Brevet FR2064318A1 — publié le 19710723

3672i i 2064318 La présente invention a trait aux fours tubulaires que l'on utilise pour traiter des dispositifs semi-conducteurs. Une application toute particulière de ce four consiste dans la fabrication des transistors à couche d'oxyde métallique, type 5 désigné généralement par MOS. Les transistors de ce genre ont le défaut de n'avoir pas de caractéristiques de tension stables et 1* on a constaté que la raison principale de ce défaut était la présence d'ions positifs, notamment d'ions de sodium, dans la couche d'oxyde de silicium. 10 Un objet dé l'invention est un four tubulaire capable d'être utilisé pour la fabrication de transistors du genre en question et possédant des caractéristiques de tension beaucoup plus stables. En conséquence l'invention vise un four tubulaire destiné au traitement de dispositifs semi-conducteurs et comprenant une pièce 15 tubulaire constituée en Tin matériau réfractaire non métallique, ca ractérisé par le fait que la surface intérieure de ladite pièce est munie d'une couche composée au moins partiellement, d'un film de métal tel qu'il empêche le passage d'ions positifs à l'intérieur de la pièce tubulaire. 20 On a représenté au dessin ci-joint des formes non-limitatives d'exécution de la présente invention et dans ce dessin; Figure 1 est une vue en perspective du four ou tube selon. 1' invention tel qu'il peut être appliqué comme four de recuitj Figure 2 est une coupe du four de la Fig. 1; 25 Figure 3 est une vue latérale, avec coupe partielle, d'un four selon l'invention appliquée à un four d'oxydation; Figuré 4 est une coupe d'un transistor type MOS à effet de champ. Le four représenté en Fig. 1 est un appareil servant au trai-3> tement de recuit d'une couche isolante de bioxyde de silicium, en vue de diminuer la concentration d'ions positifs. Le tube 12, d'épaisseur de 0,5 cm par exemple, comporte sur sa surface interne 13 une couche ou film mince 14 de 7 00 angstr'ôms d'épaisseur, obtenue par évaporation. Ce film mince 14 possèdeAun point de fusion élevé 35 il est de préférence en platine ou en rhodium, mais on peut aussi appliquer une couche ou film de tantale ou de titane avec, à l'intérieur, une couche d'azoture de silicium à oxygène. Le film 14 empêche le passage d'ions mobiles à l'intérieur du tube, en particulier d'ions positifs de sodium. 40 Un tube 12 chauffé par résistance peut atteindre une tempéra 70 36721 2 2064318 ture à laquelle il devient poreux pour les ions positifs de sodium; autrement dit les ions de sodium deviennent fortement mobiles dans leur diffusion dans le matériau constituant le four tubulaire 12. On a remarqué que le film 14 peut constituer un four à résis-5 tance, par exemple en quartz, en oxyde d'aluminium, en carbure de silicium ou en azoture de silicium et qu'aux températures élevées, ce four est pratiquement imperméable aux ions, notamment aux ions positifs de sodium. Un film 14 de platine par exemple, peut avoir une épaisseur 10 de l'ordre de 600 angstroms pour arrêter les ions mobiles qui pourraient passer. Un film 14 évaporé en platine dont l'épaisseur est supérieure à 600 angstr'ôms est particulièrement actif pour arrêter les ions mobiles. Un film de platine 14 dont l'épaisseur est supérieure à 6000 angstrbms commence à se séparer du quartz constituant 15 le four 12. En conséquence, on pourra utiliser de préférence une pellicule dont l'épaisseur est comprise entre 600 et 6000 angstr'ôms On peut donc noter que le film de platine 14 se trouvant suîr la surface interne du four 12, empêche les ions positifs mobiles de sodium qui se trouvent dans la paroi du four de se diffuser à l'in-20 térieur du four aux températures élevées. Comme le montre la Fig. 2, un film de tantale 10 peut être évaporé sur la surface interne d'un four tubulaire 9 en quartz. Ce film de tantale 10 s'oxyde dans une atmosphère oxydante, à environ 1000° C. La couche de nitrure de silicium est placée sur la surface 25 exposée du film 10 de 700 angstr'ôms d'épaisseur. Cette couche 11 empêohe l'oxygène qui est à l'intérieur du four de quartz revêtu de tantale, d'oxyder le film de tantale 10. Ce dernier qui est donc placé sur la surface interne du four en quartz empêche les ions mobiles de passer à l'intérieur de ce four 9. 