Brevet FR2476689A1 — publié le 19810828

"NACELLE UTILISABLE POUR DES DEPOTS EPITAXIQUES EN PHASE LIQUIDE ET PROCEDE DE DEPOT METTANT EN JEU LADITE NACELLE" L'invention concerne une nacelle utilisable dans un dispositif de dépôt épitaxique en phase liquide, conçue pour la formation successive de deux couches semiconductrices sur au moins un substrat semiconducteur à partir de deux solutions liquides, et dans laquelle on distingue, essentiellement, un socle plan creusé d'un évidement destiné à recevoir ledit substrat, surmonté d'un chariot porteur des solutions liquides, lequel chariot peut etre mû à travers la nacelle sur ledit socle par glissement unidirectionnel. L'invention concerne les dépôts épitaxiques en géné- ral, mais se rapporte plus particulièrement aux dépôts de composés semiconducteurs 111-V qu'il est difficile d'obtenir selon un mode industriel. La croissance épitaxique en phase liquide appartient à la technique connue. Un appareillage permettant de mettre en oeuvre cette technique est décrit dans le brevet américain nO 3,690,965. L'appareillage décrit dans ce brevet comprend trois éléments essentiels -un reservoir dans lequel est placée la solution liquide, -une première plaque plane sur laquelle repose le réservoir et qui forme le fond de celui-ci, -une seconde plaque plane disposée sous la précé dente et dans un évidement de laquelle se trouve le substrat semiconducteur à recouvrir. Les deux plaques sont mobiles par glissement l'une par rapport à l'autre et par rapport au réservoir, suivant une direction définie. La première plaque plane est percée d'une ouverture dont la forme et la section sont sensiblement équivalentes à celles de la base du réservoir et sensiblement 8pivalentes aussi à celles de l'évidement où se trouve le substrat. Dans un premier temps du processus opératoire, on met en correspondance la base du réservoir, ladite ouverture et ledit évidement. La solution liquide recouvre alors le substrat et remplit l'ouverture. Ensuite, les deux plaques sont glissées solidairement par rapport au réservoir dans ladite direction et dans un sens donné. Le substrat dans son évidement et l'ouverture remplie d'un petit volume de solution sont ainsi éloignés du réservoir qui se trouve dès lors fermé à sa base. C'est à partir du seul petit volume de solution liquide limité latéralement par l'ouverture qu'est effectué ensuite le dépôt de la couche épitaxiale sur le substrat, par le moyen habituel d'une baisse contrôlée de la température. Le procédé, selon le brevet américain sus-désigné, consistant à former une couche épitaxiale à partir d'un volume de solution liquide disposé en couche relativement mince au-dessus du substrat, présente l'intérêt -ainsi qu'il est indiqué dans ledit brevet!que la couche obtenue est particulièrement remarquable en ce qui concerne la qualité de son état de surface. Malheureusement, l'appareillage décrit, s'il permet la réalisation simultanée de couches épitaxiales de caractéristiques sensiblement identiques sur plusieurs substrats disposés chacun dans un évidement distinct de la seconde plaque, et slil permet également la réalisation de dépôts multicouches, n'est absolument pas adapté pour une utilisation industrielle. L'une et l'autre desdites réalisations conduisent a l'emploi d'un appareillage complexe, encombrant et peu commode, à la mise en oeuvre de fours présentant de nombreuses zones de chauffe distinctes et à un processus opératoire long et délicat. La présente invention vise à mettre à la disposition de l'homme de l'art un appareillage à caractère industriel, c'est-à-dire simple, de mise en oeuvre aisée, permettant de traiter plusieurs substrats simultanément. Selon l'invention, une nacelle utilisable dans un disposistif de dépôt épitaxique en phase liquide, conçue pour la formation successive de deux couches semiconductrices sur au moins un substrat semiconducteur à partir de deux solutions liquides, et dans laquelle on distingue, essentiellement, un socle plan creusé d'un évidement destiné à recevoir ledit substrat, surmonté dsun chariot porteur des solutions liquides, lequel chariot peut être mû à travers la nacelle sur ledit socle par glissement unidirectionnel, est notamment remarquable en ce que ledit