FR2502643A1 - Appareil et procede de depot par jet moleculaire sur plusieurs substrats - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LA TECHNOLOGIE DES SEMI-CONDUCTEURS. UN APPAREIL DE DEPOT PAR JET MOLECULAIRE COMPREND NOTAMMENT DES CHAMBRES DE CHARGEMENTDECHARGEMENT 10, 40 UNE CHAMBRE ANALYTIQUE 20 ET UNE CHAMBRE DE CROISSANCE 30 ENTRE LESQUELLES DES MOYENS DE TRANSPORT 230 FONT CIRCULER UN PLATEAU 500 QUI PORTE UN CERTAIN NOMBRE DE SUBSTRATS 550. DANS LA CHAMBRE DE CROISSANCE, UN ARBRE 318 FAIT TOURNER LE PLATEAU POUR AMENER TOUR A TOUR CHAQUE SUBSTRAT DANS LE CHEMIN D'UN JET MOLECULAIRE, TANDIS QU'UN ELEMENT CHAUFFANT 324 MAINTIENT LES SUBSTRATS A UNE TEMPERATURE APPROPRIEE. APPLICATION A LA FABRICATION D'HETEROSTRUCTURES SILICIUM-SILICIURE DE METAL.

Description

La présente invention concerne le dépôt par jet moléculaire et elle porte

plus particulièrement sur le dépôt

simultané de matières sur plusieurs substrats par un ou plu-

sieurs jets moléculaires.

On peut définir de façon générale le dépôt par jet moléculaire comme étant un procédé de croissance de couches minces, dans des conditions de vide très poussé, consistant

à diriger un ou plusieurs jets moléculaires sur un substrat.

L'expression plus restrictive "épitaxie par jet moléculaire", qui décrit peut-être de façon plus précise la nature de la

plupart des travaux actuels, désigne la croissance de cou-

ches épitaxiales sur des substrats monocristallins par un processus qui fait intervenir de façon caractéristique soit la réaction d'un ou plusieurs jets moléculaires avec le

substrat, soit le dépôt des particules du jet sur le subs-

trat. L'expression "jet moléculaire" désigne aussi bien des

jets d'espèces monoatomiques que d'espèces polyatomiques.

L'expression "dépôt par jet moléculaire" englobe donc les processus de croissance épitaxiale comme les processus de croissance non épitaxiale. Par exemple, le dépôt par jet moléculaire englobe la croissance de couches de GaAs ou de

silicium amorphe sur des substrats.

Le dépôt par jet moléculaire, qu'on peut considé-

rer comme une variante de la simple évaporation sous vide, permet une meilleure maîtrise des espèces qui arrivent sur

le substrat, en comparaison de l'évaporation sous vide.

Une bonne maîtrise des espèces qui arrivent sur le subs-

trat, associée aux vitesses de croissance lentes qui sont possibles, permet de faire croître des couches minces ayant des compositions définies avec précision, y compris en ce

qui concerne les concentrations d'agent de dopage. La mal-

trise de la composition est facilitée par le fait que la croissance s'effectue généralement à des températures de

substrat relativement basses, en comparaison d'autres tech-

niques de croissance telles que l'épitaxie en phase liquide ou le dépôt chimique en phase vapeur, et que les processus

de diffusion sont très lents. On peut obtenir des composi-

tions de couche et des profils de dopage essentiellement arbitraires, avec des épaisseurs de couche définies avec précision. En fait, l'épitaxie par jet moléculaire permet de

faire croître des couches aussi minces qu'une couche mono-

atomique. De plus, la température de croissance relativement basse permet de faire croître des matières et d'utiliser des matières de substrat qu'on ne pourrait pas utiliser avec des techniques de croissance à température supérieure, du fait

que l'interdiffusion dégraderait les propriétés de composi-

tion désirées.

On a utilisé l'épitaxie par jet moléculaire pour fabriquer des pellicules ou des couches de nombreuses matières semiconductrices, parmi lesquelles des matières du Groupe IV, du Groupe III-V, du Groupe II-VI et du Groupe IV-VI. Avec le système de matières III-V, on a réalisé des

dispositifs tels que des diodes IMPATT, des diodes mélan-

geuses micro-ondes, des lasers à jonctions à double hété-

rostructure et des dispositifs à superstructure.

L'épitaxie par jet moléculaire-de matières élémentaires, par exemple Si, s'est développée plus récemment et on a réalisé des dispositifs tels que des diodes p-n, p-i-n et varactor ainsi que des structures de transistor MOS. L'intérêt porté à l'épitaxie par jet moléculaire pour le Si s'est accru

récemment du fait du développement d'hétérostructuressili-

cium-siliciure de métal et de techniques améliorées de

croissance de silicium sur un isolant.

