FR2490250A1 - Dispositif d'obtention de depots epitaxiaux par jet moleculaire - Google Patents

Abstract

UN DISPOSITIF DE DEPOT EPITAXIAL PAR JET MOLECULAIRE COMBINE LA ROTATION DU SUBSTRAT ET DES CREUSETS DE FORME CONIQUE CONTENANT LA MATIERE SOURCE. LE PROLONGEMENT CONIQUE DES PAROIS DU CREUSET 11 COUPE LE PLAN DU SUBSTRAT 10 DE MANIERE A ENTOURER COMPLETEMENT CE SUBSTRAT. L'UTILISATION DE CREUSETS CONIQUES PERMET DE FAIRE EN SORTE QUE LE DIAMETRE DU CREUSET SOIT INFERIEUR A CELUI DU SUBSTRAT. LA ROTATION NECESSAIRE DU SUBSTRAT POUR OBTENIR L'UNIFORMITE DE CROISSANCE EPITAXIALE DESIREE EST COMPATIBLE AVEC LE POSITIONNEMENT DE PLUSIEURS SOURCES DECALEES PAR RAPPORT A L'AXE DE ROTATION DU SUBSTRAT. APPLICATION A L'INDUSTRIE DES SEMI-CONDUCTEURS.

Description

La présente invention concerne un dispositif destiné à être utilisé dans une installation de dépôt épitaxial par jet moléculaire, et elle porte plus particulièrement sur un dispositif comportant un creuset pour une source et un porte-substrat, destiné a. produire des couches épitaxiales de grande uniformité dans une installation de dépit épitaxial par jet moléculaire.

Le dépôt épi taxi aI par jet moléculaire est de plus en plus utilisé à une grande échelle. On obtient des jets moléculaires d'une espèce élémentaire ou moléculaire sélectionnée par évaporation a partir de la masse en fusion ou par sublimation dans un envixonnement a vide poussé (pressions de base avant l'evaporation etXou la sublimation dans une plage basse de 10-18 à 10-19 Pa), et on les dirige vers un substrat qui donne lieu à une croissance épitaxiale. Cette technique est différente de l'évaporation thermique ordinaire dans la mesure ot on obtient des couches épitaxiales, souvent de composés stoechiométriques, avec des niveaux d'impureté de matières parasites inférieurs & 10 7.Le substrat est habituellement une tranche plane d'un monocristal d'un semiconducteur composé ou d'un semiconducteur élémentaire. On peut utiliser séquentiellement ou simultanément des sources multiples. La vitesse de croissance épitaxiale peut être commandée de façon fine, ce qu: qui permet la formation de couches d'épaisseur atomique et de de jonctions abruptes. On pourra consulter par exemple les documents suivants pour trouver un examen de l'état actuel de la technique de dépit épitaxial par jet moléculaire
A.Y. Cho et col, Molecular Beam Epitaxy" Progress in Solid
State Chemistry, volume 10, Partie 3, pages 157-191 (1975);
L.L. Chang et col., pages 37-72, Epitaxial Growth, Partie A, publié par J.W Matthews, Academic Press (1g75); et P.E.

Luscher Cristal Growth by Molecular Beam Epitaxy11, Solid
State Technology, décembre 1977, pages 43-52 (1977).

Dans une installation de dépit épitaxial par jet moléculaire, il est impératif que le flux, intégré par rapport au temps,que reçoit le substrat soit uniforme sur boute la
surface du substrat. Cette uniformité est nécessaire pour
assurer des fronts de croissance plans, des rapports uni
formes des éléments constitutifs de composés en mélange et une incorporation uniforme des agents de dopage dans les
couches épitaxiales en croissance. On a rencontré anté
rieurement des défauts d'uniformité de l'ordre de 20% sur
des tranches de substrat d'un diamètre de 2,5 cm, dans les
installations de dEtfb épitaxiale ner jet moléculaire.Il en résul
te que pour la fabrication de dispositifs pour lesquels
une uniformité ne dépassant pas +5 ou moins est exigée,
i] n'a été possible d'utiliser que les parties des couches
dans lesquelles l'uniformité était acceptable.

