Brevet FR2168398A1 — publié le 19730831

La présente invention se rapporte à un procédé pour la fabrication d'objets en une substance semiconductrice, pourvus d'ouvertures, par le dépôt d'une couche de la substance semiconductrice, à partir d'un composé gazeux de celle-ci introduit dans une enceinte réactionnelle, sur la surface d'un corps-support ou substrat chauffé à la température de décomposition dudit composé gazeux de la substance semiconductrice. Des ouvertures telles que fentes ou trous dans des objets en une substance semiconductrice peuvent être réalisées par voie mécanique. Mais étant donné qu'une substance semiconductrice en général est très cassante, ce mode opératoire est relativement long et coflteux. Dans la demande de brevet en République Fédérale d'dllemagne, publiée après examen sous le NO 1 805 970, on a décrit un procédé pour réaliser un corps creux en une substance semiconductrice, procédé dans lequel la substance semiconductrice est déposée, à partir d'un composé gazeux, sur la surface extérieure d'un corps-support ou substrat fait avec une matière résistant à la chaleur, le substrat étant ensuite dégagé sans destruction de la couche semiconductrice. Dans ce procédé on utilise un substrat constitué par du graphite, et qui est chauffé à la température de dépôt soit par voie inductive ou par passage direct du courant électrique.De cette manière on peut fabriquer des tubes de silicium pour réaliser une opération de diffusion, en utilisant comme composé de départ le silicochloroforme, à des températures de 1050 et 12500C, dans une atmosphère d'hydrogène, lesdits tubes présentant, par rapport aux ampoules en graphite connues, l'avantage d'une plus grande pureté. Le substrat, ou corps-support, nécessaire pour la réalisation du tube de silicium, et qui est avantageusement fait avec du graphite et se présente sous la forme d'un corps creux, est, après le dépôt de la couche de substance semiconductrice, brûlé par chauffage dans une atmosphère à teneur d'oxygène ou encore retiré ou dégagé. Dans la technique des semiconducteurs, il est souvent souhaitable de fabriquer avec une substance semiconductrice également d'autres objets que des tubes ou des ampoules de diffusion, et qui sont utilisés pendant la fabrication de composants. il peut s'agir de supports particuliers qui doivent être mis en oeuvre dans les opérations de diffusion, ou encore d'objets particuliers tels que par exemple des plaques de tamis ou des plaques de filtre utilisées lors de l'opération d'attaque chimique ou de décapage ou lors d'opérations de nettoyage. La présente invention concerne la fabrication de tels objets. Le procédé conforme à l'invention est essentiellement caractérisé par le fait que l'on utilise un corps-support ou substrat fait avec une matière résistant à la chaleur, pourvu d'ouvertures correspondantes présentant une profondeur égale au moins à 20% de la largeur des ouvertures, et que le substrat, après dépôt de la substance semiconductrice, est dégagé sans destruction de la couche de substance semiconductrice présentant une épaisseur suffisante. Si l'on opère avec une température de dépôt, à laquelle le dépôt sur la surface est maximum, cela conduit, en liaison avec le manque en mélange gazeux réactionnel qui règne dans les ouvertures ou dégagements, au fait qu'au fond et sur la plus grande partie des parois des ouvertures ou dégagements aucun dépôt de substance semiconductrice n'a lieu. Suivant un mode d'exécution de l'invention, on utilise comme corps-support ou substrat une plaque de graphite pourvue de perçages ou de fentes ou de gorges, la couche de substance semiconductrice n'étant déposée que sur une face de la plaque de graphite suivant une variante on utilise comme corps-support ou substrat un corps creux, plus particulièrement un tube pourvu de fentes ou de gorges ou encore d'ouvertures alignées suivant une droite parallèle à l'axe dudit tube. Suivant un autre mode d'exécution de l'objet de l'invention, le corps-support ou substrat est supprimé, après