Brevet FR2076023A1 — publié le 19711015

Dans la formation des transistors NPN du circuit intégré monolithique, il peut être nécessaire de former suffisamment de verre au phosphosilicate [PSG] pour obtenir le piègage désiré des impuretés dans le dispositif semi--conducteur tel qu'un transistor par exemple, et ainsi l'efficacité du tran-5 sistor sera augmentée. Bien qu'il soit nécessaire de déposer le verre de piégage sur la région de concentration N de l'émetteur, il est aussi nécessaire de limiter la concentration du phosphore dans la région émetteur. Lorsque la concentration du phosphore dans la région émetteur augmente 20 3 au-delà de 4 x 10 atomes/cm à une température de diffusion de 970°C, 10 l'efficacité de l'émetteur d'un transistor est abaissée du fait que l'augmentation de la concentration du phosphore entraine des dislocations dans le réseau de la pastille de silicium. En conséquence, il est nécessaire d'obtenir un dépôt suffisant de phosphore pour obtenir une épaisseur désirée de PSG afin de piéger les impuretés du transistor tout en veillant à ce que la 15 concentration de la région émetteur ne dépasse pas une valeur prédéterminée. Lorsque l'on essaie de diffuser du phosphore dans un grand nombre de pastilles en même temps et particulièrement des pastilles de diamètre important, on doit obtenir une diffusion uniforme du phosphore dans chacune des pastilles, afin que chacune des pastilles comprenne le verre de piègage aési-20 ré tout en commandant la concentration du phosphore dans la région émetteur dans chacune des pastilles. Ainsi, si les pastilles qui sont éloignées du point d'introduction du phosphore dans le four ou chambre de chauffage ne reçoivent pas la même quantité de phosphore que les pastilles les plus proches du point de l'introduction du phosphore, il existera une différence très importante à 25 la fois dans l'épaisseur du verre de piègage et dans la concentration du phosphore de la région émetteur de pastilles ce qui abaissera le rendement des pastilles. Si la diffusion du phosphore dans les pastilles ne dépend que de l'écoulement par diffusion et est déterminé par la concentration de l'impureté, 30 il existera une différence importante dans la concentration en phosphore entre les pastilles du four j il se produira une diffusion beaucoup plus importante dans les pastilles sur lesquelles circule d'abord le phosphore alors que la .concentration de phosphore disponible pour la diffusion diminue lorsque le. phosphore et son gaz d'entraînement se déplacent vers les pastilles éloignées 35 de l'entrée dudit four. Par conséquent, il existe une condition possible que pour l'écoulement de diffusion lors de la diffusion simultanée du phosphore dans un nombre important de pastilles ; plus particulièrement lorsque les pastilles sont de diamètre relativement important, le rendement des pastilles sera relativement faible du fait de la différence importante à la fois dans 40 l'épaisseur du verre de piègage et de la concentration du phosphore dans la COPY 71 UUVb3 2 2076023 région émetteur des pastilles. La présente invention résout de façon satisfaisante le problème précédent en réalisant un appareil dans lequel il existe un écoulement suffisamment turbulent de phosphore et de son gaz d'entraînement pour obtenir une diffusion 5 uniforme de phosphore dans chacune des pastilles contenues dans le four. Le terme "écoulement turbulent" est utilisé dans cette demande de brevet et dans les revendications pour signifier que l'écoulement comprend des écoulements dans des directions autres que celles parallèles à l'axe du four en plus de ces dernières. Par conséquent, en utilisant l'appareil de la présente inven-10 • tion,chacune des pastilles du four reçoit une diffusion uniforme de phosphore. L'appareil de la présente invention rend possible 1'enistence d'un écoulement turbulent de phosphore et de son gaz d'entraînement pour la diffusion dans chacune des pastilles de silicium. En choisissant la concentration de la source de phosphore dans un domaine dans lequel il n'y a aucune diffé-15 rence dans l'épaisseur de jonction pour une température de diffusion spécifique indépendamment de la variation de la concentration de la source de phosphore dans ce domaine, le procédé et l'appareil de la présente invention permettent de produire une région émetteur dans laquelle la concentration des atomes de phosphore est commandée et qui est suffisante pour former l'épaisseur 20 désirée de PSG pour piéger les impuretés du transistor. En utilisant un écoulement turbulent et en choisissant une concentration de source de phosphore dans un domaine spécifié, le procédé de la présente invention produit une jonction qui est nette et ne contient pas de régions irrégulières. En conséquence, le procédé de la présente invention permet 25 d'éliminer les conduits entre l'émetteur et le collecteur d'un transistor. Cela augmente de façon importante le rendement du dispositif semi-conducteur formé. selon le procédé et l'appareil de la présente invention puisqu'il n'y a aucun court-circuit entre l'émetteur et le collecteur causé par des conduits alors qu'il y a suffisamment de PSG pour éliminer les impuretés du dispositif. 