Le phénomène de l'uniformité d'épaisseur dans
des couches non épitaxiales avec diverses configurations
de dépôt a fait l'objet d'études théoriques et de confir
mations expérimentales. On pourra de façon générale consul
ter à ce titre l'ouvrage de L. Holland, Vacuum Deposition
of Thin Films, pages 141 et suivantes,Wîley (1958). On
sait par exemple que la rotation du substrat améliore
l'uniformité. Voir l'article de F. T. Goldstein,
"Thickness Distribution on Substrates in Vacuum-Evaporated
Coatings", Thin Solid Films, volume 32, pages 43-46
(1976). L'uniformité de plusièurs configurations parti
culières de substrats et de sourcesa fait l'objet d'études
portant sur des substrats plans tournants et des sources
d'aire faible (K. H.Behrndt, "Thickness Uniformity on
Rotating Substrates", Trans.lOth Vacuum Symposium, pages
379-384, Pergamon Press (1963)) ; sur des substrats plans
disposés sur des montures tournantes à mouvement plané
taire (B. S. Ramprasad, et col., "Uniformity of Film
Thickness on Rotating Planetary Planar Substrates", Thin
Solid Films,volume 15, pages 55-64 (1973) et K. H.

Behrndt, "Thickness Distribution and Step Coverage in a
New Planetary Substrate Holder Geometry", J. Vac. Sci. & BR<
Tech., volume 9, pages 995-1007 (1971)); et sur des subs
trats sphériques tournants disposés sur un porte-pièce
plan (B. S. Ramprasad, "On the Uniformity of Film Ehickness on Rotating Spherical Substrates on a Planar Work
Holder", Thin Solid Films, volume 56, pages 363-367 (1979)).

On a également étudié la possibilité d'éviter la rotation en utilisant des sources tubulaires (voir : H. Schwarz, et col., "Extremely Uniform Thin Films by Vaccum Deposition from a Tube Source", Vacuum, volume 27, pages 167-169 (1977) et H. J. Schwarz, et col., "Large Area Thin Films of a Highly Uniform Thickness Vaccum Deposited in a
Stationary System", Jap. J. App. Phys., Supp. 2, Pt. 1, pages 471-474 (1974)). Dans cet ensemble d'ouvrages on évalue la moyenne temporelle du flux reçu sur le substrat, et donc l'uniformité de la couche, pour divers types de source, pour diverses distances source-substrat, pour diverses configurations de porte-substrat et diverses orientations relatives du substrat et de la source.

On n'envisage nulle part une combinaison creuset-substrat spécialement adaptée qui produise une croissance épitaxiale d'une grande uniformité. Cependant, l'obtention de l'uniformité exige de façon générale l'introduction d'une certaine complexité soit dans le mouvement du substrat, soit dans la configuration de la source.

Les sources qui sont utilisées dans les installations de dépôt épitaxial par jet moléculaire sont de façon caractéristique des creusets qui contiennent les matières qui doivent constituer le jet moléculaire. On chauffe les matières par des éléments chauffants à résistance ou par bombardement électronique. On fabrique les creusets à partir de matières telles que le graphite ou le nitrure de bore pyrolytique et ils ont diverses formes, parmi lesquelles des formes cylindriques et légèrement coniques.

La distribution de la densité angulaire du flux qui est émis par des creusets est déterminée par deux mécanismes, aussi longtemps que le libre parcours moyen des molécules de vapeur à l'intérieur du creuset est supérieur aux dimensions de ce dernier. Ces mécanismes sont l'évaporation (ou la sublimation) et la diffusion par les parois. L'évaporation (ou la sublimation) seule donne une distribution de la densité angulaire de flux qu'on peut représenter approximativement par Kcos v (tv étant mesuré à partir de la normale à la surface de la charge) (voir M. Knudsen, Ann
Phys, Lpz, volume 28, page 999 (1909); H. Mayer, Z.Phys, volume 52, page 235 (1928)r Cette distribution est capable de produire une couche uniforme sur-les surfaces intérieures d'une sphère fixe à condition que la surface de la charge soit tangente à la sphère et que la normale à la charge passe parle centre de la sphère. Si la charge est orientée dans n'importe quelle autre position ou si le substrat à revêtir ne constitue pas une approximation raisonnable de la surface sphérique, il faut introduire un mouvement du substrat pour obtenir l'uniformité des couches déposées. L'introduction de la diffusion par les parois du creuset modifie la distribution de densité angulaire de flux d'une manière compliquée qui dépend de la forme du creuset, de la température de paroi locale du creuset, et du coefficient d'adhérence local de la matière de la source sur le creuset.

