Brevet FR2622899A1 — publié le 19890512

APPAREIL VERTICAL DE CRISTALLISATION EN PHASE VAPEUR, ET PROCEDE POUR SON UTILISATION. La présente invention concerne un appareillage amélioré, appareil vertical de cristallisation en phase vapeur ou appa- reil de cristallisation par épitaxie, utilisant un suscep- teur. L'appareil est utilisé pour la production d'un substrat support d'un substrat isolant diélectrique, lequel comprend lui-même (1) un substrat semi-conducteur (par exemple une ou plusieurs galettes), (2) un film isolant déposé sur la sur- face supérieure du substrat semi-conducteur, et (3) un film polycristallin épais déposé sur la surface supérieure-du film isolant par un procédé de cristallisation en phase vapeur. Différents appareillages pour la cristallisation en phase vapeur ont été publiés au Japon, par exemple ceux décrits dans la demande de brevet japonais déposée sous le N -160611. Dans un appareil vertical classique de cristallisation en phase vapeur, on place un suscepteur, qui supporte le substrat semi-conducteur (une ou plusieurs galettes) horizon- talement dans un four de réaction, et on place en-dessous de lui une bobine haute fréquence, destinée à chauffer ce sus- cepteur. Le suscepteur est constitué d'un matériau à base de car- bone ayant sur toute sa surface un film de SiC ayant une épaisseur uniforme de 20-200 pm. Récemment, maintenant que l'on utilise de nombreux sus- cepteurs de grandes dimensions, un problème est apparu, du fait que des portions périphériques des suscepteurs subissent une déformation vers le bas. Les galettes disposées sur le suscepteur déformé en subissent des répercussions négatives. Pour résoudre le problème mentionné ci-dessus et rencon- tré dans la technique antérieure, la présente invention veut créer un appareil amélioré de cristallisation en phase vapeur à même d'empêcher une déformation du suscepteur. Selon la présente invention, il est créé un appareil vertical de cristallisation en phase vapeur, destiné à être 2 2622899 utilisé dans la production d'un substrat support d'un subs- trat isolant diélectrique, de telle sorte qu'un film poly- cristallin épais soit déposé par un procédé de cristallisa- tion en phase vapeur sur la surface d'un substrat semi- conducteur recouverte d'un revêtement isolant, caractérisé en ce que le suscepteur est constitué d'un matériau à base de carbone sur la surface duquel est formé un film de SiC. Le suscepteur est placé horizontalement dans un four de réaction et supporte la substance semi-conductrice (une ou plusieurs galettes), et le rapport entre l'épaisseur du film de SiC placé sur le côté supérieur du suscepteur et celle du film de SiC placé sur le côté inférieur du suscepteur est comprise entre 1:1,1 et 1:1,5. L'invention concerne aussi un suscepteur pour un appa- reil de cristallisation en phase vapeur, comprenant un-maté- riau à base de carbone et un film de SiC déposé au moins sur une surface supérieure et une surface inférieure du matériau à base de carbone. Les surfaces supérieure et inférieure sont disposées horizontalement dans l'appareil de cristallisation en phase vapeur, et la surface supérieure est disposée de façon à recevoir au moins un substrat semi-conducteur. Le rapport entre l'épaisseur du film de SiC se trouvant sur la surface supérieure et l'épaisseur du film sur la surface inférieure est compris entre 1:1,1 et 1:1,5. L'invention concerne aussi un procédé pour réduire ou éliminer la déformation d'un suscepteur utilisé dans un appa- reil de cristallisation en phase vapeur d'un semi-conducteur, qui comprend les étapes consistant à former un film de SiC, ayant une première épaisseur, sur une surface supérieure du suscepteur, et à former un film de SiC ayant une deuxième épaisseur sur une surface inférieure du suscepteur. Le rap- port entre la première et la deuxième épaisseurs est compris entre 1:1,1 et 1:1,5. En d'autres termes, l'épaisseur du film de SiC sur le côté inférieur (par exemple 90 micromètres) est supérieure à celle du film de SiC se trouvant sur le côté supérieur (par 3:2622899 exemple 60 micromètres), le rapport étant de 1:1 à 1,5, car cette différence d'épaisseur empêche la déformation du suscepteur. Si le rapport entre l'épaisseur du film de SiC se trou- vant sur le côté supérieur du suscepteur et l'épaisseur du film de SiC se trouvant sur le côté inférieur du suscepteur est inférieur à 1:1,1, il n'est pas prévu que l'invention donne le résultat souhaité. Si le rapport est supérieur à 1:1,5, le suscepteur risque de se déformer dans des directions inconnues. Le film de SiC peut être formé sur le matériau à base de carbone par CVD (déposition en phase gazeuse par procédé chi- mique), PVD (déposition en phase gazeuse par procédé physi- que), etc. De préférence, le matériau à base de carbone est consti- tué de l'un quelconque des matériaux spéciaux à base de carbone ayant un coefficient de dilatation thermique de 4,4.10-6/ C 30 %, une résistance