EP4662353A1 - Procédé de production d'un substrat semiconducteur comportant une couche déposée par épitaxie - Google Patents

Procédé de production d'un substrat semiconducteur comportant une couche déposée par épitaxie

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EP4662353A1
EP4662353A1 EP24707601.1A EP24707601A EP4662353A1 EP 4662353 A1 EP4662353 A1 EP 4662353A1 EP 24707601 A EP24707601 A EP 24707601A EP 4662353 A1 EP4662353 A1 EP 4662353A1
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EP
European Patent Office
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susceptor
semiconductor substrate
deposition
coating
epitaxial
Prior art date
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Pending
Application number
EP24707601.1A
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German (de)
English (en)
Inventor
Oleg Kononchuck
Youngpil Kim
Chee-Hoe WONG
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Soitec SA
Original Assignee
Soitec SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Soitec SA filed Critical Soitec SA
Publication of EP4662353A1 publication Critical patent/EP4662353A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4401—Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber
    • C23C16/4404—Coatings or surface treatment on the inside of the reaction chamber or on parts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/458—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
    • C23C16/4581—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber characterised by material of construction or surface finish of the means for supporting the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/56—After-treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/12—Substrate holders or susceptors

Definitions

  • the field of the invention is that of methods for producing a semiconductor substrate comprising a layer deposited by epitaxy.
  • a method for epitaxial deposition on a semiconductor substrate is for example described in US 7,479,187 B2, which discloses that it is advantageous and often necessary to remove from the surfaces of the epitaxy reactor residues that have been deposited on these surfaces in an uncontrolled manner during the deposition of, for example, silicon on the semiconductor substrate.
  • This step called “chamber etch”, is carried out more or less frequently depending on the degree of contamination and the quality requirements.
  • chamber etching it is expedient to carry out chamber etching after the deposition of an epitaxial layer on a semiconductor substrate before a subsequent epitaxial deposition is carried out on another semiconductor substrate.
  • chamber etching can also take place less frequently, for example every 2 to 8 epitaxial depositions on semiconductor substrates.
  • US 7479 187 B2 also proposes coating the etched surfaces in the epitaxy reactor with a thin film of silicon by passing a deposition gas through the epitaxy reactor.
  • the thin film of silicon seals the surfaces and prevents contaminants that diffuse from the surfaces from entering the growing epitaxial layer during subsequent epitaxial deposition.
  • Deposition of a thin film of silicon on the surfaces of the epitaxy reactor after chamber etching is called "chamber coating".
  • Epitaxial deposition processes use a susceptor, for example a graphite susceptor, which includes one or more circular concavities called pockets, for example made of silicon carbide, each formed at a substrate placement position.
  • a susceptor for example a graphite susceptor, which includes one or more circular concavities called pockets, for example made of silicon carbide, each formed at a substrate placement position.
  • the passage of reactive gases between a pocket and the backside of a substrate positioned on this pocket can result in a deposition of reactive gases on the backside. of the substrate.
  • Such a deposit is likely to degrade the surface condition of the back face of the substrate. This degraded surface condition may make the substrate unsuitable for use in an electronic component manufacturing process, in particular CMOS circuit manufacturing.
  • the invention aims to avoid the deposition of reactive gases on the rear face of a substrate during epitaxial deposition on the front face thereof by overcoming the aforementioned drawbacks of gas-passage susceptors.
  • the invention proposes a method for producing a semiconductor substrate comprising a layer deposited by epitaxy, successively comprising the steps of etching a susceptor of an epitaxy reactor, coating the susceptor, placing a semiconductor substrate on the susceptor and depositing an epitaxial layer on the semiconductor substrate.
  • the method further comprises, after coating and before deposition, exposing the susceptor to a gas mixture containing oxygen. This exposure leads to oxidation of the susceptor which forms an oxide layer.
  • this oxide layer is intercalated between the susceptor and a rear face of the substrate and makes it possible to prevent the deposition of reactive gases on the rear face of the substrate.
  • This method further comprises, after placing the semiconductor substrate on the susceptor and before depositing the epitaxial layer on the semiconductor substrate, a step of baking the substrate.
  • semiconductor which eliminates, except on the underside of the semiconductor substrate, the oxide layer formed by exposure of the susceptor to a gas mixture containing oxygen.
  • Some preferred, but not limiting, aspects of the present method include:
  • the gas mixture containing oxygen is a mixture of hydrogen and argon comprising between 0.1% and 10% O2
  • the exposure of the susceptor to a gas mixture containing oxygen is carried out after said coating and before said installation;
  • the oxide layer formed on the surface of the susceptor by exposure of the susceptor to the gas mixture containing oxygen has a thickness of less than 10 ⁇ ;
  • the steps of placing a semiconductor substrate on the susceptor and depositing an epitaxial layer on the semiconductor substrate are repeated for at least one other semiconductor substrate without in the meantime etching, coating and oxidizing the susceptor;
  • the exposure of the susceptor to a gas mixture containing oxygen is carried out after said installation and before said deposition;
  • the steps of placing a semiconductor substrate on the susceptor, exposing the susceptor to a gas mixture containing oxygen and depositing an epitaxial layer on the semiconductor substrate are repeated for at least one other semiconductor substrate without in the meantime etching and coating the susceptor;
  • FIG. 1 is a schematic representation of the evolution of the temperature inside an epitaxy reactor during an epitaxial deposition process according to the prior art
  • FIG. 2 is a schematic representation of the evolution of the temperature inside an epitaxy reactor during an epitaxial deposition process according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 3 is a schematic representation of the evolution of the temperature inside an epitaxy reactor during an epitaxial deposition process according to a second embodiment of the invention
  • FIG. 4 is a schematic representation of the steps of an epitaxial deposition method according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 5 is a schematic representation of the steps of an epitaxial deposition method according to a second embodiment of the invention.