On considèrera deux cas de diffusion par les parois : une diffusion forte et une diffusion faible. En présence d'une diffusion de paroi forte pour des creusets cylindriques, on peut estimer la distribution de densité angulaire à partir des calculs de Dayton pour un tube court (P.E. Luscher et D.M. Collins, Progress in
Crystal Growth and Characterization, volume 2, pages 15-32, Pergamon Press (1979 Lorsque le niveau de la charge baisse au cours du temps, la distribution prend rapidement une configuration présentant un maximum net le long de l'axe du creuset, ce qui rend extrêmement difficile un dépôt de couche uniforme, même avec l'in- troduction d'un mouvement du substrat.

Le cas d'une diffusion de paroi faible est défini comme étant le fonctionnement dans des conditions dans lesquelles la diffusion de paroi contribue peu à l'émission de matière à partir du creuset. L'effet essentiel des parois du creuset sur la distribution angulaire du flux est un masquage du flux provenant de la surface de la charge, formant des régions d'ombre et de pénombre, otw me le montre la Fig. 8 des dessins annexés. Dans la ration non masquée, la distribution de densité de flux est une fonction à variation relativement progressive qui s'approche d'une distribution en cos t . Des cassures nettes dans cette fonction apparaissent aux intersections entre la zone non masquée et la pénombre et entre la pénombre et l'ombre.Les cassures nettes à l'intersection entre la zone non masquée et la pénombre sont indiquées par les flèches en trait continu sur les figures 3, 4 et 5 et les cassures nettes à l'intersection entre la pénombre et l'ombre son indiquées par les flèches en pointillés sur la figure 5. La diffusion de paroi faible fait que les queues d'intensité de flux dans la zone d'ombre sont très faibles. Dans le cas de la diffusion de paroi faible, l'aire de la zone de pénombre diminue lorsque le niveau de la charge baisse.

L'évaluation des distributions de densité de flux d'évaporation à partir de creusets utilisés pour le dépôt épitaxial par jet moléculaire a fait apparaître clairement que les matières donnant lieu à évaporation (et à sublimation) et sur lesquelles repose l'uniformité de l'épaisseur de la couche (éléments du groupe III), et un grand nombre des matières donnant lieu à évaporation et sur lesquelles repose l'uniformité du dopage,présentent une diffusion de paroi relativement faible. D'autres matières (comme les éléments du groupe V) tendent à subir une diffusion de paroi forte, mais la nécessité de l'uniformité du dépôt de ces matières est moins critique. Après avoir déterminé ceci, il est apparu clairement que, sauf à utiliser des mouvements très complexes, le substrat (plan) devait être situé dans la zone non masquée.

Une partie considérable des travaux de l'art antérieur a été dirigée vers-l'obtention de revêtements uniformes sur plusieurs petits substrats. Dans cette situation, il s'est avéré efficace d'employer une monture planétaire au moyen de laquelle les porte-substrats sont mis en rotation par rapport à la source, tandis que les substrats individuels tournent simultanément autour de leurs axes respectifs. Cependant, dans l'état actuel de la technique dans les installations de dépot épitaxial par jet moléculaire l'objectif est de faire croltre des couches épitaxiales uniformes sur des tranches uniques (et non multiples) de matière semiconductrice.

Pour une source ayant un axe de symétrie orienté perpendiculairement au substrat, la densité de flux est maximale le long de l'axe de la source et elle diminue symétriquement lorsqu'on s'éloigne de l'axe. Du fait de cette symétrie inhérente, une simple rotation du substrat autour de l'axe de la source est totalement inefficace pour réduire ce défaut d'uniformité inhérent. Cependant, en orientant l'axe de la source de façon qu'il fasse un angle suffisamment grand par rapport à l'axe de rotation du substrat, on introduit une déformation suffisante dans la distribution de densité de flux (comme le montre la courbe en pointillés marquée "b" sur la figure 5) pour que l'effet de moyenne résultant d'une simple rotation du substrat réduise maintenant le défaut d'uniformité (comme le montre la courbe en trait continu, marquée "a", sur la figure 5).Dans la plupart des auDlications de dépotes epitaxial par jet moleculaire, il est nécessaire d'employer des sources multiples. On réalise ceci en positionnant les sources individuelles de façon qu'elles soient décalées par rapport à l'axe de rotation du substrat et en orientant les axes des sources individuelles vers le substrat. Il est à la fois heureux et remarquable qu'un tel positionnement de sources multiples soit compatible avec l'utilisation de la rotation du substrat pour parvenir à la réduction exigée du défaut d'uniformité de la croissance épitaxiale.

