DE102004004858A1 - Implements for simultaneously coating number of wafers during semiconductor manufacture by deposition from gas phase, i.e. chemical vapour deposition (CVD), or compressing chemical vapour deposition (LPCVD) as well as gas injector - Google Patents

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Abstract

Implement contains process chamber (Tp) with vertical jacket tube (TL) forming reaction chamber (R). In jacket tube is fitted holder (C) with stacked positions for horizontal holding of wafers (S1-n). Gas injector (I) supplies process gas into reaction chamber. Gas injector and/or opening region (O) in jacket tube extend vertically along holder and are so arranged that process gas stay, its flow velocity, pressure and/or other parameters are similarly adapted. Independent claims are included for gas injector and its manufacture.

Description

Vorrichtung zum Beschichten von Substratscheiben, Gaszufuhreinrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung.contraption for coating substrate wafers, gas supply device and method for their production.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum simultanen Beschichten einer Mehrzahl von Wafern während der Halbleiterherstellung mittels Abscheidung aus der Gasphase (CVD, Chemical Vapour Deposition), insbesondere bei niedrigem Druck (LPCVD, Low Pressure Chemical Vapour Deposition). Ferner betrifft die Erfindung eine Gasinjektionseinrichtung für diese Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung der Gasinjektionseinrichtung.The The present invention relates to a simultaneous coating apparatus a plurality of wafers during semiconductor production by means of vapor deposition (CVD, Chemical Vapor Deposition), especially at low pressure (LPCVD, Low Pressure Chemical Vapor Deposition). Furthermore, the invention relates a gas injection device for this device and a method for producing the gas injection device.

Beschichtungsverfahren, bei denen verschiedene Materialien aus der Gas- bzw. Dampfphase auf Oberflächen von Substraten abgeschieden werden, finden in der Halbleiterherstellung vielfältige Anwendungen. In der Regel werden dabei sehr hohe Anforderungen an die Qualität bzw. Homogenität der dabei erzeugten Schichten gestellt (Schichtdicke, Konformität, etc.), da bestimmte Abweichungen der Schichteigenschaften die Funktionsfähigkeit der zugehörigen Halbleiterstrukturen unerwünscht beeinträchtigen können. Dieses gilt insbesondere für die Herstellung hochintegrierter Schaltkreise (IC intergrated circuit), da diese aufgrund ihrer feinen Strukturgrößen in der Regel sehr empfindlich auf jegliche Abweichung vom vorgesehenen Aufbau reagieren. Oft genügen daher relativ geringe Schichtvariationen, um Halbleiterchips für den vorgesehenen Einsatz unbrauchbar zu machen. Da der in der Halbleiterindustrie herrschende Trend zu immer höheren Integrationsdichten auch in Zukunft anhalten wird, besteht auch weiterhin die Notwendigkeit die Beschichtungsverfahren ständig zu optimieren.Coating process, in which different materials from the gas or vapor phase on surfaces are deposited by substrates found in semiconductor manufacturing diverse applications. As a rule, very high demands are placed on the quality or homogeneity of the process produced layers (layer thickness, conformity, etc.), because certain deviations of the layer properties, the functionality the associated Semiconductor structures undesirable impair can. This applies in particular to the production of highly integrated circuits (IC), because these are usually very sensitive due to their fine structure sizes respond to any deviation from the intended structure. Often, therefore, suffice relatively small layer variations to semiconductor chips for the intended Use unusable. Because of the semiconductor industry prevailing trend to ever higher Integration densities will continue in the future as well The need to continue the coating process continues optimize.

Neben typischen Einzelwafer-Reaktoren, mit denen sehr gute Ergebnisse bei der Beschichtung einzelner Wafer erzielt werden können, kommen auch sogenannte Batch-Reaktoren zum Ein satz. Hierbei wird gleichzeitig eine Vielzahl von Wafern prozessiert, die parallel zueinander in einem Stapel (batch) angeordnet sind. Da es für die Massenanfertigung der Halbleiterindustrie regelmäßig auf einen besonders hohen Durchsatz ankommt, sind bereits Beschichtungsanlagen mit einem Fassungsvermögen von bis zu 200 Wafern vorgesehen. Neben horizontalen Beschichtungsanlagen, bei denen die Wafer auf einem horizontalen Träger nebeneinander angeordnet sind, werden auch sogenannte vertikale Reaktoröfen (vertical batch reactor) verwendet, bei denen die Wafer in einem vertikalen Stapel übereinander angeordnet sind. Diese nehmen gegenüber den horizontal angeordneten Reaktoren deutlich weniger Platz ein.Next typical single-wafer reactors, which gives very good results can be achieved in the coating of individual wafers, come too so-called batch reactors for use. This becomes simultaneous Processed a plurality of wafers parallel to each other in a batch are arranged. As for the mass production of the Semiconductor industry regularly on a particularly high throughput is required, are already coating systems with a capacity of up to 200 wafers. In addition to horizontal coating systems, in which the wafers are arranged side by side on a horizontal support are so-called vertical vertical reactors (vertical batch reactor) used in which the wafers in a vertical stack on top of each other are arranged. These take over the horizontally arranged Reactors significantly less space.

Als besonders schwierig erweist sich bei herkömmlichen Batch-Reaktoren, gleichmäßige Bedingungen für alle Wafer innerhalb des Reaktors zu schaffen. Bedingt durch ihre die Geometrie weist eine Reaktorkammer regelmäßig lokale Bereiche auf, in denen andere physikalische Bedingungen herrschen als im Rest der Reaktorkammer. Sofern jedoch die physikalischen Parameter, wie z. B. die Verteilung, der Druck oder die Zusammensetzung des Prozessgases entlang des Stapels variieren, können auch Abweichungen bei den erzeugten Schichten beobachtet werden. Diese hängen typischerweise von der Position des jeweiligen Wafers innerhalb der Anlage ab, wobei insbesondere zwischen dem ersten und dem letzten Wafer eines Stapels deutliche Unterschiede der Schichtdicke bzw. der Schichtqualität zu beobachten ist. Solche Abweichungen von der Norm können für eine relativ hohe Ausschussrate verantwortlich sein.When Particularly difficult turns in conventional batch reactors, uniform conditions for all To create wafers inside the reactor. Conditioned by their the Geometry, a reactor chamber regularly has local areas in which other physical conditions prevail than in the remainder of the reactor chamber. However, if the physical parameters such. B. the distribution, the Pressure or the composition of the process gas along the stack can vary also deviations in the generated layers can be observed. These hang typically from the position of the respective wafer within the plant from, in particular between the first and the last Wafer of a stack distinct differences in the layer thickness or the layer quality can be observed. Such deviations from the norm may be for a relative high committee rate.

Der hier verwendete Begriff „Prozessgas" umfasst sowohl gas- als auch dampfförmige Materialien. Ebenso sind auch mikrogranulierte Pulver sowie Kombinationen der vorgenanten Stoffe möglich.Of the As used herein, "process gas" includes both gaseous and vaporous materials. Likewise, microgranulated powders and combinations of vorgenanten substances possible.

Um das Prozessgas besser innerhalb des Reaktors verteilen zu können, sieht EP 0491393 B1 eine Gaseinlasseinrichtung mit einem sich entlang der Halteeinrichtung erstreckenden Gasein lassrohr vor, das mehrere auf verschiedenen Höhen angeordnete Gaseinblasöffnungen aufweist.To be able to distribute the process gas better within the reactor sees EP 0491393 B1 a gas inlet device with a gas inlet tube extending along the holding device which has a plurality of gas injection openings arranged at different heights.

Aus JP 04308086 A ist ferner eine LPCVD-Beschichtungsanlage mit einer vertikalen Prozesskammer zur Beschichtung einer Vielzahl von Wafern bekannt, die in einer Halteeinrichtung übereinander angeordnet sind. Zur Verbesserung der Homogenität der erzeugten Schichten wird vorgeschlagen, mehrere Gaseinlasssysteme gleichmäßig entlang des Umfangs der Prozesskammer anzuordnen.Out JP 04308086 A Furthermore, an LPCVD coating system with a vertical processing chamber for coating a plurality of wafers is known, which are arranged one above the other in a holding device. To improve the homogeneity of the layers produced, it is proposed to arrange a plurality of gas inlet systems uniformly along the circumference of the process chamber.

Die Aufgabe der Erfindung ist es eine verbesserte Beschichtungsanlage zur Verfügung zu stellen. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Gasinjektionssystem sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung zur Verfügung zu stellen.The The object of the invention is an improved coating system to disposal to deliver. It is another object of the invention an improved Gas injection system and a method for its production disposal to deliver.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Beschichten von Substratscheiben nach Anspruch 1, eine Gasinjektionseinrichtung nach Anspruch 13 sowie ein Verfahren nach Anspruch 15 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.These The object is achieved by a device for coating substrate slices according to claim 1, a gas injection device according to claim 13 and a method according to claim 15 solved. Further advantageous embodiments are in the dependent claims specified.

