Brevet FR2461028A1 — publié le 19810130

La présente invention concerne un creuset pour la technologie des semiconducteurs, destiné notamment à la production de cristaux de sili- cium et comprenant une partie extérieure en silice et un revêtement intérieur inséparables, ce dernier étant en silice synthétique. Le brevet de la République fédérale d'Allemagne nc 962 868 décrit des creusets de ce type. Ces creusets sont utilisés pour le tirage de monocristaux de silicium en particulier. Un creuset est constitué par deux parties inséparables. La partie extérieure du creuset est en quartz ultra-pur. Elle porte un revêtement intérieur en silice, obtenu par rectification de tétrachlorure de silicium, puis hydrolyse avec de l'eau ultra-pure.La masse gélatineuse ainsi obtenue est déposée sur la face intérieure de la partie extérieure, pour frittage vers 1200 à 1400 OC. Le revêtement intérieur du creuset ainsi cons- titué est poreux, ce qui présente le risque suivant: le matériau semiconducteur, destiné au tirage du monocristal, se fixe dans les pores et perturbe considérablement le processus d'étirage. Le déta- chement d'éclats du revêtement intérieur de la partie extérieure risque en outre de souiller le matériau semiconducteur fondu et de le rendre inutilisable. L'invention a pour objet un creuset pour la technologie des semiconducteurs, destiné notamment à la production de cristaux de silicium, présentant un revêtement intérieur d'un matériau très pur, sans porosité, lisse et résistant, et permettant une production éco- nomique avec toute épaisseur requise, suffisante pour l'application considérée du creuset. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le revête- ment intérieur est produit à partir de quartz cristallin synthétique et présente au moins une mince couche amorphe à partir de sa surface lisse libre. La partie extérieure du creuset est produite de préfé- rence à partir de grains de quartz naturel. Elle contient de nom- breuses petites bulles d'air. L'épaisseur du revêtement intérieur est comprise entre 5 et 60 %, et de préférence entre 20 et 30 % de l'épaisseur totale de la paroi du creuset. Des creusets, dans lesquels 1/10 au moins de l'épaisseur du revêtement intérieur se trouve à l'état amorphe, ont particulière- ment fait leurs preuves. Il est en outre apparu utile de réaliser le revêtement intérieur avec une épaisseur plus grande dans la région de la base du creuset que dans la région cylindrique voisine. Les creusets selon l'invention présentent l'avantage suivant le matériau semiconducteur fondu ne peut pas se fixer sur la paroi lisse du revêtement intérieur, contrairement au cas du revêtement intérieur poreux connu. Seul le revêtement intérieur est produit en quartz synthétique, la partie extérieure du creuset étant produite à partir de grains de quartz naturel. Le revêtement intérieur et la partie extérieure sont reliés de façon homogène sur leur interface, ce qui rend négligeable le risque d'écaillage du revêtement intérieur. Par suite de l'épaisseur relati- vement grande du revêtement intérieur, les creusets selon l'invention sont utilisables pour plusieurs cycles de production de cristaux semiconducteurs, contrairement aux creusets connus, qui ne comportent qu'un mince revêtement intérieur. L'invention a également pour objet un procédé pour la production du creuset. Ce procédé présente l'avantage de permettre la production du creuset selon l'invention en une seule opération. Il en résulte une réduction notable des cots et de l'énergie par rapport aux pro- cédés dans lesquels le revêtement intérieur est produit par un tr&i- tement ultérieur du creuset déjà fabriqué, d'o une main d'oeuvre plus importante. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous et des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est la coupe verticale d'un creuset; la figure 2 représente schématiquement, avec coupe verticale partielle, la production d'un creuset; et la figure 3 est la coupe verticale d'une autre forme de réalisation d'un creuset. La partie extérieure 1 du creuset est produite à partir de grains de quartz naturel. Elle est réunie de façon inséparable au revêtement intérieur 2, qui présente une couche amorphe 3. L'épaisseur minimale 246 1028 de cette dernière est égale à 1/10 de l'épaisseur du revêtement intérieur, qui est constante sur le fond et la partie cylindrique du creuset selon figure 1. La partie extérieure peut contenir de nombreuses petites bulles d'air, qui ne sont pas gênantes pendant l'utilisation du creuset par suite