Brevet FR2011825A1 — publié le 19700313

La présente Invention a pour objet de production de couche épitaxiale de matériau semiconducteur, et plus particulièrement les procédés indirects, par lesquels le matériau semiconducteur croit par une réaction chimique à partir de composés semiconducteurs convenables, 5 Pour la fabrication de couches épitaxiales, par exemple, de silicium, on cannait différents procédés ou différents composés initiaux de silicium. Les atomes de silicium nécessaire à là fabrication de la couche épitaxiale pouvent fitre obtenus, avec l'aide de l'hydrogène, par réduction des composés du silicium de la phase gazeuse. Dans ce but, du trétrachlorure de silicium (SiClJ à 4 10 l'état gazeux et de l'hydrogène sont introduits abondamment à la surface du substrat qui a été chauffé à une température supérieure à 1,000*C. Cela entraîne que le tétrachlorure de silicium se décompose en silicium et acide chlorydrique et que les atomes de silicium ainsi obtenus croissent épitaxialement sur le substrat. D'autres composés halogénés du silicium tel que le tétrabromure de 15 silicium CSiBr^J sont également convenables comme substances initiales. Les couches épitaxiales peuvent aussi être produites en utilisant la pyrolise du silane CSiH^J ou autre réaction de décomposition avec de l'iode ou autre halogénure comme support. Les procédés décrits sont fondamentalement convenables pour la production de jonctions pn en réalisant les couches épita-20 xiales avec un profil d'impuretés intégré qui dans la plupart des cas, est obtenu par mélange avec le flux gazeux de substance de dopage convenable.ou de leur composé. Plusieurs dispositifs semiconducteurs nécessitent une jonction pn brusque. En principe, il n'est pas possible de réaliser des profils de concentration 25 d'impuretés brusques, puisque, aux hautes températures qui sont nécessaires en particulier durant les étapes de procédure suivant la fabrication de la jonction pn proprement dite, il se produit des diffusions continues d'impuretés et un brouillage des frontières de diffusion. Un tel brouillage du profil de concentration est aussi dû aux produits 30 de réaction de décapage (ceux-ci étant, dans la plupart des cas, des acides d'halogène) . Les réactions secondaires de cette sorte peuvent, par exemple, conduire à un transfert d'atome d'impureté plus ou moins prononcé du substrat à la couche épitaxiale ou vice-versa. On a constaté, cependant, que les substances variées initiales sont 35 plus ou moins bien adaptées pour produire des jonctions brusques , On sait, par exemple, qu'en réduisant du silane (SiH^) avec de l'hydrogène, on obtient des jonctions plus brusques qu'en utilisant, par exemple, du tétrachlorure de silicium (SiCl^) puisque le silane a le mSme taux de croissance que le 69 07926 2 2011825 tétrachlorure de silicium» mais à une température inférieure t par exemple, 1.000*0. En résumé, on peut dire que, les conditions suivantes doivent ttre remplies par un procédé épitaxial de matériaux semiconducreurs Initiaux utilisés 5 pour la fabrication de couches de silicium avec une variation brusque dans la concentration d'Impuretés à la surface frontière entre le substrat et la couche formée épitaxialement. Le composé initial de silicium doit remplir les conditions générales sui-vantes: 1Q a) la substance ne doit pas être dangereuse à manipuler Cen comparaison avec les composés de carbone / hydrogène analogues 8t plus stables, le silane est auto-inflammable ), b) on doit pouvoir doser la substance avec suffisamment de précision, en utilisant que peu de moyens techniques, ce qui veut dire que sous forme liqui- 15 de, la substance doit avoir une pression de vapeur suffisamment élevée à la température ambiante, c) on doit pouvoir utiliser la substance dans un système de réaction ou-vert, utilisant une séquence de procédure simple, 2, Afin de s'assurer une variation brusque dans la concentration de 1'-20 impureté, les conditions suivantes additionnelles doivent aussi Itre remplies. a) le temps de croissance de la substance monocrystalllne à basse température doit 6tre suffisamment élevé, de telle aorte que, des diffusions d'impuretés indésirables altérant le profil de concentration soient réduites de façon Importante. 25 b) les produits de réaction doivent être tels qu'il y ait peu de décapage de la surface du substrat et peu de brouillage du profil de concentration en conséquence du transfert des atomes d'impuretés du substrat à la couche épitaxiale et de la réaction chimique secondaire, En considérant les deux dernières conditions, on doit dire que l'effet dé-30 crit sous b] est plus nuisible que le transfert d'impuretés causé par diffusion conme on le décrit aous a), Les deux procédés épitaxiaux les plus communément appliqués décrits jusque là remplissant soit les conditions du point 1) soit du point 2}, cela signifie qu'ils sont utilisables directement sans danger ou qu'ils permettent la fabri-35 cation de profil d'impuretés brusque. Par conséquent, un objet de l'Invention présente est da fournir un procédé épitaxial ou une substance semlconductrice pour utilisation avec un tel procédé qui satisfait à la fols aux conditions du point 1 et du point 2 de telle sorte que les couches épitaxiales de silicium, avec une variation 69 07926 3 2011025 brutale de la concentration d'impuretés sur la surface frontière entre le susbtrat et la couche épitaxiale, puissent être produites de façon favorable. D'après les enseignements de l'invention, on définit la méthode résolvant le problème par le fait que sur la base dë tout procédé de réaction choisie 5 au hasard, connue en soi et utilisée par exemple, dans un système de réaction ouvert, une source de silicium comprenant du mono-iodosilane (SiHgl) est utilisée comme substance initiale semiconductrice. A la température, ambiante le mono-iodosilane est un liquide stable non-auto-inflammable ayant une pression de vapeur relativement élevée d'environ 10 290 mm de mercure. En comparaison avec les silanes auto-inflammables, le mono-iodosilane peut §tre plus rapidement et plus précisentrient dosé aux même températures. . Contrairement aux réactions de transfert ou de réduction du tétraiodure de silicium (Sil^), par exemple, le procédé épitaxial utilisant le mono- 15 iodosilanB peut être utilisé dans un système ouvert simplB de réaction. En comparaison avec des substances telles que le SiCl., SiHCl„ et SiBr., 4 3 4 la substance initiale de l'invention peut être décomposée suffisamment rapidement ou réduite à une température relativement basse de telle sorte que le brouillage du profil d'impuretés, conséquence des diffusions d'impuretés, 20 soit réduit de façon importante. En considérant le brouillage nuisible du profil d'impuretés que l'on a décrit dans le point 2b), le décapage du substrat dû à l'acide hydroiodrique, produit par la réaction du mono-iodosilane est moins critique que celui dû aux autres hydracidss d'halogène, puisque l'iode est le moins agressif 25 des halogènes. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède les caractéristiques principales de l'invention appliquées à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détails qu'il juge utiles sans pour autant sortir du 30 cadre de ladite invention. 69 07926 4 2011825 REVENDICATIONS 1.- La présente invention a pour objet un procédé de production de couches épitaxiales de silicium avec variation brusque de la concentration d'impuretés sur la surface définie par le substrat et la couche épitaxiale, 5 caractérisée en ce que, pour tout procédé de réaction, une source de silicium comprenant du mono-iodosilane CSiHgl) est utilisée comme substance initiale productrice. 2.- Procédé selon la revendication 1 dans lequel la réaction est utilisée dans un système de réaction ouverte.