FR2497402A1 - Procede de fabrication de jonctions p-n par electromigration - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LA TECHNOLOGIE DES SEMI-CONDUCTEURS. LE PROCEDE DE L'INVENTION CONSISTE A REALISER DES JONCTIONS P-N PAR UN TRAITEMENT D'ELECTROMIGRATION QUI DEPLACE DES INCLUSIONS EN METAL LIQUIDE 1 DANS DES MATIERES SEMI-CONDUCTRICES 2. LE TRAITEMENT D'ELECTROMIGRATION UTILISE UNE FORCE D'ENTRAINEMENT PRODUITE PAR UN GRADIENT ELECTRIQUE ETABLI PAR DES ELECTRODES 3, 4 EN CONTACT AVEC LA MATIERE SEMI-CONDUCTRICE, A LA PLACE DE LA FORCE D'ENTRAINEMENT PAR GRADIENT THERMIQUE DU TRAITEMENT DE FUSION DE ZONE PAR GRADIENT THERMIQUE. APPLICATION A LA FABRICATION DE DIODES.

Description

La présente invention concerne de façon générale les jonctions P-N dans

les matières semiconductrices, et

elle porte plus particulièrement sur le procédé de réali-

sation de telles jonctions par électromigration.

Le traitement consistant à produire une migration

d'une inclusion en métal liquide dans un solide, en utili-

sant un gradient thermique, appelé Fusion de Zone par Gradient de Température (FZGT), a été inventé par Pfann et il est décrit par exemple dans son brevet U.S. 2 813 048. Dans le traitement de Pfann, on déplace des nappes ou des fils d'un liquide métallique approprié dans une matière semiconductrice, sous l'effet d'un gradient thermique. Au fur et à mesure que la migration du fil liquide progresse, elle laisse derrière elle une matière épitaxiale liquide dopée. Plusieurs chercheurs ont trouvé ultérieurement que la zone liquide plane était instable et que des gouttelettes de liquide se séparaient de la

zone et étaient emprisonnées dans la matière recristalli-

sée. Pour cette raison, la matière produite par le trai-

tement FZGT de Pfann était impropre à la fabrication de

dispositifs semiconducteurs.

Le traitement FZGT a cependant été développé récemment par Anthony et Cline pour donner un traitement

commercial viable pour produire des structures de jonc-

tion P-N dans des semiconducteurs, comme par exemple les grilles d'isolation décrites dans les brevets U.S. 3 979 230 et 3 998 662. Pour avoir de façon générale des renseignements détaillés sur le traitement FZGT développé

récemment, sur l'appareil òrrespondant et sur les dispo-

sitifs à jonction P-N ainsi produits, on pourra par exem-

ple se référer respectivement aux brevets U.S. 4 075 038

4 091 257 et 4 224 594.

On peut dire brièvement que dans la version com-

merciale du traitement FZGT, on place des tranches de semi-

conducteur entre un réseau de lampes à quartz à haute tem-

pérature refroidiespar air et un radiateur refroidi par eau. Le rayonnement infrarouge des lampes est absorbé et il est converti en chaleur par la surface des tranches qui fait face aux lampes. Cette chaleur traverse ensuite la tranche et elle est rayonnée à nouveau vers le radiateur

par la surface opposée de la tranche. Le gradient thermi-

que qui permet la mise en oeuvre du traitement FZGT est généré par le flux de chaleur à travers la tranche. Le brevet U.S. 4 221 956 décrit un appareil caractëristique

pour la mise en oeuvre commerciale du traitement FZGT.

L'invention consiste en un procédé pour réali-

ser la migration d'une ou plusieurs zones en fusion de matière semiconductrice riche en métal. c'est-à-dire des inclusions de métal liquide, dans un bloc récepteur solide de matière semiconductrice, dans le but de former dans ce bloc une ou plusieurs régiens de matière semiconductrice

recristallisée. Le procédé convient spécialement à la fa-

brication de dispositifs qui nécessitent une frontière abrupte, c'est-àdire une jonction, entre la matière du

bloc récepteur et la région adjacente de matière semicon-

ductrice recristallisée; en particulier si la zone en fu-

sion n'est soumise qu'à une migration partielle à travers le bloc et si la frontière abrupte doit être établie à

la limite entre la matière réceptrice et la matière recris-

tallisée dans la direction de migration.

Le procédé tire son utilité, sa stabilité et les possibilités de commande qu'il offre,de l'utilisation d'un gradient de potentiel électrique en tant que force d'entraînement pour la migration d'inclusions de métal

liquide, par opposition à la force d'entraînement par gra-

dient thermique du traitement de Fusion de Zone par Gradient de Température (FZGT). Du fait que les caractéristiques métallurgiques de la migration d'une inclusion de métal

liquide sont pratiquemen t les mêmes que la force d'entraî-

nement soit un gradient de potentiel électrique ou un gra-

dient thermique, on prévoit que le traitement d'électromi-

gration de l'invention soit capable de produire toutes les

configurations de jonctions P-N dans des cristaux semicon-

ducteurs que permet d'obtenir-le traitement FZGT.

De façon générale, les étapes de traitement de l'invention comprennent tout d'abord la sélection d'un bloc

de matière semiconductrice monocristalline. Le bloc sélec-

tionné doit avoir des première et seconde surfaces princi-

pales opposées, avec une zone de bord périphérique exté-

rieure reliant les première et seconde surfaces; une orien-

tation cristallographique préférée pour la première surface,

au moins; une direction cristallographique préférée prati-

quement perpendiculaire à la première surface; et, de plus,

un premier type de conductivité et une première résistivité.

On dépose ensuite au moins une masse de métal en contact avec le bloc. Le principe de dépôt de métal en

contact avec le bloc qui est envisagé ici englobe la situa-

tion dans laquelle le métal est situé entièrement à l'in-

térieur du bloc, c'est-à-dire qu'il n'est en contact avec aucune de ces surfaces, aussi bien que la situation dans laquelle le métal est situé sur une surface du bloc. La masse peut avoir une confi giration en forme de gouttelettes, ou bien une configuration linéaire ou en forme de grille plane. Si la masse de métal a une configuration linéaire,

l'axe longitudinal de la configuration linéaire est pra-

tiquement aligné avec une direction de fil cristallographi-

que pour le bloc et le métal qui doit être soumis à une migration. Si la masse de métal a une configuration en grille, les axes longitudinaux des éléments linéaires de la grille sont pratiquement alignés avec des directions de fils cristallographiques pour le bloc et le métal qui doit

être soumis à une migration. La masse de métal peut consis-

ter en un élément ou un alliage, conformément à ce qui est

nécessaire pour produire les caractéristiques physiques dé-

sirées, comme le type de conductivité et la résistivité, dans la région recristallisée ayant les propriétés d'un semiconducteur qu'on doit former dans le bloc récepteur. Si la masse de métal est déposée sur une surface libre, le dépôt est de préférence effectué par des moyens, tels que

l'évaporation par faisceau d'électrons dans le vide, qui pro-

duisent une masse de métal pratiquement exempte d'oxygène.