La mise en oeuvre avec succès de l'épitaxie par jet moléculaire a naturellement nécessité le développement d'un nouvel appareil. Ce développement a atteint un stade

tel qu'il existe maintenant un appareil commercial d'épita-

xie par jet moléculaire. Cependant, cet appareil et l'appa-

reil de recherche et développement qui est également utili-

sé ont de façon générale des possibilités de traitement limitées. Par exemple, il n'est habituellement pas possible d'effectuer un dépôt à partir d'un grand nombre de jets l 35 moléculaires et de traiter de grands nombres de tranches en une durée relativement courte. Les compositions qu'on peut faire croître et la capacité de fabrication de l'appareil

sont ainsi limitées.

Cette capacité de traitement limitée résulte de nombreux facteurs. Les facteurs les plus importants tiennent au fait que l'appareil ne permet d'effectuer qu'un dépôt sur

un seul substrat à la fois et utilise des procédés relative-

ment malcommodes pour transférer un substrat entre des cham-

bres, par exemple entre la chambre de croissance et une cham-

bre analytique qu'on utilise pour loger les instruments qui sont utilisés pour caractériser la surface du substrat, ou pour déplacer un substrat d'un poste de croissance vers un

poste d'analyse. En outre, la nécessité d'obtenir une compo-

sition uniforme sur tout le substrat exige de façon caracté-

ristique que le flux provenant de chaque four soit constant sur le substrat, et cette exigence limite ainsi le nombre

de fours qu'on peut utiliser simultanément. De plus, l'absen-

ce de normalisation des composants entre, par exemple, les chambres analytique et de croissance, limite la souplesse de

l'appareil et augmente le coût.

De récents développements ont amélioré la capacité de traitement. Par exemple, le brevet U. S. 4 137 865 décrit un appareil à jet moléculaire pour le dépôt séquentiel de matière sur plusieurs substrats, c'est-à-dire que le dépôt

sur un substrat commence et se termine avant le commence-

ment du dépôt sur le substrat suivant. Un appareil à jet moléculaire de type expérimental conçu explicitement pour le silicium est représenté schématiquement dans le document suivant: Journal of Crystal Growth, 45, pages 287-291, Proceedings of the Fourth International Conference on Vapor

Growth an Epitaxy, Nagoya, Japon, 9-13 juillet 1978. L'appa-

reil ne comporte qu'une seule chambre et ne peut traiter qu'un seul substrat à la fois, c'est-à-dire qu'il n'y a jamais qu'un seul substrat positionné dans la chambre à un moment donné. Un autre appareil explicitement conçu pour le silicium est décrit dans le Journal of Applied Physics, 48, pages 3345-3399, août 1977. Bien que cet appareil soit bien adapté à l'épitaxie par jet moléculaire du silicium, il ne

peut également traiter qu'un seul substrat à la fois.

En outre, l'utilisation d'une configuration géomé-

trique de dépôt verticale peut faire que des paillettes de

matière accumulée retombent dans les sources de jets molécu-

laires. Si ceci se produit, la paillette peut soit contami-

ner la source soit s'évaporer si rapidement qu'elle crée des

défauts cristallins dans la couche-épitaxiale en croissance.

Pour éviter ces résultats indésirables, les appareils d'épi- taxie par jet moléculaire pour le Groupe III-V qui utilisent

des sources à effusion de Knudsen sont généralement incli-

nés par rapport à la verticale pour permettre un dépôt presque horizontal. Une telle inclinaison n'est pas possible avec les sources d'évaporation par faisceau d'électrons

qu'on utilise généralement pour l'épitaxie par jet molécu-

laire du silicium.

Dans un traitement de dépôt par jet moléculaire utilisant l'invention, on fait tourner un plateau sur lequel sont montés plusieurs substrats, de façon à amener

tour à tour les substrats dans le chemin d'un jet molécu-

laire. De cette manière, les différents substrats sont traités simultanément dans le sens o le dépôt désiré est accompli sur tous les substrats en une seule opération de traitement. En outre, on a trouvé qu'il était possible d'utiliser des sources de jets moléculaires verticales du

fait que le plateau, accompagné des substrats, occupe pra-

tiquement toute la région située directement au-dessus de la source de jet. Du fait qu'on peut enlever le plateau avec les substrats et le nettoyer avant de l'utiliser à

nouveau, on peut éviter des accumulations de matière impor-

tantes conduisant à la formation de paillettes. Grâce à l'utilisation de plusieurs chambres, comprenant des chambres de chargement/déchargement, qui communiquent avec la chambre de croissance par des vannes, et grâce à l'utilisation de moyens pour transporter le plateau de chambre en chambre, on

peut effectuer le dép8t successivement sur plusieurs ensem-

bles de substrats correspondant à la contenance d'un plateau,

sans amener la chambre de croissance à la pression atmosphé-

rique.