La conception de sources nouvelles et perfectionnées pour le dépit épitaxial par jet moléculaire a été guidée par plusieurs buts et objectifs. Un premier objectif a été de réaliser un creuset qui soit tel que le substrat tombe à l'intérieur de la zone non masquée pour la matière qui est évaporée à partir de la source. Un second objectif a été de réaliser ceci pour des tranches plus grandes que le diamètre du creuset, permettant ainsi d'utiliser des creusets plus petits et groupés plus près les uns des autres à des distances plus faibles du substrat que ne le permettaient les creusets classiques ur le dépôt épitaxial par jet moléculaire. Un troisième objectif a été de concevoir un creuset qui assure l'utilisation la plus efficace de la charge du creuset.

On utilise un certain nombre de types de sources dans les applications classiques de revêtement par évaporation. Les sources se présentant sous forme de filament se comportent largement en sources ponctuelles et elles sont généralement placées aussi près que possible du centre de montures planétaires sphériques, le mouvement planétaire faisant disparaître par un effet de moyenne les défauts d'uniformité associés aux sources multiples (imparfaitement centrées) et aux caractéristiques géométriques finies du filament (qui n'est pas une source ponctuelle). Les creusets et les nacelles sont généralement aussi peu profonds que possible et ils sont emplis au maximum des possibilités pratiques, pour donner la valeur maximale à l'angle sur lequel le faisceau n'est pas masqué.Ces sources soSt généralement placées aussi près que possible les unes des autres sur la sphère circonscrite par les montures planétaires sphériques, dont le mouvement planétaire annule par moyenne les défauts d'uniformité qui apparaissent.

Dans l'évaporation par bombardement électronique avec des débits élevés, la source virtuelle effective est en réalité toujours à la même distance au-dessus du creuset lui-même. On prend soin de faire en sorte que la consommation de matière soit uniforme sur la plus grande surface possible de la matière évaporée, pour éviter la formation dé cavités et le masquage associé. Si le masquage devient trop sévère, le mouvement planétaire ne peut plus annuler par moyenne les défauts d'uniformité.

Dans la plupart des cas, les sources envisagées dans les deux paragraphes précédents sont employées avec un bon rendement lorsqu'elles sont utilisées pour le revêtement de plusieurs petits substrats. Cependant, ces mêmes sources ont en général un très mauvais rendement en ce qui concerne l'utilisation de la matière de source, lorsqu' elles sont employées pour revêtir un par un des substrats individuels. Pour obtenir une bonne utilisation de la matière de source ainsi qu'une uniformité élevée, il est nécessaire d'employer des combinaisons creuset-substrat spécialement adaptées.

Les formes coniques qui sont employées dans de nombreux creusets classiques facilitent la fabrication des creusets et ltenlèvement du contenu solidifié. La forme conique du canon à électrons situé au-dessus du creuset est utilisée pour éviter le masquage.

Les creusetsutilisés jusqu'ici pour le depft épitaxial par jet moléculaire étaient soit cylindriques, soit très légèrement coniques. Dans le cas du nitrure de bore pyrolytique, la forme conique n'est employée que pour la commodité de fabrication.

L'invention a donc pour but de réaliser un dispositif destiné à la croissance épitaxiale par jet moléculaire comprenant un creuset conique et un porte-substrat tournant qui assure une distribution correcte du flux qui atteint un substrat tournant à partir d'une source placée à divers emplacements.

L'invention a également pour but de réaliser pour la croissance épitaxiale par jet moléculaire un dis positif comprenant un creuset conique et un porte-substrat tournant qui permette une utilisation optimale de la matière employée-comme source.

