Brevet FR2183678A1 — publié le 19731221

La présente invention concerne un dispositif de dépôt épitaxial de substances cristallines et en particulier de substances semi-conductrices, à partir de la phase gazeuse, ce dispositif comportant un support de disques placé dans un tube à réaction présentant une section rectangulaire, et chauffé de préférence à haute fréquence. Pour cela le support de disques est en matière conductrice ne réagissant pas avec les disques semi-conducteurs, c'est-à-dire de préférence en çaphite, et il est placé dans le champ alternatif d'une bobine d'induction entourant le tube à réaction. Dans la préparation des couches cristallines sur une matière de support cristalline, et en particulier dans le cas de couches semi-conductrices dopées ou non dopées sur des disques semi-conducteurs mono-cristallins ou polycristallins on impose des conditions sévères d'uniformité de l'épaisseur et de résistivité électrique. Pour maintenir constante la valeur de ces paramètres sur tous les disques semi-conducteurs à recouvrir dans une charge, il faut assurer la constance des conditions de dépôt dans la zone du support à garnir de disques semi-conducteurs Pour des raisons économiques, on s'efforce d'éleveur le nombre de pièce d'une charge par agrandissement de la surface dans laquelle règnent des conditions de dépôt quasi identiques. Pour résoudre ce problème, on connaît déjà des dispositifs qui, en plus des mesures destinées à combattre les phénomènes d'appauvrissement du gaz en réaction, présentent des moyens permettant d'assurer une répartition de température uniforme sur la surface de radiateur à garnir, ou sur les disques semi-conducteurs à recouvrir. On connaît ainsi des dispositifs dans lesquels le support de disques est placé dans un tube à réaction à peu près rectangulaire ou rond. Le support de disques chauffé par induction présente une section rectangulaire. Pour améliorer la répartition de la température, le support de disques est constitué de telle façon que les disques semi-conducteurs à recouvrir portent sur le support de disques seulement dans la zone périphérique. Cela permet d'obtenir dans la zone du bord, en plus de la transmission de chaleur par rayonnement thermique, la transmission de chaleur par conduction thermique. La baisse de température qui apparait sur le support de disques dans les zones de bord se trouve ainsi compensée. L'inconvénient de ce dispositif est qu'il n'est pas possible de placer plusieurs rangées de disque semi-conducteurs à recouvrir l'un à côté de l'autre, car alors la répartition de la température n'est plus isotherme. Un autre inconvénient de ce dispositif est qu'il provoque de grandes pertes de chaleur du fait que la transmission de chaleur se fait principalement par rayonnement thermique. On connaît encore un dispositif dans lequel une paroi de séparation formant le support des disques sépare l'es- pace de réaction de l'espace de chauffage. Le radiateur est pla cé immédiatement sous la paroi de séparation et l'échauffe par conduction thermique et par rayonnement. Pour augmenter le rendement thermique et améliorer la répartition de la température sur le support des disques, l'espace de chauffage est réalisé en forme de réflecteur. Dans ce dispositif, il se produit un effet défavorable qui nuit à la répartition uniforme de la chaleur, car le rayonnement thermique qui vient du réflecteur rencontre essentiellement le radiateur seul et provoque donc une élévation générale de la température, mais ne contribue pas directement à une meilleure répartition isotherme de la température sur le support des disques. Un autre inconvénient provient du fait que le revêtement réfléchissant est placé directement dans l'espace du radiateur et n'exclut pas, par conséquent, une influence sur la couche à croissance épitaxiale. Le but de l'invention est d'augmenter considérablement le nombre de disques semi-conducteurs à recouvrir par couche épitaxiale dans une charge , avec une dépense d'éner- gie plus faible. A cet effet, la présente invention concerne un dispositif de dépôt épitaxial de substances cristallines telles que des substances semi-conductrices à partir d'une phase gazeuse, dispositif comportant un tube à réaction en quartz , un support de disques placé à l'intérieur de celui-ci et présentant une section rectangulaire, ce tube pouvant être chauffé par énergie haute fréquence, dispositif caractérisé en ce que des zones de la surface extérieure du tube à réaction sont munies d'un revêtement, connu en soi, réfléchissant le rayonnement thermique et placé sur la partie du tube à réaction qui entoure les bords du support de disques, ce revêtement s'étend au moins sur toute la longueur du support de disques. Selon l'invention, le problème est résolu du fait que des zones de la surface extérieure du tube à réaction sont munies d'un revêtement connu en soi, réfléchissant le rayonnement thermique, et placé sur la partie supérieure du tube à réaction, laquelle entoure les zones de bord du support des disques et s' étend au moins sur toute la longueur du support des disques. Le résultat obtenu est que les zones de bord du support des disques, qui subiraient autrement une baisse de température sont ramenées par le rayonnement thermique réfléchi, à un niveau de température uniformément réparti. En même temps, du fait de la réflexion du rayonnement thermique, il apparait un gain d'énergie qui peut être utilisé, selon l'invention, par l'augmentation du support des disques à recouvrir. Dans une forme avantageuse de réalisation de l'invention, il est prévu que les revêtements réfléchissant les rayons thermiques passent l'un dans l'autre sur la surface extérieure du tube à réaction opposée à la face de support des disques destinée