  • a method of producing a semiconductor substrate having an epitaxially deposited layer includes exposing a susceptor of an epitaxial reactor to a gas mixture containing oxygen.
  • the invention thus exploits an epitaxy reactor into which a gas mixture containing oxygen can be introduced so as to expose the materials placed therein to the gas mixture containing oxygen, thus carrying out an in situ oxidation of these materials.
  • This in situ oxidation forms an oxide layer which, during the deposition of the epitaxial layer on a front face of the substrate, is intercalated between the susceptor and a rear face of the substrate and makes it possible to prevent the deposition of reactive gases on the rear face of the substrate.
  • exposure of the susceptor to a gas mixture containing oxygen is performed after "chamber coating” and before formation of the epitaxial layer.
  • exposure of a susceptor to a gas mixture containing oxygen may be performed after "chamber coating", before placing on the susceptor a semiconductor substrate on which the epitaxial layer is to be deposited, or after placing the semiconductor substrate on the susceptor before performing epitaxial deposition on the semiconductor substrate.
  • Figure 1 is a schematic representation of the evolution over time t of the temperature T inside an epitaxy reactor during an epitaxial deposition process according to the prior art.
  • the susceptor is etched during an ETCH chamber etching step and coated during a COAT chamber coating step with a silicon layer.
  • one or more additional epitaxial EPI depositions can be performed before repeating the ETCH chamber etching and the COAT chamber coating.
  • FIGS. 2 and Figure 3 are schematic representations of the evolution over time t of the temperature T inside an epitaxy reactor during an epitaxial deposition process according to embodiments of the invention.
  • the method of the invention comprises a step designated ISO of exposing the susceptor to a gas mixture containing oxygen, this ISO step being carried out after the coating in the COAT chamber and before carrying out an epitaxial deposition EPI.
  • Figure 4 shows steps of a method for producing a semiconductor substrate comprising a layer deposited by epitaxy according to a first embodiment of the invention.
  • This method uses a susceptor S of an epitaxy reactor, for example a graphite susceptor, which comprises one or more circular concavities P called pockets, for example made of silicon carbide, each formed at a substrate placement position.
  • a susceptor S of an epitaxy reactor for example a graphite susceptor, which comprises one or more circular concavities P called pockets, for example made of silicon carbide, each formed at a substrate placement position.
  • step (a) the susceptor is subjected to a chamber etching step, for example in Hz and HCl.
  • the Hz may be introduced into the epitaxy reactor at a flow rate of 3 to 100 sim (standard liters per minute) while the HCl may be introduced into the epitaxy reactor at a flow rate of 5 to 20 sim.
  • the chamber etching step may be carried out at a temperature between 1050°C and 1200°C for a duration between 20 seconds and 400 seconds.
  • the susceptor is subjected to a chamber coating step to form thereon a silicon film 10, for example polycrystalline silicon.
  • the chamber coating step may comprise introducing a mixture of H2 and TCS (trichlorosilane) into the epitaxy reactor.
  • the H2 may be introduced into the epitaxy reactor at a flow rate of 3 to 100 sim (standard liter per minute) while the TCS may be introduced into the epitaxy reactor at a flow rate of 10 to 19 sim.
  • the chamber coating step may be carried out at a temperature between 1000°C and 1150°C for a duration of between 10 seconds and 100 seconds.
  • step (c) the coated susceptor is exposed to a gas mixture containing oxygen.
  • This exposure forms an oxide layer 20 on the surface of the susceptor.
  • the thickness of this oxide layer is for example less than 10 ⁇ .
  • this step (c) performs an in situ oxidation of the susceptor, the gas mixture containing oxygen which is introduced into the epitaxy reactor reacting in situ with the coated susceptor to form the oxide layer 20.
  • these three steps (a), (b) and (c) are respectively designated by ETCH, COAT and ISO.
  • the step of exposing the susceptor to the oxygen-containing gas mixture may be carried out at a temperature of between 900°C and 1100°C for a period of between 5 seconds and 100 seconds.
  • the oxygen-containing gas mixture to which the susceptor is exposed during the in situ oxidation may comprise hydrogen as a carrier gas and argon comprising between 0.1% and 10% O2.
  • the in situ oxidation comprises introducing oxygen into the epitaxy reactor at a flow rate of between 0.1 and 10 sim with H2 carrier gas at a flow rate of between 5 and 100 sim.