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 coupe d'un appareil conforme à l'invention;

La figure 2 est une coupe de la chambre de crois-

sance, selon la ligne 1-1 de l'appareil de la figure 1; La figure 3 est une vue de dessus d'un plateau pour l'appareil des figures 1 et 2; Les figures 4 et 5 sont des vues en perspective de deux formes de moyens de transport destinés au transport du plateau dans l'appareil des figures 1 et 2; et La figure 6 est un graphique qui représente

l'écartement entre le substrat et le four, porté verticale-

ment, en fonction de la distance radiale, portée horizonta-

lement, entre le substrat et l'axe de rotation des moyens de rotation, pour différents débits d'arrivée du flux sur le

substrat.

Sur les figures, les éléments identiques repré-

sentés sur différents dessins sont désignés par les mêmes

numéros de référence.

L'appareil de la figure 1 comprend une première

chambre de chargement/déchargement 10, une chambre analyti-

que 20, une chambre de croissance 30 et une seconde chambre

de chargement/déchargement 40. Les chambres sont cylindri-

ques et réalisées en acier inoxydable. Les chambres 10 et sont de préférence identiques et les chambres 20 et 30 sont de préférence identiques à l'exception des points décrits ci-après. Des vannes ou des sas 11, 21 et 31 sont respectivement placés entre les chambres 10 et 20, 20 et , et 30 et 40, et ils isolent mutuellement les chambres adjacentes ou les font communiquer mutuellement, comme on

le désire. La structure de ces sas ainsi que d'autres pré-

sents dans l'appareil est bien connue de l'homme de l'art (voir le brevet U. S. 4 137 865) et il n'est donc pas

nécessaire de la considérer en détail.

La chambre 10 comprend en outre des moyens d'accès 101 qui, dans l'appareil représenté, consistent en une plaque fixée à la chambre 10 par une charnière (non représentée) qui s'ouvre et permet de placer dans la chambre un plateau 500 qui maintient plusieurs substrats 550. Une

pompe 102 fait le vide dans la chambre 10 par l'intermédiai-

re d'une valve 103, une fois que le plateau qui maintient les substrats a été chargé dans la chambre. La pression désirée est de façon caractéristique de 1,3 x 10 Pa. Des moyens de transport 230 sont disposés sous le plateau 500. La chambre analytique 20 comprend une pompe 201 qui communique avec la chambre par l'intermédiaire d'une valve 202 et d'un déflecteur 203. La chambre comprend en outre une cloche 205, un élément chauffant 207, un écran contre le rayonnement thermique 209, un arbre 210 muni

d'un collet 211 qui est conçu de façon à supporter le pla-

teau 500 qui maintient les substrats 550, des moyens d'en-

tra!nement 212 pour l'arbre 210 et un soufflet 213. Des

moyens de transport 230 sont placés sous le plateau 500.

Des instruments préparatoires et d'analyse qui peuvent

accéder à la chambre 20 à travers un flasque 214 compren-

nent de façon générale un canon de pulvérisation 215, un

pyromètre 217 et un poste d'analyse 240 qui peut être équi-

pé pour effectuer des analyses telles que la pyrométrie

infrarouge, la spectroscopie électronique Auger, la spec-

troscopie de masse sur des ions secondaires, etc. La pompe 201 est de façon caractéristique une pompe cryogénique qui est capable d'atteindre des pressions

de 1,3 x 10 6 Pa, ou moins. Des fluides cryogéniques, con-

sistant de façon caractéristique en azote liquide, sont

pompés de façon à traverser la cloche 205 et à la refroidir.

L'élément chauffant 207 est classique et, dans l'appareil représenté, il chauffe l'ensemble du plateau 500 et donc tous les substrats. Si on le désire, l'élément chauffant 207 peut avoir une configuration telle qu'il ne chauffe

qu'une partie du plateau 500. L'écran thermique 209 repré-

senté est annulaire, bien qu'on puisse également utiliser

un écran cylindrique, et il entoure les éléments chauffants.

Si on ne chauffe que des parties sélectionnées du plateau 500, l'écran contre le rayonnement thermique 209 aura de préférence une forme choisie de façon à n'intéresser que

les parties chauffées. L'écran contre le rayonnement ther-

mique 209 et le plateau 500 sont de préférence constitués par une matière réfractaire qui est relativement inerte au point de vue chimique par rapport aux matières qui sont déposées. Par exemple, le tantale est une matière préférée lorsqu'on dépose du silicium. Le collet 211 supporte le plateau 500 en étant en couplage par friction avec ce der-

nier, ce qui permet à l'arbre 210 de faire tourner le pla-

teau 500 et avec lui les substrats 550. Le soufflet 213 est

commodément constitué par de l'acier inoxydable et il per-

met aux moyens d'entraînement 212 de faire monter et descen-

dre, ainsi que tourner, l'arbre 210 et donc le plateau 500.

