaktionsraum angeordnet, durch den das Gas für die Epi­ taxie geleitet wird. Die Einlaßöffnung für das Gas ist so ge­ staltet, daß ein möglichst gleichmäßiger Gasstrom über die ge­ samte Breite des Reaktionsraumes erzielt wird. Das ist erfor­ derlich, um ein möglichst gleichmäßiges Aufwachsen der Epitaxieschichten auf allen Wafern zu ermöglichen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine derartige Epitaxievorrichtung anzugeben, bei der die sich im Betrieb ein­ stellende Gasströmung ein möglichst gleichmäßiges Aufwachsen auf den Wafern ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der den Kern der Erfindung ausmachende Gedanke ist der, die Einlaßöffnung für das Gas so zu gestalten, daß sich im Reak­ tionsraum eine weitgehend laminare Gasströmung ausbreitet. Das den Reaktionsraum enthaltende Teil aus Glas, Quarz oder Metall wird an die Gaszuleitung angeflanscht. Hinter diesem Flansch muß die Gasströmung soweit aufgeweitet werden, daß der gesamte Reaktionsraum gleichmäßig laminar durchflutet wird. Zu dem Zweck ist in der Regel ein sogenannter Taper zwischen dem Flansch und dem Reaktionsraum vorhanden. Dieser Taper sorgt in erster Linie für eine seitliche Aufweitung des Gasstroms. Bei dem erfindungsgemäßen Aufbau wird eine gleichmäßige laminare Gasströmung dadurch erzeugt, daß eine spezielle Einlaßöffnung vorgesehen ist, die bewirkt, daß sich zum Reaktionsraum hin ein Druckabfall von mindestens zwei Prozent des Arbeitsdruckes im Reaktionsraum ergibt. Bei in der Praxis verwendeten Ausführungsformen kann dieser Druckabfall auch etwa sieben bis 30 Prozent des Arbeitsdruckes im Reaktionsraum betragen.

Es folgt eine Beschreibung anhand der Figuren.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Epitaxievorrichtung in Seitenansicht im Querschnitt.

Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Epitaxievorrichtung aus Fig. 1 in Aufsicht im Querschnitt.

Fig. 3 und 4 zeigen zwei weitere Ausgestaltungen einer erfindungs­ gemäßen Epitaxievorrichtung in Seitenansicht im Quer­ schnitt.

Fig. 5 bis 8 zeigen erfindungsgemäße Ausgestaltungen der speziellen Einlaßöffnung in Strömungsrichtung gesehen.

Der für die Erzeugung laminarer Strömung erforderliche Druckabfall im Bereich der Einlaßöffnung wird dadurch erreicht, daß eine spezielle Einlaßöffnung, die eine Verengung des Strö­ mungskanals darstellt, ausgebildet wird. Dies kann zum Beispiel durch die Formgebung der Wandung geschehen. In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die untere Wandung derart nach oben abknickt, daß sich als spezielle Einlaßöffnung 2 ein in Strömungsrichtung gesehen querliegender Spalt ergibt. An diese spezielle Einlaßöffnung 2 schließt sich der Taper an, der erforderlich ist, um den Gasstrom von der niedrigen Spalt­ höhe allmählich aufzuweiten, ohne daß sich erneut Wirbel oder Inhomogenitäten bilden. Auf diese Weise gelingt es, den Reaktionsraum weitgehend homogen laminar zu durchfluten. Eine Aufsicht dieser Epitaxievorrichtung zeigt Fig. 2. Fig. 3 stellt einen Alternativenaufbau dar, bei dem in einer Verengung der Einlaßöffnung ein Stab oder dergleichen mit der Achse quer zur Strömungsrichtung eingeschmolzen ist. Dieser Stab ist kamm­ artig eingeschnitten, so daß sich für die Gasströmung eine schleusenartige Öffnung ergibt. Den Querschnitt durch eine derart gebildete spezielle Einlaßöffnung 3 ist in den Fig. 5 bis 7 dargestellt. In diesen Figuren läßt sich erkennen, daß je nach Ausführungsbeispiel die Schlitze unterschiedliche Breite und verschiedene Verteilungen aufweisen können. Eine vorteil­ hafte Ausgestaltung kann sich ergeben, wenn die Öffnung für die Strömung nach außen hin zunimmt, d.h. die Schlitze dichter beieinander angeordnet sind und/oder die Breite der Schlitze nach außen hin zunimmt. Auf diese Weise läßt sich im Taper ein geeignetes Strömungsprofil aufbauen. Die in Fig. 1 dargestellte Verengung der Einlaßöffnung zu einem Spalt läßt sich auch wie in Fig. 4 dargestellt durch beidseitige symmetrische Verengung herstellen.

Es werden im folgenden vier Ausführungsbeispiele für Ausfüh­ rungsformen der speziellen Einlaßöffnung 2 beschrieben. Die spezielle Einlaßöffnung 2 kann aus einem Spalt bestehen, was den in Fig. 1 und 4 gezeigten Ausführungsformen entspricht. Dieser Spalt kann in Strömungsrichtung des Gases gesehen kurz (1 bis 2 mm) ausgebildet sein und über die Spaltlänge hinweg eine unterschiedliche Breite aufweisen. Eine erfindungsgemäße Ausgestaltung könnte in der Mitte der speziellen Einlaßöffnung 2 eine geringere Spaltbreite aufweisen als nach außen hin. Ebenso ist eine über die gesamte Spaltlänge hinweg variierende oder abwechselnd zu- und abnehmende Spaltbreite möglich. Zur Anpassung an die Höhe des Reaktionsraumes 4 ist ein hinreichend langer Taper erforderlich.

