Brevet FR2540672A1 — publié le 19840810

Utilisation de getter en tube fermé. La présente invention se rapporte d'une manière générale aux semiconducteurs de puissance et elle concerne plus précisément les procé- dés de fabrication de dispositifs à semiconducteurs de puissance tels que, par exemple, les transistors, les redresseurs et les thyristors. L'utilisation de l'acide chlorhydrique, du trichloréthylène et du trichloréthane comme getter de durée de vie pendant la diffusion à tu- be ouvert, est bien connue On fait passer l'agent utilisé comme getter, sous forme de gaz, à travers le tube ouvert de diffusion après la diffu- sion finale. L'objet principal de la présente invention est de réduire la contamination du semiconducteur. La présente invention réside d'une façon générale en un procédé pour fabriquer des dispositifs à semiconducteurs de grande puissance en absorbant les impuretés au moyen d'un getter pendant la diffusion en tube fermé de pastilles de matériau semiconducteur, ce procédé comprenant les différents stades suivants: placement de pastilles d'un matériau semi- conducteur ayant un premier type de conductivité dans un tube avec une source d'au moins un matériau dopant approprié; scellement du tube 9 formation d'un vide dans ce tube; placement du tube scellé dans un four de diffusion pendant un temps prédéterminé et à une température prédéter- minée; sortie du tube de quartz du four de diffusion et sortie des pas- tilles du tube Ce procédé est caractérisé en ce qu'un composé chloré non métallique servant de getter est placé dans le tube avec la source dopan- te et les pastilles avant le scellement. La présente invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante faite en relation avec les dessins ci-joints, dans lesquels: -2- les figures 1 et 2 sont des vues en coupe longitudinale d'un tube de quartz chargé de pastilles, d'un dopant et d'un agent utilisé comme getter conformément aux enseignements de la présente invention. On se reportera à la figure 1 qui représente un tube de quartz du type généralement utilisé pour la réalisation de la diffusion en tube fermé de pastilles d'un matériau semiconducteur. Le tube 10 de quartz aura normalement un volume de un à deux litres. Un volume de 0,05 cm 3 à 0,5 cm 3 d'un composé chloré non métal- lique 12, qui servira de getter, est placé à l'intérieur du tube 10 de quartz Si le composé non métallique se trouve sous la forme d'un fluide, liquide ou gaz, il est enfermé dans un tube capillaire de quartz scellé. Si le composé chloré non métallique se présente -sous la forme d'un soli- de, il n'est pas nécessaire de l'enfermer dans un conteneur de quelque type que ce soit. L'acide chlorhydrique (concentré), le trichloréthylène, le tri- chloréthane, le chlorure de méthylène, le tétrachlorure de carbone et le trichlorométhane rés non métalliques qui peuvent être utilisés par la mise en pratique des enseignements de la présente invention, mais cette liste n'est pas limi- tative. On a obtenu des résultats particulièrement bons à l'aide du trichlorométhane. La quantité utilisée de getter est fonction du volume du tube 10 de quartz, et du nombre et des dimensions des pastilles de matériau semiconducteur qui doivent être diffusées à l'intérieur du tube 10 On utilise par exemple de 0,1 à 0,3 cm 3 de trichlorométhane dans un tube de quartz d'un litre lorsqu'on doit diffuser 200 pastilles de 50,8 mm ( 2 pouces) de diamètre. Une source appropriée 14 de diffusion est placée ensuite dans le tube 10 de quartz Cette source de diffusion peut se présenter sous la forme d'un métal dopant ou d'un composé métallique dopant La pureté du métal doit être comprise entre 99,9999 et 99,99999 % en poids Si on utilise un métal, on le choisira parmi le groupe formé par le gallium, l'aluminium et le bore L'oxyde borique B 203 constitue un exemple de composé approprié a l'utilisaticn comre agent dopant En outre, le compo- sé dopant pourrait être formé de poudre de silicium et d'un agent dopant. Ce dernier composé dopant est décrit dans le brevet américain N 04 317 680. La quantité utilisée de composé dopant est fonction du matériau à doper et de la densité désirée des atomes dopants Le calcul de la quantité de matériau dopant est bien connu de l'homme de l'art. Une nacelle 16 de graphite, contenant un certain nombre de pas- tilles 20 d'un matériau semiconducteur, de préférence le silicium, est placée ensuite dans le tube 10 de quartz. Un tube de quartz d'un volume de deux litres, contient généra- lement facilement 200 pastilles. Les positions relatives de l'agent 12 utilisé comme getter, du matériau dopant 14 et de la nacelle 16 de graphite contenant les pastil- les 20, à l'intérieur du tube 10 de quartz, ne sont pas importantes. L'agent servant de getter et le matériau dopant peuvent être contenus dans le même tube capillaire. On scelle ensuite le tube 10 de quartz par une soudure au verre d'un bouchon 22 dans l'extrémité ouverte 24. On crée