Brevet FR2596069A1 — publié le 19870925

--1 -CREUSET POUR EPITAXIE LIQUIDE MULTI-BAINS La présente invention a pour objet un circuit pour épitaxie liquide multi-bains dans lequel des substrats à épitaxier sont disposés dans une tirette porte-substrats dont le déplacement permet de mettre les substrats successivement 05 en contact avec les différents bains d'épitaxie. Des creusets multi-bains sont utilisés couramment dans l'industrie.Ceux-ci permettent soit de traiter un grand nombre de substrats mais le nombre de bains est limité à deux, soit de traiter nettement moins de substrats dans un nombre 10 plus élevé de bains. A la première catégorie appartient par exemple le creuset décrit dans le brevet français 1600341 déposé par la Demanderesse. Celui-ci permet d'épitaxier un nombre élevé de substrats disposés horizontalement. Par translation d'une 15 tirette porte-substrats, on met ces derniers en contact avec l'un ou l'autre de deux bains d'épitaxie. On peut ainsi réaliser une épitaxie à deux couches, ou bien une épitaxie multi-couches ne présentant que deux types de couches alternées. A la deuxième catégorie appartient le creuset décrit dans la demande de brevet japonais publiée sous le numéro 5926997 (SUMITOMO). Le porte-substrats n'est pas une simple tirette mais comporte trois plateaux communicants et superposés contenant des substrats à épitaxier et mis en 25 contact par translation, successivement avec les différents bains d'épitaxie disposés dans des compartiments éspacés longitudinalement. Le mouillage des substrats contenus dans les trois plateaux superposés nécessite l'application d'une pression. La mise en oeuvre d'un tel creuset est en outre 30 délicate, car on doit éviter toute solidification de la solution dans les canaux qui font communiquer entre eux les - 2 plateaux superposés. Enfin, on ne peut traiter avec un tel creuset un nombre élevé de substrats. Augmenter la longueur des plateaux conduit en effet à un creuset de longeur inacceptable. Augmenter leur largeur, c'est s'exposer à des 05 difficultés lors de la translation des plateaux. Or les creusets sont en graphite, donc coûteux et fragiles. L'invention propose un creuset dont la conception est adaptée à la réalisation d'épitaxies multi-bains d'un nombre élevé de substrats, tout en restant d'une utilisation 10 simple. Le creuset selon l'invention est à cet effet caractérisé en ce qu'il comporte un compartiment dans lequel sont empilés alternativement des tiroirs d'étanchéité et des tiroirs porte-solution, chacun de ces derniers présentant une 15 cavité destinée à recevoir une dite solution et présentant une partie inférieure débouchant à la face inférieure dudit tiroir porte-solution et les tiroirs d'étanchéité étant tels qu'ils referment la partie inférieure desdites cavités et en ce que la tirette porte-substrats est translatable dans le même plan 20 que le tiroir inférieur de l'empilement des tiroirs entre une position arrière o elle est dégagée de l'empilement et une position avant o, après avoir chassé le tiroir inférieur de l'empilement, elle se trouve en dessous de l'empilement. Le déplacement de la tirette porte-substrats permet 25 de mettre les substrats en contact avec chacun des différents bains d'épitaxie. En effet, après l'évacuation d'un tiroird'étanchéïté par la tirette portesubstrats, un tiroir porte solution devient alors le tiroir inférieur de l'empilement des tiroirs, et la solution qu'il contient vient mouiller les 30 substrats de la tirette porte-substrats qui se trouve sous l'empilement des tiroirs. Selon une variante, la cavité desdits tiroirs porte-solution comporte au moins un évidement destiné à recevoir une phase solide permettant de - 3 maintenir ladite solution en saturation d'au moins un constituant. Selon un mode de réalisation préféré, le compartiment comporte un fond présentant une ouverture disposée à l'a05 plomb de l'empilement de manière à permettre lors du retour de la tirette porte-substrat à sa position arrière, l'évacuation des bains d'épitaxie utilisés. Le tiroir d'étanchéité est avantageusement une plaque pleine de même contour extérieur qu'un tiroir 10 porte-solution. