Brevet FR2042688A1 — publié le 19710212

i 2042688 L'invention concerne un dispositif pour déposer par le procédé épitaxial une substance semiconductrice sur des substrats, notamment en un matériau semiconducteur, qui sont chauffés à la température élevée nécessaire pour déposer la substance semiconduc-5 trice a partir d'un gaz réactionnel en contact avec les substrats dans une enceinte réactionnelle en un matériau isolant, en quartz pur de préférence, à l'aide du champ produit par une bobine d'induction entourant extérieurement l'enceinte réactionnelle. De tels dispositifs sont connus en général. Les substrats 10 ont, dans de nombreux cas, la forme de pastilles et sont disposés sur un support fait en un matériau thermiquement et chimiquement résistant et électriquement conducteur, qui s'échauffe dans le champ de la bobine d'induction à la température élevée nécessaire. L'enceinte réactionnelle, habituellement cylindrique, est entourée, 15 avec couplage étroit, au niveau du support des substrats par la bobine d'induction pour pouvoir réaliser le chauffage par induction, de préférence un chauffage à haute fréquence avec un bon rendement. L'enceinte réactionnelle, constituée de préférence par du quartz pur, assure un haut degré de pureté du matériau provenant de la 20 phase gazeuse, si on observe des mesures connues en elles-mêmes visant principalement a obtenir la pureté. On peut supposer que la matière du gaz réactionnel..et les caractéristiques de l'opération de dépôt sont ici connues. Dans de tels procédés, on chauffe à une très haute tem-25 pérature, par exemple à 140Q°C, des pastilles de substrat en silicium ou en carbure de silicium. Les objectifs suivants sont intéressants à rechercher : 1. Abaissement de la puissance de chauffage emmagasinée dans la bobine d'induction, c'est-à-dire abaissement de la puissance que 30 doit fournir le générateur à haute fréquence. 2. Production d'une température uniforme à l'aide d'un rayonnement calorifique réfléchi de tous côtés et provenant du support chauffé. 3. Refroidissement efficace des parois de l'enceinte réactionnelle. Pour résoudre ces problèmes, il est proposé conformément à l'invention d'utiliser une couche réfléchissante au moins sur une partie de la paroi de l'enceinte réactionnelle pour que le rayonnement réfléchi soit renvoyé sur les substrats ou sur un support en matériau conducteur chauffant lesdits substrats par contact thermique. 40 ^ titre d'exemple, on a décrit ci-dessous et illustre 178ll 2 2042688 schématiquement au dessin annexé une forma de réalisation du dispositif suivant 1'invention. L'enceinte réactionnelle 1 en matériau électriquement non conducteur, en quartz pur de préférence, est munie d'un corps 5 chauffant 2 électriquement conducteur, par exemple en graphite silicié, dont la face supérieure porte les pastilles de substrat 4 par exemple constituées par du silicium monocristallin et qui sont à munir d'une couche par le procédé épitaxial. L'enceinte réactionnelle cylindrique 1 est entourée par une bobine d'induc-10 tion 3 de telle manière que le corps chauffant 2 est situé dans le champ à haute fréquence produit par cette bobine 3. Le générateur à haute fréquence, nécessaire à l'alimentation de la bobine, n'est pas représenté ; sa puissance est calculée de manière que les pastilles de substrat 4 soient chauffées, au moyen du corps 15 chauffant 2, à la température élevée, nécessaire pour le dépôt épitaxial„ On a prévu de disposer, conformément à l'invention, des couches réfléchissantes 5 sur la paroi de l'enceinte réactionnelle cylindrique 1. Par leur action, le rayonnement provenant du corps 20 chauffant 2 ou des pastilles de substrat 4 est à nouveau réfléchi et est absorbé en grande partie par ledit corps chauffant et par les'pastilles de substrat de sorte que la perte par rayonnement est réduite de façon, importante. Ceci permet en mêmetêmps decompenser une répartition inégale de la température sur le corps chauf-25 fant et sur les pastilles par une perte par rayonnement inégale ou par un chauffage inégal. La couche réfléchissante est prévue avantageusement sur la face extérieure de l'enceinte réactionnelle 1 et, si cela est nécessaire, elle-, est protégée par une couche isolante 6, par exemple une couche de quartz ou de verre. La cou-^ che 5 est avantageusement en argent ou en un autre matériau ayant • un haut pouvoir réfléchissant et on la choisit d'une minceur telle qu'elle ne constitue pas un obstacle majeur au chauffage Haute fréquence par la bobine 3. La puissance à haute fréquence d'alimentation peut être réduite et sa fréquence peut être augmentée de sorte que la profondeur de pénétration dans le corps chauffant, c'est-à-dire dans l'épaisseur de 1'enveloppe de ce dernier peut être réduite dans le cas d'une réalisation éventuellement creuse du corps chauffant 2, ce qui permet également par exemple de réduire le risque de contamination par'des impuretés dégagées du corps ï chauffant par 17818 3 2042688 évaporation. Dans de nombreux cas, il peut s'avérer utile de refroidir la paroi de l'enceinte réactionnelle 1, ce qui peut être réalisé par exemple à l'aide d'une structure à double paroi et d'un agent réfrigérant, circulant alors entre les deux parois et 5 absorbant aussi peu que possible le champ à haute fréquence. Pour alimenter l'enceinte réactionnelle en gaz réactionnel frais, on a prévu une conduite d'arrivée la et une conduite d'évacuation 1b dans le cas de l'exemple représenté. Pbur permettre d'introduire les différentes charges dans le dispositif, les 10 différentes parties de ce dernier sont ajystées les unes dans les autres de façon étanche au ga'z à l'aide de surfaces biseautées et polies le et id. Une forme de réalisation creuse du corps chauffant 2 ou une forme de réalisation dans laquelle une mince couche conductrice est déposée sur un noyau isolant résistant aux fortes tem-15 pératures, procède également du principe de l'économie d'énergie. Il suffit de réaliser la couche avec une épaisseur assez mince pour qu'elle représente un équivalent de la concentration de courant se produisant, par suite des fréquences élevées, à la surface du corps chauffant 2 (effet de peau). 