用于CVD反应器的屏蔽板的制作方法

本发明涉及一种cvd(化学气相沉积)反应器，其具有具备圆形的平面形状的进气机构，所述进气机构具有朝向处理室的、被冷却的盖板和能够被加热装置加热的基座，其中，所述盖板具有出口，并且所述cvd反应器还具有与所述盖板邻接的、具备圆形的平面形状的屏蔽板，所述屏蔽板具有中央区域、围绕中央区域的环形区域、朝向盖板的背侧和朝向处理室的平坦的第一排气面，多个排气孔通入所述第一排气面，其中，所述背侧在所述中央区域中定义出平行于排气面延伸的背侧平面，并且其中，所述背侧具有用于影响屏蔽板与盖板的热学耦合的和/或用于影响穿过屏蔽板的热流的结构，所述结构构成相对于所述背侧平面的至少一个凸出部和/或至少一个凹部。

本发明还涉及一种在cvd反应器中使用的屏蔽板。

本发明还涉及一种用于影响屏蔽板的朝向处理室的第一排气面的温度的方法，所述屏蔽板布置在cvd反应器的被冷却的盖板之间并且具有圆形的平面形状，所述屏蔽板具有中央区域、围绕中央区域的环形区域、朝向盖板的背侧和朝向处理室的平坦的第一排气面，多个排气孔通入所述第一排气面，其中，所述背侧在其中央区域中定义出平行于排气面延伸的背侧平面，并且其中，被加热装置加热的基座支承着至少一个基板，所述基板被热处理，其中，产生从所述基座至盖板的热流，其中，借助布置在所述屏蔽板的背侧上的结构影响屏蔽板与盖板的热学耦合和/或影响穿过屏蔽板的热流，其中，所述结构构成相对于所述背侧平面的至少一个凸出部和/或至少一个凹部。

背景技术：

在文献de102012110125a1描述了前述类型的设备。在此阐述的cvd反应器或在此阐述的用于在半导体基板上沉积薄半导体层的方法具有进气机构，处理气体通过进气机构供给到处理室中。屏蔽板在进气机构的底板的排气面的下方延伸，该屏蔽板具有与底板的排气孔对齐的气体贯穿通道。在被加热的基板上放置待覆层的基板。

此外，由文献kr101373746、us6,793,733b2和us9,587,312b2已知这种形式的设备。

此外，由文献us2010/0003824a1规定在进气机构的排气板下方布置的板件，该板件在边缘区域具有变细部。

在前述类型的设备或前述类型的方法中观察到，在屏蔽板的下侧上、也就是朝向处理室的且限制处理室的边界的排气面上构造有非均匀的横向的温度曲线，处理气体从排气面流入处理室。在前述类型的方法中，支承基板的基座从下方被加热到例如大于1000℃的基座温度，该基座在下方限制处理室的边界。盖板被主动地冷却。结果是，构成从基座穿过处理室且穿过屏蔽板至被冷却的盖板的热流。屏蔽板的朝向处理室的排气面的温度基本上通过基座上表面或基板上表面的局部的热辐射功率被影响。这可以局部地改变，使得屏蔽板的上表面温度也可以局部地发生改变。

但是为了对具有薄的尤其半导体层的基板进行均匀的且过程稳定的覆层，需要屏蔽板的朝向处理室的表面具有尽可能小的局部温度差。

文献jp2010-232402a描述了一种cvd反应器，其中在进气机构的排气板的下方布置有另外的板件，该板件固定地与进气机构连接。板件的边缘区域径向地突伸并且具有楔形的形状。

文献de102012110125a1显示一种具有屏蔽板的进气机构，该屏蔽板通过间隙与进气机构的排气面相间隔。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种措施，通过该措施能够局部地影响处理室顶盖的温度曲线。