Le dépôt par jet moléculaire d'au moins une cou-

che d'au moins une matière sur plusieurs substrats s'effec-

tue à l'intérieur de la chambre de croissance 30. On

obtient des conditions de vide dans la chambre de croissan-

ce 30 en employant de façon caractéristique une-pompe

cryogénique 301 qui communique avec la chambre 30 par l'in-

termédiaire d'une valve 302 et d'un déflecteur 303. La pom-

pe doit être capable de maintenir une pression de 1,3 x 10-8 Pa, ou moins. L'intérieur de la chambre est

entouré par une cloche 305 qui est similaire à celle décri-

te en relation avec la chambre analytique et qui est égale-

ment refroidie de façon cryogénique par un fluide tel que de l'azote liquide. La chambre de croissance 30 comprend en outre une source d'ions de type n, 306, et une source d'ions de type p, 308. Bien que-deux sources d'ions soient représentées, il faut noter qu'on peut utiliser un plus grand nombre ou un plus petit nombre de sources d'ions en fonction des dispositifs qui sont fabriqués. Des mécanismes

de commande d'obturateur, 309 et 311, commandent les posi-

tions d'obturateurs respectifs 313 et 315, qu'on peut utili-

ser pour déclencher ou pour arrêter le flux d'ions dirigé par les sources respectives 306 et 308 vers les substrats 550 qui sont placés dans une position de croissance. Les mécanismes de commande d'obturateur et les sources d'ions

accèdent à la chambre 30 à travers un flasque 316.

Au-dessus du flasque 316, la chambre 30 est de préférence pratiquement identique à la chambre 20 au-dessus du flasque 214. Dans un appareil préféré pour le dépôt de silicium, les sources d'ions 306 et 308 sont des sources d'ions à émission par effet de champ, à cause de leurs tailles réduites et du fait qu'il n'est pas nécessaire d'effectuer un pompage

différentiel, du fait qu'il n'y a pas de gaz pour un plasma.

Bien que les sources à émission par effet de champ soient

préférables, on peut également utiliser des cellules à effu-

sion de Knudsen.

Des moyens de transport 230 sont disposés sous le plateau 500. La chambre de croissance 30 comprend également un arbre 318 qui supporte le plateau 500 qui maintient les substrats 550, et des moyens d'entraînement 320 pour

l'arbre 318. L'arbre 318 est accouplé aux moyens d'entraine-

ment 320 par l'intermédiaire d'un soufflet 322. Ceci permet aux moyens d'entraînement 320 de faire monter et descendre le plateau 500. Un collet 319 sur l'arbre 318 permet un accouplement à friction avec le plateau 500 et permet ainsi aux moyens d'entraînement 320 de faire tourner le plateau 500. Dans la position levée du plateau, les substrats 550 sont supportés soit dans une position de croissance, soit dans une position à partir de laquelle on peut les faire tourner vers une position de croissance. La chambre de croissance 30 comprend également des éléments chauffants 324 pour les substrats 550. Les éléments chauffants 324 sont entourés par un écran contre le rayonnement thermique 326. L'écran thermique 326 est représenté sous une forme annulaire, bien qu'on puisse utiliser une forme cylindrique, comme pour la chambre analytique 20. Cependant, les éléments

chauffants 324 chauffent généralement la totalité des pla-

teaux disposés sous l'écran thermique 326, du fait que l'opération de dépôt est exécutée simultanément sur tous les substrats. On utilise un pyromètre infrarouge 328 pour contrôler la température des substrats 550. Dans l'appareil décrit, les chambres 20 et 30 sont identiques, à l'exception

du fait que des éléments, des fours et des équipements ana-

lytiques différents ont accès aux chambres à travers les

flasques inférieurs de grandes dimensions.

