Brevet FR3060842A1 — publié le 20180622

METHODE DE FABRICATION D'UNE TRANCHE EN SILICIUM A JONCTION P-N ET TRANCHE EN SILICIUM A JONCTION P-N DOMAINE TECHNIQUE [1] La présente divulgation concerne une méthode de fabrication d'une tranche en silicium à jonction p-n et une tranche en silicium à jonction p-n. ARRIERE-PLAN [2] Un dispositif vertical est fabriqué en réalisant un procédé de dispositif sur une tranche en silicium à jonction p-n. Le document JP H09-213946 A (PTL 1) décrit une croissance épitaxiale en tant que méthode de fabrication d'une tranche en silicium à jonction p-n utilisée dans des dispositifs de puissance verticaux. Spécifiquement, une tranche en silicium à jonction p-n est obtenue par croissance épitaxiale, sur un substrat de support, d'une couche épitaxiale ayant un type de conductivité opposé à celui du substrat de support par dépôt chimique en phase vapeur ou similaire. Afin d'effectuer des opérations haute tension d'un dispositif de puissance vertical, il faut faire croître épitaxialement une couche épitaxiale ayant une épaisseur de 100 }on ou plus. [3] Le document JP H10-092702 A (PTL 2) décrit la technique suivante en tant que méthode de collage de tranches en silicium conjointement sous vide à température normale (ci-après désigné par « processus de collage sous vide à température normale »). Tout d'abord, une surface de chacune de deux tranches en silicium est soumise à un traitement d'activation réalisé par irradiation avec un faisceau d'atomes rapides d'argon sous vide à température normale, faisant ainsi de la surface de chaque substrat une surface activée. Les surfaces activées sont ensuite amenées en contact les unes avec les autres sous vide à température normale, collant de ce fait les deux tranches en silicium conjointement avec les surfaces activées en tant qu'interface collée. LISTE DE CITATIONS [4] Littérature brevet PTL 1 : JP H09-213946 A PTL 2 : JP H10-092702 A 3060842 2 RESUME [5] Toutefois, dans le processus de croissance épitaxiale selon PTL 1, former la couche épitaxiale avec une épaisseur de 100 Jim ou plus, prend beaucoup 5 de temps. Ainsi, le processus s'est avéré rencontrer des problèmes, par exemple, les tranches ne peuvent pas supporter une contrainte thermique pendant la croissance épitaxiale, aboutissant à du glissement, à la formation de dislocations, et à la diffusion de dopants situés dans le substrat de support vers l'intérieur de la couche épitaxiale. 10 [6] Pour aborder les problèmes précédents, les inventeurs ont envisagé de fabriquer une tranche en silicium à jonction p-n en utilisant le processus de collage sous vide à température normale selon PTL 2 au lieu du processus de croissance épitaxiale. Pour le processus de collage sous vide à température normale, typiquement, une seule surface de chacune des deux tranches en silicium est irradiée 15 avec de l'argon pour réaliser un traitement d'activation comme dans la technique décrite dans PTL 2. Sur ce, les inventeurs ont fabriqué une tranche en silicium à jonction p-n par la méthode suivante. Tout d'abord, une seule surface d'un substrat en silicium monocristallin de type p et une seule surface d'un substrat en silicium monocristallin de type n ont été irradiées sous vide à température normale avec des 20 ions argon produits en ionisant de l'argon dans une atmosphère de plasma, faisant ainsi de la seule surface de chaque substrat une surface activée. Les surfaces activées ont ensuite été amenées en contact les unes avec les autres sous vide à température normale, collant ainsi ensemble le substrat en silicium monocristallin de type p et le substrat en silicium monocristallin de type n avec les surfaces activées en tant 25 qu'interface collée. Ainsi, on a obtenu une tranche en silicium à jonction p-n. [7] Toutefois, lorsqu'une tension était appliquée à un dispositif de puissance vertical fabriqué à l'aide de la tranche en silicium à jonction p-n obtenue comme décrit ci-dessus, la fuite de courant n'était pas suffisamment réduite. Ainsi, nous avons trouvé qu'il y avait matière à amélioration. 30 [8] Au vu des problèmes précédents, il pourrait être utile de proposer une méthode de fabrication d'une tranche en silicium à jonction p-n par laquelle une tranche en silicium à jonction p-n permettant une réduction du courant de fuite dans un dispositif de puissance vertical puisse être fabriquée. Il pourrait également être 3060842 3 utile de proposer une tranche en silicium à jonction p-n permettant une réduction du courant de fuite dans un dispositif de puissance vertical. [9] En vue de relever le défi, les inventeurs se sont concentrés sur le voisinage de l'interface collée d'une tranche en silicium à jonction p-n constituant 5 une partie d'un dispositif de puissance vertical, et ont mené une analyse du voisinage de l'interface collée. Par suite, ils ont trouvé que le tir des ions argon était agrégé au voisinage de l'interface collée par traitement thermique inclus dans un procédé de dispositif pour former une pluralité de précipités en vrac, et que les précipités agissaient comme des sources de courant de fuite. 10 [10] Au vu de ce qui précède, les inventeurs ont envisagé un processus de collage sous vide à température normale, dans lequel des précipités formés en raison d'ions d'irradiation peuvent être réduits. Par suite, les inventeurs ont non seulement prévu que des ions hydrogène avaient l'effet d'activation, mais ont également prévu que puisque l'hydrogène est un élément léger, des atomes d'hydrogène formés par 15 combinaison d'ions hydrogène avec des électrons dans des substrats diffusaient à l'extérieur d'une tranche en silicium à jonction p-n en raison du traitement thermique inclus dans un procédé de dispositif. En se basant sur ces idées, les inventeurs ont trouvé que des précipités formés dans un dispositif de puissance vertical en raison d'ions d'irradiation pouvaient être réduits en utilisant des ions hydrogène au lieu des 20 ions argon pour les ions d'irradiation, et ont confirmé que cela pouvait significativement réduire le courant de fuite dans un dispositif de puissance vertical. [11] La présente divulgation est basée sur les résultats précédents, et présente les caractéristiques principales suivantes : [12] une méthode de fabrication d'une tranche en silicium à jonction p-n, 25 qui comprend une étape consistant à réaliser un traitement d'activation consistant à irradier une seule surface d'un substrat en silicium monocristallin de type p et une seule surface d'un substrat en silicium monocristallin de type n avec des ions hydrogène sous vide à température normale pour faire de la seule surface de chaque substrat une surface activée, et intégrer ultérieurement le substrat en silicium 30 monocristallin de type p et le substrat en silicium monocristallin de type n avec les surfaces activées en tant qu'interface collée en amenant les surfaces activées en contact l'une avec l'autre sous vide à température normale pour ainsi obtenir une tranche en silicium à jonction p-n. 3060842 4 [13] Selon des premiers modes de mise en oeuvre de l'invention, la méthode de fabrication d'une tranche en silicium à jonction p-n selon (1) ci-dessus, peut comprendre, avant le traitement d'activation, une étape consistant à former, sur une seule surface du substrat en silicium monocristallin de type p, une couche 5 épitaxiale en silicium de type n ayant une épaisseur de 50 p,m ou moins avec une concentration en dopant plus élevée qu'une concentration en dopant du substrat en silicium monocristallin de type n, [14] dans laquelle dans le traitement d'activation, une surface de la couche épitaxiale en silicium de type n au lieu de la seule surface du substrat en silicium 10 monocristallin de type p est irradiée avec des ions hydrogène sous vide à température normale pour faire de la surface de la couche épitaxiale en silicium de type n une surface activée. [15] (3) Selon des deuxièmes modes de mise en oeuvre de l'invention, la méthode de fabrication d'une tranche en silicium à jonction p-n selon (1) ci-dessus, 15 peut comprendre, avant le traitement d'activation, une étape consistant à former, sur une seule surface du substrat en silicium monocristallin de type n, une couche épitaxiale en silicium de type p ayant une épaisseur de 50 pm ou moins avec une concentration en dopant plus élevée qu'une concentration en dopant du substrat en silicium monocristallin de type p, 20 [16] dans laquelle dans le traitement d'activation, une surface de la couche épitaxiale en silicium de type p au lieu de la seule surface du substrat en silicium monocristallin de type n est irradiée avec des ions hydrogène sous vide à température normale pour faire de la surface de la couche épitaxiale en silicium de type p une surface activée. 