Le réacteur de CVD

Figure 3.3  Schéma du réacteur CVD utilisé pour la croissance des nanols.

La présentation du réacteur se base sur celle faite par G. Savelli dont les travaux de thèse portaient sur la réalisation de multi-couches Si/SiGe dans le même réacteur CVD [205].

Il s'agit d'un équipement industriel CVD multi-chambres d'Applied Materials. Cette ma- chine appartient à la génération des machines multi-tâches multi-procédés (cluster tools), nom générique des multiréacteurs. Elle possède un robot passeur de plaques sous vide ou atmosphère contrôlée. C'est un réacteur plaque à plaque qui permet de traiter aussi bien des substrats de silicium de 100 mm de diamètre que de 200 mm. An de pouvoir traiter des échantillons de plus petite taille, nous avons utilisé un substrat de silicium de 200 mm aminci sur l'équivalent d'un substrat de 100 mm en son centre. Ainsi, il est possible de positionner les échantillons et même un substrat de 100 mm sur cette plaque spéciale et, ce, sans risques de perte des échantillons dans le réacteur. Une vue d'ensemble de l'équipement est donnée sur la gure 3.3.

Ce dispositif est équipé de :

 deux sas de chargement/déchargement des plaques (1),

 deux chambres de procédés (2) dont l'une utilisée pour les croissances des nanols de Si et de SiGe avec ou sans dopage et pour les lms minces,

 une chambre de centrage de la plaque avant introduction dans la chambre de procédé, servant aussi au refroidissement de la plaque après dépôt (3),

Pour un fonctionnement automatique, le chemin suivi par une plaque est le suivant : le robot prend un substrat dans l'un des sas de chargement/déchargement, l'apporte dans la chambre de centrage où la position du substrat est repérée par une série de diodes infrarouges, puis le transfère dans l'une ou/et l'autre des chambres de procédé utilisées. Après le dépôt, le robot transporte la plaque dans la chambre de refroidissement, la remet à la même position dans le sas, et prend la plaque suivante.

La pression dans les sas de chargement/déchargement, dans la chambre de transfert et dans la chambre de centrage est maintenue à 50 Torr (6655 Pa) et est assurée par deux pompes : l'une commune aux deux sas et l'autre aux chambres de transfert et de centrage. Chaque chambre de procédé possède également une pompe qui régule la pression de quelques Torr à la pression atmosphérique.

Les sas de chargement/déchargement et les chambres de transfert et de centrage sont maintenues sous azote. Les chambres de dépôt sont, quant à elles, sous une atmosphère d'azote à l'état de repos et sous hydrogène en mode actif, c'est-à-dire lorsque des expériences sont prévues et que la chambre est mise en chaue.

Les deux chambres de procédé sont identiques et sont représentées sur la gure 3.4. Elles sont chacune constituées de :

 deux dômes en quartz (supérieur et inférieur), notés (1), à l'intérieur desquels le substrat est introduit. Ce dernier repose sur un suscepteur de graphite recouvert de SiC (2), qui tourne pendant le dépôt avec une vitesse de rotation variable (en général 20 tours/min). Cette rotation du suscepteur permet d'obtenir un dépôt uniforme. Les gaz sont injectés latéralement, traversent la chambre de dépôt et sont évacués du côté opposé. Il faut noter que toutes les pièces internes à la chambre sont en quartz an d'éviter toute contamination métallique.

 le chauage est assuré par vingt lampes halogènes (3) situées au-dessus du suscepteur et vingt lampes situées en dessous. Le contrôle de la température est réalisé par deux pyromètres optiques, l'un placé au-dessus de la plaque de silicium, et l'autre en dessous du suscepteur. La régulation de la température pendant le procédé peut être commandée par l'un ou/et l'autre des pyromètres dans une gamme de température variant de 500 à 1196C (774 à 1470K). Le refroidissement de la chambre est assuré par une circulation externe d'air et d'eau.

Les chambres de procédé ont une procédure de nettoyage in-situ qui permet de graver les dépôts accumulés sur les parties en quartz, et ainsi d'éviter toute contamination plaque-à-plaque par les dopants qui seraient susceptibles de s'adsorber sur le quartz. Ce nettoyage est réalisé en utilisant les propriétés de gravure du silicium et de ses composés par l'acide chlorhydrique (HCl) à des températures élevées. Il nécessite l'introduction massive de HCl (15 L/min) à une pression,

Figure 3.4  Schéma d'une chambre de procédés avec le dôme en quartz (1), le suscepteur (2) et les lampes (3).

qui dière de la pression de travail, légèrement inférieure à la pression atmosphérique (600 Torr) et à une température de 1096C (1370 K) pendant quelques minutes.

Les gaz réactants sont le silane, SiH4, comme précurseur du silicium, et le germane, GeH4,

dilué à 10 % dans l'hydrogène, comme précurseur du germanium. Les dopants sont le diborane,

B2H6, pour le type p et la phosphine, PH3, pour le type n, tout deux dilués à 1 % dans l'hydrogène.

De plus, an d'obtenir une gamme de dopage plus large, un panneau de dilution supplémentaire à l'hydrogène a été intégré à la machine. Le chlorure d'hydrogène, HCl, a deux utilisations indépendantes : il peut être additionné aux gaz de procédés à des débits inférieurs à 200 sccm, il est utilisé lors de la procédure de nettoyage de la chambre à un débit de 15 L/min.