Une seconde chambre de chargement/déchargement 40 comprend une ouverture d'accès 101 qui permet l'enlèvement

du plateau 500 et des substrats 550, et des moyens de pompa-

ge 402 qui communiquent avec la chambre par l'intermédiaire d'une valve 403. Des moyens de transport 230 sont disposés sous le plateau 500. Pour des raisons de réduction du coût de fabrication, la chambre 40 est de préférence identique à la chambre 10, et il n'est pas nécessaire de la décrire davantage. Bien qu'on ait décrit un appareil qui comporte

deux chambres de chargement/déchargement, une chambre analy-

tique et une chambre de croissance, on envisage d'autres configurations. Par exemple, on peut placer une seconde chambre analytique entre la chambre de croissance et la seconde chambre de chargement/déchargement, ou bien on peut

supprimer la chambre analytique ou la combiner avec la pre-

mière chambre de chargement/déchargement. De plus, on pourrait utiliser deux chambres de croissance pour éviter

une contamination réciproque. On pourrait par exemple dépo-

ser du Si dans une chambre et du GaP dans l'autre chambre,

pour éviter la contamination par le phosphore dans la cham-

bre relative au silicium. Enfin, les accès d'entrée et de

sortie pour la chambre analytique et la chambre de crois-

sance pourraient s'effectuer à partir d'une seule chambre de chargement/déchargement, bien que le rendement de l'appareil en ce qui concerne le nombre de substrats traités

serait probablement réduit.

La figure 2 représente une autre coupe de la cham-

bre de croissance 30, faite selon la ligne 1-1 de la figure 1. En plus des éléments représentés et décrits en relation

avec la figure 1, et qui ne nécessitent pas de description

supplémentaire, la chambre 30 comprend des fours 330 et 332, des dispositifs de mesure de dép8t 334 et 336 et des

moyens de transport 230. Les fours génèrent des jets molé-

culaires qui sont dirigés vers une position de croissance.

Bien que deux fours soient représentés, on peut en utiliser un plus grand nombre ou un plus petit nombre si on désire

un plus grand nombre ou un plus petit nombre de jets molé-

culaires. Des obturateurs 338 et 340 déclenchent ou.arrê-

tent le flux des jets provenant respectivement des fours 330 et 332 et dirigés vers la position de croissance, une

fois que les fours ont été chauffés. Les positions des obtu-

rateurs 338 et 340 sont respectivement commandées par des mécanismes de commande d'obturateur 342 et 344. Pour l'appareil représenté, on envisage qu'un four au moins soit chargé avec du silicium qui est mis en fusion par un faisceau

d'électrons (non représenté). On place dans le four un mor-

ceau de silicium de forme déterminée et le faisceau d'élec-

trons ne fait fondre qu'une partie centrale du silicium, tandis que le silicium non fondu fait fonction de creuset pour le silicium en fusion. Cette technique de fusion est

bien connue. On peut charger le second four avec du sili-

cium ou du cobalt, par exemple lorsqu'on fabrique des hété-

rostructures silicium-siliciure de métal.

Bien que l'appareil représenté sur les figures 1 et 2 soit appelé appareil de dépôt par jet moléculaire, les fours représentés ne sont pas nécessairement les fours à

effusion de Knudsen qui sont utilisés de façon caractéristi-

que dans l'appareil d'épitaxie par jet moléculaire pour des

composés du Groupe III-V. On voit également que la croissan-

ce sur n'importe quel substrat peut avoir lieu à plus d'une position de croissance si la chambre de croissance comporte

plus d'une source de jet moléculaire. On peut également uti-

liser l'appareil décrit en relation avec les figures 1 et 2

pour déposer des métaux tels que Au ou Cu, avec une crois-

sance non épitaxiale.

La figure 3 est une vue de dessus du plateau. Le plateau 500 qui est conçu de façon à maintenir les substrats a de préférence une forme circulaire avec au centre un trou 560 destiné à recevoir l'arbre 218, 310. Les différents substrats 550 peuvent être constitués par un semiconducteur, tel que du silicium, ou par un isolant, tel que du saphir, et ils s'ajustent dans un ensemble de trous comportant des

lèvres destinées à recevoir et à supporter les substrats.

Ces cavités ont généralement une forme circulaire, comme les substrats représentés, et leurs centres sont espacés d'une distance r par rapport au centre du plateau et ils sont de préférence écartés d'un angle de 360/n degrés, en désignant par n le nombre de substrats. Le plateau représenté a environ

,5 cm de diamètre et il contient 8 substrats de 7,5 cm.