25 [17] Les caractéristiques additionnelles supplémentaires (4) à (9) suivantes sont optionnelles : [18] (4) la méthode de fabrication d'une tranche en silicium à jonction p-n selon l'un quelconque de (1) à (3) ci-dessus, dans laquelle un dosage des ions hydrogène est de 1 x 1015 atomes/cm2 ou plus et 5 x 1017 atomes/cm2 ou moins. 30 [19] (5) La méthode de fabrication d'une tranche en silicium à jonction p-n selon l'un quelconque de (1) à (4) ci-dessus, dans laquelle un traitement thermique n'est pas réalisé sur la tranche en silicium à jonction p-n après obtention de la tranche en silicium à jonction p-n avant un procédé de dispositif. 3060842 5 [20] (6) La méthode de fabrication d'une tranche en silicium à jonction p-n selon l'un quelconque de (1) à (5) ci-dessus, dans laquelle une concentration en hydrogène dans l'interface collée est de 1,0 x 1018 atomes/cm3 ou plus et 1,0 x 1023 atomes/cm3 ou moins. 5 [21] (7) La méthode de fabrication d'une tranche en silicium à jonction p-n selon l'un quelconque de (1) à (6) ci-dessus, dans laquelle le substrat en silicium monocristallin de type p (10) et le substrat en silicium monocristallin de type n (20) sont des tranches en silicium qui ne contiennent pas d'agrégats de dislocation et de POC (particules d'origine cristalline). 10 [22] (8) La méthode de fabrication d'une tranche en silicium à jonction p-n selon l'un quelconque de (1) à (7) ci-dessus, dans laquelle le substrat en silicium monocristallin de type p (10) et le substrat en silicium monocristallin de type n (20) ont la même direction cristalline. [23] (9) La méthode de fabrication d'une tranche en silicium à jonction p-n 15 selon l'un quelconque de (1) à (8) ci-dessus, comprenant en outre une étape consistant à meuler et polir au moins un parmi le substrat en silicium monocristallin de type p (10) et le substrat en silicium monocristallin de type n (20) qui constituent la tranche en silicium à jonction p-n. [24] (10) L'invention propose également une tranche en silicium à 20 jonction p-n comprenant : [25] un substrat en silicium monocristallin de type p ; et [26] un substrat en- silicium monocristallin de type n en contact avec le substrat en silicium monocristallin de type p, [27] dans laquelle une concentration en hydrogène dans une interface entre 25 le substrat en silicium monocristallin de type p et le substrat en silicium monocristallin de type n est de 1,0 x 1018 atomes/cm3 ou plus et 1,0 x 1023 atomes/cm3 ou moins. [28] (11) En particulier pour les premiers modes de mise en oeuvre de l'invention, mais également éventuellement pour d'autres modes de mise en oeuvre, 30 la tranche en silicium à jonction p-n selon (10) ci-dessus, peut comprendre en outre, entre le substrat en silicium monocristallin de type p et le substrat en silicium monocristallin de type n, une couche épitaxiale en silicium de type n ayant une 3060842 6 épaisseur de 50 µm ou moins avec une concentration en dopant plus élevée qu'une concentration en dopant du substrat en silicium monocristallin de type n, [29] dans laquelle une concentration en hydrogène dans une interface entre le substrat en silicium monocristallin de type n et la couche épitaxiale en silicium de 5 type n au lieu de l'interface entre le substrat en silicium monocristallin de type p et le substrat en silicium monocristallin de type n est de 1,0 x 1018 atomes/cm3 ou plus et 1,0 x 1023 atomes/cm3 ou moins. [30] (12) En particulier pour les seconds modes de mise en oeuvre de l'invention, mais également éventuellement pour d'autres modes de mise en oeuvre, 10 la tranche en silicium à jonction p-n selon (10) ci-dessus, peut comprendre en outre, entre le substrat en silicium monocristallin de type p et le substrat en silicium monocristallin de type n, une couche épitaxiale en silicium de type p ayant une épaisseur de 50 µm ou moins avec une concentration en dopant plus élevée qu'une concentration en dopant du substrat en silicium monocristallin de type p, 15 [31] dans laquelle une concentration en hydrogène dans une interface entre le substrat en silicium monocristallin de type p et la couche épitaxiale en silicium de type p au lieu de l'interface entre le substrat en silicium monocristallin de type p et le substrat en silicium monocristallin de type n est de 1,0 x 1018 atomes/cm3 ou plus et 1,0 x 1023 atomes/cm3 ou moins. 20 [32] (13) Des caractéristiques supplémentaires facultatives peuvent être : [33] la tranche en silicium à jonction p-n selon l'un quelconque de (10) à (12) ci-dessus, dans laquelle le substrat en silicium monocristallin de type p (10) et le substrat en silicium monocristallin de type n (20) sont des tranches en silicium qui ne contiennent pas d'agrégats de dislocation et de POC (particules d'origine 25 cristalline). [34] (14) La tranche en silicium à jonction p-n selon l'un quelconque de (10) à (13) ci-dessus, dans laquelle le substrat en silicium monocristallin de type p (10) et le substrat en silicium monocristallin de type n (20) ont la même direction cristalline. 30 [35] La présente divulgation propose une tranche en silicium à jonction p-n permettant une réduction de courant de fuite dans un dispositif de puissance vertical. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES 3060842 7 [36] Sur les dessins annexés : La figure 1 est une vue en coupe schématique illustrant une méthode de fabrication d'une tranche en silicium à jonction p-n 100 selon un mode de réalisation 1 ; 5 la figure 2 est une vue en coupe schématique illustrant une méthode de fabrication d'une tranche en silicium à jonction p-n 200 selon un mode de réalisation 2 ; la figure 3 est une vue en coupe schématique d'un appareil utilisé dans le collage sous vide à température normale dans un mode de réalisation ; 10 la figure 4 est un diagramme illustrant le rapport du taux de traction par rapport au gradient de température dans l'interface solide-liquide et la répartition de défauts dans une section transversale d'un lingot en silicium monocristallin ; la figure 5A est une micrographie illustrant un résultat d'une observation par MET (microscopie électronique à transmission) en coupe d'une tranche en silicium à 15 jonction p-n de l'exemple ; la figure 5B est une micrographie illustrant un résultat d'une observation par MET (microscopie électronique à transmission) en coupe d'une tranche en silicium à jonction p-n de l'exemple comparatif ; et la figure 6 est une micrographie illustrant un résultat d'EDS (spectroscopie à 20 dispersion d'énergie) d'une tranche en silicium à jonction p-n de l'exemple comparatif. DESCRIPTION DETAILLEE [37] On décrira à présent en détail des modes de réalisation de la présente 25 divulgation en référence aux dessins. En principe, des composants identiques sont désignés par les mêmes références numériques, et leur description ne sera pas répétée. [38] (Méthode de fabrication d'une tranche en silicium à jonction p-n) On illustre une méthode de fabrication d'une tranche en silicium à jonction p- 30 n selon le mode de réalisation 1 sur la figure 1, et l'on en illustre un autre selon le mode de réalisation 2 sur la figure 2. [39] (Mode de réalisation 1) 3060842 8 On décrira une méthode de fabrication d'une tranche en silicium à jonction p-n selon le mode de réalisation 1 en référence à la figure 1. [40] Tout d'abord, en se référant à la figure 1, une seule surface d'un substrat en silicium monocristallin de type p 10 et une seule surface d'un substrat en 5 silicium monocristallin de type n 20 sont irradiées avec des ions hydrogène sous vide à température normale. Les surfaces du substrat sont amenées à devenir des surfaces activées 10A, 20A en raison de l'effet d'activation des ions hydrogène. Des liaisons pendantes que le silicium possède intrinsèquement apparaissent dans ces surfaces activées 10A, 20A. L'une des particularités caractéristiques