Brevet FR2476690A1 — publié le 19810828

-1- "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 semiconduc- trices sur au moins un substrat semiconducteur à partir de deux solutions liquides, et dans laquelle on distingue, essentiellement, un socle creusé d'un évidement destiné à recevoir ledit substrat, surmonté d'un chariot porteur des solutions liquides réparties dans deux réservoirs, lequel chariot peut être mû à travers la nacelle sur ledit socle par glissement unidirectionnel. L'invention concerne les dépôts épitaxiques en général, mais se rapporte plus particulièrement aux dépôts de com- posés semiconducteurs III-V qu'il est difficile d'obtenir selon un mode industriel. La croissance par épitaxie en phase liquide appartient à la technique connue. Un appareillage permettant de met- tre en oeuvre cette technique est décrit dans le brevet américain n0 3,690,965. L'appareillage décrit dans ce brevet comprend trois éléments essentiels: un réservoir 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 précédente et dans un évidement de laquelle se trouve le sub- strat 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. -2- 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 équiva- lentes aussi à celles de l'évidement o se trouve le sub- strat. 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 liquide sont ainsi éloignés du réservoir qui se trouve dès lors fermé à sa base. C'est à partir du seul petit volume de solution li- quide 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 tempé- rature. 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 carac- téristiques sensiblement identiques sur plusieurs sub- strats disposés chacun dans un évidement distinct de la seconde plaque et s'il permet également la réalisation de dépôts multicouches, n'est absolument pas adapté pour une utilisation industrielle. L'une et l'autre desdites réa- lisations conduisent à l'emploi d'un appareillage com- plexe, encombrant et peu commode, t la mise en oeuvre de fours présentant de nombreuses zones de chauffe distinctes et à un processus opératoire long et délicat. -3- La présente invention vise à mettre à la disposition de l'homme de l'art un appareillage à caractère industriel, c'est-à-dire de mise en oeuvre aisée, permettant de trai- ter plusieurs substrats simultanément. Selon l'invention, une nacelle utilisable dans un'dis- positif 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, essen- tiellement, un socle creusé d'un évidement destiné à rece- voir ledit substrat, surmonté d'un chariot porteur des solutions liquides réparties dans deux réservoirs, lequel chariot peut être mû à travers la nacelle sur ledit socle par glissement unidirectionnel, est notamment remarquable en ce que le réservoir destiné à recevoir la première des solutions liquides à amener au contact du substrat a pour fond ledit socle, tandis que le réservoir destiné à rece- voir la deuxième des solutions liquides est pourvu à sa base d'une cale d'obturation amovible. L'évidement creusé dans le socle de la nacelle et des- tiné à recevoir le/s substrat/s est situé dans la partie moyenne dudit socle, les réservoirs disposant sur ce socle de deux aires de stationnement prévues en deux extrémités opposées de la nacelle selon la direction de glissement. La cale mesurée selon une direction perpendiculaire à celle suivant laquelle est déplacé le chariot est plus longue que ledit évidement mesuré selon cette même direc- tion. Ladite cale, en position d'obturation du réservoir de la deuxième solution liquide se trouve dans un premier logement prévu dans l'épaisseur du chariot et repose sur ledit socle. Cette même cale, en position de repos, le réservoir de la deuxième solution liquide étant alors ou- vert, se trouve dans un deuxième logement prévu dans le- dit socle. Le chariot repose sur le socle par une plaque plane qui traverse la nacelle et recouvre entièrement l'évidement durant le processus de dépôt épitaxique. -4- Les dispositions décrites ci-dessus concourent, prises dans leur ensemble, à faire de la nacelle selon l'inven- tion un appareillage permettant d'effectuer des dépôts épitaxiques selon un mode industriel. Loger les réser- voirs à l'une ou à l'autre extrémité de la nacelle -ceci en fonction du processus opératoire- 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 l'utilisation des fours en place. Par ail- leurs, la zone de chauffe qui nécessite un réglage très précis -celle o 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 durant le dépôt des deux couches épitaxiques. 