30 On préfère,utiliser, pour l'appareil de traitement selon l'in vention, un film métallique qui ne possède pas d'ions mobiles', dont le point de fusion est élevé et qui ne s'oxyde pas à des températures élevées. Un film de platine est pour cette raison un très bon film métallique possédant ces qualités. Sa structure atomique est 55 suffisamment fine pour arrêter les ions mobiles aux hautes températures. Le film de platine 14 de Fig. 1, placé par évaporation, est un film amorphe. L'évaporation fait que le film qui a été évaporé à l'intérieur du tube de quartz, devient amorphe, empêchant ainsi les 40 ions mobiles de passer. 70 36721 3 2064318 Comme représenté en Fig. 1, une batterie 18 est reliée au bord du film de platine 14 par un conducteur 16. Ce bord peut atteindre une température de 100° C, car il n'est pas directement au-dessous de l'enroulement chauffant 30. la batterie 18 applique une 5 tension positive de 500 volts par rapport à la terre au film de platine 14 ayant une épaisseur de 700 angstroms. In appliquant une tension positive au film 14 du four 12, on peut de plus empêcher les ions positifs mobiles de sodium de passer de l'extérieur du tube 12 à l'intérieur. 10 Un support 22 est placé à l'intérieur du four tubulaire 12 en quartz revêtu de platine. Une pastille de silicium 24 munie d'une couche isolante 26 en oxyde de silicium, d'épaisseur de 1200 angstroms, est maintenue par la pastille 22 à l'intérieur du four en quartz 12. La résistance chauffante 30 est disposée extérieurement 15 autour du tube 12. Le film de platine 14 est maintenu sous une tension positive de 500 volts par rapport à la terre et la chaleur provenant de 1* enroulement 30 alimenté par une source de courant alternatif 34 aug mente la température de la pastille de silicium 24 au centre du tu-20 be en quartz et la'porte à 600° C. Un courant d'oxygène venant d' une source 31 passe à 100 cm.3/min. dans un récipient 33 contenant de l'eau à 95° C et dans le'tube en quartz 12 où il est chauffé . pendant environ soixante minutes. On obtient une réduction des ions positifs mobiles y compris les ions positifs de sodium dans une pro 25 portion d'un quatorzième, dans la couche isolante 26 d'oxyde de silicium, avec ce four au quartz 12 revêtu de platine chargé positive ment, par rapport à un four similaire non revêtu. On obtient une ré duction d'un tiers des ions positifs mobiles, y compris les ions mobiles positifs de sodium, dans le cas d'un four muni d'un film de 30 platine non chargé par un potentiel. La Fig. 3 représente un appareil servant à l'oxydation d'un matériau semi-conducteur dans un four 40 exempt d'ions positifs. Ce tube 40 est placé par tous moyens appropriés à l'intérieur d'une ré sistance chauffante 42. Un film 44 de 700 angstroms est évaporé sur 35 la surface interne 45 du tube 40 et l'on fait passer dans le tube un courant d'oxygène de 300 cm.3/min. provenant d'une source 48. La chaleur rayonnante fournie par la résistance 42 reliée à une source de courant alternative 50, porte la température à 1100° C à l'intérieur du tube 40. Une batterie 60 fournit une tension de + 500 40 volts qui est appliquée au film de platine .44 par un conducteur 62. 70 36721 4 2064318 L'oxygène qui se trouve dans le tube de quartz 40 a pour effet de faire croître une couche isolante 70 d'oxyde de silicium, exempte d'ions positifs mobiles, sur la pastille de silicium 72 posée sur un support 74 à l'intérieur du tube de quartz 40. "Un conduit 80 per 5 met la sortie de l'oxygène. Une couche isolante 7 0 d'oxyde de silicium, de 1100 angstroms d'épaisseur, croit en conséquence sur une pastille 72 de silieium de type n dans laquelle sont diffusées des zones de source et d'utilisation de type p et ce par oxydation pendant 180 minutes. On a constaté que la couche isolante 7 0 ainsi pro 10 duite a une concentration réduite à un dizième des ions mobiles chargés positivement, comparé à une couche produite dans un four de quartz qui n'a pas de revêtement de platine. On obtient d'autre part une réduction de moitié dans la concentration en ions positifs mobiles par la couche isolante de bioxyde de silicium dans le cas 15 d'un four dont le platine 44 n'est pas chargé par un potentiel posi t if. La Fig. 4 représente un transistor à effet de champ de type MOS (semi-conducteur à oxyde métallique) avec une couche isolante en bioxyde de silicium exempte d'ions positifs mobiles. Dans cette 20 Fig. 4, la couche isolante 70 est attaquée sélectivement de manière à constituer une zone de source 90 de type p et une zone d'utilisation 92 de type p. Une petite zone d'une pastille 72 partiellement traitée au silicium, peut être fabriquée et donner lieu à un transistor 100 com-25 plet à effet de champ à oxyde de silicium. Une électrode de porte 102 (en aluminium par exemple) est déposée par évaporation sur la