  • the method continues with a step (d) of placing one or more semiconductor substrates 30 on the oxide layer 20 of the susceptor S (more precisely at the position(s) for placing the substrates corresponding to the pocket(s).
  • the oxide layer 20 is thus intercalated between the susceptor and the face back of each of the substrate(s), thereby preventing the diffusion of reactive gases between the susceptor and the back face of the substrate(s) during subsequent steps.
  • the method then comprises a step (e) of baking the semiconductor substrate(s) 30 on the susceptor S, which removes the oxide layer 20 except on the underside of the semiconductor substrate(s) 30 (i.e. the oxide layer remains present between the rear face of the substrate(s) and the susceptor) and a step (f) of depositing an epitaxial layer 30 on the front face of each of the semiconductor substrate(s) 30.
  • these two steps (e) and (f) are respectively designated BAKE and EPI.
  • the baking is generally carried out after a temperature increase, and the epitaxial deposition is carried out after the baking and is followed by a temperature decrease.
  • the baking step BAKE is indicated only once in FIG. 2, but it is understood that a baking step of this type precedes each EPI epitaxial deposition.
  • the BAKE cooking step can be carried out in H2 introduced at a flow rate between 3 and 100 sim. It can be carried out at a temperature between 950°C and 1200°C for a duration between 5 seconds and 100 seconds.
  • the EPI epitaxial deposition step is performed in H2 using a reactive gas for epitaxial deposition, such as TCS.
  • TCS can be introduced at a flow rate of between 5 and 50 sim while the H2 carrier gas can be introduced at a flow rate of between 3 and 100 sim.
  • the EPI epitaxial deposition step can be performed at a temperature of between 950°C and 1200°C for a time of between 10 seconds and 1000 seconds.
  • the steps of placing a semiconductor substrate on the susceptor, baking the semiconductor substrate and depositing an epitaxial layer on the semiconductor substrate are repeated for at least one other semiconductor substrate without in the meantime etching, coating and in situ oxidizing the susceptor.
  • four to six epitaxial depositions can be carried out before exposing the susceptor to a new etching, coating and in situ oxidation sequence.
  • four EPI epitaxial depositions are carried out between two ETCH etching sequences - COAT coating - ISO in situ oxidation of the susceptor.
  • Figure 5 shows the steps of a method for producing a semiconductor substrate comprising an epitaxially deposited layer according to a second embodiment of the invention.
  • Steps (a) and (b) are respectively an in-chamber etching step and an in-chamber coating step similar to those mentioned above with respect to Figure 4.
  • the method comprises a step (c) of placing one or more semiconductor substrates 30 on the susceptor S (more precisely at the substrate placement position(s) corresponding to the pocket(s).
  • the semiconductor substrate 30 may have degraded local flatness values in its edge region.
  • step (d) The exposure of the coated susceptor to an oxygen-containing gas mixture then takes place in step (d), by an in situ oxidation during which the oxygen-containing gas mixture introduced into the epitaxy reactor reacts in situ with the coated susceptor to form an oxide layer 25 located both on the front face of the semiconductor substrate and on the back face of the semiconductor substrate, between the semiconductor substrate and the coated susceptor.
  • the thickness of this oxide layer is for example less than 10 ⁇ .
  • this in situ oxidation is designated by ISO.
  • the oxygen-containing gas mixture to which the susceptor is exposed during the in situ oxidation may include hydrogen as a carrier gas and argon comprising between 0.1% and 10% O2.
  • the in situ oxidation includes introducing oxygen into the epitaxy reactor at a flow rate greater than 0.1 sim while H2 carrier gas is introduced at a flow rate of between 5 and 100 sim so as to ensure contact of the layer on the coated susceptor.
  • the in situ oxidation of the susceptor is followed by a step (e) of baking one or more semiconductor substrates 30 on the susceptor S, which removes the oxide layer 25 except on the underside of the semiconductor substrate(s) 30 (i.e. it remains present between the rear face of the substrate(s) and the susceptor) and a step (f) of depositing an epitaxial layer 40 on each of the semiconductor substrate(s) 30.
  • these two steps (e) and (f) are respectively designated BAKE and EPI.
  • the baking is generally carried out after a rise in temperature, and epitaxial deposition is performed after baking and is followed by a temperature decrease.
  • the BAKE baking step is shown only once in Figure 3, but it is understood that a baking step of this type precedes each epitaxial deposition EPI.
  • the in situ oxidation of the ISO susceptor can be carried out during the temperature rise, i.e. during the increase in the temperature of the epitaxy reactor until reaching an epitaxial deposition temperature.
  • the in situ oxidation of the ISO susceptor is carried out during the temperature rise at a rise rate of 3 to 10 °C/s, up to a temperature between 500 °C and 1100 °C. Its duration can be between 5 seconds and 200 seconds.
  • the BAKE step can be performed in H introduced at a flow rate of between 3 and 100 sim. It can be performed at a temperature of between 950°C and 1200°C for a time of between 5 seconds and 100 seconds.
  • the EPI epitaxial deposition step is performed in H2 using a reactive gas for epitaxial deposition, such as TCS.