le dépôt de la couche de substance semiconductrice par,combustion dans une atmosphère contenant de l'oxygène. Une autre possibilité consiste à séparer ou dégager le corps-support ou substrat par voie mécanique. Avantageusement, le procédé suivant l'invention peut être mis en oeuvre à l'aide d'un dispositif qui est caractérisé par le fait qu'au moins deux corps-support ou substrats en carbone, par exemple en graphite, pourvus d'ouvertures ou dégagements, sont disposés verticalement dans une nacelle de réaction pourvue d'une admission et d'une évacuation pour le gaz, que, pour leur chauffage, lesdits substrats sont reliés entre eux, par leurs extrémités supérieures, à l'aide d'un pont conducteur, plus particulièrement en graphite, alors que les extrémités inférieures des substrats sont respectivement fixées à une électrode. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et représenté au dessin annexé différents modes d'exécution de l'objet de l'invention. La figure 1 est une coupe d'un dispositif pour le dépôt d'une couche d'une matière semiconductrice sur deux corpssupport accouplés et pourvus de perçages La figure 2 est une vue en plan d'une plaque perforée en une substance semiconductrice fabriquée suivant le procédé de l'invention La figure 3 représente une perspective d'une portion dtune plaque de silicium perforée (tube) La figure 4 représente une coupe d'un dispositif pour la fabrication de tubes de silicium perforés ou pourvus de fentes respectivement La figure 5 est une coupe à grande échelle suivant la ligne V-V de la figure 1, montrant un tube de silicium pourvu de fentes et aplati sur deux faces opposées, ledit tube étant susceptible d'être utilisé pour supporter des pastilles cristallines pour un procédé de diffusion La figure 6 représente une coupe longitudinale du dispositif suivant la figure 5 La figure 7 montre un détail de la figure 4. Le dispositif selon la figure I est constitué par une cloche en quartz 1, obturée dans le bas par une plaque de fond 2. La plaque de fond 2 comporte un tube d'admission 3 et un tube d'évacuation 4 pour lc gaz, tube d'admission par lequel on introduit dans la cloche le silicochloroforme prévu pour le dépôt, mélangé à un gaz porteur tel que par exemple l'hydrogène. A l'intérieur de l'enceinte réactionnelle constituée par la cloche de quartz 1, sont maintenues parallèlement entre elles et très proches l'une de l'autre, deux plaques de graphite 6 et 7 pourvues de perçages correspondants 5, lesdites plaques étant, pour leur chauffage, reliées électriquement entre elles, à leurs extrémités supérieures, au moyen d'un pont de graphite 8, alors que les extrémités inférieures des plaques de graphite 6 et 7 Jouant le rôle de corps-support ou substrats pour le dépôt, sont respectivement maintenues dans les électrodes 9 et 10. Les électrodes 9 et 10 qui passent à travers la plaque de fond 2, sont reliées à une source de tension non représentée au dessin. Grâce au montage Jumelé des deux plaques de support perforées 6 et 7, seul un dépôt extérieur peut s'opérer, étant donné que de la substance semiconductrice ne peut pas se déposer sur les faces intérieures, les deux plaques se chauffant mutuellement et se recouvrant mécaniquement. Les perçages prévus dans les plaques-support 6 et 7 peuvent également être remplacés par des gorges ou par des rainures ; ce qui importe c'est que les espaces intérieurs soient suffisamment étroits pour que de la substance semiconductrice ne puisse pas se déposer par manque en mélange gazeux réactionnel. De plus, un dépôt de substance semiconductrice dans les trous est rendu difficile par le fait que la température à la surface des corps-support est réglée de telle façon que la température à la surface se règle à environ 1150 à 12000C.La température dans les gorges est alors supérieure par exemple de 500C aux températures sus-indiquées, en raison du faible rayonnement thermique à l'intérieur des gorges. Par suite de cette température plus élevée, il stopère, en plus de la réaction de