Eine zweite Ausgestaltung der speziellen Einlaßöffnung 2 sieht einen in Strömungsrichtung des Gases gesehen langen Spalt vor. Eine Länge bis etwa 2 cm ist dabei sinnvoll. Auch hier ist ein langer Taper zur Anpassung an die Höhe erforderlich.

Eine dritte Ausgestaltung der speziellen Einlaßöffnung 2 besteht in einem eingeschmolzenen Wulst, Stab oder einer Platte, der bzw. die in kammartiger Weise mit Schlitzen ver­ sehen ist. Je nach der senkrecht zur Strömungsrichtung ge­ messenen Höhe dieser Schlitze bemißt sich die Länge des er­ forderlichen Tapers. Die Fig. 5 bis 7 zeigen typische Ausge­ staltungen solcher mit Schlitzen versehenen Wülste oder Stäben in Strömungsrichtung des Gases gesehen. Die in Fig. 5 gezeigte Anordnung der Schlitze weist gleichbleibende Schlitzbreite und gleichbleibende Abstände der Schlitze untereinander auf. Eine Verbesserung wird erzielt, wenn die Anordnung der Schlitze an das zu erzielende Strömungsprofil angepaßt wird. Fig. 6 zeigt eine solche Anordnung, bei der die Schlitze zur Mitte der Ein­ laßöffnung hin untereinander weitere Abstände aufweisen als an den Außenseiten der speziellen Einlaßöffnung. Zusätzlich zu einer Variation der Schlitzabstände läßt sich auch die Breite der einzelnen Schlitze und damit die durch diese Schlitze ge­ bildete Öffnungsfläche variieren. Fig. 7 zeigt eine solche Aus­ gestaltung, bei der die Schlitzbreite nach außen hin zunimmt. Die Abstände der einzelnen Schlitze untereinander ist in der Zeichnung jeweils etwa gleich groß; es ist selbstverständlich auch hier möglich, die Abstände von innen nach außen zu vari­ ieren.

Eine vierte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen speziellen Ein­ laßöffnung 2 sieht eine gelochte Platte vor. Wegen der größeren Abmessungen einer solchen Platte ist nur ein kurzer Taper er­ forderlich, oder es kann auf den Taper ganz verzichtet werden. Durch die Durchmesser und Anordnung der Löcher in der gelochten Platte wird das Strömungsprofil des Gases eingestellt. Die Durchmesser der Löcher können gleich groß sein, und die An­ ordnung der Löcher über die gesamte Fläche kann gleichmäßig sein. Eine andere mögliche Ausgestaltung zeigt Fig. 8. Hierbei nimmt die Öffnungsfläche je Plattenfläche nach außen hin zu. Der Gasdurchlaß in der Mitte der mit einer solchen gelochten Platte gebildeten speziellen Einlaßöffnung 2 ist geringer als der entsprechende Gasstrom an den Außenseiten.

Bei dem erfindungsgemäßen Aufbau kommt es nicht auf die spezielle Ausgestaltung z.B. mit einer der oben beschriebenen Ausführungsformen an, sondern der wesentliche Erfindungsgedanke ist in der das Strömungsprofil durch die Variation der Öffnung einstellenden speziellen Einlaßöffnung zu sehen.

Claims (8)

1. Epitaxievorrichtung mit einem durch Wände (1) begrenzten Reaktionsraum mit einem für die Aufnahme von mittels Gaspha­ senepitaxie zu beschichtenden Wafern vorgesehenen Teil (4) und mit einer Einlaßöffnung (3) für die Zuführung des Gasstromes, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsraum eine spezielle Einlaßöffnung (2) hat, die für das einströmende Gas eine Öffnungsbegrenzung darstellt, wo­ bei der für den Gasdurchtritt zur Verfügung stehende Anteil des Querschnitts über die quer zur Gasströmungsrichtung gesehene Fläche in der Weise verteilt und so klein bemessen ist, daß sich bei der im Betrieb vorgesehenen Gasströmungsmenge über die spezielle Einlaßöffnung (2) hinweg ein Druckabfall von min­ destens zwei Prozent des Arbeitsdruckes im Reaktionsraum er­ gibt und daraus eine weitgehend laminare Gasströmung im Reak­ tionsraum resultiert.

2. Epitaxievorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im Betrieb einstellbare Druckabfall mindestens sechs Prozent des Arbeitsdruckes im Reaktionsraum ausmacht.

3. Epitaxievorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die spezielle Einlaßöffnung (2) durch mindestens einen Spalt gebildet ist.

4. Epitaxievorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die spezielle Einlaßöffnung (2) durch einen kammartig ge­ schlitzten Einsatz gebildet wird.

5. Epitaxievorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze in dem geschlitzten Einsatz zur Mitte der spe­ ziellen Einlaßöffnung (2) hin weniger dicht verteilt sind.

6. Epitaxievorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze in dem geschlitzten Einsatz unterschiedliche Breite aufweisen.

7. Epitaxievorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die spezielle Einlaßöffnung (2) durch eine siebartig ge­ lochte Platte gebildet ist.

8. Epitaxievorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Durchmesser und die Verteilung der Löcher in der gelochten Platte derart sind, daß der Anteil Öffnungsfläche je Plattenfläche nach außen hin zunimmt.