30 On doit comprendre que la vitesse d'écoulement totale du phosphore et de son gaz d'entraînement à travers le four est aussi élevée que possible pour favoriser un bon mélange des gaz. Cependant, la vitesse d'écoulement doit aussi être choisie de telle sorte qu'elle ne soit pas trop élevée afin de ne pas poser un problème de refroidissement avec le four puisqu'une vitesse d'écou-35 lement très élevée refroidirait le four et particulièrement les pastilles les plus proches de l'entrée du phosphore et de son gaz d'entraînement. Par conséquent, il est nécessaire de choisir la vitesse d'écoulement selon la géométrie du four, la position des pastilles par rapport à la direction d'écoulement, et le support de pastille pour obtenir la vitesse d'écoulement correct 40 du phosphore à travers le four. 71 00853 3 2076023 L'appareil de la présente invention donne l'écoulement turbulent désiré par l'utilisation d'une chicane adjacente à l'entrée du phosphore et de son gaz d'entraînement pour produire un mélange important et entraîner la formation d'un écoulement turbulent du mélange gazeux avant qu'il ne s'écoule sur les 5 pastilles. En outre, la présente invention utilise les chicanes adjacentes aux côtés des pastilles éloignées de l'entrée du mélange gazeux aans le four pour assurer un écoulement turbulent sur les pastilles les plus éloignées de l'entrée du mélange gazeux dans le four. En conséquence, dans la présente invention, le gradient de vitesse pro-10 duit un taux de diffusion plus important dans chacune des pastilles que le gradient de concentration. Par conséquent, puisque la diffusion de la présente invention ne dépend pas du gradient de concentration, on obtient une diffusion uniforme de pfidâphore dans toutes les pastilles. La présente invention permet aussi la sélection d'une profondeur désirée 15 de jonction entre l'émetteur et la région base. Ainsi en choisissant la température et le temps et/ou en utilisant diverses tailles de chambres de chauffage avec diverses vitesses d'écoulement, la profondeur de la jonction entre l'émetteur et la base peut être facilement commandée, ù Un objet de la présente invention est de réaliser un procédé et un appa-20 reil pour produire une jonction nette dans un dispositif semi-conducteur. Un autre objet de la présente invention est de réaliser un procédé et un appareil pour commander avec précision la profondeur de jonction dans un dispositif semi-conducteur produit durant la diffusion tout en obtenant un piègage désiré. 25 Un autre objet de la présente invention est de réaliser un. procédé et un appareil pour commander la concentration de phosphore diffusé dans un dispositif semi-conducteur afin d' obtenir le piègage des impuretés du dispositif. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention 30 rassortiront mieux de l'exposé qui suit fait en référence aux dessins annexés à ce texte et qui représentent un mode de réalisation préféré de celle-ci. La figure 1 représente un schéma de l'appareil de la présente invention dans lequel on peut effectuer le procédé de la présente invention. La figure 2 représente un graphique montrant la relation de la profon-35 deur de jonction par rapport à la concentration de la source de phosphore pour des substrats orientés (111) et (100). La figure 3 représente un graphique montrant la relation de la profondeur de jonction en fonction de la concentration de la source de phosphore pour des substrats orientés [1003 avec diverses vitesses d'écoulement dans des 40 chambres de chauffage de tailles diverses. / 1 ûûo iU/uUiJ On se réfère aux dessins et particulièrement à la figura 1, on représente un appareil de la présente invention pour effectuer le procédé de la présente invention et dans lequel divers tests que l'on mentionne ci-après sont effectués. L'appareil comprend uns chambre de chauffage 10 en quartz de section £ rectangulaire et est entouré par une bobine de chauffage à résistance électrique 11 qui la chauffe à la température désirée. Le phosphore pénètre dans la chambre 10 au moyen d'un gaz d'entraînement à travers un tube de quartz 12 à une extrémité de la chambre de chauffage 10. Le phosphore qui se trouve initialement sous la forme de POCl^ liquide, est envoyé au tube 12 10 à partir d'un tube de verre 14 au moyen d'un gaz d'entraînement qui est de l'azote. L'azote est envoyé à partir d'une bouteille sous pression 15 et d'une valve 1S à un débimètre 17. Au moyen de la valve 16 l'écoulement provenant de la bouteille sous pression 15 est commandé selon la lecture du débimètre 17. 15 On obtient ainsi la vitesse d'écoulement désirée de l'azote vers un flacon source 18. On dispose une valve 19 entre le débimètre 17 et le flacon source 18 dans un tube de verre 20 qui va de la valve 19 à la partie inférieure du flacon 18 dans lequel est déposé le POCl^. La valve 19 isole le débimètre 17 20 du flacon 18 sauf lorsque du phosphore doit être envoyé dans la chambre de chauffage 10 puisque le liquide P0C1„ est corrosif. Le tube 20 comprend un verre fritte à son extrémité pour faire barbotter l'azote dans le P0C13 liquide du flacon 18. Le flacon 18 comprend un bouchon 21 sur sa partie supérieure pour permettre son alimentation en PDC1 liquide, 25 le flacon 18 est maintenu à la température ambiante. Un tube de verre 22 connecte le flacon source 18 au flacon source 23 qui contient aussi du POCl^ liquide. L'extrémité du tube 22 comprend une partie frittée pour permettre à l'azote, tqui a déjà entraîné du POClg-à partir du flacon 18) de barbotter à travers le POCl^ liquide du flacon source 30 23. Le flacon source 23 comprend un bouchon 24 pour permettre son alimentation en POClg liquide. Le flacon source 23 est maintenu à une température de 20°C. On peut réaliser cela par tout moyen bien connu tel qu'en disposant le flacon source 23 dans un bain thermostaté (non représenté), par exemple. 