chariot est divisé en un premier et un second éléments plans reposant directement sur ledit socle et disposés dans le prolongement l'un de l'autre, le premier de ces éléments supportant un réservoir destine à recevoir la première des solutions liquides à amener au contact du substrat. Le réservoir est situé au voisinage immédiat d'une extrémité du premier élément plan, la section plane restante de cet élément s'étendant, pour partie, à l'extérieur du volume de la nacelle, tandis que le second élément plan s'étend également, pour partie, à l'extérieur de la nacelle. Les deux éléments plans disposés jointifs, au moins pendant une partie du processus de dépôt épitaxique, recouvrent alors la totalité dudit socle et forment, hors l'espace occupé par ledit réservoir, une aire d'accueil plane rectangulaire pour la deuxième des solutions liquides. Suivant une autre caractéristique importante du disposés tif selon l'invention, ledit chariot, mesuré selon une direction perpendiculaire à celle de son déplacement est plus long que ledit réservoir. Par ailleurs, l'évidement creusé dans le socle de la nacelle et destiné à recevoir le/s substrat/s est placé dans la partie moyenne dudit socle, le réservoir disposant sur ce socle de deux aires de stationnement prévues en deux extrémités opposées de la nacelle selon la direction de glissement du chariot. Les dispositions décrites ci-dessus concourent, prises dans leur ensemble, à faire de la nacelle selon l'invention un appareillage permlettant d'effectuer cies dépôts épita xiques selon un mode industriel. Loger le réservoir à l'une ou à l'autre extrémité de la nacelle -ceci en fonction du processus opéatoire- présente en effet l'avantage de laisser une grande place à l'évidement creusé dans le socle aussi, peut-on -prévoir cet évidement long et large et y disposer plusieurs substrats qui sont ainsi traités simultanément et dans des conditions identiques. La nacelle conserve cependant des dimensions raisonnables qui permettent d'utiliser les fours en place.Par ailleurs, la zone de chauffe qui nécessite un réglage très précis -celle où se trouvent les substrats- reste étroite, ce qui facilite ce réglage. L'évidement est creusé peu profond -deux millimètres environ- et il est prévu, dans le processus opératoire, que cet évidement soit couvert par le premier élément du chariot durant le dépôt de la premiere couche épitaxique. Le confinement des substrats sous une nappe de solution liquide peu épaisse est avantageux, comme il a été vu précédemment, en ce qu'il favorise l'obtention de dépôts dé qualité. En ce qui concerne le dépôt de la deuxième couche épitaxique la nappe de solution liquide, très étendue, peut avoir l'épaisseur choisie ; il est facile, comme durant le dépôt de la première couche, de la faire peu épaisse. La nacelle, de structure simple, offre aussi 1' avan4 tage d'être de mise en oeuvre aisée, sa commande ne nécessitant après introduction de ladite nacelle dans le four, que deux interventions. En effet, le procédé de dépôt mettant en oeuvre ladite nacelle est caractérisé notamment en ce que, dans un premier temps du processus opératoire préalable au dépôt de la première couche épitaxique, le premier et le second élé- ments du chariot alors disposés jointifs sont miis par rapport au socle de manière à ce que le réservoir rempli de la première solution liquide et disposé sur une première de ses deux aires de stationnement, soit transporté sur la deuxième de ces deux aires Q l'extrémité opposée de la nacelle, et en ce que, dans un deuxième temps du même processus opératoire, postérieur au dépôt de ladite première couche, le premier élément du chariot est mû seul par rapport au socle et dans le sens opposé à celui de son premier déplacement de maniere à ce que le réservoir soit transporté à nouveau sur la première de ses deux aires de stationnement, les deux éléments dudit chariot étant de ce fait séparés. Le procédé de dépôt est caractérisé, de plus, en ce que la première solution liquide est distribuée, au moins en partie, du réservoir dans l'évidement où repose/nt le/s substrat/s au cours dudit premier temps, la deuxième solution liquide, retenue initialement et en majeure partie sur le second élément du chariot, s'écoulant