On place ensuite des électrodes en contact avec les premiè-

re et seconde surfaces.

On chauffe ensuite le bloc récepteur et la ou les

masses de métal déposées, à une température uniforme cons-

tante et élevée, suffisante pour former une ou plusieurs

zones en fusion, c'est-à-dire des inclusions de métal li-

quide, en matière semiconductrice riche en métal. On établit ensuite un gradient de potentiel électrique dans le bloc,

ou de part et d'autre de celui-ci, entre les électrodes.

On établit général eent le gradient de potentiel dans une

direction pratiquement parallèle à la direction cristallo-

graphique préférée. La direction dans laquelle les inclu-

sions effectuent une migration sous l'effet du gradient de potentiel électrique est déterminée par la nature du bloc

et du métal déposé, conformément aux principes de l'inven-

tion.

Ensuite, chaque zone en fusion en matière semi-

conductrice riche en métal est déplacée simultanément, c'est-à-dire soumise à une électromigration, dans le bloc solide de matière semiconductrice, ou à travers ce bloc,

sous l'effet de la force du gradient de potentiel électri-

que appliqué. On peut par exemple mettre en oeuvre le trai-

tement pour déplacer entièrement à travers le bloc une ou plusieurs zones en fusion, d'une première surface à une seconde surface. De plus, par exemple, on peut arrUter la zone en fusion entre les surfaces et imposer un gradient inverse pour déplacer la zone en fusion, de préférence en suivant le chemin initial, vers la première surface, ce qui laisse derrière cette zone une frontière abrupte entre la matière semiconductrice traitée et non traitée du bloc, en particulier dans la direction de migration. Le mouvement de chaque zone en fusion dans le bloc solide de matière

semiconductrice produit un e région de matière semiconductri-

ce recristallisée du bloc dans laquelle la matière déposée est en solution solide, c'est-à-dire qu'elle constitue un agent de dopage. La région ainsi produite a une aire de section transversale pratiquement uniforme et une seconde résistivité pratiquement uniforme dans toute la région, et elle peut avoir un type de conductivité différent de celui du semiconducteur récepteur, en fonction de la nature du

métal qui a été soumis à migration.

La suite de la description se réfère aux dessins

annexés qui représentent respectivement: Figure 1: une représentation schématique en coupe

d'une inclusion en métal liquide soumise à une électromi-

gration à l'intérieur d'un bloc de matière semiconductrice,

sous l'effet d'un gradient de potentiel électrique appliqué.

Figure 2: une représentation schématique en coupe

de deux inclusions de métal liquide de composition diffé-

rente, soumisesà une électromigration dans des directions opposées dans le même bloc de matière semiconductrice,

sous l'effet du même gradient de potentiel électrique appli-

que. Figure 3: une coupe schématique de l'appareil

utilisé pour l'électromigration.

Figure 3A une coupe schématique agrandie de

la région désignée par un cercle sur la figure 3.

Figure 4: un graphique des directions d'élec-

tromigration et de la vitesse d'électromigration divisée par le paramètre corresponcant au courant appliqué, pour huit types d'inclusions riches en métal soumises à une

électromigration dans du silicium, en fonction de la tem-

pérature d'électromigration.

Figure 5: un graphique de la vitesse d'électro-

migration divisée par le paramètre correspondant au cou-

*25 rant, en fonction de la température dtélectromigration,

pour des inclusions en métal liquide riches en argent sou-

mises à une électromigration dans du silicium.

Figure 6: un graphique de la vitesse d'électro-

migration divisée par le paramètre correspondant au cou-

rant, en fonction de la composition de l'alliage, pour

une série d'inclusions constituées par un alliage métalli-

que liquide argent-or, soumises à une électromigration

dans du silicium.

Figure 7: un graphique de l'énergie d'extraction

en fonction de la composition de l'alliage pour des allia-

ges or-argent.

Figure 8: une représentation schématique en coupe

d'une inclusion en métal liquide soumise à une électromigra-

tion dans un bloc de matière semiconductrice intrinsèque,

sous l'effet d'un gradient de potentiel électrique appli-

qué, en formant une traînée de matière semiconductrice recristallisée de type P. Figure 9: une repésenta-tion schématique en coupe du phénomène de déviation de courant qui résulte de

la formation d'une jonction redresseuse.

Figure 10: une représentation schématique en coupe de la formation de jonctions redresseuses du type

Schottky.

Figure Il: un graphique de la conductivité en fonction de la température pour du silicium intrinsèque

et une traînée dopée au gallium qui est formée par élec-

tromigration d'une inclusicn en métal liquide riche en

gallium.

Figure 12: une représentation schématique de

l'électromigration d'une couche mince.

On a découvert qu'une inclusion en métal liqui-

de 1 (voir la figure 1) dans un monocristal semiconducteur 2, qui est traversé par un courant électrique continu,

est soumise à une migration le long des lignes de circu-

lation du courant, soit vers l'anode 3, soit vers la

cathode 4. Le mouvement de l'inclusion liquide 1, indi-

qué par la flèche sur la figure 1 et les figures suivan-

tes, est produit par un flux d'atomes de semiconducteur

dissous qui traversent l'inclusion 1, ce flux étant in-

duit par le courant électrique qui traverse l'inclusion

liquide 1. Pour alimenter ce flux d'atomes de semiconduc-

teur, des atomes du semiconducteur 2 se dissolvent dans l'inclusion 1 au niveau de sa face avant 5, tandis que des atomes de semiconducteur dissous se déposent au niveau de sa face arrière 6. En ce qui concerne l'invention, la circulation du courant continu s'effectue de la cathode 4

vers l'anode 3, ce qui fait que la direction, c'est-à-

dire la polarité, du gradient de potentiel électrique dans

le bloc de semiconducteur 2 correspond également à la direc-

tion allant de la cathode 4 vers l'anode 3. L'inclusion 1 est située de préférence de façon à s'étendre le long de la

direction ou du chemin du gradient de potentiel électrique.

L'inclusion 1 est soumise, sous l'effet du gradient de

potentiel électrique, à une électromigration dirigée pra-

tiquement le long de ce chemin, vers la cathode 4 ou l'ano-

de 3.

Dans la traînée de semiconducteur déposé 7, der-

rière l'inclusion 1 soumise à l'électromigration, des traces du ou des métaux constituant l'inclusion 1 sont laisées en arrière jusqu'à la limite de solubilité solide du métal dans le semiconducteur cristallin 2. Si le métal

qui constitue l'inclusion 1 est un agent de dopage élec-

triquement actif pour le semiconducteur 2, la traînée de semiconducteur déposée 7 sera dopée avec le type N ou le

type P, en fonction de l'état de valence et de la concen-

tration de l'agent de dopage. Par l'électromigration d'une inclusion de métal liquide 1 de type P dans une matière semiconductrice 2 de type N, ou d'une inclusion de métal liquide de type N dans une matière semiconductrice

de type P, on peut former des jonctions P-N 8 dans le cris-

tal de semiconducteur 2. Du fait que les vitesses d'élec-

tromigration des inclusions de métaux liquides sont supé-

rieures de plusieurs ordres de grandeur aux coefficients

de diffusion à l'état solide des mêmes métaux, l'électro-

migration d'inclusions de métaux liquides constitue un moyen de formation de jonctions P-N dans des blocs de semiconducteur en quelques minutes au lieu de plusieurs jours.