35 L'azote d'entraînement, entraînant sous forme vapeur le P0C1 sort du 3 flacon source 23 dans le tube 14 qui comprend une valve à deux voies 25. En conséquence, la valve 25 permet soit l'écoulement du flacon source 23 au tube 12 à travers le tube de verre 14, soit dans l'atmosphère à travers un tube de verre d'évacuation 26. 40 Bien que l'on ait représenté l'appareil comme comprenant le flacon source * 71 00853 5 2076023 18 et le flacon source 23 en série, on ne représente l'arrangement que pour décrire l'appareil qui a été utilisé pour réaliser divers tests. On a déterminé durant les essais que le flacon source 18 n'était pas toujours indépendant de la concentration désirée de phosphore. 5 L'oxygène est envoyé au tube 12 à partir d'une bouteille pressurisée 27. Une valve 28 commande l'écoulement de l'oxygène de la bouteille 27 vars un débimètre 29 et on obtient la vitesse de l'écoulement désirée. Le débimètre 29 communique avec un tube de verre 30 qui conduit au tube 12. De l'azote en supplément est envoyé à partir d'une bouteille pressurisée 10 31. Une valve 32 commande l'écoulement de l'azote de la bouteille 31 selon la lecture d'un débimètre 33. Le débimètre 33 communique avec le tube 30 et l'azote provenant de la bouteille 31 se mélange avec l'oxygène de la bouteille 27. Par conséquent, l'écoulement total au tube 12 comprend l'écoulement 15 d'oxygène de la bouteille 27, l'écoulement d'azote de la bouteille 31, et l'azote, entraînant le PQClg s'écoulant du flacon source 23. Les vitesses d'écoulement sont régulées de telle sorte qu'environ 20% du gaz soit de l'oxygène. Cela afin d'obtenir l'oxygène nécessaire pour la réaction avec PÛC13 afin de produire le PSG. 20 Chacune des bouteilles 15, 27 et 31 injecte le gaz dans le système à une 2 pression de 2,1 kg/cm . Cela aboutit à un gradient de pression dans la chambre de chauffage 10 puisque ladite chambre communique avec l'atmosphère. Lorsque l'azote avec le POCI3 entraîné et l'oxygène pénètrent dans la chambre de chauffage 10, ils sont dirigés sur l'extrémité supérieure d'une 25 chicane 34 de quartz. La chicane 34 est inclinée en s'écartant du tube 12. La chicane 34 est fixée de façon étanche avec les parois latérales et le fond de la chambre de chauffage 10 de telle sorte que les gaz doivent s'écouler au dessus l'extrémité supérieure de la chicane 34. La chicane 34 est supportée de préférence par le fond et les parois latérales de la chambre de chauffage 10. 30 Une seconde chicane 35 de quartz est exposée à côté de la chicane 34 et est inclinée vers 1b bas en s'éloignant du tube 12. La chicane 35 est fixée de façon étanche avec les parois latérales et la paroi supérieure de la chambre de chauffage 10 de telle sorte que les gaz doivent passer au-dessous de l'extrémité inférieure de la chicane 35. La chicane 35 est supportée de pré-35 férence par les parois latérales et supérieures de la chambre de chauffage 10. Une troisième chicane 36 de quartz part de la paroi inférieure de la chambre de chauffage 10 et est inclinée en s'éloignant du conduit 12. La chicane 36, qui est disposée à côté de la chicane 35 est fixée de façon étanche avec la paroi inférieure et les parois latérales de la chambre de 40 chauffage 10 de telle sorte que les gazs doivent passer au-dessus de l'extrémi 71 yiîe»33 2076023 té supérieure de la chicane 38. La chicane 38 est supportée de préférence par les parois latéralss et inférieures de la chambre de chauffage 10. Une chicane 37 dont la longueur est approximativement la moitié de celle des chicanes 34-3B est diposée à côté de l'extrémité supérieure de la chicane 5 36 et est inclinée en s'éloignant du tube 12. La chicane 37 de quartz est fixée de façon étanche avec la paroi supérieure et les parois latérales de la chambre de chauffagelO sur sa longueur. En conséquence, les gaz peuvent passer au-dessous de l'extrémité inférieure de la chicane 37. La chicane 37 est supportée de préférence par les parois supérieure et latérale de la chambre 10 de chauffage 10. Du fait des chicanes 34-37 il se produit un mélange de l'azote, de l'oxygène et de P0C13 de tellB sorte que l'on obtienne un mélange homogène avant son passage sur plusieurs pastilles 36 dans la chambre de chauffage 10. Cette chicane créée aussi un écoulement turbulent à l'intérieur de la chambre de 15 chauffage 10 lorsque les gazs sortant au-dessous de l'extrémité inférieure de la chicane 37. Après la circulation du gaz au-dessous de l'extrémité inférieure de la chicane 37, le mélange passe au-dessus des pastilles 38 qui sont supportés sur une nacelle 39. La nacelle 39 est constituée d'une paire de rails 40 20 et 41 de quartz dans lesquelles sont disposées et fixées des tiges 42 comprenant des fentes de quartz pour recevoir les pastilles 38. La nacelle 39 comprend aussi des tiges fendues 43 en quartz disposées entre les rails 40 et 41 et qui leur sont connectées pour faciliter le maintien des pastilles 38 sur la nacelle 39. 