L'invention a également pour but de permettre l'utilisation de substrats plus grands que le diamètre de l'orifice du creuset.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels
La figure 1 est une vue en perspective du dispo sitif de l'invention montrant deux creusets coniques et un seul porte-substrat tournant
La figure 2 est une coupe de l'un des creusets coniques de la figure 1 ;
La figure 3 est un graphique montrant l'uniformité dans une couche produite sur un substrat par le dispositif de l'invention
La figure 4 est un autre graphique montrant l'uniformité dans une couche produite sur un substrat par le dispositif de l'invention ;;
La figure 5 est un graphique montrant les caractéristiques d'uniformité d'une couche produite (a) sur un substrat tournant et (b) sur un substrat non tournant, par évaporation d'un jet moléculaire à partir d'un creuset classique
La figure 6 est une représentation en perspective schématique montrant le flux de faisceau non masqué que produit le dispositif de l'invention
La figure 7 est une représentation en perspective schématique montrant le flux de faisceau non masqué que produit un autre mode de réalisation du dispositif de l'invention ;
La figure 8 est une représentation schématique des contributions à l'émission directe du flux non masqué, du flux de pénombre et du flux d'ombre ;D désignant les contributions du flux direct, tandis que W désigne les contributions de diffusion de paroi ; et
La figure 9 est une représentation schématique des contributions à l'émission directe du flux non masqué, du flux de pénombre et du flux d'ombre pour un autre mode de réalisation de l'invention.

Conformément à l'invention, un dispositif destiné à être utilisé dans une installation de dépôt épitaxial jet moléculaire comporte un creuset conique, en association avec un porte-substrat tournant. Le dispositif permet de produire une couche épitaxiale d'une grande uniformité sur un substrat monté sur le porte-substrat. L'axe du creuset conique fait un angle Q1 par rapport à la normale au porte-substrat. Ceci permet de faire en sorte que les uniformités soient fortement réduites par moyenne temporelle et permet d'utiliser simultanément plusieurs creusets. Le prolongement des parois coniques du creuset définit une surface conique qui coupe le plan du substrat, en formant une section conique qui est au moins assez grande pour entourer complètement le substrat.L'intersection du plan du substrat avec l'enveloppe conique est une ellipse pour tous les angles supérieurs à 0 et inférieurs à 900 moins ss , c'est-à-dire le demi-angle au sommet de l'enveloppe conique.

Lorsqu'on chauffe une matière dans un creuset de source, les deux modes de propagation de la matière vers le substrat sont la propagation en ligne droite (émission directe de la surface de la matière source vers le substrat) et la diffusion par les parois (propagation indirecte de la surface de la matière source vers le substrat, par réémission à partir des parois intérieures du creuset).

Du fait qu'une installation de dépôt épitaxial par jet moléculaire peut utiliser plusieurs creusets de source positionnés dans un espace tridimensionnel autour d'un substrat, il existe une variété d'angles d'azimut formés entre les projections des axes du creuset sur le substrat et une ligne de référence dans le plan du substrat (voir les angles 8 eut et &commat;' sur la figure 1). Ainsi, même si les angles entre les axes des creusets et 1' axe d'azimut sur le substrat demeurent les mêmes, il y aura différentes attitudes de la matière source et donc différentes aires de la surface de la matière source exposées au substrat. Ceci est dû à l'influence de la gravité lorsque la matière source est dans un état de fusion. Chaque creuset de source présentera donc une combinaison particulière d'émission directe vers le substrat et de contributions de la diffusion de paroi. Pour les éléments utilisés pour le dépit épitaxial par jet moléculaire etpIrlesquels il est important obtenir des uniformités élevées, on a démontré qu'avec les gradients de température rencontrés avec ces creusets (1) les contributions de paroi produites par des creusets coniques comme ceux représentés sur les figures 6 et 8 sont faibles, et (2) l'émission directe à l'intérieur de la zone non masquée varie de façon suffisamment progressive sur une plage d'orientations de creuset rencon trées dans la conception des installations de dépôt Qpitaxial par jet moléculaire pour que de simples rotations azimutales du substrat permettent d'obtenir des couches d'une grande uniformité.

Le dispositif de l'invention, représenté sur la figure 1, comprend au moins un creuset de source qui est placé face au porte-substrat 21. De façon caractéristique, des sources multiples 13, 17.... sont placées dans un espace tridimensionnel autour du porte-substrat 21. Les sources peuvent être commandées individuellement et comportent des obturateurs séparés (non représentés) pour permettre un fonctionnement simultané ou séquentiel. Comme il est représenté pour la source 13, une source donnée comprend un manchon isolant 15, un élément chauffant à résistance cylindrique 12 (arraché pour montrer la structure intérieure), un thermocouple 14 et un creuset 11.