de la présente 10 divulgation est que des ions hydrogène sont utilisés comme ions d'irradiation, et l'on décrira ci-dessous la signification technique de cette approche. [41] Ensuite, en se référant à la figure 1, ultérieurement au traitement d'activation, ci-dessus, les surfaces activées 10A, 20A sont amenées en contact les unes des autres sous vide à température normale. Cela permet à la force de collage 15 d'agir instantanément sur les surfaces activées 10A, 20A, pour que le substrat en silicium monocristallin de type p 10 et le substrat en silicium monocristallin de type n 20 soient solidement joints pour être intégrés avec les surfaces activées 10A, 20A en tant qu'interface collée, obtenant ainsi une tranche en silicium à jonction p-n. Ainsi, dans le processus de collage sous vide à température normale, deux substrats 20 sont instantanément et solidement collés à température normale. Cela supprime la diffusion de dopants dans le substrat en silicium monocristallin de type p 10 vers le substrat en silicium monocristallin de type n 20 et la diffusion de dopants dans le substrat en silicium monocristallin de type n 20 vers le substrat en silicium monocristallin de type p 10. En outre, contrairement à des méthodes classiques dans 25 lesquelles une tranche en silicium à jonction p-n est fabriquée par croissance d'une couche épitaxiale sur un substrat de support pendant longtemps, le processus de collage sous vide à température normale permet un collage instantané et ferme entre deux substrats, empêchant glissement et formation de dislocations. [42] En se référant à la figure 3, on décrira l'un des modes de réalisation 30 d'un appareil utilisé pour mettre en oeuvre les étapes- ci-dessus. Un appareil de collage sous vide à température normale 30 comporte une chambre de plasma 31, une admission de gaz 32, une pompe à vide 33, un dispositif d'application de tension par impulsion 34, et porte-tranches 35A, 35B. 3060842 9 [43] Tout d'abord, le substrat en silicium monocristallin de type p 10 et le substrat en silicium monocristallin de type n 20 sont placés et fixés sur les porte-tranches 35A, 35B dans la chambre de plasma 31, respectivement. Ensuite, la chambre de plasma 31 est dépressurisée à l'aide de la pompe à vide 33, et de 5 l'hydrogène qui est une source de gaz est introduit dans la chambre de plasma 31 par le biais de l'admission de gaz 32. [44] Ultérieurement, une tension négative est appliquée sous une forme pulsée aux porte-tranches 35A, 35B (et au substrat en silicium monocristallin de type p 10, au substrat en silicium monocristallin de type n 20) par le dispositif 10 d'application de tension par impulsion 34. Cela aboutit à la formation de plasma en raison de la décomposition du gaz source, et les ions hydrogène (14+) contenus dans le plasma formé sont accélérés et tirés sur le substrat en silicium monocristallin de type p 10 et le substrat en silicium monocristallin de type n 20. [45] On décrira en détail ci-dessous les conditions respectives de la 15 pression de chambre, de la tension par impulsion, et de la température du substrat. [46] La pression de chambre de la chambre de plasma 31 est de préférence fixée à 1 x 10-5 Pa ou moins. Lorsque la pression de chambre est fixée à 1 x le Pa ou moins, des éléments tels que le silicium qui sont éjectés du substrat en silicium monocristallin de type p 10 et du substrat en silicium monocristallin de type n 20 20 sont réattachés à la surface irradiée du substrat en silicium monocristallin de type p 10 et la surface irradiée du substrat en silicium monocristallin de type n 20, ce qui empêche une réduction du taux de formation de liaisons pendantes. [47] La tension par impulsions appliquée au substrat en silicium monocristallin de type p 10 et au substrat en silicium monocristallin de type n 20 est 25 fixée pour que l'énergie d'accélération des ions hydrogène (F+) tirés sur les surfaces des substrats soit de 50 eV ou plus et 3 keV ou moins. Lorsque la tension par impulsions est de 50 eV ou plus, des atomes de silicium dans les surfaces irradiées des substrats peuvent être pulvérisés cathodiquement par les ions hydrogène, tandis que lorsque la tension par impulsions est de 3 keV ou moins, on empêche les ions 30 hydrogène de s'implanter dans les substrats par le biais des surfaces des substrats. [48] Le dosage des ions hydrogène à tirer est de préférence de 1 x 1015 atomes/cm2 ou plus et 5 x 1017 atomes/cm2 ou moins. Un dosage de 1 x 1015 atomes/cm2 ou plus permet de former uniformément des liaisons pendantes 3060842 10 dans les surfaces du substrat, tandis qu'un dosage de 5 x 1017 atomes/cm2 ou moins permet de récupérer la cristallinité de couches endommagées décrites ci-dessous uniquement par un traitement thermique dans un procédé de dispositif. [o] La fréquence de la tension par impulsions est de préférence de 10 Hz 5 ou plus et de 10 kHz ou moins. Une fréquence de tension par impulsion de 10 Hz ou plus peut se conformer à une variation d'irradiation avec des ions hydrogène, aboutissant à une dose d'irradiation d'ion stable, tandis qu'une fréquence de 10 kHz ou moins permet une formation de plasma stable par décharge luminescente. [50] La largeur d'impulsion de la tension par impulsions est de préférence 10 de 1 us ou plus et de 10 ms ou moins. Lorsque la largeur d'impulsion est de 1 kts ou plus, les surfaces des substrats peuvent être stablement irradiées avec des ions hydrogène, tandis que lorsque la largeur d'impulsion est de 10 ms ou moins, un plasma est stablement formé par décharge luminescente. [51] Le substrat en silicium monocristallin de type p 10 et le substrat en 15 silicium monocristallin de type n 20 ne sont pas chauffés, et la température du substrat est une température normale (habituellement de 30 °C à 90 °C). [52] Le traitement d'activation ci-dessus peut être effectué en fixant adéquatement les conditions de la pression de chambre, de la tension par impulsion, et de la température de substrat comme décrit ci-dessus. Après cela, les porte- 20 tranches 35A, 35B sont rapprochés l'un de l'autre, amenant ainsi les surfaces activées en contact les unes des autres. Cela unit le substrat en silicium monocristallin de type p 10 et le substrat en silicium monocristallin de type n 20, ce qui permet d'obtenir une tranche en silicium à jonction p-n. [53] Après obtention de la tranche en silicium à jonction p-n, l'un du 25 substrat en silicium monocristallin de type p 10 et du substrat en silicium monocristallin de type n 20 qui constituent une tranche en silicium à jonction p-n peut être soumis plus avant à une étape de meulage et polissage. Ainsi, on peut obtenir une tranche en silicium à jonction p-n 100 ayant une épaisseur souhaitée. A noter que dans l'étape de meulage et polissage, toute méthode connue ou donnée 30 peut être adéquatement utilisée pour le meulage et le polissage. Des exemples spécifiques incluent le meulage de surface et le polissage de miroir. [54] La tranche en silicium à jonction p-n 100 ainsi obtenue est soumise à un procédé de dispositif incluant un traitement thermique à 600 °C ou plus pour 3060842 11 produire un dispositif de puissance vertical. Ici, dans ce mode de réalisation, le traitement thermique n'est pas réalisé après obtention de la tranche en silicium à jonction p-n 100 et avant le procédé de dispositif. En conséquence, la concentration en hydrogène dans l'interface collée de la tranche en silicium à jonction p-n 100 5 avant d'être soumise au procédé de dispositif est de 1,0 x 1018 atomes/cm3 ou plus et 1,0 x 1023 atomes/cm3 ou moins. A noter que le « procédé de dispositif» signifie ici un procédé de fabrication d'un dispositif semi-conducteur, par exemple, de formation de régions de source/drain dans une tranche en silicium à jonction p-n, et le procédé de fabrication inclut un traitement thermique de 600 °C ou plus. 10 [55] L'une des particularités caractéristiques de la présente divulgation est que des ions hydrogène sont utilisés comme ions d'irradiation. On décrira ci-dessous la signification technique de cette approche avec le fonctionnement et l'effet. [56] Typiquement, dans le processus de collage à température normale sous vide, une seule surface d'un substrat en silicium monocristallin de type p et une 15 seule surface d'un substrat en silicium