Brevet FR2121734A1 — publié le 19720825

n 2121734 La présente invention concerne un procédé ' • de diffusion d'une impureté dans un corps semiconducteur» On connaît déjà divers procédés pour diffuser une impureté dans un corps semiconducteur. Selon un pro-5 cédé généralement mis en oeuvre, connu sous le nom de procédé à tube ouvert, plusieurs galettes semiconductriees sont placées sur une nacelle dans un four et l'on fait circuler un courant de gaz contenant de la vapeur d'impureté sous forme élémentaire ou composée sur lesdites galettes chauffées. iO Différentes techniques sont utilisées dans ce procédé pour introduire la vapeur d'impureté dans le courant de gaz, par exemple avant qu'elle ne passe sur le corps semiconducteur, le courant de gaz étant amené au-dessus de la source contenant l'impureté chauffée, l'impureté étant sous forme élé-15 mentaire ou composée. Lorsqu'on met en oeuvre un tel procédé connu de diffusion, différentes difficultés peuvent se présenter. La configuration du courant de gaz dans le four peut entraîner des variations considérables des valeurs de la résistance de 20 couche de régions diffusées simultanément, à la fois entre des régions correspondantes dans une seule galette et entre des régions correspondantes dans différentes galettes* Un autre désavatange d'un tel procédé-oonnu est que l'impureté provenant du courant de gaz se dépose sur la surface inté-25 rieure de la paroi du tube ainsi que sur les galettes. Dans un autre procédé connu, les galettes placées sur une nacelle et une source d'impureté solide sont chauffées dans tua récipient fermé pour obtenir la diffusion de l'impureté. Un tel procédé est connu sous la dénomination de "boîte fermée". 30 Lorsqu'on met en oeuvre le procédé de la boîte fermée, pendant le chauffage initial des galettes et de la nacelle, il existe un gradient de température le long de la galette pro-^ venant de la capacité thermique de la nacelle. Du fait que la source d'impureté est présente dans le récipient fermé pendant 35 cette période de chauffage, c'est-à-dire avant que la nacelle et les disques aient atteint la température de diffusion requise, des variations considérables le long du disque peuvent se présenter dans la profondeur de la diffusion et dans les paramètres électriques tels que la résiistance de couche des 72 00756 2 2121734 régions diffusées. De telles variations indésirables se produisent particulièrement lorsque le temps de diffusion est court, ce qui est le cas usuellement lorsqu'on désire obtenir des diffusions peu profondes. 5 L'invention concerne un procédé de diffusion d'une impureté à partir d'une phase vapeur dans un corps semiconducteur, selon lequel le corps semiconducteur et une source d'impureté sont placés dans des récipients séparés ouverts à leurs extrémités, qui sont introduits séparément 10 dans un four de diffusion et réunis par leurs extrémités ouvertes de manière à former un conteneur fermé, le récipient contenant le corps semiconducteur étant chauffé dans le four, après l'introduction dans celui-ci et avant la réunion des récipients, à une température située dans la région 15 de la température de diffusion et utilisée par la suite, pendant une période suffisante pour établir une température uniforme à travers le corps semiconducteur et la diffusion d'impureté étant effectuée dans le conteneur fermé formé après la connexion. 20 ïar ce procédé, on peut réaliser des diffu sions peu profondes mais consistantes • Des mesures de la résistance de couche, à travers des disques et entre des disques, de régions diffusées obtenues par ce procédé ont montré qu'il est possible d'obtenir de faibles variations de l'ordre de 25 20 % et, dans de nombreux cas, des variations qui ne sont pas supérieures à 5 %• Aucune limite de temps pour la diffusion n'est prescrite par la période de chauffage nécessaire pour la nacelle et les galettes de semiconducteur comme dans le procédé dit de la boîte fermée. Le procédé conforme à l'in-30 vention présente encore deux des avantages du procédé de la boîte fermée. La diffusion se fait sous une pression de vapeur pratiquement constante empêchant les irrégularités dans le dépôt de l'impureté causée par la présence d'un courant de gaz de porteur, et la contamination du four est pratiquement 35 évitée. Un avantage économique par rapport au procédé de la boîte fermée dans lequel le récipient fermé doit être cassé pour enlever le disque après la diffusion, est que les deux récipients employés dans la méthode envisagée peuvent,.être réutilisés plusieurs fois, la limite étant déterminée par 40 la contamination par l'impureté de diffusion de la paroi de 72 00756 5 2121734 quartz utilisée généralement pour les récipients. Le procédé conforme à l'invention réunit les avantages du procédé à tube ouvert et du procédé de la boîte fermée sans en présenter les inconvénients. ^ Le récipient contenant la source d'impureté peut être introduit dans le four et chauffé à une température située dans la région de la température de diffusion avant sa réunion au récipient contenant le corps semiconducteur. 