FR2543980A1 - PROCESS FOR PRODUCING SEMICONDUCTOR MATERIALS AND PROCESSING FURNACE FOR CARRYING OUT SAID METHOD - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE DE FABRICATION DE MATERIAUX SEMICONDUCTEURS ET UN FOUR DE TRAITEMENT POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE. CE PROCEDE EST MIS EN OEUVRE DANS UN FOUR COMPORTANT UNE CLOCHE 1, UN MANDRIN 7 MAINTENANT UN LINGOT DE MATERIAU SEMICONDUCTEUR 5 AU MOYEN DE SON GERME 5A, ET UNE SOURCE DE CHALEUR RAYONNANTE 6 ENTOURANT LA CIRCONFERENCE EXTERIEURE DE LA CLOCHE, LE MATERIAU 5 ETANT SUSPENDU A L'INTERIEUR DE LA CLOCHE PAR LE MANDRIN 7 ET ETANT CHAUFFE PAR LA SOURCE DE CHALEUR 6, PUIS ETANT REFROIDI A UNE VITESSE ET A UNE TEMPERATURE PREDETERMINEES. APPLICATION NOTAMMENT A LA FABRICATION DE MICROPLAQUETTES A HAUTE DENSITE D'INTEGRATION.THE INVENTION CONCERNS A PROCESS FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR MATERIALS AND A PROCESSING OVEN FOR IMPLEMENTING THIS PROCESS. THIS PROCESS IS CARRIED OUT IN AN OVEN INCLUDING A BELL 1, A CHUCK 7 NOW AN INGOT OF SEMICONDUCTOR MATERIAL 5 BY MEANS OF ITS SPIRM 5A, AND A RADIANT HEAT SOURCE 6 SURROUNDING THE OUTER CIRCUMFERENCE OF THE BELL 5, SUSPENDED INSIDE THE BELL BY CHUCK 7 AND BEING HEATED BY HEAT SOURCE 6, THEN COOLING AT A PREDETERMINED SPEED AND TEMPERATURE. APPLICATION IN PARTICULAR TO THE MANUFACTURE OF HIGH DENSITY OF INTEGRATION MICROPLATELETS.
Description
La présente invention concerne une techni-The present invention relates to a
que de fabrication de semiconducteurs, et plus particu- semiconductor manufacturing, and more specifically
lièrement la technique de fabrication d'un matériau se- firstly the technique of manufacturing a material se-
miconducteur comportant peu de défauts microscopiques. conductor with few microscopic defects.
Dans la technique on connaît le procédé de Czochralski (désigné de façon abréaée sous le terme de In the art, the Czochralski method (abbreviated as the
procédé CZ) et le procédé à zone flottante, comme procé- CZ method) and the floating zone method, as a method
dé de croissance du monocristal de silicium, qui fournit silicon monocrystal growth dice, which provides
le matériau principal d'un dispositif à semiconducteurs. the main material of a semiconductor device.
Actuellement on obtient la plupart des puces ou pastil- Currently we get most chips or pastil-
les devant être utilisées dans des dispositifs en sili- to be used in silicone devices
cium, tels que des dispositifs à haute densité d'inté- such as devices with a high density of
gration, en utilisant le procédé CZ indiqué ci-après. gration, using the CZ process indicated below.
On fait fondre du silicium polycristallin dans un creu- Polycrystalline silicon is melted in a crucible
set en quartz On tire vers le haut un germe immergé dans le silicium fondu, tout en l'entraînant en rotation Quartz set One pulls up a germ immersed in the molten silicon, while driving it in rotation
par rapport au creuset de manière à faire croître le cris- relative to the crucible so as to make the crys-
tal.tal.
Les lingots de monocristal obtenus par crois- Monocrystal ingots obtained by growth
sance au moyen du procédé CZ présentet de nombreux défauts microscopiques ou leurs noyaux Les états de croissance et les nombres des défauts microscopiques ou de leurs noyaux sont différents dans des parties différentes du The growth states and the numbers of the microscopic defects or their nuclei are different in different parts of the body.
linaot Il en résulte que l'intérieur des puces ou micro- The result is that the inside of chips or micro-
plaquettes ou pastilles, qui sont préparées par découpage platelets or pellets, which are prepared by cutting
en tranches du lingot obtenu au moyen du procédé CZ, pos- in slices of the ingot obtained by means of the CZ process,
sèdent une qualité variable Ces problèmes sont provoqués vary in quality These problems are caused
par la nature même du procédé CZ et sont inévitables. by the very nature of the CZ process and are inevitable.
Les noyaux des défauts microscopiques sont The nuclei of microscopic defects are
basés sur des impuretés telles que du carbone ou des mé- based on impurities such as carbon or metals
taux lourds (par exemple de l'or, du fer ou du cuivre) ou sur les centres de concentration des contraintes, qui apparaissent par suite de différences dans la répartition heavy levels (eg gold, iron or copper) or stress concentration centers, which arise as a result of differences in the distribution
de' la température dans le lingot Ils sont engendrés à l'in- of the temperature in the ingot They are generated in the
térieur du lingot pendant la croissance Les lingots obtenus à l'aide du procédé CZ contiennent des atomes d'oxygène présents en une densité d'environ 1018 atomes/cm 3 Cette valeur dépasse la limite de solution solide, par exemple The ingots obtained using the CZ process contain oxygen atoms present in a density of about 1018 atoms / cm 3 This value exceeds the solid solution limit, for example
3 x 1017 atomes/cm 3 à 1000 'C L'oxygène en excès par rap- 3 x 1017 atoms / cm 3 at 1000 ° C Oxygen in excess relative to
port à la limite de la solution solide se concentre dans les noyaux des défauts microscopiques en produisant de ce fait de tels défauts microscopiques Dans la présente port at the boundary of the solid solution concentrates in the nuclei of microscopic defects thereby producing such microscopic defects in the present
description, le terme de défauts microscopiques s'appli- description, the term microscopic defects applies
quent à des défauts cristallins d'une taille de plusieurs microns ou moins et inclut des précipités d'oxydes, des défauts d'empilement, de petites boucles de dislocations, etc La partie du lingot, qui vient juste d'être obtenue to crystalline defects of a size of several microns or less and includes oxide precipitates, stacking defects, small dislocation loops, etc. The portion of the ingot, which has just been obtained
par croissance, possède une température notablement élevée. by growth, has a remarkably high temperature.
Il en résulte que l'oxygène se concentre au niveau des As a result, oxygen is concentrated at the level of
noyaux des défauts microscopiques en provoquant des préci- nuclei of microscopic defects by provoking
pités d'une taille de 1 à 5 nanomètres pendant la croissan- with a size of 1 to 5 nanometers during growth
ce du cristal.this of the crystal.
Les nombres des défauts microscopiques et de leurs noyaux sont plus importants sur le côté du germe (ou la face supérieure)du lingot que sur le côté opposé (ou The numbers of microscopic defects and their nuclei are larger on the side of the seed (or the upper side) of the ingot than on the opposite side (or
face arrière) Ceci est dû à la concentration de l'oxygè- This is due to the concentration of oxygen
ne et à la concentration des impuretés dans le lingot,qui sont dues au facteur de ségrégation D'autre part, les ne and the concentration of impurities in the ingot, which are due to the segregation factor On the other hand, the
nombres des défauts microscopiques et de leurs noyaux dif- numbers of microscopic defects and their different nuclei
fèrent au cours de l'histoire du traitement thermique du lingot, dans un four de tirage, par suite des fluctuations during the history of the thermal treatment of the ingot, in a draft furnace, as a result of fluctuations
de la température au niveau de l'interface entre les pha- temperature at the interface between the
ses liquide et solide pendant l'opération de tirage. its liquid and solid during the drawing operation.