monocristallin de type n sont activées par l'effet d'activation d'ions argon. Ainsi, des liaisons pendantes se forment sur une seule surface du substrat en silicium monocristallin de type p et une seule surface du substrat en silicium monocristallin de type n. Ici, les ions argon tirés sont agrégés par traitement thermique inclus dans un procédé de dispositif, et forment des précipités 20 en vrac au voisinage d'une interface collée dans la tranche en silicium à jonction p-n constituant une partie d'un dispositif de puissance vertical. Les précipités en vrac agiraient comme des sources de courant de fuite. [57] Par contraste, les inventeurs ont trouvé qu'un courant de fuite dans un dispositif de puissance vertical était significativement réduit en réalisant une 25 irradiation avec des ions hydrogène au lieu des ions argon. Les inventeurs considèrent que le fonctionnement et l'effet peuvent être les suivants. [58] Même lorsqu'une seule surface d'un substrat en silicium monocristallin de type p et une seule surface d'un substrat en silicium monocristallin de type n sont irradiées avec des ions hydrogène, le tir des ions hydrogène se 30 combine avec des électrons dans les substrats pour former de l'hydrogène (atomes). Avant de réaliser un procédé de dispositif sur la tranche en silicium à jonction p-n, l'hydrogène reste au voisinage de l'interface collée de la tranche en silicium à jonction p-n. 3060842 12 1591 Toutefois, puisque l'hydrogène est un élément léger contrairement à l'argon, l'hydrogène est diffusé vers l'extérieur par traitement thermique. Cette propriété est opposée à la propriété de l'argon qui est agrégé par traitement thermique et forme des précipités en vrac. Ici, la tranche en silicium à jonction p- 5 n 100 selon ce mode de réalisation est soumise à un procédé de dispositif dont le traitement thermique à 600 °C ou plus. Le traitement thermique dans un procédé de dispositif fonctionne également comme un traitement thermique pour faire diffuser de l'hydrogène vers l'extérieur, si bien que l'hydrogène laissé au voisinage de l'interface collée se libère de la tranche en silicium à jonction p-n 100 vers 10 l'atmosphère. Ainsi, on peut réduire la quantité d'hydrogène laissé dans le dispositif de puissance vertical résultant. Spécifiquement, selon ce mode de réalisation, comparé au cas où l'on réalise une irradiation avec des ions argon, la quantité de précipités dans le dispositif de puissance vertical résultant peut être réduite, si bien que le courant de fuite peut être significativement réduit dans le dispositif de 15 puissance vertical. 160] En outre, en plus du fonctionnement et de l'effet décrits ci-dessus, les fonctionnements et l'effet suivants peuvent de surcroît être atteints. Des couches endommagées sont formées au voisinage de l'interface collée dans la tranche en silicium à jonction p-n 100. Dans les couches endommagées, la cristallinité que le 20 substrat en silicium monocristallin de type p 10 et le substrat en silicium monocristallin de type n 20 possèdent intrinsèquement est interrompue en raison du traitement d'activation. Si les couches endommagées restent dans un dispositif de puissance vertical, un courant de fuite serait produit. Toutefois, puisque les ions hydrogène sont des ions d'élément léger, l'interruption de la cristallinité dans les 25 couches endommagées provoquée par l'irradiation d'ion est moindre que dans le cas où l'on réalise une irradiation avec des ions argon. En conséquence, la cristallinité interrompue peut être facilement réparée par le traitement thermique à 600 °C ou plus dans un procédé de dispositif pour récupérer la cristallinité intrinsèque, si bien que le courant de fuite provoqué par les couches endommagées peut être réduit dans 30 le dispositif de puissance vertical. En outre, dans ce mode de réalisation, le courant de fuite provoqué par les couches endommagées peut être réduit sans réaliser un traitement thermique additionnel pour recristallisation après obtention de la tranche 3060842 13 en silicium à jonction p-n 100 avant le procédé de dispositif ; en conséquence, on peut réduire le coût de production. [61] (Mode de réalisation 2) 5 On décrira une méthode de fabrication d'une tranche en silicium à jonction p- n selon un mode de réalisation 2 en référence à la figure 2. [62] En se référant à la figure 2, une couche épitaxiale en silicium de type n 12 d'une épaisseur de 50 p,m ou moins, qui a une concentration en dopant plus élevée que la concentration en dopant du substrat en silicium monocristallin de type 10 n 20- est formée sur une seule surface du substrat en silicium monocristallin de type p 10. Lorsque l'épaisseur de la couche épitaxiale en silicium de type n 12 dépasse 50 gin, la croissance épitaxiale prend du temps. En conséquence, la tranche ne peut pas supporter une contrainte thermique, ce qui aboutit, par exemple, à glissement, formation de dislocations, et diffusion de dopants dans le substrat en silicium 15 monocristallin de type p 10 à l'intérieur de la couche épitaxiale en silicium de type n 12. [63] La concentration en dopant du substrat en silicium monocristallin de type n 20 est de préférence de 8,4 x 1012 atomes/cm3 ou plus et de 9,0 x 1014 atomes/cm3 ou moins, et la concentration en dopant de la couche épitaxiale 20 en silicium de type n 12 est de préférence de 10 fois ou plus et 1 000 fois ou moins plus élevée que la concentration en dopant du substrat en silicium monocristallin de type n 20. Lorsque la concentration en dopant est de 10 fois, ou plus, plus élevée, la dilatation d'une couche d'appauvrissement devant être décrite ci-dessous dans une direction verticale peut être supprimée. Dans le même temps, lorsque la 25 concentration en dopant est 1 000 fois ou moins plus élevée, la concentration de champ électrique qui affecte les caractéristiques du dispositif peut être supprimée. [64] Une méthode connue ou donnée peut être adéquatement utilisée pour former la couche épitaxiale en silicium de type n 12 ; par exemple, on peut utiliser un appareil de croissance épitaxiale de traitement mono-tranche. 30 [651 Ensuite, en se référant à la figure 2, la surface de la couche épitaxiale en silicium de type n 12 et la seule surface du substrat en silicium monocristallin de type n 20 sont irradiées avec des ions hydrogène sous vide à température normale. L'effet d'activation des ions hydrogène fait de la surface de la couche épitaxiale en 3060842 14 silicium de type n 12 une surface activée 12A, et fait de la seule surface du substrat en silicium monocristallin de type n 20 une surface activée 20A. Des liaisons pendantes que le silicium possède intrinsèquement apparaissent dans ces surfaces activées 12A, 20A. 5 1661 Ensuite, en se référant à la figure 2, ultérieurement au traitement d'activation ci-dessus, les surfaces activées 12A, 20A sont amenées en contact les unes des autres sous vide à température normale. Cela permet à la force de collage d'agir instantanément sur les surfaces activées 12A, 20A, si bien que le substrat en silicium monocristallin de type p 10 et le substrat en silicium monocristallin de type 10 n 20 sont joints solidement pour être unis avec les surfaces activées 12A, 20A en tant qu'interface collée, obtenant de ce fait une tranche en silicium à jonction p-n. 167] Ici, des couches endommagées sont formées au voisinage de l'interface collée dans la tranche en silicium à jonction p-n. Dans les couches endommagées, la cristallinité que le substrat en silicium monocristallin de type n 20 15 et la couche épitaxiale en silicium de type n 12 possèdent intrinsèquement est interrompue en raison du traitement d'activation décrit ci-dessus. Ces couches endommagées sont également recristallisées par traitement thermique dans un procédé de dispositif comme dans le mode de réalisation 1. Par conséquent, un courant de fuite dû à ces couches endommagées peut être réduit dans un dispositif de 20 puissance vertical aussi dans le mode de réalisation 2. 168] Après obtention de la tranche en silicium à jonction p-n, l'un du substrat en silicium monocristallin de type p 10 et du substrat en silicium monocristallin de type n 20 qui constituent une tranche en silicium à jonction p-n peut être soumis plus avant à une étape de meulage et de polissage. Ainsi, une 25 tranche en silicium à jonction p-n 200 ayant une épaisseur souhaitée peut être obtenue. A noter que l'on peut utiliser une méthode similaire à celui décrit dans le mode de réalisation 1 dans l'étape de meulage et de polissage. 