Brevet FR2252871A1 — publié le 19750627

La présente invention concerne un procédé de dépôt à haute température par la voie épitaxique sur une pluralité de substrats semiconducteurs réalisé à partir d'un matériau en phase liquide. On sait que l'une des techniques utilisées pour.l'élaboration de cristaux semiconducteurs de très bonne qualité, ou de forme par ticulière, est celle du dépôt par épitaxie selon laquelle on fait croître sur un support monocristallin, appelé substrat, une couche cristalline régulière prolongeant, en ie reproduisant sensiblement, le réseau cristallin dudit substrat. Cette technique est notamment utilisée pour l'élaboration de couches superficielles de phosphure ou d'arséniure de gallium dopées ou de grande pureté on encore d'autres composés III-V. Pour déposer, sur un substrat, une couche épitaxique tendant à répondre à de telles conditions, l'un des procédés le plus communément utilisé consiste en un dépôt dit en phase liquide par introduction, dans un creuset situé à l'intérieur d'une enceinte appropriée, d'une part dTun substrat, d'autre part des constituants de la couche à former, par exemple d'une solution de phosphureou d'arséniure de gallium dans du gallium. L'ensemble étant porté à une température supérieure ou au moins sensiblement égale à celle de la saturation de ladite solution, un dispositif est prévu pour que le substrat maintenu à l'écart de la solution pendant la montée en température, soit ensuite recouvert par cette dernière avant l'opération de refroidissement. Le principe généralement admis pour la mise en oeuvre de l'opé- ration. d'épitaxie proprement dite consiste à rendre possible un contact rapide et direct de la totalité de la solution liquide avec le substrat soit par déversement de ladite solution sur ce substrat soit encore par plongee dudit substrat dans la solution. L'application de la première forme de mise en oeuvre peut être obtenue à l'aide-d'un creuset à cloisons mobiles classique, mais l'expérience a montré que l'utilisation d'un tel creuset est limitée par la faible quantité de substrats traités simultanément et par la difficulté de rendre industriel un tel appareillage. En ce qui concerne la mise en application de la seconde forme mise en oeuvre, c'est-à-dire la plongée du ou des substrats dans 1 solution liquide, on connait déjà un Dispositif permettant cette opération er décrit dans le brevet allemand n 2 028 103. Selon ce brevet, plusicrs substrats sont superposes dans un support vertical et fixe et sont plongés dans la solution d'épitaxie contenue dans un réservoir par remontée verticale dudit réservoir, le support fixe et le réservoir étant situés dans un tube de réaction lul-meme vertical. Ce dispositif présente un certain nombre d'inconvénients. En effet, en premier lieu, le support fixe et le réservoir étant situés dans le meme axe, il n'est pas possible, pour des raisons d'encombrement, de traiter simultanément beaucoup de substrats. Par ailleurs, le réservoir contenant la solution est mu par un système magnétique qui, pour être fiable, doit etre éloigné et protégé des rayonnements calorifiques du four d'épitaxie, ce qui complique la réalisation et rend difficile l'industrialisation. Enfin, ledit ré réservoir est guidé verticalement par la paroi du tube de réaction: en conséquence, le support fixe et ledit réservoir peuvent etre soumis à des chocs ou à des vibrations si le glissement le long de la paroi du tube n'est pas parfait. Par ailleurs, le principe meme qui consiste à plonger le ou les substrats dans la solution liquide par déplacement vertical soit du support de substrats soit du réservoir contenant la solution présente un certain nombre d'inconvénients. En effet, non seulement le mouvement ne peut être obtenu que par des moyens mécaniques et électriques à commandes difficilement automatisables, mais encore la vitesse dudit mouvement n'est pas parfaitement contrôlée et repro- ductile en raison du grand nombre de paramètres intervenant dans le déplacement. La présente inventiona pour but de remédier à ces inconvénients. En effet, la présente invention concerne un procédé de dépôt à haute température par la voie épitaxique sur une pluralité de substrats semiconducteurs réalisé à partir d'un matériau en phase liquide, remarquable en ce que, les substrats étant disposés dans une enceinte soumise aux rayonnements calorifiques d'un four, on injecte dans ladite enceinte le matériau en phase liquide préalablement placé dans un réservoir relié mécaniquement à ladite enceinte par une canalisation appropriée et en ce que, après remplissage de l'en- ceinte, on procède aux opérations classiques d'épitaxie et de re frsidissement. Par ce procédé, il est possible d'éviter tout mouvement relatif du support de substrats par rapport au réservoir contenant la olution liquide donc de supprimer tout appareillage mécanique et électronique encombrant et trop souvent influencé par les conditions thermiques et atmosphériques d'épitaxie. Par ailleurs, en surveillant le