Toutes les inclusions de métaux liquides ne ma-

nifestent pas une électromigration dans la même direction, dans une matière semiconductrice donnée, sous l'effet d'un gradient de potentiel électrique donné. Conformément à ce qu'on a découvert au cours de l'élaboration de l'invention et qui est représenté schématiquement sur la figure 2, une inclusion de métal liquide 9 du métal A ayant une énergie

d'extraction supérieure à 4,55 eV donne lieu à une électro-

migration vers l'anode 3, tandis qu'une inclusion de métal

liquide 10 du métal B ayant une énergie d'extraction infé-

rieure à 4,55 eV donne lieu simultanément à une électromigra-

tion vers la cathode 4, dans le silicium. Le tableau en

annexe montre, en partie, les directions d'électromigra-

tion de 9 métaux dans le silicium et leurs énergies d'ex-

traction. Le tableau en annexe a été établi à partir de

données obtenues au cours ce l'élaboration de l'invention.

Pour obtenir les données, on a employé l'appareil d'élec-

tromigration 20 qui est représenté schématiquement sur la

figure 3 et un four de diffusion classique (non représenté).

L'appareil 20 comprend deux tiges de molybdène 11, de 6,3 mm de diamètre, qui sont supportées à deux emplacements par des éléments rapportés cylindriques en céramique, 12, qui ont 5,1 cm de diamètre et 7,6 cm de longueur. Pour donner une structure rigide, les tiges de molybdène 11

placées dans leurs supports en céramique 12 sont introdui-

tes dans un tube en acier inoxydable 13 qui mesure 5,1 cm de diamètre intérieur et 51 cm de longueur et qui a une épaisseur de paroi de 3,2 mm. Pour établir un support

supplémentaire, les tiges de molybdène 11 sont fixées au-

delà de la zone du tube d'acier inoxydable 13 par une bride 14 qui est constituée par une matière rigide non conductrice de l'électricité et inerte. En considérant

maintenant la figure 3A, on note que des tiges de molyb-

dène remplaçables 15, mesurant 3,2 mm de diamètresont

utilisées en tant que contacts d9électrode sur un échan-

tillon de silicium 16. Des ressorts en tungstène 17 appli-

quent une pression de contact entre les électrodes en molybdène 15 et l'échantillon de silicium 16, pendant

toutes les expériences d'électromigration à haute tempé-

rature accomplies au cours de l'élaboration de l'invention.

Un morceau de céramique 18 assure l'isolation électrique

entre les ressorts 17.

Des échantillons 16 mesurant 4 cm x 1 cm x 1 cm ont été découpés dans un lingot de silicium de type N de

10 ohm.cm. La grande dimension des échantillons rectangu-

laires 16 est parallèle à la direction <111 >. La face

supérieure et les faces latérales sont respectivement per-

pendiculaires aux directions 4110;0 et < 112 >. Deux trous ont été percés par ultrasons à partir de la face supérieure

(110) de l'échantillon 16, jusqu'à mi-chemin dans l'échan-

tillon 16. Comme le montre la figure 3A, les trous sont disposés symétriquement à 1,5 cm des extrémités opposées de l'échantillon 16. Le pl î grand trou 19, de 2 mm de dia-

mètre, est utilisé en tant que trou de thermocouple, tan-

dis que le plus petit trou 21, de 0,75 mm de diamètre, est

utilisé en tant que cavité d'inclusion. Les surfaces su-

périeure et latérale de l'échantillon 16 sont polies avec une finition de 1 pim, et des lignes faisant fonction de

repères sont tracées sur les surfaces supérieure et laté-

rales avec une pointe en diamant pour permettre d'observer

la progression de l'électrcmigration en utilisant la micros-

copie infrarouge par transmission. On introduit dans le plus petit trou 21 un fil de métal de 0,70 mm de diamètre qu'on désire soumettre à la migration. On place ensuite l'échantillon 16 dans un four de recuit (non représenté) en faisant circuler du H2 à 11000C pendant trois heures, pour former la solution de semiconducteur riche en métal qu'on soumettra ensuite à une électromigration sous la forme d'une inclusion de métal liquide. On refroidit ensuite

l'échantillon 16 et on l'extrait du four de recuit.

Dans l'étude des paramètres d'électromigration, on introduit dans le four de diffusion (non représenté) l'extrémité de l'appareil 20 qui maintient l'échantillon

16 et environ la moitié de la longueur du tube d'acier ino-

xydable 13, et on chauffe jusqu'à la température d'électro-

migration. On utilise une circulation de 95% N2 + 5% H2 pour éviter l'oxydation de l'appareil 20. Après obtention de l'équilibre de température, on fait circuler un courant continu constant de 3 à 30A dans l'échantillon de silicium

16, pendant des durées allant de 20 à 240 heures. On uti-

lise des températures fixes de 4000C à 11000C et on contrb-

le ces températures en permanence avec un thermocouple

chromel-alumel introduit dans le trou de thermocouple 19.

Après électromigration, on retire l'appareil 20 du four de

diffusion et on le laisse refroidir. On retire l'échantil-

lon 16 et on effectue des micrographies par transmission dans l'infrarouge pour déterminer le mouvement de l'inclusion

liquide riche en métal dans l'échantillon de silicium 16.

Les mesures du déplacement de l'inclusion sont effectuées sur les micrographies, par référence aux lignes de repère tracées avec une pointe en diamant sur la surface de l'échantillon. Les courants sont fournis par une z mentation continue à courant constant Hewilett-Packard 6269B (non

représentée). Une alimentation a courant constant est né-

cessaire du fait de la variation abrupte de la résistivité

de l'échantillon de silicium 16 en fonction de la tempéra-

ture. Selon la température d'électromigration, l'alimenta-

tion nécessite une chute de tension d'environ! à 6 V pour

faire circuler les courants continus allant respective-

ment de 3 à 30A qui ont été utilisés au cours de l'élabo-

ration de l'invention. La majeure partie de la chute de tension se produit à divers points de contact électrique dans le circuit et non dans l'échantillon de silicium 16 lui-même.

Le chauffage de l'échantillon jusqu'à la tempé-

rature d'électromigration sélectionnée à l'avance peut être effectué par effet Joule, par une source de chaleur

externe telle qu'un four, ou par une combinaison des deux.