1691 On a décrit le mode de réalisation 2 ci-dessus en référence à la figure 2. Pour le fonctionnement et l'effet qui peuvent être obtenus par irradiation 30 avec des ions hydrogène dans le mode de réalisation 2, se référer à la description du mode de réalisation 1. On décrira en détail ci-dessous le fonctionnement et l'effet qui peuvent de surcroît être obtenus par le mode de réalisation 2. 3060842 15 [70] En se référant à la figure 2, dans le mode de réalisation 2, avant le traitement d'activation réalisé par irradiation avec des ions hydrogène, une couche épitaxiale en silicium de type n 12 est préalablement formée sur une seule surface du substrat en silicium monocristallin de type p 10, si bien que la jonction p-n peut être 5 déplacée depuis l'interface collée. La signification technique du déplacement de la jonction p-n depuis l'interface collée comme décrit ci-dessus et le fait d'amener la couche épitaxiale en silicium de type n 12 à avoir une concentration en dopant plus élevée que la concentration en dopant du substrat en silicium monocristallin de type n 20 sont décrits ci-dessous avec le fonctionnement et l'effet. 10 [71] Un dispositif de puissan_ce vertical est fabriqué en réalisant un procédé de dispositif sur la tranche en silicium à jonction p-n 200. Ce procédé de dispositif inclut un traitement thermique dans une atmosphère d'azote ou d'oxygène à 600 °C ou plus et 1 300 °C ou moins pendant 10 minutes ou plus et 20 heures ou moins. En outre, pendant le fonctionnement du dispositif, une haute tension de 500 V ou plus et 15 1 500 V ou moins est appliquée à la tranche en silicium à jonction p-n incluse dans le dispositif de puissance vertical. [72] Ici, la jonction p-n comporte une couche dite d'appauvrissement, qui est une région où des porteurs sont peu présents. La couche d'appauvrissement a la propriété de se dilater dans une direction verticale dans le dispositif de puissance 20 vertical lorsqu'elle est soumise à une tension. En outre, l'interface collée de la tranche en silicium à jonction p-n 200 présente des micro-défauts qui sont amenés à apparaître par un traitement thermique dans le procédé de dispositif, bien que les micro-défauts ne soient pas immédiatement visibles après fabrication de la tranche en silicium à jonction p-n. Lorsque la région ayant de tels micro-défauts se chevauche 25 avec la couche d'appauvrissement, un courant de fuite inverse est produit, ce qui affecte les caractéristiques du dispositif, telles que les caractéristiques de commutation d'une diode. 1731 Pour aborder ce problème, la jonction p-n est déplacée depuis l'interface collée, empêchant ainsi un chevauchement de la région ayant des micro- 30 défauts et la couche d'appauvrissement. En outre, lorsque la couche épitaxiale en silicium de type n 12 a une concentration en dopant plus élevée que la concentration en dopant du substrat en silicium monocristallin de type n 20, on peut empêcher la couche d'appauvrissement de se dilater dans une direction verticale même lorsqu'elle 3060842 16 est soumise à une haute tension pendant le fonctionnement du dispositif. Ainsi, on supprime le chevauchement de la région ayant des micro-défauts et la couche d'appauvrissement et l'on réduit le courant de fuite inverse, si bien que l'on améliore encore plus des caractéristiques du dispositif telles que des caractéristiques de 5 commutation d'une diode. [74] (Mode de réalisation 3) On décrira par la suite un mode de réalisation 3. Ce mode de réalisation est le même que le mode de réalisation 2, sauf que, dans l'étape de formation d'une couche 10 épitaxiale avant le traitement d'activation, le substrat en silicium monocristallin de type p est gardé tel quel, et une couche épitaxiale en silicium de type p ayant une concentration en dopant plus élevée que la concentration en dopant du substrat en silicium monocristallin de type p est formée sur une seule surface du substrat en silicium monocristallin de type n. Se référer à la description du mode de réalisation 2 15 pour la description détaillée. [75] (Substrat en silicium monocristallin de type p et substrat en silicium monocristallin de type n) [76] On décrit ci-dessous le substrat en silicium monocristallin de type 20 p 10 et le substrat en silicium monocristallin de type n 20 que l'on peut utiliser dans les modes de réalisation 1 à 3. [77] Une tranche en silicium monocristallin constituée d'un monocristal de silicium peut être utilisée pour le substrat en silicium monocristallin de type p 10 et le substrat en silicium monocristallin de type n 20. Comme la tranche en silicium 25 monocristallin, une galette d'un lingot en silicium monocristallin mis à croître par le processus de Czochralski (processus CZ) ou le processus de fusion à zone flottante (processus FZ), coupé avec un fil-scie ou similaire, peut être utilisée. Ici, lorsque les tranches en silicium à jonction p-n 100, 200 ayant une épaisseur souhaitée sont utilisées dans des dispositifs de puissance verticaux, si des défauts sont présents 30 dans une région quelconque d'une région de formation de dispositif dans une direction verticale, un courant de fuite apparaît à travers la jonction p-n en raison des défauts, ce qui affecte les caractéristiques du dispositif. En conséquence, en termes d'atteinte des meilleures caractéristiques du dispositif, le substrat en silicium 3060842 17 monocristallin de type p 10 et le substrat en silicium monocristallin de type n 20 sont de préférence constitués d'une tranche en silicium dépourvue d'agrégats de dislocation et de particules d'origine cristalline (POC). On décrira ci-dessous une méthode de fabrication d'une tranche en silicium dépourvue d'agrégats de 5 dislocation et de POC (particules d'origine cristalline) en référence à la figure 4. [78] Des méthodes typiques de fabrication d'un lingot en silicium monocristallin qui est une pièce de fabrication brute d'une tranche en silicium incluent le processus CZ. Dans une méthode de fabrication d'un lingot en silicium monocristallin en conformité avec la méthode CZ, un cristal de germe est plongé 10 dans une matière fondue de silicium fournie à un creuset en quartz, et le cristal de germe est tiré en haut tout en faisant tourner le creuset en quartz et le cristal de germe, ce qui permet de faire croître un lingot en silicium monocristallin sous le cristal de germe. [79] Le lingot en silicium monocristallin ainsi mis à croître est connu pour 15 avoir divers types de défauts de croissance qui constituent un problème dans un procédé de dispositif. Les exemples typiques des défauts incluent des agrégats de dislocation formés dans une région dans laquelle du silicium interstitiel est prédominant en raison de la croissance dans une condition de traction lente (ci-après désignée par « région I ») et des POC (particules d'origine cristalline) formées dans 20 une région où des trous sont prédominants en raison de la croissance dans une condition de traction rapide (ci-après désignée par « région V »). En outre, des défauts d'empilement induits par oxydation (OSF) ainsi nommés qui sont des failles répartis selon un motif semblable à une bague sont présents au voisinage de la frontière entre la région I et la région V. 25 [80] La répartition de ces défauts dans le lingot en silicium monocristallin mis à croître est connue pour dépendre de deux facteurs, c'est-à-dire, le taux de traction de cristal V et le gradient de température G de l'interface solide-liquide. La figure 4 est un diagramme illustrant la relation entre le rapport V/G du taux de traction V par rapport au gradient de température G de l'interface solide-liquide et la 30 région cristalline constituant le lingot en silicium monocristallin de silicium. Comme l'illustre la figure 4, dans le lingot de silicium monocristallin, lorsque V/G est élevé, une région de formation de POC (particules d'origine cristalline) 41 qui est une région cristalline où des POC (particules d'origine cristalline) sont détectées est 3060842 18 prédominante, tandis que lorsque V/G est faible, une région de noyaux OSF (défauts d'empilement induits par oxydation) potentielle 