de la couche amorphe 3. Le creuset selon figure 3 diffère de celui selon figure 1 par une épaisseur du fond 2' du revêtement intérieur supérieure à celle de la partie cylindrique 2". Le procédé de production d'un creuset selon l'invention est décrit ciaprès à l'aide de la figure 2. Dans un moule 4 tournant autour de l'axe 6, comme l'indique la flèche 5, le tube 7 d'un dis- positif d'alimentation introduit d'abord des grains de quartz natu- rel, en le3déposant sur la paroi intérieure 9 du moule 4 sous forme d'une couche d'épaisseur régulière. Le tube de remplissage 7 se déplace lentement du fond du moule 4 sur sa partie cylindrique. Il convient de choisir une vitesse de rotation du moule 4 suffisamment élevée pour que les grains introduits ne tombent pas sur le fond, mais soient appliqués sur la face intérieure du moule par la force centrifuge. Lorsque le dépôt des grains 8 est terminé, et sans inter- ruption de la rotation du moule 4, le tube de remplissage 7 dépose de la même façon les grains Il de quartz cristallin synthétique sur les grains 8. Après cette opération et la rotation étant maintenue, la source de chauffage 13 est introduite dans le moule comme l'indi- que la flèche 12. L'espace intérieur du moule 4 est ainsi chauffé suffisamment pour que sa température dépasse les points de fusion des grains 11. Il en résulte une liaison homogène non seulement des divers grains 8 et Il mais aussi des deux types de grain sur leur interface, ce qui est probablement imputable à la structure cristal- line semblable des deux grains. La couche intérieure des grains 11, en regard de la source de chauffage, passe en outre & l'état amorphe avec une surface libre très lisse; elle constitue la couche 3 de la figure 1. Le choix de la vitesse d'introduction des grains, par variation par exemple de la vitesse de déplacement du tube de remplissage 7 dans le sens de la flèche 10, permet de faire varier l'épaisseur des couches de grains 8 et Il d'une façon quelconque souhaitée. Cette possibilité présente l'avantage de permettre une adaptation extréme- ment simple de l'épaisseur du revêtement intérieur notamment, aux exigences les plus diverses des procédés de la technologie des semi- S conducteurs. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement & titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. Revendications 1. Creuset pour la technologie des semiconducteurs, destiné notam- ment à la production de cristaux de silicium, comprenant une partie extérieure en silice et un revêtement intérieur inséparables, ce dernier étant un silice synthétique, et caractérisé en ce que le revêtement intérieur (2) est produit à partir de grains de quartz synthétique et présente au moins une mince couche amorphe (3) à partir de sa surface libre lisse. 2. Creuset selon revendication 1, caractérisé en ce que la partie extérieure (1) est produite à partir de grains de quartz naturel. 3. Creuset selon revendication 2, caractérisé en ce que la partie extérieure (1) contient de nombreuses petites bulles d'air. 4. Creuset selon revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'épaisseur du revêtement intérieur est comprise entre 5 et 60 % de l'épaisseur totale de la paroi du creuset. 5. Creuset selon revendication 4, caractérisé en ce que l'épaisseur du revêtement intérieur est comprise entre 20 et 30 % de l'épaisseur totale de la paroi du creuset. 6. Creuset selon une quelconque des revendications 1 à 5, caracté- risé en ce que l'épaisseur minimale de la couche amorphe (3) est égale à 1/10 de l'épaisseur du revêtement intérieur. 7. Creuset selon une quelconque des revendications 1 à 6, caracté- risé en ce que l'épaisseur du fond (2') est supérieure à celle de la partie cylindrique (2") du revêtement intérieur (2). 8. Procédé pour la production d'un creuset selon une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que dans un moule (4) rotatif sont introduits d'abord des grains de quartz cristallin naturel, dépo- sés en une couche (8) sur la paroi intérieure (9) du moule, puis des grains de quartz cristallin synthétique, déposés en une couche (11) sur la couche (8); et la rotation du moule (4) étant maintenue, un apport de chaleur réunit les deux couches de grains de façon insépa- rable et fait passer la couche (11) au moins-partiellement à l'état amorphe, à partir de sa surface libre. 9. Procédé selon revendication 8, caractérisé en ce que l'épaisseur du revêtement intérieur et/ou de la partie extérieure est ajustée par variation de la vitesse d'introduction des grains.