Gemäß der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Beschichten von Substratscheiben vorgesehen, die eine vertikale Prozesskammer, ein innerhalb der Prozesskammer vertikal angeordnetes Mantelrohr und eine innerhalb des Mantelrohrs konzentrisch angeordnete Halteeinrichtung aufweist. Die Halteeinrichtung weist ihrerseits im Wesentlichen stapelförmig übereinander angeordnete Positionen zur Aufnahme von Substratscheiben auf, wobei die Aufnahmepositionen die Substratscheiben im Wesentlichen horizontal halten. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Gasinjektionseinrichtung zum Zuführen eines Prozessgases in einen durch das Mantelrohr begrenzten Reaktionsraum. Im Mantelrohr ist ein Öffnungsbereich ausgebildet, der als Auslass für das verbrauchte Prozessgas aus dem Reaktionsraum dient. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass sich die Gasinjektionseinrichtung und/oder der Öffnungsbereich entlang der Halte einrichtung erstrecken. Ferner ist vorgesehen, dass die räumliche Anordnung und Ausgestaltung der Gasinjektionseinrichtung und/oder des Öffnungsbereichs optimiert sind, um den Durchsatz, die Verweildauer, die Strömungsgeschwindigkeit, den Druck und/oder einen weiteren physikalischen Parameter des Prozessgases in dem Bereich der Aufnahmepositionen anzugleichen. Durch das Angleichen dieser speziellen Bedingungen für alle Positionen können positionsabhängige Unterschiede der erzeugten Schichten innerhalb einer Charge minimiert und hierdurch wiederum die Ausbeute der jeweiligen Halbleiterprodukte insgesamt gesteigert werden.According to the invention, an apparatus for coating substrate disks is provided, which comprises a vertical process chamber, a casing pipe arranged vertically within the process chamber and a concentrically arranged within the casing tube holding means. The holding device, for its part, has substantially stack-shaped superimposed positions for receiving substrate wafers, wherein the receiving positions hold the substrate wafers substantially horizontally. Furthermore, the device comprises a gas injection device for supplying a process gas into a reaction space bounded by the jacket tube. In the jacket tube an opening area is formed, which serves as an outlet for the spent process gas from the reaction space. According to the invention, it is provided that the gas injection device and / or the opening region extend along the holding device. It is further provided that the spatial arrangement and configuration of the gas injection device and / or the opening region are optimized in order to adjust the throughput, the residence time, the flow velocity, the pressure and / or a further physical parameter of the process gas in the region of the pickup positions. By matching these special conditions for all positions, positional differences in the generated layers within a batch can be minimized, thereby increasing the overall yield of the respective semiconductor products.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass das Mantelrohr in seinem oberen Bereich mittels eines Deckels gasdicht abgeschlossen ist und der Öffnungsbereich im Wesentlichen auf einer der Gasinjektionseinrichtung gegenüberliegenden Seite der Halteeinrichtung im Mantelrohr ausgebildet ist, um eine im Wesentlichen horizontale Strömung des Prozessgases innerhalb des Reaktionsraums, insbesondere im Bereich der Aufnahmepositionen zu erreichen. Vorteilhaft dabei ist, dass das Prozessgas im Wesentlichen horizontal an den Aufnahmepositionen vorbeiströmt, wodurch eine effektivere und gleichmäßigere Beschichtung der darin untergebrachten Substratscheiben erreicht werden kann. Insbesondere werden hierdurch die Vorteile des Single-Wafer-Reaktor-Prinzips auf einen vertikalen Reaktorofen übertragen, wodurch die Qualität der erzeugten Schichten steigt. Dabei kann unter anderem die radiale Homogenität der erzeugten Schichten auf einer Substratscheibe deutlich verbessert werden. Ferner ermöglicht eine horizontale Strömung auch einen besseren Abtransport des verbrauchten Prozessgases. Da der Stofftransport zwischen den Substratscheiben (S1-Sn) nunmehr aktiv und nicht nur durch Konvektionsprozesse stattfindet, ist die Verweildauer des Prozessgases in den Abscheidezonen insgesamt geringer. Hierdurch werden auch verstärkt Abgase aus den Nebenprodukten der chemischen Reaktion aus dem Reaktionsraum abtransportiert. Da die im Reaktions raum ansonsten verbleibende Abgase sich negativ auf die gewünschte Abscheidereaktion auswirken können, äußert sich ein verbesserter Abtransport dieser Gase insbesondere auch in einer höheren Qualität der erzeugen Schichten. Vorteilhaft dabei ist auch, dass das erfindungsgemäße Design einfach auf bereits bestehende vertikale Reaktoröfen angewendet werden kann, ohne eine aufwendige und kostspielige Neukonzeption vornehmen zu müssen. Ebenso ist auch eine Übertragung dieses Konzepts auf andere Reaktortypen möglich.A particularly advantageous embodiment of the device according to the invention provides that the jacket tube is closed gas-tight in its upper region by means of a lid and the opening region is formed substantially on a side opposite the gas injection device side of the holding device in the jacket tube to a substantially horizontal flow of the process gas within of the reaction space, in particular in the region of the receiving positions. The advantage here is that the process gas flows substantially horizontally past the receiving positions, whereby a more effective and more uniform coating of the substrate wafers housed therein can be achieved. In particular, the advantages of the single-wafer reactor principle are thereby transferred to a vertical reactor furnace, whereby the quality of the layers produced increases. Among other things, the radial homogeneity of the layers produced on a substrate wafer can be significantly improved. Furthermore, a horizontal flow also allows a better removal of the spent process gas. Since the mass transfer between the substrate wafers (S 1 -S n ) now takes place actively and not only by convection processes, the residence time of the process gas in the deposition zones is lower overall. As a result, exhaust gases from the by-products of the chemical reaction are also increasingly transported away from the reaction space. Since the reaction chamber otherwise remaining exhaust gases can have a negative effect on the desired deposition reaction, expressed an improved removal of these gases in particular in a higher quality of the produce layers. Another advantage is that the design of the invention can be easily applied to existing vertical reactor ovens without having to make a costly and costly redesign. Likewise, a transfer of this concept to other reactor types is possible.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Öffnungsbereich des Mantelrohrs sich im Wesentlichen vertikal entlang der gesamten Haltevorrichtung erstreckt und eine sich vertikal entlang der Halteeinrichtung erstreckende Öffnung im Mantelrohr aufweist. Durch eine geeignete Auswahl der Öffnung lässt sich die horizontale Strömung des Prozessgases auf eine besonders vorteilhafte Weise beliebig gestalten.A further advantageous embodiment of the Invention provides that the opening area of the Jacket tube is substantially vertical along the entire holding device extends and a vertically along the holding device extending opening in the Casing tube has. By a suitable selection of the opening can be the horizontal flow the process gas in a particularly advantageous manner as desired shape.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die sich vertikal entlang der Halteeinrichtung erstreckende Öffnung im oberen Bereich des Mantelrohrs breiter ist als im unteren Bereich des Mantelrohrs. Durch dieses konstruktive Merkmal kann unter anderem eine typische Druckabnahme des Prozessgases im oberen Bereich der Reaktionskammer kompensiert werden.According to one advantageous embodiment of the Invention is provided that the vertically along the holding device extending opening in Upper area of the jacket tube is wider than in the lower area of the jacket tube. By this constructive feature can inter alia a typical pressure drop of the process gas in the upper part of the Reaction chamber can be compensated.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird auch darin gesehen, dass der Öffnungsbereich mehrere vertikal entlang der Halteeinrichtung angeordnete Öffnungen im Mantelrohr umfasst. Vorteilhaft dabei ist, dass sich durch eine geeignete Ausgestaltung der Öffnungsbereiche das Profil der horizontalen Strömung individuell bestimmen lässt. Insbesondere können durch eine geeignete Form, Anzahl und/oder Anordnung der Öffnungen die aerodynamischen Bedingungen in den Abscheidezonen der Aufnahmepositionen unabhängig von ihrer relativen Lage innerhalb der Halteeinrichtung angeglichen werden.A further advantageous embodiment of the Invention is also seen in that the opening area a plurality of vertical comprises openings arranged in the jacket tube along the holding device. The advantage here is that by a suitable embodiment the opening areas the profile of the horizontal flow can be determined individually. In particular, you can by a suitable shape, number and / or arrangement of the openings the aerodynamic conditions in the separation zones of the intake positions independently matched by their relative position within the holding device become.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine in einem oberen Bereich des Mantelrohrs angeordnete Öffnung größer ist als eine Öffnung in einem unteren Bereich des Mantelrohrs. Hierdurch lässt sich ebenso die typische Druckabnahme des Prozessgases im oberen Bereich des Reaktionsraums kompensieren.In a further advantageous embodiment of the invention is provided that an opening arranged in an upper region of the jacket tube is larger as an opening in a lower region of the jacket tube. This is possible as well as the typical pressure decrease of the process gas in the upper area of the reaction space compensate.

Ferner sieht eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung vor, dass die Gasinjektionseinrichtung sich im Wesentlichen vertikal entlang der Haltevorrichtung erstreckt und dabei ausgebildet ist, um das Prozessgas gleichmäßig entlang der gesamten Haltevorrichtung in den Reaktionsraum zu verteilen. Mithilfe einer entlang der Haltevorrichtung verlaufenden Gasinjektionseinrichtung lässt sich eine gleichmäßige horizontale Strömung des Prozessgases besonders effektiv erreichen.Furthermore, an advantageous embodiment of the invention provides that the gas injection device extends substantially vertically along the holding device and is designed to distribute the process gas uniformly along the entire holding device into the reaction space. With the help of a running along the holding device gas injection device can be a achieve even horizontal flow of the process gas particularly effective.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Gasinjektionseinrichtung wenigsten zwei rohrförmige Injektionsleitungen aufweist, die im Wesentlichen vertikal zwischen dem Mantelrohr und der Halteeinrichtung nebeneinander verlaufen und jeweils eine Injektionsöffnung in einer unterschiedlichen Höhe aufweisen, wobei die Injektionsleitungen eine gemeinsame Gaszufuhrleitung besitzen und wobei jede der beiden Injektionsleitungen von der Gaszufuhrleitung bis zu ihrer jeweiligen Injektionsöffnung für das Prozessgas jeweils die gleiche effektive Wegstrecke und/oder den gleichen Strömungswiderstand aufweist. Besonders vorteilhaft dabei ist, dass mithilfe der Injektionsleitungen die gleiche Menge des Prozessgases unter identischen Bedingungen in jeweils unterschiedlicher Höhe der Halteeinrichtung abgegeben werden kann.According to one further advantageous embodiment The invention provides that the gas injection device at least two tubular injection lines which is substantially vertical between the casing pipe and the holding device run side by side and each have an injection opening in have a different height, wherein the injection lines have a common gas supply line and wherein each of the two injection lines from the gas supply line up to their respective injection opening for the process gas in each case Same effective distance and / or the same flow resistance having. Particularly advantageous is that using the injection lines the same amount of process gas under identical conditions in different heights the holding device can be dispensed.

Ferner ist in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass jede Injektionsleitung jeweils einen im Wesentlichen vertikalen ersten Abschnitt, einen umgebogenen zweiten Abschnitt und einen im Wesentlichen vertikal verlau fenden dritten Abschnitt aufweist, der die zugehörige Injektionsöffnung aufweist. Vorteilhaft hierbei ist, dass alle Injektionsleitungen im Wesentlichen identischen Strömungseigenschaften für das Prozessgas aufweisen. Insbesondere ermöglicht dieser Aufbau eine Gasinjektionseinrichtung mit mehreren identischen Injektionsöffnungen, die jeweils in unterschiedlichen Höhen angeordnet sind, wobei jede Injektionsöffnung unabhängig von ihrer jeweiligen Höhe die gleiche Menge an Prozessgas in den Reaktionsraum abgeben kann.Further is in an advantageous embodiment the invention provides that each injection line each one essentially vertical first section, a bent second Section and a substantially vertically duri fenden third Section has, which has the associated injection port. The advantage here is that all injection lines substantially identical flow characteristics for the Have process gas. In particular, this structure enables a gas injection device with several identical injection ports, each in different Heights arranged are, with each injection port independently from their respective height can deliver the same amount of process gas into the reaction space.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht ferner vor, dass die Injektionsleitungen aus im Wesentlichen identischen Rohren bestehen, die jeweils in einer unterschiedlichen Höhe um 180° umgebogen sind. Durch die Verwendung identischer Rohre, die jeweils um 180° umgebogen sind, kann sichergestellt werden, dass jede Injektionsleitung für das Prozessgas die gleichen effektive Wegstrecke darstellt und/oder den gleichen Strömungswiderstand aufweist.A further advantageous embodiment of the Invention also provides that the injection lines from in Essentially identical tubes exist, each in a different Height around Bent 180 ° are. By using identical tubes, each bent 180 °, can be ensured that each injection line for the process gas represents the same effective distance and / or the same flow resistance having.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine CVD- und insbesondere eine LPCVD-Beschichtungsanlage ist.In a further advantageous embodiment of the invention is provided that the device is a CVD and in particular a LPCVD coating system is.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Gasinjektionseinrichtung aus wenigstes zwei im Wesentlichen identischen Rohren herzustellen, die mit einer gemeinsamen Gaszufuhrleitung verbunden und anschließend in jeweils unterschiedlichen Längsabschnitten um 180° gebogen werden. Mithilfe dieses Verfahrens lassen sich die erfindungsgemäßen Gasinjektionseinrichtungen besonders einfach herstellen.According to the invention, it is provided the gas injection device consists of at least two substantially identical pipes to produce, with a common gas supply line connected and then in each case different longitudinal sections bent by 180 ° become. By means of this method, the gas injection devices according to the invention can be achieved especially easy to make.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:in the The invention will be explained in more detail with reference to drawings. It demonstrate:

1a und 1b zwei Schnittbilder durch eine herkömmliche CVD-Beschichtungsanlage mit einer vertikalen Prozesskammer. 1a and 1b two sectional views through a conventional CVD coating system with a vertical process chamber.

2a und 2b zwei Schnittbilder durch eine erfindungsgemäße CVD-Beschichtungsanlage mit einer vertikalen Prozesskammer. 2a and 2 B two sectional views through a CVD coating system according to the invention with a vertical process chamber.

3a3f sechs mögliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Öffnungsbereichs im Mantelrohr der erfindungsgemäßen Beschichtungsanlage. 3a - 3f six possible embodiments of the opening region according to the invention in the jacket tube of the coating system according to the invention.