  • the TCS can be introduced at a flow rate of between 5 and 50 sim while the H2 carrier gas can be introduced at a flow rate of between 3 and 100 sim.
  • the EPI epitaxial deposition step can be performed at a temperature of between 950°C and 1200°C for a time of between 10 seconds and 1000 seconds.
  • the steps of placing a semiconductor substrate on the susceptor, exposing the susceptor to a gas mixture containing oxygen, baking the semiconductor substrate and depositing an epitaxial layer on the semiconductor substrate are repeated for at least one other semiconductor substrate without in the meantime etching and coating the susceptor.
  • four to six epitaxial depositions can be carried out before exposing the susceptor to a new ETCH etching and COAT coating sequence.
  • four such EPI epitaxial depositions are carried out between two ETCH etching and COAT coating sequences of the susceptor, each EPI epitaxial deposition being preceded by an in situ oxidation of the ISO susceptor.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de production d'un substrat de semi-conducteur comportant une couche déposée par épitaxie, comprenant successivement les étapes suivantes : - gravure (ETCH) d'un suscepteur d'un réacteur d'épitaxie; - revêtement (COAT) du suscepteur; - mise en place d'un substrat de semi-conducteur sur le suscepteur; - dépôt (EPI) d'une couche épitaxiale sur le substrat de semi-conducteur. Le procédé comprend en outre, après le revêtement et avant le dépôt, l'exposition (ISO) du suscepteur à un mélange gazeux contenant de l'oxygène. Le procédé comprend par ailleurs, après la mise en place et avant le dépôt, une étape de cuisson (BAKE) du substrat semi-conducteur, qui élimine, sauf sur le dessous du substrat de semi-conducteur, une couche d'oxyde formée par l'exposition du suscepteur à un mélange gazeux contenant de l'oxygène.

Description

Procédé de production d'un substrat semiconducteur comportant une couche déposée par épitaxie
DOMAINE TECHNIQUE
Le domaine de l'invention est celui des procédés de production d'un substrat de semi- conducteur comportant une couche déposée par épitaxie.
DESCRIPTION DE L'ART ASSOCIÉ
Un procédé de dépôt épitaxial sur un substrat de semi-conducteur est par exemple décrit dans le document US 7 479 187 B2, qui divulgue qu'il est avantageux et souvent nécessaire d'éliminer des surfaces du réacteur d'épitaxie des résidus qui ont été déposés sur ces surfaces de manière incontrôlée pendant le dépôt, par exemple, de silicium sur le substrat de semi-conducteur. Cette étape, appelée "gravure en chambre" {chamber etch en anglais), est réalisée plus ou moins fréquemment en fonction du degré de contamination et des exigences de qualité. Dans certains cas, il est opportun d'effectuer une gravure en chambre après le dépôt d'une couche épitaxiale sur un substrat de semi-conducteur avant qu'un dépôt épitaxial ultérieur ne soit effectué sur un autre substrat de semi-conducteur. Dans d'autres cas, la gravure en chambre peut également avoir lieu moins fréquemment, par exemple tous les 2 à 8 dépôts épitaxiaux sur des substrats de semi-conducteur.
Le document US 7479 187 B2 propose également de revêtir les surfaces gravées dans le réacteur d'épitaxie d'un film mince de silicium en faisant passer un gaz de dépôt à travers le réacteur d'épitaxie. Le film mince de silicium scelle les surfaces et empêche les contaminants qui diffusent à partir des surfaces de pénétrer dans la couche épitaxiale en croissance lors d'un dépôt épitaxial ultérieur. Le dépôt d'un film mince de silicium sur les surfaces du réacteur d'épitaxie après la gravure en chambre est appelé "revêtement en chambre" (chamber coating en anglais).
Les procédés de dépôt épitaxial font appel à un suscepteur, par exemple à un suscepteur en graphite, qui comprend une ou plusieurs concavités circulaires appelées poches, par exemple en carbure de silicium, chacune formée à une position de mise en place d'un substrat. Le passage de gaz réactifs entre une poche et la face arrière d'un substrat positionné sur cette poche peut entraîner un dépôt de gaz réactifs en face arrière du substrat. Un tel dépôt est susceptible de dégrader l'état de surface de la face arrière du substrat. Cet état de surface dégradé peut rendre le substrat impropre à être utilisé dans un processus de fabrication de composants électroniques, notamment une fabrication de circuits CMOS.
Afin de contourner cette difficulté, il est connu, par exemple de US 7,601,224 B2, d'utiliser des suscepteurs dotés de passages de gaz pour permettre de diriger un filet de gaz vers la face arrière du substrat à même d'empêcher l'écoulement des gaz réactifs sous le substrat, inhibant ainsi le dépôt indésirable de gaz réactifs sur la face arrière du substrat.
L'utilisation de tels suscepteurs est susceptible de perturber l'écoulement des gaz réactifs dans la chambre, ce qui risque d'engendrer une non-uniformité du dépôt épitaxial. Cette utilisation est en outre complexe, coûteuse et nécessite une modification importante du matériel.
