Brevet FR2254878A1 — publié le 19750711

La présente invention concerne un appareil de fabrication d'un dispositif semi-conducteur utilisant des croissances successives en phase liquide. Dans le domaine des croissances successives d un semi-conducteur en phase liquide, on a déåà employé un appareil dans lequel un composant semi-conducteur est dissous et saturé dans une matière servant de solvant, et dans lequel le solvant est malnte- nu à une température progressive de manière à faire fondre le corps dissous dans la partie où la température est la plus élevée et à permettre une croissance épitaxique sur un cristal, servant de support, placé dans la zone où la température est plus basse. Mais, avec un appareil de ce type, il y a plusieurs circonstances qui favorisent l'extraction du semi-conducteur à la périphérie du cristal support, en même temps que la croissance du semi-conducteur sur le cristal support. Ce phénomène fait varier l'épaisseur, la planéité et l'homogénéité de la couche qui se forme sur le cristal support. Si, par exemple, on utilise une monture en carbone, comme on le fait très souvent, puisque la conductibilité thermique du carbone est élevée, les profils qui représentent l'écoulement de chaleur dû à la variation de température ne traversent pas le cristal support, mais traversent plutôt la monture en carbone placée autour du cristal support. Par conséquent, la couche de croissance s'épaissit souvent sur le pourtour du support et, dans certains cas, le composant semi-conducteur n'est extrait que dans cette zone périphérique. Un objet de l'invention consiste à éviter le défaut cidessus qui se produisait avec les méthodes antérieures et à proposer un appareil permettant de réaliser un dispositif semi-conducteur par croissance consécutive en phase liquide, dans lequel l'écoulement de chaleur provoqué. par les variations de température traverse le cristal support directement de manière à supprimer 1 'extraction du semi-conducteur ailleurs que sur le cristal support ou dans le solvant lui-mêhe le principe, la construction et les utilisations de l'appareil de l'invention se comprendront facilement d'après la description qui suit et d'après les dessins annexés dans lesquels La fig. 1Â est-ine coupe longitudinale partielle d'un exem- de l'invention La fig. 1B est une courbe représentant le gradient de tem pérature dans un four utilisé dans l'exemple de la fig. 1A; La fig. 1C est une coupe transversale le long de la ligne C-C de l'exemple représenté à la fig. 1A;; Les fig. 1D et 1E sont des vues schématiques, en plan, illustrant un autre exemple de l'invention La fig. 2A est une coupe longitudinale partielle d'un autre exemple de l'invention La fig. 2B est une courbe représentant le gradient de température dans un four utilisé dans l'exemple représenté à la fig. 2A; La fig. 3 est une coupe partielle illustrant un autre exemple de l'invention Les fig. 4A et 43 sont des coupes transversales illustrant l'association d'une monture réfrigérante et d'une plaquette cadre utilisée dans l'invention. Un appareil de construction d'un dispositif semi-conducteur par croissances successives en phase liquide, suivant l'invention est constitué d'une nacelle 3 ayant un orifice 1, dans la partie où la température est la plus haute et un orifice 2 dans la partie où la température est la plus basse. Un support 4 près du trou 2 à basse température, d'une monture réfrigérante 5, placée sous le support 4, et d'une plaquette- cadr-'6,thermiquement isolante, placée autour du support 4. La monture réfrigérante 5 et la plaquette cadre 6 thermiquement isolante, peuvent former une seule structure ou bien former deux pièces distinctes. Dans l'appareil de l'invention qui permet de construire un semi-conducteur par croissance progressive en phase liquide, la matière à extraire est dissoute à l-'orifice 7 à haute température, qui est relié, par un canal, à l'orifice 2, à basse température alors qu'une monture 5 est prévue pour faire circuler la chaleur de la matière dissoute au travers du support 4 placé au bas de l'orifice 2, à basse température, pour permettre la croissance épitaxiaue sur le support 4. Dans l'exemple de la fig. 1, la nacelle 3 est en carbone. La température, sur l'orifice 1, du côté à haute température, est établie à une valeur plus élevée que celle de l'orifice 2, situé du côté à basse température, par des dispositifs de chauffage classiques et non représentés ; un gradient de température pré déterminé est maintenu entre ces deux orifices. Dans les orifices 1 et 2, respectivement à haute et à basse températures, communiquant entre eux, on dissout, par exemple du Gaulis ou du GaÀs dans un solvant, comme par exemple Ga et le support 4 en GaÀs monocristallin est placé en bas de l'orifice 2, à basse