Les moyens de transport pour le plateau sont repré-

sentés sur les figures 4 et 5. Le type représenté sur la figure 4 ne transfère que le plateau, tandis que le type représenté sur la figure 5 transfère le plateau et un châssis portant le plateau. Sur la figure 4, un plateau 500, avec des substrats 550, est transporté directement sur un transporteur 501 qui passe sur des roues 505 qui sont

entraînées par un moteur 503. Le moteur 503 est à l'exté-

rieur de la chambre et il est accouplé au transporteur à courroies par une traversée qui préserve le vide. Les moyens de transport comprennent le transporteur 501, les roues 505 et le moteur 503. Les moteurs pour différentes chambres sont synchronisés de façon à entrainer les moyens de transport en même temps et à la même vitesse dans toutes les chambres. Selon une variante, on peut utiliser un seul moteur pour entraîner les moyens de transport dans toutes les chambres à l'aide d'un accouplement approprié entre les moyens de transport. Chaque chambre comporte des moyens de

transport propres, avec un espace entre les moyens de trans-

port adjacents, pour permettre la fermeture des vannes entre les chambres adjacentes. Bien que le transporteur représenté soit un transporteur à courroies, on peut également utiliser d'autres types, comme un transporteur à chaînes ou à vis sans fin. Il n'est pas obligatoire que le plateau 500 soit porté directement par le transporteur 501, comme il ressort clairement de la figure 5. Dans ce type de transporteur, le plateau 500 est porté par une plaque 570 qui comporte une cavité adaptée pour supporter le plateau 500. La plaque 570 comporte des ailes 572 qui viennent en contact avec le

transporteur à courroies 501 et sont supportées par ce der-

nier. On peut se référer à la figure 6 pour déterminer l'emplacement préféré pour la position de croissance des

substrats et pour les fours, par rapport à l'axe de rota-

tion de l'arbre. Le substrat tourne autour d'un axe vertical et il existe des sources-ponctuelles à une distance radiale

d'une unité. On a tracé des courbes de flux égal à la posi-

tion de croissance, en considérant la distance entre le substrat et le four, portée verticalement, en fonction de la distance radiale du substrat par rapport à l'axe de rotation, portée horizontalement. Pour des raisons de clar-

té et de simplicité, les coordonnées verticales et horizon-

tales sont définies en unités de distance du four par rapport à l'axe de rotation, c'est-à-dire qu'on considère que le four se trouve à une unité de l'axe de rotation. En d'autres termes, lorsque le centre du substrat se trouve à une distance radiale d'une unité par rapport à l'axe de rotation de l'arbre, il est à la même distance radiale de l'axe de rotation que le four. Comme le montre la ligne horizontale la plus longue (1) qui représente un substrat de 10 cm, on obtient un flux relativement uniforme sur tout le substrat lorsque la distance verticale des substrats par rapport au four est légèrement supérieure à la distance du

four par rapport à l'axe de rotation, et lorsque la distan-

ce horizontale du centre des substrats par rapport à l'axe de rotation est d'environ 0,6 fois la distance horizontale

du four par rapport à l'axe de rotation. La ligne horizon-

tale la plus courte (2) représente un substrat de 7,5 cm.

On obtient également un flux très uniforme lorsque les

substrats sont approximativement à 1,5 unité du plan con-

tenant les fours et sont centrés sur l'axe de rotation.

Cette position n'est pas la plus préférable du fait qu'elle limite sévèrement le nombre de substrats qu'on peut traiter simultanément. On peut sélectionner d'autres distances pour différents diamètres de substrat. En général, lorsque les substrats deviennent plus petits que les deux qu'on vient de décrire, la distance four-substrat diminue et la distance

radiale du substrat par rapport à l'axe augmente.

Dans l'appareil décrit, les substrats sont placés

horizontalement dans un plateau plat relativement mince.

L'utilisation d'un plateau plat minimise le coût de l'usina-

ge d'un plateau fabriqué à partir d'une matière réfractaire et réduit également la quantité de matière utilisée. On pourrait utiliser des plateaux autres que des plateaux plats.

Dans la description du fonctionnement de l'appa-

reil, on supposera que les chambres sont initialement à la pression atmosphérique. Ceci n'est pas nécessairement vrai une fois que l'appareil a commencé à fonctionner. Après que la chambre de croissance 30 et la chambre analytique 20 ont été amenées au vide désiré, on peut les maintenir sous vide, sauf lorsque les fours doivent être rechargés. On pourrait utiliser des sas-pour permettre le rechargement des fours sans rupture du vide. On place tout d'abord les substrats 550 dans le premier plateau 500 qu'on place ensuite sur les

moyens de transport 230, dans la première chambre de mani- pulation 10. On nettoie tout d'abord les substrats 550, con-

formément à la pratique générale, pour faire disparaître tous les contaminants de surface. On ferme la vanne 11 et, avec la valve 103 ouverte, la pompe réduit la pression de la première chambre de chargement/déchargement 10 à environ 1,3 x 10-4 Pa. Une fois que la pression a été réduite, la vanne 11 s'ouvre. Cette vanne 11 peut être connectée de façon à s'ouvrir et à se fermer en même temps que les autres

