Brevet FR2443137A1 — publié le 19800627

L'invention concerne un procédé de croissance épitaxiale en phase vapeur, par dépôt de matière sur un substrat à partir d'un mélange gazeux. L'invention a trait notamment à l'industrie des semiconducteurs, et par extension, au technique de dépôt de couches minces sur substrat solide. Les procédés de croissance épitaxiale sont bien connus de l'industrie actuelle, et il suffit de se reporter à des ouvrages classiques, tels que "Composants à semiconducteur" par N. CHAPPEY, de chez DUNOD, ou à des articles, tels que "Cristal Growth and Haterials" par Hollan and als, North Holland publishing Co, 1977 pour apprécier les developpements de l'art antérieur. Cependant, ces procédés de croissance ne permettaient pas encore parfaitement de contrôler l'homogénéité et la reproductibilité de la couche mince déposée sur un substrat, et des écarts de 20 % sur l'épaisseur de la couche déposée le long du substrat étaient courants. L'invention a pour but d'améliorer l'homogénéité et la reproductibilité du mélange gazeux, de manière à obtenir des couches déposées dont les écarts d'épaisseur sont moindres. Ainsi, conformément a la présente invention, le procédé est caractérisé en ce que ledit mélange gazeux est homogénéisé par passage dans une chambre d'homogénéisation, conposé d'au oins un réticule et un resserrenent volumétrique De cette tanière, les obstacles créés sur le parcours du mélange gazeux, lui assure une meilleur- homogénéisation. Selon une réalisation préférentielle do l'invention, le procédé est caractérisé en ce que le réticule est forné d'um réseau orthogonal de quartz. Un tel obstacle, composé d'un enchevêtrement régulier t symétrique de fils de quartz, semble donner les meilleurs résultats, quant à l'homogénéisation de la phase gazeuse. Selon une variante de l'invention, la source est constituée de parties fractionnées de manière à vieux répartir le flux gazeux qui y circule. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, donnés à titre non limitatif, permettra de mieux co- prendre comment l'invention se réalise. La figure 1 représente un réacteur d'épitaxie, selon l'invention La figure 2 représente en détail la chambre d'homogénéisation. La figure 3 représente en détail la source fractionnée. La figure 4 est un graphique des résultats obtenus. Dans les procédés d'épitaxie classique, que nous décrivons en référence à la méthode au trichlorure sans que cola puisse apporter une quelconque limitation à la portée de l'invention, un flux gazeux 1 (d'hydrogène H2, et de trichlorure d'arsenic As0Cl3) est envoyé sur une source solide 2 (d'arseniure de gallium Ga.As) portée à une température suffisante (aux environs do 660-C) de maniera à obtenir un mélange gazeux 3 (d'hydrogène H2, de trichlorure d'arsenic As.C13, de chlorure de gallium Ga.Cl, d'acide chlorhydrique H.Cl, et d'arsenic As4), entraîné par un gaz vecteur (généralement de l'hydrogène H2) afin de déposer sur un substrat 4 une couche de matériau(d'arse- niure de gallium Ga.As), le substrat étant généralement porté une température inférieure (voisine de 630C). Pour des débits de gaz vecteur de 40 litres/heure, et du flux gazeux de 8 litres/ heure on obtient une vitesse de croissance do ltordr- de 4 mi- crons/heure ; mais, de la différence de vitesse entre les gaz, il en résulte une certaine inhomogénéité de la phase gazeuse à déposer, ce qui contribue pour une large part à la variation de l'épaisseur le long du substrat, variation de l'ordre de 20 %. En outre, la source étant constituée classiquement d'un lit de matériau au-dassug duquel circule un flux gazeux, lors d'une série de croissances consécutives, on constatait une dérive de l'épaisseur moyenne de la couche, qui traduisait une non-reproductibilité de la composition de la phase gazeuse à déposer. Conformément a la présente invention, une chambre d'homogénéisation 5, est introduite dans le réacteur d'épitaxie. En référence a la figure 2, elle se compose d'un premier réticule 6, placé généralerent à l'entrée de la chambre, d'un ré- trécissement volumétrique 7 en son milieu et d'un second réticule 8, placé en son milieu ou à sa sortie. D'autres