Les défauts microscopiques provoquent des Microscopic defects cause
dislocations Les défauts microscopiques et les disloca- Dislocations Microscopic defects and dislocations
tions altèrent les caractéristiques électriques des dis- alter the electrical characteristics of the
positifs et entraînent une réduction du rendement de pro- positive and lead to a reduction in the productivity of
duction Ces dernières années, on a fait des progrès re- In recent years, progress has been made in
marquables dans le domaine de l'intégration élevée et du rendement des dispositifs et le problème du contrôle des défauts cristallins provoqués par les défauts microscopiques noteworthy in the field of high integration and device performance and the problem of controlling crystal defects caused by microscopic defects
est l'un des plus intéressants dans le domaine de la comman- is one of the most interesting in the field of
de du processus Dans un dispositif de prise de vues ou d'en- of the process In a device for shooting or
registrement d'images à l'état solide, par exemple, la pré- solid state image recording, for example, the pre-condition
sence de défauts cristallins entraîne la formation de points the presence of crystalline defects leads to the formation of
blancs dans l'image et est la cause principale de la ré- white in the image and is the main cause of the
duction de la performance.performance.
De façon abrégée, un problème principal se po- In short, a major problem lies in
sant dans la fabrication des dispositifs à semiconducteurs tient au fait qu'il existe de nombreux noyaux de défauts microscopiques dans le lingot obtenu par croissance selon le procédé CZ et qu'il existe une grande dispersion dans la in the manufacture of semiconductor devices is that there are many nuclei of microscopic defects in the CZ grown ingot and that there is a large dispersion in the
distribution des noyaux des défauts microscopiques. nuclei distribution of microscopic defects.
Un but de la présente invention est'de fournir An object of the present invention is to provide
une technique de fabrication de semiconducteurs, qui permet- a semiconductor manufacturing technique that allows
te de réduire lesnoyaux des défauts microscopique dans un to reduce the nuclei of microscopic defects in a
matériau semiconducteur.semiconductor material.
Un autre but de la présente invention est de fournir une technique de fabrication de semiconducteurs qui Another object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing technique which
empêche l'apparition de fissures dans des cristaux d'un ma- prevents the formation of cracks in crystals of a
tériau semiconducteur.semiconductor material.
Un autre but de la présente invention est de fournir une technique de fabrication de semiconducteurs, Another object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing technique,
qui permette de répartir les noyaux des défauts microsco- which makes it possible to distribute the nuclei of the microscopic defects
piques de façon uniforme dans un matériau semiconducteur. spikes uniformly in a semiconductor material.
Un autre but de la présente invention est de fournir un appareil de fabrication de semiconducteurs qui permette de réduire et de répartir d'une façon uniforme les noyaux des défauts microscopiques dans un matériau Another object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing apparatus which enables the nuclei of microscopic defects to be uniformly reduced and distributed in a material.
semiconducteur.semiconductor.
Ce problème est résolu à l'aide d'un procédé de fabrication d'un matériau semiconducteur, conforme à la présente invention, moyennant l'utilisation d'un appareil This problem is solved using a method of manufacturing a semiconductor material, according to the present invention, with the use of a device
comportant une cloche, un mandrin fixé sur la partie de la- with a bell, a mandrel fixed on the part of the-
dite cloche et uoe source de chaleur disposée autour de la dite cloche, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les phases opératoires consistant à: a) placer ledit matériau semiconducteur dans ladite cloche en le fixant par serrage dans ledit mandrin, ledit matériau semiconducteur étant un lingot said bell and a heat source disposed around said bell, said method being characterized in that it comprises the operating phases of: a) placing said semiconductor material in said bell by fixing it by clamping in said mandrel, said material semiconductor being an ingot
de monocristal qui est serré à l'une de ces extré- monocrystal which is tight at one of these extremes
mité et est maintenu suspendu par ledit mandrin, b) à chauffer ledit lingot de monocristal au moyen de ladite source de chaleur, qui est du type à rayonnement, de telle sorte que le lingot de monocristal est chauffé par l'énergie rayonnante émanant de ladite source de chaleur rayonnante, et and held suspended by said mandrel; b) heating said single crystal ingot by said radiation-type heat source such that the single crystal ingot is heated by the radiant energy emanating from said single crystal ingot; radiant heat source, and
c) à refroidir ledit lingot de monocristal. c) cooling said single crystal ingot.
Un appareil utilisable par la mise en oeuvre de ce procédé est un four de traitement thermique de type An apparatus usable by the implementation of this method is a heat treatment furnace of the type
vertical servant à effectuer le recuit d'un matériau semi- vertical section used to anneal a semi-
conducteur et caractérisé en ce qu'il comporte une cloche conductor and characterized in that it comprises a bell
destinée à recevoir en son intérieur ledit matériau semi- intended to receive inside said semi-material
conducteur et oui est constituée par un cylindre vertical driver and yes is constituted by a vertical cylinder
creux qui peut posséder au niveau de son extrémité supé- which may have at its upper end
rieure un couvercle permettant de fermer hermétiquement a lid to seal tightly
ledit cylindre, un mandrin servant à maintenir ledit ma- said cylinder, a mandrel for holding said machine
tériau semiconducteur et montésur ledit couvercle de maniè- semiconductor material and mounted on said cover
re à maintenir ledit matériau semiconducteur suspendu à l'intérieur de ladite cloche, et une souree de chaleur re maintaining said semiconductor material suspended within said bell, and a heat source
rayonnante disposée autour de la circonférence extérieu- radiating around the outer circumference
re de ladite cloche.re of said bell.
On peut dire de façon abrégée ce qui suit en référence aux moyens indiqués ci-dessus servant à résoudre We can say abbreviated to the following with reference to the means indicated above to solve
le problème posé par l'invention.the problem posed by the invention.
Il est possible d'empêcher la production de noyaux de défauts microscopiques (c'ést-à-dire les noyaux des précipités formés par l'oxyaène) et de fissures dans un It is possible to prevent the production of nuclei of microscopic defects (that is, the nuclei of precipitates formed by oxyaene) and cracks in a
lingot d'un matériau semiconducteur en chauffant ce lin- ingot of a semiconductor material by heating this
got avec une énergie rayonnante, en refroidissant rapide- got with radiant energy, cooling fast-
ment le linaot chauffé pour l'amener à une température pré- the heated linoleum to bring it to a pre-
déterminée et en maintenant le lingot refroidi à une tem- determined and keeping the cooled ingot at a
pérature prédéterminée et ce pendant un intervalle de temps prédéterminé. D'autres caractéristiques et avantages de la predetermined temperature and for a predetermined time interval. Other features and benefits of the
présente invention ressortiront de la description donnée present invention will emerge from the description given
ci-après prise Enréférence aux dessins annexés, sur les- hereinafter taken Reference to the attached drawings, on-
quels:. la figure 1 est un organigramme illustrant les phases opératoires classiques servant à réaliser le recuit d'un lingot; la figure 2 est un graphique illustrant la What :. Figure 1 is a flowchart illustrating the conventional operating phases for annealing an ingot; Figure 2 is a graph illustrating the
relation entre la déformation d'une pastille ou micropla- relationship between the deformation of a tablet or microplate
quette et la densité des défauts microscopiques; quette and density of microscopic defects;
la fiaure 3 est un graphique montrant la re- Figure 3 is a graph showing the
lation entre la déformation d'une pastille sous l'effet d'un traitement thermique apposé et la densité des défauts microscopiques; between the deformation of a pellet under the effect of a thermal treatment affixed and the density of the microscopic defects;
la figure 4 est un graphique montrant la re- Figure 4 is a graph showing the
lation entre la densité des défauts microscopiques et la between the density of microscopic defects and the
déformation d'une pastille sous l'effet d'un autre traite- deformation of a pellet under the effect of another treatment
ment thermique forcé; la figure 5 est un-organigramme illustrant les phases opératoires de recuit d'un lingot conforme à la présente invention; forced thermal insulation; Figure 5 is a flowchart illustrating the annealing operating phases of an ingot according to the present invention;
la figure 6 est une coupe schématique illus- FIG. 6 is a diagrammatic section illustrating
trant une forme de réalisation d'un appareil de fabrica- an embodiment of a manufacturing apparatus
tion de semiconducteurs, conforme à la présente invention; et la figure 7 est un diagramme illustrant les semiconductor circuit according to the present invention; and Figure 7 is a diagram illustrating the
programmes de température pour la phase opératoire de re- temperature programs for the operational phase of
cuit et pour la phase opératoire de refroidissement rapi- cooked and for the rapid cooling
de conformes à la présente invention. according to the present invention.