所述技术问题通过在权利要求中提供的发明方案解决，其中，从属权利要求不仅是在从属权利要求中提供的发明方案的有利的改进方案，而是也提供了技术问题的独立的解决方案。

首先和本质上建议，屏蔽板在其朝向盖板的背侧具有多个结构，所述结构如此构造，使得这些结构局部不同地影响热学耦合和/或穿过屏蔽板的热流。盖板的背侧可以具有多个区域，这些区域彼此邻接并且相互不同地热学耦合。但是，这些区域也可以如此设计，使得从屏蔽板的排气面至背侧的热流在彼此不同的区域中是不同的。通过这些结构能够影响在各个区域之间的热学耦合或者屏蔽板在盖板上的热学耦合。由此通过这种屏蔽板的构造，能够局部地影响由排气面构成的处理室顶盖的表面温度，以便使排气面中的横向的温度梯度最小化，所述温度梯度通过基座的局部不同的热辐射功率造成。在本发明的实施例中可以规定，盖板由进气机构构成。所述进气机构可以具有一个或多个气体分配腔室，所述气体分配腔室从外部通过气体供气管路被供给。至少一个布置在进气机构内的气体分配腔室通过气体贯穿通道与第二排气面相连。第二排气面由底板构成。此外还可以规定，冷却剂容纳腔室直接与盖板邻接。但是也可以规定，所述盖板具有冷却通道或者是冷却体的组成部分。进气机构的气体贯穿通道通入盖板。在盖板中设有多个筛网形式地布置的排气孔，这些排气孔分别通过气体贯穿通道被供给。还可以规定，屏蔽板与盖板相间隔。由此尤其规定在背侧与由盖板构成的第二排气面之间的间隙。所述间隙可以具有最大20mm的间隙高度。优选规定，间隙高度最大等于2mm并且优选在0.3mm至1mm的范围内。还可以规定，由屏蔽板构成的、限定处理室的边界的第一排气面在一个平面内延伸。还可以规定，屏蔽板具有3mm至10mm的材料厚度。可以规定，局部影响穿过屏蔽板的热流的结构通过屏蔽板的具有不同材料厚度的区域构成，其中，屏蔽板的平均的材料厚度可以在5mm至7.5mm的范围内。可以规定，这些结构是相对于平均材料厚度、最大材料厚度或最小材料厚度的凹部或凸出部，其中可以规定，凸出部优选由具有一种材料厚度的区域构成，这种材料厚度相对于最小或最大材料厚度具有最大1mm的偏差，或者凹部由一种区域构成，在这种区域中材料厚度相对于最大或平均材料厚度具有最大1mm的偏差。还可以规定，局部影响穿过屏蔽板的热量的区域具有彼此不同的表面特性，其中尤其规定，所述表面具有不同的热辐射率。还规定，这些区域具有不同的导热性，例如屏蔽板的材料特性局部地发生变化。具有穿过屏蔽板的相互不同热量的区域可以局部地配属于这样的区域，应在基座上被覆层的基板存在于所述区域中。在可旋转的基座中，这些区域可以环形地围绕旋转中心布置。但在本发明的优选的设计方案中规定，用于影响横向的温度曲线的屏蔽板仅仅在边缘区域具有朝向边缘降低的材料厚度。由此，所述屏蔽板按照本发明具有在边缘侧的变细部。在边缘侧的变细部优选通过在边缘区域中楔形的区段构造，其中，具有优选基本上圆形横截面的屏蔽板具有平坦的排气面。屏蔽板的第一排气面可以与盖板的第二排气面对齐。但是也规定，第一气体贯穿孔相对于第二气体贯穿孔至少部分错移地布置。

在前述设备中实施的方法优选涉及用于在半导体基板上沉积半导体层的方法。可以使用蓝宝石基板、硅基板、但也可以使用iii-v族基板作为所述基板。通过进气机构导入处理室内的处理气体优选包含v主族的元素的氢化物和iii主族的元素的金属有机化合物。优选在所述设备中沉积出至少一个gan层。