température. Pour que les lignes de flux représentant l'écoulement de chaleur puissent traverser le support monocristallin 4 en Ga As et ne puissent pas traverser la zone périphérique du support 4, comme l'indiquent les lignes interrompues FI, F2 de la fig. ld, la monture réfrigérante 5 est placée sous le support monocristallin 4, et la plaquette cadre 6, en matière thermiquement isolante, est placée autour du support 4, pour empêcher la chaleur de s'écouler directement de la nacelle 3 à la monture réfrigérante 5. Par conséquent, la chaleur s'écoule au travers du support 4 de manière à ce que tout le soluté supersaturé se recristallise sur le support 4, à une vitesse très grande. On peut utiliser comme plaquette cadre 6 en matière isolante, une plaquette de quartz ou de matière analogue, et si l'on utilise une plaquette de quartz, la face du cristal formant le support 4 est prévue', comme l'indique la figure, plus grande que la section de l'orifice 2, du coté à basse température, pour éviter le contact du quartz et du solvant Ga, et la dissolution du quartz dans ce.meAme solvant. L'appareil peut avoir les dimensions types suivantes-; par exemple, la nacelle 3 a une largeur de 25 millimètres (jmm) et une hauteur de 30 millimètres cri); l'orifice 1, du côté des-températures plus élevées a un diamètre de 15 mi ; l'orifice 2, du cô- té des températures plus basses, a un diamètre de 10 mm; le canal reliant les orifices 1 et 2, à haute et à basse températures, a un diamètre de 5mm et une longueur de 20 mm; et la monture réfrigérante 5 mesure 30 mi sur 5 mi. Sur les dessins, la référence 7 désigne un passage réfrigérant pour un milieu réfrigérant comme de l'eau ou un gaz. La fig. 1 présente le cas d'une couche cristalline obtenue par croissance progressive en phase liquide, les fig.- ID et lE représentent des dispositifs multicouches, réels, obtenus suivant l'invention, dans lesquels on a prévu plusieurs portions n correspondant chacune à la portion- présentée sur la 'fig. 1A. Les fig.ID et lE, portent des numéros In, inca, lnb qui désignent les orifices placés du côté à température élevée, les numéros 2n, 2na, 2nb désignent des trous placés du côté des basses températures cet et 3 une nacelle. On décrit précédemment le cas où la nacelle 3 est en carbone, mais on va décrire, par la suite, le cas d'une nacelle en platine En général,-la monture est en carbone mais le carbone ne peut pas être obtenu sous faible épaisseur, il a donc le défaut d'azur une conductibilité thermique relativement grande. Bien que la construction en soit plus complexe, la monture peut être en platina qui ne réagit pas avec Ga et peut être utilisé à température élevée, en remplacement du carbone. La fig. 2A donne un autre exemple d'appareil suivant l'invention dans lequel la nacelle 3 est en platine. La température de l'orifice 1, situé du côté des températures les plus élevées, est maintenue à une valeur plus grande que celle de l'orifice 2, situé du côté à basse température. Dans le canal qui relie les orifices 1 et 2 respectivement, à haute et à basse températures, un soluté comme Gazas est dissous dansun solvant, par exemple, Ga, et le support 4, en monocristal de Gali,est placé sous l'orifice 2, du caté à basse température. Pour que les lignes de flux représentant l'écoulement de la chaleur puissent traverser le support 4, en GaÀs monocristallin, et ne puissent pas traverser le pourtour du support 4, comme l'indiquent les lignes interrompues F1, F2 de la fig. 2A, la monture réfrigéranX,5 est placée sous le support 4 et la plaquette 6 servant de cadre, en matière thermiquement isolante, est placée autour du support 4, évitant ainsi ltécoulement direct de chaleur depuis la nacelle 3 Jusqu'à la monture réfrigérante 5. En conséquence, la chaleur traverse le support 4 ce qui garantit que tout le soluté supersaturé est recristallisé sur le support 4 à une vitesse suffisamment rapide. Sur la fig. 2A la référence 8 désigne un support. La monture réfrigérante 5 est en carbone ou en platine comme on l'a dit ci-dessus et le milieu réfrigérant qui circule dans le passage 7 est de. l'eau ou un gaz. Si l'on utilise une monture 5 en platine, cette monture peut être plus mince que dans le cas du carbone et la chaleur traverse le support cristallin plus facilement que dans le cas du carbone. Des dimensions types de cet appareil sont les suivantes par exemple, la nacelle 3 mesure 25 mm de largeur et 25 mi de hauteur ; les orifices 1 et 2 des côtés a haute et à basse tempé ratures ont des diamètres respectifs de 15 mm et de 10 mi; le canal réunissant les orifices supérieur et inférieur 1 et 2 a un diamètre de 5 mm et une longueur de 20 mi; et la monture réfrigérante mesure 15 mm sur 5mm. Bien que cet exemple ait été décrit dans le cas de la