On va décrire ci-après les formes de réalisa- We will describe below the forms of realization
tion préférées de l'invention.preferred embodiment of the invention.
Les auteurs à la base de la présente invention ont effectué les deux expériences suivantes concernant les The authors of the present invention carried out the following two experiments concerning the
défauts microscopiques.microscopic defects.
Lors de la première expérience, on a examiné la manière dont les noyaux des défauts microscopiques sont In the first experiment, we examined how the nuclei of microscopic defects are
modifiés par le traitement classique de recuit des linaots. modified by the traditional treatment of annealing of the linoots.
Ce traitement de recuit des lingots est mis en oeuvre en vue de réduire des dispersions de résistivités dans la direction de la croissance et dans la section du This ingot annealing treatment is carried out in order to reduce resistivity dispersions in the direction of growth and in the section of the
lingot qui correspond à une pastille, grâce à une élimina- ingot which corresponds to a lozenge, thanks to an elimination
tion des donneurs d'oxyaène dans le lingot Les donneurs Oxyhene donors in the ingot The donors
d'oxygène apparaissent à 450 'C et disparaissent à 600 'C. of oxygen appear at 450 ° C and disappear at 600 ° C.
C'est pourquoi le traitement classique de recuit des lin- This is why the traditional treatment of annealing
gots est effectué dans une gamme de température comprises entre 600 et 6500 C. Le traitement classique de recuit des lingots suit la procédure illustrée sur la figure 1 On place dans une nacelle un lingot séparé d'un germe On soumet ensuite le lingot à un recuit dans une atmosphère non oxydante à gots is carried out in a temperature range between 600 and 6500 C. The conventional annealing of the ingots follows the procedure illustrated in Figure 1 is placed in a nacelle an ingot separated from a seed is then subjected to annealing the ingot in a non-oxidizing atmosphere at
l'intérieur d'un four de traitement thermique du type hori- inside a horizontal type heat treatment furnace
zontal.zontal.
On a effectué des comparaisons pour des tempé- Comparisons were made for temperatures
ratures de recuit de 600 'C, 6500 C et 7000 C On a trouvé que la densité des défauts de la pastille est supérieure pour annealing annealing at 600 ° C, 6500 ° C and 7000 ° C. It has been found that the density of the defects of the pellet is greater for
une température de recuit plus élevée On a également trou- a higher annealing temperature was also found
vé que le traitement classique de recuit des lingots favo- that the conventional treatment of annealing ingots favors
rise la production de noyaux de défauts microscopiques. make the production of nuclei of microscopic defects.
Par ailleurs, on a trouvé que le traitement In addition, it has been found that
classique de recuit des lingots n'est pas souhaitable lors- ingot annealing is not desirable when
que le lingot possède un diamètre de 125 mm ou plus Ce- that the ingot has a diameter of 125 mm or more
ci est dû au fait que le lingot est si massif qu'il appa- This is due to the fact that the ingot is so massive that it appears
ralt des contraintes internes élevées et qu'il est néces- high internal stresses and that it is necessary to
saire de réaliser un recuit pendant une longue durée, ce qui favorise la production de noyaux En outre, il faut refroidir rapidement le lingot recuit, dans l'air à une vitesse de 50 à 80 OC/mn de manière à réduire la vitesse de variation de la résistivité Cependant, on ne peut pas The annealing ingot should be cooled rapidly in the air at a rate of 50 to 80 OC / min in order to reduce the rate of change. of resistivity However, we can not
adopter ce traitement de refroidissement rapide étant don- adopt this fast cooling treatment being given
né qu'il apparaît des fissures dansle lingot. born that cracks appear in the ingot.
La relation entre la déformation de la pas- The relationship between the deformation of the
tille et la densité des défauts microscopiques a été étu- and the density of microscopic defects was studied.
dié lors de la seconde expérience. during the second experiment.
La figure 2 montre la relation entre la défor- Figure 2 shows the relationship between defor-
mation de pastilles d'un diamètre de 100 mm et la densité des défauts microscopiques Ces pastilles sont en réalité formées de transistors MOSFET complémentaires au moyen du 100 mm diameter pellets and the density of the microscopic defects These pellets are in fact formed of complementary MOSFET transistors by means of
procédé dit à 5 gm Sur la figure 2, on voit que la dé- The process says at 5 gm In Figure 2, we see that the de-
formation de la pastille augmente lorsque la densité des formation of the pellet increases when the density of
défauts microscopiques augmente.microscopic defects increases.
On a mesuré la déformation des pastilles après que les régions de source et de drain des transistors MOSFET The deformation of the pellets was measured after the source and drain regions of the MOSFET transistors
aient été formées Les mesures de la déformation ont été ef- have been formed Measurements of deformation have been made
fectuées au moyen du procédé des interférences laser. made using the laser interference method.
D'autre part, on a mesuré la densité des dé- On the other hand, we measured the density of
fauts microscopiques en utilisant le procédé classique con- microscopic defects using the conventional method
sistant à examiner la-densité des-défauts microscopiques dans le coeur de la pastille On oxyde les pastilles à 1000 'C pendant 16 heures, on les soumet à un polissage jusqu'à une profondeur de 40 microns les amenant à avoir The pellets are oxidized at 1000.degree. C. for 16 hours, polished to a depth of 40 microns causing them to be microscopic in the core of the pellet.
un poli brillant, et on les soumet à une attaque chimi- polished, and subjected to a chemical attack.
que en utilisant un liquide corrosif de Wright pendant minutes On compte le nombre des défauts dans des po- sitions prédéterminées et on convertit ce nombre pour that using Wright's corrosive liquid for minutes counts the number of defects in predetermined positions and convert that number to
obtenir des densités apparentes (nombre/cm 3) - obtain apparent densities (number / cm 3) -
Si la déformation dépasse 70 microns, la précision de transfert du masque au modèle de la pastille If the deformation exceeds 70 microns, the transfer accuracy of the mask to the tablet model
lors de la phase opératoire de photolithographie est ré- during the operative phase of photolithography is re-
duite même pour le processus à 5 Nom, de sorte que la per- same process for the name process, so that
formance des éléments est réduite de façon correspondante. the formation of the elements is correspondingly reduced.