4a4d einen erfindungsgemäßen Herstellungsprozess für eine Gasinjektionseinrichtung einer erfindungsgemäßen Beschichtungsanlage. 4a - 4d a manufacturing process according to the invention for a gas injection device of a coating system according to the invention.

Die 1a und 1b zeigen schematisch eine herkömmliche CVD-Beschichtungsanlage, wobei 1a einen vertikalen und 1b einen horizontalen Querschnitt durch die Reaktorkammer darstellen. Die CVD-Anlage ist dabei als ein sogenannter vertikaler Reaktorofen (vertical furnace reactor) ausgebildet. Ein solcher vertikaler Reaktorofen ist z. B. aus EP 0491393 B1 bekannt.The 1a and 1b schematically show a conventional CVD coating machine, wherein 1a a vertical and 1b represent a horizontal cross section through the reactor chamber. The CVD system is designed as a so-called vertical furnace furnace (vertical furnace reactor). Such a vertical reactor furnace is z. B. off EP 0491393 B1 known.

Die hier gezeigte Beschichtungsanlage ist dabei vorzugsweise zum Betrieb als ein typischer Niederdruck-Batch-Reaktor (LPCVD-Batch-Reaktor) vorgesehen und arbeitet mit einem reduzierten Druck. Sie besteht im Wesentlichen aus zwei ineinander verschachtelten zylindrischen Rohren, nämlich einer vertikalen Prozesskammer (TP) und einem innerhalb der Prozesskammer (TP) vorgesehenen Mantelrohr (TL), einem sogenannten Liner, das ebenfalls vertikal ausgebildet ist. Beide Rohre (TL, TP) sind vorzugsweise konzentrisch um eine zentrale Halteeinrichtung (C), dem sogenannten 'Boat' angeordnet, das zur Aufnahme einer Vielzahl von Substratscheiben (S1–Sn) ausgebildet ist. Die Halteeinrichtung weist dazu eine Vielzahl von Aufnahmepositionen (C1–Cn), die vorzugsweise ausgebildet sind, die Substratscheiben (S1–Sn) horizontal zu halten. Jeder Aufnahmeposition (C1–Cn) ist jeweils eine Abscheidezone (Z1–Zn) zugeordnet, in der eine Abscheidereaktion des Prozessgases stattfindet und dabei Material auf eine in der jeweiligen Aufnahmeposition (C1–Cn) angeordnete Substratscheibe (S1–Sn) abgeschieden wird. Die Abscheidezone (Z1–Zn) einer Aufnahmeposition (C1–Cn) wird dabei vorzugsweise durch einen Raumbereich unmittelbar über einer in der jeweiligen Aufnahmeposition (C1–Cn) angeordneten Substratscheibe (S1–Sn) gebildet.The coating system shown here is preferably provided for operation as a typical low-pressure batch reactor (LPCVD batch reactor) and operates at a reduced pressure. It consists essentially of two nested cylindrical tubes, namely a vertical process chamber (T P ) and provided within the process chamber (T P ) jacket tube (T L ), a so-called liner, which is also formed vertically. Both tubes (T L , T P ) are preferably arranged concentrically around a central holding device (C), the so-called 'boat', which is designed to accommodate a multiplicity of substrate wafers (S 1 -S n ). For this purpose, the holding device has a plurality of receiving positions (C 1 -C n ), which are preferably designed to keep the substrate wafers (S 1 -S n ) horizontal. Each recording position (C 1 -C n ) is assigned in each case to a deposition zone (Z 1 -Z n ) in which a deposition reaction of the process gas takes place and in the process material onto a substrate wafer (S 1 ) arranged in the respective pickup position (C 1 -C n ) -S n ) is deposited. The deposition zone (Z 1 -Z n ) of a receiving position (C 1 -C n ) is preferably by a Space region immediately above a in the respective recording position (C 1 -C n ) arranged substrate wafer (S 1 -S n ) formed.

Die Prozesskammer (TP) ist ferner von einer typischen Heizeinrichtung umgeben, die zur Steuerung der Temperatur im Inneren der Beschichtungsanlage dient (hier nicht dargestellt).The process chamber (T P ) is further surrounded by a typical heater, which serves to control the temperature inside the coating plant (not shown here).

Im vorliegenden Fall bestehen Prozesskammer (TP) und Mantelrohr (TL) im Wesentlichen aus jeweils einem vertikalen Hohlrohr mit einer kreisrunden horizontalen Querschnittsfläche, das gasdicht auf jeweils einem konzentrischen Ring (B1, B2) eines waagerecht angeordneten Basisflansches (B) aufliegt und dabei lösbar mit diesem verbunden sein kann. Alternativ können Prozess- und/oder Mantelrohr (TP, TL) auch fest mit dem Basisflansch (B) verschweißt sein. Während die Prozesskammer (TP) in ihrem oberen Bereich mittels eines leicht gewölbten Deckels (T) verschlossen ist, ist das Mantelrohr (TL), das vorzugsweise bis knapp unter die Decke der Prozesskammer (TP) reicht, in seinem oberen Bereich (TL') offen. Die Wandungen der Prozesskammer (TP), des Mantelrohrs (TL) und des Basisflansches (B) bilden einen Strömungskanal für ein in den Reaktionsraum (R) hineinströmendes Prozessgas (G). Die Strömung des Prozessgases (G) ist in 1a mithilfe von Pfeilen angedeutet.In the present case, the process chamber (T P ) and the jacket tube (T L ) essentially consist in each case of a vertical hollow tube with a circular horizontal cross-sectional area which rests gas-tight on a respective concentric ring (B 1 , B 2 ) of a horizontally arranged base flange (B) and it can be releasably connected to this. Alternatively, process and / or jacket tube (T P , T L ) also be welded to the base flange (B). While the process chamber (T P ) is closed in its upper region by means of a slightly curved cover (T), the jacket tube (T L ), which preferably extends to just below the ceiling of the process chamber (T P ), is in its upper region (FIG. T L ') open. The walls of the process chamber (T P ), the jacket tube (T L ) and the base flange (B) form a flow channel for a process gas (G) flowing into the reaction space (R). The flow of the process gas (G) is in 1a indicated by arrows.

Der Basisflansch (B) weist eine Transferöffnung (BO) auf, die innerhalb des inneren der beiden konzentrischen Ringe (B1) ausgebildet ist. Über diese Öffnung (BO) kann der CVD-Reaktor mit einer mit Substratscheiben (S1–Sn) bestückten Halteeinrichtung (C) be- und entladen werden. Die Transferöffnung (BO) wird mittels eines Flanschdeckels (BD) vorzugsweise gasdicht verschlossen. Dieser Verschluss (BD) dient gleichzeitig als Träger für die Halteinrichtung (C), die um ihre vertikale Mittelachse drehbar auf dem Flanschdeckel (BD) montiert ist.The base flange (B) has a transfer port (B O ) formed inside the inner one of the two concentric rings (B 1 ). Via this opening (B O ), the CVD reactor can be loaded and unloaded with a holding device (C) equipped with substrate disks (S 1 -S n ). The transfer opening (B O ) is preferably closed gas-tight by means of a flange cover (B D ). This closure (B D ) also serves as a support for the holding device (C), which is rotatably mounted about its vertical center axis on the flange cover (B D ).

Der Basisflansch (B) weist ferner eine Gasauslassöffnung (A) auf, die mit einer Absaugvorrichtung (hier nicht gezeigt) gekoppelt ist, um die CVD-Kammer auf einem reduzierten Druck zu halten. Ferner weist der Basisflansch (B) auch eine oder mehrere Rohgaseinlassöffnungen auf, durch die Leitungen eines Gasversorgungssystems in die CVD-Kammer eingeführt sind.Of the Base flange (B) also has a gas outlet opening (A), which with a Suction device (not shown here) is coupled to the CVD chamber to keep at a reduced pressure. Furthermore, the base flange (B) also one or more raw gas inlet openings, through the lines a gas supply system are introduced into the CVD chamber.

Dem Gasversorgungssystem einer typischen CVD-Anlage lassen sich in der Regel drei verschiedene Funktionen zuordnen:

  • – eine externe Gasversorgungseinrichtung (hier nicht dargestellt), in der das Prozessgas bzw. einzelne Komponenten des Prozessgases bereitgestellt werden,
  • – eine Gaszufuhreinrichtung (hier lediglich angedeutet), über die die gasförmigen Stoffe aus der Gasversorgungseinrichtung zum CVD-Reaktor transportiert und dabei gegebenenfalls miteinander vermischt werden, sowie
  • – eine innerhalb der CDV-Kammer angeordnete Gasinjektionseinrichtung (I) zum Verteilen des Prozessgases (G) bzw. seiner Komponenten innerhalb der Reaktionskammer (R).
The gas supply system of a typical CVD plant can usually be assigned three different functions:
  • An external gas supply device (not shown here) in which the process gas or individual components of the process gas are provided,
  • - A gas supply means (only indicated here), via which the gaseous substances are transported from the gas supply device to the CVD reactor and thereby optionally mixed together, and
  • - A disposed within the CDV chamber gas injection device (I) for distributing the process gas (G) or its components within the reaction chamber (R).

In dem einfachsten Fall eines herkömmlichen vertikalen CVD-Reaktors besteht die Gasinjektionseinrichtung (I) lediglich aus einem in einem unteren Bereich der Reaktionskammer (R) angeordneten Rohrstutzen (hier nicht gezeigt), durch den das Prozessgas (G) mehr oder weniger kontrolliert in den Reaktionsraum (R) abgegeben wird. Das Prozessgas (G) durchströmt den Reaktionsraum (R) anschließend in einem durch die innere Wandung des Mantelrohrs (TL) und die Halteeinrichtung (C) definierten Strömungskanal im Wesentlichen vertikal nach oben. Nachteilig dabei ist insbesondere, dass die Substratscheiben (S1–Sn) im oberen und im unteren Bereich der Halteinrichtung (C) einer veränderten Gaszusammensetzung ausgesetzt werden. Ohne eine geeignete Gasinjektionseinrichtung (I) zeigen sich daher regelmäßig gravierende Dickenunterschiede zwischen den abgeschiedenen oder gewachsenen Schichten der Substratschei ben (S1–Sn) der oberen und der unteren Aufnahmepositionen (C1-Cn). Neben einem geringeren Schichtwachstum kann bei den Substratscheiben (S1–Sn) in den oberen Aufnahmepositionen (C1–Cn) auch eine durch Einbau von Nebenprodukten der Abscheidereaktion bedingte Abnahme der Qualität der erzeugten Schichten beobachtet werden.In the simplest case of a conventional vertical CVD reactor, the gas injection device (I) consists only of a pipe socket (not shown here) arranged in a lower region of the reaction chamber (R), through which the process gas (G) controls the reaction chamber more or less controlled (R) is delivered. The process gas (G) then flows through the reaction space (R) in a substantially through the inner wall of the jacket tube (T L ) and the holding device (C) flow channel defined vertically upward. The disadvantage here is in particular that the substrate wafers (S 1 -S n ) in the upper and in the lower region of the holding device (C) are exposed to a modified gas composition. Without a suitable gas injection device (I) therefore regularly show serious differences in thickness between the deposited or grown layers of Substratschei ben (S 1 -S n ) of the upper and lower receiving positions (C 1 -C n ). In addition to a lower layer growth, a decrease in the quality of the layers produced due to the incorporation of by-products of the deposition reaction can also be observed in the substrate slices (S 1 -S n ) in the upper absorption positions (C 1 -C n ).

Um diesen negativen Effekten entgegenzuwirken sind daher Maßnahmen notwendig, die eine gegenüber dieser einfachen Lösung verbesserte Verteilung des Prozessgases (G) innerhalb des Reaktionsraums (R) erlauben.Around Counteract these negative effects are therefore measures necessary, the one opposite this simple solution improved distribution of the process gas (G) within the reaction space (R) allow.

