Brevet FR2135185A1 — publié le 19721215

L'invention concerne un procédé de fabrication de corps creux de longueur quelconque, constitués par un matériau semiconducteur, notamment par du silicium. On utilise des corps creux constitués par un 5 matériau semiconducteur, notamment des tubes en silicium comme chambres de diffusion pour des diffusions gazeuses et solides dans des cristaux semiconducteurs et on les préfère^en raison de leur pureté et de leur stabilité thermique,aux tubes de diffusion classiques constitués par du quartz, du graphite ou de la céramique. 10 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 allemand 1.061.593 de fabriquer une tige en silicium par décomposition thermique d'un composé contenant du silicium et dépôt du silicium 15 sur un corps support constitué par du silicium et de percer, à l'aide de moyens mécaniques, la tige en silicium ainsi préparée en vue de fabriquer une pièce en forme de tube. Mais cela entraîne une grosse perte de matériau.' Conformément à un autre procédé décrit dans 20 le brevet français n° 69 36 914 » on procède de la manière suivante en vue de fabriquer un corps creux constitué par un matériau semiconducteur, on utilise comme corps support de départ un corps support constitué par un matériau réfracta ire par exemple du graphite, du tantale, du molybdène ou de la- céramique, on dépose 25 par décomposition thermique d'un composé semiconducteur gazeux un matériau semiconducteur sur la surface externe d'un corps support de ce type et finalement on enlève mécaniquement et/ou chimiquement le corps support constitué par un matériau étranger sans détruire pour autant la couche semiconductrice qui a été déposée. 30 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. Cependant, la longueur des tubes fabriqués conformément à la demande de brevet allemand publiée sous le 35 n° 1 805 970 est limitée par celle du dispositif dans lequel ils sont fabriqués. Par conséquent, ces derniers sont trop courts pour des systèmes entièrement en silicium dans lesquels même les parties froides du tube, qui dépassent la zone de chauffage, doivent être en silicium. Ces tubes ne sont plus suffisants éga-40 lement par exemple pour des diffusions de composants de grande 72 15001 2 2135185 surface dont l'encombrement est très important dans la chambre de diffusion ou pour un plus grand nombre de cristaux à diffuser et par suite on est condamné à utiliser à nouveau les tubes classiques, constitués par du quartz ou des matériaux semblables 5 qui présentent tous les inconvénients dus à l'introduction d'impuretés. En effet, des tubes en quartz réagissent avec des pastilles cristallines en silicium en formant des dislocations cristallines indésirables. La présente invention a pour objet de fa-10 briquer 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 lors de la fabrication ou par suite d'influences extérieures au cours des opérations ultérieures de diffusion^étant maintenu aussi 15 faible que possible. Ce résultat est obtenu conformément à la présente invention grâce au fait que l'on met en contact au moins deux corps creux, constitués par un matériau semiconducteur, par une de leurs extrémités frontales ouvertes(ou surface d'aboute-20 ment) et qu'on les réunit par fusion de façon étanche au gaz en utilisant une méthode de soudage adaptée au matériau semiconducteur. Grâce à cette méthode on peut fabriquer à partir de plusieurs tubes en silicium plus courts fabriqués suivant des procédés connus, des tubes en silicium de longueur quelconque, 25 ces tubes satisfaisant, en ce qui concerne la pureté, la stabilité thermique et l'étanchéité aux gaz, aux exigences de la technique des semiconducteurs. Dans ce cas on n'a plus du tout besoin d'enlever un corps support constitué par un matériau d'un autre.type et on peut mettre en oeuvre le procédé facilement et de façon re-30 productible. Il rentre dans le cadre de la présente invention d'effectuer le soudage dans un vide très poussé par exemple à l'aide de faisceaux électroniques finement concentrés. La forte concentration locale de l'énergie rayonnée permet d'obtenir 35 une vitesse de soudage élevée pour de faibles variations de structure. Etant donné que l'on doit travailler sous un vide très poussé, on obtient également,dans le cas du silicium sensible à l'oxydation, des cordons de soudure propres et dépourvus de gaz. L'utilisation du rayonnement thermique, notamment du rayonnement 40 laser offre une autre possibilité de soudure. Aucun vide n'est 72 15001 3 2135185 nécessaire dans ce cas ; de ce fait on peut mieux focaliser ce rayonnement. Conformément à un autre mode d'exécution du procédé suivant l'invention on peut également effectuer le 5 soudage de façon favorable dans une atmosphère de gaz protecteur, notamment dans de l'argon, en utilisant un chalumeau à plasma ou dans un arc à argon, les corps creux,constitués par un matériau semiconducteur et destinés à être soudés^ne devant pas être branchés comme des électrodes. 10 Conformément à un autre mode d'exécution particulièrement favorable suivant l'invention on effectue'le soudage en utilisant l'énergie haute fréquence à l'aide du chauffage par induction. De façon très avantageuse on utilise une bobine de chauffage par induction réalisée sous la forme d'une 15 épingle à cheveux et on règle la valeur de la fréquence approximative à 30 MHz. Dans ce cas.,il est recommandé avant tout d'entraîner les corps creux lentement en rotation pendant le soudage afin que tout le pourtour de ce corps soit mis en fusion. Dans tous les cas il est judicieux de pré-20 chauffer les zones des corps creux destinées a être réunies étant donné que le matériau est très fragile et que des fissures peuvent apparaître par suite de 1'échauffement spontané au cours de l'opération de soudage. On réalise le préchauffage à environ 1000°C de façon appropriée en utilisant de l'énergie rayonnée ou 25 de l'énergie haute-fréquence. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré au dessin annexé une forme de réalisation suivant l'invention. La figure 1 représente la disposition des 30 deux tubes en silicium destinés à être soudés à l'aide d'un faisceau électronique finement concentré. La figure 2 représente la disposition des deux tubes en silicium destinés à être soudés à l'aide d'une bobine de chauffage par induction en forme d'épingle à cheveux. 35 La figure 3 représente la disposition des deux tubes en silicium destinés à être soudés a l'aide d'un chalumeau à plasma. Sur la figure 1 on désigne par les chiffres de référence 1 et 2, deux tubes en silicium dont les surfaces 40 frontales 3 et 4 ouvertes ont été polies et rodées pour que les 72 15001 4 2135185 deux tubes s'aboutent de façon étanche. Afin de réaliser un cen-trage et un appui meilleurs on dispose^au-dessous de la zone de soudure,un bouchon en graphite ou en céramique 5 dont la surface tournée vers les tubes en silicium est munie d'un tissu quartzeux. 5 Les faisceaux électroniques représentés par les flèches parallèles 7 frappent les surfaces d'aboutement ou les faces frontales 3 et 4 des tubes 1 et 2 et réalisent par fusion un assemblage étanche au gaz des deux tubes 1 et 2 lesquels forment de ce fait un seul tube. Au cours du soudage on entraîne lentement en rota-10 tion les deux tubes 1 et 2, comme celà est indiqué par la flèche 8. On n'a pas représenté sur la figure l'appareil permettant d'obtenir un vide très poussé. On désigne à nouveau sur la figure 2 par 1 et 2 les deux tubes en silicium destinés à être soudés. On prévoit 15 une bobine de chauffage par induction,recourbée en forme d'épingle à cheveux, pour engendrer la chaleur de fusion, laquelle présente l'avantage qui consiste en ce" qu'une zone plus réduite est mise en fusion de sorte que^par suite de l'entraînement en rotation lente du dispositif dans le sens indiqué par la flèche 10, 20 tout le pourtour du tube est mis en fusion sans qu'il y ait formation de fissures. Oi règle la fréquence de manière à ce qu'elle soit aussi élevée que possible,par exemple à la valeur 30 MHz. La figure 3 représente la disposition des deux tubes en silicium 1 et 2 destinés à être soudés à l'aide 25 d'un chalumeau à plasma 11. On utilise les mêmes chiffres de référence que ceux de la figure 1. Le plasma 13,qui est soufflé par la buse 12,engendre des températures très élevées et permet d'effectuer la soudure de deux corps creux constitués par du silicium sans qu'il soit nécessaire de brancher ces tubes comme des élec-30 trodes. On peut utiliser le procédé conforme à la présente invention pour la fusion de corps creux qui sont fabriqués conformément à un procédé suivant la demande de brevet allemand publiée sous le n° 1.917.016 et 1.805.970 ainsi que suivant 35 les demandes de brevets allemands antérieurs 2.016.339.7, 2 022 025.1, 2 050 076.9 et 2 059 360.9. 72 15001 5 2135185 REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de corps creux de longueur quelconque, constitués par un matériau semiconducteur, notamment par du silicium, caractérisé par le fait que l'on met 5 en contact au moins deux corps creux, constitués par un matériau semiconducteur, par une de leurs extrémités frontales ouvertes (ou surface d'aboutement) et qu'on les réunit par fusion de façon étanche au gaz en utilisant une méthode de soudage adaptée au matériau semiconducteur. 10 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'auparavant l'on polit et on rôde les surfaces frontales destinées a être soudées. 3. Procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'on effectue le soudage dans 15 un vide très poussé à l'aide de faisceaux électroniques finement concentrés. 4. Procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'on effectue le soudage dans une atmosphère de gaz protecteur notamment dans de l'argon, à 20 l'aide d'un chalumeau à plasma, les corps creux n'étant pas montés comme des électrodes. 5. Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'on effectue le soudage dans une atmosphère de gaz protecteur dans un arc à l'argon. 25 6. Procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'on effectue le soudage dans le vide ou dans une atmosphère de gaz protecteur à l'aide d'un rayonnement thermique, notamment à l'aide du rayonnement laser. 7. Procédé suivant l'une des revendications 30 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'on effectue le soudage dans le vide ou dans une atmosphère de gaz protecteur à l'aide d'une énergie haute fréquence. 8. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé par le fait que l'on utilise une bobine de chauffage 35 par induction réalisée en forme d'épingle à cheveux et que l'on règle la valeur de la fréquence à environ 30 Mrfz. 9. Procédé suivant l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8 caractérisé par le fait que l'on chauffe d ' a bord les zones des corps creux destinées à être soudés à une tempéra- 40 ture approximativement égalé à 1000°C. i \ 72 15001 6 2135185 10. Procédé suivant la revendication 9, caractérisé par le fait que l'on réalise le préchauffage à l'aide d'une bobine HF entourant la zone de fusion. 11. Procédé suivant la revendication 9, caractérisé par le fait que l'on réalise le préchauffage à l'aide d'une source de chaleur rayonnante de forme annulaire. 12. Procédé suivant l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 ou 11, caractérisé par le fait que l'on réalise le préchauffage a l'aide d'une source de chaleur rayonnante de forme annulaire.