FR1467105A - Procédé de fabrication d'une couche monocristalline de carbure de silicium - Google Patents
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Description
Procédé de fabrication d'une couche mono cristalline de carbure de silicium.
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une couche monocristalline de carbure de silicium, sur un support de silicium monocristallin servant de germe.
Dans la fabrication des éléments semi-conducteurs on sait que les couches monocristailines de carbure de silicium, comportant éventuellement des éléments de dopage, peuvent être obtenus par croissance épitaxique sur un support de carbure de silicium monocristallin servant de germe par réduction de SiCI4 et CCl4 par de l'hydrogène. Afin d'éliminer les défauts qui peuvent en résulter, et en particulier afin d'éviter la formation de produits de réaction nuisibles, un procédé de croissance épitaxique de SiC sur un germe de SiC a déjà été l'objet d'une proposition, procédé dans lequel des silanes et des hydrocarbures sont décomposés par pyrolyse au voisinage de la surface du germe, si bien que le carbure de silicium se sépare et se dépose sous forme monocristalline sur le germe.
Conformément à un autre procédé, il est également possible de produire de minces feuilles de carbure de silicium monocristallin. Suivant le procédé proposé on obtient une croissance épitaxique du carbure de silicium sur un support de silicium monocristallin à la suite de la décomposition par pyrolyse de silanes et d'hydrocarbures et de la dissolution du support de silicium dans de l'acide fluorhydrique ou chlorhydrique. Il existe pour ces feuilles de carbure de silicium de très nombreuses applications, en particulier pour des jauges de contrainte, par exemple dans le cas de commande à distance de réactions chimiques.
L'invention propose un procédé différent de fa-
nocristallin sur un support de silicium monocristallin servant de germe. Ce procédé se distingue des procédés connus par des conditions de travail moins critiques, une plus grande sécurité de fonctionnement, une plus grande simplicité et un élargissement des applications possibles.
Le procédé conforme à l'invention consiste à former du carbure de silicium à partir de carbone obtenu par la décomposition par pyrolyse d'hydrocarbures gazeux et de silicium provenant du support chauffé, le carbure de silicium monocristallin se formant au niveau de la surface de support de silicium.
On peut mettre avantageusement en u̇vre le procédé conforme à l'invention en formant le carbure de silicium, qui se dépose sous forme cristalline dans la région de la surface, à partir de carbone obtenu par décomposition par pyrolyse de propane (C3H8) au voisinage immédiat de la surface à recouvrir et de silicium provenant du support chauffé à une température de l'ordre de 1 100 à 1 300 [deg]C. On peut avantageusement accélérer la vitesse de croissance et agir sur elle en maintenant un vide compris entre 1 et 10- Torr dans le milieu de réaction au cours de la fabrication.
Grâce à ce procédé, il est possible d'obtenir une vitesse de croissance d'environ dix fois supérieure à celle des procédés antérieurs. Pour la formation de carbure de silicium polycristallin, il a par exemple été possible d'atteindre des vitesses de croissance de l'ordre de 100 microns par minute.
Le procédé conforme à l'invention présente encore un autre avantage, à savoir que les silanes et hydrocarbures, ainsi que les gaz porteurs des substances de dopages, sont aspirés dans la chambre de réaction par le vide établi. Il est donc possible d'éliminer les gaz porteurs inertes précédemment uti- lisés qui, comme toutes les substances utilisées doivent être extrêmement purs et augmentent par conséquent le prix de revient à la fabrication. Le procédé conforme à l'invention, dont on n'a pas encore parfaitement élucidé le processus physique fondamental, se distingue surtout par sa simplicité et la sécurité qu'il apporte, étant donné qu'il ne prévoit pas l'emploi du silane seul qui est instable et tend à une combustion spontanée dans certaines circonstances, lorsqu'il se trouve en contact avec l'oxygène.On avait toujours utilisé jusqu'ici un germe contenant également du carbure de silicium, parce qu'en général on ne peut obtenir de structure monocristalline que sur des surfaces cristallines de structure analogue ou compatible. Ce n'est que par le procédé de l'invention, dans lequel on produit du carbure de silicium monocristallin par croissance épitaxique sur un support de structure cristalline différente, qu'il est devenu possible de réa-
licium qui ne doit pas liée à une base. Après formation, de la manière indiquée, de la couche de carbure de silicium, il est en outre avantageux de mélanger un silane avec l'hydrocarbure. et de poursuivre la croissance épitaxique du carbure de silicium sur la couche de SiC, par décomposition du silane et de l'hydrocarbure. Il est possible de cette manière d'obtenir des couches monocristallines plus épaisses.Parmi un certain nombre de nouvelles applications possibles, le procédé conforme à l'invention convient tout particulièrement à la fabrication de minces couches protectrices sur les surfaces de silicium de circuits intégrés. A titre d'autre application intéressante, on peut citer la production de jauges, spécialement de jauges de contrainte et de jauges de température. Le carbure de silicium convient tout particulièrement dans ce dernier cas, en raison de ses propriétés mécaniques. de son point de fusion élevé, et de la large bande d'énergie comprise entre sa gamme de valence et sa gamme de conductivité. En raison de la résistance chimique du carbure de silicium lorsqu'il n'est pas lié, on peut produire ces jauges par refroidissement. puis dissolution de la base de silicium dans de l'acide fluorhydrique ou de l'acide chlorhydrique.