42 qui apparaît sous forme de région OSF (défauts d'empilement induits par oxydation) en bague lorsqu'elle est soumise à un certain traitement thermique d'oxydation est formée. Dans la région OSF (défauts 5 d'empilement induits par oxydation) 42, on ne détecte pas de POC (particules d'origine cristalline). Pour une tranche en silicium découpée à partir d'un lingot en silicium monocristallin mis à croître dans une condition de traction rapide, la tranche est surtout occupée par la région de formation de POC (particules d'origine cristalline) 41 ; ainsi, des POC (particules d'origine cristalline) sont formées 10 quasiment dans la zone entière dans la direction du diamètre cristallin. [81] En outre, une région favorisée par précipitation d'oxygène (ci-après désignée par « région Pv (1) ») 43 qui est une région cristalline où l'oxygène précipite facilement et à des POC (particules d'origine cristalline) ne sont pas détectées est formée à l'intérieur de la région de noyaux OSF (défauts d'empilement 15 induits par oxydation) potentielle 42. [82] Lorsque V/G est réduit, une région favorisée par précipitation d'oxygène (ci-après désignée par « région Pv (2) ») 44 qui est une région cristalline où des précipités d'oxygène sont présents et des POC (particules d'origine cristalline) ne sont pas détectées est formée à l'extérieur de la région de noyaux OSF (défauts 20 d'empilement induits par oxydation) potentielle 42. [83] Lorsque V/G est davantage réduit, une région à précipitation d'oxygène supprimée (ci-après désignée par « région Pi ») 45 qui est une région cristalline où l'oxygène précipite peu et des POC (particules d'origine cristalline) ne sont pas détectées est formée, et une région d'agrégat de dislocation 46 où des 25 agrégats de dislocation sont détectés est formée. [84] Selon le taux de traction, dans une tranche en silicium découpée à partir d'un lingot en silicium monocristallin ayant une telle répartition de défaut, des régions cristallines autres que la région de formation de POC (particules d'origine cristalline) 41 et la région d'agrégat de dislocation 46 sont des régions cristallines 30 habituellement considérées comme des régions dépourvues de défaut n'ayant aucun défaut, et une tranche en silicium découpée à partir d'un lingot en silicium monocristallin constitué par ces régions cristallines est une tranche en silicium dépourvue d'agrégats de dislocation et de POC (particules d'origine cristalline). Sur 3060842 19 ce, dans la présente divulgation, une tranche en silicium découpée à partir d'un lingot en silicium monocristallin constitué par l'une des régions cristallines autres que la région de formation de POC (particules d'origine cristalline) 41 et la région d'agrégat de dislocation 46, à savoir, la région de noyaux OSF (défauts 5 d'empilement induits par oxydation) potentielle 42, la région Pv (1) 43, la région Pv (2) 44, et la région à précipitation d'oxygène supprimée (région Pi) 45 ou l'une de leur combinaison est utilisée pour le substrat en silicium monocristallin de type p 10 et le substrat en silicium monocristallin de type n 20. 185] L'expression « tranche en silicium dépourvue de POC (particules 10 d'brigine cristalline) » se réfère ici à une tranche en silicium dans laquelle aucune POC (particules d'origine cristalline) n'est détectée par l'observation et l'évaluation décrites ci-dessous. Spécifiquement, une tranche en silicium découpée à partir d'un lingot en silicium monocristallin mise à croître par le processus CZ est tout d'abord nettoyée par SC-1 (à savoir, un nettoyage utilisant une solution mixte dans laquelle 15 de l'ammoniaque aqueux, une solution de peroxyde d'hydrogène, et de l'eau ultrapure sont mélangés dans le rapport de 1:1:15), et la surface de la tranche en silicium est soumise au nettoyage est observée et évaluée à l'aide d'un Surfscan SP-2 fabriqué par KLA-Tencor Corporation en tant qu'appareil d'inspection de défaut de surface, identifiant ainsi des défauts ponctuels légers (DPL) supposés être des 20 piqûres de surface. A ce propos, le mode d'observation est le mode oblique (mode d'incidence oblique), et les piqûres de surface sont examinées d'après le rapport des tailles mesurées en utilisant des canaux larges/étroits. Ainsi, des DPL (défauts ponctuels légers) identifiés sont déterminés comme étant des POC (particules d'origine cristalline) ou non à l'aide d'un microscope à force atomique (MFA). Une 25 tranche en silicium dans laquelle des POC (particules d'origine cristalline) ne sont pas observées par l'observation et l'évaluation est identifiée comme une « tranche en silicium dépourvue de POC (particules d'origine cristalline) ». 186] D'autre part, des agrégats de dislocation sont des défauts (boucles de dislocation) de grande taille (approximativement 10 1.t.m) formés comme un agrégat 30 de silicium interstitiel en excès. La présence d'agrégats de dislocation peut être facilement déterminée par observation visuelle par exemple en réalisant une gravure telle qu'une gravure Secco ou en les rendant visible par décoration de Cu. Lorsqu'une tranche en silicium contenant des agrégats de dislocation est utilisée, un 3060842 20 nombre de défauts (défauts d'empilement etc.) déclenchés par les agrégats de dislocation est formé dans le substrat en silicium monocristallin de type p 10 et le substrat en silicium monocristallin de type n 20, si bien qu'un courant de fuite apparaît à travers la jonction p-n en raison des défauts, ce qui affecte les 5 caractéristiques du dispositif. [87] Dans la croissance du lingot en silicium monocristallin ci-dessus, lorsque la concentration en oxygène est excessivement élevée, des défauts provoqués par des précipités d'oxygène sont formés facilement, et dans le cas d'une tranche constituée par des régions cristallines incluant la région de noyaux OSF (défauts 10 d'empilement induits par oxydation) potentielle 42, des liaisons pendantes peuvent ne pas se former en raison des défauts lorsqu'un traitement d'activation est réalisé. La réduction de la concentration en oxygène est une manière efficace d'empêcher cette situation, et spécifiquement, la concentration en oxygène est de préférence fixée à 6 x 1017 atomes/cm3 ou moins (norme ASTM F121-1979). En outre, en termes 15 d'atteinte d'une contrainte thermique d'une tranche, qui peut supporter un traitement thermique dans un procédé de dispositif, la concentration en oxygène est de préférence fixée à 1 x 1016 atomes/cm3 ou plus. [88] En outre, le substrat en silicium monocristallin de type p 10 et le substrat en silicium monocristallin de type n 20 ont de préférence la même direction 20 cristalline. Des exemples spécifiques des directions cristallines incluent et . Lorsque le substrat en silicium monocristallin de type p 10 et le substrat en silicium monocristallin de type n 20 ont des directions cristallines différentes, bien que le substrat en silicium monocristallin de type p 10 et le substrat en silicium monocristallin de type n 20 puissent être collés ensemble par le processus de collage 25 sous vide à température normale, le substrat en silicium monocristallin de type p 10 et le substrat en silicium monocristallin de type n 20 constituant une tranche en silicium à jonction p-n sont déplacés l'un par rapport à l'autre dans le traitement thermique ultérieur. Cela conduit à des micro-défauts dans l'interface collée de la tranche en silicium à jonction p-n, et un courant de fuite dû aux micro-défauts est 30 produit, ce qui affecte des caractéristiques du dispositif. [89] Des méthodes de fabrication d'une tranche en silicium à jonction p-n selon la présente divulgation ont été décrites à l'aide des modes de réalisation 1 à 3 comme exemples ; néanmoins, cette divulgation n'est pas limitée à ces modes de 3060842 21 réalisation, et des modifications peuvent être apportées si besoin sans s'écarter de la portée définie par les revendications. [90] (Tranche en silicium à jonction p-n) 5 Par la suite, on décrira des tranches en silicium à jonction p-n 100, 200 qui peuvent être obtenues par la méthode de fabrication ci-dessus en référence aux figures 1 et 2. [91] (Mode de réalisation 1) 10 En se référant à la figure 1, une tranche en silicium à jonction p-n 100 comporte un substrat en silicium monocristallin de type p 10 et un substrat en silicium monocristallin de type n-20 en contact avec le substrat en silicium monocristallin de type p 10. La concentration en hydrogène dans l'interface entre le substrat en silicium monocristallin de type p 10 et le substrat en silicium 15 monocristallin de type n 20 est de 1,0 x 1018 atomes/cm3 ou plus et 1,0 x 1023 atomes/cm3 ou moins. [92] Selon ce mode de réalisation, on peut réduire le courant de fuite dans un dispositif de puissance vertical. Se référer à la description ci-dessus pour en trouver la raison. 