BRÈVE DESCRIPTION DE L'INVENTION
L'invention vise à éviter le dépôt de gaz réactifs en face arrière d'un substrat lors d'un dépôt épitaxial sur la face avant de celui-ci en passant outre les inconvénients susmentionnés des suscepteurs à passages de gaz.
À cet effet, l'invention propose un procédé de production d'un substrat de semi- conducteurcomportant une couche déposée parépitaxie, comprenant successivement les étapes de gravure d'un suscepteur d'un réacteur d'épitaxie, de revêtement du suscepteur, de mise en place d'un substrat de semi-conducteur sur le suscepteur et de dépôt d'une couche épitaxiale sur le substrat de semi-conducteur. Le procédé comprend en outre, après le revêtement et avant le dépôt, l'exposition du suscepteur à un mélange gazeux contenant de l'oxygène. Cette exposition conduit à une oxydation du suscepteur qui vient former une couche d'oxyde. Lors du dépôt de la couche épitaxiale sur une face avant du substrat, cette couche d'oxyde se retrouve intercalée entre le suscepteur et une face arrière du substrat et permet d'empêcher le dépôt de gaz réactifs en face arrière du substrat. Ce procédé comprend en outre, après la mise en place du substrat de semi-conducteur sur le suscepteur et avant le dépôt de la couche épitaxiale sur le substrat de semi-conducteur, une étape de cuisson du substrat semi-conducteur, qui élimine, sauf sur le dessous du substrat de semi-conducteur, la couche d'oxyde formée par l'exposition du suscepteur à un mélange gazeux contenant de l'oxygène.
Certains aspects préférés, mais non limitatifs, du présent procédé sont les suivants :
- le mélange gazeux contenant de l'oxygène est un mélange d'hydrogène et d'argon comprenant entre 0,1% et 10% de O2
- du O2 est introduit dans le réacteur d'épitaxie à un débit compris entre 0,1 et 10 sim ;
- l'exposition du suscepteur à un mélange gazeux contenant de l'oxygène est effectuée après ledit revêtement et avant ladite mise en place ;
- la couche d'oxyde formée en surface du suscepteur par l'exposition du suscepteur au mélange gazeux contenant de l'oxygène présente une épaisseur inférieure à 10Â;
- les étapes de mise en place d'un substrat de semi-conducteur sur le suscepteur et de dépôt d'une couche épitaxiale sur le substrat de semi-conducteur sont répétées pour au moins un autre substrat de semi-conducteur sans entre-temps graver, revêtir et oxyder le suscepteur ;
- l'exposition du suscepteur à un mélange gazeux contenant de l'oxygène est effectuée après ladite mise en place et avant ledit dépôt ;
- l'exposition du suscepteur à un mélange gazeux contenant de l'oxygène est effectuée tout en augmentant une température du réacteur d'épitaxie à une température de dépôt épitaxial ;
- les étapes de mise en place d'un substrat de semi-conducteur sur le suscepteur, d'exposition du suscepteur à un mélange gazeux contenant de l'oxygène et de dépôt d'une couche épitaxiale sur le substrat de semi-conducteur sont répétées pour au moins un autre substrat de semi-conducteur sans entre-temps graver et revêtir le suscepteur ;
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée suivante de ses modes de réalisation préférés, fournie à titre non limitatif d'exemple, et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 est une représentation schématique de l'évolution de la température à l'intérieur d'un réacteur d'épitaxie pendant un processus de dépôt épitaxial selon l'art antérieur ;
- la figure 2 est une représentation schématique de l'évolution de la température à l'intérieur d'un réacteur d'épitaxie pendant un processus de dépôt épitaxial selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 3 est une représentation schématique de l'évolution de la température à l'intérieur d'un réacteur d'épitaxie pendant un processus de dépôt épitaxial selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 4 est une représentation schématique des étapes d'un procédé de dépôt épitaxial selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 5 est une représentation schématique des étapes d'un procédé de dépôt épitaxial selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION
L'invention concerne un procédé de production d'un substrat de semi-conducteur comportant une couche déposée par épitaxie, qui comprend l'exposition d'un suscepteur d'un réacteur d'épitaxie à un mélange gazeux contenant de l'oxygène.
L'invention exploite ainsi un réacteur d'épitaxie dans lequel un mélange gazeux contenant de l'oxygène peut être introduit de manière à exposer les matériaux qui y sont placés au mélange gazeux contenant de l'oxygène, réalisant ainsi une oxydation in situ de ces matériaux. Cette oxydation in situ vient former une couche d'oxyde qui, lors du dépôt de la couche épitaxiale sur une face avant du substrat, se retrouve intercalée entre le suscepteur et une face arrière du substrat et permet d'empêcher le dépôt de gaz réactifs en face arrière du substrat.
Comme évoqué ci-après, l'exposition du suscepteur à un mélange gazeux contenant de l'oxygène est effectuée après le "revêtement en chambre" et avant la formation de la couche épitaxiale. À titre d'exemple, l'exposition d'un suscepteur à un mélange gazeux contenant de l'oxygène peut être effectuée après le "revêtement en chambre", avant la mise en place sur le suscepteur d'un substrat de semi-conducteur sur laquelle la couche épitaxiale doit être déposée, ou après la mise en place du substrat de semi-conducteur sur le suscepteur avant d'effectuer le dépôt épitaxial sur le substrat de semi-conducteur.
