CH505648A - Appareil pour la fabrication d'une matière semi-conductrice - Google Patents

Description

  
 



  Appareil pour la   fabrication    d'une matière   semi-conductrice   
 Certaines chambres de réaction connues permettant de fabriquer des couches épitaxiales par la croissance à partir d'une solution sur des disques semi-conducteurs comprennent un canot réfracteur exposé à une atmosphère choisie à l'intérieur d'une chambre chauffée et contenant un disque semi-conducteur et une source d'un solvant, qui sont séparés en disposant convenablement le canot sur son axe. Le disque est immergé dans le solvant en inclinant le canot, afin que le solvant entre en contact avec le disque. Ce type de chambre de réaction présente des inconvénients, car le solvant entre habituellement en contact avec la surface supérieure du disque et l'inclinaison du canot d'un angle limité ne provoque pas habituellement le recul total du solvant du disque.

  La morphologie et l'épaisseur de la couche épitaxiale ainsi formée sur le disque laissent à désirer et elles sont soumises à des variations non contrôlables.



   L'invention vise à éviter ces inconvénients.



   L'appareil selon l'invention pour la fabrication d'une matière semi-conductrice par la croissance épitaxiale à partir d'une solution est caractérisé par une chambre de réaction pouvant tourner autour d'un axe horizontal et capable de contenir une solution, des premiers moyens agencés pour maintenir solidaire de la paroi intérieure de la chambre au moins un corps destiné à supporter une couche épitaxiale et des seconds moyens destinés à faire tourner la chambre autour de l'axe pour amener ledit corps en contact temporaire avec la solution.



   Le dessin ci-annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de la présente invention.



   La figure unique du dessin représente une vue en perspective et en coupe de l'appareil selon l'invention.



   Une chambre de réaction 9 est disposée à l'intérieur d'un tube 11 entouré par des bobines 13 chauffantes à résistance ou à induction et à haute fréquence. La chambre de réaction comprend une coquille cylindrique 15 et une paire de plaques d'extrémité 17, 19 montées sur un axe 21 pouvant tourner, qui est creux au moins à l'une de ses extrémités 23. L'une des plaques 17 est amovible et maintenue en position au moyen d'un bouton fileté de blocage 25, de sorte que la chambre 9 peut être chargée ou entretenue au moins à partir d'une extrémité. Plusieurs disques semi-conducteurs 27 peuvent être montés dans la moitié longitudinale supérieure de la chambre au-dessus d'un solvant 29. Une arête de chaque disque est disposée contre la paroi intérieure cylindrique dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation de la chambre de réaction 9.

  Une source 39, ayant la forme d'un disque, qui alimente le solvant 29, est de même disposée dans la moitié inférieure longitudinale de la chambre 9 en contact avec le solvant 29. Les disques 27 et 39 sont distants les uns des autres, et ils sont bloqués dans leurs positions, au moyen de différents anneaux 31 situés entre les disques. Ces anneaux sont serrés suffisamment contre les disques 27 au moyen de la plaque d'extrémité 17 et du bouton de blocage 25 pour maintenir les disques 27 en position après la charge et l'assemblage de la chambre 9. Tous les éléments de la chambre de réaction 9, y compris la coquille cylindrique 15, les plaques 17, 19, I'axe 21, le bouton de blocage 25 et les anneaux de blocage 31 sont en graphite pour éliminer les sources de contamination et pour éviter les difficultés dues au coefficient d'expansion correspondant aux différences des températures.

  La température de la chambre 9 peut être soigneusement contrôlée au moyen d'un chauffage par induction, grâce à la conductibilité des éléments en graphite. La température de la chambre peut être contrôlée au moyen d'un thermocouple 33 disposé à l'intérieur de l'axe 21 et connecté à un élément sensible convenable 35. L'élément sensible 35 peut indiquer la température ou il peut être utilisé pour contrôler l'énergie fournie aux bobines 13 par la source de chauffage 37. Un chauffage par résistance extérieure peut de même être utilisé et, dans ce  cas, les bobines 13 et le tube 11 sont maintenus à une température élevée nécessaire. Des courants de convection à l'intérieur du tube 11 peuvent être réduits au minimum en fixant la proximité des plaques d'extrémité 17, 19 des brides radiales sur l'axe 21, ayant la forme de chicanes à gaz.



   La chambre de réaction décrite permet de fabriquer des matières semi-conductrices telles que le silicium, l'arséniure de gallium, etc., par la croissance épitaxiale à partir d'une solution.



   Un ou plusieurs disques 27 peuvent être montés de manière qu'ils soient distants les uns des autres le long de la paroi supérieure cylindrique 15, comme décrit auparavant. Ces disques constituent les corps de support des couches épitaxiales. Lorsque seulement un côté du disque doit être exposé au solvant 29, on peut prévoir des anneaux alternants 31 ayant une épaisseur pratiquement égale à celle du disque. Une source de la matière formant le solvant 29 peut être introduite dans la chambre 9 pendant le chargement. La chambre chargée est ensuite placée dans l'appareil de chauffage et elle est portée à une température de fonctionnement prédéterminée. Ainsi, des disques 27, en arséniure de gallium, peuvent être chargés dans la chambre 9, comme décrit auparavant, avec une source de gallium 29 constituant le solvant.