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre d'exemple non limitatif en liaison avec les dessins qui représentent: - Les figures la à le, en coupe longitudinale, un 15 creuset selon l'invention dans différentes étapes illustrant une épitaxie avec un bain d'épitaxie. - Les figures 2a et 2b, respectivement en coupe longitudinale et en vue de dessus, un tiroir porte-substrats selon l'invention. - Les figures 3a et 3b, respectivement en coupe longitudinale et en vue de dessus, un corps de creuset selon l'invention. - Les figures 4 a et 4b, respectivement en coupe longitudinale et en vue de dessus, une tirette porte-solution 25 selon l'invention. - Les figures 5a et 5b, respectivement en coupe longitudinale et en vue de dessus, une tirette d'étanchéité selon l'invention. - La figure 6, une vue en perspective d'une extré30 mité du corps du creuset avant montage d'un élément de fermeture représenté en perspective à la figure 7. Selon la figure la, un creuset selon l'invention comporte un corps de creuset désigné par le repère général 1 et se composant d'un compartiment 2 et d'un plan de coulis35 sement 3 recouvert en dehors du compartiment 2 par un bord - 4 supérieur 4, de manière à définir un canal de coulissement 5 de section rectangulaire. Le compartiment 2 reçoit un empilement alterné de tiroirs d'étanchéité 11 et de tiroirs porte-solution 12. Lorsque le creuset est mis en place dans une ampoule en quartz en vue de réaliser des opérations d'épitaxie, le tiroir inférieur de l'empilement 2 est un tiroir d'étanchéité 11 qui se trouve à l'aplomb du canal 5. Il y a autant de tiroirs porte-solution 12 remplis 10 chacun d'une solution 14 que de couches à épitaxier. Les substrats 9 à épitaxier sont disposés dans un évidement 8 d'une tirette porte-substrat 7 qui se trouve en position arrière dans le canal 5 sous le bord supérieur 4. On comprendra que la viscosité élevée des bains 15 d'épitaxie permet d'obtenir une bonne étanchéité par le simple jeu de l'empilement des tiroirs. Les ti.roirs porte-solution 1 ne sont pas fermés à leur partie inférieure, c'est-à-dire que les solutions 14 contenues dans ces tiroirs ne sont retenus que par la présence des tiroirs d'étanchéité 11. A la figure lb, la tirette porte-substrats 7 à été translatée le long du plan de coulissement 3 de manière à venir en position avant en dessous de l'empilement des tiroirs, sa partie avant 21 ayant chassé le tiroir d'étanchéité 11 qui se trouvait précédemment à l'aplomb du 25 canal 5. Dans cette position, les substrats 9 sont mouilés par la solution 14 du tiroir porte-solution 12 qui se trouve être à la base de l'empilement des tiroirs 11 et 12. A la figure lc, après réalisation de l'opération d'épitaxie souhaitée, la tirette porte-substrats 7 a été 30 ramenée dans sa position arrière ce qui a eu pour effet d'une part d'évacuer la solution 14 ayant servi à l'épitaxie à travers une ouveture 6 du plan de coulissement 3 vers un récipient non représenté, et d'autre part de faire tomber l'empilement d'un demi-pas, le tiroir portesolution 12 vidé 35 de sa solution étant maintenant à l'aplomb du canal 5. -5 A la figure ld, la tirette porte substrats 7 a été de nouveau amenée à sa position avant de manière à évacuer le tiroir porte-solution 12 précédemment utilisé. A la figure le, la tirette porte-substrats 7 a été 05 de nouveau amenée à sa position arrière. L'empilement tombe à nouveau d'un demi-pas, un tiroir d'étanchéïté 11 se trouvant à la partie inférieure de l'empilement et à l'aplomb du canal 5. On est alors dans une situation équivalente à celle de la figure la et les épitaxies successives vont pouvoir alors se 10 poursuivre en actionnant de la manière décrite ci-dessus la tirette porte-substrats 7 entre sa position arrière et sa position avant. Selon les figures 2a et 2b, la tirette portesubstrats 7 présente un évidement 8 dont la profondeur est 15 égale à la hauteur des substrats 9 augmentée d'un faible jeu. Ceci a pour effet que, lors du retour de la tirette portesubstrats 7 à sa position arrière immédiatement après le dépôt d'une couche epitaxiale, comme entre les figures lb et lc, le bord inférieur du tiroir portesolution 12 enlève la majeure 20 partie de la solution. Ceci permet d'obtenir une bonne qualité de l'interface avec la couche épitaxiale suivante en raison du faible taux de mélange entre deux solutions 14 successives. Selon les figures 3a et 3b, le corps du creuset comporte une plaque de base 3 dans laquelle est ménagée 25 l'ouverture 6, et qui présente deux parois longitudinales 38 et 39 du compartiment 2. Deux éléments de fermeture 30 et 35 sont montés entre les extrémités des parois longitudinales 38 et 39 de manière à constituer les deux parois latérales 31 et 36 du