à être recouverte. Grade à cette forme avantageuse de réalisation, on obtient une meilleure utilisation de l'énergie thermique sans perturbation notable de la répartition isotherme assurée par l'invention sur le support de disques. Avantageusement la couche réfléchissante est réalisée sous la forme d'une couche d'or mince permettant d'obtenir un fort coefficient de réflexion et d'augmenter la capacité de résistance ; la couche est interrompue plusieurs fois dans le sens transversal poue empêcher la formation de tourbillons dans le sens longitudinal du tube à réaction0 L'invention sera mieux comprise sur un exemple non limitatif de réalisation illustré dans les dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement et en coupe un dispositif selon l'invention, - la figure 2 représente un dispositif selon l'invention , en perspective arrachée ; et - la figure 3 est une représentation graphique de la variation de température sur le support des disques. La figure 1 présente une vue en coupe d'un dispositif de dépôt épitaxial dtune substance semi-eonduetrice à partir de la phase gazeuse. Ce dispositif comprend le tube à réaction 1, qui, pour des raisons techniques d'écoulement, est adapté à la section du support de disques de forme rectangulaire. Cependant, il serait possible également, de réaliser le tube à réaction avec une section ronde. Le support de disques 2 est chauffé en haute fréquence par l'énergie rayonnée par la bobine d'induction 3. Sur le support de disques 2 fabriqué le plus souvent en graphite très pur et très bon conducteur, sont placés les disques semi-conducteurs à recouvrir 4 en plusieurs rangées les unes à côté des autres. La transmission de chaleur du support de disques 2 aux disques semi-conducteurs 4 se fait par conduction et rayonnement thermiques. Les conditions à réaliser pour cela sont les mêmes sur toute la largeur du support de disques 2, de sorte que la répartition de la température sur le support de disques 2 est déterminante pour la répartition de la température sur les disques semi-conducteurs-4. Le tube à réaction 1 est entouré par un autre tube 5 servant de conduite d'eau de refroidissement. Sur la surface extérieure du tube de réaction 1, se trouve un revêtement réfléchissant les rayons thermiques 6, constitué par une couche d'or. Le revêtement 6 est placé de façon à entourer les zones de bord 7 du support de disques 2. Le revêtement 6 peut recouvrir d'environ 15 mm la surface à couvrir 8 du support de disques 2, et la surface 9 se trouvant en face de la surface à couvrir 8. Dans le sens de la longueur, le revêtement 6 dépasse le support de disques 2 d'environ 10 à 30 mm de chaque côté. Pour éviter la formation de tourbillons pouvant détruire le revêtement 6, celui-ci est divisé à distances d'environ 100 mm perpendiculairement à sa dimension longitudinale, par des joints 10. Cette division se voit très bien-sur la figure 2. Dans cette représentation on a renoncé à illustrer la bobine dtinduc- tion 3, pour améliorer la reproduction du revêtement 6 réflechissant les rayons thermiques. Dans la figure 3 on a représenté la variation de température sur le support de disques 2. La courbe 11 indique la variation de température sur le support de disques 2 quand la disposition selon n l'invention n'est pas appliquée. La courbe 12 représente par contre la variation de température quand le dispositif est réalisé conformément à l'invention. La baisse de température sur les bords du support de disques 2 dans sa dimension transversale est compensée par la réflexion du rayonnement thermique partant du support de disques 2 sur le revêtement 6. Le niveau de température peut être atteint avec une puissance de chauffage plus faible quand, selon une autre caractéristique de l'invention, les revêtements 6 réfléchissant le rayonnement thermique embrassant les zones de bord 7, passent l'un dans l'autre du caté du tube de réaction 1 qui correspond à la surface 9 du support de disques 2. Dans ces conditions, on conserve essentiellement le profil de température reproduit sur la courbe 12. La cote b indiquée dans la figure 3 représente la largeur de radiateur pouvant être recouverte. Elle est beaucoup large dans le dispositif selon l'invention. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et représenté, à partir duquel on pourra prévoir d'autres formes et d'autres modes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'inven- tion. R E v E N D I C A T I O N S 10/ Dispositif de dépôt épitaxial de substances cristallines telles que des substances semi-conductrices, à partir d'une phase gazeuse, dispositif comportant un tube à réaction en quartz, un support de disques placé à l'intérieur de celui-ci et présentant une section rectangulaire , ce tube pouvant être chauffé par énergie haute fréquence, dispositif caractérisé en ce que des zones de la surface extérieure du tube à réaction sont munies d'un revêtement connu en soi, réfléchissant le rayonnement thermique et placé sur la partie du tube à réaction qui entoure les bords du support de disques, ce revêtement s'étend au moins sur toute la longueur du support de disques. 20/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les revêtements réfléchissant le rayonnement thermique passent l'un dans loutre sur la surface extérieure du tube à réaction opposée à la face du support de disques à recouvrir 30/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les revêtements-réfléchissant le rayonnement thermique consistent en une mince couche d'or. 4 / Dispositif selon l'une quelconque des revendications là 3, caractérisé en ce que les revêtements réfléchissant le rayonnement thermique sont interrompus plusieurs fois transversalement dans la direction longitudinale du tube à réaction.