Le procédé conforme à l'invention va être décrit à titre d'exemple en se reportant au dessin annexé. Le vase de réaction 1 est en quartz. A l'intérieur de ce récipient, une mince plaque 4 de silicium monocristallin est fixée sur le bloc de graphite 2. Ce bloc de graphite 2 et, par conséquent, le germe 4. sont chauffés au moyen de la bobine d'induction 5 à une température comprise entre 1100 et 1 300 [deg]C. Le conduit 6 permet l'amenée du gaz propane C3H8 tandis que le conduit 8 aboutit à une pompe à air qui permet d'établir un vide compris entre 1 et 10-2 Torr. Le propane est décomposé par pyrolyse au voisinage immédiat de la surface du silicium. Les atomes de carbone ainsi obtenus se combinent avec les atomes de silicium du support et forment une couche monocristalline de carbure de silicium dans la région de la surface de la plaque de silicium 4.
On peut si c'est nécessaire, rendre plus épaisse la couche obtenue de cette manière et dont l'épaisseur est de l'ordre de 1 micron suivant les résultats obtenus jusqu'ici en introduisant un silane, par 'exemple du monosilane SiH4, par le conduit 7.
En raison de la décomposition du silane et du propane par pyrolyse, la couche de carbure de silicium continue sa croissance épitaxique jusqu'à ce que soit atteinte l'épaisseur désirée. Les valves 9 et 10 auxquelles sont associées les vis micrométriques 11 et 12 permettent la régulation de l'alimentation en gaz.
Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur le dessin les caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles, sans sortir pour autant du cadre de ladite invention.
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une couche monocristalline de carbure de silicium, sur un support de silicium monocristallin servant de germe.
Dans la fabrication des éléments semi-conducteurs on sait que les couches monocristailines de carbure de silicium, comportant éventuellement des éléments de dopage, peuvent être obtenus par croissance épitaxique sur un support de carbure de silicium monocristallin servant de germe par réduction de SiCI4 et CCl4 par de l'hydrogène. Afin d'éliminer les défauts qui peuvent en résulter, et en particulier afin d'éviter la formation de produits de réaction nuisibles, un procédé de croissance épitaxique de SiC sur un germe de SiC a déjà été l'objet d'une proposition, procédé dans lequel des silanes et des hydrocarbures sont décomposés par pyrolyse au voisinage de la surface du germe, si bien que le carbure de silicium se sépare et se dépose sous forme monocristalline sur le germe.
Conformément à un autre procédé, il est également possible de produire de minces feuilles de carbure de silicium monocristallin. Suivant le procédé proposé on obtient une croissance épitaxique du carbure de silicium sur un support de silicium monocristallin à la suite de la décomposition par pyrolyse de silanes et d'hydrocarbures et de la dissolution du support de silicium dans de l'acide fluorhydrique ou chlorhydrique. Il existe pour ces feuilles de carbure de silicium de très nombreuses applications, en particulier pour des jauges de contrainte, par exemple dans le cas de commande à distance de réactions chimiques.
L'invention propose un procédé différent de fa-
nocristallin sur un support de silicium monocristallin servant de germe. Ce procédé se distingue des procédés connus par des conditions de travail moins critiques, une plus grande sécurité de fonctionnement, une plus grande simplicité et un élargissement des applications possibles.
Le procédé conforme à l'invention consiste à former du carbure de silicium à partir de carbone obtenu par la décomposition par pyrolyse d'hydrocarbures gazeux et de silicium provenant du support chauffé, le carbure de silicium monocristallin se formant au niveau de la surface de support de silicium.
On peut mettre avantageusement en u̇vre le procédé conforme à l'invention en formant le carbure de silicium, qui se dépose sous forme cristalline dans la région de la surface, à partir de carbone obtenu par décomposition par pyrolyse de propane (C3H8) au voisinage immédiat de la surface à recouvrir et de silicium provenant du support chauffé à une température de l'ordre de 1 100 à 1 300 [deg]C. On peut avantageusement accélérer la vitesse de croissance et agir sur elle en maintenant un vide compris entre 1 et 10- Torr dans le milieu de réaction au cours de la fabrication.
Grâce à ce procédé, il est possible d'obtenir une vitesse de croissance d'environ dix fois supérieure à celle des procédés antérieurs. Pour la formation de carbure de silicium polycristallin, il a par exemple été possible d'atteindre des vitesses de croissance de l'ordre de 100 microns par minute.
