Brevet FR2544344A1 — publié le 19841019

Tiroir pour creuset de dépôt multicouches notamment sur substrat semi-conducteur L'invention concerne un tiroir pour creuset de déport multicouches notamment sur substrat semi-conducteur. Un tel creuset est classiquement utilise pour réaliser des dépôts epitaxiaux et comporte de maniere connue - un tiroir mobile selon une direction horizontale 'Blongitudinale", constitué d'un matériau non polluant "tendre" présentant une surface superieure plane dans laquelle un logement est usiné en creux pour pouvoir recevoir sans laisser de vide un substrat de manière que la face supérieure de ce substrat soit en léger retrait par rapport à celle du tiroir, - une succession longitudinale de compartiments pour contenir des solutions liquides saturées propres à former un dépôt épitaxial, chacun de ces compartiments présentant une paroi avant, une paroi arrière et deux parois latérales disposées au-dessus de ce tiroir de manière que la surface supérieure de ce tiroir et le substrat constituent le fbnd de ces compartiments, - et un corps constitué d'un matériau non polluant 5ttendreV' usiné pour former d'une part des parois de chacun de ces compartiments et dartre part une glissière longitudinale pour guider le tiroir avec un faible jeu de manière à assurer l'étanchéité du fond des compartiments lorsque le tiroir coulisse dans la glissière. Les divers compartiments reçoivent des solutions diverses de manière à permettre par avancement pas à pas du tiroir de placer le substrat en position de recevoir une succession de couches épitaxiales superposées de diverses compositions. Dans un premier creuset connu, les parois avant, arrière et latérales sont formées dans un meme bloc de graphite par usinage. Le frottement de la surface supérieure du tiroir, également réalisé en graphite, contre le bord inférieur des parois arrière et avant des compartiments entraine l'usure progressive de cette surface et de ces bords. Après la réalisation d'un certain nombre de dépôts multicouches, cette usure est telle que chaque avancement du tiroir d'un pas entraîne une quantité excessive de la solution de chaque compartiment dans le compartiment suivant. La composition correcte des solutions dans les divers compartiments ne peut plus alors etre maintenue, et le creuset doit etre remplacé. C'est pourquoi, dans un deuxième creuset connu, les parois avant et arrière des compartiments sont constituées par des plaquettes séparatrices réglables en hauteur et faites d'un matériau non polluant plus dur que lesdits matériaux tendres. Leur bord inférieur est poli parallèlement à la surface supérieure du tiroir pour former des arêtes vives propres à racler cette surface supérieure. Ceci permet d'empêcher ltentranement d'une couche liquide mince par cette surface supérieure lorsque le tiroir coulisse et de limiter à une valeur acceptable l'épaisseur de la couche liquide entraînée par la surface supérieure du substrat. Des rainures verticales guident les bords latéraux des plaquettes séparatrices et permettent d'abaisser ces plaquettes au fur et à mesure de l'usure de la surface supérieure du tiroir pour maintenir le contact entre cette surface et le bord inférieur des plaquettes. Le logement du substrat présente une largeur inférieure à celle des plaquettes séparatrices de manière à permettre l'appui de deux parties latérales "portantes' de ee bord inférieur des plaquettes sur deux bandes latérales de la surface supérieure du tiroir de part et d'autre du logement lorsque la partie médiane de ce bord est au-dessus du substrat posé dans le logement. Lorsque les diverses couches ont été déposées, le tiroir est tiré partiellement hors du creuset pour permettre d'enlever le substrat revêtu de ces couches, puis les compartiments sont vidés et le tiroir est tiré complètement hors du creuset. Quelles que soient les précautions prises comme précédemment indiqué pour assurer un raclage de la surface supérieure de ce tiroir, une couche solide de matériau de dépôt reste accrochée sur cette surface supérieure, du moins en dehors des bandes latérales de guidage. Un nettoyage de cette surface supérieure est donc nécessaire avant de