此外，本发明还涉及一种设有局部结构的、在前述的设备中应用或应用于前述方法的屏蔽板。

凹部的最大深度或者凸出部的最大高度在背侧平面上测量并且可以等于0.3mm至1.2mm。背侧平面由屏蔽板的背侧定义。优选地，背侧的中央区域定义出背侧平面。如果中央区域没有凹部或凸出部而是平坦地延伸，则背侧平面由中央区域的背侧表面定义。相反地，如果背侧的中央区域具有凹部或凸出部，则背侧的围绕凹部或凸出部的平坦的区域定义出背侧平面。由此，背侧平面可以通过背侧的在唯一的平面内大部分表面均匀地延伸的区域定义。屏蔽板的材料厚度或材料强度、也就是厚度由在一个平面内延伸的排气面和背侧平面之间的距离定义。优选地，排气面平行于背侧平面地延伸，从而凹部或凸出部是相对于屏蔽板的其余恒定材料厚度的局部偏差。屏蔽板的径向外侧边缘构成溢流边棱，供给到间隙中的处理气体流过该溢流边棱。溢流边棱可以与至边界元件的环形间隙邻接，所述边界元件由侧壁构成，所述侧壁可以将穿过环形间隙的气体流导入排气环。

附图说明

以下结合附图进一步阐述本发明的实施例。在附图中：

图1示出cvd反应器1的示意图，其具有布置在其中的进气机构2和基座3，其中，屏蔽板10位于进气机构2和基座3之间，所述屏蔽板向上限定处理室11的边界，

图2示出图1中的截取部ii的放大视图，

图3示出图2中的截取部iii的放大视图，

图4示出根据图1的cvd反应器1的设置视图，但是其具有根据第二实施例的屏蔽板10，和

图5示出根据图4的视图，其具有根据第三实施例的屏蔽板10。

具体实施方式

cvd反应器1由气密的且压力密封的不锈钢壳体构成。在惰性气体中输送的处理气体可以通过进气口6被供给到进气机构2的气体分配室2’中。进气机构2也可以具有多个气体分配室2’，使得彼此不同的处理气体可以供给到彼此不同的气体分配室2’中。在本实施例中出于简化的原因仅示出一个气体分配室2’。处理气体可以通过大量的喷淋头形式布置的气体贯穿通道12从气体分配室2’流出。气体贯穿通道12具有两个彼此背离指向的开口。气体入口12”与气体分配室2’邻接，并且排气出口12’与进气机构2的盖板8的排气面8’邻接。

盖板8构成排气面8’，排气出口12’通入排气面。冷却剂容纳腔室13位于与排气面8’背离的侧面上，冷却剂、例如冷却水可以穿流所述冷却剂容纳腔室，以便将由盖板8构成的排气板冷却到300℃以下、200℃以下且尤其100℃以下或更低。

加热装置4位于反应器壳体1内，所述加热装置可以是射频加热器或红外线加热器或类似装置。在该加热装置4中，尤其由带覆层的石墨制成的基座3被加热到大约1000℃以上的基座温度。在基座3的朝向处理室11的上侧上存在一个或多个具有薄层覆层的基板9。

处理室11通过由例如石墨且尤其带覆层的石墨构成的屏蔽板10向上限定边界。但是，屏蔽板10也可以由陶瓷材料或由石英构成。屏蔽板10具有圆形的平面形状。基座3可以大约具有与盖板10相同的尺寸并且同样优选具有圆形的平面形状。

所述屏蔽板10具有大量的气体贯穿孔15。气体贯穿通道15的向上指向的开口15”指向盖板8的排气面8’之间的间隙17。与之背离指向的开口15’构成排气出口，用于将由惰性气体运输的处理气体排出到与排气面14邻接的处理室11。屏蔽板10的背侧16由此与盖板8的排气面8’以间隙高度s相间隔。

由此构成在一个平面中延伸的第一排气面14和同样在一个平面中延伸的第二排气面8’。附图标记7标记出环形的边界元件，该边界元件也可以作为导流器件，以便将供给到处理室中的处理气体通过基座3的边缘导向排气口5，未示出的真空泵和气体清洁装置与排气口邻接。

边界元件7可以固定在进气机构2上。

在图1至3中示出的第一实施例中，屏蔽板10的背侧16直至边缘区域18平坦地构造。由此，屏蔽板10在位于边缘区域18径向内部的中央区域中具有在5mm至7.5mm范围之间的相同的材料厚度。所述屏蔽板在该区域内以大约0.5mm的间隙高度s与盖板8相间隔。