alors, en longeant le réservoir ,sur le premier élément de ce chariot où elle séjourne durant le dépôt de la première couche épitaxique. La deuxième solution liquide est distribuée en partie dans l'évidement au cours dudit deuxième temps en remplacement du reliquat de la première solution liquide qui rentre alors dans le réservoir. Les dépôts épitaxiques obtenus avec une nacelle selon l'invention sont de haute qualité, remarquables notamment par leur état de surface comparable à celui de dépôts réalisés par épitaxie en phase vapeur. La nacelle selon l'invention convient pour la formation de dépôts épitaxiques sur tout substrat propre à ce genre de dépôt. Bien que conçue pour le dépôt épitaxique de matériaux 111-V, en particulier de GaAlAs, en vue1 par exemple, de la fabrication de diodes électroluminescentes, elle est d'un emploi intéressant dans tous les cas de dépôts de composés semiconducteurs à l'échelle industrielle. La description qui va suivre permettra de bien com- prendre comment est structurée une nacelle selon l'invention et comment on utilise cette nacelle. La figure 1 représente une telle nacelle vue de dessus. La figure 2 est une vue en coupe selon la ligne Il-Il de la figure 1. Les figures 3A, 3B et 3C illustrent trois phasessuccessives du processus opératoire conduisant à la formation de deux couches épitaxiques sur des substrats traités dans une nacelle selon l'invention. La nacelle selon l'invention est destinée à être-utilisée dans un dispositif de dépôt épitaxique de structure classique, bien connu de l'homme de l'art, comportant notamment une enceinte horizontale dans laquelle est placée ladite nacelle, et un four de chauffe. Seule la nacelle objet de l'invention est représentée sur les figures. La nacelle 1 des figures 1 et 2 comporte, un récipient ou creuset 10, de forme parallèlépipédique, sur le fond duquel est disposée une plaque 11. Cette plaque 11, qui est creusée en sa partie moyenne d'un évidement rectangulaire 12 destiné à recevoir les substrats semiconducteurs, forme le socle de la nacelle. Sur le socle 11 repose un chariot 13 qui traverse les parois de largeur 101 et 102 du creuset 10. Le chariot 13 est déplaçable par glissement sur le socle 11 ( de droite à gauche et viceet-versa sur les figures 1 et 2), par exemple à l'aide d'un crochet que l'on introduit dans le trou d'extrémité 14. Avantageusement, le chariot 13 est maintenu, latérale ment par rapport à sa direction de déplacement, dans des rainures 15 usinées dans l'épaisseur des parois de longueur 103 et 104 du creuset 10. Selon l'invention, la nacelle 1 est caractérisée notamment en ce que ledit chariot 13 est divisé en un premier, 131, et un second, 132, éléments plans reposant directement sur ledit socle 11 et disposés dans le prolongement l'un de l'autre, le premier de ces éléments supportant un réservoir 16 destiné à recevoir la première des solutions liquines 2 amener au contact du substrat. Pour des raisons de facilité d'usinage, d'assemblage et de démontage de la nacelle, les cloisons latérales du réservoir 16 sont prévues amovibles par rapport à l'élément plan 131 du chariot 13. Elles forment un ensemble monolithe 17 qui est ajusté dans une rainure 18 dudit élément. C'est aussi pour des raisons d'usinage que le socle 11 est réa lisé sous la forme d'une plaque amovible que l'on glisse dans le fond de la nacelle 1 ; en fait, le fond de la nacelle fait aussi partie du socle. Le réservoir 16 touche au socle 11 à travers une ouverture rectangulaire 133 percée dans l'élément 131. Avantageusement, les bords de cette ouverture perpendiculaires à la direction de déplacement du chariot sont chanfreinés, afin de faciliter la distribution de la première solution liquide et la récupération du reliquat de cette solution après le dépôt de la première couche épitaxique. Le réservoir 16 est situé au voisinage immédiat d'une extrémité 131A du premier élément, la section plane restante de cet élément s'étendant pour partie à l'extérieur du volume de la nacelle. Le second élément plan 132 s'e- tend également pour partie à l'extérieur de la nacelle. Les deux éléments plans 131 et 132 peuvent être disposés jointifs ainsi qu'il apparaît sur les figures 1 et 2, le contact se faisant selon une