Le chauffage par effet Joule est le plus simple et il pro-

cure finalement les vitesses d'électromigration les plus rapides, mais c'est le plus difficile à maîtriser, du fait que le potentiel appliqué produit à la fois le chauffage par effet Joule et le potentiel d'électromigration. Le

chauffage externe avec l'utilisation du gradient de poten-

tiel pour commander le mouvement de la zone offre la meil-

leure maîtrise et convient parfaitement pour la fabrication de jonctions du type "entrée et sortie", ayant une faible profondeur sous la surface à partir de laquelle elles ont

été soumises à migration.

On a découvert que, de façon générale, les vites-

ses d'électromigration des inclusions riches en métal sont une fonction linéaire de la densité de courant, aussi bien lorsque la migratio m des inclusions s'effectue vers l'anode que lorsqu'elle s'effectue vers la cathode, sur une plage de densités de courant allant de 3 à 30A/cm2. On a ainsi découvert que l'électromigration progresse à des vitesses similaires à celles qu'cn trouve en migration thermique pour des niveaux de courant relativement faibles, de l'or- dre de 5A/cm2, lorsque les deux traitements sont accomplis à la même température nominale. La figure 4 montre les

directions d'électromigration et les vitesses d'électromi-

gration divisées par le paramètre de courant pour les huit types d'inclusions liquides riches en métal, soumises à une électromigration dans le silicium, en fonction de la

température d'électromigration.

Les inclusions riches en métal sont théoriquement capables d'effectuer une électromigration sur la totalité

de la plage de température limitée par la température eutec-

tique métal-semiconducteur et par le point de fusion du

* semiconducteur. La vitesse d'électromigration de l'inclu-

sion divisée par l e courant, pour les inclusions en métal liquide, suit une foittion d'Arrhenius de la température: VI o ex( RT (1) comme le montre de façon c aactéristique la figure 5 pour

des inclusions riches en argent soumises à une électromi-

gration dans le silicium. Dans l'équation (1), V est la vitesse d'électromigration en cm/s, I est la densité de courant en A/cm, Q est l'énergie d'activation en kJ/mole, R est la constante des gaz, T est la température absolue à laquelle l'électromigration est accomplie, et (V/I) o est

le terme pré-exponentiel en cm3/C. Les énergies d'activa-

tion vont d'une valeur inférieure de 60,6 kj/mole pour Ga

à une valeur supérieure de 109,1 kJ/mole pour Pd. Les éner-

gies d'activation et les fonctions pré-exponentielles pour

les 8 éléments capables de donner lieu à une électromigra-

tion dans le silicium sont également résumées dans le ta-

bleau en annexe.

On a effectué une étude analytique des mécanis-

mes qui contribuent à l'électromigration, en utilisant les

données du tableau I. On a trouvé que la force d'entraîne-

ment principale pour l'électromigration d'inclusions en métal liquide est constituée par l'échange de quantité de mouvement entre les électrons et les atomes, ce qu'on appelle encore l'effet de vent d'électrons. En outre, on a découvert que la direction d'électromigration dans le

silicium présente une corrélation avec les énergies d'ex-

traction des métaux qui constituent les inclusions liqui-

des, c'est-à-dire que les inclusions d'un métal ayant une énergie d'extraction supérieure à 4,55 eV manifestent une électromigration vers 1 'anode, tandis que les inclusions d'un métal ayant une énergie d'extraction inférieure à

4,55 eV manifestent une électromigration vers la cathode.

Enfin, l'ordre relatif des vitesses d'électromigration

d'inclusions en métal liquide dans le groupe se diri-

geant vers l'anode etceli se dirigeant vers la cathode,

pourrait s'expliquer par la valeur de l'écart de l'éner-

gie d'extraction de l'inclusion par rapport à la valeur

de l'énergie d'extraction pour laquelle aucune électromi-

gration n'a lieu, avec des facteurs supplémentaires qui tiennent compte de 1 a solubilité du silicium dissous dans

l'inclusion et de la conservation de masse.

Pour fabriquer un dispositif semiconducteur par-

ticulier, il peut être souhaitable d'avoir une inclusion liquide qui manifeste une électromigration vers l'anode et qui dope le silicium avec le type P. Il ressort du

tableau en annexe que toutes les inclusions pures consti-

tuant un agent de dopage de type P (A1, Ga et in) manifes-

tent une électromigration vers la cathode. De ce fait, pour obtenir une inclusion qui ma ifeste une électromigration vers l'anode et qui, simultanément, dope le silicium avec le type P. on doit former une inclusion sous forme d'alliage ayant l'énergie d'extraction appropriée, comme par exemple

un alliage de Al et Pd dans les proportions correctes.

Pour obtenir la composition correcte de l'inclu-

sion dans ce cas et dans d'autres, on a cherché à obtenir

des renseignements concernant les directions d'électromigra-

tion d'inclusions composées de plus d'un métal. A priori, on s'attendrait à ce que des gouttelettes formées de plus d'un métal suivent une règle des mélanges telles qu'une énergie d'extraction composite 0 de l'alliage soit donnée par l'expression: 0 = XA0A + XB0B + Xcc + (2) dans laquelle 0A' OB5 0,.*.. désignent respectivement les énergies d'extraction des éléments purs et XA, XB, Xc,... désignent la fraction atomique des éléments constituant l'inclusion alliée. Si l'énergie d'extraction composite de l'alliage est supérieure à 4,55 eV, on

s'attendrait à ce que l'inclusion alliée liquide manifes-

te une électromigration vers l'anode dans le silicium.

Au contraire, si l'énergie d'extraction composite de l'alliage est inférieure à 4,55 eV, on s'attendrait à ce

que l'inclusion alliée liquide manifeste une électromi-

gration vers la cathode dans le silicium.

Pour vérifier l'hypothèse de la règle des mélan-

ges, on a mesuré les directions d'électromigration d'une série d'alliages or-argent. On a choisi l'or et l'argent pour plusieurs raisons. Tout d'abord, ces deux métaux précieux sont chimiquement similaires et ont desrayons atomiques presque identiques. De plus, ils forment des solutions solides et liquides continues, ce qui fait que des facteurs parasites tels que des composés eutectiques ou intermétalliques, ou des intervalles dans lesquels les deux métaux ne sont pas miscibles à l'état liquide,ne compliquent pas l'étude. Le fait que les inclusions de

ces deux éléments précieux manifestent une électromigra-

tion dans des directions opposées revêt une importance

particulière. De plus, sur la base des découvertes corres-

pondant à l'invention et liées à l'électromigration d'élé-

ments dans le silicium, on a pu sélectionner une tempéra-

ture (8840C) à laquelle les valeurs absolues des vitesses dirigées en sens opposé des inclusions d'or et d'argent

sont égales. Enfin, on trouve dans la littérature techni-

que les énergies d'extraction d'alliages Au-Ag de diverses

compositions, ce qui permet de comparer la direction d'élec-

tromigration d'une composition d'alliage particulière

avec son énergie d'extraction.