20 [93] (Mode de réalisation 2) En se référant à la figure 2, une tranche en silicium à jonction p-n 200 comporte un substrat en silicium monocristallin de type p 10 ; une couche épitaxiale en silicium de type n 12 avec une épaisseur de 50 um ou moins, qui est en contact 25 avec le substrat en silicium monocristallin de type p 10 et a une concentration en dopant plus élevée que la concentration en dopant d'un substrat en silicium monocristallin de type n 20 ; et le substrat en silicium monocristallin de type n 20 en contact avec la couche épitaxiale en silicium de type n 12. La concentration en hydrogène dans l'interface entre le substrat en silicium monocristallin de type n 20 et 30 la couche épitaxiale en silicium de type n 12 est de 1,0 x 1018 atomes/cm3 ou plus et 1,0 x 1023 atomes/cm3 ou moins. [94] Selon ce mode de réalisation, on peut réduire un courant de fuite dans un dispositif de puissance verticale, et l'on améliore des caractéristiques du dispositif 3060842 22 telles que des caractéristiques de commutation d'une diode. Se référer à la description ci-dessus pour en trouver la raison. [95] Le substrat en silicium monocristallin de type p 10 et le substrat en silicium monocristallin de type n 20 sont de préférence des tranches en silicium 5 dépourvues d'agrégats de dislocation et de POC (particules d'origine cristalline). En outre, le substrat en silicium monocristallin de type p 10 et le substrat en silicium monocristallin de type n 20 ont de préférence la même direction cristalline. Se référer à la description ci-dessus pour en trouver la raison. [96] Des tranches en silicium à jonction p-n selon la présente divulgation 10 ont été décrites à l'aide des modes de réalisation 1 et 2 comme exemples ; toutefois, la présente divulgation n'est pas limitée à ces modes de réalisation, et des modifications peuvent être apportées au besoin sans s'écarter de la portée définie par les revendications. [97] Par exemple, une tranche en silicium à jonction p-n peut comporter un 15 substrat en silicium monocristallin de type n ; une couche épitaxiale en silicium de type p d'une épaisseur de 50 }lm ou moins, qui est en contact avec le substrat en silicium monocristallin de type n et a une concentration en dopant plus élevée que la concentration en dopant d'un substrat en silicium monocristallin de type p ; et le substrat en silicium monocristallin de type p en contact avec la couche épitaxiale en 20 silicium de type p. A ce propos, la concentration en hydrogène dans l'interface entre le substrat en silicium monocristallin de type p et la couche épitaxiale en silicium de type p est de 1,0 x 1018 atomes/cm3 ou plus et 1,0 x 1023 atomes/cm3 ou moins. Pour le fonctionnement et l'effet de ce mode de réalisation, se référer à la description du mode de réalisation 2. 25 [98] (Exemple) En tant que substrat en silicium monocristallin de type p, on a préparé une tranche en silicium en découpant une tranche en silicium dépourvue d'agrégats de dislocation et de POC (particules d'origine cristalline) en régulant la valeur V/G par 30 une méthode connue si bien que la tranche en silicium n'incluait pas la région de formation de POC (particules d'origine cristalline) 41 et la région d'agrégat de dislocation 46 sur la figure 4. La tranche en silicium avait une direction cristalline : , diamètre : 200 mm, concentration en bore présent comme dopant : 3060842 23 4,4 x 1014 atomes/cm3, et concentration en oxygène (norme ASTM F121-1979) : 4,0 x 1017 atomes/cm3. En outre, en tant que substrat en silicium monocristallin de type n, on a préparé une tranche en silicium en découpant une tranche en silicium dépourvue d'agrégats de dislocation et de POC (particules d'origine cristalline) de 5 manière similaire. La tranche en silicium avait une direction cristalline : , diamètre : 200 mm, concentration en phosphore présent en tant que dopant : 1,4 x 1014 atomes/cm3, et concentration en oxygène (norme ASTM F121-1979) : 5,0 x 1017 atomes/cm3. [99] Ensuite, on a fabriqué une tranche en silicium à jonction p-n de 10 l'exemple en conformité avec la méthode illustrée sur la figure 1. Tout d'abord, on a produit un plasma en fournissant de l'hydrogène en tant que gaz source dans une chambre à vide de 25 °C et de moins de 1 x 10-5 Pa, et on a irradié une seule surface du substrat en silicium monocristallin de type p et une seule surface du substrat en silicium monocristallin de type n avec des ions hydrogène (H+) à une tension 15 d'accélération de 85 eV. Ici, on a fixé le dosage des ions hydrogène à 2 x 10'6 atomes/cm2. Ainsi, on a fait des surfaces des substrats des surfaces activées. Ultérieurement, on a amené les surfaces activées en contact les unes avec les autres sous vide à température normale, collant ainsi ensemble le substrat en silicium monocristallin de type p et le substrat en silicium monocristallin de type n. Ainsi, on 20 a obtenu une tranche en silicium à jonction p-n. [100] Ensuite, on a meulé et poli le substrat en silicium monocristallin de type p et le substrat en silicium monocristallin de type n constituant la tranche en silicium à jonction p-n obtenant ainsi une tranche en silicium à jonction p-n ayant une épaisseur de 725 gm, dans laquelle le substrat en silicium monocristallin de 25 type p avait une épaisseur de 100 gin, et le substrat en silicium monocristallin de type n avait une épaisseur de 625 gm_ La concentration en hydrogène dans l'interface collée de la tranche en silicium à jonction p-n était de 1 x 1021 atomes/cm3. [101] (Exemple comparatif) 30 On a fabriqué une tranche en silicium à jonction p-n par la même méthode que l'exemple sauf que l'on a produit un plasma en utilisant Ar comme gaz source, et on a soumis une seule surface d'un substrat en silicium monocristallin de type p et une seule surface d'un substrat en silicium monocristallin de type n à un traitement 3060842 24 d'activation par irradiation avec des ions argon (Ar+) à une tension d'accélération de 600 eV. [102] (Méthode d'évaluation) 5 Tout d'abord, on a soumis les tranches en silicium à jonction p-n selon l'exemple et l'exemple comparatif à un traitement thermique correspondant à un traitement thermique dans un procédé de dispositif. On a réalisé le traitement thermique dans les conditions d'une atmosphère d'azote, de 1 100 °C, et pendant 2 heures. Après cela, on a réalisé une mesure de fuite à la jonction p-n et une 10 observation par microscope électronique à transmission (MET) en coupe transversale pour l'exemple et l'exemple comparatif. En outre, on a également réalisé une spectrométrie à dispersion d'énergie (EDS) aux rayons X pour l'exemple comparatif [103] 15 Dans l'exemple et l'exemple comparatif, on a formé des électrodes pour mesurer la fuite à la jonction p-n sur les surfaces de la tranche en silicium à jonction p-n. Après cela, on a fixé la tension sur la surface du substrat en silicium monocristallin de type p à 0 V, et on a appliqué une tension de 500 V à la surface du substrat en silicium monocristallin de type n, réalisant ainsi une mesure de fuite à la 20 jonction p-n. A noter que 500 V correspond à la tension appliquée à la tranche en silicium à jonction p-n pendant le fonctionnement d'un dispositif (polarisation inverse). Les résultats de mesure sont présentés dans le tableau 1. [104] Ensuite, on a réalisé une observation par MET en coupe transversale sur une coupe transversale parallèle à la direction de la jonction p-n pour l'exemple et l'exemple comparatif Les résultats d'observation sont illustrés sur les figures 5A et 5B. 30 [105] Comme illustré sur la figure 5A, on n'observait aucun précipité au voisinage de l'interface collée dans l'exemple. Alors que comme l'illustre la figure 5B, on a 3060842 25 observé des précipités semblables à des points au voisinage