vannes 21, 31, dans le dispositif qui permet la communica-

tion entre chambres adjacentes. Les moyens de transport 230 transportent les substrats 550 vers la chambre analytique , après quoi la vanne Il se ferme à nouveau. A ce moment, un second plateau 500 contenant des substrats 550 peut être placé dans la chambre de chargement 10. La pompe 201 qui est branchée à la chambre analytique 20 réduit la pression dans la chambre analytique 20 à environ 1,3 x 10 6 Pa. Une fois que les processus préparatoires et d'analyse désirés ont été achevés, ce qui comprend le nettoyage des substrats avec le canon de pulvérisation 215, les vannes 11, 21, 31 qui relient les chambres adjacentes s'ouvrent à nouveau et les moyens de transport 230 transportent simultanément le premier plateau 500 vers la chambre de croissance 30 et le

second plateau 500 vers la chambre analytique 20. La confi-

guration de chambres et de vannes permet le fonctionnement

de l'appareil sans que la pression dans la chambre de crois-

sance 30 ou dans la chambre analytique 20 soit jamais remon-

tée jusqu'à la pression atmosphérique, sauf lorsque les fours ou les sources d'ions sont rechargés ou lorsqu'on effectue un autre travail de ce genre. Si on le désire, on peut employer des sas permettant de recharger les fours sans rompre le vide dans les chambres. On met en action les moyens d'entraînement 320 dans la chambre de croissance 30 et l'arbre 318 élève le plateau 500 à partir des moyens de transport et commence à faire tourner le plateau 500 et les substrats 550 dans la position de croissance. Les éléments chauffants 324 chauffent à la fois les substrats 550 et le plateau 500 jusqu'à une température comprise dans la plage allant d'environ 4000C à environ 10000C, lorsqu'on dépose du silicium. On peut utiliser des températures plus élevées, mais les avantages du dép8t par jet moléculaire sont réduits du fait que les processus de diffusion deviennent importants. On peut utiliser des températures plus basses lorsqu'on procède à la croissance de matières amorphes. On

contrôle la température avec le pyromètre infrarouge 328.

Du fait que le plateau 500 occupe toute la région située au-dessus des sources de jets moléculaires 330, 332, on évite des accumulations importantes de matière. On peut nettoyer le plateau 500 lorsqu'on le retire de la chambre de chargement/déchargement 40 avec les substrats 550. On peut utiliser des moyens mécaniques ou chimiques bien connus

* pour nettoyer un plateau constitué par une matière chimique-

ment résistante telle que le tantale. L'absence de matière accumulée réduit, si elle ne l'élimine pas complètement, le problème de la formation de paillettes qu'on rencontre

couramment avec un appareil de dépôt vertical. La contami-

nation réciproque des sources de jets moléculaires et les

densités de défauts épitaxiaux doivent toutes deux être for-

tement réduites.

Après avoir placé du silicium dans l'un au moins des fours 330, 332, on dirige le faisceau d'un canon à électrons, d'une manière bien connue en employant un champ magnétique approprié, vers la surface du silicium o il

forme le jet moléculaire de silicium. Ce type de source con-

vient bien à l'utilisation avec le silicium du fait de la réactivité élevée du silicium fondu. Les sources de type n et de type p, 306, 308, ont également été chargées avec des agents de dopage appropriés de type n et de type p, et on peut déclencher ou arrêter les jets venant de ces sources, comme envisagé précédemment, en ouvrant ou en fermant leurs

obturateurs respectifs 313, 315.

Une fois que les couches de matière désirées ont été déposées, les moyens d'entraînement 320 arrêtent la rotation et abaissent le plateau 500 sur les moyens de transport 230. Les vannes 11, 21, 31 entre les chambres

adjacentes s'ouvrent et les moyens de transport 230 transfè-

rent le premier plateau 500 de la chambre de croissance 30 vers la seconde chambre de manipulation 40, tandis que, simultanément, ils transfèrent un troisième plateau 500 de

la première chambre de manipulation 10 vers la chambre ana-

lytique 20 et le second plateau 500 de la chambre analyti-

que 20 vers la chambre de croissance 30. Naturellement, il

n'est pas obligatoire que chaque chambre contienne un pla-

teau, mais dans ce cas l'appareil ne fournit pas le rende-

ment maximal.

On peut commander la vitesse angulaire de l'arbre 318 et donc des substrats 500, dans la chambre de croissance , de façon à faire croUtre des couches de matière ayant l'épaisseur et la composition désirées. Par exemple, on peut charger du silicium dans un four 330 et du cobalt dans le second four 332, et régler la vitesse angulaire de façon à déposer des couches alternées de cobalt-silicium. A titre d'autre exemple, on peut régler les débits à partir des sources d'ions de type p et de type n, 306308, et la

vitesse angulaire des substrats de façon à déposer alterna-

tivement des couches de Si de type p et de type n. Les vitesses de dépôt caractéristiques sont comprises entre 0,1 et 10 nanomètres par seconde. A des vitesses inférieures, il peut y avoir un dépôt indésirable de contaminants et des vitesses supérieures peuvent être difficiles à maîtriser avec précision. La vitesse précise dépend du dispositif qui

est fabriqué.