La figure 1 est une représentation schématique de l'évolution au cours du temps t de la température T à l'intérieur d'un réacteur d'épitaxie pendant un processus de dépôt épitaxial selon l'art antérieur. Comme le montre la figure 1, après un ou plusieurs dépôts épitaxiaux EPI sur des substrats de semi-conducteur, réalisés dans le réacteur d'épitaxie (quatre dépôts épitaxiaux EPI dans l'exemple illustré), le suscepteurest gravé au cours d'une étape de gravure en chambre ETCH et revêtu au cours d'une étape de revêtement en chambre COAT d'une couche de silicium. Après cela, un ou plusieurs dépôts épitaxiaux EPI supplémentaires peuvent être effectués avant de répéter la gravure en chambre ETCH et le revêtement en chambre COAT.
La figure 2 et la figure 3 sont des représentations schématiques de l'évolution au cours du temps t de la température T à l'intérieur d'un réacteur d'épitaxie pendant un processus de dépôt épitaxial selon des modes de réalisation de l'invention. Comme le montrent ces figures, le procédé de l'invention comprend une étape désignée ISO d'exposition du suscepteur à un mélange gazeux contenant de l'oxygène, cette étape ISO étant effectuée après le revêtement en chambre COAT et avant d'effectuer un dépôt épitaxial EPI.
La figure 4 représente des étapes d'un procédé de production d'un substrat de semi- conducteur comportant une couche déposée par épitaxie selon un premier mode de réalisation de l'invention. Ce procédé fait appel à un suscepteur S d'un réacteur d'épitaxie, par exemple à un suscepteur en graphite, qui comprend une ou plusieurs concavités circulaires P appelées poches, par exemple en carbure de silicium, chacune formée à une position de mise en place du substrat.
Lors de l'étape (a), le suscepteur est soumis à une étape de gravure en chambre, par exemple dans du Hz et du HCl. Le Hz peut être introduit dans le réacteur d'épitaxie à un débit de 3 à 100 sim (litre standard par minute) tandis que le HCl peut être introduit dans le réacteur d'épitaxie à un débit de 5 à 20 sim. L'étape de gravure en chambre peut être effectuée à une température comprise entre 1050°C et 1200°C pendant une durée comprise entre 20 secondes et 400 secondes.
Lors de l'étape (b), le suscepteur est soumis à une étape de revêtement en chambre pourformersur celui-ci un film de silicium 10, par exemple de silicium polycristallin. L'étape de revêtement en chambre peut comprendre l'introduction d'un mélange de H2 et de TCS (trichlorosilane) dans le réacteur d'épitaxie. Le H2 peut être introduit dans le réacteur d'épitaxie à un débit de 3 à 100 sim (litre standard par minute) tandis que le TCS peut être introduit dans le réacteur d'épitaxie à un débit de 10 à 19 sim. L'étape de revêtement en chambre peut être effectuée à une température comprise entre 1000°C et 1150°C pendant une durée comprise entre 10 secondes et 100 secondes.
Lors de l'étape (c), le suscepteur revêtu est exposé à un mélange gazeux contenant de l'oxygène. Cette exposition forme une couche d'oxyde 20 en surface du suscepteur. L'épaisseur de cette couche d'oxyde est par exemple inférieure à 10Â. Plus particulièrement, comme évoqué ci-dessus, cette étape (c) réalise une oxydation in situ du suscepteur, le mélange gazeux contenant de l'oxygène qui est introduit dans le réacteur d'épitaxie venant réagir in situ avec le suscepteur revêtu pour former la couche d'oxyde 20. Sur la figure 2, ces trois étapes (a), (b) et (c) sont respectivement désignées par ETCH, COAT et ISO.
L'étape d'exposition du suscepteur au mélange gazeux contenant de l'oxygène peut être effectuée à une température comprise entre 900°C et 1100°C pendant une durée comprise entre 5 secondes et 100 secondes. Le mélange gazeux contenant de l'oxygène auquel le suscepteur est exposé pendant l'oxydation in situ peut comprendre de l'hydrogène en tant que gaz porteur et de l'argon comprenant entre 0,1% et 10% de O2. Dans un mode de réalisation possible, l'oxydation in situ comprend l'introduction d'oxygène dans le réacteur d'épitaxie à un débit compris entre 0,1 et 10 sim avec du gaz porteur H2 à un débit compris entre 5 et 100 sim.
Le procédé se poursuit par une étape (d) de mise en place d'une ou de plusieurs substrats de semi-conducteur 30 sur la couche d'oxyde 20 du suscepteur S (plus précisément au niveau de la ou des positions de mise en place des substrats correspondants à la ou aux poches). La couche d'oxyde 20 est ainsi intercalée entre le suscepteur et la face arrière de chacun du ou des substrats, empêchant ainsi la diffusion de gaz réactifs entre le suscepteur et la face arrière du ou des substrats lors des étapes ultérieures.