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 de qualité. La nacelle, de structure simple, offre aussi l'avan- tage d'être de mise en oeuvre aisée, sa commande ne néces- sitant, après introduction de ladite nacelle dans le four, que deux interventions. En effet, le procédé de dépôt mettant en oeuvre ladite nacelle pourvue de deux réservoirs en vue de la constitu- tion de deux couches épitaxiques successives sur un sub- strat semiconducteur, est caractérisé notamment en ce que, dans un premier temps du processus opératoire, préalable au dépôt de la première couche épitaxique, le chariot est mû par rapport au socle de manière à ce que les réservoirs remplis de leur solution liquide respective et disposés sur une première de leurs deux aires de stationnement soient transportés sur la deuxième de ces aires à l'extré- mité opposée de la nacelle et en ce que, dans un deuxième -5- temps du même processus opératoire, postérieur au dépôt de ladite première couche épitaxique, le chariot est mt dans un sens opposé à celui de son premier déplacement, de ma-- nière à ce que les réservoirs soient renvoyés sur la pre- mière desdites aires de stationnement. Egalement selon ledit procédé, le réservoir retenant la première des deux solutions liquides est placé derrière celui retenant la deuxième de ces solutions liquides par rapport au sens de déplacement du chariot au cours dudit premier temps du processus opératoire. De plus, le réservoir contenant la deuxième des solu- tions liquides demeure fermé durant tout le déplacement du chariot au cours dudit premier temps et ladite cale qui en assure la fermeture est abandonnée dans ledit deu- xième logement prévu à l'emplacement de ladite deuxième aire de stationnement, à l'issue dudit déplacement. Dans ces conditions, la première des solutions liquides est distribuée, au m.oins en partie, dans l'évidement o repose/nt le/s substrat/s au cours dudit premier temps, tandis que la deuxième solution liquide est distribuée, au moins en partie, dans l'évidement en remplacement du reliquat de la première solution liquide au cours dudit deuxième temps. Les dépôts épitaxiques obtenus avec une nacelle selon l'invention sont de haute qualité, remarquables notamment par un état de surface comparable à celui de dépôts réa- lisés 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 dép6t. Bien que conçue pour la croissance épitaxique de matériauxIII-V, en particulier du GaAlAs, en vue, par exemple, de la fabrication de diodes électroluminescentes, elle est d'un emploi intéressant dans tous les cas de dé- pôts de composés semiconducteurs à l'échelle industrielle. La description qui va suivre permettra de bien com- * prendre comment est structurée une nacelle selon l'inven- tion et comment on utilise cette nacelle. -6- La figure 1 représente une telle nacelle vue de des- sus. La figure 2 est une vue en coupe longitudinale selon la ligne II-II de la figure 1. La figure 3 est une vue en coupe transversale selon la ligne III-III de la figure 1. Les figures 4A, 4B et 4C, un peu simplifiées par rap- port aux figures précédentes, illustrent trois phases suc- cessives 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 une utili- sation dans un dispositif épitaxique de structure classique, bien connu de l'homme de l'art, comportant notamment une enceinte horizontale dans laquelle est placée ladite na- celle, et un four de chauffe. Seule la nacelle objet de l'invention est représentée sur les figures. La nacelle 1 des figures 1, 2 et 3,comporte un réci- pient ou creuset 10, de forme parallèlépipédique, sur le fond duquel est disposée une plaque 1L Cette plaque 11, qui est creusée en sa partie moyenne d'un évidement rectan- gulaire 12 destiné à recevoir les substrats semiconducteurs, forme le socle de la nacelle. Sur le socle 11 repose une autre plaque 13 qui traverse les parois de largeur 101 et 102 du creuset 10. La plaque 13 est déplaçable par trans- lation sur le socle 1i (de droite à gauche et vice-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. Avantageu- sement, la plaque 13 est maintenue, latéralement par rap- port à sa direction de déplacement, dans des rainures 15 usinées dans l'épaisseur des parois de longueur 103 et 104 du creuset 10. La plaque 13 est porteuse de deux réservoirs 16 et 17 disposés l'un auprès de l'autre, prévus pour y retenir les solutions liquides d'épitaxie. L'ensemble 18 de la plaque 13 et des réservoirs 16 et 17 forme ce qui est désigné précédemment comme étant le chariot. -7- Pour des raisons de facilité d'usinage, d'assemblage et de démontage de la nacelle, les cloisons latérales des réservoirs 16, 17, sont prévues amovibles par rapport à la plaque de base 13 du chariot 18. Elles forment un en- semble monoLithe 19 qui est ajusté dans une rainure 20 de ladite plaque. C'est aussi pour des raisons d'usinage que le socle il est réalisé 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. Selon l'invention, la nacelle 1 est caractérisée notam- ment en ce que l'un des réservoirs, le réservoir 16, est pourvu à sa base