En utilisant l'appareil 20 et les techniques décrites ci-dessus, on a procédé à l'électromigration de Il alliages Au-Ag différents, ayant des compositions va-

riant de O à 105% de Ag avec des intervalles de composi-

tion de 10% (c'es-1à-dire 0, 10 20%, de Ag, etc), dans

il cavités d'échantillon séparées, dans un seul échantil-

ion de silicium 16 à 884 C. La figure 6 norntre les vites-

ses d'électromigration des 11 alliages Au-Ag en fonction de la composition. On a trouve que les alliages ayant plus d'environ 21% d'argent donnent lieu à une migration vers la cathode, tandis que les alliages ayant moins

d'environ 21% d'argent donnent lieu à une électromigra-

tion vers l'anode.

On peut formuler et utiliser une théorie sim-

ple relative à une solution diluée, faisant appel à la

différence entre l'énergie d'extraction du métal consti-

tuant l'inclusion et une énergie d'extraction correspon-

dant à un point zéro, déterminé empiriquement, pour ex-

pliquer les directions d'électromigration d'alliages

d'or et d'argent dans du silicium.

La figure 7 représente l'énergie d'extraction d'alliages Au-Ag en fonction de la composition. Sur la base de la fonction d'extraction du point zéro égale à

4,55 eV pour le silicium, on s'attendrait à une composi-

tion de 40% de Ag/60% de Au pour le point zéro de l'élec-

tromigration. Cependant, du fait qu'à la température

d'électromigration, les vitesses d'électromigration d'in-

clusions d'or pur et d'argent pur sont égales et opposées,

une simple extrapolation linéaire indiquerait que la com-

position correspondant au point zéro devrait être de % de Au/50% de Ag. Dans les expériences effectuées au cours de l'élaboration de l'invention, on a trouvé à la place un décalage du point zéro vers une composition riche

en or.

On a pu prévoir qualitativement un décalage vers

une composition riche en or, sur la base de l'énergie d'ex-

traction non linéaire d'alliages Au-Ag qui fait apparal-

tre une variation beaucoup plus abrupte du côté riche en or du diagramme de composition de l'énergie d'extraction

que du coté de l'argent. Il y a ainsi une concordance qua-

litative entre le point zéro découvert expérimentalement et le point zéro prévu par les énergies d'extraction des alliages, en ce qui concerne le décalage vers le côté riche en or du diagramme. Cependant, quantitativement, la composition d'alliage prévue pour le point zéro, soit 60% de Au/40% de Ag ne concorde pas avec la composition

découverte pour le point zéro, soit 79% de Au/21% de Ag.

Cette discordance quantitative n'est pas surprenante du fait que l'énergie d'extraction d'un alliage pur à la température ambiante est sans aucun doute différente de l'énergie d'extraction du même alliage liquide contenant du silicium dissous à 8840C. Du fait de la discordance quantitative entre la direction d'électromigration et

l'énergie d'extraction pour les alliages Au-Ag, la corré-

lation pratiquement parfaite entre les directions d'élec-

tromigration et les énergies d'extraction qu'on a décou-

verte pour les inclusions de métal liquide pur est pour

le moins surprenante.

Du fait que les caractéristiques métallurgiques de la migration des inclusions liquides sont pratiquement les mêmes. que la force d'entraînement soit un gradient de potentiel électrique ou un gradient thermique, toutes les

configurations de jonctions P-N dans des cristaux semicon-

ducteurs qui peuvent être produites par le traitement FZGT, peuvent théoriquement être produites également par

le traitement d'électromigration de l'invention. Pour par-

venir à une compréhension plus approfondie des techniques de FZGT applicables à la mise en oeuvre de l'invention, comprenant par exemple la préparation de semiconducteurs et de matières d'inclusions pour la migration d'inclusions

en métal, et du produit résultant, on se réfrera aux bre-

vets U.S. précités et, par exemple, aux brevets U.S. 3 901 736, 3 902 925, 3 898 106, 3 899 361, 3 899 962 et

4 006 040.

Le spécialiste des semiconducteurs notera cependant que les découvertes de l'invention apportent des avantages que n'offre pas nécessairement le traitement

FZGT, tel qu'il ressort par exemple des brevets précités.

Par exemple, en utilisant les découvertes de l'invention,

il est possible de produire des diodes qui s'étendent pro-

fondément à l'intérieur du bloc semiconducteur à partir d'une surface et qui ont des-jonctions très abruptes entre le chemin recristallisé et le cristal récepteur, dans la direction d'électromigration. Cette jonction abrupte est due à la possibilité d'inverser rapidement la direction

du gradient de potentiel électrique appliqué.

Au cours de l'élaboration de l'invention, on a découvert trois phénomènes susceptibles d'influencer la force d'entraînement par gradient de potentiel électrique du traitement d'électromigration. Ces phénomènes sont: la formation de jonctions redresseuses, la concentration

du courant vers l'inclusion en métal liquide et la con-

centration du courant vers la traînée dopée.

La formation de jonctions redresseuses dépend

de la température et du type de conductivité, c'est-à-

dire le type P, le type N ou le type intrinsèque, que

présentent le semiconducteur récepteur et la traînée re-

cristallisée derrière l'inclusion de métal liquide soumi-

se à l'électromigration. A des températures suffisamment élevées, le cristal semiconducteur récepteur comme la traînée semiconductrice déposée derrière une inclusion soumise à électromigration présentent une conductivité de type intrinsèque. Lorsqu'on diminue la température, on atteint une première température de transition à laquelle la trainée devient extrinsèque, c'est-à-dire de type P ou

de type N, tandis que le cristal récepteur demeure intrin-

sèque. La traînée passe à l'état extrinsèque avant le cris-

tal récepteur, du fait qu'elle contient des atomes d'agent de dopage, ou une plus forte concentration d'atomes d'agent de dopage que le cristal récepteur. La figure 8 représente une situation caractéristique dans laquelle une inclusion de métal liquide en fusion 1 effectue une électromigration vers la cathode 4 en laissant une traînée recristallisée 7, de type P, tandis que le cristal semiconducteur récepteur 2 demeure intrinsèque. Les spécialistes des semiconducteurs

noteront que la jonction 22 entre la traînée 7 et le cris-

tal récepteur 2 est polarisée en sens inverse. La jonction redresseuse est susceptible de dévier de part et d'autre de l'inclusion le courant appliqué 23, comme le montre schématiquement la figure 9, ce qui entraîne une perte de

la force d'entraînement par potentiel électrique et, fina-

lement, la cessation de l'électromigration.

Lorsque la température diminue encore davantage, le type de conductivité du semiconducteur récepteur passe du type intrinsèque au type extrinsèque à une seconde

température de transition. La figure 10 représente schéma-

tiquement une situation caractéristique dans laquelle les jonctions redresseuses se présentent sous la forme de jonctions métalsemiconducteur, c'est-à-dire du type

Schotty, à l'avant 24 et à l'arrière 25 de l'inclusion sou-

mise à l'électromigration.

