Brevet FR2133623A1 — publié le 19721201

•» 1 2133623 L'invention concerne un procédé de fabrication de corps creux de longueur quelconque,constitués par un matériau semiconducteur, par décomposition thermique d'un composé gazeux contenant le -natériau semiconducteur et dépôt du 5 matériau semiconducteur sur un corps support disposé dans la chambre de réaction. On connaît des procédés de fabrication de corps creux, notamment des tubes, constitués par un matériau semiconducteur. Ainsi, par exemple, il est connu par le brevet 10 allemand 1.061.593 de fabriquer une tige en silicium par décomposition thermique d'un composé contenant du silicium et dépôt du silicium sur un corps support constitué par du silicium et de percer, à l'aide de moyens méc-nique"5, la tige en silicium ainsi préparée en vue de fabriquer une pièce en fo.r-ne de tube. 15 Mais cela entraîne une grosse perte de matériau. Conformément à un autre procédé décrit dans la brevet français n° 69 36 9^» on procède de la manière suivante : en vue de fabriquer un corps creux constitué par un matériau semiconducteur, on utilise, comme corps support de 20 départ, un corps support constitué par un matériau r"fractaire par exemple du graphite, du tantale, du molybdène, ou de la céramique, on dépose., par décomposition thermique d'un composé semiconducteur gazeux, un matériau semiconducteur sur la surface externe d'un corps support de ce-'ïyp» et finalement on enlève 25 mécaniquement et/ou chimiquement le corps support constitué par un matériau étranger sans détruire pour autant la couche semiconductrice qui a été déposée. On peut fabriquer à l'aide de ce procédé des corps creux ouverts aux deux extrémités opposées, par exemple des tubes constitués par du silicium. Des tubes 30 en silicium de ce type sont utilisés coime chambres de diffusion pour des diffusions gazeuses et solides dans des cristaux semiconducteurs et on les préf'^re, en raison de leur pureté, de leur pureté, de leur constance et stabilité thermiques aux tubes de diffusion classiques constitués par du quart7, du graphite ou 35 de la céramique. La longueur des tubes fabrin;i"= confor-nément à la demande de brevet allemand ubli^'e sou3 le r. 3 1 805 970 est limitée par celle du dispositif dans lequel ils sont fabriqués. Ces tubes ne sont plus suffisants i'galeiient par «saple pour des ^0 diffusions de composants de grande surface dont l'encombrement a***" C0P^ 72 12616 2 2133623 est très important dans la chambre de diffusion ou pour un plus grand nombre de critaux à diffuser et p^r suite on est condamné à utiliser à nouveau les tubes classiques, constitués par du quartz ou des matériaux semblables qui présentent tous les inconvénients 5 dus à l'introduction d'impuretés. La présente invention a pour objet de fabriquer des corps creux en matériau semiconducteur, notamment des tubes en silicium, de longueur quelconque, le danger de l'introduction d'impuretés, que ce soit par un corps support utilisé 10 lors de la fabrication ou par suite d'influences extérieures au cours des opérations ultérieures de diffusion, étant maintenu aussi f-ible que possible. Ce résultat est obtenu conformément à l'invention grâce au fait que l'on utilise en tant que corps support, 15 un corps creux ouvert au moins à l'une de ses extrémités, pouvant être chauffé à l'aide d'un champ alternatif haute - fréquence «t résistant à la corrosion, qu'un gradient axial de température est créé le long de ce corps creux à l'aide d'un dispositif de chauffage de sorte que le dépôt de matériau n'a lieu que sur 20 l'extrémité frontale ouverte dudit corps creux, et que l'on retire le corps creux servant de corps support de la zone de dépôt avec une vitesse qui est égale à celle du dépôt. Grâce à l'utilisation èn tant que corps support de départ pour le dépôt, d'un corps creux constitué par du 25 graphite ou d'un corps creux constitué par du silicium et fabriqué suivant le procédé décrit dans le brevet français n° 69 3691^ grâce au dépôt de matériau ayant lieu de façon intentionnelle seulement sur l'une des extrémités frontales et grâce à l'opération qui consiste à retirer le corps support en le déplaçant vers 30 le bas au fur et à mesure du dépôt de ;raatériau, on parvient à fabriquer des tubes, par exemple constitués par du silicium, de longueur quelconque qui satisfont totalement ^ux exigences posées par l'opération de diffusion dans des cristaux semiconducteurs, Dans ce cas, on n'a plus du tout besoin d'enlever un corps support 35 constitué par un matériau d'un autre type et on peut mettre en ruvre le procédé facilement et de façon reproductible. XI rentre dans le cadre de la présente invention d'utiliser, en tant que dispositif de chauffage, une bobine de chauffage par induction dont le diamètre est adapté à celui •i0 du coros creux prévu pour le dépôt ou, dans le ras où l'on utilise BAD ORIG. , 72 12616 3 2133623 de15 corps creux non circu 1 • très , à la fome de ces derniers. De cette manière on prut 'gf 1 omont régler pratiquement n'importe qur 1 diamètre et de' I: e r* line : ^'.nlenent des sections tr risversales non circulaires, La bobine de chauffage pnr induction est di"?po-~i sée de façon qu'il règne un ;:radient de température strictement axial sur 1 ' ex i f •' su!"'rienre du corps creux par ex Dans le c-*-s où l'on utilisej en t-nt ' ne corps sujv-r rt, un tube en ^ilic iu"! de forte v-leur olnime celui-ci 1 doit être' préc ;a:;ffé afin ou»1 le :i!i A titre d'exemple on a décrit ci—dessous et il us r' au de-sin annexé une forme de réalisation d'un di^posi-20 tif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. Le dispositif représenté sur la figure est constitué par une cloche 1 constituée par de llarg^rM 3, par alliage V2A ou par du quartz, comportant une planue de base, '} con tituée par un ;;t re un dispositif de maintie-: 6, résistant \ la corrosion et destiné à recevoir le corps creux 7 qui sert de corps support. On utilise par exemple comme corps creux un tube en ;;raphite. l'.rnce à deB moyens d'entraînement non représentés sur la fifure '3 ~ le tube "5, comportant le dispositif de maintien b en forme d'anneai , neut être déplacé axialement vers le haut et vers le bas et eutr'îné en rotation dans les sens indiqùés par la double flèche). Le couvercle de la rlociie 1 en argpnt ou en 10 quartz est constitué par une pla ue «sunrtz H, celle-ci étant BAD ORIGINAL COPV 72 12616 4 2133623 assemblée solidemènt et de façon étnnche au gaz avec la partie du dispositif qui est désignée par le chiffre de référence 1. Derrière la plaque en quartz 8 est disposée une bobine de chauffage par induction 10 qui amène l'extrémité frontale 9 du corps 3 creux 7 constitué par du graphite à la température de dépôt, le diamètre de cette bobine étant adapté à celui du corps creux en silicium 17 qui doit être fabriqué. Ai début du processus l'extranité frontale 9 du corps en graphite 7 servant de corps support pour le dépôt est située 10 dans la zone supérieure de l'enceinte de réaction 11 immédiatement derrière la plaque en quartz 8. Un courant gazeux, constitué par un mélange de silico-chloroforme ( SiH Cl^) et d'hydrogène (H2), est envoyé dans l'enceinte de réaction 1T à l'aide du tube 5 constitué par un matériau résistant à l* corrosion qui est 15 introduit en tr-versant la plaque de base 5 à l'intérieur de l'enceinte de réaction 11. Le mélange gazeux constitué par SiH 01^ et Hg se décompose sur la tartie (extrémité frontale 9) du tube en graphite 7 qui a été portée par la bobine de chauffage par induction à une température comprise entre 1050°C et 20 1250°C, et le silicium se dépose sur ladite extrémité frontale 9. Les gaz résiduaires quittent la chambre de réaction 11 par l'orifice de sortie 2. A mesure que le dépôt du silicium sur l'extrémité frontale 9 du tube en graphite 7 progresse, le tube 5 entraîné en rotation et comportant le dispositif de maintien 6 2 3 ainsi que le tube en graphite 7 et le tube en silicium 17 récemment formé est dépincé vers le bas. La vitesse à la nielle le 'tube est retiré est réglée entre 0,3 et 3 Un tube en silicium 17 de 25ram de diamètre de 80mm de longueur, et dont la paroi a une épaisseur de 2mm 30 est obtenu par croissance au bont d'une heure dans le cas de vitesses de dépôt égale à 10g Si/h. Afin d'obtenir une structure qui soit aussi dense que possible, il peut être utile en plus de 1'opération de d^pôt de 5ou 'ettre le tube à une fusion de zone. Cependant, on 35 peut également effectuer alternafivement un dépôt et une fusion. L'ensemble du d'spositif e«t entraîné en même temps en rotation de 180° C de sorte que la ?one chaude se déplace vers le bas. Si cela est nécessaire on peut également séparer J.e corps support de départ 7 constitué par du graphite du tube en silicium 17. '*0 Grâce à un mont-ge de bagues en court-circuit 72 12616 2133623 refroidies par l'eau à l'intérieur et à l'extérieur du tube en silicium 17 obtenu par croissance, le gradient thermique peut encore être augmenté. L'invention n'e^t pas limitée à la fabrica-5 tion de corps creux de longueur quelconque constitués par du silicium, mais elle peut s'appliquer également à d'autres matériaux qui peuvent être déposés par décomposition thermique. Le procédé conforme à la présente demande de brevet peut aussi être utilisé pour l'allongement de corps 10 creux, ces derniers ayant étf fabriqués suivant un procédé conforme aux demandes de brevet allemand publiées sous les n° 1 917 016 et T 805 970 ainsi qu'aux demandes de brevets allemands antérieures 2 Ol6 339 7, 2 022 025 1, 2 050 076 9 et 2 059 360 9. 