de l'interface collée dans l'exemple comparatif. Sur ce, pour l'exemple comparatif, on a réalisé une analyse élémentaire sur les précipités par EDS (spectrométrie à dispersion d'énergie). Par suite, on a détecté de l'Ar au voisinage de l'interface collée comme illustré sur la 5 figure 6. A noter que la portion de couleur claire sur la figure 6 indique Ar. [106] Tableau 1 Classification Mesure de fuite à la jonction p-n Valeur de courant en polarisation inverse (A/cm2) Exemple 2,4 x 104° Exemple comparatif 2,6 x 10-6 [107] (Description des résultats d'évaluation) 10 Dans l'exemple comparatif, des précipités d'Ar étaient présents au voisinage de l'interface collée comme l'illustrent les figures 5B et 6. En conséquence, le courant de fuite n'était pas réduit dans un dispositif de puissance vertical comme présenté dans le tableau 1. D'autre part, dans l'exemple, aucun précipité d'hydrogène n'était présent au voisinage de l'interface collée comme l'illustre la figure 5A. A ce 15 propos, le courant de fuite était significativement réduit comme présenté dans le tableau 1. [108] APPLICABILITE INDUSTRIELLE La présente divulgation propose une tranche en silicium à jonction p-n 20 permettant une réduction du courant de fuite dans un dispositif de puissance vertical. REVENDICATIONS1. Méthode de fabrication d'une tranche en silicium à jonction p-n (100 ), comprenant une étape consistant à réaliser un traitement d'activation consistant à irradier une surface d'un substrat en silicium monocristallin de type p (10) et une surface d'un substrat en silicium monocristallin de type n (20) avec des ions hydrogène sous vide à température normale pour faire de la surface de chaque substrat une surface activée (10A, 20A ), et intégrer ultérieurement le substrat en silicium monocristallin de type p et le substrat en silicium monocristallin de type n avec les surfaces activées en tant qu'interface collée en amenant les surfaces activées en contact l'une avec l'autre sous vide à température normale pour ainsi obtenir une tranche en silicium à jonction p-n. 2. Méthode de fabrication d'une tranche en silicium à jonction p-n (200) selon la revendication 1, comprenant, avant le traitement d'activation, une étape consistant à former, sur une surface du substrat en silicium monocristallin de type p (10), une couche épitaxiale en silicium de type n (12) ayant une épaisseur de 50 um ou moins avec une concentration en dopant plus élevée qu'une concentration en dopant du substrat en silicium monocristallin de type n (20), dans laquelle dans le traitement d'activation, une surface de la couche épitaxiale en silicium de type n (12) au lieu de la surface du substrat en silicium monocristallin de type p (10) est irradiée avec des ions hydrogène sous vide à température normale pour faire de la surface de la couche épitaxiale en silicium de type n une surface activée (12A). 3. Méthode de fabrication d'une tranche en silicium à jonction p-n selon la revendication 1, comprenant, avant le traitement d'activation, une étape consistant à former, sur une surface du substrat en silicium monocristallin de type n (20), une couche épitaxiale en silicium de type p ayant une épaisseur de 50 um ou moins avec une concentration en dopant plus élevée qu'une concentration en dopant du substrat en silicium monocristallin de type p (10), dans laquelle dans le traitement d'activation, une surface de la couche épitaxiale en silicium de type p au lieu de la surface du substrat en silicium monocristallin de 3060842 27 type n (20) est irradiée avec des ions hydrogène sous vide à température normale pour faire de la surface de la couche épitaxiale en silicium de type p une surface activée. 5 4. Méthode de fabrication d'une tranche en silicium à jonction p-n (100 ; 200) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle un dosage des ions hydrogène est de 1 x 1015 atomes/cm2 ou plus et 5 x 10'7 atomes/cm2 ou moins. 5. Méthode de fabrication d'une tranche en silicium à jonction p-n (100 ; 200) selon 10 l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle un traitement thermique n'est pas réalisé sur la tranche en silicium à jonction p-n après obtention de la tranche en silicium à jonction p-n avant un procédé de dispositif. 6. Méthode de fabrication d'une tranche en silicium à jonction p-n (100 ; 200) selon 15 l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle une concentration en hydrogène dans l'interface collée est de 1,0 x 1018 atomes/cm3 ou plus et 1,0 x 1023 atomes/cm3 ou moins. 7. Méthode de fabrication d'une tranche en silicium à jonction p-n (100 ; 200) selon 20 l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle le substrat en silicium monocristallin de type p (10) et le substrat en silicium monocristallin de type n (20) sont des tranches en silicium qui ne contiennent pas d'agrégats de dislocation et de POC (particules d'origine cristalline). 25 8. Méthode de fabrication d'une tranche en silicium à jonction p-n (100 ; 200) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle le substrat en silicium monocristallin de type p (10) et le substrat en silicium monocristallin de type n (20) ont la même direction cristalline. 30 9. Méthode de fabrication d'une tranche en silicium à jonction p-n (100 ; 200) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant en outre une étape consistant à meuler et polir au moins un parmi le substrat en silicium monocristallin de 3060842 28 type p (10) et le substrat en silicium monocristallin de type n (20) qui constituent la tranche en silicium à jonction p-n. 10. Tranche en silicium à jonction p-n (100 ) comprenant : 5 un substrat en silicium monocristallin de type p (10) ; et un substrat en silicium monocristallin de type n (20) en contact avec le substrat en silicium monocristallin de type p (10), dans laquelle une concentration en hydrogène dans une interface entre le substrat en silicium monocristallin de type p (10) et le substrat en silicium monocristallin de 10 type n (20) est de 1,0 x 1018 atomes/cm3 ou plus et 1,0 x 1023 atomes/cm3 ou moins. 11. Tranche en silicium à jonction p-n (200) selon la revendication 10, comprenant en outre, entre le substrat en silicium monocristallin de type p (10) et le substrat en silicium monocristallin de type n (20), une couche épitaxiale en silicium de 15 type n (12) ayant une épaisseur de 50 pm ou moins avec une concentration en dopant plus élevée qu'une concentration en dopant du substrat en silicium monocristallin de type n, dans laquelle une concentration en hydrogène dans une interface entre le substrat en silicium monocristallin de type n (20) et la couche épitaxiale en silicium de 20 type n (12) au lieu de l'interface entre le substrat en silicium monocristallin de type p (10) et le substrat en silicium monocristallin de type n est de 1,0 x 1018 atomes/cm3 ou plus et 1,0 x 1023 atomes/cm3 ou moins. 12. Tranche en silicium à jonction p-n selon la revendication 10, comprenant en outre, 25 entre le substrat en silicium monocristallin de type p (10) et le substrat en silicium monocristallin de type n (20), une couche épitaxiale en silicium de type p ayant une épaisseur de 50 1.im ou moins avec une concentration en dopant plus élevée qu'une concentration en dopant du substrat en silicium monocristallin de type p, dans laquelle une concentration en hydrogène dans une interface entre le substrat en 30 silicium monocristallin de type p (10) et la couche épitaxiale en silicium de type p au lieu de l'interface entre le substrat en silicium monocristallin de type p et le substrat en silicium monocristallin de type n (20) est de 1,0 x 1018 atomes/cm3 ou plus et 1,0 x 1023 atomes/cm3 ou moins. 3060842 29 13. Tranche en silicium à jonction p-n (100 ; 200) selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, dans laquelle le substrat en silicium monocristallin de type p (10) et le substrat en silicium monocristallin de type n (20) sont des tranches 5 en silicium qui ne contiennent pas d'agrégats de dislocation et de POC (particules d'origine cristalline). 14. Tranche en silicium à jonction p-n (100 ; 200) selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, dans laquelle le substrat en silicium monocristallin de 10 type p (10) et le substrat en silicium monocristallin de type n (20) ont la même direction cristalline.