在边缘区域18中，屏蔽板10的材料厚度在构成楔形的环绕斜坡的情况下、朝着径向外侧的边缘逐渐变细。由此，所述边缘区域18通过屏蔽板10成型为凹部和具有不同热量传导性的区域。屏蔽板10的边缘的温度由此可以被影响并且尤其被升高。

在图4所示的实施例中，屏蔽板10的排气面14同样在一个平面内延伸。背侧16基本上同样在与该平面平行的平面内延伸。但背侧16具有区域19，该区域构成局部的凸出部。屏蔽板10在局部的凸出部19的区域中具有比围绕凸出部19的区域内的材料厚度更大的材料厚度。

在图5所示的实施例中，替代图4所示的凸出部19，而设有凹部20。图5中的凹部20或图4中的凸出部19可以是圆形的。

在图4和5所示的实施例中的凹部20或凸出部19处于这样的位置，在所述位置中在屏蔽板10下方将基板9布置在基座3上。

在所有的实施例中，屏蔽板10优选具有筛网形式或喷淋头形式布置的气体贯穿孔15，从气体贯穿孔12进入间隙17的处理气体穿过气体贯穿孔15可以进入处理室11中。

在图1至图3所示的实施例中，屏蔽板10的气体贯穿通道15与进气机构2的气体贯穿通道12相错移地布置。在图4和图5所示的实施例中，气体贯穿通道15与气体贯穿通道12相对齐。

屏蔽板10的材料厚度d可以在3mm至12mm的范围内。优选地，材料厚度d可以在5mm至7.5mm的范围内。间隙高度s可以在0.3mm至1mm的范围内、优选是0.5mm。凹部的深度a可以在0.46mm至0.9mm的范围内。相应地，凸出部的尺寸也可以在0.46mm至0.9mm的范围内。

但是，凸出部或凹部的尺寸也可以根据备选方案在0.5mm至1.2mm的范围内。

图2和图3以附图标记l示出假想的柱形外罩面，该柱形外罩面围绕圆形的基座3延伸。柱形外罩面l的直径等于基座3的直径，使得处理室11被外罩面l围绕。屏蔽板10构成环形区域18，在环形区域内背侧16倾斜地延伸。环形区域18具有朝向盖板8指向的圆锥面，该圆锥面既在径向内侧的区域f，也在径向外侧的区域g上延伸。柱形外罩面l在两个区域f和g之间延伸，使得屏蔽板的在横截面中楔形延伸的边缘区域既位于处理室11内部也位于处理室11外部。径向内侧区域f竖向地在基座的边缘3的上方延伸。径向外侧区域g竖向地在围绕基座3的排气通道的上方延伸。在屏蔽板的边棱上，屏蔽板的厚度相对于其在中央区域的厚度减小0.3mm至1.2mm或0.46mm至0.9mm。

在由环形区域18围绕的中央区域中，背侧16在一个平面内延伸，该平面平行于排气面14且平行于排气面8’延伸。由此，间隙17既在屏蔽板10的中央区域之上，也在边缘区域18之上延伸，使得从出口12’排出的处理气体也可以流入间隙17的在环形区域18之上延伸的区段中。

在环形区域18的在横截面中楔形的区域中存在气体贯穿通道15，使得进入布置在环形区域18上方的间隙17中的处理气体可以通过配属于环形区域18的出口15’进入到处理室11内。

上述实施方式用于阐述在申请中整体包含的发明，该发明至少通过以下特征组合分别独立地扩展了现有技术，其中，两个、多个或所有的技术特征组合也可以相互组合，即：

一种cvd反应器，其特征在于，所述屏蔽板10具有由所述排气面14和背侧平面之间的间距定义的、在3mm至12mm范围内的材料厚度d，并且所述屏蔽板10通过间隙17与由盖板8构成的第二排气面8’相间隔，所述间隙由所述第二排气面8’与背侧平面之间的间距定义并且具有0.3mm至1mm范围内的间隙高度s。

一种屏蔽板，其特征在于，所述屏蔽板10具有由所述排气面14和背侧平面之间的间距定义的、在3mm至12mm范围内的材料厚度d，并且所述凹部相对于背侧平面的最大深度或者所述凸出部相对于背侧平面的最大高度在0.46mm至0.9mm的范围内或者在0.5mm至1.2mm的范围内。