Die in den 1a und 1b gezeigte herkömmliche Gasinjektionseinrichtung (I), weist hierzu bereits eine aus einer sich vertikal zwischen dem Mantelrohr (TL) und der Halteeinrichtung (C) über die gesamte Höhe der Halteeinrichtung (C) erstreckenden Injektionsleitung bestehenden Gasinjektionseinrichtung (I') auf. Mithilfe der typischerweise aus einem Quarzrohr gebildeten Injektionsleitung (I') kann das Prozessgas (G) im Reaktionsraum (R) in der unmittelbaren Nähe der Substratscheiben (S1–Sn) abgegeben werden. Wie in 1a gezeigt ist, sorgen im vorliegenden Fall mehrere Injektionslöcher (IO'), die in verschiedenen Höhenabschnitten des Quarzrohrs (I') ausgebildet sind für eine bessere Verteilung des Prozessgases (G) innerhalb des Reaktionsraums (R). Mit ihrer Hilfe kann das Prozessgas (G) in verschiedenen Höhen der Halteeinrichtung (C) injiziert werden. Dabei kann die Anzahl sowie die Verteilung der Löcher (IO') beliebig variieren.The in the 1a and 1b For this purpose, a conventional gas injection device (I) already has a gas injection device (I ') which consists of a vertical injection line extending between the jacket tube (T L ) and the holding device (C) over the entire height of the holding device (C). By means of the injection line (I '), which is typically formed from a quartz tube, the process gas (G) can be released in the reaction space (R) in the immediate vicinity of the substrate wafers (S 1 -S n ). As in 1a In the present case, a plurality of injection holes (I O ') formed at different height portions of the quartz tube (I') provide better distribution of the process gas (G) within the reaction space (R). With their help, the process gas (G) can be injected at different heights of the holding device (C). In this case, the number and the distribution of the holes (I O ') vary arbitrarily.

Das in den 1a und 1b gezeigte herkömmliche Konzept zeigt gegenüber dem zuvor beschriebenen einfachen Konzept, bei dem das Prozessgas (G) ohne eine entsprechende Injektionsleitung nur im unteren Bereich des Reaktionsraums (R) zugeführt wird, bereits eine Verbesserung der Homogenität der erzeugten Schichten. Dies ist insbesondere auf eine günstigere Verteilung des Prozessgases (G) zurückzuführen, die durch eine Injektion des Prozessgases (G) in verschiedenen Höhen der Halteeinrichtung (C) erreicht wird. Eine homogene Verteilung des Prozessgases (G) über die gesamte Höhe der Halteeinrichtung (C) ist jedoch auch mithilfe dieser Methode äußerst schwierig, so dass sich auch hierbei positionsabhängige Dickenunterschiede bei den erzeugten Schichten feststellen lassen.That in the 1a and 1b The conventional concept shown above already shows an improvement in the homogeneity of the layers produced compared to the simple concept described above, in which the process gas (G) is supplied without a corresponding injection line only in the lower region of the reaction space (R). This is particularly due to a more favorable distribution of the process gas (G), which is achieved by injecting the process gas (G) at different heights of the holding device (C). However, a homogeneous distribution of the process gas (G) over the entire height of the holding device (C) is also extremely difficult with the aid of this method, so that position-dependent differences in thickness can also be detected in the layers produced.

Als besonders problematisch bei der Verteilung des Prozessgases (G) mithilfe mehrerer Injektionsöffnungen (IO') erweist sich, dass die Menge des aus einer Injektionsöffnung (IO') heraustretenden Prozessgases (G) nicht bei allen Injektionsöffnungen (IO') gleich ist. Die abgegebene Gasmenge hängt bei einer Multiloch-Injektionsleitung (I') neben dem Gasdruck im Inneren der Injektionsleitung (I') im Bereich des jeweiligen Injektionslochs (IO') bzw. seinem Verhältnis zum Gasdruck im Reaktionsraum (R) insbesondere auch von der Position des jeweiligen Injektionslochs (IO') auf der Injektionsleitung (I') ab. Bei einer typischen Multiloch-Injektionsleitung (I') fällt der im Inneren der Injektionsleitung (I') auf Höhe einer Injektionsöffnung (IO') herrschende Gasdruck umso mehr ab, je weiter diese Injektionsöffnung (IO') vom Gaseinlass entfernt ist bzw. je mehr Injektionslöcher (IO') sich zwischen der jeweiligen Injektionsöffnung (IO') und dem Gaszufuhrleitung befinden. Aus diesem Grund nimmt bei der in 1a gezeigten, sich vertikal entlang der Halteeinrichtung (C) erstreckenden Multiloch-Injektionsleitung (I') die aus einer Injektionsöffnung (IO') austretende Gasmenge mit der Höhe der jeweiligen Injektionsöffnung (IO') ab.It proves to be particularly problematic in the distribution of the process gas (G) with the aid of several injection openings (I O ') that the amount of process gas (G) emerging from an injection opening (I O ') is not the same at all injection openings (I O ') , The amount of gas delivered in a multi-hole injection line (I ') in particular depends on the position in addition to the gas pressure in the interior of the injection line (I') in the region of the respective injection hole (I O ') or its ratio to the gas pressure in the reaction space (R) of the respective injection hole (I O ') on the injection line (I'). In a typical multi-hole injection line (I '), the gas pressure prevailing in the interior of the injection line (I') at the level of an injection opening (I O ') drops all the more as this injection opening (I O ') is removed from the gas inlet or the more injection holes (I O ') are located between the respective injection opening (I O ') and the gas supply line. For this reason, at the in 1a shown, vertically along the holding device (C) extending multi-hole injection line (I ') from an injection port (I O ') exiting gas amount with the height of the respective injection port (I O ') from.

Um zu erreichen, dass in jeder Höhe genau die gewünschte Menge an Prozessgas (G) abgegeben wird, ist Herkömmlicherweise vorgesehen die Größe bzw. die Anzahl der Injektionslöcher (IO') höhenabhängig zu variieren. Allerdings ist diese Methode eingeschränkt, da die Größe der Injektionslöcher (IO') durch die Breite der Injektionsleitung (I') begrenzt wird.In order to achieve that exactly the desired amount of process gas (G) is delivered at each level, it is conventionally provided to vary the size or the number of injection holes (I O ') depending on the height. However, this method is limited because the size of the injection holes (I O ') is limited by the width of the injection line (I').

Ferner zeigt sich auch, dass ein bestimmtes Gasinjektionsprofil, d. h. das Verhältnis der aus den Injektionsöffnungen (IO') ausströmenden Gasmenge, sich mit Hilfe der herkömmlichen Methode kaum realisieren lässt. Sobald sich z. B. das Druckverhältnis zwischen dem Inneren der Injektionsleitung (I') und dem Reaktionsraum (R) ändert, kann sich auch das Gasinjektionsprofil ändern.Furthermore, it is also evident that a certain gas injection profile, ie the ratio of the gas quantity flowing out of the injection openings (I O '), can hardly be realized with the aid of the conventional method. As soon as z. B. changes the pressure ratio between the interior of the injection line (I ') and the reaction space (R), the gas injection profile can change.

Um dennoch sicherzustellen, dass die Löcher (IO') einer Multiloch-Injektionsleitung (I') jeweils eine bestimmte, vom jeweiligen Druck unabhängige Menge an Prozessgas (G) abgeben, müsste der Gasdruck innerhalb der Injektionsleitung (I') derart ansteigen, dass das aus den Löchern (IO') herausströmende Prozessgas (G) Überschallgeschwindigkeit erreicht. Erst oberhalb dieser kritischen Geschwindigkeit ist eine direkte Abhängigkeit der Menge des heraustretenden Gases von dem innerhalb der jeweiligen Injektionsleitung (I') herrschenden Gasdruck praktisch nicht mehr gegeben.In order nevertheless to ensure that the holes (I O ') of a multi-hole injection line (I') each deliver a certain amount of process gas (G) independent of the respective pressure, the gas pressure inside the injection line (I ') would have to increase in such a way that the process gas (G) flowing out of the holes (I O ') reaches supersonic speed. Only above this critical speed is a direct dependence of the amount of gas emerging from the prevailing within the respective injection line (I ') gas pressure practically no longer exist.

Die Verwendung des Überschall-Prinzips hat jedoch praktische Nachteile. Damit das Prozessgas (G) die Injektionsöffnungen (IO') mit Überschallgeschwindigkeit verlassen kann, die Strömung des Prozessgases (G) durch die Injektionsöffnungen (IO') also überkritisch wird, ist ein äußerst hoher Gasdruck innerhalb der jeweiligen Injektionsleitung (I') notwendig. Ein derart hoher Gasdruck begünstigt jedoch die unerwünschte Abscheidung von gasförmigen Material im Inneren der Injektionsleitungen (I'). Je nach Zusammensetzung des verwendeten Prozessgases (G) kann mit der Erhöhung des Gasdrucks auch das Risiko einer Partikelbildung innerhalb der Injektionsleitungen (I') steigen. Beide Effekte können die Funktionsfähigkeit der Beschichtungsanlage stark beeinträchtigen.However, the use of the supersonic principle has practical disadvantages. In order for the process gas (G) to be able to leave the injection openings (I O ') at supersonic speed, ie the flow of the process gas (G) through the injection openings (I O ') becomes supercritical, an extremely high gas pressure within the respective injection line (I ') necessary. However, such a high gas pressure favors the undesired deposition of gaseous material in the interior of the injection lines (I '). Depending on the composition of the process gas used (G), the increase in gas pressure can also increase the risk of particle formation within the injection lines (I '). Both effects can greatly impair the functionality of the coating system.

Daher arbeiten viele herkömmliche Beschichtungsanlagen in der Regel mit einem deutlich niedrigeren Gasdruck, bei dem das Prozessgas (G) mit Unterschallgeschwindigkeit aus den Injektionsöffnungen (IO') heraustritt. Infolgedessen zeigt sich bei diesen Beschichtungsanlagen auch der typische Druckabfall des Prozessgases (G) im oberen Bereich der Reaktionskammer.Therefore, many conventional coating plants usually work with a significantly lower gas pressure at which the process gas (G) with subsonic speed from the injection ports (I O ') emerges. As a result, the typical pressure drop of the process gas (G) in the upper region of the reaction chamber is also evident in these coating systems.

Zur Kompensation dieses unerwünschten Effektes kann die Größe der Injektionsöffnungen (IO') in Längsachse der Injektionsleitungen (I') entsprechend angepasst werden, so dass die Löcher (IO') mit der Entfernung zum Einlass der Injektionsleitung (I') größer werden. Allerdings ist die Größe der Injektionsöffnungen (IO') durch die Ausmaße der jeweiligen Injektionsleitung (I') begrenzt.To compensate for this undesirable effect, the size of the injection openings (I O ') in the longitudinal axis of the injection lines (I') can be adjusted accordingly, so that the holes (I O ') become larger with the distance to the inlet of the injection line (I'). However, the size of the injection openings (I O ') by the dimensions of the respective injection line (I') is limited.