géométries de chambre d'homogénéisation ont été essayées par la Demanderesse, avec moins de succès, tels que les disques perforés, ou une chambre avec des anneaux de type Raschig (i. e. anneaux en matitre inerte, et disposés irréguliêrement). De plus, le meilleur réticule expérimenté par la De mandeosse, tant par sa forme que sa matière, semble être un réseau orthogonal de quartz. En outre, pour une série de croissances consécutives avec une source classique à lit de matériau l'épaisseur moyenne dérivait sensiblement ainsi que le gradient de tension de dé section Pour remédier à cet appauvrissement progressif de la phase gazeuse en gaz réactifs, (non reproductibilité), il a été utilisé une source solide dite fractionnée. On entend par cette expression, qu'au lieu d'utiliser une source classique à lit de matériau actif, on fractionne la source, en parties distinctes par des obstacles de formes diverses (trèfles, grille )10 et l'on dispose le matériau actif 9, sous la forme d'éléments cubiques de dimension voisine de 4 ns, en la partie centrale. De cette manière, la disposition des obstacles et du matériau arène, ainsi qu'il est représenté à la figure 3 le flux gazeux à résider plus longtemps au contact de la surface active du matériau, et ainsi modifie sensiblement les réactions chimiques intervenant à ce niveau, non pas en leur cinétique, mais en le fait que les diverses réactions peuvent atteindre leur équilibre, et ainsi la phase gazeuse se trouve dans des conditions reproductibles et contrôlées de sursaturation au voisinage du substrat De plus, afin de favoriser au maximum les conditions de dépôt, le porte-substrat peut être incliné ainsi qu'il ressort d'une étude faite précédei-ent et décrite dans le Journal of Electrochemical Society (1970), vol. 117, N 7, pages 925 - 931, dans l'article "A stagnant layer modes for the epitaxial growth of silicon from silane, in a horizontal reactor" par Eversteyn et als. GrBce à cette chambre d'homogénéisation et à cette source fractionnée, la dispersion de l'épaisseur a été réduite à une valeur aussi faible que 8 %. Les mesures ont été effectuées en relevant la tension de désertion de la couche épitaxiale active le long de l'axe d'écoulement des gaz. Un tel relevé est schéma- tisé à la figure 4, où la courbe en traits pointillés représente la variation de la tension de désertion le long de l'axe d'écoulement dans les dispositifs obtenus selon des procédés antérieurs, alors que la courbe en trait plein représente la variation de cette même tension dans un dispositif obtenu par la mise en oeuvre du procédé de la présente invention Il est bien évident pour l'homme de l'art que toute modification non essentielle du dispositif tel que décrit cides sus ne sort pas du cadre de la présente invention, telle que revendiquée ci-après REVENDICATIONS 1. Procédé de croissance épitaxiale en phase vapeur, par dépôt de matière sur un substrat à partir deun mélange gazeux, caractérisé en ce que ledit mélange gazeux est homogénéisé par passage dans une chambre d'homogénéisation, composé d'au moins un réticule et un resserrement volumétrique. 2. Procédé de croissance épitaxiale en phase vapeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réticule est formé d'un réseau orthogonal de quartz. 3. Dispositif pour la croissance épitaxiale en phase vapeur, comprenant une source solide sur laquelle est envoyé un flux gazeux, de manière à obtenir un mélange gazeux de constituants à déposer sur un substrat, caractérisé en ce qu'il comprend également une chambre d'homogénéisation, composée d'au moins un réticule, et un resserrement volumétrique. 4. Dispositif pour la croissance épitaxiale en phase vapeur, selon la revendication 3, caractérisé en ce que la source solide est fractionnée. 5. Produits obtenus par croissance épitaxiale selon le procédé de la revendication 1 ou 2. 6. Eléments semiconducteurs obtenus par croissance épitaxiale, en phase vapeur, à partir d'une source solide fractionnée de Ga.As, sur laquelle esttenvoyé un flux gazeux d'hydrogène et et de trichlorure d'arsenic,/aprés passage à travers une chambre d'homogénéisation d'un dispositif selon la revendication 3 ou 4.