On vient de décrire le fonctionnement de l'appa-

reil en considérant l'utilisation de silicium, mais il faut noter qu'on peut utiliser l'appareil avec d'autres matières

semiconductrices, comme des composés du Groupe III-V.

Lorsqu'on fait croître de tels composés, on remplace de façon caractéristique les fours décrits par les cellules à

effusion de Knudsen, utilisées de façon plus classique.

L"'utilisation d'un plateau amovible au-dessus des fours élimine les problèmes liés à la formation de paillettes et

permet le dép8t de matières du Groupe III-V dans la direc-

tion verticale, plus commode. Avec cette configuration, les

cellules de Knudsen sont disposées avec.,leurs axes parallè-

les, dans une direction verticale, au lieu d'être proches de l'horizontale et de converger vers une seule position de

substrat centrale, et on peut utiliser un beaucoup plus-

grand nombre de fours. Par exemple, si on utilise une dis-

tance de 15 cm entre une source et l'axe de la chambre, on peut employer au moins 20 cellules de Knudsen, au lieu des

6-8 qui existent dans les structures commerciales actuelles.

On peut utiliser ce grand nombre de cellules pour augmenter

le nombre de matières semiconductrices ou d'agents de dopo-

ge déposés dans un seul système. L'utilisation d'une fré-

quence de rotation lente pour le plateau et d'une configu-

ration appropriée de fours permet de faire croître des structures ayant des compositions modulées. Ceci permet d'éliminer les configurations compliquées d'obturateurs de

fours qu'on utilise actuellement.

L'appareil vient d'être décrit en considérant le dép8t simultané sur plusieurs substrats mais il faut noter que le mot "simultané" n'est pas utilisé dans le sens o tous les substrats reçoivent en permanence des flux égaux, mais dans le sens o les couches désirées sont déposées sur

tous les substrats au cours d'une seule opération de traite-

ment. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté,

sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1. Appareil de dépôt par jet moléculaire sur un ensemble de substrats, comprenant une chambre de croissance dans laquelle on peut faire le vide, qui contient au moins une source de jet moléculaire destinée à générer un jet

moléculaire dirigé vers une position de croissance, caracté-

risé en ce qu'il comprend un plateau (500) destiné à porter un ensemble de substrats (550), des moyens (318, 319, 320) destinés à faire tourner le plateau pour amener tour à tour les substrats à la position de croissance et des moyens

(324) destinés à chauffer l'ensemble de substrats.

2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une chambre analytique (20) dans laquelle on peut faire le vide, une vanne (21) entre la chambre analytique et la chambre de croissance (30) et des moyens de transport (230) destinés à transporter le plateau

(500) entre la chambre analytique et la chambre de croissan-

ce.

3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend des première et seconde chambres de chargement/déchargement (10, 40), une vanne (11) entre la

première chambre de chargement/déchargement (10) et la cham-

bre analytique (20) et une vanne (31) entre la chambre de

croissance (30) et la seconde chambre de chargement/déchar-

gement (40), et en ce que les moyens de transport (230) sont conçus de façon à transporter le plateau (500) entre la première chambre de chargement/déchargement et la chambre analytique et entre la chambre de croissance et la seconde

chambre de chargement/déchargement.

4. Appareil selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 3, caractérisé en ce que la source de jet molécu-

laire, ou chacune d'elles, (330, 332) est conçue de façon à

diriger le jet moléculaire respectif dans une direction pra-

tiquement verticale.

5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé

en ce qu'il comporte un ensemble de sources de jet molécu-

laire (330, 332) dans la chambre de croissance (30), à des distances radiales égales par rapport à l'axe de rotation du

plateau (500).

6. Procédé de dépôt par jet moléculaire sur un

ensemble de substrats, dans lequel on produit un jet molé-

culaire à partir d'une source de jet moléculaire dans une chambre de croissance dans laquelle on a fait le vide, caractérisé en ce qu'on fait tourner un plateau (500) dans lequel les substrats (550) sont montés, de façon à amener

tour à tour les substrats dans le chemin du jet moléculaire.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la chambre contient un ensemble de sources de jet moléculaire (330, 332), à des distances radiales égales par rapport à l'axe de rotation du plateau, et ces sources sont conçues de façon à produire des jets moléculaires ayant différentes compositions, grâce à quoi on dépose sur les

substrats une structure multicouche.