25 Une chicane 44 de quartz est supportée par la nacelle 39 sur le côté éloigné des chicanes 34-37. La chicane 44 comprend une partie supérieure inclinée 45 et une partie inférieure inclinée 46 chacune, des parties 45 et 46 étant inclinée de telle sorte que leur jonction se fasse vers le tube 12. La chicane 44 est légèrement écartée de chacune des parois de la chambre de 30 chauffage 10 de telle sorte que le mélange d'azote, d'oxygène et de P0C1 w puisse séchapper par ses intervalles. Cependant, la chicane 44 agit pour augmenter la turbulence autour des pastilles 36 qui sont les plus éloignées du tube d'entrée 12. Cet arrangement assure une diffusion uniforme du phosphore à partir du 35 P0C1 du mélange gazeux sur chacune des pastilles 38. Cela parce que c'est le gradient de vitesse qui commande la diffusion plutôt que le gradient de concentration. Le mélange gazeux comprenant le P0C13 qui n'a pas été déposé sur les pastilles 38, passe entre une lame 47, constituée de quartz et supportée sur 40 une tige de commande 48 en' quartz, et les parois de la chambre de chauffage 71 00853 7 2076023 10 pour être évacué dans l'atmosphère à travers un tube d'évacuation 4S constitué de quartz. Comme on l'a déjà mentionné cela créé le gradient de pression dans la chambre dé chauffage 10. Il existe un contre-courant d'azote dans la chambre de chauffage 10 à 5 l'extrémité éloignée du tube d'introduction 12. L'azote est envoyée à partir d'une bouteille sous pression 50. L'écoulement provenant de la bouteille 50 est commandée par une valve 51 pour produire l'écoulement désiré mesuré avec un débimètre 52 à travers lequel passe l'azote. Un tube de verre 53 connecte le débimètre 52 à la chambre de chauffage 10 en un point adjacent à l'entrée 10 des pastilles dans la chambre de chauffage 10, de telle sorte que l'azote s'écoule dans la chambre de chauffage 10 et passe sur une lame 54, qui est aussi maintenue sur la tige de commande 48 à une distance d'écartement prédéterminée de la lame 47. L'azote s'écoule au-delà de la lame 54 qui est constituée par du quartz et est légèrement écartée de chacune des parois de la 15 chambre de chauffage 10, dans le tube d'évacuation 4S. Cet arrangement à contre-courant assure que le phosphore n'atteint pas l'extrémité d'entrée des pastilles de la chambre de chauffage 10 éloignée du tube 12. Par conséquent, il n'y a aucune formation de pentoxyae de phosphore IP^O^) à côté de l'extrémité entrée des pastilles de la chambre 20 de chauffage 10. Ce pentoxyde de phosphore pourrait se transformer en acide phosphorique et la contaminer de la chambre de chauffage 10 ce qui empêcherait d'obtenir la concentration de phosphore désirée dans les pastilles 38. L'extrémité d'entrée des pastilles dans la chambre de chauffage 10 est fermée par un bouchon 55, qui est constitué par du quartz et qui comprend 25 une colerette 56 pour coopération avec une colerette 57 de la chambre de chauffage 10. Les colBrettes 56 et 57 sont fixées l'une à l'autre à l'aide de moyens de fixation convenables (non représentés], La tige de commande 48 traverse le bouchon 55 et pénètre dans la chambre de chauffage 10 non seulement pour positionner de façon correcte les lames 30 47 et 54 sur les côtés opposés du tube de quartz 49 mais aussi pour disposer correctement la nacelle 39 dans la zone désirée de la chambre de chauffage 10. Lorsque la chambre de chauffage 10 a une longueur de 122 cm, par exemple, seuls les 3j. cm de la partie centrale de la chambre de chauffage 10 forment une zône où la température est constante. 35 La tige de commande 48 coopère avec une fente baïonnette d'un tube 58 de la nacelle 39. Le tube 58 fait partie d'une tige de connexion 59 qui est constitué de quartz, et qui est disposée entre les rails 40 et 41 de la nacelle 39 afin de les fixer à l'une de leurs extrémités. Les tiges 42 et 43 favorisent aussi la connexion des rails 44 et 41 l'un à l'autre. 40 La tige de commande 48 traverse un tube 60 de quartz à l'extrémité du 7 'i- uuoo.3 2U/OUZ3 bouchon 55 éloigné de la colerette 58. Un joint 61 qui peut être formé par exemple de teflon* est fixé sur l'extrémité de la tige de commande 4-8 afin de former un joint entre elle et l'extrémité du tube 60 éloignée du bouchon 55. En conséquence, il ne peut y avoir aucune fuite des gazs situés à l'intérieur 5 de la chambre de chauffage 10 à travers le passage_de , la tige de commande 48 dans le bouchon 55. . . Après passage sur les pastilles 38 durant un temps prédéterminé du mélange d'azote, d'oxygène, et de POCl^ pour la diffusion du phosphore dans les pastilles 38, les pastilles 38 sont retirées de la chambre de chauffage 10 10 et disposées dans une autre chambre de chauffage ou un four dans lequel se trouve une atmosphère oxydante. On connaît cela comme étape de diffusion d'étalement dans une diffusion à deux étapes. On a effectué des tests sur des groupes de pastilles en trois essais différents. Chacune des pastilles a précédemment été traitée pour la for-15 mation des régions collecteur-base de telle sorte que seule la diffusion émetteur soit encore nécessaire. DaiéS le traitement de chacune des pastilles testées pour produire les régions collecteur et base, on a utilisé une pastille de conductivité de type P. La pastille a une résistivité d'approximativement 10-20 ohm/cm, et une 20 épaisseur comprise environ entre 0*05 et 0,5 mm. Chacune des pastilles est constituée de silicium monocristallin. Dans la formation de chaque pastille pour la fabrication d'un dispositif, un revêtement de dioxyde de silicium, ayant une épaisseur de 5000 angstroms est obtenue par croissance thermique sur une surface de la pastille, 25 par chauffage classique en atmosphère humide à 