nouveaux dépôts. Compte tenu de la nature chimique des matériaux déposés (par exemple arseniure de gallium ou phosphure d'indium) et de la nécessité d'éviter toute pollution du tiroir un tel nettoyage ne peut guère se faire que par des procédés mécanique. Malheureusement, surtout si, comme dans l'application décrite, ces matériaux déposés sont plus durs que celui qui constitue le tiroir, le nettoyage mécanique est difficile et entraîne une usure appréciable du tiroir, qui ne peut par exemple être nettoyé que 50 fois. L'invention a pour but la réalisation d'un tiroir facile à nettoyer après chaque utilisation et de durée de vie longue malgré la nécessité de ce nettoyage. Elle permet par exemple d'utiliser un tiroir de graphite pour 500 dêpots épitaxiaux sans usure gênante, et elle s'applique à des tiroirs incorporés aussi bien dans le premier creuset connu décrit ci-dessus que dans le second. Elle a pour objet un tiroir pour creuset de dépôt multicouehes notamment sur substrat semi-conducteur, ce tiroir étant destiné à être monté mobile dans un creuset selon une direction "longitudinale", pour y constituer le fond de compartiments de dépôt se succédant selon cette direction, ce tiroir étant constitué d'un matériau tendre, et présentant une face supérieure généralement plane dans laquelle un logement est usiné en creux pour pouvoir recevoir sans laisser de vide un substrat de manière que la face supérieure de ce substrat soit en léger retrait par rapport à celle du tiroir, - ce tiroir étant caractérisé par le fait que sa surface supérieure présente une bande longitudinale médiane occupant une partie médiane de la largeur de ce tiroir et creusée de dépressions régulièrement réparties et occupant au moins 50% de l'aire de cette bande en laissant subsister entre elles des zones d'appui, de manière que la tension superficielle des liquides générateurs du dépôt empêche ces liquides de pénétrer dans ces dépressions et les maintienne en appui sur ces zones d'appui, - cette bande longitudinale étant encadrée par deux bandes latérales de guidage dépourvues de dépression et permettant d'assurer un guidage précis du tiroir par ses bords. On adopte de plus, de préférence, les dispositions suivantes - La largeur maximale de chaque dépression est inférieure à 1,5 mm. - La largeur moyenne de chaque zone d'appui entre deux dépressions successives est comprise entre5% et 60% de la largeur moyenne de chaque dépression. - Les lignes de fond des dépressions sont des arcs de cercles égaux dont les centres sont situés au-dessus du tiroir et se succèdent longitudinalement, de manière que ces dépressions puissent etre creusées par passage longitudinal du tiroir sous une fraise rotative. Dans le cas de dépôts épitaxiaux sur un substrat semiconducteur le tiroir est avantageusement constitué de graphite ou de nitrure de bore. A l'aide des zigues ci-jointes on va décrire ci-après, à titre d'exemple non limitatif, un mode de mise en oeuvre de l'invention dans le cas du deuxième creuset connu précédemment mentionné. La figure 1 représente une vue en perspective d'un creuset incorporant un tiroir selon l'invention, des joues de blocage de ce creuset étant déchirées, une plaquette séparatrice étant levée, le tiroir étant en position reculée au maximum vers l'arrière, avant mise en place d'un substrat dans son logement. La figure 2 représente une vue de dessus du tiroir de ce creuset. La figure 3 représente une vue de dessus de ce creuset avec les joues de blocage partiellement déchirées. La figure 4 représente une vue de creuset en coupe transversale selon un plan IV-IV de la figure 3. La figure 5 représente une vue partielle de dessus du tiroir à échelle agrandie par rapport à la figure 2. La figure 6 représente une vue partielle de ce tiroir à échelle agrandie, en coupe par un plan vertical longitudinal médian selon la ligne VI-VI de la figure 5. Le creuset représenté comporte - un tiroir 1 mobile selon une direction-horizontale "longitudinale", constitué d'un matériau non polluant "tendre" présentant une surface supérieure plane la dans laquelle un logement 2 est usiné en creux pour pouvoir recevoir sans laisser de vide un substrat de