ligne 19 (tracée en trait double sur ces figures pour bien distinguer les deux éléments). Ils recouvrent alors la totalité du socle 11 et forment, hors l'espace occupé par le réservoir 16, une aire d'accueil 20,plane, rectangulaire. Le réservoir 16 n'occupe pas toute la largeur de l'élément plan 131. Des couloirs 21 subsistent sur l'aire 20 entre les parois du réservoir et les parois de longueur 103 et 104 de la nacelle. Par ailleurs, l'évidement 12 creusé dans le socle 11 est situé dans la partie moyenne dudit socle, le réservoir disposant sur ce socle de deux aires de stationnement 111 et 112 prévues aux deux extrémités de longueur de la nacelle, en bordure de l'évidement 12. Les pièces constituant la nacelle 1 sont, pàr exemple, en graphite, comme il est fait habituellement. On se reporte maintenant aux figures 3, qui correspondent aux explications qui vont suivre concernant la mise en oeuvre de la nacelle 1. Dans ces explications, il a été fait volontairement abstraction de certaines considérations chimiques ou physiques particulières tes que, par exemple, la nature des solutions liquides, celle des substrats, la température, le temps, qui président à l'élaboration d'un dépôt épitaxique donné selon la méthode conventionnelle, bien connue de l'homme de l'art. Le processus n'est étudié que sous le seul aspect de l'emploi de la nacelle. Avant'le dépôt de la première couche épitaxique, la nacelle se présente tel qu'il a été imagé sur la figure 3A. Des substrats 30 reposent dans l'évidement 12. Le chariot 13 est tiré de façon à ce que le réservoir 16 soit placé alors sur l'aire de stationnement 111, au contact, ou presque au contact, de la paroi 101 de la nacelle. Les deux éléments plans 131 et 132 du chariot 13 sont disposés jointifs. Le réservoir 16 contient la première solution liquide 161 tandis que la deuxième, 162, des solutions liquides est répandue sur l'ensemble de l'aire d'accueil 20, où elle est distribuée en majeure partie sur l'élément plan 132. Dans un premier temps du processus opératoire, le chariot 13 est mû à travers la nacelle, de la droite vers la gauche, jusqu'à ce que le réservoir 16 vienne se placer sur l'aire de stationnement 112 à l'extrémité opposée de ladite nacelle ; il est alors pratiquement au contact de la paroi 102. Durant le déplacement du chariot le réservoir 16, ouvert à sa base lorsqu'il passe au-dessus de l'évidement 12, y laisse s'écouler une partie au moins de la solution liquide 161 qui recouvre ainsi les substrats 30. Les éléments plans 131 et 132 restent jointifs durant ce déplacement. Aussi la solution liquide 162 demeure retenue sur le chariot ; le mouvement de ce chariot la pousse de la gauche vers la droite du réservoir 16, elle emprunte pour s'écouler les couloirs 21 et se trouve reposer finalement, en majeure partie, sur l'élément plan 131.La nacelle, à cet instant-là, se présente ainsi qutil est montré sur la figure 3B. Après une période de repos durant lequel une première couche épitaxique croît sur les substrats 30 à partir de la solution 161,et dans un deuxième temps du processus opératoire, le chariot 13 est tiré dans la nacelle de la gauche vers la droite jusqu'à ce que le réservoir 16 repose à nouveau sur l'aire de stationnement 111 (voir figure Suc). C'est le seul élément plan 131 dudit chariot 13 et le réservoir 16 qui en est solidaire qui se déplacent alors ; l'élément 132 demeure en place, presque sorti de la nacelle. La solution liquide 162 s'introduit dans l'ouverture créée entre lesdits éléments 131 et 132 alors disjoints et vient remplacer, dans l'évidement 12, la solution liquide 161 qui est récupérée dans le réservoir 16. On procede alors à la croissance de la deuxième couche épitaxique sur les substrats 30. Les dispositions structurales adoptées dans la nacelle selon l'invention permettent, en raison de la place importante réservée pour l'évidement 12, de traiter simultanément un grand nombre de substrats. A titre indicatif, dans une nacelle utilisée par la Demanderesse et mesurant, hors tout, sensiblement 40 x 10 cmç l'évidement occupe 150 à 200 cm2 et l'on peut y traiter huit à dix substrats, ceci en utilisant les fours en place. Une augmentation de la capacité serait possible sans rien changer à la structure de la nacelle sinon à ses dimensions, à condition, cela va de soi, d'augmenter parallèlement la capacité du four dans lequel elle est disposée. - REVENDICATIONS 1.