1050°C durant 60 minutes. A l'aide des techniques de masquage photo-lithographique et de décapage classique, on dépose une couche de photo-résistant à la surface de la couche de dioxyde de silicium pour former un masque. En utilisant la couche de photo-résistant comme masque, on expose une région de la surface de la pastille 30 à travers un trou de la couche de dioxyde de silicium obtenu en décapant la partie désirée de la couche de dioxyde de silicium avec une solution d'acide fluorhydrique diluée. La couche photo-résistante est alors éliminée pour permettre un traitement ultérieur. On forme dans la pastille une région n+ ayant une concentration de 20 3 35 10 atomes par cm , par diffusion à travers le trou de la couche de dioxyde de silicium. On effectue cette diffusion dans une capsule classique de quartz sous vide à l'aide d'une poudre de silicium dopée à l'arsenic comme source de dopant. A la fin de la diffusion de la région n+ on retire la couche de dioxyde 40 de silicium avec une solution d'acide fluorhydrique diluée. On fait croître ^ , 71 00853 9 2076023 épitaxialement, une couche de conductivité de type n, présentant une résistivité de 0,13-0,22 ohms/cm avec une concentration de surface d'environ 16 3 3 x 10 atomes/cm sur la surface de la pastille. La couche épitaxiale est dopée à l'arsenic et a une épaisseur approximative de 6-7 microns. Durant la 5 croissance épitaxiale, les impuretés de type n oans la région n+. rétrodiffusent d'environ 2 microns. On réalise une région d'environnement d'isolement de type P+, par exemple, par diffusion de bore, avec une concentration appropriée à travers une ouverture dans la couche épitaxiale, jusqu'à une profondeur qui se 10 développe dans le substrat pour isoler complètement par jonction PN les régions désignées du semi-conducteur à l'intérieur de la couche épitaxiale. 20 3 La région P* qui a une concentration de surface de 5 x 10 atomes par cm est formée dans la pastille à l'aide de la technique de diffusion en capsule mentionnée précédemment, en utilisant une poudre de silicium dopée au bore 15 comme source de dopant. La température de diffusion est caractéristiquement de 1200°C suivie par un cycle de diffusion à 1150°C. Les ouvertures sont ré-oxydées durant ce cycle et une autre procédure de masque photolithographique et de décapage est réalisée pour ouvrir des trous dans la couche d'oxyde au-dessus d'une région choisie de la couche obtenue 20 par croissance épitaxiale. La région base de type P est alors diffusée dans la région obtenue par croissance épitaxiale appropriée isolée au-dessus des régions N+ enterrées. On réalise cela dans une capsule semblabe à celle déjà mentionnée à 1075°C. La surface exposée de la couche épitaxiale est alors oxydée dans une atmosphère oxydante convenable à 1100°C. Durant l'oxydation 25 on amène la diffusion des impuretés pour former complètement la base. On obtient alors la région émetteur à l'aidB des techniques de masquage photolithographiques et de décapage pour ouvrir des trous dans les zones désirées de la couche de dioxyde de silicium et par diffusion d'impuretés de type N dans les parties désirées de la région base. La surface de la couche 30 épitaxiale est de nouveau oxydée et les impuretés sont diffusées par étalement pour former la région émetteur. La surface est de nouveau masquée et on décape des trous dans l'oxyde pour former les ouvertures de contact avec des régions semi-conductrices désirées. Un métal de contact convenable est alors évaporé ou déposé par 35 d'autres moyens sur les régions conductrices à travers les ouvertures du revêtement isolant. Ce matériau de contact est de l'aluminium. Cependant, d'autres métaux bien connus dans l'art peuvent être utilisés tels que le platine et le palladium, par exemple. Les pastilles sont orientées dans les deux directions [100) et (111). 40 Les deux premiers éssais ont été effectués avec seulement le flacon 1 / | ZU/ÔUxJ source 23, le flacon source 18 étant omis. Le troisième groupe a été réalisé en utilisant les deux flacons source 1fi et 23. Le temps de cycle pour chaque dépôt de PQCl^ comprend une purge de 5 minutesavec de l'azote dans la Ghambre de chauffage 10, un dépôt durant 5 trente minutes et une autre purge de cinq minutes de la chambre de chauffage 10 avec l'azote. On effectue cela à une température de 970°C. Dans la réoxydation de diffusion, qui est effectuée dans un autre four et dans une atmosphère d'oxydation, de façon bien connue, on envoie de l'oxygène sec durant 5 minutes, puis on envoie de la vapeur plus de l'oxygène 10 sec durant 55 minutes et finalement on envoie durant 25 minutes de l'oxygène sec. Ce procédé est aussi effectué à 97Q°C. On doit comprendre que chacun des groupes de pastilles comprenait au moios une pastille de contrôle et de préférence plusieurs. Chacune des pastilles de contrôle est de conductivité de type P avec une résistivité appro-15 chant environ 2 ohm/cm et présentant la même épaisseur que la pastille destinée à constituer le futur dispositif. On doit en outre comprendre que les pastilles de contrôle n'ont reçu que les diffusions émetteur. Dans le premier essai, les pastilles de contrôle et de dispositifs sont divisées en cinq groupes. Ces groupes sont identifiés à A-E, chacun 20 recevant du phosphore à partir d'une source de POCl^. La concentration de source de POClg en partie par million (ppm) pour chacun des groupes A-E est comme suit : GROUPE CONCENTRATION 25 , A 500 B 600 C 700 D 800 E 1100 30 Dans cet essai après retrait de la chambre de chauffage 10, on effectue les étapes suivantes, Rs^ étant la résistance de feuille après le dépôt et avant la diffusion et Rs2 étant la résistance de feuille après la diffusion. 