Le procédé comprend ensuite une étape (e) de cuisson du ou des substrats de semi- conducteur 30 sur le suscepteur S, qui élimine la couche d'oxyde 20 excepté sur le dessous de la ou des substrats de semi-conducteur 30 (i.e. la couche d'oxyde reste présente entre la face arrière du ou des substrats et le suscepteur) et une étape (f) de dépôt d'une couche épitaxiale 30 sur la face avant de chacun du ou des substrats de semi-conducteur 30. Sur la figure 2, ces deux étapes (e) et (f) sont respectivement désignées par BAKE et EPI. Comme illustré sur la figure 2, la cuisson est généralement effectuée après une montée en température, et le dépôt épitaxial est effectué après la cuisson et est suivi d'une descente en température. Pour simplifier l'illustration, l'étape de cuisson BAKE n'est indiquée qu'une seule fois sur la figure 2, mais il est entendu qu'une étape de cuisson de ce type précède chaque dépôt épitaxial EPI.
L'étape de cuisson BAKE peut être effectuée dans du H2 introduit à un débit compris entre 3 et 100 sim. Elle peut être effectuée à une température comprise entre 950°C et 1200°C pendant une durée comprise entre 5 secondes et 100 secondes.
L'étape de dépôt épitaxial EPI est effectuée dans du H2 en utilisant un gaz réactif pour le dépôt épitaxial, tel que du TCS. Le TCS peut être introduit à un débit compris entre 5 et 50 sim tandis que le gaz porteur H2 peut être introduit à un débit compris entre 3 et 100 sim. L'étape de dépôt épitaxial EPI peut être effectuée à une température comprise entre 950°C et 1200°C pendant une durée comprise entre 10 secondes et 1000 secondes.
Selon une variante possible de ce premier mode de réalisation, les étapes de mise en place d'un substrat de semi-conducteur sur le suscepteur, de cuisson du substrat de semi- conducteur et de dépôt d'une couche épitaxiale sur le substrat de semi-conducteur sont répétées pour au moins un autre substrat de semi-conducteur sans entre-temps graver, revêtir et oxyde in situ le suscepteur. À titre d'exemple, quatre à six dépôts épitaxiaux peuvent être effectués avant d'exposer le suscepteur à une nouvelle séquence de gravure, de revêtement et d'oxydation in situ. Sur la figure 2, quatre dépôts épitaxiaux EPI sont effectués entre deux séquences de gravure ETCH - revêtement COAT - oxydation in situ ISO du suscepteur. La figure 5 représente les étapes d'un procédé de production d'un substrat de semi- conducteur comportant une couche déposée par épitaxie selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Les étapes (a) et (b) sont respectivement une étape de gravure en chambre et une étape de revêtement en chambre semblables à celles évoquées ci- dessus à propos de la figure 4. Après le revêtement, le procédé comprend une étape (c) de mise en place d'un ou de plusieurs substrats de semi-conducteur 30 sur le suscepteur S (plus précisément à la ou aux positions de mise en place des substrats correspondant à la ou aux poches). Comme illustré schématiquement sur la figure 5, le substrat de semi- conducteur 30 peut présenter des valeurs dégradées de planéité locale dans sa région de bord.
L'exposition du suscepteur revêtu à un mélange gazeux contenant de l'oxygène a ensuite lieu à l'étape (d), par une oxydation in situ lors de laquelle le mélange gazeux contenant de l'oxygène introduit dans le réacteur d'épitaxie réagit in situ avec le suscepteur revêtu pour former une couche d'oxyde 25 située à la fois sur la face avant du substrat de semi-conducteur et sur la face arrière du substrat de semi-conducteur, entre le substrat de semi-conducteur et le suscepteur revêtu. L'épaisseur de cette couche d'oxyde est par exemple inférieure à 10Â. Sur la figure 3, cette oxydation in situ est désignée par ISO.
Le mélange gazeux contenant de l'oxygène auquel le suscepteur est exposé pendant l'oxydation in situ peut comprendre de l'hydrogène en tant que gaz porteur et de l'argon comprenant entre 0,1% et 10% de O2. Dans un mode de réalisation possible, l'oxydation in situ comprend l'introduction d'oxygène dans le réacteur d'épitaxie à un débit supérieur à 0,1 sim tandis que du gaz porteur H2 est introduit à un débit compris entre 5 et 100 sim de manière à assurer un contact de la couche sur le suscepteur revêtu.
L'oxydation in situ du suscepteur est suivie d'une étape (e) de cuisson d'un ou de plusieurs substrats de semi-conducteur 30 sur le suscepteur S, qui élimine la couche d'oxyde 25 excepté sur le dessous du ou des substrats de semi-conducteur 30 (i.e. elle reste présente entre la face arrière du ou des substrats et le suscepteur) et d'une étape (f) de dépôt d'une couche épitaxiale 40 sur chacun du ou des substrats de semi-conducteur 30. Sur la figure 3, ces deux étapes (e) et (f) sont respectivement désignées par BAKE et EPI. Comme illustré sur la figure 3, la cuisson est généralement effectuée après une montée en température, et le dépôt épitaxial est effectué après la cuisson et est suivi d'une descente en température. Pour simplifier l'illustration, l'étape de cuisson BAKE n'est indiquée qu'une seule fois sur la figure 3, mais il est entendu qu'une étape de cuisson de ce type précède chaque dépôt épitaxial EPI.