compartiment 2, et à former grâce à des prolongements 32 30 et 37 les parties supérieures du canal 5 à chacune des deux parties de celui-ci. Selon les figures 4a et 4b, un tiroir porte solution 12 présente en contour général rectangulaire de même section au jeu près que le compartiment 2. Il comporte deux 35 parois longitudinales 42 et deux parois transversales 41. -- 6 -Les parois transversales 41 se prolongent chacune en direction de l'intérieur du tiroir, par un prolongement 43 muni d'un rebord 44 de manière à définir un évidement 40 permettant de recevoir une phase solide 48 permettant de maintenir la 05 solution 14 en saturation d'au moins un constituant. La solution 14 est contenue dans une cavité 45 bordée par les parois longitudinales 42 et le rebord 44 et dont la partie inférieure qui débouche à la face inférieure 47 du tiroir 12 est refermée par un tiroir d'étanchéité 11 constitué d'une 10 simple plaque rectangulaire pleine de mêmes dimensions que le tiroir 12. (fig. 5a et 5b). On remarquera que le déplacement vertical des tiroirs 11 et 12 est facilité par la présence de chanfreins respectivement 51 et 46 sur leurs parois latérales. Les figures 6 et 7 illustrent le montage de l'élément de fermeture 35. Un montage similaire est utilisable pour l'élément 30 dont le prolongement 32 a une longueur plus importante car elle doit tenir compte de la longueur de la tirette porte-substrats 7. L'élément de fermeture 35 comporte un bloc 36 constituant une paroi latérale du compartiment 2 et surmontant un prolongement 37 de plus faible largeur mais dépassant à une extrémité, de telle sorte que le canal 5 est recouvert par le prolongement 37 au delà de l'aplomb du bloc 25 36, de manière à recevoir l'extrémité avant 21 de la tirette porte substrat 7. Les parois longitudinales 38 et 39 de la plaque de base 3 se terminent par une extrémité amincie 62 présentant un alésage 60 et délimité par une paroi verticale 66 formant 30 butée pour le bloc 36 sur laquelle repose le bloc 36. La hauteur h' du prolongement 37 est inférieure à la hauteur h d'un rebord 64 dont la paroi longitudinale 63 et son prolongement 67 constituent la partie supérieure. La différence h - h' est égale à la hauteur du canal 5, 35 c'est-à-dire aux jeux près à la hauteur commune des tiroirs -7 11 et 12 et de la tirette 7. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits et représentés. Il est ainsi possible de réaliser différemment l'évacuation de solutions 14 en ne 05 munissant pas la plaque de base 3 de l'ouverture 6. Dans ce cas, les bains 14 sont évacués en même temps que les tiroirs porte-solution 12. - 8 REVENDICATIONS 1 - Creuset pour épitaxie liquide multi-bains dans lequel des substrats à épitaxier sont disposés dans une tirette porte-substrats dont le déplacement permet de mettre les 05 substrats successivement en contact avec les différents bains d'épitaxie, caractérisé en ce qu'il comporte un compartiment (2) dans lequel sont empilés alternativement des tiroirs d'étanchéïté (11) et des tiroirs porte-solution (12), chacun de ces derniers (12) présentant une cavité (45) destinée à rece10 voir une solution (14) et présentant une partie inférieure débouchant à la face inférieure (47) dudit tiroir porte-solution (12), et les tiroirs d'étanchéité (11) étant tels qu'ils referment la partie inférieure desdites cavités (45) et en ce que la tirette porte-substrats (7) est translatable dans le 15 même plan que le tiroir inférieur de l'empilement, entre une position arrière o elle est dégagée de l'empilement et une position avant o après avoir chassé le tiroir inférieur de l'empilement, elle se trouve en-dessous de l'empilement. 2 - Creuset selon la revendication 1 caractérisé en 20 ce que la cavité (45) desdits tiroirs porte-solution (12) comporte au moins un évidement (40) destiné à recevoir une phase solide (48) permettant de maintenir ladite solution en saturation d'au moins un constituant. 3 - Creuset selon une des revendications 1 ou 2 25 caractérisé en ce que le compartiment (2) comporte un fond (3) présentant une ouverture (6) disposée à l'aplomb de l'empilement de manière à permettre, lors du retour de la tirette porte-substrats (7) à sa position arrière, l'évacuation des bains d'épitaxie (14) utilisés. 4 - Creuset selon une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'un tiroir d'étanchéité (11) consiste en une plaque pleine de même contour extérieur qu'un tiroir porte-solution (12).