d'une cale d'obturation amovible 21, tan- dis que l'autre réservoir 17 a pour fond le socle 11. Le réservoir 17 est destiné à recevoir la première des solu- tions liquides a amener au contact des substrats dans l'évidement 12, tandis que le réservoir 16 est celui prévu pour recevoir la deuxième de ces solutions. Le réservoir 17 touche au socle 11 à travers une pre- mière ouverture rectangulaire 131 percée dans la plaque 13. Avantageusement, les bords dé cette ouverture perpen- diculaires à la direction de déplacement du chariot sont chanfreinés, afin de faciliter la distribution de la pre- mière solution liquide et la récupération du reliquat de cette solution dans ledit réservoir 17, après le dépôt de la première couche épitaxique. Les réservoirs 16 et 17, qui peuvent être déplacés d'une extrémité à l'autre de la nacelle, disposent sur le socle 11 de deux aires de stationnement 111 et 112 (res- pectivement droite et gauche sur les figures 1 et 2) si- tuées chacune à l'une desdites extrémités, en bordure de l'évidement 12. Une deuxième ouverture 132, percée dans la plaque 13 en regard du réservoir 16, légèrement plus spacieuse que la cale 21, fournit un premier logement pour cette cale. Une ouverture 113, percée dans le socle 11, légèrement plus spacieuse elle aussi que la cale 21, fournit un deu- xième logement à cette cale au niveau de l'aire 112. -8- La cale 21, mesurée selon une direction perpendiculaire à la direction de déplacement du chariot 18 est plus longue que l'évidement 12 mesuré selon la même direction. De ce fait, si l'on déplace le chariot 18 elle ne peut tomber dans ledit évidement; et le réservoir 16, durant un trajet du chariot 18 conduisant ledit réservoir de l'aire i1i à l'aire 112, reste fermé à sa base. Les pièces constituant la nacelle 1 sont, par exemple, en graphite, comme il est fait habituellement. D'autre part, les épaisseurs respectives de la cale 21, de la plaque 13, du socle 11 sont prévues de manière à ce que le chariot 18 puis être déplacé sans entrave. Dans l'exemple de réalisa- tion des figures 1 à 3, les épaisseurs de ces éléments sont sensiblement les mêmes, mais cette disposition n'a pas un caractère impératif. On se reporte maintenant aux figures 4 qui correspondent aux explications qui vont suivre concernant la mise en oeu- vre de la nacelle 1-. Dans ces explications il a été fait volontairement abstraction de considérations chimiques ou physiques par- ticulières telles que la nature des solutions liquides, celle des substrats, la température, le temps, qui pré- sident 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 ici 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 est imagé sur la figure 4A. Des substrats 40 reposent dans l'évidement 12. Le chariot 18 est tiré de façon à ce que les réservoirs soient placés à droite de la figure sur l'aire de stationnement 111. Le réservoir 16 est muni de sa cale de fond 21 logée dans l'ouverture 132. Les réservoirs 17 et 16 retiennent respec- tivement, la première 171 et la deuxième 161 des solutions liquides. Dans un premier temps du processus opératoire, le cha- riot 18 est mû à travers la nacelle, de la droite vers la -9- gauche, jusqu'à ce que les réservoirs viennent se placer à l'autre extrémité de cette nacelle, sur l'aire de station- nement 112. Durant le déplacement du chariot, le réservoir 16 demeure fermé par la cale 21, tandis que le réservoir 17, ouvert durant son passage adieszs te l'évidement 12 y laisse s'écouler une partie au moins de la solution li- quide 171 qui recouvre ainsi les substrats 40. En fin dudit premier temps, la nacelle se présente tel qu'il est montré sur la figure 4B. Le réservoir 17 est de nouveau fermé. La cale 21, venue en regard de l'ouver- ture 113, est tombée dans cette ouverture. Après une période de repos durant laquelle une. première couche épitaxique croit sur lessubstrats 40, le chariot 18 est tiré dans la nacelle de la gauche vers la droite jus- qu'à ce que les réservoirs 16 et 17 reposent à nouveau sur l'aire de stationnement 111 (voir Fig. 4C). Durant ce dé- placement, le reliquat de solution liquide 171 présent dans l'évidement 12 remonte dans le réservoir 17. Et le réser- voir 16, ouvert à sa base à partir du moment o il sur- plombe l'évidement 12, laisse s'écouler la solution 161 qui vient se substituer à la solution 171. On peut alors procéder à la croissance de la deuxième couche épitaxique. On notera que durant les deux dépôts, l'évidement 12 est couvert par la plaque 13 du chariot 18. Avantageusement, le niveau initial de la solution li- quide dans le réservoir 16 est prévu plus élevé que dans le réservoir 17 de manière à ce que la deuxième solution aide au refoulement de la première lors du remplacement de celle-ci par celle-là. Les dispositions structurales adoptées dans la nacelle selon l'invention permettent, en raison de la place impor- tante réservée pour l'évidement 12, de traiter simultané- ment un grand nombre de substrats. A titre indicatif, dans une nacelle utilisée par la Demanderesse et mesurant, hors tout, sensiblement 40 x 10 cm, l'évidement occupe 150 à cm2 et l'on peut y traiter hui à dix substrats, ceci en utilisant les fours en place. -10- 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. -11- - REVENDICATIONS - 1.