à la flexion de 35 MPa ou plus, et une porosité de 12 % ou moins. Si le coefficient de dilatation thermique du matériau à base de carbone est extérieur à l'intervalle 4,4.10-6/ C 30%, le film de SiC risque de peler ou de se fissurer. Le film de SiC peut être constitué de P-SiC, qui possède un système cristallin isométrique ou un système cristallin cubique. Le film de SiC peut avoir une température de décom- position de 2700 C et une masse volumique de 3,21 g/cm3, sans porosité efficace. Plus particulièrement, le film de S C peut avoir un coefficient de conductivité thermique de 200 W/m.K dans le sens de l'épaisseur et de 250 W/m.K dans le sens latéral. On peut utiliser facultativement toute structure d'appa- reil de cristallisation en phase vapeur, du moment qu'elle est équipée diun tel suscepteur. De préférence, un tuyau de soutènement est disposé concentriquement autour d'un tuyau de gaz. Au moins une partie "bride" du tuyau de soutènement, qui est en contact avec le suscepteur, est réalisée en un maté- 4 2622899 riau de base tel qu'un corps fritté en Si3N4 ou un matériau ayant un coefficient de dilatation thermique égal à celui du corps fritté en Si3N4, et une couche de revêtement en Si3N4 est de plus formée sur une surface du matériau de base. De préférence, la totalité du tuyau de soutènement, y compris la partie bride, est constituée d'un matériau de base tel qu'un corps fritté en Si3N4 ou un matériau ayant un coefficient de dilatation thermique égal à celui du corps fritté en Si3N4, et une couche de revêtement en Si3N4 est de plus formée sur la totalité de la surface du matériau de base. L'invention sera mieux comprise en regard de la descrip- tion ci-après et du dessin annexé, qui représente un exemple de réalisation de l'invention, dessin dont la figure unique est une vue en coupe verticale représentant schématiquement une portion principale d'un appareil vertical de cristallisa- tion en phase vapeur selon l'invention. Comme le film de SiC se trouvant sur le côté inférieur d'un suscepteur 12 est plus épais que le film de SiC se trou- vant sur le côté supérieur du suscepteur 12, la portion péri- phérique du suscepteur 12 peut être empêchée de subir un gau- chissement vers le bas. En conséquence, le côté supérieur du suscepteur 12 peut être toujours maintenu convenablement plan, de façon à maintenir les galettes en bon état. L'appareil de cristallisation en phase vapeur selon l'invention comprend en particulier une structure améliorée de suscepteur pouvant être utilisée dans le cadre d'une cons- truction par ailleurs classique. Selon l'invention, un film mince de SiC ayant par exem- ple une épaisseur d'environ 60 micromètres a été formé sur un côté supérieur du suscepteur 12 constitué d'un matériau à base de carbone, tandis qu'un film épais de SiC ayant par exemple une épaisseur d'environ 90 micromètres est formé sur un côté inférieur du suscepteur 12. Le rapport entre l'épais- seur du film de SiC se trouvant sur le côté supérieur et celle du film de SiC se trouvant sur le côté inférieur était d'environ 1:1,5. Le matériau à base de carbone avait un -2622899 coefficient de dilatation thermique de 4,4.10-6/ C 10 %, une résistance à la flexion de 35 MPa et une porosité de 12 %. Le film de SiC était constitué de p-SiC, qui présente un système cristallin cubique, et avait une température de décomposition de 2700 C, une masse volumique de 3,21 g/cm3, et pas de porosité. Le film de SiC avait un coefficient de conductivité thermique de 200 W/m.K dans le sens de l'épaisseur et de 250 W/m.K dans le sens latéral. Un tuyau de soutènement 11il est disposé concentriquement autour d'un tuyau de gaz 14. La totalité du tuyau de soutène- ment 11 est en le matériau de base d'un corps fritté en Si3N4, et une couche de revêtement en Si3N4 a été de plus formée sur une surface du matériau de base. L'épaisseur de la couche dé revêtement en Si3N4 a été ajustée de façon que cette dernière empêche que des impuretés contenues dans le matériau de base ne s'en échappent. La forme de la portion bride lia est telle que repré- sentée sur la Figure. Le suscepteur 12 possède un trou traversant dans sa par- tie centrale. Une portion marginale intérieure, au niveau du trou traversant du suscepteur 12, est soutenue par la partie bride lla du tuyau de soutènement 11. Le suscepteur 12 est maintenu dans une direction horizontale quand il tourne en même temps que le tube de soutènement 11. Le tube de gaz 14 est fixe. Une bobine haute fréquence 13 a été placée en-dessous du suscepteur 12 de façon à le chauffer. Les galettes 5 ont été placées d'une manière connue sur le côté supérieur du suscepteur 12. Un gaz de silicium, pour épitaxie, a été envoyé par l'intérieur du tuyau de gaz 14, puis insufflé à travers de petits trous formés dans la partie supérieure du tuyau de gaz 14. Ainsi, le gaz est entré en contact avec les galettes 5 de façon à réaliser l'opération connue de cristallisation en