Comme le montrent les figures 1 et 2, le creuset de source 11 a une forme conique, avec un demi-angle au sommet
Les positions et les orientations relatives du creuset de source et du substrat sont telles que l'angle solide au sommet du creuset conique définisse un volume conique qui entoure le substrat 10. Ainsi, les prolongements 20 des parois du creuset 11 coupent la circonférence du substrat 10 ou se trouvent au-delà de cette dernière. L'intersection réelle sera envisagée par la suite en relation avec les figures 4 et 5. Lorsque l'angle augmente à partir de zéro, l'intersection passe d'un cercle à une forme elliptique (elle devient une hyperbole à 900- ss ).Pour disposer des sources multiples dans une installation de dépôt épitaxial par jet moléculaire, une source donnée doit nécessairement être positionnée avec un angle
supérieur à zéro, par rapport à l'axe azimutal du portesubstrat. Ceci permet de positionner plusieurs autres creusets autour du porte-substrat 21, avec un certain angle, habituellement le même angle , par rapport à la normale au substrat. Pour qu'une intersection elliptique contienne le porte-substrat circulaire, le petit axe de l'ellipse doit être supérieur ou égal au diamètre du subs trat. Il est également évident que lorsque- augmente, le substrat intercepte une partie plus petite du flux total.

Le creuset conique 11 est représenté en coupe sur la figure 2. Le fond tronqué 24 et les évasements en forme de trompette 25 sont des choix de conception qui améliorent les performances et permettent l'intégration dans le porte-source. Par exemple, le fond tronqué 24 définit une zone commode pour le contact avec le thermocouple 14 et l'évasement en forme de trompette 25 évite que des agents contaminants générés par le creuset se mélangent au faisceau moléculaire. C'est la forme conique des parois qui permet de produire le faisceau non masqué et qui peut être commandé.

L'invention est basée sur la combinaison d'un substrat tournant et du creuset de forme conique. Comme il est indiqué dans les ouvrages cités ci-dessus et en particulier dans l'article de K. H. Behrndt, 1963, précité, un substrat tournant permet de faire en sorte qu'une distribution spatiale de flux non uniforme soit uniformisée par moyenne temporelle sur la surface.

Il est cependant nécessaire de produire une distribution de flux du jet moléculaire qui, par moyenne temporelle, donne une grande uniformité sur la zone désirée.

Une rotation seule n'est pas suffisante pour produire l'uniformité (voir la description ci-après de la figure 5).

Une densité de flux variant de façon monotone, comme celle représentée par la courbe en pointillés, marquée "b", de la figure 5 est nécessaire sur la totalité de la surface du substrat.

Une série d'expériences a permis de confirmer l'efficacité de l'invention. On a monté une lame de verre d'environ 10 cm x 10 cm sur un support plan et tournant dans une installation de dépôt épitaxial par jet molculaire. On a placé une quantité connue de matière source dans le creuset conique dont l'orifice a été placé à 12,7 cm du substrat. Conformément à l'invention, on a fait tourner le porte-substrat plan à un tour par minute, on a chauffé la matière source et on a exposé le substrat au jet moléculaire émanant du creuset. Le tableau ci-dessous indique les données relatives aux trois expériences.

Tableau
Type de Tempé- Temps d'
Expé- creu- Matière ratu- exposi- o! Q rience set re tion
(mn) Fiv.3 Graphite, Argent 11000C 3 330 22,50
angle au à1200o0
sommet:
120
Fig.4 Graphite, Etain 13000C 75 330 22,50
angle au
sommet:
120
Fig.5 Nitrure Aluminium
de bore 12000C 20 330 22,50
pyrolyti
que ,angle
au sommet:
20
Les figures associées permettent de voir l'uniformité des couches résultantes. Pour un angle au sommet de 231=120, correspondant aux figures 3 et 4, l'épaisseur est uniforme avec un écart ne dépassant pas 5% de l'épaisseur moyenne de la couche, jusqu'à un rayon atteignant presque 3,8 cm.Pour des angles au sommet très faibles, s'approchant du cas d'une source cylindrique, ce qui correspond à la courbe en trait continu marquée "a" sur la figure 5, l'uniformité décroît considérablement audelà de diamètres notablement plus grands que le diamètre du creuset (environ 2,5 cm dans cet exemple). On voit ainsi que la combinaison de la source conique et de la rotation est nécessaire pour produire une grande uniformité sur des surfaces étendues avec des creusets de taille raisonnable
La courbe en pointillés, marquée "b" sur la figure 5, montre la variation de la densité de flux en l'absence de rotation. Les données pour la courbe "b" ont été relevées le long de la ligne de référence &commat; Q = O , qui est écartée de 22,50 du grand axe de l'ellipse projetée sur le substrat.