débit d'injection de la solution liquide dans l'enceinte contenant les substrats, il est possible de contrôler la vitesse des opérations d'épitaxie et donc de rendre reproductibleslesdites opérations. La présente invention concerne également l'appareillage de mise en oeuvre du procédé. En effet, la présente invention concerne un dispositif destiné au dépôt à haute température par la voie épitaxique.sur une pluralit de substrats semiconducteurs d'une couche également semiconductrice réalisée à partir d'un matériau en phase liquide, ledit dispositif étant placé dans une chambre de réaction soumise aux rayonnements calorifiques d'un four; remarquable en ce qu'il est composé d'au moins une enceinte verticale dans laquelle les substrats sont disposés sur des supports superposés et d'un réservoir horizontal contenant la solution d'épitaxie et relié par au moins un tube à l'enceinte verticale, la distribution de la solution étant assurée par un moyen approprié. Un tel dispositif présente l'avantage d'être simple en raison même de la simplicité des moyens mis en oeuvre. De plus, il permet de traiter en une seule opération un grand nombre de substrats, puisque la seule-limite au nombre d'enceintes verticales installer est donnée par la valeur de la somme des encombrements desdites enceintes et du réservoir horizontal adapté à leur volume. Ü tel dispositif rend, en outre, possible l'industrialisation du procédé. De préférence, pour permettre un passage régulIer et aisé de la solution dans l'enceinte verticale, la configuration de chacun des supports ae substrats est choisie telle qu'un canal continu subsiste le long de la paroi de l'enceinte verticale, lorsque lesdits support sont introduits dans ladite enceinte, canal le long duquel se fait la montée du liquide. Avantageusement, la pression nécessaire r la distribution de la solution est assurée par un pistion disposé à l'extrémité du ré cerv@ir norisontal et actionné par l'intermédiaire d'une tige à l'aide d'un @yen mécanique situé à l'extérieur de la chambre de réaction. Contrairement aux techniques utilisées jusqu'à présent, aucun élément important du dispositif ni le dispositif lui-même ne sont déplacés de telle sorte que l'on peut éviter ainsi les risques de chocs ou de vibrations. De cette manière, il est possible de maintenir intact le réseau cristallin dela couche épitaxique. Avantageusement les enceintes verticales du dispositif comportent des fentes parallèles entre elles d'introduction des supports dans l'enceinte, la tension superficielle des solutions utilisées étant suffisante pour que l'étanchéité soit facile à obtenir. La lèvre inférieure de la fente peut constituer un des moyens de maintenir des supports dans l'enceinte. Les supports peuvent être réalisés de manière à ce qu'unie partie reste extérieure à l'en- ceinte, ce qui permet de saisir lesdits supports par ladite partie extérieure pour les introduire ou les sortir. Dans une première forme de réalisation, les supports superposés portcnt les substrats sont placés horizontalement dans l'encein- te verticale. Cette forme de réalisation est plus particulièrement utilisée dans le cas où l'on désire mécaniser l'introduction et le retrait des supports. En effet, si les supports sont horizontaux, il est lus facile de les sortir tous simultanément de leurs logements. Dans une seconde forme de réalisation, les supports superposés portant les substrats sont placés dans l'enceinte verticale selon une disposition présentant une inclinaison par rapport à l'horizon- tale. Cette forme de réalisation permet de faciliter le retrait de la solution d'épitaxie et présente un intérêt particulier lorsque l'on doit arrêter brusquement et rapidement ladite opération d'épi- taxie. En effet, dans ce cas, la solution non cristallisée se trouvan sur les substrats s'élimine d'elle-même beaucoup plus rapidetent et complètement; c'est pourquoi elle est utilisée notamment lorsqu'il s'agit de réaliser plusieurs épitaxies successives avec ries depants @ dif2érents. La présente invention concerne également les plaquettes réslisées par le procédé décrit ci-dessus. La desoription qui va suivre, en regard des dessins annexés, fera pien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente une vue de dessus d'un dispositif permettant la mise en ceuvre du procédé selon l'invention. La figure 2 est une coupe puivant la ligne II-II du même dispesitif. i est à noter que, sur les figures, la représentation du dispositif est relativement schématique et que les éléments ne sont pas proportionnés, ceci dans le but de rendre les dessins plus clairs. Le dispositif étant plus particulièrement destiné à la formation d'une couche épitaxique de phosphure de gallium Ga P, sur des substrats également en phosphure de gallium, la description qui va suivre portera sur cette expérimentation. Conformément aux figures, le dispositif est composé de trois enceinte s verticales 1 reiiées par un tube 2 à un réservoir horizontal 3 contenant la solution 4 de phosphure de