Um der problematischen Druckabnahme im oberen Bereich des Reaktionsraums (R) dennoch zu begegnen, wird ferner die Temperatur in diesem Bereich erhöht. Bedingt durch die Temperaturerhöhung steigt auch die Abscheiderate in den betroffenen Bereichen an, wodurch der zuvor beschriebene Schichtdickenunterschied zwischen dem oberen und dem unteren Bereich der Halteeinrichtung (C) auch reduziert werden kann. Allerdings geht diese Methode auf Kosten des Temperaturbudgets der prozessierten Substratscheiben. Da hierbei die oberen Substratscheiben (S1–Sn) stärker thermisch belastet werden als die unteren, wird die Anwendung dieser Methode auf Substrate eingeschränkt, die kein eingeschränktes thermisches Budget aufweisen. So lässt sich diese Methode nur bedingt bei hochintegrierten Halbleiterstrukturen anwenden. Ihre Herstellung erfordert in der Regel eine Vielzahl komplexer Schritte, die ohnehin das Temperaturbudget der Halbleiterstrukturen strapazieren.In order to counteract the problematic decrease in pressure in the upper region of the reaction space (R), the temperature in this region is also increased. Due to the increase in temperature, the deposition rate also increases in the affected regions, as a result of which the layer thickness difference described above between the upper and the lower region of the holding device (C) can also be reduced. However, this method comes at the expense of the temperature budget of the processed substrate slices. Since in this case the upper substrate wafers (S 1 -S n ) are more thermally stressed as the lower ones, the application of this method is limited to substrates that have no limited thermal budget. Thus, this method can be used only conditionally in highly integrated semiconductor structures. Their production usually requires a large number of complex steps, which in any case strain the temperature budget of the semiconductor structures.

Wie vorstehend erläutert, lässt sich eine zuverlässige Kompensation der positionsabhängigen Schichtdickenunterschiede mit Hilfe der bekannten Methoden nicht erreichen.As explained above, let yourself a reliable one Compensation of position-dependent layer thickness differences not reach with the help of the known methods.

Daher werden im Folgenden erfindungsgemäße Maßnahmen beschrieben, mit deren Hilfe eine gleichmäßigere Verteilung des Prozessgases innerhalb der Reaktionskammer (R) und damit ins besondere eine bessere Kompensation der positionsabhängigen Schichtdickenunterschiede erreicht werden kann.Therefore In the following measures according to the invention are described, with their Help a more even distribution the process gas within the reaction chamber (R) and thus in particular a better compensation of the position-dependent layer thickness differences can be achieved.

Die 2a und 2b zeigen schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung, wobei in 2a ein vertikaler und in 2b ein horizontaler Querschnitt durch die Reaktorkammer dargestellt ist. Die erfindungsgemäße CVD-Anlage weist einen ähnlichen Aufbau auf, wie der in den 1a und 1b bereits dargestellte vertikale Reaktorofen. Dabei ist ebenfalls eine vertikale Prozesskammer (TP) und ein innerhalb der Prozesskammer (TP) angeordnetes Mantelrohr (TL) vorgesehen, das ebenso vorzugsweise konzentrisch eine zentrale Halteeinrichtung (C) zur Aufnahme einer Vielzahl von Substratscheiben (S1–Sn) umschließt.The 2a and 2 B schematically show the structure of a coating apparatus according to the invention, wherein in 2a a vertical and in 2 B a horizontal cross-section through the reactor chamber is shown. The CVD system according to the invention has a similar structure, as in the 1a and 1b already shown vertical reactor furnace. A vertical process chamber (T P ) and a jacket tube (T L ) arranged within the process chamber (T P ) are likewise provided, which also preferably concentrically has a central holding device (C) for receiving a multiplicity of substrate wafers (S 1 -S n ). encloses.

Im Unterschied zu dem herkömmlichen vertikalen Reaktorofen weist die erfindungsgemäße Beschichtungsvorrichtung jedoch zwei erfindungsgemäße Konzepte auf, die sowohl einzeln, als auch in Kombination miteinander die Gleichmäßigkeit der erzeugten Schichten über die gesamte Halteeinrichtung (C) verbessern. Vorteilhaft dabei ist insbesondere, dass sich die erfindungsgemäßen Konzepte einfach auf bereits bestehende vertikale Reaktoröfen anwenden lassen, ohne eine aufwendige und kostspielige Neukonzeption vornehmen zu müssen. Ebenso kann auch eine Übertragung dieser Konzepte auf andere als den hier gezeigten Reaktortypen erfolgen.in the Difference to the conventional one vertical reactor furnace has the coating device according to the invention however, two inventive concepts on, which individually, as well as in combination with each other uniformity the generated layers over improve the entire holding device (C). It is advantageous here in particular, that the inventive concepts are easy on already apply existing vertical reactor furnaces leave without a costly and costly redesign to have to. As well can also be a transfer of these concepts to other than the reactor types shown here take place.

Um die Gleichmäßigkeit der erzeugten Schichten über die gesamte Halteeinrichtung (C) zu verbessern, ist als erstes erfindungsgemäßes Konzept vorgesehen, die Richtung des Strömungskanals innerhalb des Reaktionsraums (R) durch einfache konstruktive Maßnahmen an dem Mantelrohr (TL) zu ändern. Dazu ist ein Öffnungsbereich (0) seitlich im Mantelrohr (TL) ausgebildet, der sich vorzugsweise entlang der gesamten Höhe der Halteeinrichtung (C) erstreckt. Dieser Öffnungsbereich (0) ist dabei vorzugsweise auf einer der Gasinjektionseinrichtung (I) gegenüberliegenden Seite der Halteeinrichtung (C) ange ordnet, um einen horizontalen Gasfluss über die in den Aufnahmepositionen (C1–Cn) üblicherweise angeordneten Substratscheiben (S1–Sn) zu erreichen. Ferner ist das Mantelrohr (TL) in seinem oberen Bereich geschlossen. Wie in 2a dargestellt ist, kann der Abschluss des Mantelrohrs (TL) beispielsweise durch einen Deckel (T) erfolgen, der mit der Wandung des Mantelrohrs (TL) verschweißt ist. Alternativ sind jedoch auch andere Konstruktionen möglich, wie z. B. ein mit der oberen Wandung der Prozesskammer (TP) gasdicht abschließendes oder fest verbundenes Mantelrohr (TL). Die Strömung des Prozessgases (G) innerhalb des Reaktors ist in 2a mithilfe von Pfeilen angedeutet.In order to improve the uniformity of the layers produced over the entire holding device (C), the first concept according to the invention is intended to change the direction of the flow channel within the reaction space (R) by simple structural measures on the jacket tube (T L ). For this purpose, an opening region (0) is formed laterally in the jacket tube (T L ), which preferably extends along the entire height of the holding device (C). This opening area (0) is preferably on one of the gas injection device (I) opposite side of the holding device (C) is arranged to a horizontal gas flow over the in the receiving positions (C 1 -C n ) usually arranged substrate wafers (S 1 -S n ) to reach. Furthermore, the jacket tube (T L ) is closed in its upper region. As in 2a is shown, the completion of the jacket tube (T L ), for example, by a cover (T) take place, which is welded to the wall of the jacket tube (T L ). Alternatively, however, other constructions are possible, such. B. one with the upper wall of the process chamber (T P ) gas-tight or firmly connected jacket tube (T L ). The flow of the process gas (G) within the reactor is in 2a indicated by arrows.

Der Öffnungsbereich (O) kann eine oder mehrere Öffnungen (O1, O2) aufweisen. Seine geometrische Anordnung und/oder seine Ausgestaltung ist dabei optimiert, in den Abscheidezonen (Z1–Zn) der Aufnahmepositionen (C1–Cn) die gleichen Bedingungen für eine Abscheidereaktion des Prozessgases (G) zu schaffen. Dabei ist insbesondere vorgesehen, bestimmte physikalische Parameter des Prozessgases (G) in den Abscheidezonen (Z1–Zn) aller Aufnahmepositionen (C1–Cn) anzugleichen. Als Parameter kommen hierfür insbesondere solche Größen in Frage, deren Änderung einen messbaren Einfluss auf die Abscheidereaktion des Prozessgases (G) haben und somit auf die Wachstumsrate der erzeugten Schichten. Dies sind vor allem der Durchsatz, die Verweildauer, die Strömungsgeschwindigkeit oder der Druck des Prozessgases (G). Ferner können auch weitere physikalische Parameter des Prozessgases (G) berücksichtigt werden, wie z. B. seine Temperatur oder die Konzentration bzw. der Durchmischungsgrad seiner Komponenten.The opening area (O) may have one or more openings (O 1 , O 2 ). Its geometric arrangement and / or its design is optimized to provide the same conditions for a deposition reaction of the process gas (G) in the deposition zones (Z 1 -Z n ) of the receiving positions (C 1 -C n ). In this case, provision is made in particular to match certain physical parameters of the process gas (G) in the deposition zones (Z 1 -Z n ) of all recording positions (C 1 -C n ). Suitable parameters for this are, in particular, those variables whose change has a measurable influence on the deposition reaction of the process gas (G) and thus on the growth rate of the layers produced. These are above all the throughput, the residence time, the flow velocity or the pressure of the process gas (G). Furthermore, other physical parameters of the process gas (G) can be taken into account, such. B. its temperature or the concentration or the degree of mixing of its components.

Vorzugsweise wird mithilfe der Anzahl, der Größe, der Form und/oder der Anordnung der Öffnungen (O1, O2) die Strömung des Prozessgases (G) so beeinflusst, dass während eines Beschichtungsprozesses an jeder Substratscheibe (S1–S4) jeweils die gleiche Menge des Prozessgases (G) vorbeiströmt. Zum Beispiel lässt sich mithilfe eines relativ kleinen Öffnungsdurchmesser in bestimmten Bereichen des Reaktionsraums (R) das Prozessgas (G) in diesen Bereichen stauen, wodurch die Geschwindigkeit des Prozessgases (G) in diesen Bereichen reduziert wird. Gleichzeitig strömt mehr Prozessgas (G) in andere Bereiche des Reaktionsraums (R), was wiederum die Abscheiderate in diesen Bereichen ändern kann.Preferably, by means of the number, the size, the shape and / or the arrangement of the openings (O 1 , O 2 ), the flow of the process gas (G) is influenced such that (S 1 -S 4 ) during each coating process on each substrate wafer the same amount of process gas (G) flows past. For example, using a relatively small orifice diameter in certain areas of the reaction space (R), the process gas (G) can accumulate in these areas, thereby reducing the velocity of the process gas (G) in these areas. At the same time, more process gas (G) flows into other areas of the reaction space (R), which in turn can change the rate of deposition in these areas.

Um die Strömung des Prozessgases (G) mithilfe des im Mantelrohr (TL) ausgebildeten Öffnungsbereichs (O) gezielter zu steuern, kann vorgesehen sein, den Öffnungsbereich (O) des Mantelrohrs (TL) und die Halteeinrichtung (C) sehr nahe beieinander anzuordnen. Beispielsweise können hierzu Mantelrohr (TL) und Halteeinrichtung (C) im Unterschied zu der in den 2a und 2b gezeigten Variante exzentrisch zueinander angeordnet sein, wobei die Halteeinrichtung (C) in Richtung des Öffnungsbereichs (O) verschoben ist. Ferner kann das Mantelrohr (TL) im Bereich seines Öffnungsbereichs (O) auch an die Konturen der Halteeinrichtung (C) angeformt sein.In order to more specifically control the flow of the process gas (G) by means of the opening region (O) formed in the jacket tube (T L ), provision can be made be to arrange the opening area (O) of the jacket tube (T L ) and the holding device (C) very close to each other. For example, this can jacket tube (T L ) and holding device (C) in contrast to the in the 2a and 2 B variant shown to be eccentric to each other, wherein the holding device (C) is displaced in the direction of the opening portion (O). Furthermore, the jacket tube (T L ) in the region of its opening area (O) can also be formed on the contours of the holding device (C).