Selon ce deuxième mode de réalisation, l'oxydation in situ du suscepteur ISO peut être effectuée pendant la montée en température, c'est-à-dire pendant l'augmentation de la température du réacteur d'épitaxie jusqu'à atteindre une température de dépôt épitaxial. À titre d'exemple, l'oxydation in situ du suscepteur ISO est effectuée pendant la montée en température à une vitesse de montée de 3 à 10 °C/s, jusqu'à une température comprise entre 500°C et 1100°C. Sa durée peut être comprise entre 5 secondes et 200 secondes.
L'étape de cuisson BAKE peut être effectuée dans du H introduit à un débit compris entre 3 et 100 sim. Elle peut être effectuée à une température comprise entre 950°C et 1200“C pendant une durée comprise entre 5 secondes et 100 secondes. L'étape de dépôt épitaxial EPI est effectuée dans du H2 en utilisant un gaz réactif pour le dépôt épitaxial, tel que du TCS. Le TCS peut être introduit à un débit compris entre 5 et 50 sim tandis que le gaz porteur H2 peut être introduit à un débit compris entre 3 et 100 sim. L'étape de dépôt épitaxial EPI peut être effectuée à une température comprise entre 950°C et 1200°C pendant une durée comprise entre 10 secondes et 1000 secondes.
Selon une variante possible de ce deuxième mode de réalisation, les étapes de mise en place d'un substrat de semi-conducteur sur le suscepteur, d'exposition du suscepteur à un mélange gazeux contenant de l'oxygène, de cuisson du substrat de semi-conducteur et de dépôt d’une couche épitaxiale sur le substrat de semi-conducteur sont répétées pour au moins un autre substrat de semi-conducteur sans entre-temps graver et revêtir le suscepteur. À titre d'exemple, quatre à six dépôts épitaxiaux peuvent être effectués avant d'exposer le suscepteur à une nouvelle séquence de gravure ETCH et de revêtement COAT. Sur la figure 3, quatre dépôts épitaxiaux EPI de ce type sont effectués entre deux séquences de gravure ETCH et de revêtement COAT du suscepteur, chaque dépôt épitaxial EPI étant précédé d'une oxydation in situ du suscepteur ISO.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de production d'un substrat de semi-conducteur comportant une couche déposée par épitaxie, comprenant successivement les étapes suivantes :
- gravure (ETCH) d'un suscepteur (S) d'un réacteur d'épitaxie ;
- revêtement (COAT) du suscepteur ;
- mise en place d'un substrat de semi-conducteur (30) sur le suscepteur ;
- dépôt (EPI) d'une couche épitaxiale (40) sur le substrat de semi-conducteur (30) ; et en outre, après le revêtement et avant le dépôt, l'exposition (ISO) du suscepteur à un mélange gazeux contenant de l'oxygène, ladite exposition conduisant à une oxydation du suscepteur qui vient former une couche d’oxyde (20, 25) en surface du suscepteur, ladite couche d'oxyde (20, 25) se retrouvant, lors du dépôt de la couche épitaxiale sur une face avant du substrat de semi-conducteur, intercalée entre le suscepteur et une face arrière du substrat de semi-conducteur ; et en outre en outre, après la mise en place et avant le dépôt (EPI), une cuisson (BAKE) du substrat de semi-conducteur qui élimine ladite couche d'oxyde (20, 25) excepté sur le dessous du substrat de semi-conducteur (30).
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le mélange gazeux comprenant de l'oxygène est un mélange d'hydrogène et d'argon comprenant entre 0,1 % et 10 % de O2.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel du O2 est introduit dans le réacteur d'épitaxie à un débit compris entre 0,1 et 10 sim.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la couche d’oxyde (20, 25) formée par l'exposition (ISO) du suscepteur au mélange gazeux contenant de l'oxygène présente une épaisseur inférieure à 10Â.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel ladite exposition (ISO) est effectué après le revêtement (COAT) et avant ladite mise en place.
6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel les étapes de mise en place d'un substrat de semi-conducteur sur le suscepteur et de dépôt d'une couche épitaxiale sur le substrat de semi-conducteur sont répétées pour au moins un autre substrat de semi-conducteur sans entre-temps graver, revêtir et exposer le suscepteur à un mélange gazeux contenant de l'oxygène.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel ladite exposition (ISO) est effectuée après ladite mise en place et avant ledit dépôt.
8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel ladite exposition est effectuée tout en augmentant une température du réacteur d'épitaxie à une température de dépôt épitaxial.
9. Procédé selon l'une des revendications 7 et 8, dans lequel les étapes de mise en place d'un substrat de semi-conducteur sur le suscepteur, d'exposition du suscepteur et de dépôt d'une couche épitaxiale sur le substrat de semi-conducteur sont répétées pour au moins un autre substrat de semi-conducteur sans entre-temps graver et revêtir le suscepteur.
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