La densité des défauts microscopiques doit égale ou inférieure à 5 x 10 cm 3 Même si l'on augmente la densité des défauts microscopiques en vue d'obtenir l'effet de getter intrinsèque, des densités supérieures à 5 x 109 cm 3 augmentent l'effet nuisible de réduction de la performance, et ce jusqu à ce cue l'effet de getter The density of the microscopic defects must be equal to or less than 5 x 10 cm 3 Even if the density of the microscopic defects is increased in order to obtain the intrinsic getter effect, densities higher than 5 x 109 cm 3 increase the harmful effect of reducing performance, and this until the effect of getter
soit perdu.be lost.
Dorénavant il est nécessaire deréduire la dé- From now on it is necessary to reduce the de-
formation étant donné que l'on réalise des degrés d'inté- training as one realizes degrees of
gration plus importants.more important.
Les figures 3 et 4 illustrent la relation en- Figures 3 and 4 illustrate the relationship between
tre la déformation des pastilles et la densité des défauts the deformation of the pellets and the density of the defects
microscopiques Les pastilles utilisées ne sont pas réali- microscopic The pellets used are not
sées avec n'importe quel dispositif Les procédés de mesu- with any device Measuring processes
re des déformations des pastilles suivant la direction dia- deformations of the pellets according to the di-
métraleet des densités de défauts microscopiques sont les metric and microscopic defects densities are the
mêmes que ceux utilisés par la figure 2. same as those used in Figure 2.
Dans le cas des expériences considérées, les déformations initiales des pastilles sont soustraites de In the case of the experiments considered, the initial deformations of the pellets are subtracted from
celles obtenues après lestraitements thermiques respectifs. those obtained after the respective heat treatments.
Les déformations initiales sont produites lorsque le lin- Initial deformations are produced when the lineage
got est coupé et sont d'une taille maximale d'environ 25 microns Il en résulte que les déformationsindiquent les valeurs nettes qui sont dues à une déformation élastique Got cut and have a maximum size of about 25 microns It follows that the deformationsindicate the net values that are due to an elastic deformation
apparaissant pendant le traitement thermique. appearing during heat treatment.
Dans les exemples représentés sur les figu- In the examples shown in the figures
res 3 et 4, les pastilles faisant partie du premier crou- 3 and 4, the pellets forming part of the first
pe sont soumises à un chauffage préalable à 800 'C dans une atmosphère de 02 sec pendant 2 heures, puis à 1000 'C The pre-heating is carried out at 800 ° C. in a dry O 2 atmosphere for 2 hours and then at 1000 ° C.
dans une atmosphère oxydantependant 16 heures Le traite- in an oxidizing atmosphere for 16 hours.
ment thermique à 8000 C accroit la probabilité de produc- temperature increase to 8000 C increases the probability of produc-
tion de noyaux de défauts microscopiques Le dernier trai- of nuclei of microscopic defects The last treat-
tement thermique à 1000 'C tend à produire des déformations heat at 1000 ° C tends to produce deformations
miscropiques et favorise la production des défauts microsco- miscropics and promotes the production of microscopic defects.
piques, de la même manière que c'est le cas dans le procédé actuel de formation des dispositifs Les pastilles du second groupe sont seulement soumises au traitement thermique à in the same way as is the case in the current process for forming the devices. The pellets of the second group are only subjected to
10000 C Les pastilles du troisième groupe ne sont soumi- 10000 C The pellets of the third group are not
rses à aucun traitement thermique, mais sont présentées no heat treatment, but are presented
à des fins de comparaison.for comparison purposes.
Dans l'exemple représenté sur la figure 3, In the example shown in FIG.
on soumet les pastilles faisant partie des premier et se- we submit the pellets that are part of the first and se-
cond groupes à un premier traitement thermique forcé ou cond groups to a first forced heat treatment or
imposé de manière à rendre possible une évaluation des dé- imposed in such a way as to make possible an assessment of the
formations De façon spécifique, les pastilles sont dispo- In a specific way, pellets are available
sées verticalement dans une nacelle en étant à des distan- vertically in a nacelle while being at a distance of
ces de 5 mm La nacelle munie des pastilles est placée dans le tube de quartz du four de traitement thermique de type horizontal Le tube de quartz possède un diamètre intérieur de 150 mm et sa température intérieure est de 1000 'C On 5 mm The pod equipped with pellets is placed in the quartz tube of the horizontal type heat treatment furnace. The quartz tube has an internal diameter of 150 mm and its internal temperature is 1000 ° C.
laisse les pastilles dans le tube de quartz pendant une du- leave the pellets in the quartz tube during a
rée de 20 mn,puis on les retire La nacelle est introduite dans le tube de quartz et en est retirée à une vitesse de 20 minutes, then removed. The nacelle is inserted into the quartz tube and removed at a
cm/mn, au moyen d'un dispositif de chargement automati- cm / min, using an automatic loading device
que. Dans l'exemple représenté sur la figure 4 on soumet les pastilles du premier, du second groupes à un premier traitement thermique forcé ou imposé en vue than. In the example shown in FIG. 4, the pellets of the first and of the second groups are subjected to a first forced or imposed heat treatment with a view to
de permettre l'évaluation des déformations, puis à un se- to allow the evaluation of the deformations, then to a
conde traitement thermique forcé Ce second traitement thermique forcé est identique au premier, hormis que la vitesse de la nacelle est de 35 cm/mn Les contraintes apparaissant dans les pastilles sont supérieures dans le This forced second heat treatment is identical to the first, except that the speed of the nacelle is 35 cm / min The stresses appearing in the pellets are higher in the
cas du second traitement thermique forcé. case of the second forced heat treatment.
Les courbes formées de tirets sur les figures 3 et 4 indiquent les résultats qui ont été obtenues avec les pastilles de comparaison et tirées par échantillonnage The dashed lines in Figures 3 and 4 show the results that were obtained with the comparison and sampling pellets.
du lingot dans différentes conditions de croissance. ingot in different growth conditions.
En considérant les figures 3 et 4 on a établi l'effet suivant Les déformations sont proportionnelles à Considering Figures 3 and 4 the following effect has been established: The deformations are proportional to
la densité des défauts microscopiques A partir des compa- the density of the microscopic defects
raisons des pastilles des premier et second groupes et des reasons for the pellets of the first and second groups and
comparaisons des figures 3 et 4, on a trouvé que la densi- comparisons of Figures 3 and 4, it has been found that the densi-
té des-défauts microscopiques augmente et que les déforma- microscopic defects increase and that deformities
tions sont plus suceptibles de se produire dans le cas o le nombre des traitements thermiques auamente En d'autres termes, les pastillessort susce Dtd Tl OE Ce se déformer dans le These are more likely to occur in the case where the number of thermal treatments in the process is different.
cas o une contrainte thermique plus élevée leur est appli- where a higher thermal stress is applied to them.
quée On trouve ces tendances, accusées ou non, dans n'im- These trends, whether charged or not, can be found in
porte quelle pastille.what a pellet.
La densité des défauts microscopiques varie en fonction de la température du traitement thermique du matériau semiconducteur Cette variation est provoquée The density of the microscopic defects varies according to the temperature of the heat treatment of the semiconductor material This variation is caused
par la modification de la teneur en oxygène dans le cris- by altering the oxygen content in the crys-
tal Les défauts microscopiquesprovoquent des dislocations. The microscopic defects cause dislocations.