Um eine bessere Gleichmäßigkeit der erzeugten Schichten über die gesamte Halteeinrichtung (C) zu erreichen, sieht das zweite erfindungsgemäße Konzept eine verbesserte Gasinjektionseinrichtung (I) vor. Die erfindungsgemäße Gasinjektionseinrichtung (I) weist dabei vorzugsweise mindesten zwei Injektionsleitungen (I1–I4) auf, mit deren Hilfe das Prozessgas (G) in unterschiedlichen Höhen der Halteeinrichtung (C) in den Reaktionsraum (R) injiziert werden kann. Die Injektionsleitungen (I1–I4) entspringen dabei einer gemeinsamen Gaszufuhrleitung (IZ), wobei Ihre Anordnung und/oder ihre Ausgestaltung optimiert sind, in den Abscheidezonen (Z1–Zn) der Aufnahmepositionen (C1–Cn) die gleichen Bedingungen für die Abscheidereaktion des Prozessgases (G) zu schaffen. Dabei ist insbesondere vorgesehen, bestimmte physikalische Parameter des Prozessgases (G) in den Abscheidezonen (Z1–Zn) aller Aufnahmepositionen (C1–Cn) anzugleichen. Wie bereits zuvor beschrieben kommen als Parameter hierfür insbesondere Größen in Frage, mithilfe derer die Abscheidereaktion des Prozessgases (G) und somit die Wachstumsrate der auf den Substratscheiben (S1–Sn) erzeugten Schichten beeinflusst werden kann. Dies sind vor allem der Durchsatz, die Verweildauer, die Strömungsgeschwindigkeit und/oder der Druck des Prozessgases (G). Ferner können auch weitere physikalische Parameter des Prozessgases (G) berücksichtigt werden, wie z. B. seine Temperatur oder die Konzentration bzw. der Durchmischungsgrad seiner Komponenten.In order to achieve a better uniformity of the layers produced over the entire holding device (C), the second inventive concept provides for an improved gas injection device (I). The gas injection device (I) according to the invention preferably has at least two injection lines (I 1 -I 4 ), by means of which the process gas (G) can be injected into the reaction space (R) at different heights of the holding device (C). In this case, the injection lines (I 1 -I 4 ) originate from a common gas supply line (I Z ), wherein their arrangement and / or their configuration are optimized in the deposition zones (Z 1 -Z n ) of the receiving positions (C 1 -C n ) to create the same conditions for the deposition reaction of the process gas (G). In this case, provision is made in particular to match certain physical parameters of the process gas (G) in the deposition zones (Z 1 -Z n ) of all recording positions (C 1 -C n ). As already described above, parameters which can be used in particular are parameters which can be used to influence the deposition reaction of the process gas (G) and thus the growth rate of the layers produced on the substrate wafers (S 1 -S n ). These are above all the throughput, the dwell time, the flow rate and / or the pressure of the process gas (G). Furthermore, other physical parameters of the process gas (G) can be taken into account, such. B. its temperature or the concentration or the degree of mixing of its components.

Des weiteren kann die Gasinjektionseinrichtung (I) auch mehrere voneinander unabhängige Gruppen von Injektionsleitungen (I1–I4) bzw. Einzel-Injektionsleitungen (I1–I4) umfassen, die von jeweils unterschiedlichen Gaszufuhrleitungen (IZ) gespeist werden. Hierdurch werden auch Beschichtungsprozesse realisierbar, bei denen z. B. verschiedene Komponenten des Prozessgases (G) erst unmittelbar vor der Abscheidreaktion gemischt werden.Furthermore, the gas injection device (I) can also comprise a plurality of mutually independent groups of injection lines (I 1 -I 4 ) or single injection lines (I 1 -I 4 ) fed by respective different gas supply lines (I Z ). As a result, coating processes can be realized in which z. B. different components of the process gas (G) are mixed only immediately before the deposition reaction.

Im Folgenden werden in den 3a3f beispielhaft sechs mögliche Designs für einen sich vertikal entlang der Längsachse des Mantelrohrs (TL) der erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung erstreckenden Öffnungsbereich (O) gezeigt. Alle Darstellungen entsprechen jeweils einem vertikalen Querschnitt des Mantelrohrs (TL) entlang der Strecke A-A aus 2a.The following are in the 3a - 3f by way of example, six possible designs for an opening region (O) extending vertically along the longitudinal axis of the jacket tube (T L ) of the coating device according to the invention are shown. All representations correspond in each case to a vertical cross section of the jacket tube (T L ) along the route AA 2a ,

Die 3a bis 3d zeigen zunächst vier verschiedene Konzepte für Öffnungsbereiche (O), die jeweils mehrere Öffnungen (O2) im Mantelrohr (TL) aufweisen, während die 3e und 3f jeweils Öffnungsbereiche (O) mit einer einzigen Öffnung (O1) im Mantelrohr (TL) zeigen. Die Anzahl, die Größe, die Form sowie die Anordnung der Öffnungen (O2) kann dabei je nach Anwendungsfall variieren. Hierdurch lässt sich das Profil der horizontalen Strömung des Prozessgases (G) innerhalb des Reaktionsraumes (R) individuell gestalten.The 3a to 3d first show four different concepts for opening areas (O), each having a plurality of openings (O 2 ) in the jacket tube (T L ), while the 3e and 3f each opening areas (O) with a single opening (O 1 ) in the jacket tube (T L ) show. The number, the size, the shape and the arrangement of the openings (O 2 ) can vary depending on the application. As a result, the profile of the horizontal flow of the process gas (G) within the reaction space (R) can be designed individually.

Wie in 3a dargestellt, sieht das erste Design einen Öffnungsbereich (O) mit acht identischen Öffnungen (O2) vor, die innerhalb des Mantelrohrs (TL) ausgebildet sind. Die kreisrunden Öffnungen (O2) sind dabei auf einer vertikalen Achse angeordnet und erstrecken sich äquidistant zueinander entlang des gesamten Mantelrohrs (TL).As in 3a 1, the first design provides an opening area (O) with eight identical openings (O 2 ) formed inside the jacket tube (T L ). The circular openings (O 2 ) are arranged on a vertical axis and extend equidistant from each other along the entire casing tube (T L ).

3b und 3c zeigen zwei Variationen des in 3a gezeigten Öffnungsbereichs (O), wobei auch hier mehrere identische Öffnungen (O2) in jeweils gleichem Abstand zueinander entlang des gesamten Mantelrohrs (TL) angeordnet sind. Im Unterschied zur 3a weisen die Öffnungen (O2) dieser Variationen jedoch elliptische bzw. schlitzförmige Profile auf. 3b and 3c show two variations of the in 3a shown opening area (O), wherein here also a plurality of identical openings (O 2 ) in each case the same distance from one another along the entire jacket tube (T L ) are arranged. In contrast to 3a However, the openings (O 2 ) of these variations have elliptical or slot-shaped profiles.

Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Konzepts wird in 3d deutlich. Hierbei sind fünf kreisrunde Öffnungen (O2) vorgesehen, bei denen der Durchmesser im Unterschied zu den vorhergehenden Designs kontinuierlich mit der Höhe zunimmt. Daher fällt die oberste Öffnung (O2) deutlich größer aus als die unterste. Aus dieser Figur ist ebenfalls ersichtlich, dass die Distanz zwischen zwei unmittelbar benachbarten Öffnungen (O2) ebenfalls verändert werden kann, um ein geeignetes Design zu erreichen.Another variant of the inventive concept is described in 3d clear. Here are five circular openings (O 2 ) are provided, in which the diameter increases continuously with the height, in contrast to the previous designs. Therefore, the top opening (O 2 ) is much larger than the bottom one. It can also be seen from this figure that the distance between two immediately adjacent openings (O 2 ) can also be changed in order to achieve a suitable design.

Da mit der Größe einer Öffnung auch die Menge des durch diese Öffnung hindurchströmenden Gases steigt, lässt sich mithilfe einer Vergrößerung der Öffnungen (O2) im oberen Bereich des Mantelrohrs (TL) einer möglichen Druckabnahme des Prozessgases (G) im oberen Bereich des Reaktionsraums (R) entgegenwirken. Diese unerwünschter Weiser auftretende Druckabnahme führt häufig zu veränderten Bedingungen in den betroffenen Bereichen des Reaktionsraums (R) und damit zu den bereits zuvor diskutierten Nachteilen herkömmlicher vertikaler Batch-Reaktoren. Somit kann insbesondere mithilfe eines asymmetrischen Öffnungsbereichs (O), wie er z. B. in 3d gezeigt ist, eine veränderte Strömung des Prozessgases (G) im Reaktionsraum (R) erzielt werden, die einem Druckabfall des Pro zessgases (G) im oberen Bereich des Reaktionsraums (R) entgegenwirkt und somit zur Gleichförmigkeit der erzeugten Schichten über die gesamte Halteeinrichtung beiträgt.Since the size of an opening also increases the amount of gas flowing through this opening, a possible decrease in the pressure of the process gas (G) in the upper region of the reaction space can be achieved by enlarging the openings (O 2 ) in the upper region of the jacket tube (T L ) Counteract (R). This pressure decrease, which occurs undesirably, frequently leads to altered conditions in the affected regions of the reaction space (R) and thus to the disadvantages of conventional vertical batch reactors already discussed above. Thus, in particular by means of an asymmetric opening area (O), as z. In 3d is shown, an altered flow of the process gas (G) in the reaction space (R) can be achieved, the pressure drop of the process gas (G) in the upper part of the reaction space (R) counteracts and thus contributes to the uniformity of the generated layers over the entire holding device.

3e zeigt hingegen einen Öffnungsbereich (O) mit nur einer einzigen Öffnung (O1), die sich gleichförmig entlang des Mantelrohrs (TL) erstreckt. Mithilfe einer sich gleichmäßig entlang der Halteeinrichtung (C) erstreckenden Öffnung (O1) wird ein homogenes horizontales Strömungsverhalten des Prozessgases (G) durch den Reaktionsraum (R) optimal unterstützt. Dieses macht sich insbesondere in Kombination mit einer geeigneter Gasinjektionseinrichtungen (I) bemerkbar. 3e shows, however, an opening area (O) with only a single opening (O 1 ), which extends uniformly along the jacket tube (T L ). By means of a uniformly along the holding device (C) extending opening (O 1 ), a homogeneous horizontal flow behavior of the process gas (G) through the reaction space (R) is optimally supported. This becomes particularly noticeable in combination with a suitable gas injection device (I).

Auch der in 3f gezeigte Öffnungsbereich (O) weist lediglich eine einzige Öffnung (O1) auf, die sich entlang des Mantelrohrs (TL) erstreckt. Im Unterschied zum vorhergehenden Design nimmt jedoch die Breite der Öffnung (O1) kontinuierlich mit der Höhe zu, so dass die Öffnung (O1) in ihrem oberen Bereich breiter ist als in ihrem unteren Bereich. Hierdurch kann wiederum im oberen Bereich der Öffnung (01) grundsätzlich mehr Gas hindurchströmen als in ihrem unteren Bereich. Auch mit einer einzigen Öffnung (O1), die ein geeignetes Profil aufweist, lässt sich also einer möglichen Druckabnahme des Prozessgases im oberen Bereich des Reaktionsraums (R) entgegenwirken.Also the in 3f shown opening area (O) has only a single opening (O 1 ), which extends along the jacket tube (T L ). In contrast to the previous design, however, the width of the opening (O 1 ) increases continuously with the height, so that the opening (O 1 ) is wider in its upper region than in its lower region. As a result, in turn, more gas can flow through in the upper region of the opening (0 1 ) than in its lower region. Even with a single opening (O 1 ), which has a suitable profile, it is therefore possible to counteract a possible pressure decrease of the process gas in the upper region of the reaction space (R).

Im Folgenden wird beispielhaft die erfindungsgemäße Gasinjektionseinrichtung (I) sowie das erfindungsgemäße Verfahren zu ihrer Herstellung beschrieben.in the The following is an example of the gas injection device according to the invention (I) and the method according to the invention described for their preparation.