formation d'une seule couche cristalline, si l'on veut réaliser des couches multiples par le-procédé des croissances successives en phase liquide, on prévoit plusieurs portions n-(fours) ne comprenant qu'une seule couche, réalisées à intervalles désirés comme l'indiquent les fig. 1 D et 1E La fig. 3 illustre un autre exemple de l'invention. Dans un four 9 du type horizontal, des orifices 1 et 2 sont prévus, l'un au-dessus de l'autre sur les cotés à haute et à basse températures et la partie supérieure de la nacelle 3 est chauffée directement par un radiateur auxiliaire 10.Un support 4, en GaÂs monocristallin, est placé sous l'orifice 2, du côté basse température. Pour éviter les fuites de chaleur sur les côtés, donc pour assurer une conduction efficace de la chaleur dans la direction descendante, la nacelle 3 est fermée sous vide par du quartz, sur le pourtour de la monture 5. En plaquant la face intérieure du quartz avec de l'argent on réduit encore les fuites latérales de chaleur. Le radiateur auxiliaire 10, peut être réalisé en molybdène, par exemple. Des imensions types, pour cet appareil, sont par exemple les suivantes la nacelle 3 a une largeur de 25 mm et une hauteur de 30 mi; les orifices 1 et 2 des c8tés, à haute et à basse températures, ont respectivement des diamètres de 15 et de 10 mm et une longueur de 15 mm; la partie du canal qui relie les orifices 1 et 2 a un diamètre de 5 mm et une longueur de 20 mi, tandis que le support 8 mesure 5 mi de hauteur. La partie réfrigérante peut être un barreau de carbone plein ou une monture en carbone dans le quelle est noyée une canalisation pour l'eau de refroidissement ou pour un gaz comme de l'hydrogène. En outre, la monture de refroidissement 5 et la plaquette cadre 6 en matière thermiquement isolante, peuvent eAtre x construites d'une seule pièce ou en deux pièces. Les fig. 4À et 43 représentent la plaquette cadre 6 et la monture réfrigérante 5 construites d'une seule pièce. La fig. 4A illustre le cas où un. gaz 12, comme l'hydrogène ou un autre gaz analogue, est envoyé sur la face inférieure de la plaquette cadre 6 de l'isolateur thermique par un ventilateur 11. La fig. 43 correspond au cas où la partie de la monture s'adaptant au support est très mince de sorte que l'on peut utiliser un gaz circulant dans le four 13 au lieu d'employer un ventilateur à gaz 11. il est entendu que les dimensions, les formes et les dispo sitionsdvs orifices 1 et 2 snt choisies, à volonté, suivant les conditions de l'études Suivant cette invention, la vitesse de dépôt au cours de la fabrication des diodes sem-conductrices, comme des diodes semi-conductrices luminescentes ou autres composants similaires, qui nécessitent la croissance de plusieurs couches, se trouve vraiment améliore, comme on le voit nettement d'après description ci-dessus. En outre, la planéité de la couche réalisée et son homo genéité sont. accrues de sorte que l'on peut construire des dispositifs semi-conducteurs de bon rendement en employant l'appareil de l'invention. REVE NDl C ÀT IONS 1 - appareil pour fabriquer un dispositif semi-conducteur à croissance épitaxique, sur un support, utilisant la croissance progressive en phase liquide, dans lequel des orifices prévus sur les côtés à haute et à basse températures sont respectivement re- liés entre eux,par paires, par un canal percé dans une nacelle pour dissoudre, dans ce canal, des matières qui sont successivement extraites et appliquées sur le support, caractérisé en ce qu'mue monture réfrigérante (5) est associée avec le support(4) placé dans une plaquette cadre (6) dans les orifices (1, In, Ina, 1nib...) de la partie à basse température, pour pouvoir effeetivement transmettre une partie importante de la chaleur de la matière dissoute au travers du support 4. 2 - appareil suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la monture de refroidissement (5)comprend un passage (7) pour l'écoulement d'une matière réfrigérante. 3 - Appareil suivant 1 tune des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que la monture réfrigérante (5) est séparée de la plaquette cadre (6). 4 - Appareil suivant l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que la monture réfrigérante (5) est construite d'une seule pièce avec la plaquette cadre (6) pour former une structure unitaire. 5 - Appareil suivant la revendication 4 caractérisé en ce qu'un ventilateur à gaz de refroidissement (11) est prévu pour souffler sur la face inférieure de la monture réfrigérante (5) construite d'une seule pièce avec la plaquette cadre (6). 6 - Appareil suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la monture réfrigérante (5) est en carbone. 7 - Appareil suivant 1 'une des revendications i à 5, caractérisé en ce que la monture réfrigérante 5 est en platine.