Ces dislocations augmentent lorsque la densité des défauts microscopiques augmente Il en résulte que la contrainte These dislocations increase when the density of the microscopic defects increases.
critique, à partir de laquelle les décalages ou les étage- critical, from which offsets or
ments formés dans la surface de la pastille par la concen- formed in the surface of the tablet by the concentration
iration de dislocations multiples, est réduite Les pastil- multiple dislocations, is reduced
les présentant une densité plus élevée de défauts microsco- with a higher density of microscopic defects
piques sont susceptibles de faire l'objet de décalageset de déformations pendant les traitements thermiques au cours du processus de fabrication à haute densité d'intégration LSI Ceci réduit la précision du transfert du modèle depuis les masques sur les pastilles, lors de la phase opératoire photolithographique Ceci implique que la formation du noyau et la croissance des défauts mieroscopiqueset la probabilité des décalages apparaissants sont différentes si la teneur en These peaks are subject to shifts and deformations during heat treatments during the LSI high density manufacturing process. This reduces the accuracy of model transfer from the masks to the pellets during the photolithographic operating phase. This implies that the formation of the nucleus and the growth of the mieroscopic defects and the probability of the appearing offsets are different if the
oxygène dans le cristal.oxygen in the crystal.
Les déformations produites par une contrainte thermique dépendent fortement de la qualité du monocristal, The deformations produced by a thermal stress strongly depend on the quality of the single crystal,
et en particulier de la précipitation de l'oxygène (c'est-à- and in particular the precipitation of oxygen (i.e.
dire de la densité des défauts microscopiques). say the density of microscopic defects).
Afin de réduire la contrainte thermique provo- In order to reduce the thermal stress
quant les déformations, on met en oeuvre le processus dit de Ramping pendant le traitement thermique effectué lors du traitement de l'élément Conformément aux expériences faites par l'auteur de la présente invention, si l'on met en oeuvre le procédé de Ramping à une température comprise entre 800 et 900 QC, les noyaux des précipités d'oxygène sont suscepti- as for the deformations, the so-called Ramping process is used during the heat treatment carried out during the treatment of the element. According to the experiments made by the author of the present invention, if the method of Ramping is used in at a temperature between 800 and 900 QC, the nuclei of the oxygen precipitates are
bles d'être produits et les défauts microscopiques sont - to be produced and the microscopic defects are -
susceptibles de croître de sorte que la résistance mécani- likely to grow so that the mechanical resistance
que du cristal s'en trouve réduite. that crystal is reduced.
Il en résulte qu'il est requis d'utiliser un tel cristal uniforme de manière que l'oxygène ne soit pas précipité même sous l'effet du traitement thermique, et que qu'un petit nombre de noyaux de défauts microscopiques soit produit La figure 5 est un organigramme illustrant As a result, it is required to use such a uniform crystal so that the oxygen is not precipitated even under the effect of the heat treatment, and that a small number of nuclei of microscopic defects are produced. 5 is a flowchart illustrating
les procédures mises en oeuvre par un procédé de fabrica- procedures implemented by a manufacturing process
tion d'un matériau semiconducteur, conforme à la présente invention Le lingot du monocristal de silicium, qui a été According to the present invention, the ingot of silicon monocrystal, which has been
préparé selon le procédé CZ, est placé dans un four de re- prepared according to the CZ process, is placed in an oven of
cuit, comme représenté sur la figure 6, sans qu'il ait été cooked, as shown in Figure 6, without it having been
séparé de son germe La manipulation du lingot est effec- separated from its germ The handling of the ingot is effected
tuée dans un état dans lequel toutes les parties du germe sont maintenues serrées dans des positions suspendues au moyen d'un mandrin Le lingot est recuit dans le four de killed in a state in which all parts of the seed are kept tight in suspended positions by means of a mandrel The ingot is annealed in the oven of
recuit conformément auxprogrammes de température représen- annealed in accordance with the temperatureprogrammes
téssur la figure 7.see Figure 7.
La figure 6 est une vue schématique montrant une forme de réalisation de l'appareil de fabrication de FIG. 6 is a schematic view showing an embodiment of the apparatus for manufacturing
semiconducteurs conforme à la présente invention. semiconductors according to the present invention.
Le four de traitement thermique de recuit pos- The annealing heat treatment furnace
* sède une structure verticale, qui est formée par une clo-* follows a vertical structure, which is formed by a clo
che en quartz transparent 1 Cette cloche 1 lest fermée à sa partie supérieure au moyen d'un couvercle 2 On utilise transparent quartz 1 This bell 1 is closed at its upper part by means of a lid 2
un four de type vertical pour empêcher que le corps du lin- a vertical type oven to prevent the body from
got ne vienne en contact avec l'appareil. Got come into contact with the device.
On remplit la cloche de quartz 1 à partir We fill the quartz bell 1 from
d'une admissinion de gaz 3 avec un gaz formant une atmosphè- of an admission of gas 3 with a gas forming an atmosphere
re non oxydante, c'est-à-dire un gaz inerte tel que de l'azo- non-oxidizing, i.e. an inert gas such as azo
te ou de l'argon Avant d'introduire le gaz,,on vide la clo- te or argon Before introducing the gas, empty the clo-
che 1 de manière à y établir un vide poussé au moyen d'une pompe à vide 11 La cloche est conformée de manière à possé- der un contour semblable à celui d'un linaot 5 de manière 1 to form a high vacuum by means of a vacuum pump 11 The bell is shaped so as to have a contour similar to that of a linolina 5.
que le gaz y soit uniformément réparti. that the gas be uniformly distributed.
On charge le lingot 5, constitué par un mono- The ingot 5, consisting of a mono-
cristal de silicium, dans la cloche à quartz 1 On fixe par serrage le lingot 5 au-dessus de la cloche en quartz 1 au moyen d'un mandrin 7 de telle sorte qu'il puisse tourner à Silicon crystal, in the quartz bell 1 The ingot 5 is fixed by clamping above the quartz bell 1 by means of a mandrel 7 so that it can rotate
une vitesse comprise entre O et 30 tr/mn On laisse subsis- a speed between 0 and 30 rpm
ter un germe 5 a au-dessus du lingot 5 Par conséquent le germe 5 a n'est pas séparé par découpage du lingot qui subit a seed 5a above the ingot 5 Therefore the seed 5a is not separated by cutting the ingot which undergoes
le phénomène de croissance, et c'est là l'une des caractéris- the phenomenon of growth, and this is one of the characteristics
tiques de la présente forme de réalisation le mandrin 7 of the present embodiment the mandrel 7
maintiextpoe serraae le germe 5 a.maintain the seed germ 5 a.
Le corps du lingot, c'est-à-dire la partie de- The body of the ingot, that is to say the part of
vant être mise sous la forme de pastilles est maintenu à be put in the form of pellets is maintained at
l'écart de tout contact avec l'appareil Les éléments pol- away from any contact with the appliance The pol-
luants existant sur la paroi intérieure de la cloche 1 sont maintenus à l'écart du lingot Il ne se forme aucune existing luminaires on the inner wall of the bell 1 are kept away from the ingot.
petite fissure sur la surface du lingot, même sous l'ef- small crack on the surface of the ingot, even under the ef-
fet de la contrainte mécanique de contact Il n'existe au- of mechanical contact stress.
cune modification de la température du lingot sous l'effet du transfert de chaleur depuis les parties de contact en a change in the temperature of the ingot under the effect of the heat transfer from the contact parts in
direction de l'appareil C'est pourquoi la face extérieu- direction of the apparatus That is why the outer face
re du lingot ne prend pas part à la production de défauts microscopiques, de fissures et d'éléments polluants dans the ingot does not take part in the production of microscopic defects, cracks and pollutants in
le corps du lingot On peut contrôler les défauts microsco- the body of the ingot One can control the microsomal defects
piques en commandant simplement latempérature de recuit. picks by simply ordering the annealing temperature.