1 - Mesure de Rs^. 2 - Réoxydation de diffusion. 35 3 - Recherche de conduit dans la section des dispositifs. 4 - Mesure du X. et du PSG de la pastille de contrôle. 5 - Observation de la qualité de la jonction. 6 - Diffusion d'or (1/2 de l'arrière décapé - 1/2 de sablage). 7 - Recherche de conduit dans la section des dispositifs. 40 8 - Mesure des valeurs et de Rs^ dans les pastilles de contrôle et de 71 00853 11 2076023 dispositifs. □ans le second essai, les pastilles sont de nouveau divisées en cinq groupes à savoir des groupes E'-I, chaque groupe recevant le phosphore à partir d'une source de POCl^. La concentration de la source en PQClg en 5 ppm pour chacun des groupes E'-I est comme suit : GROUPE CONCENTRATION E" 500 F 1100 10 G 1500 H 2000 I 4000 Dans ce second essai on effectue les étapes suivantes après le retrait des pastilles de la chambre de chauffage 10 : 15 1 - Mesure de Rs.. 1 2 - Recherche de conduit dans la section des dispositifs. 3 - Réoxydation de diffusion. 4 - Recherche de conduits dans la section des dispositifs. 5 - Mesure du et du PSG de la pastille de contrôle. 20 B - Observation de la qualité de jonction. 7 - Diffusion d'or (1/2 avec or - 1/2 sans or). 8 - Recherche des conduits dans la section des dispositifs. 9 - Mesure des valeurs de X^ et Rs2 pour les pastilles du dispositif et de contrôle. 25 Dans le troisième essai, les groupes sont initialement divisés en trois groupes mais des groupes supplémentaires sont traités de telle sorte qu'un total de sept groupes,c'est-à-dire les groupes J-P ont été traités. La concentration de source du PQClg 8n PPm pour chacun des groupes J-P est comme suit : GROUPE CONCENTRATION 30 J 800 K 1200 L 1500 M 2000 35 N 2500 0 3000 P 4000 Les étapes suivantes sont réalisées sur chacune des pastilles dans le troisième essai après qu'elles aient retirées de la chambre de chauffage 10. 40 1 - Mesure de Rs„. | j ZU/Ouij 2 - Réoxydation de diffusion. 3 - Recherche de conduits dans la section des dispositifs. 4 - Mesure des valeurs de Xj et PSG de la pastille de contrôle. 5 - Observation de la qualité de jonction. 5 8 - Diffusion d'or. 7 - Recherche des conduits dans la section des dispositifs. ô - Mesure des valeurs X. et Rs2 pour la pastille de contrôle et un dispositif. Durant un troisième essai, le flacon source 18 a été utilisé. Cependant 10 des tests ultérieurs indiquent que cela n'est pas. nécessaire et l'on a représenté le flacon source 18 dans la figure 1 pour montrer l'équipement utilisé pour effectuer les essais du troisième essai. Pour chacun des trois essais, on obtient les relations de la concentration de la source en P0C13 avec la résistance de feuille à la fois après 15 ie dépôt et après la diffusion, la résistance de feuille n'étant indiquée que pour les pastilles ayant des cristaux orientés suivant l'axe (100) puisque la résistance de feuille est indépendante de l'orientation cristalline, et avec la profondeur de jonction pour les orientations (100) et (111) qui sont : P 1,88 1,35 2,11 2,16 2,23 P 1,90 2,11 2,08 2,08 1,68 P 1,95 ~ 1,93 2,03 4 R&1 Rs2 20 25 x Groupe Rs2 j P Groupe 1 2 A 17,3 13,2 1,7 B 14,3 11,1 1,8 C 12,8 8,9 1,95 D 11,7 8,3 1,93 E 9,7 7,1 2,00 Rs Rs Xj P E' 17,1 12,2 1,72 F • 9,8 7,1 1,85 G 8,4 5,9 1,95 H 7,6 ' 5,5 1,98 I 6,5 4,7 1,60 X Rs Rs j 35 Groupe U H M J 11,6 8,5 1,78 K. 9,4 6,4 1,85 L 8,4 5,5 1,88 71 00853 " 2076023 M 7,5 4,8 1,90 2,00 N 7,1 4,5 1,85 1,55 0 6,8 4,3 1,93 1,55 P 6,4 4,2 1,60 1,55 5 On doit comprendre que les résistances de feuille Rs^ et Rs^ sont données en ohms par carré. La relation de la concentration de la source en PûClg dans la pastille par rapport à sa profondeur de jonction est tracée dans la figure 2 et elle est fondée sur les résultats donnés ci-dessus en traçant la profondeur de jonction 10 pour les orientations (100) et (111) en fonction de la concentration de la source de POCl^. Les données de rendement et de test électrique proviennent des pastilles du premier essai Vcc-Gnd , (Gnd étant le potentiel de la masse) est un potentiel positif de 1,2 volts.et sont comme suit : Vcc-Gnd Nombre de conduits Rendement électrique Rendement Normal par groupe 30 final des blocs (blocs 20 blocs transistors de S4 et 63 bits) testés par pastille testée Groupe pastille A 0% 2/120 614 0,0% B 2,5% 2/120 609 1,5% C 11% 0/120 659 2,4% D 29% 5/120 609 3,6% E 40% 1/60 189 3,2% arrière décapé 17% 5/270 1398 1,8% arrière sablé 11% 5/270 1282 2,2% mm* O o oc u u; Comme le montre la table précédente pour le cinquième essai, la qualité augmente avec une augmentation de la concentration de la source. En outre le procédé de préparation de l'arrière de la pastille a peu d'effet sur la qualité. O *-4 O-O Kj UO 71 00853 15 2076023 Les résultats de rendements et de tests électriques du second essai avec Vcc-Vn étant un potentiel de - 3 volts sont comme suit : Vcc-Gnd Normal Vcc-Gnd + Vcc-Vn Conduits trouvés Normal 5 Groupe sous-groupes groupes sous-groupes groupes sous-groupes groupes E'-sans Au 57% 12% 1/100 - Au 16% 9% 8/100 - Total [30%* (10%) 9/200 F-sans Au 28% 8% 1/100 10 - Au 18% 2% 5/100 - Total (23%) (5%) 6/200 G-sans Au 32% 6% 0/100 -Au 11% 0% 0/100 - Total (25%) (4%) 0/200 15 H-sans Au 42% 8% 0/100 -Au 32% 11% 0/100 - Total (38%) (9,5%) 0/200 I-sans Au 39% 11% 1/100 -Au 42% 15% 1/100 20 -Total (41%) (13,5% 2/200 sans or 38% a% 3/500 or 25% â% 14/500 71 OUoàs 2076023 La table précédente pour le second essai indique que la densité de conduits augmente avec l'or, mais que l'effet de l'or sur ladite densité est réduit lorsqu'on augmente la concentration de la source de POCl^. On pense que les deux conduits trouvés dans le groupe I du second groupe d'essai sont une conséquence des jonctions irrégulières. Les résultats de rendement et de données électriques pour trois des groupes du troisième essai, à savoir les groupes J, M et P sont comme suit : Conduits trouvés/ Rendement test final Groupe Vcc-Gnd normal transistors testés blocs testés rendement 10 J 19% 5/150 431 1,63% » 54% 0/300 1001 5.46% P 51% 0/350 1275 4,94% La qualité de chacun des groupes M ou P est de trois fois celle du groupe J. En outre, on a détecté des conduits que dans le groupe J. 15 Certains paramètres électriques supplémentaires pour chacun des groupes J;M et P sont comme suit : ^beo ^bes Q_ ^cbs ^ebo domaine (10 BV domaine(10 BV^ d d d d micro-amps) micro-amps) domaine QO K (1ma) (ji Groupe (2ma) (0,1ma) (3ma)(3ma,5ma) u_> 0,870 0,BBS 101 0,140 7,34 - 7,46 27-35 8,7- 0,009 0,005 12 0,005 9,3 0.868 0,676 140 0,110 0,007 0,009 34 0,004 7.45- 7,53 32-35 7.8- 8.7 0.863 0.656 0.003 0,006 256 0,107 103 0,009 7,08 - 7,60 13-35 5,7-8,6 KJ O -4 O O K> OU 7 i OUdD^ i i— 2076023 Les définitions des termes utilisés dans la table précédente sont les suivantes : FVbeo _ signifie le potentiel direct du transistor entre la base de l'émetteur le collecteur étant ouvert. 5 d - déviation de la moyenne V. - signifie le potentiel entre la base et l'émetteur, la jonction bes collecteur base étant court-circuitée. B - signifie Beta. V _ signifie le potentiel entre le collecteur et l'émetteur, la jonction CBS 10 émetteur base étant court-circuitée. BV . - signifie le potentiel de rupture entre l'émetteur et la base le ebo collecteur étant ouvert. BVcbo ~ signifie le potentiel de rupture entre le sélecteur et la base, l'émetteur étant ouvert. 15 BVCeo ~ s:*-£nifiB la potentiel de rupture entre le collecteur et l'émetteur, la base étant ouverte. En conséquence de ce qui précède, une concentration de source de 2000 ppm de POCl^ est aussi efficace comme concentration de source qu'une concentration de 4000 ppm de P0C13 pour conmander les conduits. Coinne on le montre la 20 figure 2, les pastilles ayant une orientation cristalline (100) présentent une profondeur de jonction constante entre 1500 ppm et 3000 ppm. Puisque l'effet des conduits est négligeable dans ce domaine, le domaine de fonctionnement désiré pour la concentration de,source de PQCl^ est compris entre 1500 et 3000 ppm car on obtient aussi une profondeur de jonction constante, 25 Xj dans le dispositif. Ou fait de l'absence connue des conduits avec une concentration de source de 2000 ppm de POCl^.et du fait que cette concentration de source appartient à la partie de profondeur de jonction droite de la courbe de la figure 2 pour des pastilles orientées (100) le point de fonctionnement préféré pour des pastilles orientées (100) est une concen-30 tration de source de 2000 ppm de POCL^. Pour des pastilles ayant une orientation cristalline (111) la profondeur de jonction X^ atteint un maximum pour une concentration de source de 1500 ppm de PQClg et ensuite diminue à un minimum pour une concentration de source de 2500 ppm de POClg. Cela est représenté par la courbe dans la figure 35 2 pour les pastilles orientées (111). Bien qu'il n'y ait aucune différence significative dans la profondeur de jonction lorsque la concentration de la source de POCl^ varie entre approximativement 2500 à 4000 ppm pour les pastilles orientées (111), il existe Un retard de diffusion du phosphore à cette concentration de source 40 ce qui entraîne l'endommageaent en surface du réseau de la structure 71 00853 19 2076023 cristalline. Par conséquent il n'est pas désirable d'utiliser une concentration de source comprise entre 2500 et 4000 ppm de PQCl^ pour une production satisfaisante de pastilles orientées (111j, même si il n'existe aucun conduit 5 dans ce domaine. En conséquence, la courbe de la figure 2 pour les pastilles orientées (111) et les résultats ci-dessus montrent que le domaine de concentration de source de PÛCl^ doit être compris entre 1000 et 1500 ppm pour produire des pastilles satisfaisantes avec une orientation (111). Du fait de la forme 10 de la courbe de la figure 2 pour les pastilles orientées (111), on préfère que la concentration de la source de PÛC13 soit de 1000 ppm même s'il existe la probabilité de formation de conduit. Cependant, puisque le pourcentage des conduits est suffisamment faible comme indiqué pour le groupe 1 du premier essai, par exemple, cette concentration est le point de fonc-15 tionnement préféré pour les pastilles orientées (111). On se réfère à la figure 3, on représente trois courbes 62 à 64 montrant la relation de la concentration de la source de POCl^ par rapport à la profondeur de jonction de la pastille pour différents débits et pour différentes tailles de chambre de chauffage. Chacune des pastilles à une 20 orientation (100), et la température de diffusion est de 970°C. La courbe 62 est la même que la courbe de la figure 2 pour l'orientation (100). Cela signifie que la courbe 62 représente un débit de 21 litres par minute, dans une chambre de chauffage ayant une section transversale de 49 mm x 64 mm. 25 La courbe 63 représente des pastilles disposées dans une chambre de chauffage ayant une surface de sections transversales carrées de 64 mm x 64 mm avec un débit de 30 litres par minute et différentes concentrations de source en PQCl^. La courbe 63 est droite entre les concentrations de source de 1200 ppm et de 1600 ppm de POCl^. 