Brevet FR2002417A1 — publié le 19691017

C4516 i 2002417 L'invention se rapporte à un élément de quartz, notamment creux, par exemple tubulaire, pour la fabrication des semi-conducteurs. Les procédés de diffusion sont connus pour la fabri- -5 cation de composants semi-conducteurs, par exemple de diodes, de diodes à quatre couches, de transistors, de circuits intégrés, etc, par exemple pour leur dopage. Le cristal serai-conducteur est exposé à des températures élevées à diverses atmosphères gazeuses, par exemple de phosphore et/ou de 10 gallium. Le cristal semi-conducteur, fréquemment en plaquette, est fixé sur un support tel qu'une claie en quartz. La claie support sur laquelle sont placés les cristaux semi-conduc-teurs est introduite dans un tube de quartz disposé dans un four électrique dans lequel la diffusion est . réalisée* Les 15 cristaux semi-conducteurs sont ensuite dopés dans l'atmosphère gazeuse déterminée, maintenue dans le tube à la température prescrite de diffusion. En général, l'élément de dopage est dirigé en un courant gazeux à travers le tube de quartz. 20 Pour fonctionner correctement, les composants semi conducteurs doivent avoir des caractéristiques particulières, déterminées par le profil de diffusion, la résistance et la durée de vie des porteurs de charges en minorité. Ces caractéristiques sont précisément influencées essentiellement par 25 le taux des impuretés ou par la teneur en poisons semi-conducteurs qui ont la possibilité de pénétrer dans les composants au cours de leur fabrication. En conséquence, les taux de pureté qui sont exigés des produits de base ainsi que de toutes les autres matières, qui peuvent influencer directe-30 ment ou indirectement les taux d'impureté, sont extrêmement élevés dans la technique de fabrication des composants semiconducteurs. Ce taux de pureté exigé du quartz mis en oeuvre dans la fabrication des composants semi-conducteurs a pour conséquence que les claies de support des cristaux et les 35 tubes de diffusion utilisés jusqu'à présent sont, de préférence, en matière extrêmement pure, dont la teneur totale en impuretés métalliques est inférieure à 4 ppm. 69 04 516 2 2002417 La température du traitement de diffusion des cristaux semi-conducteurs est aussi élevée que possible afin d'en abréger la durée, car la vitesse de diffusion augmente fortement avec la température. La limite supérieure 5 de température à laquelle le traitement de diffusion est effectué à l'échelle industrielle est comprise entre environ 1 200 et 1 280°C. Cependant, le traitement de diffusion est effectué fréquemment à une température inférieure à 1 200°C, car le tube de diffusion en quartz, restant en per-10 manence dans le four, se déforme plastiquement dans la plage indiquée de température au point que les claies de support des cristaux ne peuvent plus y pénétrer. L'invention a pour objet un élément de quartz, par exemple tubulaire, réalisé de manière qu'il ne puisse être ni directement ni indirecte-15 ment la cause de la pénétration d'impuretés ou de poisons semi-conducteurs dans le cristal lors de la fabrication des composants semi-conducteurs à température élevée et qu'il permette notamment les traitements de diffusion à des températures encore supérieures à celles des procédés antérieurs, 20 sans apparition de phénomènes secondaires gênants. Selon une particularité essentielle de l'invention, l'élément de quartz, par exemple tubulaire, en particulier pour la fabrication à température élevée de composants semi-conducteurs tels que diodes, diodes à quatre couches, transistors, circuits inté-25 grés, etc, comporte au moins dans sa couche superficielle, en plus du SiO^, au moins une autre matière en concentration supérieure à 4 ppm et pouvant atteindre quelques centaines de ppm, ladite matière ne constituant pas un poison semiconducteur pour le composant traité à des températures su-30 périeures à 1 200°C, en particulier supérieures à 1 28o°C, et/ou ayant une vitesse de diffusion dans le SiÛ2 qui est faible par rapport à celle du sodium aux températures comprises entre environ 1 200 et 1 380°C. Les éléments de quartz dont non seulement la couche superficielle mais également 35 la masse totale comporte en plus du Si02 l'autre matière en concentration de 10 à 800 ppm ont également donné de bons résultats. Lesdites autres matières qui conviennent particulièrement