Le mandrin 7 est raccordé à une poulie 9 qui The mandrel 7 is connected to a pulley 9 which
à son tour est accouplée à un moteur 10 au moyen d'une cour- in turn is coupled to a motor 10 by means of a
roie ne portant pas de référence On entraîne le lingot en rotation de manière à maintenir uniforme la température et non-reference channel The ingot is rotated to keep the temperature uniform and
25.4398025.43980
sa variation au niveau des parties respectives situées dans its variation in the respective parts located in
le lingot.the ingot.
Dans l'appareil selon la présente invention on utilise une source de chaleur rayonnante comme source de chaleur de recuit Cette source de chaleur rayonnante est constituée par des lampes à rayonnement infrarouqe 6 Ces In the apparatus according to the present invention, a radiant heat source is used as a source of annealing heat. This radiant heat source is constituted by infrared radiation lamps 6.
lampes à rayonnement infrarouge 6 sont disposées à l'exté- infrared radiation lamps 6 are arranged on the outside.
rieur de la cloche de quartz 1 De façon plus spécifique, les lampes à rayonnement infrarouge 6 sont disposées non seulement dans les parties représentées dans la figure 6, mais également dans tout l'espace entourant l'extérieur de More specifically, the infrared lamps 6 are arranged not only in the portions shown in FIG. 6, but also throughout the space surrounding the outside of the quartz bell.
la cloche 1, et ce à des distances identiaues Les faces ar- Bell 1, at identical distances.
rière des lampes à rayonnement infrarouge 6 sont recouver- infrared lamps 6 are covered by
tes de miroirs réfléchissants 4, de sorte que les rayons infrarouge émis par les lampes à rayonnement infrarouge 6 Reflecting mirrors 4, so that the infrared rays emitted by the infrared radiation lamps 6
peuvent atteindre totalement l'intérieur de la cloche 1. can completely reach the inside of the bell 1.
Les lampes à rayonnement infrarouge 6 et les miroirs ré- The infrared lamps 6 and the mirrors
fléchissants 4 sont montés sur une plaque de support 8. 4 are mounted on a support plate 8.
Les lampes à rayonnement infrarouge 6 sont réliées à une The infrared radiation lamps 6 are connected to a
source d'alimentation en énergie 12 Un capteur de tempé- power supply source 12 A temperature sensor
rature est disposé dans la cloche 1 en étant interposé entre le lingot 5 et les lampes à rayonnement infrarouge 6 L'unité de commande 13 constituée par un microprocesseur, it is arranged in the bell 1 being interposed between the ingot 5 and the infrared radiation lamps 6 The control unit 13 constituted by a microprocessor,
commande la source d'alimentation en énergie 12 en fonc- controls the power source 12 as a function of
tion de l'information délivrée par le capteur de tempéra- of the information delivered by the temperature sensor.
ture Sous l'effet de cette commande d'alimentation en Under the effect of this power supply command
énergie 12, le lingot 5 peut être chauffé et refroidi ra- energy 12, the ingot 5 can be heated and cooled down
pidement à des températures désirées La source d'alimen- quickly at the desired temperatures. The source of food
tation en énergie 12 est constituée par un thyristor L'en- 12 is constituted by a thyristor
semble du rayonnement formé par les rayons infrarouge peut seems radiation formed by infrared rays can
être commandé par un débranchement soit complet, soit par- be controlled by a disconnection either complete or
tiel de la source d'alimentation en énergie 12, soit par limitation du courant envoyé à la source d'alimentation en of the power supply source 12, either by limiting the current sent to the power source in
énergie 12.energy 12.
Grâce au traitement thermique effectué par Thanks to the heat treatment carried out by
rayonnement, il est possible de chauffer le lingot sans con- radiation, it is possible to heat the ingot without
tact physique Il en résulte qu'aucune des pollutions, con- The result is that none of the pollutants
traintes mécaniques et déséquilibresde température, qui ont été indiqués ci-dessus et,sinon,peuvent être provoquées par un contact avec l'appareil, n'apparaissent Ce procédé mechanical stresses and temperature imbalances, which have been indicated above and, if not, can be caused by contact with the apparatus, do not appear.
permet de commander la température du lingot plus commodé- allows to control the temperature of the ingot more convenient
ment que d'autres procédés, comme par exemple le procédé chauffage à résistance Ceci est dû en partie au fait que le transfert de chaleur est réalisé par le rayonnement et'en partie au fait que les calories sortantes (des rayon This is due in part to the fact that the heat transfer is carried out by the radiation and partly because the outgoing calories (from the radii
infrarouges peuvent être commandés de façon précise et ra- infrared sensors can be precisely controlled and
pide. On va décrire ci-après le cas o le lingot de pide. We will describe below the case where the ingot of
monocristal de silicium doit être recuit. silicon monocrystal must be annealed.
Le lingot 5, qui est soutenu à l'état sans contact dans la cloche de quartz 1, comme représenté sur la figure 6, est entraîné en rotation Dans cet état, le lingot 5 est chauffé à une température comprise entre 1200 et 1350 'C par exemple et est maintenu pendant 1 à 16 The ingot 5, which is supported in the non-contact state in the quartz bell 1, as shown in FIG. 6, is rotated. In this state, the ingot 5 is heated to a temperature between 1200 and 1350 ° C. for example and is maintained for 1 to 16
heures dans les rayons infrarouge délivrés par les lam- hours in the infrared rays delivered by the
pes à rayonnement infrarouge 6 Il est souhaitable d'avoir une température de chauffage plus élevée afin d'améliorer It is desirable to have a higher heating temperature in order to improve
l'effet de recuit Si le point de fusion du matériau semi- the annealing effect If the melting point of the semi-
conducteur est désiré par T, la température de recuit dé- conductor is desired by T, the annealing temperature de-
sirée est comprise entre 0,85 T et 0,95 T Dans le cas du silicium, la température de recuit doit être supérieure a Si is between 0.85 T and 0.95 T In the case of silicon, the annealing temperature must be higher than
12000 C et doit être égale, de façon idéale à 1300 'C + 50 'C. 12000 C and should be equal, ideally at 1300 'C + 50' C.
La figure 7 montre l'exemple du cas o le lingot est re- cuit à 12000 C et à 1350 'C Le lingot est chauffé à 1200 'C FIG. 7 shows the example of the case where the ingot is fired at 12000.degree. C. and at 1350.degree. C. The ingot is heated to 1200.degree.
pendant 1 à 8 heures ou à 1350 'C pendant 0,5 à 3 heures. for 1 to 8 hours or at 1350 ° C for 0.5 to 3 hours.
La plupart des causes de formation des noyaux de défauts microscopique dans le lingot sont supprimées au moyen de ce traitement de recuit Les précipités de 1 à nanomètres, qui sont formés par la croissance du lingot, Most of the causes of formation of microscopic defects nuclei in the ingot are suppressed by means of this annealing treatment. The precipitates of 1 to nanometers, which are formed by the growth of the ingot,
sont éliminés Le centre de la concentration des contrain- are eliminated The center of the concentration of con-
tes dans le lingot sous l'effet de la différence de la in the ingot as a result of the difference in
distribution de température est également supprimée. temperature distribution is also removed.