base, c'est-à-dire le dépôt de silicium, une réaction supplémentaire au cours de laquelle se forme du bichlorure de silicium SiC12 et du gaz chlorhydrique HCl. Cette réaction s'oppose au dépôt du silicium. Ainsi, on empoche avec certitude un dépbt de silicium à l'intérieur des gorges. La présence du pont en graphite 8 reliant entre elles les deux plaques-support 6 et 7 a pour conséquence un dép8t de substance qui est plus régulier que celui que l'on obtiendrait si l'on utilisait un conducteur intérieur. Pour fabriquer des plaques de silicium perforées (voir figure 2) susceptibles autre utilisées colle plaques de filtre ou plaques de tamis, les deux plaques-support 6 et 7 sont chauffées dans la nacelle de réaction à 1150 à 12000C (maximum pour le silicium), et l'on introduit dans la nacelle de réaction 1, par l'intermédiaire du tube d'admission 3, un mélange d'hydrogène et de silicochloraforme (SiHCl3). Pour un rapport molaire de par exemple 1:0,15 = hydrogène : SiHCl3,2on obtient, pour un débit de 5 l/cm2/h, un dépôt de 0,1 g Si/cm2/h. Pour une épaisseur de paroi de par exemple 2 mm, la durée de dépôt doit être de 4 à 5 heures.Si l'épaisseur souhaitée pour la couche est atteinte, les deux plaques-support portant les couches déposées sont refroidies pendant environ une demi-heure et elles sont ensuite brillées dans une atmosphère à teneur d'oxygène. La figure 2 montre une plaque de silicium 12 pourvue de perçages 11. La figure 3 montre, à grande échelle, une partie du dispositif 11, 12 réalisé selon le procédé de l'invention, avant la suppression du corps-support 6. Dans la figure 3, les mêmes éléments que ceux des figures 1 et 2 portent les mêmes chiffres de référence. Dans la figure 4 on a représenté un dispositif qui est similaire à celui de la figure ,. Ce dispositif est particulièrement approprié pour des corps-support creux pourvus de perçages, de fentes ou de gorges, et avec ce dispositif on peut fabriquer des tubes de silicium comportant des ouvertures ou des dégagements correspondants La référence 13 désigne un corps-support ayant la forme d'un tube de graphite pourvu de fentes ou de gorges 14 ; le corps-support 13 est relié, par l'intermédiaire d'un pont de graphite 8 électriquement conducteur, avec un autre tube de graphite 15 comportant sur sa surface des dégagements en forme de trous 16. Les autres références de la figure 4 désignent des éléments similaires à ceux du dispositif de la figure 1. La figure 5 représente en coupe un tube de silicium 17 aplati sur deux côtés opposés et réalisé avec un tel dispositif, ledit tube de silicium étant pourvu, sur ses deux côtés, de fentes 18. Le tube est garni de pastilles de silicium monocristallin 19, et il est utilisé pour une diffusion de substance de dopage. Dans la figure 6 on a représenté la même disposition en coupe longitudinale. Les mêmes références que celles de la figure 5 désignent les mêmes éléments. Dans la figure 7 on a représenté, à grande échelle, une partie du corps-support 13. Dans la figure 7, les éléments identiques à ceux de la figure 4 sont désignés par les mêmes références. La couche semiconductrice déposée sur le corpssupport 13 est désignée dans la figure par la référence 20. On voit que la plus grande partie de la fente ou gorge 14 n'est pas recouverte de substance semiconductrice. La couche semiconductrice 20 déposée ne pénètre que peu dans les gorges 14. La largeur des gorges ou fentes peut être par exemple de 2,5 mm et la profondeur de 2 mm. La largeur des nervures entre les gorges ou fentes 14 est de par exemple 1 mm. Si l'on dépose sur le corps-support 13 une couche de silicium de par exemple 1,5 mm d'épaisseur, la largeur des fentes ou gorges dans le tube de silicium se situe environ entre 1,5 et 2 mm. L'épaisseur de la couche de silicium entre les fentes ou gorges est d'environ 1 mm. Le procédé suivant l'invention n'est pas seulement utilisable pour des objets en une substance semiconductrice telle que le silicium, le germanium, le carbure de silicium ou des semiconducteurs