- Nacelle (1) utilisable dans un dispositif de dépôt épitaxique en phase liquide, conçue pour la formation successive de deux couches semiconductrices sur au moins un substrat semiconducteur (30) à partir de deux solutions liquides (161,162), et dans laquelle on distingue, essentiellement, un socle plan (11) creusé d'un évidement (12) destiné à recevoir ledit substrat, surmonté d'un chariot (13) porteur des solutions liquides, lequel chariot peut être mt à travers la nacelle sur ledit socle par glissement unidirectionnel, caractérisée en ce que ledit chariot (13) est divisé en un premier (131) et un second (132) élé- ments plans reposant directement sur ledit socle (11) et disposés dans le prolongement l'un de l'autre, le premier (131) de ces éléments supportant un réservoir (16) destiné à recevoir la première (161) des solutions liquides à àr au contact du substrat. 2.- Nacelle selon la revendication 1, caractérisée en ce que le réservoir (16) est situé au voisinage immédiat d'une extrémité (131A) du premier élément plan (131), la section plane restante de cet élément s'étendant, pour partie, à l'extérieur du volume de la nacelle, tandis que le second élément plan (132) s'étend également, pour partie, à l'extérieur de la nacelle. 3.- Nacelle selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les deux éléments plans (131,132) disposés jointifs (19), au moins pendant une partie du processus de dépôt épitaxique,recouvrent alors la totalité dudit socle et forment, hors l'espace occupé par ledit ré- servoir, une aire d'accueil plane rectangulaire (20) pour la deuxième des solutions liquides (162). 4.- Nacelle selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit chariot (13), mesuré selon une direction perpendiculaire à celle de son déplacement, est plus long que ledit réservoir (16). 5.- Nacelle selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'évidement (12) creusé dans le socle (11) de la nacelle et destiné à recevoir le/s substrat/s (30)est placé dans la partie moyenne dudit socle, le reservoir disposant sur ce socle de deux aires de stationnement (111,112) prévues en deux extrémités opposées de la nacelle selon la direction de glissement du chariot. 6.- Procédé de dépôt épitaxique en phase liquide en vue de la formation successive de deux couches semiconductrices sur au moins un substrat semiconducteur, mettant en oeuvre une nacelle selon l'ensemble des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, dans un premier temps du processus opératoire préalable au dépôt de la première couche épitaxique, le premier (131) et le second (132) éléments du chariot (13), alors disposés jointifs (19), sont mûs par rapportau socle de manière à ce que le réservoir (16) rempli de la première solution liquide (161) et disposé sur une premiere de ses deux aires de stationnement (111), soit transporté sur la deuxième (112) de ces deux aires à l'extrémité opposée de la nacelle, et en ce que, dans un deuxième temps du même processus opératoire, postérieur au dépôt de ladite première couche, le premiér élément du chariot est mû seul par rapport au socle (11) et dans le sens opposé à celui de son premier déplacement de manière à ce que le réservoir soit transporté à nouveau sur la pre mière (111) de ses deux aires de stationnement, les deux éléments dudit chariot étant de ce fait séparés. 7.- Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la première solution liquide est distribuée, au moins en partie, du réservoir dans l'évidement où repose/nt le/s substrat/s au cours dudit premier temps, la deuxième solution liquide, retenue initialement et en majeure partie sur le second élément du chariot; s'coulant alors,en longeant (21) le réservoir (16), sur le premier élément de ce chariot où elle séjourne durant le dépôt de la première couche épitaxique. 8.- Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la deuxième solution liquide est distribuée en partie dans l'évidement au cours dudit deuxième temps en remplacement du reliquat de la première solution liquide qui rentre alors dans le réservoir.