bien sont les éléments du groupe IV du 69 04516 3 2 G 0 2 417 système périodique et leurs combinaisons, par exemple le silicium, le germanium, le carbone, l'étain, l'oxyde de germanium, l'oxyde d'étain, les composés du silicium tels que le carbure et le nitrure ainsi que les sous-oxydes du 5 SiO^, individuellement ou en combinaison. Le bore, l'aluminium, le phosphore, l'antimoine et/ou une combinaison de l'une ou l'autre de ces matières conviennent également. Alors que l'on a utilisé jusqu'à présent du quartz extrêmement pur pour le tube de diffusion ou par exemple pour la 10 claie de support des cristaux dans la fabrication à température élevée des composants semi-conducteurs, l'élément de quartz selon l'invention contient des additifs de manière bien déterminée. L'élément de quartz selon l'invention a l'avantage très remarquable de ne subir pratiquement aucune 15 déformation, même lorsqu'il séjourne longtemps à des températures d'environ 1 300°C et en particulier les tubes de diffusion réalisés selon l'invention et ayant une couche superficielle qui, en plus du SiO^, contient une autre matière, ne se déforment pratiquement pas, contrairement aux 20 tubes de diffusion en quartz très pur utilisés jusqu'à présent. Les éléments de quartz selon l'invention permettent donc par exemple le traitement de diffusion de cristaux semi-conducteurs à des températures sensiblement plus élevées que jusqu'à présent, sans risque d'apparition d'effets se-25 condaires gênants, et donc de réduire considérablement la durée du traitement de diffusion des cristaux, car on sait que la vitesse de diffusion augmente avec la température suivant une courbe exponentielle. On peut réaliser simplement les éléments de quartz 30 selon l'invention, comportant dans leur masse totale, en plus du SiO^j d'autres matières en concentration indiquée, par exemple à partir d'un bain homogénéisé en fusion auquel on ajoute les autres matières. Divers procédés sont possibles pour la fabrication 35 des éléments de quartz selon l'invention, notamment tubu- laires, qui ne contiennent qu'en surface a.u moins une autre matière en plus du Si0£. Il est ainsi possible de revêtir la surface d'un élément tubulaire en quartz très pur d'une 69 04516 4 2002417 autre matière, par exemple par pulvérisation ou vaporisation, notamment sous vide, et ensuite de soumettre le tube revêtu à une cuisson. La figure unique du dessin illustre à titre d'exemple un tube de quartz selon l'invention. Le tube comporte une couche 1 en quartz très pur ainsi qu'une couche extérieure superficielle 2 qui contient, en plus du SiOg, au moins une autre matière en concentration supérieure à 4 ppm et pouvant atteindre quelques centaines de ppm. 69 C4516 5 2002417 REVENDICATIONS 1 - Elément de quartz, par exemple tubulaire, utilisé notamment dans la fabrication à température élevée de composants semi-conducteurs, tels que diodes, diodes à 5 quatre couches, transistors, circuits intégrés, etc., caractérisé en ce qu'il contient, au moins dans sa couche superficielle, en plus du Si02, au moins une autre matière en concentration supérieure à 4 ppm et pouvant atteindre plusieurs centaines de ppm, ladite matière ne constituant pas 10 un poison semi-conducteur pour le composant traité à des températures supérieures à 1 200°C, notamment supérieures à 1 280°C, et/ou ayant une vitesse de diffusion dans le SiOg qui est faible par rapport à celle du sodium à des températures comprises entre environ 1 200 et 1 380°Co 15 2 - Elément de quartz selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite autre matière est répartie dans sa masse totale» 3 - Elément de quartz selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est formé d'une couche extérieure 20 superficielle contenant, en plus du SiOg* au moins une autre matière, et d'une couche en quartz très pur. 4 - Elément de quartz selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite autre matière est du silicium, ger-mâniun,carbone, étain et/ou leurs combinaisons telles que du 25 carbure ou du nitrure de silicium ou un sous-oxyde de Si02, un oxyde de germanium, un oxyde d'étain individuellement ou en combinaison. 5 - Verre de quartz selon une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que ladite autre matière est du bore, 30 de l'aluminium, du phosphore, de l'antimoine et/ou une combinaison de l'une de ces matières.