10 Le chauffage préalable du récipient contenant la source fait en sorte que la diffusion de l'impureté se fait sous des conditions d'équilibre thermique. Un autre avantage est que les contaminants indésirables qui peuvent être émis initialement par la source à des températures 15 inférieures à la température de diffusion n'atteignent pas le corps semiconducteur. Le premier et le second récipient peuvent être chacun de forme tubulaire, chacun étant fermé à une extrémité, l'autre extrémité étant ouverte et plate et la 20 connexion se faisant par l'abouchement des extrémités plates. La réunion des extrémités ouvertes du premier et du second récipient en vue de former un récipient fermé n'exige pas la formation d'un joint parfait à l'endroit de la jonction. Un courant de gag-peut être maintenu dans le 25 four et avant l'introduction dans une zone à température élevée du four et chauffage dans cette zone ; au moins un des récipients à extrémité ouverte peut être introduit dans une zone à basse température du four où il est soumis pendant un certain temps à l'action du courant de gaz. 30 Le four peut comporter un tube, les récipients à extrémité ouverte étant introduits à une extrémité du tube. Les récipients peuvent être introduits dans le four dans le sens opposé au courant de gaz et être transférés de la zone à basse température vers la zone à température élevée également 35 dans le sens opposé au courant de gaz. La description qui va suivre, en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une coupe du four contenant un 40 récipient portant des galettes semiconductrices pendant le 72 00756 4 2121734 chauffage de celles-ci. La figure 2 est une coupe du four de diffusion contenant de plus un récipient renfermant une source d'impureté avant la diffusion de 1"impureté dans les ga-5 lettes semiconductrices. La figure 3 est une coupe du four de diffusion et des récipients pendant la diffusion. Sur la figure 1, des galettes semiconductrices 1 se trouvant sur une nacelle 2 sont placées dans 10 un premier récipient 3» Les galettes 1 ont un diamètre de 38 mm et une épaisseur de 200p. et l'on peut traiter simultanément jusqu'à 50 galettes. Le récipient 3 qui est en quartz et qui a une forme tubulaire avec une extrémité fermée, a une longueur de 15 cm et un diamètre intérieur de 15 5 cm. Le récipient 3 est introduit, son extrémité fermée étant dirigée vers l^avant,- dans une zone froide 4 d'un four de diffusion 5 et soumis pendant 10 minutes à l'action d'un courant d'azote gazeux ayant un débit d'approximativement 1/2 litre par minute dans la direction indiquée par la flèche 20 6 en vue d'éliminer des gaz atmosphériques. Le tube du four de diffusion 5 a un diamètre intérieur de 6 cm. Le récipient 3 est ensuite transféré dans une zone chaude 7 où il reste pendant 15 minutes jusqu'à ce que le récipient et son contenu atteignent la température de diffusion et en même temps un 25 second récipient 8 identique au premier récipient 3 mais contenant une source d'impureté solide 9 sur une nacelle 10 est introduit, avec l'extrémité ouverte en avant dans la zone froide 4 (voir figure 2) et est soumise à l'action d'un courant d'azote pendant 10 minutes. Après ce traitement, le ré-30 cipient 8 est transféré vers la zone chaude 7 où il est chauffé, alors qu'il est séparé du premier récipient 3 par une distance de 15 cm. Dans cette forme de réalisation particulière, le temps nécessaire pour que chacun des deux récipients atteigne la température de diffusion est de 15 minutes ; le temps né-35 cessaire dépend cependant de la capacité thermique des récipients utilisés. Lorsque les deux récipients 3}8 ont atteint la température de diffusion, les extrémités ouvertes des récipients qui ont été préalablement adaptées l'une à l'autre 40 sont abouchées de façon à former un conteneur pratiquement 72 00756 5 2121734 fermé, la diffusion de l'impureté dans les galettes semi-conductrices 1 à partir de la source 9 se produit alors. Après un certain temps dépendant entre autres de la concentration superficielle et de la profon-5 deur de diffusion requises, le récipient contenant la source est enlevé du four. Le récipient 3 contenant les galettes 1 peut être soumis à une variation de température contrôlée qui est fonction du temps avant d'être enlevé du four 5 pour augmenter les caractéristiques électriques • 10 associées aux régions diffusées des galettes. On va maintenant décrire deux exemples de diffusion réalisés par la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. > EXEMPLE 1 Ï 15 Pendant la fabrication de transistors bipo laires n-p-n, les disques 1 peuvent comporter une couche épitaxiale de silicium de type n déposée sur un substrat en silicium à conductivité élevée de type n+ de 200 microns d'épaisseur. La couche