S'il existe une différence élevée entre les

conductivités électriques du cristal semiconducteur récep-

teur et de l'inclusion en métal liquide, on pourrait suppo-

ser qu'il existe une différence entre la densité de courant dans l'inclusion en métal liquide et la densité de courant dans le cristal récepteur. En outre, cette différence de

densité de courant pourrait avoir pour conséquence d'au-

gmenter la vitesse d'électromigration, par un effet de con-

centration de courant, ce qui serait susceptible de nuire à une maîtrise précise du traitement. On peut montrer que la densité de courant réelle dans l'inclusion en métal liquide est égale à la densité de courant appliquée au cristal récepteur et qu'aucun effet notable d'augmentation

de vitesse n'a lieu.

En plus de la différence élevée entre les conduc-

tivités électriques du cristal récepteur et de l'inclusion en métal liquide, il existe à la plupart des températures une différence élevée entre la conductivité électrique du cristal semiconducteur récepteur et celle de la traînée de

semiconducteur déposée, dopée par un métal, derrière!'in-

clusion soumise à l'électromigration. Cette différence de conductivité électrique entre le semiconducteur récepteur

et la traTnée redéposée entraTne une concentration du cou-

rant appliqué au niveau de l'inclusion en métal liquide.

Cet effet est représenté sur la figure 1l pour une inclu-

sion riche en gallium soumise à une électromigration dans

du silicium.

La figure 11 permet de voir que cet effet devient

de plus en plus prédominant lorsque la température d'élec-

tromigration diminue. Du fait que l'effet est renforcé par la longueur de la tramnée redéposée, la concentration

du courant dans la traînée dopée est un facteur qui inter-

vient pour des inclusions, telles que des diodes à struc-

ture en doigt, soumises à une migration profonde à l'in-

térieur du cristal semiconducteur récepteur. Cependant, on a découvert au cours de l'élaboration de l'invention qu'on pouvait effectuer expérimentalement une compensation

de la discordance de conductivité entre le cristal récep-

teur et la traînée. La possibilité d'effectuer une telle compensation découle de la découverte simultanée du fait que la distance de pénétration d'une inclusion en métal liquide dans le semiconducteur récepteur, à partir d'une

surface, est directement proportionnelle au nombre de cou-

lombs/centimètre carré qu'on fait passer dans le semicon-

ducteur récepteur. On peut ainsi construire une courbe d'étalonnage de la distance de pénétration en fonction du

nombre de coulombs/centimètre carré, pour une série de tem-

pératures d'électromigration. Cette courbe d'étalonnage

tient compte de façon inhérente des effets de concentra-

tion du courant dans la trinée dopée.

Ainsi, en pratique, on peut produire des diodes

à structure en doigt avec des profondeurs de pénétra-

tion très précises dans un bloc de semiconducteur récepteur, une fois qu'on a établi la courbe d'étalonnage. On peut commander la distance de pénétration de la gouttelette avec une précision d'environ un centième de micromètre, du fait qu'on peut mesurer la quantité de courant utilisée avec une précision d'environ 10 C. A titre d'exemple, si la

4 2

courbe d'étalonnage montre que 25 x 10 C/cm provoquent l'électromigration sur 100 pm d'une gouttelette liquide riche en gallium, dans un bloc de silicium à 9000C, on peut réaliser une diode à structure en doigt de type P en faisant passer tout d'abord 25 x 104 C/cm2 dans le bloc, en portant la surface d'entrée à un potentiel positif par rapport à la surface opposée. On inverse ensuite le sens du courant et on fait passer légèrement plus de 25 x 104 C/cm2 dans le bloc, avec la surface d'entrée à un potentiel négatif par rapport à la surface opposée de la tranche, pour ramener la gouttelette riche en gallium

vers la surface d'entrée.

Un développement supplémentaire des découvertes

qui correspondent à l'invention en ce qui concerne l'élec-

tromigration d'inclusions en métal liquide dans des cris-

taux récepteurs massifs, consiste en ce qu'on a également

découvert qu'il était possible de mettre en oeuvre l'élec-

tromigration dans des couches minces.

La figure 12 représente schématiquement un bloc composite qui est constitué par un substrat 26 et une

couche mince 25 d'épaisseur pratiquement uniforme. La cou-

che mince 25 consiste en une matière déposée ou formée de toute autre manière qui est située sur une partie au moins du substrat 26, en se conformant à cette partie. Le substrat, qui comporte des surfaces principales supérieure et inférieure opposées et une région de bord périphérique extérieure reliant les surfaces principales, peut être un métal (par exemple du cuivre) ou un semiconducteur (par exemple du silicium, du germanium, un composé II-V ou un

composé III-VI). Le substrat 26 ne doit pas être conduc-

teur de l'électricité, afin de concentrer le courant élec-

trique dans 1 acouche mince 25. Selon une variante, on peut déposer une couche isolante, telle que SiO2, AI 203

ou du diamant, à la frontière 31 entre la surface supé-

rieure du substrat et la surface inférieure de la couche

mince, afin de restreindre le courant à la couche mince.

Parmi les matière appropriées pour la couche mince 25, on peut citer: le silicium, le germanium, le phosphure de gallium, l'arséniure de gallium, l'antimoniure d'indium,

le tellurure de cadmium et le sulfure de zinc. Si la cou-

che mince 25 est en silicium et le substrat 26 en saphir, on peut mettre en oeuvre l'électromigration dans la cou-

che mince avec la structure silicium sur saphir, familiè-

re aux spécialistes des semiconducteurs.

Une cathode 4 et une anode 3 sont connectées à-

la couche mince 25 par des connexions respectives 27 et

28, pouvant être en carbone ou en molybdène,qui sont si-

tuées pratiquement face à face sur la région de bord pé-

riphérique mince de la couche mince 25. On dépose ensuite sur la surface supérieure à nu 30 de la couche mince 25

une ou plusieurs inclusions 29 du métal qu'on doit soumet-

tre à "'électromigration.

On élève ensuite la température de la structure

composite couche mince 25/substrat 26 jusqu'à la tempéra-

ture d'électromigration, par l'un quelconque des procédés décrits cidessus. Pour des couches minces 25 ayant une

épaisseur inférieure ou égale à environ 25 Mm, la goutte-

lette 29 diffuse rapidement dans l'épaisseur de la couche mince. Une fois que les inclusions 29 sont liquéfiées et sont présentes dans toute l'épaisseur des couches minces , on applique un potentiel électrique continu entre les

connexions 27 et 28 et on fait commencer l'électromigra-

tion.