couche d'oxyde de silicium 70 à travers un cache ou masque. Une é-lectrode de source 103 et une électrode d'utilisation 105 sont prévues et sont reliées aux zones de source 90 et d'utilisation 92 res 30 pectivement, le-dépôt se faisant également par évaporation. C'est ainsi que l'on obtient un transistor à effet de champ de typeïïLOS. Par suite de la formation de la couche isolante 70 en oxyde de silicium dans un environnement exempt d'ions positifs mobiles, les ions positifs mobiles de sodium ne sont pas emprisonnés dans 35 la couche isolante 70 du transistor 100. La couche isolante 70 a par conséquent pour effet d'aider à la production d'un transistor 100 à effet de champ, lequel commence à conduire un courant source utilisation, à une tension de seuil (- 3 volts) provenant d'une batterie 110. La quantité de courant source-utilisation venant d' 40 une batterie 112 ne dérive pas sensiblement d'une tension de porte 70 36721 5 2064318 déterminée, quand on utilise périodiquement le transistor à effet de champ 100. Autrement dit, l'appareil de traitement selon la présente invention aide à la production d'une couche isolante 70 en bioxyde de silicium, sur une pastille de silicium. 72 de façon telle 5 qu'elle retarde l'emprisonnement des ions positifs mobiles de sodium qui se trouve à l'intérieur de la couche 70 du transistor 100. Oette diminution de dérive pour le courant source-utilisâtion pour une tension de porte donnée, dans ce transistor, est due à l'absence pratiquement complète d'ions positifs mobiles de sodium dans la 10 couche isolante' 70 en bioxyde de silicium. Si les atomes de sodium pouvaient passer dans la couche isolante 70, il faudrait une tension négative de seuil plus forte que - 3 volts, car il faudrait une tension de porte supplémentaire pour atteindre la concentration de charge en atomes positifs de sodium, dans ladite couché iso-15 lante 70. 70 36721 6 2064318 HBVMPICATIONS 1. Four tubulaire destiné au traitement de semi-conducteurs, comprenant une pièce tubulaire en un matériau réfractaire non métallique, caractérisé par le fait que la surface interne de la 5 pièce tubulaire (12) est munie d'une couche composée au moins partiellement d'un film en métal (14) tel qu'il empêche le passage d'ions positifs à l'intérieur de ladite pièce tubulaire (12). 2. Four selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le film (14) est formé par dépôt de vapeur. 10 3. Four selon les revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le film (14) a une épaisseur comprise entre 600 et 6000 angstroms, de préférence de 700 angstroms environ. 4. Four selon les revendications'1, 2 et 3, caractérisé par le fait que le métal est du platine ou du rhodium. 15 5. Four selon les revendications 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que le métal est du tantale ou du titane, la couche compre nant un revêtement protecteur (11) destiné à empêcher l'oxydation du film. 6. Four selon la revendication 5, caractérisé par le fait 20 que le revêtement protecteur (11) est du nitrure de silicium. 7. Four selon les revendications 1 à 6 prises séparément, ca ractérisé par le fait que le matériau réfractaire est du quartz. 8. Four selon les revendications 1 à 7 prises séparément, ca ractérisé par des moyens (16,18) destinés à appliquer un potentiel 25 électrique positif au film en question (14) . 9. Procédé de traitement d'un support semi-conducteur, carac térisé par les opérations~qui consistent à chauffer le support semi-conducteur dans un four tubulaire conforme aux revendications 1 à 8 prises séparément et à faire passer un courant de gaz oxy- 30 dant dans le four sur le support semi-conducteur (72), de manière à former sur ce dernier une couche d'oxyde (70). 10. Procédé de traitement thermique d'un assemblage comprenant un support semi-conducteur muni d'une couche d'oxyde, caracté risé par les opérations qui consistent à chauffer ledit assemblage 35 (24,26) dans un four tubulaire (12) conforme aux revendications 1 à 8 prises séparément et à faire passer un courant gazeux dans . le four tubulaire (12) sur ledit assemblage (24,26) de manière à réduire la concentration en impuretés d'ions positifs dans la couche d'oxyde (26). 40 11. Procédé selon les revendications 9 ou 10, caractérisé 70 36721 7 2064318 par le fait que le chauffage est effectué par un dispositif de chauffage rayonnant (30). 12. Procédé selon les revendications 9, 10 et 11, caractérisé par le fait qu'un potentiel électrique positif est appliqué au 5 film métallique incorporé dans le four tubulaire (12)•