Il en résulte que les distributions des impuretés tel- As a result, the distributions of impurities such as
les que le carbone ou des métaux lourds, des noyaux de défauts microscopiques subsistant dans le lingot mê- me après le traitement de recuit, et de-l'oxygène sont that the carbon or heavy metals, nuclei of microscopic defects remaining in the ingot even after the annealing treatment, and de-oxygen are
rendues uniforme à l'intérieur du lingot. made uniform inside the ingot.
Si l'on soumet le lingot à un recuit à 1300 'C pendant environ 16 heures, la teneur en oxygène dans le lingot peut être réduite de 1018 atomes/cm 3 à If the ingot is subjected to annealing at 1300 ° C for about 16 hours, the oxygen content in the ingot can be reduced from 1018 atoms / cm 3 to
8 x 1017 atomes/cm 3 par diffusion de l'oxygène à l'ex- 8 x 1017 atoms / cm 3 by diffusion of oxygen to the ex-
*térieur du lingot.* inner ingot.
Après les traitements de recuit effectués à ces températures pendant les périodes prédéterminés, After the annealing treatments carried out at these temperatures during the predetermined periods,
la chaleur sortante délivrée par les lampes à rayonne- the outgoing heat delivered by the radiation lamps
ment infrarouge 6 &-diminue en produisant un refroidisse- infrared 6 & -decreased by producing a cooling
ment rapide du lingot Les programmes de température Fast ingot of the ingot The temperature programs
pour ce traitement de refroidissement rapide sont illus- for this rapid cooling treatment are illus-
trés sur la figure 7.very much in figure 7.
Tout d'abord, on refroidit le lingot à envi- First, the ingot is cooled to approximately
ron 1100 'C à partir des températures de recuit, à une vi- 1100 ° C from annealing temperatures to one
tesse de 10 à 15 OC/mn Ensuite, on refroidit e lingot de- 10 to 15 OC / min Then, the ingot of
puis environ 1100 'C jusqu'à environ 300 'C à une vitesse then about 1100 ° C to about 300 ° C at a speed
de 25 à 100 'C/mn La vitesse de diminution de la tempé- 25 to 100 ° C / min The rate of temperature decrease
rature par minute peut être commandée de façon précise au moyen de la commande du rayonnement total fourni par per minute can be precisely controlled by controlling the total radiation provided by
les ravons infrarouge, comme cela a été décrit ci-des- infrared ravons, as described above
sus, Les températures indiquées ici sont les valeurs qui sont détectées par le capteur de température 14, c'est-à-dire les températures présentes dans la cloche The temperatures shown here are the values that are detected by the temperature sensor 14, i.e. the temperatures present in the bell.
1 Les températures réelles du lingot 5 sont légère- The actual temperatures of the ingot 5 are lightly
ment supérieuresà ces valeurs étant donné la capacité calorifigue importante du lingot 5 La température du lingot 5 varie en fonction de la température présente dans la cloche 1 Un petit nombre de noyaux de défauts microscopiques sont produits à des températures dépassant The ingot temperature varies with the temperature present in the bell 1 A small number of nuclei of microscopic defects are produced at temperatures exceeding
10000 C On refroidit le lincot lentement de manière à li- 10000 C The lincot is cooled slowly so that
miter les effets latéraux tels que des fissures provocuées miter side effects such as cracks provocated
par l'opération de refroidissement. by the cooling operation.
La production des noyaux de défauts microsco- piques est favorisée par des températures inférieures à 11000 C Afin de supprimer cette production de noyaux de The production of nuclei of microscopic defects is favored by temperatures below 11000 C. In order to suppress this production of nuclei of
défauts microscopiqueson refroidit rapidement le lincot. microscopic defects quickly cool the lincot.
Si l'on refroidit le lingot rapidement de 11000 C à 65000 C on peut empêcher une nouvelle apparition des noyaux de If the ingot is rapidly cooled from 11000 C to 65000 C, a new appearance of the nuclei can be prevented.
défauts microscopiques Des donneurs d'oxygène sont pro- microscopic defects Oxygen donors are pro-
duits dans la plage detempératures comprisesentre 650 et 3800 C Afin de supprimer cette production de noyaux de défauts microscopiques, on refroidit également rapidement le lingot dans cette gamme de températures Ceci permet de préparer un lingot possédant quelques noyaux de défauts In order to suppress this production of nuclei of microscopic defects, the ingot is also rapidly cooled in this temperature range. This makes it possible to prepare an ingot having a few defect nuclei.
microscopique et Quelques donneurs d'oxygène. microscopic and some oxygen donors.
La phase de maintien temporaire à la tempé- The temporary maintenance phase at
rature de 3000 C est mise en oeuvre afin d'empêcher le lin- 3000 C is implemented in order to prevent the
got 5 de se fissurer sous l'effet de la contrainte thermi- had the effect of cracking under the effect of the thermal stress
que pendant la phase de refroidissement rapide Ceci peut être réalisé à n'importe quelle température inférieure à environ 3800 C Dans la présente forme de réalisation, le that during the rapid cooling phase. This can be done at any temperature below about 3800 C. In the present embodiment, the
lingot est maintenu à 300 'C de manière à garantir la sup- ingot is maintained at 300 ° C in order to guarantee the
pression d'une nouvelle production des donneurs d'oxygè- pressure of a new production of oxygen donors
ne. A des températures inférieures à 300 QC, le lingot peut en outre être refroidi rapidement au bout born. At temperatures below 300 ° C, the ingot can be further rapidly cooled down
d'un intervalle de temps prédéterminé La vitesse de re- predetermined interval of time.
froidissement dans ce cas peut être différente de celle coldness in this case may be different than
du refroidissement rapide à deux phases, mentionné pré- fast two-phase cooling, mentioned previously
cédemment.cédemment.
Conformément à la présente forme de réali- In accordance with the present form of
sation, le lingot 5 en monocristal de silicium peut être recuit aux températures élevées, et ce dans un état sans contact Ceci permet de faire fondre les noyaux des défauts microscopiques (c'est-à-dire les noyaux des précipités In this case, the silicon monocrystal ingot 5 can be annealed at elevated temperatures in a non-contact state. This melts the nuclei of the microscopic defects (i.e., the nuclei of the precipitates).
d'oxygène), qui sont produits pendant la croissance du mo- of oxygen), which are produced during the growth of the
nocristal et lors du déroulement du: traitement thermique dans le four, sans qu'il y ait à craindre une pollution. Grâce au système de chauffage par rayonnement utilisant les lampes à rayonnement infrarouge 6, il est en outre possible de refroidir le cristal plus rapidement que dans le système de chauffage par résistance Il en résulte nocrystal and during the course of: heat treatment in the oven, without fear of pollution. Thanks to the radiant heating system using infrared lamps 6, it is also possible to cool the crystal faster than in the resistance heating system.
qu'il est possible de supprimer pendant la phase opéra- that it is possible to delete during the operational phase
toire de refroidissement, l'oxygène en excès qui produit cooling, the excess oxygen that produces
l'apparition des noyaux de défauts microscopiques. the appearance of nuclei of microscopic defects.
Les pastilles, qui sont séparées par découpa- The pellets, which are separated by
ae du lingot de monocristal 5 et sont soumises à un polissa- of the single crystal ingot 5 and subjected to polishing.
ge fournissant un poli brillant, captent difficilement des précipités d'oxygène même après le processus de fabrication ge providing a brilliant polish, hardly capture oxygen precipitates even after the manufacturing process
à haute densité d'intéaration Ceci réduit de façon remar- high density of interest This remarkably reduces
quable la production de petits défauts de dislocation et de the production of small defects of dislocation and
défaut d'empilage sous l'effet de l'oxydation. lack of stacking under the effect of oxidation.