Eine grundlegende Motivationen der vorliegenden Erfindung ist es homogene Bedingungen für die Abscheidereaktion innerhalb des Reaktionsraums (R), insbesondere in allen Abscheidezonen (Z1–Zn) der Aufnahmepositionen (C1–Cn) zu schaffen, um vergleichbare Ergebnisse unabhängig von der jeweiligen Lage der Substratscheiben (S1–Sn) innerhalb der Halteeinrichtung (C) zu erreichen. Die hier vorgestellten konstruktiven Maßnahmen können daher sowohl jede für sich allein, als auch in Kombination miteinander zu einer Verbesserung der Homogenität der erzeugten Schichten beitragen.A basic motivation of the present invention is to provide homogeneous conditions for the deposition reaction within the reaction space (R), in particular in all deposition zones (Z 1 -Z n ) of the receiving positions (C 1 -C n ), to obtain comparable results independently of the respective To reach position of the substrate wafers (S 1 -S n ) within the holding device (C). The structural measures presented here can therefore contribute to improving the homogeneity of the layers produced, both individually and in combination with each other.

Dabei verdeutlichen 4a bis 4d zunächst das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Gasinjektionseinrichtung (I) im Sinne der Erfindung. Hierzu werden zuerst mindestens zwei im Wesentlichen identische dünne Rohre (I1–I4) bereitgestellt, wobei ein Ende jedes Rohrs (I1–I4) offen ist und das andere Ende jeweils eine Injektionsöffnung (IO) aufweist. Als Material für die Rohre (I1–I4) wird im vorliegenden Beispiel vorzugsweise Quarz verwendet. Aufgrund seiner guten Verarbeitungseigenschaften, seiner thermische Eigenschaften aufweist und seiner chemischen Stabilität eignet sich Quarz besonders gut als Material für die Gasinjektionseinrichtung. Es sind jedoch auch grundsätzlich andere geeignete Materialien möglich.Make it clear 4a to 4d First, the inventive method for producing a gas injection device (I) in the context of the invention. For this purpose, at least two substantially identical thin tubes (I 1 -I 4 ) are first provided, one end of each tube (I 1 -I 4 ) being open and the other end each having an injection opening (I O ). As material for the tubes (I 1 -I 4 ), quartz is preferably used in the present example. Due to its good processing properties, its thermal properties and its chemical stability, quartz is particularly suitable as a material for the gas injection device. However, other suitable materials are also possible in principle.

Die Anzahl der verwendeten Rohre (I1–I4) kann je nach Anwendung variieren, wobei im vorliegenden Fall beispielhaft die Herstellung einer Gasinjektionseinrichtung (I) mit insgesamt vier Injektionsleitungen (I1–I4) gezeigt wird. Diese Anzahl ermöglicht bereits eine gute Verteilung des Prozessgases (G) innerhalb des Reaktionsraums (R) eines LPCVD-Reaktors aus 2a.The number of tubes used (I 1 -I 4 ) may vary depending on the application, in which case the production of a gas injection device (I) with a total of four injection lines (I 1 -I 4 ) is shown by way of example. This number already enables a good distribution of the process gas (G) within the reaction space (R) of an LPCVD reactor 2a ,

Die jeweils eine Injektionsöffnung (IO) aufweisenden Enden der Quarzrohre (I1–I4) sind dabei vorzugsweise ganz verschlossen. Als Injektionsöffnungen (IO) dienen hier relativ kleine Löcher, die bei allen Injektionsleitungen (I1–I4) jeweils identisch innerhalb der Rohrwandung in einem Endabschnitt der Rohre (I1–I4) ausgebildet sind. Alternativ können auch ganz oder teilweise offene Enden der Quarzrohre (I1–I4) unmittelbar als Injektionsöffnungen (IO) dienen.The respectively one injection opening (I O ) having ends of the quartz tubes (I 1 -I 4 ) are preferably completely closed. Here, relatively small holes are used as injection openings (I O ), which in the case of all injection lines (I 1 -I 4 ) are each identically formed inside the tube wall in an end section of the tubes (I 1 -I 4 ). Alternatively, wholly or partially open ends of the quartz tubes (I 1 -I 4 ) can also serve directly as injection openings (I O ).

Im nächsten Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Quarzrohre (I1–I4) mit ihren offenen Enden mit einer Gaszufuhrleitung (IZ) verbunden, die vorzugsweise ebenfalls als ein Quarzrohr ausgebildet ist. Da durch die Gaszufuhrleitung (IZ), durch die das Prozessgas zugeführt und auf die einzelnen Injektionsleitungen (I1–I4) verteilt werden soll, weist das Quarzrohr (IZ) einen ausreichend großen Querschnitt auf. Dabei ist vorgesehen, alle vier Quarzrohre (I1–I4) derart mit der Gaszufuhrleitung (IZ) zu verbinden, dass das durch die Gaszufuhrleitung (IZ) strömende Prozessgas sich gleichmäßig auf alle Injektionsleitungen (I1–I4) verteilt. 4a zeigt die vier bereits mit der Gaszufuhrleitung (IZ) verbundenen Quarzrohre (I1–I4). Im vorliegenden Beispiel sind die parallel zueinander verlaufenden Quarzrohre (I1–I4) nebeneinander angeordnet, um eine möglichst geringe Einbautiefe zu erreichen. Es können jedoch grundsätzlich auch andere parallele Anordnungen der Quarzrohre (I1–I4) vorgesehen sein. Ferner sind auch Arrangements denkbar, die von einer parallelen Anordnung der Quarzrohre (I1–I4) abweichen.In the next method step of the method according to the invention, the quartz tubes (I 1 -I 4 ) are connected with their open ends to a gas supply line (I Z ), which is preferably likewise designed as a quartz tube. Since the gas supply line (I Z ), through which the process gas is supplied and distributed to the individual injection lines (I 1 -I 4 ), the quartz tube (I Z ) has a sufficiently large cross-section. It is provided to connect all four quartz tubes (I 1 -I 4 ) with the gas supply line (I Z ) in such a way that the process gas flowing through the gas supply line (I Z ) is evenly distributed to all injection lines (I 1 -I 4 ). 4a shows the four already connected to the gas supply line (I Z ) quartz tubes (I 1 -I 4 ). In the present example, the parallel running quartz tubes (I 1 -I 4 ) are arranged side by side to achieve the lowest possible installation depth. However, in principle, other parallel arrangements of the quartz tubes (I 1 -I 4 ) may be provided. Furthermore, arrangements are also conceivable which deviate from a parallel arrangement of the quartz tubes (I 1 -I 4 ).

Im Folgenden werden die zunächst identischen Quarzrohre (I1-I4) in jeweils unterschiedlichen Abschnitten ihrer Längsachse gebogen (4b bis 4d). Dies wird vorzugsweise in bekannter Weise bei einer hohen Temperatur durchgeführt. Dazu werden die geraden Quarzrohre (I1–I4)) nacheinander lokal erhitzt und anschließend um jeweils 180° gebogen.In the following, the initially identical quartz tubes (I 1 -I 4 ) are bent in respectively different sections of their longitudinal axis ( 4b to 4d ). This is preferably carried out in a known manner at a high temperature. For this purpose, the straight quartz tubes (I 1 -I 4 )) are heated locally in succession and then bent by 180 °.

Alternativ ist es allerdings auch möglich, die Quarzrohre (I1–I4) zunächst in die vorgesehene Form zu biegen und sie dann mit der Gaszufuhrleitung (IZ) zu verbinden. Ferner ist auch eine andere alternative Herstellungsweise für die hier beschriebene Gasinjektionseinrichtung (I) vorstellbar.Alternatively, however, it is also possible first to bend the quartz tubes (I 1 -I 4 ) into the intended shape and then to connect them to the gas supply line (I Z ). Further, another alternative is also Method of preparation for the gas injection device (I) described here conceivable.

Wie in 4d gezeigt ist, weist die dabei erzeugte Gasinjektionseinrichtung (I) vier Injektionsleitungen (I1–I4) mit jeweils einer Injektionsöffnung (IO) in jeweils unterschiedlichen Höhen auf. Im vorliegenden Beispiel sind die Injektionsöffnungen (IO) in vertikaler Richtung vorzugsweise äquidistant zueinander angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, unterschiedliche vertikale Abstände der Injektionsöffnungen (IO) vorzusehen, um damit z. B. das Injektionsprofil beliebig zu gestalten. Da alle Injektionsleitungen (I1–I4) die gleiche Länge, den gleichen Durchmesser sowie jeweils einen abknickenden Abschnitt aufweisen, und auch die Injektionsöffnungen (IO) jeweils identisch in demselben Endbereich der Injektionsleitungen (I1–I4) ausgebildet sind, weisen alle Injektionsleitungen (I1–I4) vorzugsweise identische aerodynamische Eigenschaften auf. Insbesondere stellen sie für das sie strömende Prozessgas (G) den gleichen Strömungswiderstand bzw. die gleiche effektive Wegstrecke dar. Daher ist auch die Menge des durch jede der Injektionsöffnungen (IO) austretenden Prozessgases für alle Injektionsleitungen (I1–I4) gleich. Aufgrund der identischen aerodynamischen Bedingungen ändert sich das Mengenverhältnis des injizierten Prozessgases (G) im Unterschied zu einer Herkömmlichen Gasinjektionseinrichtung (I') nicht mit dem im Inneren der Injektionsleitungen (I1–I4) herrschenden Gasdruck.As in 4d is shown, the gas injection device (I) produced in this case has four injection lines (I 1 -I 4 ), each with an injection opening (I O ) in each case at different heights. In the present example, the injection openings (I O ) in the vertical direction are preferably arranged equidistant from each other. However, it is also possible to provide different vertical distances of the injection ports (I O ) in order to ensure that, for. B. to make the injection profile as desired. Since all injection lines (I 1 -I 4 ) have the same length, the same diameter and a respective kinked portion, and also the injection openings (I O ) are each identically formed in the same end region of the injection lines (I 1 -I 4 ) have all injection lines (I 1 -I 4 ) preferably have identical aerodynamic properties. In particular, they represent the same flow resistance or the same effective travel distance for the process gas (G) flowing through them. Therefore, the amount of process gas exiting through each of the injection openings (I O ) is also the same for all injection lines (I 1 -I 4 ). Due to the identical aerodynamic conditions, unlike a conventional gas injection device (I '), the quantitative ratio of the injected process gas (G) does not change with the gas pressure prevailing in the interior of the injection lines (I 1 -I 4 ).

Die vorstehende Beschreibung stellt die Anwendung des erfindungsgemäßen Konzepts beispielhaft anhand einer LPCVD-Beschichtungsanlage dar. Es ist jedoch im Sinne der Erfindung, dieses Konzept auch auf beliebige Beschichtungsverfahren, wie z. B. plasmaunterstützte CVD-Beschichtungverfahren, anzuwenden.The The above description represents the application of the inventive concept exemplified by an LPCVD coating system. However, it is within the meaning of the invention, this concept also on any Coating method, such. Plasma enhanced CVD coating processes, apply.

Die in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in Kombination für die Erfindung wesentlich sein.The in the claims, The description and drawings disclosed features of the invention can essential both individually and in combination for the invention be.