20 La couche 5, réfléchissant le rayonnement calorifique tout en étant perméable à la haute fréquence, est au contraire réalisée avec une épaisseur sensiblement plus mince, comme si cela correspondait à l'épaisseur autorisée par l'effet de peau. Il est en outre possible d'influencer convenablement la 25 perte par rayonnement, localement inégale, du corps chauffant 2 et donc d'influencer une répartition de la température à sa surface par une répartition correspondante de la couche réfléchissante 5 et par la conformation de celle-ci. De plus il peut être approprié (par exemple pour un net-30 toyage de l'enceinte réactionnelle par des produits d'entretien efficace^, de réaliser les couches réfléchissante et protectrice 5 et 6, relativement sensibles, de façon à pouvoir les détacher de l'enceinte réactionnelle 1. Si l'enceinte réactionnelle a une forme prismatique ou cylindrique,on peut prévoir de disposer les 35 couches 5 et 6 sur une seconde enveloppe cylindrique amovible entourant l'enceinte réactionnelle 1. On peut aussi réaliser une telle enveloppe, notamment pour des formes compliquées de l'enceinte réactionnelle lt comme une enveloppe démontable, ou comme un "système à plusieurs miroirs", afin d'obtenir une répartition dé-40 sirée de la température à la surface dù corps chauffant» 70 17818 4 2042688 Exemple de réalisation : L'enceinte réactionnelle cylindrique a un diamètre intérieur de 15 cm et est constituée par du quartz très pur. La face extérieure est munie d'une couche réfléchissante en argent ayant 5 une épaisseur d'environ 0,1 à 10u . Le corps chauffant est en graphite ou en charbon, d'une pureté semblable et a une épaisseur de paroi d'environ 1 à 5 mm. Le corps chauffant de même que la partie métallisée peuvent être recouverts par un matériau non organique ayant une résistance appropriée et servant de protection. Des 10 fenêtres d'observation 7 sont dégagées dans les couches 5 et 6 comme cela à également été représenté sur le dessin. 17818 5 2042688 REVENDICATIONS 1. Dispositif pour déposer par le procédé épitaxial une substance semiconductriee sur des substrats, notamment en un matériau semiconducteur, qui sont chauffés à la température élevée 5 nécessaire pour déposer la substance semiconductrice à partir d'un gaz réactionnel. en contact avec les substrats dans une enceinte réactionnelle en un matériau isolant, en quartz pur de pré? férence, à l'aide du champ produit par une bobine d'induction entourant extérieurement l'enceinte réactionnelle, caractérisé par 10 le fait qu'une couche réfléchissante est disposée au moins sur une partie de la paroi de l'enceinte réactionnelle pour que le rayonnement réfléchi soit renvoyé sur les substrats ou sur un support en matériau conducteur chauffant lesdits substrats par contact thermique. 15 2„ Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé par la fait que la couche réfléchissant la chaleur est en argent. 3. Dipositif suivant la revendication 1 ou 2 caractérisé par le fait que la couche réfléchissante est placée entre la paroi de l'enceinte réactionnelle notamment cylindrique et une couche 20 protectrice en quartz, en verre ou en une autre matière semblable. 4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1,2 ou 3 caractérisé par le fait que l'enceinte réactionnelle possède une double paroi au moins à l'emplacement de ladite couche réfléchissante et qu'un agent réfrigérant, par exemple ân circula- 25 tion,de l'eau pure notamment est prévu dans l'espace intermédiaire compris entre les deux parois. 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1,2,3 ou 4 caractérisé par le fait que l'épaisseur de la couche réfléchissante qui est en argent est comprise entre 0,1 et 10u . 30 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1,2,3,4 ou 5 caractérisé par le fait que l'épaisseur de la couche réfléchissante est sensiblement inférieure à l'épaisseur de la "peau" où circule le courant à haute fréquence utilisé pour le chauffage. 35 7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1,2,3,4,5 ou 6 caractérisé par le fait que le corps chauffant, prévu pour chauffer les substrats et servant de support pour ceux-ci, est constitué dans sa surface seulement par un matériau conducteur et que la puissance de ce corps chauffant est choisie légère- 40 ment supérieure à l'épaisseur de la peau où circule le courant 6 2042688 alternatif utilisé. 8. Dispositif suivant la revendication 7 caractérisé par le fait que le corps chauffant creux est évacué ou est rempli par de l'air ou par un matériau ayant une mauvaise conductivité thermique. 9. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1,2,3,4,5,6,7 ou 8 caractérisé par le fait que des ouvertures sont prévues dans la couche réfléchissante et éventuellement dans des couches qui lui sont associées pour permettre d'observer le processus de dépôt.