Alors qu'un cristal ordinaire comporte une concentration de défauts microscopiques compri E entre 107 While an ordinary crystal has a concentration of microscopic defects of between 107
et 108 atomes/cm 3, les pastilles fabriquées selon le pro- and 108 atoms / cm 3, the pellets manufactured according to the
cédé conforme à la présente invention présentent une den- according to the present invention have a den-
sité de défauts microscopiqueségale au maximum à 105 atomes/ microscopic flaws of up to 105 atoms /
cm 3 Pendant l'intervalle de temps o la température du pro- cm 3 During the time interval where the temperature of the pro-
cédé de fabrication à haute densité d'intégration tombe à given high density manufacturing integration falls to
un niveau inférieur et pendant lequel le cristal est utili- a lower level and during which the crystal is used
sé dans des conditions plus difficiles, la présenté forme under more difficult conditions, the present form
de réalisation est remarquablement utile. of achievement is remarkably useful.
Après la phase opératoire de recuit, illus- After the annealing phase, illus-
trée sur la figure 7, on peut à nouveau effectuer un re- shown in Figure 7, we can again make a re-
cuit du lingot à 6000 C Cette phase opératoire de recuit baked ingot at 6000 C This annealing phase
additionnel est mise en oeuvre en vue de supprimer la dis- additional measure is implemented with a view to
persion des résistances dans les différentes parties du lingot Ceci est lié au fait que, bien que les donneurs d'oxygène soient en majeure partie éliminésau moyen de la Persistence of resistance in different parts of the ingot This is related to the fact that, although the oxygen donors are largely eliminated by means of the
présente forme de réalisation, quelques donneurs d'oxygè- present embodiment, some oxygen donors
ne sont encore produits à la suite du traitement thermi- are still produced as a result of the heat treatment
que à une température comprise entre 400 'C et 600 'C. than at a temperature of between 400 ° C and 600 ° C.
Un lingot recuit conformément à la présente invention possède de façon remarquable quelques noyaux de défautsmicroscopiques(c'est-à-dire les noyaux des précipités d'oxygène), de sorte que l'on peut fabriquer An annealed ingot according to the present invention has remarkably few nuclei of microscopic defects (i.e., the nuclei of the oxygen precipitates), so that one can manufacture
un élément semiconducteur possédant d'excellentes carac- a semiconductor element having excellent characteristics
téristiques, et ce à un rendement élevé. characteristics and at a high efficiency.
La fissuration peut être empêchée dans le Cracking can be prevented in the
lingot au moyen d'un refroidissement rapide de ce der- ingot by means of a rapid cooling of this
nier à une température prédéterminée après la phase opé- deny at a predetermined temperature after the operational phase
ratoire de recuit, et au moyen d'un maintien du lingot à une température prédéterminée, pendant un intervalle de annealing process, and by holding the ingot at a predetermined temperature for a period of
temps prédéterminé.predetermined time.
Bien que la présente invention ait été dé- Although the present invention has been
crite de façon spécifique en liaison avec les formes de specifically written in relation to the forms of
réalisation conçues par son auteur, elle n'est pas limi- made by the author, it is not
tées aux formes de réalisation indiquées précédemment to the previously mentioned embodiments
mais peut être naturellement modifiée de différentes ma- but can be naturally modified from different
nière sans sortir pour autant du cadre de protection de l'invention. Par exemple, on peut modifier la vitesse de without departing from the scope of protection of the invention. For example, you can change the speed of
refroidissement du lingot En particulier on peut modi- In particular, it is possible to modify
fier la vitesse en la faisant passer de 10 'C à 15 'C/mn Prove the speed from 10 'C to 15' C / min
comme représenté sur la figure 7 On peut modifier cet- as shown in Figure 7 This can be modified
te vitesse de 25 à 100 'C/mn sauf s'il existe un risque defissuration du lingot, ou bien on peut refroidir le the speed of 25 to 100 'C / min unless there is a risk of defection of the ingot, or we can cool the
lingot à une vitesse relativement lente de 5 à 100 C/mn. ingot at a relatively slow speed of 5 to 100 C / min.
Le traitement de recuit illustré sur la fi- The annealing treatment illustrated in the
gure 7 peut être appliqué non seulement au lingot, mais Figure 7 may be applied not only to the ingot, but
également aux pastilles découpées en tranches Dans cet- also to sliced pellets In this
te variante, les pastilles peuvent ne pas être conser- Alternatively, the pellets may not be preserved.
vées dans un état o elles ne contactent pas l'appareil, si bien que cette variante est moins avantageuse dans le but de supprimer la production des défauts microscopiques et la pollution, que le cas dans lequel le lingot lui-mê'Z in a state where they do not contact the apparatus, so that this variant is less advantageous for the purpose of suppressing the production of microscopic defects and pollution, than the case in which the ingot itself
me est requis.I am required.
En outre, on peut utiliser de l'hydrogène et de l'oxygène en tant que gaz atmosphérique pour la mise In addition, hydrogen and oxygen can be used as atmospheric gases for
en oeuvre du traitement de recuit.of the annealing treatment.
En plus des lampes à rayonnement infrarouge, on peut utiliser comme source de chaleur rayonnante des bobines à haute fréquence ou des ondes électromagnétiques In addition to infrared radiation lamps, high frequency coils or electromagnetic waves may be used as the radiant heat source.
1 O autres que les rayonnements infrarouges. 1 O other than infrared radiation.
La partie d'extrémité du lingot 5 située sur le côté du germe 5 a peut être serrée et maintenue au moyen The end portion of the ingot 5 on the side of the seed 5a can be clamped and held by means of
d'une monture en quartz On utilise cette variante du pro- of a quartz frame This variant of the
cédé lorsque le germe 5 a est cassé et séparé du lingot 5. yielded when the seed 5a is broken and separated from the ingot 5.
Néanmoins, en ce qui concerne la phase de traitement de re- Nevertheless, with regard to the treatment phase of
cuit de la pastille, ce procédé est moins avantageux que le cas o l'on effectue le recuit du lingot 5 en tenant This process is less advantageous than the case where the annealing of the ingot 5 is carried out taking
le lingot 5 a.ingot 5 a.
La description, qui vient d'être faite, con- The description, which has just been made, con-
cerne le cas o la présente invention est appliquée à la phase opératoire de recuit d'un lingot de monocristal de the case where the present invention is applied to the annealing phase of a monocrystal ingot of
silicium et fournit l'arrière-plan du domaine d'applica- silicon and provides the background of the field of applica-
tioede laprésente invention Cependant la présente inven- of the present invention, however, the present invention
tion n'est pas censée être limitée à ce cas, mais peut tion is not intended to be limited to this case, but
être appliquée à n'importe quel semiconducteur des crou- be applied to any semiconductor of
pes III-V de la classification périodique des éléments, III-V of the periodic table of elements,
tels que le gallium-arsenic (Ga-As) ou le gallium-phospho- such as gallium-arsenic (Ga-As) or gallium-phospho-
re (Ga-P) ou un semiconducteur des groupes II-V La tem- re (Ga-P) or a semiconductor of groups II-V The time
pérature de recuit désirée dans ce cas est comprise entre desired annealing temperature in this case is between
0,85 Tk et 0,95 Tk (Tk désignant le point de fusion). 0.85 Tk and 0.95 Tk (Tk designating the melting point).
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