Pour des couches minces 25 d'une épaisseur supé-

rieure à environ 25 pm, il est nécessaire de faire péné-

trer de force la gouttelette dans l'épaisseur de la cou-

che mince 25, s'il faut obtenir une pénétration sur toute l'épaisseur en une durée raisonnable. Ainsi, dans cette circonstance au moins, l'opportunité se présente de mettre en oeuvre simultanément la Fusion de Zone par Gradient Thermique et l'électromigration. Dans ce but, cn place dans un équipement approprié l'ensemble couche mince 25/

substrat 26, avec les inclusions riches en métal qui doi-

vent Ctre soumises à migration, pour élever la température de la couche mince jusqu'à la température d'électromigration, tout en établissant simultanément un gradient thermique

entre la surface à nu 30, c'est-à-dire la surface supé-

rieure, de la couche mince 25 et la surface à nu 32, c'est-à-dire la surface inférieure, du substrat 26; la surface 30 étant maintenue à une température inférieure à

celle de la surface 32. On réalise alors l'électromigra-

tion pour que les inclusions se déplacent dans la couche mince 25 entre les contacts 27 et 28, tandis que la Fusion de Zone par Gradient Thermique maintient simultanément la

présence de l'inclusion dans toute l'épaisseur de la cou-

che mince 25. Ainsi, dans ce cas, le gradient thermique

est pratiquement perpendiculaire au gradient électrique.

La vitesse d'él etromigration d'une zone liqui-

de dans des couches minces est fortement augmentée par rapport aux vitesses maximales dans des solides massifs,

pour deux raisons. Tout d'abord, les vitesses d'électro-

migration en surface sont par nature 100 à 1000 fois plus rapides que les vitesses d'électromigration dans la masse, essentiellement du fait que la ligne d'intersection entre la surface libre et la zone liquide constitue une source abondante de sites de nrcléation, tels que des marches

et des paliers à l'échelle atomique, dont une zone liqui-

de ne dispose pas dans la masse du cristal. Ainsi, les

barrières de nucléation à la migration d'une zone n'exis-

tent pas.lorsque la zone liquide rencontre une surface libre, comme c'est le cas avec l'électromigration dans une

couche mince.

Secondement, la densité de courant dans une cou-

che mince peut être supérieure de plusieurs ordres de gran-

deur à la densité de courant dans un cristal massif, sans entrainer la fusion. Les couches minces peuvent acheminer des densités de courant très élevées (de l'ordre de 10 6A/cm2> du fait que la chaleur dégagée par effet Joule qui ferait fondre des matières massives est évacuée par le substrat

sous-jacent.

La combinaison d'une vitesse d'électromigration

intrinsèquement supérieure (supérieure dans un rapport d'en-

viron 102 à 103) et d'une densité de courant admissible supé-

rieure (supérieure dans un rapport d'environ 10 à 104) conduit à des vitesses potentielles d'électromigration dans des couches minces 10 lO 10 fois supérieures à celles des matières massives, c'est-à-dire de l'ordre de 300 à 3000 cm/h.

On prévoit pour l'électromigration dans des cou-

ches minces des coûts de traitement inférieurs aux coûts relatifs au traitement de cristaux massifs par FZGT ou Dar électromigration, pour deux raisons. Premièrement, bien qu'on utilise des densités de courant très eLevées, la quantité réelle de courant nécessaire n'est pas élevée, du fait que la couche est très mince le long du chemin du

courant. La seconde raison du coût inférieur de l'élec-

tromigration dans des couches minces consiste dans le coût inférieur de l'équipement de traitement, du fait

qu'il n'est pas nécessaire qu'il ait la capacité de l'équi-

pement utilisé pour l'électromigration dans des cristaux massifs.

Bien que l'invention ait été décrite en consi-

dérant particulièrement une matière semiconductrice consis-

tant en silicium, la technologie originale de l'invention consistant dans la migration d'inclusions en métal liquide dans des matières semiconductrices massives réceptrices, au moyen d'une force d'entraînement réversible et qu'on peut définir, produite par un potentiel électrique, est applicable de façon générale à d'autres matières utilisées dans la technologie des semiconducteurs, comme par exemple

le germanium (Ge), le phosphure de gallium (GaP), l'arsé-

niure de gallium (GaAs), l'antimoniure d'indium (InSb),

le tellurure de cadmium (CdTe) et le sulfure de zinc (ZnS).

A N N E X E

TABLEAU

Elément Direction d'élec- Energie d'ex- Energie d'activa- Facteur préexponentiel tromigration traction (eV) tion Q (kJ/mole) (V/I)o (cm3/C) Palla- Anode(+) 5,12 109,1 1,5 x 10-2 dium Or Anode 5,10 89,0 5,6 x 10-4 Cuivre Anode 4,65 76,5 3,2 x 10- 5 Anti-

moine Pas d'électro- 4,55 ---- ----

migration Etain Cathode (-) 4,42 103,7 2,4 x 10-4 Alumi- Cathode 4,28 86, 9 8,2 x 10-4 nium Argent Cathode 4,26 72,3 9,5 x 10-5 Gallium Cathode 4, 20 60,6 2,1 x 10-5 Indium Cathode 4,12 103,2 5,0 x 10-4 J-' 1'- r'>

Claims (17)

REVENDICATIONS

1. Procédé de fabrication d'un dispositif à semiconducteur caractérisé en ce que: (a) on sélectionne un bloc (2) de matière semiconductrice monocristalline, ce bloc comportant des première et seconde surfaces princi- pales opposées, une région de bord périphérique extérieure

reliant les première et seconde surface opposées, un pre-

mier type de conductivité choisi à l'avance, une première

résistivité choisie à l'avarnce, une orientation cristallo-

graphique plane préférée pour la première surface, au moins, et une direction cristallographique préférée, cette

direction cristallographique étant pratiquement perpendi-

culaire à la première surface; (b) on dépose une matiè-

re métallique solide (1) choisie à l'avance, en contact avec le bloc, cette matière métallique fournissant au

moins une matière de dopage et étant soluble dans la ma-

tière semiconductrice de façon à former une solution

ayant une température de fusion inférieure à la tempéra-

ture de fusion de la matière semiconductrice; (c) on

chauffe le bloc jusqu'à une température élevée pratique-

ment constante, cette température élevée étant dans une

plage comprise entre la tenpérature de fusion de la ma-

tière semiconductrice et la température de fusion de la solution, et étant pratiquement uniforme dans tout le

bloc, ce qui forme une inclusion en métal liquide cons-

tituée par de la matière semiconductrice riche en métal; (d) on établit un gradient de potentiel électrique dans le bloc, ce gradient étant pratiquement parallèle à la

direction cristallographique et ayant une polarité chci-

sie à l'avance et une valeur choisie à l'avance, la ma-

tière métallique s'étendant le long du chemin défini par le gradient de potentiel électrique; et (e) on-provoque l'électromigration de cette inclusion en métal liquide, au moyen du gradient de potentiel, ce qui forme une région (7) de matière semiconductrice recristallisée, d'un seul tenant avec le bloc, cette matière recristallisée étant constituée par la matière de dopage en solution jusqu'à la limite de solubilité solide de la matière de dopage dans la matière semiconductrice et ayant un second niveau de résistivité pratiquement uniforme et un second type de conductivité.

2. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le dépôt est situé à l'intérieur du bloc (2).