phase vapeur. On a obtenu les résultats suivants: 6 2622899 Dans un procédé classique, on obtient 3 à 5 galettes de Si non-conformes pour 1000 galettes de Si. Selon l'exemple de la présente invention, le nombre de galettes de Si non- conformes a été de O à 1, comme le montre le Tableau 1. Ce Tableau 1 présente les résultats obtenus avec deux suscepteurs classiques et deux suscepteurs améliorés de la présente invention. Tableau 1 Nombre de galettes défectueuses pour 1000 galettes Raisons buscepteur -D ga ettes Defaut du cristal, classique surface anormale Exemple de 0-1 galette Défaut du cristal l'invention La partie bride lla n'est pas limitée à la forme illus- trée, et peut prendre différentes formes. Par exemple, la partie bride lla n'est pas fixée à une partie prédéterminée du support 11, mais elle peut être conçue, si on le souhaite, de façon à être réglable en position le long d'une direction verticale. Le matériau du tuyau de soutènement 11 n'est pas limité à Si3N4 et peut être constitué de différents matériaux, du moment que leurs coefficients de dilatation thermique sont proches de celui du Si3N4. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour autant sortir du cadre de l'inven- tion. 7 2622899 Revendications 1. Appareil vertical de cristallisation en phase vapeur, pour utilisation lors de la production d'un substrat support d'un substrat isolant diélectrique de telle manière qu'un film polycristallin épais-soit déposé par un procédé de cris- tallisation en phase vapeur sur une surface d'un substrat semi-conducteur recouvert d'un revêtement isolant, caracté- risé en ce qu'un matériau à base de carbone sur la surface duquel est formé un film de SiC constitue un suscepteur (12), lequel est placé en position horizontale dans un four de réaction et soutient la substance semi-conductrice, le rap- port entre l'épaisseur du film de SiC se trouvant sur un côté supérieur du suscepteur et celle du film de SiC se trouvant sur un côté inférieur du suscepteur étant compris entre 1:1,1 et 1:1,5. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau à base de carbone est un matériau quelconque choisi parmi les matériaux spéciaux à base de carbone ayant un coefficient de dilatation thermique de 4,4.10-6/ C 30 %, une résistance à la flexion de 35 MPa ou plus, et une poro- sité de 12 % ou moins. 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le film de SiC est en p-SiC, qui possède un système cris- tallin isométrique ou cubique. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le film de SiC a une température de décomposition de 2700 C, une masse volumique de 3,21 g/cm3 et pas de porosité efficace. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le film de SiC a un coefficient de conductivité thermique de 200 W/m.K dans le sens de l'épaisseur et de 250 W/m.K dans le sens latéral. 6. Suscepteur (12), pour un appareil de cristallisation en phase vapeur, caractérisé en ce qu'il comprend: a) un matériau à base de carbone, et b) un film de SiC déposé au moins sur une surface supé- 8 2622899 rieure et une surface inférieure dudit matériau à base de carbone, lesdites surfaces supérieure et inférieure étant en alignement horizontal dans ledit appareil de cristallisation en phase vapeur, et ladite surface supérieure étant position- née de façon à recevoir au moins un substrat semi-conducteur, et c) le rapport entre l'épaisseur dudit film de SiC se trouvant sur ladite surface supérieure et l'épaisseur sur ladite surface inférieure est compris dans l'intervalle de 1:1,1 à 1:1,5. 7. Suscepteur (12) selon la revendication 6, caractérisé en ce que le matériau à base de carbone est un matériau quel- conque du groupe comprenant les matériaux spéciaux à base de carbone qui ont un coefficient de dilatation thermique de 4,4.10-6/ C 30 %, une résistance à la flexion de 35 MPa ou plus et une porosité de 12 % ou moins. 8. Suscepteur 12 selon la revendication 6, caractérisé en ce que le film de SiC est constitué d'un 3-SiC, qui a un système cristallin isométrique ou cubique. 9. Suscepteur (12) selon la revendication 8, caractérisé en ce que le film de SiC a une température de décomposition thermique de 2700 C, une masse volumique de 3,21 g/cm3 et une absence de porosité. 10. Suscepteur (12) selon la revendication 6, caracté- risé en ce que le film de SiC a un coefficient de conducti- vité thermique de 200 W/m.K dans le sens de l'épaisseur et de 250 W/m.K dans le sens latéral. 11. Procédé pour la réduction de la déformation d'un suscepteur utilisé dans un appareil de cristallisation en phase vapeur d'un semi-conducteur, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à former un film de SiC, ayant une première épaisseur, sur une surface supérieure dudit sus- cepteur; à former un film de SiC, ayant une deuxième épais- seur, sur une surface inférieure dudit suscepteur; le rap- port entre ladite première et ladite deuxième épaisseurs étant compris entre 1:1,1 et 1:1,5.