On optimise le rendement de l'utilisation des matières en sélectionnant l'angle au sommet correct pour le creuset et la distance correcte de l'orifice du creuset jusqu'au centre du substrat. L'angle est fonction du nombre et de la taille des sources positionnées autour d'un seul porte-substrat. Pour un angle 0 donné, on choisit l'angle au sommet ou la distance qui produit une intersection elliptique entre l'enveloppe du jet conique et le plan du substrat qui entoure complètement le substrat.Un plus petit angle au sommet pour une distance donnée, ou une distance plus courte pour un angle au sommet donné entraîneraient une exposition de la périphérie du su.bs- trat au-delà d'un certain rayon à des zones de pénombre ou d'ombre du jet moléculaire dans des conditions telles que la moyenne temporelle par rotation ne donnerait pas une couche uniforme au-delà de ce rayon. Au contraire, un angle au sommet plus grand pour une distance donnée, ou une distance plus grande pour un angle au sommet donné dimueraient le rapport entre l'aire du substrat et l'aire du faisceau périphérique (c'est-à-dire la partie du faisceau qui ne rencontre pas le substrat), réduisant ainsi le rendement d'utilisation de la matière source. Cette technique consistant à adapter étroitement le faisceau aux dimensions du substrat est possible à cause de la forme conique des parois du creuset.

Comme on l'-a indiqué précédemment, les contributions du jet moléculaire à une couche que l'on fait croî-' tre dans un dispositif généralisé sont de deux types l'émission directe (d sur les figures 8 et 9) de la charge présente dans le creuset de source vers le substrat, et l'émission indirecte par l'intermédiaire des parois du creuset (W sur les figures 8 et 9). Pour des matières qui présentent une forte diffusion de paroi, l'obtention de l'uniformité peut être très difficile. Pour l'autre mode de réalisation, représenté sur la figure 7, dans lequel le faisceau moléculaire est émis par l'orifice convergent d'un cone tronqué, il existe une région dans laquelle il n'y pas de contribution de flux provenant de la diffusion par les parois.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (15)

REVENDICATIONS

1. Dispositif destiné a produire des couches épitaxiales d'une grande uniformité sur un substrat cristallin dans une installation de dépôt épitaxial par jet mo moléculaire, caractérisé en ce qu'il comprend : un portesubstrat CZl) qui est monté de façon tournante dans 1 'ins- tallation et qui comporte une surface destinée au montage d'un substrat Calo); et un creuset conique (11) monté dans l'installation, l'orifice de ce creuset étant placé face à ladite surface de montage d'un substrat, de façon que le prolongement conique des- parois du creuset coupe le plan de porte substrat avec une intersection qui entoure au moins le substrat.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle au sommet du creuset conique (11) est supérieur å Qa.

3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle au sommet du creuset conique ( est inférieur a 300..

4. Dispositif selon la revendication X, caractérisé en ce que l'angle au sommet du creuset conique (11) est supérieur à 50 et inférieur a 200.

5. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le creuset conique (11) est tronque.

6. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les parois du creuset conique divergent dans la direction du porte-substrat (21).

7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'angle entre l'axe central du creuset conique (11) et la normale au porte-bustrat (21) est inférieur à 900 moins le demi-angle au sommet t du creuset conique, de façon que ladite intersection soit une ellipse dans le plan du porte-substrat.

8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le petit axe de l'ellipse correspond à un dianetre du porte-substrat.

9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ceque l'angle est supérieur à 150.

10. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parois du creuset conique convergent dans la direction du porte-substrat (21) et ce portesubstrat se trouve au-delà du sommet qui est formé par le prolongement desdites parois.

11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ae que l'angle entre l'axe central du creuset conique (11) et la normale au porte-substrat est inférieure à 900 moins le demi-angle au sommet q du creuset conique, de façon que ladite intersection soit une ellipse dans le plan porte-substrat (21)

12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'angle # est supérieur à 150.

13. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle au sommet du creuset conique (11) est égal à 00.

14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'angle entre l'axe central du creuset conique (11 > et la normale au porte-substrat (21) est inférieur à 9O0, de fanon que ladite intersection soit une ellipse dans le plan du porte-substrat.

15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'angle # est supérieur à 150.