S1–Sn S 1 -S n
Substratscheibesubstrate wafer
C1–Cn C 1 -C n
Aufnahmepositionpickup position
Z1–Zn Z 1 -Z n
Abscheidezoneseparation zone
CC
Halteeinrichtungholder
TL T L
Mantelrohrcasing pipe
TP T P
Prozesskammerprocess chamber
TT
Deckel des Mantelrohrscover of the jacket tube
TL'T L '
oberer Bereich des Mantelrohrsupper Area of the jacket pipe
BB
Basisflanschbase flange
BO B O
Transferöffnungtransfer opening
BD B D
Flanschdeckel der Transferöffnungflange the transfer opening
B1, B2 B 1 , B 2
konzentrischer Ringconcentric ring
II
GasinjektionseinrichtungGas injection device
I1–In I 1 -I n
Injektionsleitunginjection line
IO I O
Injektionsöffnunginjection port
I'I '
herkömmliche Injektionsleitungconventional injection line
IO'I O '
herkömmliche Injektionsöffnungconventional injection port
IZ I Z
GaszufuhrleitungGas supply line
II–IIII I I -I III
Abschnitte der Injektionsleitungsections the injection line
RR
Reaktionraumreaction chamber
GG
Prozessgasprocess gas
00
Öffnungsbereich im Mantelrohropening area in the jacket tube
O1, O2 O 1 , O 2
Öffnungen des Öffnungsbereichsopenings of the opening area
IZ I Z
GaszufuhrleitungGas supply line
AA
Gasauslassöffnunggas outlet

Claims (15)

Vorrichtung zum Beschichten von Substratscheiben (S1-Sn) mit einer Prozesskammer (TP), einem in der Prozesskammer (TP) vorgesehenen vertikal angeordneten Mantelrohr (TL), das einen Reaktionsraum (R) bildet, einer im Mantelrohr (TL) angeordneten Halteeinrichtung (C), die stapelförmig übereinander angeordnete Positionen (C1–Cn) zur horizontalen Aufnahme von Substratscheiben (S1–Sn) aufweist, und mit einer Gasinjektionseinrichtung (I) zum Zuführen eines Prozessgases (G) in den Reaktionsraum (R), wobei im Mantelrohr (TL) ein Öffnungsbereich (O) ausgebildet ist, der als Auslass für das verbrauchte Prozessgas (G) aus dem Reaktionsraum (R) dient, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasinjektionseinrichtung (I) und/oder der Öffnungsbereich (O) sich vertikal entlang der Halteeinrichtung (C) erstrecken, wobei die räumliche Anordnung und Ausgestaltung der Gasinjektionseinrichtung (I) und/oder des Öffnungsbereichs (O) optimiert sind, um den Durchsatz, die Verweildauer, die Strömungsgeschwindigkeit, den Druck und/oder einen weiteren physikalischen Parameter des Prozessgases (G) im Bereich der Aufnahmepositionen (C1–Cn) anzugleichen.Device for coating of substrate wafers (S 1 -S n) having a process chamber (T P), a bearing provided in the process chamber (T P) vertically disposed tubular casing (T L), forming a reaction space (R), one in the tubular casing (T L ) arranged holding device (C), the stacked stacked positions (C 1 -C n ) for the horizontal recording of substrate wafers (S 1 -S n ), and with a gas injection device (I) for supplying a process gas (G) in the Reaction space (R), wherein in the jacket tube (T L ) an opening region (O) is formed, which serves as an outlet for the spent process gas (G) from the reaction space (R), characterized in that the gas injection device (I) and / or the opening area (O) extend vertically along the holding device (C), wherein the spatial arrangement and configuration of the gas injection device (I) and / or the opening area (O) are optimized to the throughput, the residence time He, the flow velocity, the pressure and / or another physical parameter of the process gas (G) in the range of recording positions (C 1 -C n ) to match. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelrohr (TL) in seinem oberen Bereich mit einem Deckel (T) gasdicht abgeschlossen ist, und dass der Öffnungsbereich (O) im Wesentlichen auf einer der Gasinjektionseinrichtung (I) gegenüberliegenden Seite der Halteeinrichtung (C) im Mantelrohr (TL) ausgebildet ist, um eine im Wesentlichen horizontale Strömung des Prozessgases (G) innerhalb des Reakti onsraums (R) zu erreichen.Apparatus according to claim 1, characterized in that the jacket tube (T L ) in its upper region with a cover (T) is gas-tight, and that the opening portion (O) substantially on one of the gas injection device (I) opposite side of the holding device ( C) in the jacket tube (T L ) is formed in order to achieve a substantially horizontal flow of the process gas (G) within the reaction onsraums (R). Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsbereich (O) eine sich im Wesentlichen vertikal entlang der Halteeinrichtung (C) erstreckende Öffnung (O1) im Mantelrohr (TL) aufweist.Apparatus according to claim 2, characterized in that the opening region (O) has a substantially vertically along the holding device (C) extending opening (O 1 ) in the jacket tube (T L ). Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die sich vertikal entlang der Halteeinrichtung (C) erstreckende Öffnung (O1) im oberen Bereich (TL') des Mantelrohrs (TL) breiter ist als im unteren Bereich (TL'') des Mantelrohrs (TL).Apparatus according to claim 3, characterized in that the vertically along the holding device (C) extending opening (O 1 ) in the above Ren region (T L ') of the jacket tube (T L ) is wider than in the lower region (T L '') of the jacket tube (T L ). Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsbereich (O) des Mantelrohrs (TL) sich im Wesentlichen vertikal entlang der gesamten Haltevorrichtung (C) erstreckt und mehrere im Wesentlichen vertikal entlang der Halteeinrichtung (C) angeordnete Öffnungen (O2) im Mantelrohr (TL) umfasst.Apparatus according to claim 2, characterized in that the opening region (O) of the jacket tube (T L ) extends substantially vertically along the entire holding device (C) and a plurality of substantially vertically along the holding device (C) arranged openings (O 2 ) in Casing tube (T L ) includes. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine in einem oberen Bereich (TL') des Mantelrohrs (TL) angeordnete Öffnung (O2) größer ist als eine in einem unteren Bereich (TL'') des Mantelrohrs (TL) angeordnete Öffnung (O2).Apparatus according to claim 5, characterized in that in an upper region (T L ') of the jacket tube (T L ) arranged opening (O 2 ) is greater than one in a lower region (T L '') of the jacket tube (T L ) arranged opening (O 2 ). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Form, die Anzahl und/oder die Anordnung der Öffnungen (O1, O2) optimiert sind, um die aerodynamischen Bedingungen im Bereich der Aufnahmepositionen (C1–Cn) unabhängig von ihrer relativen Lage innerhalb der Halteeinrichtung (C) anzugleichen.Device according to one of claims 2 to 6, characterized in that the shape, the number and / or the arrangement of the openings (O 1 , O 2 ) are optimized to the aerodynamic conditions in the region of the receiving positions (C 1 -C n ) regardless of their relative position within the holding device (C). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasinjektionseinrichtung (I) sich im Wesentlichen vertikal entlang der Haltevorrichtung (C) erstreckt und ausgebildet ist, um das Prozessgas (G) gleichmäßig entlang der gesamten Haltevorrichtung (C) in den Reaktionsraum (R) zu verteilen.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the gas injection device (I) is substantially vertical extends and is formed along the holding device (C), around the process gas (G) evenly along the entire holding device (C) in the reaction space (R) to distribute. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasinjektionseinrichtung (I) wenigsten zwei rohrförmige Injektionsleitungen (I1–I4) aufweist, die im Wesentlichen vertikal zwischen dem Mantelrohr (TL) und der Halteeinrichtung (C) nebeneinander verlaufen und jeweils eine Injektionsöffnung (IO) in einer unterschiedlichen Höhe aufweisen, wobei die Injektionsleitungen (I1–I4) eine gemeinsame Gaszufuhrleitung (IZ) besitzen und wobei jede der beiden Injektionsleitung (I1–I4) von der Gaszufuhrleitung (IZ) bis zu ihrer jeweiligen Injektionsöffnung (IO) für das Prozessgas (G) die gleiche effektive Wegstrecke und/oder den gleichen Strömungswiderstand aufweist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the gas injection device (I) at least two tubular injection lines (I 1 -I 4 ), which extend substantially vertically between the jacket tube (T L ) and the holding device (C) side by side and respectively an injection opening (I O ) having a different height, wherein the injection lines (I 1 -I 4 ) have a common gas supply line (I Z ) and wherein each of the two injection line (I 1 -I 4 ) from the gas supply line (I Z ) up to their respective injection opening (I O ) for the process gas (G) has the same effective distance and / or the same flow resistance. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jede Injektionsleitung (I1–I4) jeweils einen im Wesentlichen vertikalen ersten Abschnitt (II), einen daran anschließenden umgebogenen zweiten Abschnitt (III) und einen im Wesentlichen vertikal verlaufenden dritten Abschnitt (IIII) aufweist, der die zugehörige Injektionsöffnung (IO) aufweist.Apparatus according to claim 9, characterized in that each injection line (I 1 -I 4 ) each have a substantially vertical first portion (I I ), a subsequent bent second portion (I II ) and a substantially vertically extending third portion (I III ) having the associated injection port (I O ). Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektionsleitungen (I1–Ik) aus jeweils einem Rohr bestehen, das jeweils in einer unterschiedlichen Höhe um 180° gebogen ist.Apparatus according to claim 9 or 10, characterized in that the injection lines (I 1 -I k ) each consist of a tube which is bent in each case at a different height by 180 °. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine CVD-, insbesondere eine LPCVD-Beschichtungsanlage ist.Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the device is a CVD, in particular a LPCVD coating system is. Gasinjektionseinrichtung für eine Vorrichtung zum Beschichten von Substratscheiben (S1–Sn) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasinjektionseinrichtung (I) wenigstens zwei rohrförmige Injektionsleitungen (I1–I4) aufweist, die eine gemeinsame Gaszufuhrleitung (IZ) aufweisen und im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, und die jeweils eine Injektionsöffnung (IO) auf einer unterschiedlichen Höhe aufweisen, wobei alle Injektionsleitung (I1–I4) von der Gaszufuhrleitung (IZ) bis zu ihren Injektionsöffnungen (IO) für ein die Injektionsleitungen (I1–I4) durchströmendes Prozessgas (G) die gleiche effektive Wegstrecke darstellen und/oder den gleichen Strömungswiderstand aufweisen.Gas injection device for a device for coating substrate wafers (S 1 -S n ) according to one of the preceding claims, characterized in that the gas injection device (I) comprises at least two tubular injection lines (I 1 -I 4 ) having a common gas supply line (I Z ) and are substantially parallel to each other, and each having an injection port (I O ) at a different level, wherein all the injection line (I 1 - I 4 ) from the gas supply line (I Z ) to their injection ports (I O ) for a process gas (G) flowing through the injection lines (I 1 -I 4 ) represent the same effective distance and / or have the same flow resistance. Gasinjektionseinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektionsleitungen (I1–I4) die gleiche Gesamtlänge und den gleichen Querschnitt aufweisen, jedoch in unterschiedlichen Bereichen jeweils um 180° abknicken, so dass ihre Injektionsöffnungen (IO) sich in jeweils unterschiedlichen Längsabschnitten befinden.Gas injection device according to claim 13, characterized in that the injection lines (I 1 -I 4 ) have the same overall length and the same cross section, but bend in different areas in each case by 180 °, so that their injection openings (I O ) in each case different longitudinal sections are located. Verfahren zum Herstellen einer Gasinjektionseinrichtung nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: – Bereitstellen von wenigstens zwei im Wesentlichen identischen Rohren (I1–Ik) mit jeweils einem offenen und einem eine Injektionsöffnung (IO) aufweisenden Ende, – Verbinden der offenen Enden der Rohre (I1–Ik) mit einem offenen Ende einer Gaszufuhrleitung (IZ), so dass die Rohre (I1–Ik) gemeinsam der Gaszufuhrleitung (IZ) entspringen und parallel zueinander verlaufen, – Verbiegen eines ersten Rohrs (I1–Ik) um 180° in einem ersten Längsabschnitt, – Biegen der weiteren Rohre (I1–Ik) um 180° in jeweils einem unterschiedlichen Längsabschnitt.Method for producing a gas injection device according to claim 13 or 14, characterized by the following steps: - providing at least two substantially identical tubes (I 1 -I k ) each having an open end and an injection opening (I O ), - connecting the open ends of the tubes (I 1 -I k ) with an open end of a gas supply line (I Z ), so that the tubes (I 1 -I k ) originate together from the gas supply line (I Z ) and run parallel to each other, - bending a first tube (I 1 -I k ) by 180 ° in a first longitudinal section, - bending the other tubes (I 1 -I k ) by 180 ° in each case a different longitudinal section.
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