- Nacelle (1) utilisable dans un dispositif de dépôt épitaxique en phase liquide conçue pour la formation suc- cessive de deux couches semiconductrices sur au moins un substrat semiconducteur (40) à partir de deux solutions liquides (161,171), et dans laquelle on distingue, essen- tiellement, un socle (11) creusé d'un évidement (12) des- tiné à recevoir ledit substrat, surmonté d'un chariot (18) porteur des solutions liquides réparties dans deux réser- voirs (16,17), lequel chariot peut être mil à travers la nacelle sur ledit socle par glissement unidirectionnel, - caractérisée en ce que le réservoir (17) destiné à recevoir la première des solutions liquides (171) à amener au contact du substrat a pour fond ledit socle, tandis que le réservoir (16) destiné à recevoir la deuxième des solutions liquides (161) est pourvu à sa base d'une cale d'obturation amovible (21). 2.- Nacelle selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'évidement creusé dans le socle de la nacelle et destiné à recevoir le/s substrat/s est situé dans la partie moyenne dudit socle, les réservoirs (16,17) disposant sur ce socle de deux aires de stationnement (111,112) prévues en deux extrémités opposées de la nacelle selon la direc- tion de glissement. 3.- Nacelle selon la revendication 1, caractérisée en en ce que la cale (21) mesurée selon une direction perpen- diculaire à celle suivant laquelle est déplacé le chariot (18) est plus longue que ledit évidement mesuré selon cette même direction. 4.- Nacelle selon la revendication 1, caractérisée en ce que la cale (21) en position d'obturation du réservoir (16) de la deuxième solution liquide se trouve dans un premier logement (132) prévu dans l'épaisseur du chariot et repose sur ledit socle. 5.- Nacellè selon la revendication 1, caractérisée en ce que la cale (21), en position de repos, le réservoir de la deuxième solution liquide étant alors ouvert, se trouve dans un deuxième logement (113) prévu dans ledit socle. -12- 6.- Nacelle selon la revendication 1, caractérisée en ce que le chariot repose sur le socle par une plaque plane (13) qui traverse la nacelle et recouvre entièrement l'é- videment durant le processus de dépôt épitaxique. 7.- Procédé de dépôt épitaxique en phase liquide, met- tant en oeuvre une nacelle (1) selon l'ensemble des reven- dications 1 à 6, prévue pour la constitution de deux cou- ches épitaxiques successives sur un substrat semiconduc- teur (40), caractérisé_ en ce que, dans un premier temps du processus opératoire, préalable au dépôt de la première couche épitaxique, le chariot (18) est me par rapport au socle de manière à ce que les réservoirs remplis de leur solution liquide respective et disposés sur une première (111) de leurs deux aires de stationnement soient transpor- tés sur la deuxième (112) de ces aires à l'extrémité oppo- sée de la nacelle et en ce que, dans un deuxième temps du même processus opératoire, postérieur au dépôt de ladite première couche épitaxique, le chariot est mû dans un sens opposé à celui de son premier déplacement, de manière à ce que les réservoirs soient renvoyés sur la première des- dites aires de stationnement. 8.- Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le réservoir (17) retenant la première (171) des deux solutions liquides est placé derrière celui (16) rete- nant la deuxième (161) de ces solutions liquides par rap- port au sens de déplacement du chariot au cours dudit pre- mier temps du processus opératoire 9.- Procédé selon l'ensemble des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que le réservoir contenant la deuxième des solutions liquides demeure fermé durant tout le dépla- cement du chariot au cours dudit premier temps et ladite cale (21) qui en assure la fermeture est abandonnée dans ledit deuxième logement (113) prévu à l'emplacement de la- dite deuxième aire de stationnement, à l'issue dudit dé- placement. 10.- Procédé selon l'ensemble des revendications 7, 8, 9, caractérisé en ce que la première (171) des solutions -13- liquides est distribuée, au moins en partie, dans l'évide- ment o repose/nt le/s substrat/s au cours dudit premier temps, tandis que la deuxième solution liquide (161) est distribuée, au moins en partie, dans l'évidement en rempla- cement du reliquat de la première solution liquide au cours dudit deuxième temps.