一种方法，其特征在于，所述屏蔽板10具有由所述排气面14和背侧平面之间的间距定义的、在3mm至12mm范围内的材料厚度d，并且所述屏蔽板10的背侧16通过间隙17与所述盖板8相间隔，所述间隙具有0.3mm至1mm范围内的间隙高度s。

一种cvd反应器或者屏蔽板或者方法，其特征在于，所述凹部由环形区域18构成，所述环形区域的背侧面是锥形面，使得所述屏蔽板10在所述环形区域内具有朝向边缘楔形地降低的材料厚度。

一种cvd反应器或方法，其特征在于，所述屏蔽板10的背侧16在所述中央区域内是平坦的并且相对于所述盖板8的第二排气面8’具有具备恒定的间隙高度s的间距。

一种cvd反应器、屏蔽板或方法，其特征在于，至少一个凹部18、20或凸出部19布置在所述中央区域内并且与屏蔽板10的边缘相间隔地布置，或者所述凹部18、20或凸出部19配属于所述中央区域并且与屏蔽板10的边缘相间隔。

一种cvd反应器或方法，其特征在于，所述凹部18、20或凸出部19是局部结构，其竖向地分别在相应的基板9的上方延伸。

一种cvd反应器或方法，其特征在于，所述盖板8的出口12’与所述屏蔽板10的气体贯穿通道15相对齐或者相对于所述气体贯穿通道15错移地布置。

一种cvd反应器或方法，其特征在于，所述基座3的径向最外侧的边缘定义出边界线l，并且在横截面中楔形地延伸的环形区域18的径向内侧区域f沿径向在所述边界线l内延伸，并且所述环形区域18的径向外侧区域g沿径向在所述边界线l外延伸。

一种cvd反应器或方法，其特征在于，所述径向内侧区域f和径向外侧区域g具有径向延伸量，它们彼此间相差最大百分之50、最大百分之30、最大百分之20或最大百分之10。

一种方法，其特征在于，通过排气出口12’排出的处理气体在所述第二排气面8’与背侧16之间的间隙17内被分配，并且进入所述间隙的在环形区域18上方延伸的区域，并且通过至少一个布置在环形区域18中的气体贯穿通道15进入所述处理室11。

一种cvd反应器，其特征在于，位于所述第二排气面8’和背侧16之间的所述间隙17延伸直至超出所述环形区域18，使得通过排气出口12’排出的处理气体在所述间隙内被分配并且能够通过至少一个布置在环形区域18中的气体贯穿通道15进入所述处理室11。

一种cvd反应器或方法，其特征在于，所述盖板8直接与冷却剂容纳腔室13邻接，通入排气出口12’的气体贯穿通道12穿过所述冷却剂容纳腔室。

所有公开的特征(本身及其相互组合)都有发明意义或发明价值。在本申请的公开文件中，所属/附属的优先权文本(在先申请文件)的公开内容也被完全包括在内，为此也将该优先权文本中的特征纳入本申请的权利要求书中。从属权利要求的特征即使没有相应权利要求的技术特征也都是对于现有技术有独立发明意义或价值的改进设计，尤其可以这些从属权利要求为基础提出分案申请。在每个权利要求中提供的发明可以附加地具有一个或多个在前述说明中、尤其设有附图标记和/或在附图标记列表中提供的技术特征。本发明也涉及一些设计形式，其中，在前述说明书中提到的个别技术特征不能实现，尤其就此可被视作出对于各个应用目的是不必要的或者能被其它技术上可同样实现的器件替代。

附图标记列表

1cvd反应器

2进气机构

2’气体分配室

3基座

4加热装置

5排气口

6进气口

7边界元件

8盖板

8’排气面

9基板

10屏蔽板

11处理室

12气体贯穿通道

12’出口

12”入口

13冷却剂容纳腔室

14排气面

15气体贯穿通道

15’出口

15”入口

16背侧

17间隙

18边缘区域/凹部/环形区域

19凸出部

20凹部

s间隙高度

a深度

d材料强度