ensuite, par pompage à travers l'ouverture 26, un vide -6 de 1 à 10 torrs dans le tube 10 de quartz et on remplit ensuite ce der- nier d'un gaz inerte tel que, par exemple, l'hélium ou l'argon, puis on scelle l'ouverture 26. La quantité de gaz inerte utilisée pour le remplissage du tube est fonction de la température à laquelle doit s'effectuer la diffusion. On se reportera maintenant à la figure 2 Si les pastilles 20 sont placées dans une gaine protectrice 30 de silicium, il n'est pas né- cessaire de remplir le tube 10 de quartz d'un gaz inerte après avoir créé un vide par pompage. On place ensuite le tube 10 de quartz dans un four de diffusion afin d'effectuer celle-ci. Comme il est bien connu de l'homme de l'art, le temps et la température de diffusion sont fonction de la conception du dispositif souhaité et du matériau de départ. On a placé deux cents pastilles de silicium de type n, de 50,8 mm ( 2 pouces) de diamètre et d'une résistivité de 200 ohms-cm +_ 10 %, dans un tube à quartz de deux litres et on a ajouté 0,3 cm 3 de -4 = trichloromiéthane et une quantité de métal aluminiwm d Iuune pureté de 99, 99999 %t en poids On a créé dans ce tube en quartz un vide de 10-6 torrs et on l'a rempli d'argon jusqu'à ce qu'on obtienne une pression de mm Hg On a ensuite chauffé le tube dans un four de diffusion pendant 34 heures à i 250 Co Dans chacune des pastilles s'était formée une région de type p avec une profondeur de jonction de 100 microns et une densité surfacique de i à 3 10 16 atomes/cm 3 - Quand le tube 10 de quartz est introduit dans le four de diffu- sion, le tube capillaire de quartz contenant l'agent servant de getter, se fissure sous l'effet de la chaleur et libère le getter. Après la diffusion, les pastilles sont sorties du tube 10 de quartz et attaquées avec une solution chimique composée en volume, par exemple, de sept parties d'acide nitrique, d'une partie d'acide fluorhy- drique et d'une partie d'acide acétique. Les produits résiduaires de l'attaque chimique et les déchets provenant du tube 10 de quartz révèlent la presence des impuretés suivan- tes: cuivre, fer, magnésium, argent, nickel et platine dont les quanti- tés varient de 1 à 100 ppm On pense que ces impuretés sont présentes, à l'origine, sur la surface du tube de quartz, sur la surface des pastil- les, dans l'air et dans le gaz inerte. Normalement, dans la pratique de l'art antérieur, l'utilisation de getter se fait après la diffusion suivante comme, par exemple, après la diffusion à tube ouvert d'un dopant de type N en vue de former un transistor ou un thyristor et les impuretés-qui ont été absorbées par ap- plication des enseignements de la présente invention auraient déjà conta- miné les pastilles de silicium. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réali- sation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. - REVENDICATIONS 1 Procédé pour fabriquer des dispositifs à semiconducteurs de grande puissance en absorbant les impuretés au moyen d'un getter pendant la diffusion en tube fermé de pastilles de matériau semiconducteur, com- prenant: le placement de pastilles d'un matériau semiconducteur ayant un premier type de conductivité dans un tube avec une source d'au moins un matériau dopant approprié; le scellement du tube; la formation d'un vide dans ce tube le placement du tube scellé dans un four de diffusion pendant un temps prédéterminé et à une température prédéterminée; la sortie du tube de quartz du four de diffusion et la sortie des pastilles du tube, ce procédé étant caractérisé en ce qu'un composé chloré non métallique servant de getter est placé dans le tube avec la source dopante et les pastilles préalablement au scellement. 2 Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les pastilles, la source dopante et le composé servant de getter sont placés dans un tube de quartz préalablement au scellement. 3 Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le tube de quartz est rempli d'un gaz inerte après qu'un vide a été créé dans ce tube. 4 Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le gaz inerte est un gaz choisi parmi un groupe comprenant l'argon et l'hé- lium. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que les pastilles de matériau semiconducteur sont placées à l'intérieur d'une gaine protectrice de silicium, elle-même in- troduite dans le tube de quartz. 6 Procédé suivant l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le composé chimique chloré non métallique est un composé choisi parmi un groupe comprenant l'acide chlorhydrique, le trichloréthylène, le trichloréthane, le chlorure de méthylène, le chloroforme et le tétrachlo- rure de carbone. 7 Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, -6 - caractérisé en ce que le composé chimique chloré non métallique est le chloroforme. 8 Procédé suivant l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que les pastilles sont attaquées chimiquement après leur sortie du tube.