72 12616 2133623 REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de corps creux de longueur quelconque, constituas par un matériau semiconducteur^ 5 par décomposition thermique d'un composé gazeux contenant le matériau semiconducteur et dépôt du matériau semiconducteur aur un corps support disposé dans la chambre de réaction, caractérisé par le fait que l'on utilise, en tant que corps support, un corps creux ouvert au moins à l'une de ses extrémités, pouvant 10 être chauffé à l'aide d'un champ alternatif haute-fréquence et résistant à la corrosion, qu'un gradient axial de température est créé le long de ce corps creux à l'aide d'un dispositif de chauffage de sorte que le dépôt de matériau n'a lieu que sur l'extrémité frontale ouverte dudit corps creux, et que l'on 15 retire le corps creux servant de corps support de la zone de dépôt avec une vitesse qui est égale à celle du dépôt. . 2. Procédé suivant la revendication î, caractéri-é par le fait que l'on choisit le diamètre de la bobine de chauffage par induction servant de dispositif de 20 chauffage égal à celui du corps creux prévu pour le dépôt. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que lf'-n utilise, pour la fabrication de corps creux non circulaire^ un corps support et une bobine de chauffage ayant des formes correspondantes. 25 4. Procédé suivant les revendications 1,2 et 3 prises dan^ leur ensemble caractérisé par le fait que l'on utilise, en tant que corps support pour le dépôt, un tube en graphite. 5. Procédé suivant l'un» dea'revèndicationa 30 1, 2 et 3 prises dans leur ensemble caractérisé par le fait que l'on utilise, en tant que corp 6. Procédé suivant les revendications 1, 2, 3, 4 et 5 prises dans leur ensemble caractérisé par le fait que 35 pour la décomposition thermique et le dépôt, l'on introduit dans l'enceinte de réaction un mélange de silico-chloroforme et d'hydrogène. 7. Procédé suivant les revendications 1, 2, 3, 4 et 5 prises dans leur ensemble, caractérisé par le fait que 40 l'extrémité frontale prévne pour le dépôt est préchauffée par 72 12616 7 2133623 exemple n l'aide d'une décharge à effluves. 8. Procédé suivant les revendications 1, 2, 3» ^ » 5» (' et 7» prises dan" leur ensemble, caractérisé par le fait que pend nt le dépôt, lf= corps support q"i croît suivant 5 sa longueur et qui a été retiré de 1r zone de dépôt est entraîné en rotation . 9. Procédé suivant les revendications 1, 2, 3, h, 5, 6, 7 et 8, prises dans le"r ensemble,caractérisé par le fait que le corps sunport est retiré de la zone de dépôt suivant 0 la directi n axiale avec line vitesse co^pri^e entre 0,3 et 3mm/mn, 10. Procédé suivant les re-endications 1, Pt 3, 4, 5, 6, 7,8 et 9, prises dan= leur er senble, caractéri?'' par le fait que, dans le cas où l'èn utilise du silicium, on règle la vitesse de dépôt à 1Og/h. ^ 11. Procédé suivant les revendications 1, 2, 3, h, 5» 6, 7» 8, 9 et 10, prises dans leur ensemble, caractérisé par le fait qu'après le dépôt de matériau, l'on soumet le corps creux à une fusion de zone. 12. Pr 13. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant les revendications 1, 2, 3» 'f, 5» 6, 7» 8, 9, 10, 11 et 12 prises dans leur ensemble, caractérisé par une enceinte de réaction qui comporte un orifice d'entrée et un orifice de sortie pour le gaz et qui est constituée par une cloche en «atériau résistant à la corrosion, fermée à s-> partie supérieure par une plaque en quartz, par un tube en matériau résistant à la corrosion qui est introduit à partir di: bas dans l'e ceinte de réaction en traversant la plaque de base de façon 'tancMe au vide et qui sert en même temps d'orifice d'entrée du 5 gaz et de canal de passage pour le composé senicondurteur gazeux, ce tube se terminant dans l'enceinte de réaction par un dispositif de maintien de forme annulaire, résistant à la corrosion, prévu pour le corps support, caractérisé de plus par u;e bobine de chauffage par induction disposée à 1 ' extérietir de l'enceinte 0 de réaction derrière la plaque en quartz et par des moyens d'en- 72 12616 2133623 traînement qui permettent non seulement d'entraîner en rotation le tube assemblé avec le dispositif de maintien du corps support, mais également de le faire monter et descendre. 1k. Dispositif suivant la revendication 13, 5 caractérisé par le fait que l'enceinte de réaction et le tube y supportant le corps support et servant d'orifice d'entrée du gaz sont constitués par de i' argent ou un alliage V2A ou sont au moins revêtus par une couche d'un tel matériau. 15o Dispositif suivant les revendications 10 13 et 1k prises dans leur ensemble,caractérisé par au moins une bague en court—circuit ou un corps en court—circuit supplémentaire refroidi par l'eau et disposé à l'intérieur ou à l'extérieur du corps creux.