manière que la face supérieure de ce substrat soit en léger retrait par rapport à celle du tiroir, - une succession longitudinale de compartiments 3 pour contenir des solutions liquides saturées propres à former chacune une couche de dépôt épitaxial, chacun de ces compartiments présentant une paroi avant P1, une paroi arrière P2 et deux parois latérales B1, B'1 disposées au-dessus de ce tiroir de manière que la surface supérieure de ce tiroir et le substrat constituent le fond de ces compartiments, - et un corps 4 constitué d'un matériau non polluant 1,tendre" usiné pour former d'une part des parois de chacun de ces compartiments et d'autre part une glissière longitudinale pour guider le tiroir avec un faible jeu de manière à assurer l'étanchéité du fond des compartiments lorsque le tiroir coulisse dans la glissière. La longueur du tiroir est suffisante pour qu'il occupe le fond de tous les compartiments successifs, aussi bien lorsqu'il est reculé au maximum comme représenté, pour sortir le logement 2 et permettre d'y placer un substrat non représenté, que lorsque ce logement avance ensuite d'abord sous tous les compartiments successifs contenant les diverses solutions de dépôt puis continue d'avancer et sort du corps pour permettre de reprendre aisément le substrat revetu par les divers dépôts. Le corps 4 comporte un bloc transversal avant 4b et un bloc transversal arrière 4c réunies par deux bases 4d et 4g s t étendant longitudinalement. Ces deux blocs transversaux comportent chacun une ouverture pour le passage du tiroir 1.Dans ces deux bases sont formées deux saignées s'étendant longitudinalement pour recevoir un fond 4a disposé immédiatement sous le tiroir 1. Les parois avant et arrière des compartiments sont constituées par des plaquettes séparatrices planes P1, P2, P3 etc... d'un matériau non polluant plus dur que lesdits matériaux "tendres" et dont le bord inférieur 5 est poli parallèlement à la surface supérieure la du tiroir 1. Comme précédemment expliqué on forme ainsi des arêtes vives propres à racler cette surface supérieure pour empêcher ltentratnement d'une couche liquide mince par cette surface supérieure lorsque le tiroir coulisse et pour limiter à une valeur acceptable l'épaisseur de la couche liquide entraînée par la surface supérieure du substrat. Le corps 4 présente deux flancs latéraux B1, B2, B3 ; B'1, Bç2, 3'3..... constituant les parois latérales des compartiments et creusés de rainures verticales 6 pour guider les bords latéraux des plaquettes séparatrices et permetttre d'abaisser ces plaquettes au fur et à mesure de l'usure de la surface supérieure du tiroir pour maintenir le contact entre cette surface et le bord inférieur des plaquettes. Le logement 2 présente une largeur inférieure à celle des plaquettes P1, P2, P3 séparatrices de manière à permettre l'appui de deux parties latérales "portantes" de ce bord inférieur des plaquettes sur deux bandes latérales lb, le de la surface supérieure du tiroir de part et d'autre du logement lorsque la partie médiane de ce bord est au-dessus du substrat posé dans le logement. Tous les six compartiments sont identiques, de même que toutes les plaquettes séparatrices qui constituent toutes les parois avant et arrière de tous les compartiments et qui sont au nombre de 7, dans le cas où on veut pouvoir déposer six couches épitaxiales superposées sur un substrat. De préférence la largeur de chacune des deux bandes latérales lb, îc de la surface supérieure la du tiroir 1 est au-moins égale à 5% de la largeur de cette surface, de manière à éviter une usure trop rapide de ces deux bandes latérales. Chacun des deux flancs latéraux du corps présente la forme d'une succession longitudinale de blocs parallélépipédiques rectangles B1, B2, B3, B'1, B'2, B'3 séparés par des intervalles constituant lesdites rainures verticales 6. Les plaquettes séparatrices Fl, P2, P3 présentent une largeur supérieure à celle du corps muni de ces deux flancs latéraux, de manière à ce que chacune de ces plaquettes déborde latéralement de ce corps. Le creuset comporte en outre deux joues de blocage 7 s'étendant longitudinalement à l'intérieur des deux flancs latéraux du corps et