3. Procédé selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que la matière métallique est une matière choi-

sie dans le groupe comprenant le gallium, l'argent, le cuivre, l'aluminium, l'or, l'étain, l'indium, le palladium

et leurs alliages.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendi-

cations 1 ou 2, caractérisé en ce que la matière semi-

conductrice est une matière choisie dans le groupe com-

prenant le silicium, le germanium, l'arséniure de gallium,

le phosphure de gallium, l'antimoniure d'indium, le tellu-

rure de cadmium et le sulfure de zinc.

5. Procédé selon la revendication 1, caracté-

risé en ce qu'il comprend les opérations consistant à

placer une première électrode (3) en contact avec la pre-

mière surface et à placer une seconde électrode (4) en

contact avec la seconde surface.

6. Procédé de fabrication d'un dispositif semi-

conducteur, caractérisé en ce que: (a) on sélectionne un bloc composite, ce bloc comportant un substrat (26) et une couche mince (25) d'épaisseur pratiquement uniforme

placée sur le substrat, ce substrat comportant des sur-

faces principales supérieure et inférieure opposées et une région de bord périphérique extérieure qui relie les

surfaces principales, et étant constitué par une pre-

mière matière, tandis que la couche mince est située sur une partie au moins de la surface principale supérieure

et se conforme à celle-ci, et est constituée par une se-

conde matière; (b) on dépose une matière métallique solide (29) choisie à l'avance, en contact avec la couche mince, cette matière métallique fournissant au moins une matière de dopage et étant soluble dans la seconde matière de façon

à former une solution ayant une température de fusion infé-

rieure à la température de fusion de la seconde matière (c) on chauffe le bloc composite jusqu'à une température élevée pratiquement constante, cette température élevée étant inférieure à la température de fusion de la première matière et étant comprise dans la plage siuee entre la

température de fusion de la seconde matière et la tempé-

rature de fusion de la solution, la temDérature étant pratiquement uniforme dans toute la couche, ce qui forme

une inclusion en métal liquide, constituée par de la ma-

tière semiconductrice riche en métal, dans l'épaisseur de la couche mince; (d) on établit un gradient de potentiel électrique, ce gradient étant pratiquement perpendiculaire à la direction de l'épaisseur de la couche mince et ayant une polarité choisie à l'avance et une valeur choisie à l'avance, la matière métallique s'étendant le long du chemin défini par ce gradient de potentiel électrique; et (e) on provoque l'électromigration de l'inclusion en métal liquide, au moyen du gradient de potentiel, ce qui forme une région de matière semiconductrice recristallisée, d'un

seul tenant avec la couche mince, cette matière recristal-

lisée comprenant la matière de dopage en solution jusqu'à la limite de solubilité solide de la matière de dopage dans la seconde matière, et ayant un niveau de résistivité

pratiquement uniforme et un second type de conductivité.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 ou 6, caractérisé en ce qu'on effectue l'opération de chauffage en appliquant de la chaleur à partir d'une

source externe.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 ou 6, caractérisé en ce qu'on effectue l'opération

de chauffage en employant le chauffage par effet Joule.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 ou 6, caractérisé en ce qu'on effectue l'opération

de chauffage par une combinaison de chauffage par une sour-

ce externe et de chauffage par effet Joule.

10. Procédé de fabrication d'un dispositif semi-

conducteur, caractérisé en ce que: (a) on sélectionne un 2, corps composite, ce corps comportant un substrat (26) et une couche mince (25) d'épaisseur pratiquement uniforme

placée sur le substrat, ce substrat comportant des surfa-

ces principales supérieure et inférieure opposées et une région de bord périphérique extérieure qui relie les sur- faces principales et étant constitué par une première matière, tandis que la couche mince est située sur une partie au moins de la surface principale supérieure et se conforme à cette partie, et est constituée par une seconde matière; (b) on dépose une matière métallique

solide (29) choisie à l'avance, en contact avec la cou-

che mince, cette matière métallique fournissant au moins une matière de dopage et étant soluble dans la seconde

matière de façon à former une solution ayant une tempéra-

ture de fusion inférieure à la température de fusion de la seconde matière; (c) on établit et on maintient un gradient de température fini et choisi à l'avance dans le bloc composite, entre la surface supérieure (30) de

la couche mince et la surface inférieure (32) du subs-

trat, la température de la surface supérieure de la cou-

che mince étant inférieure à celle de la surface infé-

rieure du substrat, tandis que la température de la sur-

face supérieure de la couche mince et la température de la surface inférieure du substrat sont inférieures à la

température de fusion de la première matière et sont com-

prises dans la plage située entre la température de fusion de la seconde matière et la température de fusion de la solution, ce qui forme une inclusion en métal liquide constituée par de la matière semiconductrice riche en métal, dans toute l'épaisseur de la couche mince; (d) on établit un gradient de potentiel électrique, ce gradient étant pratiquement perpendiculaire à la direction de

l'épaisseur de la couche mince et ayant une polarité choi-

sie à l'avance et une valeur choisie à l'avance, et étant pratiquement perpendiculaire au gradient de température fini choisi à l'avance, la matière métallique s'étendant

le long du chemin défini par le gradient de potentiel élec-

trique; et (e) on provoque l'électromigration de l'inclusioi en métal liquide au moyen du gradient de potentiel, ce qui forme une région de matière semiconductrice recristallisée,

d'un seul tenant avec la couche mince, cette matière recris-

tallisée comprenant la matière de dopage en solution jusqu'à la limite de solubilité solide de la matière de dopage dans

la seconde matière, et ayant un niveau de résistivité pra-

tiquement uniforme et un second type de conductivité.

11. Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions 6 ou 10, caractérisé en ce que la première matière est une matière choisie dans le groupe comprenant le cuivre,

le saphir, le germanium, le phosphure de gallium, l'arséniu-

re de gallium, l'antimoniure d'indium, le tellurure de

cadmium et le sulfure de zinc.

12. Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions 6 ou 10, caractérisé en ce que la seconde matière est une matière choisie dans le groupe comprenant le silicium, le germanium, le phosphure de gallium, l'arséniure de gallium, l'antimoniure d'indium, le tellurure de cadmium et

le sulfure de zinc.

13. Procédé selon l'une quelconque des revendi-

cations 6 ou O10, caractérisé en ce que le second type de conductivité est le même que le premier type de conductivité

choisi à l'avance.

14. Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions 6 ou 10, caractérisé en ce qu'une couche mince isolan-

te est située à la frontière (31i) entre le substrat (26) et la couche mince (25) et cette 0ouche isolante est choisie dans le groupe comprenant le dioxyde de silicium, l'alumine

et le diamant.

15. Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions 6 ou 10, caractérisé ae ce qu'on place une première électrode (27) et une seconde électrode (28) en contact avec la région de bord périphérique de la couche mince et

la première électrode est située pratiquement face à la se-

conde électrode.

16. Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions 5, 6 ou 15, caractérisé en ce-que la matière des

électrodes en contact est du carbone.

17. Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions 5, 6 ou 15, caractérisé en ce que la matière des élec-

trodes en contact est du molybdène.