  Un disque poly- ou monocristallin 39, en arséniure de gallium, est de même chargé dans la moitié inférieure de la chambre 9, qui constitue une source d'arséniure de gallium pour la couche épitaxiale devant être déposée par la croissance sur le disque 27. Alternativement, le trychlorure d'arsenic (AsCl3) ou des arsines   (AsHs)    peuvent être introduits dans la chambre à travers l'axe creux 21 et les ouvertures 41 pour fournir l'arsenic nécessaire dans le solvant 29.



   Lorsque la chambre 9 et son contenu sont équilibrés à la température de fonctionnement (c'est-à-dire 7500 C pour la croissance de l'arséniure de gallium à partir de la solution), le solvant 29 est saturé avec l'arséniure de gallium (à partir de la vapeur d'arsenic ou d'une source solide de l'arséniure de gallium). Un gaz réducteur tel que   Hydrogène    est introduit dans la chambre à travers l'axe 21 et les ouvertures 41 en proximité de la plaque 17 et il est évacué de la chambre 9 à travers les orifices de sortie 43 dans la plaque d'extrémité 19.

  La chambre de réaction 9 peut être basculée doucement autour de   l'axe    21 au moyen d'un mécanisme de commande 45 couplé avec celle-ci, pour agiter le solvant 29 et fortement réduire le temps nécessaire pour saturer le solvant 29 par rapport au temps normalement nécessaire pour saturer le solvant seulement au moyen d'une diffusion à travers le solvant.



   Après la saturation du solvant 29, le mécanisme de commande 45 fait tourner la chambre 9 approximativement de 1800, de sorte que les disques 27 sont immergés dans le solvant 29. On peut continuer à faire basculer doucement la chambre, afin que le solvant 29 reste agité pour améliorer la morphologie de la surface et l'uniformité de l'épaisseur des couches épitaxiales. En même temps, les moyens de chauffage 13, 37 sont réglés pour réduire la température de fonctionnement de la chambre 9 de quelques degrés, afin de précipiter l'arséniure de gallium dans le solvant 29 sur les surfaces des disques   27.   



   Lorsque la couche épitaxiale ainsi formée sur les disques 27 est suffisamment épaisse, ce qui est normalement déterminé par le temps et la température utilisée pour la croissance, le mécanisme de commande 45 fait tourner de nouveau la chambre 9 pour retirer les disques 27 du solvant 29. Des arsines à   l'état    gazeux peuvent être introduites dans la chambre pour maintenir une surpression de l'arsenic dans l'atmosphère intérieure et pour empêcher ainsi la détérioration des couches épitaxiales ainsi formées par la sublimation de l'arsenic à partir de la structure cristalline.



   Lorsqu'on veut obtenir par la croissance plusieurs couches successives ayant de différentes compositions, le solvant 29 peut être dopé avec des impuretés choisies et on peut de nouveau faire tourner la chambre de réaction pour immerger les disques 27 dans le solvant dopé 29. Cela peut être répété en changeant les constituants ou les concentrations de la matière de dopage entre les immersions jusqu'à ce qu'on obtienne plusieurs couches.

 

   On peut refroidir la chambre de réaction en l'éloignant des moyens de chauffage et la chambre peut être très désassemblée pour décharger les disques achevés 27.



   Il est évident que la chambre de réaction décrite peut être utilisée pour d'autres réactions avec d'autres matières semi-conductrices, gaz, impuretés de dopage, et températures, que celles décrites auparavant. Par exempie, le solvant 29 peut être constitué par l'étain pour obtenir par la croissance des couches épitaxiales de l'arséniure de gallium à partir d'une solution dans lesquelles on désire avoir un dopage à l'étain. 

Claims (1)

1. REVENDICATIONS

   I. Appareil pour la fabrication d'une matière semiconductrice par la croissance épitaxiale à partir d'une solution, caractérisé par une chambre de réaction pouvant tourner autour d'un axe horizontal et capable de contenir une solution, des premiers moyens agencés pour maintenir solidaire de la paroi intérieure de la chambre au moins un corps destiné à supporter une couche épitaxiale et des seconds moyens destinés à faire tourner la chambre autour de l'axe pour amener ledit corps en contact temporaire avec la solution.

   II. Procédé de mise en action de l'appareil selon la revendication I, caractérisé en ce qu'on introduit dans la chambre de réaction un solvant et une source d'alimentation en substance destinée à être dissoute dans le solvant, en ce qu'on dispose au-dessus du solvant ledit corps destiné à supporter une couche épitaxiale, et en ce qu'on chauffe la chambre avant de la faire tourner.

   SOUS-REVENDICATIONS 1. Appareil selon la revendication I, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de chauffage disposés autour de ladite chambre pratiquement symétriquement autour dudit axe.

   2. Appareil selon la revendication I, caractérisé en ce que ladite chambre est pratiquement cylindrique, en ce qu'elle possède des plaques d'extrémité, et en ce que lesdits premiers moyens sont constitués par une partie d'un anneau disposé à l'intérieur de la chambre cylindrique.

   3. Appareil selon la revendication I, caractérisé en ce que ladite chambre possède un orifice d'admission d'un fluide et un orifice de sortie d'un fluide.

   4. Procédé selon la revendication II, caractérisé en ce qu'on sature après le chauffage le solvant avec ladite substance, en agitant la chambre de réaction autour de l'axe, en ce qu'on fait tourner la chambre de 1800 de sorte que le support soit immergé dans la solution, en ce qu'on réduit la température de fonctionnement de la chambre de quelques degrés, afin de précipiter ladite substance sur les surfaces du corps, et en ce qu'on fait tourner la chambre pour retirer le corps de la solution.