alliés (AIIIBv, AIIBvI) à réaliser avec des perçages ou avec des fentes, mais il peut également être utilisé pour tout genre de formes dans lesquelles les ouvertures ou dégagements du corps-support ont la profondeur prescrite. Si le tube doit être réalisé par exemple avec du germanium, alors on utilise comme composé gazeux par exemple le tétrachlorure de germanium GeC14 et de l'hydrogène H2. Si le tube doit être fait avec du carbure de silicium, on utilise comme composé gazeux du trichlorométhylsilane SiCl3CH3 avec de l'hy- drogène. Pour un tube en nitrure de bore on utilise par exemple de l'hexachloroborazol B3N3Cl6 avec de l'hydrogène. Pour tous les cas sus-mentionnés, la température de la surface du corpssupport 5 doit correspondre à la température de dépôt maxima. Celle-ci est pour le tétrachlorure de germanium et pour l'hydrogène de 8500C, pour un rapport molaire d'environ 0,2: 1 et pour le cas du trichlorométhylsilane et hydrogène environ de 1450 C, pour un rapport molaire de 0,05 à 0,12 :1. Cela permet d'éviter à coup sflr le dépôt de la substance semiconductrice dans les fentes, gorges ou perçages. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la fabrication d'obJets en une substance semiconductrice, pourvus de dégagements tels que par exemple ouvertures, fentes ou gorges, par dépôt d'une couche d'une substance semiconductrice, à partir d'un composé gazeux de celle-ci introduit dans une nacelle de réaction, sur la surface d'un corps-support (substrat) chauffé à la température de décomposition d'un composé gazeux de la substance semiconductrice, caractérisé par le fait qu'il consiste à utiliser un corps-support fait avec une matière résistant à la chaleur et pourvu de dégagements correspondants dont les profondeurs sont au moins égales à 20% de leurs largeurs, et qu'après le dépôt de la substance semiconductrice, ledit corps-support est dégagé sans détruire la couche suffisamment épaisse de substance semiconductrice. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le corps-support est en graphite. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le corps-support est constitué par une plaque de graphite pourvue de trous ou de fentes et que la couche de substance semiconductrice n'est déposée que sur un côté de la plaque de graphite. 4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le corps-support est constitué par un corps creux, plus particulièrement par un tube pourvu de perçages, de fentes ou de gorges alignés suivant une droite parallèle à l'axe dudit corps creux. 5. Procédé suivant les revendications 1 à 4 prises dans leur ensemble, caractérisé par le fait que le corps-support est dégagé, après le dépôt de la couche de substance semiconductrice, par combustion dans une atmosphère à teneur d'oxygène. 6. Procédé suivant les revendications 1 à 4 prises dans leur ensemble, caractérisé par le fait que le corps-support est dégagé par voie mécanique. 7. Procédé suivant les revendications 1 à 4 prises dans leur ensemble, caractérisé par le fait que le corps-support est chauffé pour que la température de sa surface se situe à un niveau pour lequel le dépôt sur cette surface est maximum. 8. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé sui vant les revendications 1 à 4 prises dans leur ensemble, caractérisé par le fait qu'au moins deux corps-support pourvus de dégagements et faits avec du carbone, par exemple avec du graphite, sont disposés verticalement dans une nacelle réactionnelle pourvue d'une admission et d'une évacuation du gaz, que les corps-support sont reliés, pour leur chauffage, par leurs extrémités supérieures à l'aide d'un pont conducteur plus particulièrement en graphite et que les extrémités inférieures desdits corps-support sont respectivement maintenues dans une électrode. 9. A titre de produit industriel un tube de silicium ou une plaque de silicium pourvue de dégagements tels que perçages, fentes, gorges ou rainures, réalisé suivant le procédé conforme aux revendications 1 à 7 prises dans leur ensemble.