épitaxiale a une résistivité de 0,5 20 ohm,cm et une épaisseur de 5P- « des parties de cette couche formant finalement une partie des régions de collecteur des transistors. Pour former des régions de base pour les transistors, les disques 1 sont masqués de façon appropriée à 25 l'aide d'une couche d'oxyde et l'on diffuse du bore par l'intermédiaire d'ouvertures pratiquées dans la couche d'oxyde, dans les parties de surface exposées de la couche épitaxiale. Une source appropriée est constituée par du nitrure de bore et environ 30 grammes de nitrure de bore peuvent être utilisés 30 dans le récipient 8. La température de diffusion est de 1000°C et le temps de diffusion, c'est-à-dire le temps pendant lequel les deux récipients 3 et 8 restent abouchés est de 30 minutes. Les régions de base de type p obtenues ont une résistance de couche de 80 ohms par carré et une concentration d'impureté 35 superficielle est de 10^ atomes/cm^. EXEMPLE 2 : De façon analogue pendant la fabrication de transistors au silicium p-n-p, des régions de base de type n 72 00756 6 2121734 sont formées par diffusion de phosphore dans une couche épitaxiale de type p ayant une résistivité de 1/2 ohm.cm. La température de diffusion est de 800°C et le temps de diffusion de 15 minutes. La région de base de type n obtenue 5 a une résistivité de 200 ohms par carré. La source utilisée est du nitrure de phosphore (P^N^) sous forme pulvérulente. De nombreuses variantes sont possibles dans le cadre de l'invention, ces variantes étant définies dans les revendications. En particulier des diffusions de bore 10 consistantes en vue de produire des régions de type p ayant une résistance de couche atteignant 1000 ohms par carré sont possibles. De telles régions peuvent former des résistances dans des circuits intégrés réalisés dans des corps semiconducteurs. On peut utiliser de nombreuses sources diffé-15 rentes selon le type de diffusion requis. Ces sources doivent cependant être séparées physiquement des disques. Toutefois du fait qu'il est souhaitable que la source soit maintenue à la même température que le corps semiconducteur pendant la diffusion, la source doit être du 20 type qui peut être utilisé aux températures élevées nécessaires pour la diffusion. 72 00756 7 2121734 REVENDICATIONS 1. Procédé de diffusion d'ime impureté à partir d'une phase vapeur dans un corps semiconducteur,caractérisé en ce que le corps semiconducteur et une source d'impureté 5 sont placés dans des récipients séparés à extrémité ouverte, récipients qui sont introduits séparément dans un four de diffusion et réunis par leurs extrémités ouvertes, de manière à former un conteneur fermé, le récipient contenant le corps semi-conducteur étant chauffé dans le four après 10 l'introduction dans celui-ci et avant la réunion à l'autre récipient, à une température située dans la région de la température de diffusion et utilisée par la suite, pendant une période suffisante en vue d'établir une température uniforme à travers le corps semiconducteur et la diffusion de 15 l'impureté étant effectuée dans le conteneur fermé formé après la connexion. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le récipient contenant la source d'impureté est introduit dans, le four et chauffé à une température 20 située dans la région de la température de diffusion avant la connexion au récipient contenant le corps semiconducteur. 3« Procédé selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier et le second récipient sont tubulaires et fermés à une extrémité, l'autre extrémité 25 étant plate, la réunion étant effectuée par'abouchement des extrémités étant plates. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un courant de gaz est maintenu dans le four et en ce que, avant introduction dans 30 celui-ci, et chauffage dans une zone de température élevée du four, au moins un des récipients à extrémité ouvertë est introduit dans une zone à basse température du four où elle est soumise pour un certain temps à l'action du courant de gaz. 35 5* Procédé selon l'une quelconque des reven dications 1 à 4, caractérisé en ce que le four comporte un tube et en ce que les récipients à extrémité ouverte sont introduits à une extrénité de ce tube. 6. Procédé selon les revendications 4 et 5, 40 caractérisé en ce que les récipients à extrémité ouverte 72 00756 8 2121734 sont introduits dans le four dans le sens opposé au courant de gaz et transférés de la zone à basse température vers la zone à température élevée dans le sens opposé audit courant de gaz.- 5 7» Erocédé selon l'une quelconque des reven dications 1 à 6, caractérisé en ce que le corps semiconducteur est en silicium. 8. Procédé selon la revendication 7, caracté-10 risé en ce que la source de diffusion est du nitrure de bore ou du nitrure de phosphore. 9. Corps semiconducteur dans lequel me impureté a été diffusée suivant procédé spécifié selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. N