Le procédé conforme à l'invention présente encore un autre avantage, à savoir que les silanes et hydrocarbures, ainsi que les gaz porteurs des substances de dopages, sont aspirés dans la chambre de réaction par le vide établi. Il est donc possible d'éliminer les gaz porteurs inertes précédemment uti- lisés qui, comme toutes les substances utilisées doivent être extrêmement purs et augmentent par conséquent le prix de revient à la fabrication. Le procédé conforme à l'invention, dont on n'a pas encore parfaitement élucidé le processus physique fondamental, se distingue surtout par sa simplicité et la sécurité qu'il apporte, étant donné qu'il ne prévoit pas l'emploi du silane seul qui est instable et tend à une combustion spontanée dans certaines circonstances, lorsqu'il se trouve en contact avec l'oxygène.On avait toujours utilisé jusqu'ici un germe contenant également du carbure de silicium, parce qu'en général on ne peut obtenir de structure monocristalline que sur des surfaces cristallines de structure analogue ou compatible. Ce n'est que par le procédé de l'invention, dans lequel on produit du carbure de silicium monocristallin par croissance épitaxique sur un support de structure cristalline différente, qu'il est devenu possible de réa-
licium qui ne doit pas liée à une base. Après formation, de la manière indiquée, de la couche de carbure de silicium, il est en outre avantageux de mélanger un silane avec l'hydrocarbure. et de poursuivre la croissance épitaxique du carbure de silicium sur la couche de SiC, par décomposition du silane et de l'hydrocarbure. Il est possible de cette manière d'obtenir des couches monocristallines plus épaisses.Parmi un certain nombre de nouvelles applications possibles, le procédé conforme à l'invention convient tout particulièrement à la fabrication de minces couches protectrices sur les surfaces de silicium de circuits intégrés. A titre d'autre application intéressante, on peut citer la production de jauges, spécialement de jauges de contrainte et de jauges de température. Le carbure de silicium convient tout particulièrement dans ce dernier cas, en raison de ses propriétés mécaniques. de son point de fusion élevé, et de la large bande d'énergie comprise entre sa gamme de valence et sa gamme de conductivité. En raison de la résistance chimique du carbure de silicium lorsqu'il n'est pas lié, on peut produire ces jauges par refroidissement. puis dissolution de la base de silicium dans de l'acide fluorhydrique ou de l'acide chlorhydrique.
Le procédé conforme à l'invention va être décrit à titre d'exemple en se reportant au dessin annexé. Le vase de réaction 1 est en quartz. A l'intérieur de ce récipient, une mince plaque 4 de silicium monocristallin est fixée sur le bloc de graphite 2. Ce bloc de graphite 2 et, par conséquent, le germe 4. sont chauffés au moyen de la bobine d'induction 5 à une température comprise entre 1100 et 1 300 [deg]C. Le conduit 6 permet l'amenée du gaz propane C3H8 tandis que le conduit 8 aboutit à une pompe à air qui permet d'établir un vide compris entre 1 et 10-2 Torr. Le propane est décomposé par pyrolyse au voisinage immédiat de la surface du silicium. Les atomes de carbone ainsi obtenus se combinent avec les atomes de silicium du support et forment une couche monocristalline de carbure de silicium dans la région de la surface de la plaque de silicium 4.
On peut si c'est nécessaire, rendre plus épaisse la couche obtenue de cette manière et dont l'épaisseur est de l'ordre de 1 micron suivant les résultats obtenus jusqu'ici en introduisant un silane, par 'exemple du monosilane SiH4, par le conduit 7.
En raison de la décomposition du silane et du propane par pyrolyse, la couche de carbure de silicium continue sa croissance épitaxique jusqu'à ce que soit atteinte l'épaisseur désirée. Les valves 9 et 10 auxquelles sont associées les vis micrométriques 11 et 12 permettent la régulation de l'alimentation en gaz.
Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur le dessin les caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles, sans sortir pour autant du cadre de ladite invention.
Claims (5)
1. Le carbone de silicium est obtenu à partir du carbone issu de la décomposition pyrolitique d'hydrocarbures gazeux, et du silicium provenant
du support de silicium ;
2. L'hydrocarbure .utilisé est le propane et la température est comprise entre 1100 et 1 300 [deg]C ;
3. Le vide maintenu dans la chambre de réaction varie entre 1 et 10-2 Torr;
4. Des courbes plus épaisses peuvent être obtenues en introduisant du silane avec le propane;
5. Des jauges peuvent ainsi être traduites après refroidissement par dissolution de la base de silicium dans de l'acide fluorhydrique ou de l'acide chlorhydrique.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DEJ0027053 | 1964-12-05 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR1467105A true FR1467105A (fr) | 1967-01-27 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR40394A Expired FR1467105A (fr) | 1964-12-05 | 1965-12-01 | Procédé de fabrication d'une couche monocristalline de carbure de silicium |
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| FR (1) | FR1467105A (fr) |
| GB (2) | GB1054518A (fr) |
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- GB GB1054518D patent/GB1054518A/en not_active Expired
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