30 La courbe 64 représente les pastilles disposées dans une chambre de chauffage ayant une surface de section transversale carrée de 43 mm x 43 mm avec un débit de 7 litres/minute et différentes concentrations de source de PQC1 . La courbe 64 montre que ce débit de 7 litres/minute pour une O chambre de chauffage de section transversale carrée de 43 mm x 43 mm ne 35 permet pas de produire une profondeur de jonction constante dans les pastilles pour un domaine de concentration de la source en POCl^. On suppose que cela est dû au débit qui n'est pas suffisant pour la section transversale de la chambre de chauffage. Par conséquent, le débit doit être choisi de façon suffisamment élevée, si l'on doit réaliser une 40 profondeur de jonction constante dans un domaine de concentration de source ' 1 UUÙ-;-' " 2076023 de P0C13. On doit comprendre que chacune des chicanes 34-36 est écartée d'environ 1mm de la paroi adjacente de la chambre de chauffage 10, que la section transversale de la chambre de chauffage 10 soit de 43 mm x 43 mm, 49 mm x 5 64 mm, ou 64 mm x 64 mm. La chicane 37 se termine approximativement à la moitié de la profondeur de la chambre de chauffage indépendamment de la taille de la chambre de chauffage. Un avantage de la présente invention est qu'un piègage adéquat se produit à l'émetteur d'un transistor sans jonction irrégulière dans le 10 transistor entre l'émetteur et la phase. Un autre avantage de la présente invention est que l'on obtient une commande plus précise de la jonction de l'émetteur. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur les dessins les caractéristiques principales de l'invention, appliquées à un 15 mode de réalisation préférée de celle-ci, il évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. 71 00853 21 2076023 REVENDICATIONS 1. Procédé de diffusion d'un dopant semi-conducteur selon une concentration uniforme dans chacune des pastilles d'un ensemble de pastilles pour obtenir une jonction droite dans chacune des pastilles,caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : 5 le maintien d'une chambre de chauffage à une température choisie, l'envoi du dopant semi-conducteur porté par un gaz sur les pastilles dans la chambre de chauffage avec un débit choisi, le choix du débit selon la section transversale de la chambre de chauffage de telle sorte que le refroidissement des pastilles les plus proches 10 de l'entrée des gaz ne se produise pas, le choix de la concentration de la source de dopant dans un domaine dans lequel on obtient une jonction droite dans chacune des pastilles lorsque l'on utilise le débit choisi, et la commande de la direction de l'écoulement du gaz à l'intérieur de 15 la chambre de chauffage de telle sorte qu'on obtienne un écoulement turbulent. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source de dopant est du POCl^. 3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que : on maintient la chambre de chauffage à 97û°C j et l'on choisit une 20 concentration de source en PUCI3 dans le domaine de 1500 ppm à 35D0 ppm lorsque l'orientation cristalline de la pastille est de (100). 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le débit est compris entre 20 et 22 litres par minute, lorsque la section transversale 2 de la chambre de chauffage est de 31,36 cm . 25 5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend : le maintien de la chambre de chauffage à 970°C, et la sélection de la concentration en POCl^ entre 1000 et 1500 ppm lorsque l'orientation cristalline de la pastille est (111). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisée en ce que le débit est 30 compris entre 20 et 22 litres par minute lorsque la section transversale de la chambre de chauffage est de 31,36 cm2. 7. Appareil pour produire un écoulement turbulent d'impureté sur plusieurs 7 i uubbB 2076023 pastilles semi-conductrices dans lesquelles on doit diffuser l'impureté caractérisé en ce qu'il comprend : une chambre de chauffage contenant les pastilles, des moyens pour introduire un gaz contenant une impureté dans ladite 5 chambra de chauffage avec un débit choisi. des moyens pour supporter les pastilles à l'intérieur de ladite chambre de chauffage, des premiers moyens disposés à l'intérieur de ladite chambre ds chauffage entre ledit moyen d'introduction et ledit support pour mélanger l'impureté 10 et son gaz d'entraînement pour produire un écoulement turbulent, et des seconds moyens disposés à l'intérieur de ladite chambre de chauffage sur le côté dudit support opposé dudit moyen d'introduction pour faciliter la production d'un écoulement turbulent sur les pastilles supportées sur ledit support opposé dudit moyen d'introduction. 15 8. Appareil selon la revendication 7 dans lequel les dits premier et/ou seconds moyens sont constitués par au moins un déflecteur de gaz (chicane) réalisé à partir d'une lame de quartz qui, adhère aux parois de ladite chambre de chauffage par au moins un des côtés.