gallium dans du gallium. Chaque enceinte verticale 1 comporte des fentes 5, parallèles entre elles et d'axe longitudinal horizontal, destinées à permettre l'introduction dans lesdites enceintes 1 de supports 6 portant les substrats à traiter 7 dans des évidements 8 prévus à cet effet. Le réservoir 3 comporte un piston 9 de section identique à celle dudit réservoir et mu de l'extérieur par un axe 10. Pour équilibrer l'ensemble et le rendre stable dans la chambre de réaction (non représentée sur la figure) où il est introduit, le dispositif comporte au moins deux supports 11 disposés et fixés sous la première enceinte 1. Pour permettre une injection aisée de la solution 4 dans les enceintes 1, on a donné aux supports 6 une configuration rectangulaire de telle sorte qu'ils coopèrent avec lesdites enceintes 1, de section circulaire, pour créer un canal 12. Dans la première phase de l'opération d'épitaxie, les substrats 7 de Ca P disposés sur les supports 6 sont introduits dans les enceintes 1. Le réservoir 3 est ensuite rempli de la solution 4 et le dispositif est placé dans la chambre de réaction non représentée sur la figure et sous les rayonnements calorifiques d'un four. Lorsque la température dudit four a atteint 9509C, on maintient constante cette température pendant 30 minutes environ pour homogé néiser la solution 4. li cet instant, on injecte la solution 4 à l'aide du piston 9 dans les enceintes 1. Grâce à l'espace libre 12 formant un canal entre la paroI des enceintes 1 et les supports 6, ladite solution peut reF1- flomplètement lesdites enceintes 1. Sa tension superfi cielleestsuflsante pour que l'étanchéité soit obtenue. Automatiquement, la suite des opérations, c'est-à-dire l'épi- taxie proprement dite et le refroidissement du four sont alors effectués dans les conditions habituelles. La contenance du réservoir 3 est au moins égale à la somme des volumes des enceintes 1; la solution 3 de phosphure de gallium dans du gallium est dopée préférentiellement à 1,4 unités de Ga P pour 100 unités de Ga. Avantageusement, le dispositif est en quartz, et les supports de substrats sont en nitrure de bore ou en graphite. -REVENDICATIONS 1.- procédé de dépôt à haute température par la oie épitaxique sur une pluralité de substrats semiconducteurs réalisé à partir d'un matériau en phase liquide, caractérisé en ce que, les substrats tant disposés dans une enceinte soumise aux rayonnements calorifiques d'un four, on injecte dans ladite enceinte le matériau en pha se- liquide préalablement placé dans un réservoir relié mécaniquement à ladite enceinte par une canalisation appropriée et en ce que, après remplissage de l'enceinte, on procède aux opérations classiques d'épitaxie et de refroidissement. 2.- Dispositif de dépôt épitaxique sur une pluralité de subs trats semiconducteurs selon le procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est compose G @ au moins une enceinte verticale dans laquelle les substrats sont disposés sur des supports superposés et a'un réservoir horizontal contenant la solution d'épi- taxie et relié par au moins un tube à l'enceinte verticale, la distribution de la solution étant assure sous pression dans ladite enceinte p-ar un noyen approprie. 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la configuration de chacun des supports de substrats est choisie telle qu'un cana continu subsiste le long de la paroi de l'encein- te verticale après introduction desdits supports dans l'enceinte 4.- Dispositif selon l'ensemble des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la pression nécessaire a la distribution de la solution est assurée par un piston disposé à l'extrémité du réservoir horizontal et actionné par l'intermédiaire d'une tige à l'aide d'un moyen mécanique situé à l'extérieur ae la chambre de réaction. 5.- Dispositif @ selon la revendication 2, caractérisé en ce que -'enceinte verticale comporte des fentes araîl-los entre elles d'intrcduction des supports de substrats dans ladite enceinte. 6.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que, au moins les lèvres inférieures desdites fentes constituent un des moyens de maintien desdits supperts. 7.- Dispositif selon la revendieation 5, c@ractérisé en ce que @@e partie des@its @@pp@rts dépasse à l'extérie@r de l'enceinte. @- Dispositif selon la revend@@@ion @, earact@risé en ce que @@@ s@ppert@ @@erposés pertant les @@@strats @@rt placés norizon talemen dens @'enceinte verticale. 9.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les supports superposés portant les substrats sont placés dans l'enceinte erticale selon une disposition présentant une inclinaison par rapport à l'horizontale. 10.- Dispositif selonla revendication 2, caractérisé en ce que l'enceinte verticale et le réservoir horiontal sont en quartz. 11.- Dispositif selon 1 revendication 2, caractérisé en ce que les supports de substrats sont en nitrure de bore. 12.- Dispositif selon ia revendication 2, caractérisé en ce que les supports de substrats sont en graphite.