appuyant latéralement sur les bords latéraux des plaquettes séparatrices de manière à bloquer celles-ci et à les empêcher de se soulever. Des moyens de fixation 8 permettent de fixer ces joues audit corps, de manière amovible pour permettre d'abaisser les plaquettes séparatrices.Ces moyens de fixation 8 sont constitués par des vis s'engageant dans des blocs transversaux 4b et 4c. Conformément à la présente invention et aux figures 5 et 6, la bande longitudinale médiane id du tiroir, entre les deux bandes latérales de guidage lb, le est creusée de dépressions D régulièrement réparties et occupant au moins 50% de l'aire de cette bande en laissant subsister entre elles des zones d'appui A, de manière que la tension superficielle des liquides générateurs des diverses couches du dépôt empêche ces liquides de pénétrer dans ces dépressions et les maintienne en appui sur ces zones d'appui. Ces dépressions sont avantageusement creusées à l'aide d'une fraise rotative sous laquelle on fait défiler le tiroir longitudinalement dans un plan horizontal. L'axe de la fraise est disposé dans le plan vertical longitudinal médian du tiroir et fait par exemple avec la verticale un angle de 200 égal à l'ange 10 entre le fond plat des dépressions D et l'horizontale. Le diamètre de la fraise est par exemple égal à 300 % de la largeur de la bande longitudinale médiane du tiroir. La vitesse de rotation de la fraise 9 sa position, le nombre d'outils de coupe qu'elle porte , leur forme et la vitesse d'avancement du tiroir sont ajustés de manière à satisfaire aux conditions suivantes - La largeur maximale de chaque dépression D est inférieure à 1,5 mm. Cette largeur est plu9 etroitement comprise, de préférence, entre 0,3 et 1 mm. - La largeur moyenne de chaque zone d'appui A entre deux dépressions D successives est comprise entre 5% et 60% de la largeur moyenne de chaque dépression. En pratique on fait en sorte que la largeur minimale de la zone d'appui soit aussi petite que possible, sans pourtant prendre le risque de faire disparaître localement cette zone. REVENDICATIONS 1/ Tiroir pour creuset de dépôt multicouches notamment sur substrat semi-conducteur, ce tiroir étant destiné à être monté mobile dans un creuset selon une direction "longitudinale" pour y constituer le fond de compartiments de dépôt se succédant selon cette direction, ce tiroir , étant constitué d'un matériau tendre, et présentant une face supérieure généralement plane dans laquelle un logement (2) est usiné en creux pour pouvoir recevoir sans laisser de vide un substrat de manière que la face supérieure de ce substrat soit en leger retrait par rapport à celle du tiroir, - ce tiroir (1) étant caractérisé par le fait que sa surface supérieure (la) présente une bande longitudinale médiane (9d) occupant une artie médiane de la largeur de ce tiroir et creusée de dépressions (D) régulièrement réparties et occupant au moins 50% de l'aire de cette bande en laissant subsister entre elles des zones d'appui (A), de manière que la tension superficielle des liquides générateurs des couches du dépôt empêche ces liquides de pénétrer dans ces dépressions et les maintienne en appui sur ces zones d'appui, - cette-bande longitudinale étant encadrée par deux bandes latérales de guidage (lob, lo) dépourvues de dépression et permettant d'assurer un guidage précis du tiroir par ses bords. 2/ Tiroir selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la largeur maximale de chaque dépression (D) est inférieure à 1,5 mm. 3/ Tiroir selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la largeur moyenne de chaque zone d'appui (A) entre deux dépressions CD) successives est comprise entre 5% et 60% de la largeur moyenne de chaque dépression. 4/ Tiroir selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les lignes de fond (F) des dépressions CD) sont des arcs de cercles égaux dont les centres sont situés au-dessus du tiroir et se succèdent longitudinalement, de manière que ces dépressions puissent être creusées par passage longitudinal du tiroir sous une fraise rotative. 5/ Tiroir selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est constitué de graphite ou de nitrure de bore.