ES2294510T3 - Procedimiento de formacion de una capa de carburo de silicio sobre una lamina de silicio. - Google Patents

Abstract

Procedimiento de formación de una capa de carburo de silicio (3, 4) sobre una oblea de silicio (1) caracterizado por comprender las etapas siguientes: depositar una máscara anticarburación (2) sobre la pastilla según un motivo sensiblemente en damero; proceder a una etapa de carburación en condiciones tales que la tensión residual sea de tipo en extensión o respectivamente en compresión; eliminar la máscara; proceder a una etapa de carburación en condiciones tales que la tensión residual sea de tipo en compresión o respectivamente en extensión.

Description

Procedimiento de formación de una capa de carburo de silicio sobre una lámina de silicio.

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La presente invención se refiere al crecimiento de carburo de silicio sobre un sustrato de silicio (SiC/Si).

Actualmente, el crecimiento de carburo de silicio sobre un sustrato de silicio constituye un medio privilegiado de obtención de capas de SiC cúbico de grandes dimensiones. Las ventajas del silicio como sustrato para el crecimiento de SiC y/o de otros materiales residen en su bajo coste, su disponibilidad en grandes dimensiones y su aptitud para formar directamente una capa de 3C-SiC por carburación. Los inconvenientes de los sustratos de silicio para el crecimiento del SiC resultan sobre todo de la diferencia entre los parámetros de malla y de la diferencia entre los coeficientes de dilatación térmica del S y el SiC. Esto conduce a una calidad cristalina mediocre, pero sobre todo al establecimiento de fuertes tensiones residuales cuando el sustrato se lleva de la temperatura de crecimiento a la temperatura ambiente, de donde resulta una fuerte curvatura del sustrato.

De hecho, la calidad cristalina es suficiente para un gran número de aplicaciones, tales como la realización de captadores de presión, de temperatura o de caudal, así como para ciertos dispositivos electrónicos. Por el contrario, la curvatura puede ser tan alta que haga imposible el uso de técnicas habituales de fotolitografía necesarias para la explotación industrial de esas capas y tanto más cuando aumenta la dimensión de los sustratos, mientras que el uso de obleas de silicio de grandes diámetros, a menudo iguales o superiores a 20 cm, es la regla actualmente en los procesos de fabricación industrial.

T. Chassagne et al. han mostrado, en un artículo publicado en Materials Science Forum, vol. 353-356 (2001), pp. 155-158, que, según la temperatura de carburación del sustrato, la capa de SiC puede estar ya sea en compresión, ya sea en extensión. Proponen en la conclusión de su artículo realizar capas de SiC no sometidas a tensión mediante una selección de esta temperatura de carburación. Sin embargo, la curva ilustrada en la figura 2 del artículo mencionado previamente y reproducida en la figura 1 adjunta indica que la transición entre compresión y extensión se hace en un intervalo extremadamente estrecho y puede ser difícil colocarse en las condiciones en las que la tensión sería nula, en el marco de un proceso industrial y reproducible.

Por lo tanto, no se dispone siempre de un procedimiento simple que permita el crecimiento de una capa de carburo de silicio sobre un sustrato de silicio evitando o reduciendo notablemente la curvatura de la estructura obtenida.

Un objetivo de la presente invención es proporcionar un procedimiento como ese.

La presente invención se dirige asimismo a una estructura que comprende una capa de carburo de silicio sobre un sustrato de silicio que presenta una curvatura nula o al menos suficientemente pequeña para ser compatible con las posibilidades tecnológicas corrientes.

Para alcanzar estos objetivos, la presente invención prevé un procedimiento de formación de una capa de carburo de silicio sobre una rodaja u oblea de silicio que comprende las siguientes etapas que consisten en depositar una máscara anticarburación sobre la pastilla según un motivo prácticamente en forma de damero; proceder a una etapa de carburación en condiciones tales que la tensión residual sea de tipo en extensión o respectivamente en compresión; eliminar la máscara y proceder a una etapa de carburación en condiciones tales que la tensión residual sea de tipo en compresión o respectivamente en extensión.

Según un modo de realización de la presente invención, el procedimiento comprende además, tras las etapas de carburación, una etapa de crecimiento epitaxial de una capa de carburo de silicio.

Según un modo de realización de la presente invención, una de las etapas de carburación se efectúa a una temperatura inferior a 1000ºC y la otra se efectúa a una temperatura superior a 1100ºC.

Según un modo de realización de la presente invención, una de las etapas de carburación se efectúa a una temperatura inferior a 950ºC y la otra se efectúa a una temperatura superior a 1150ºC.

Según un modo de realización de la presente invención, al menos la primera etapa de carburación se efectúa hasta saturar en carbono la superficie superior de las zonas carburadas.

Según un modo de realización de la presente invención, la máscara está constituida por óxido de silicio.

La presente invención prevé también una pastilla de silicio recubierta de carburo de silicio sobre la cual alternan zonas en las cuales la tensión residual entre el carburo de silicio y el silicio es una tensión en compresión y zonas en las cuales la tensión residual entre el carburo de silicio y el silicio es una tensión en extensión.

Según un modo de realización de la presente invención, las zonas alternas se disponen según motivo prácticamente en damero.

Según un modo de realización de la presente invención, las tensiones presentan una anisotropía y las zonas alternas son asimétricas.

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Estos objetivos, características y ventajas, así como otros de la presente invención, se expondrán con detalle en la descripción siguiente de modos de realización particulares hecha de forma no restrictiva en relación con las figuras adjuntas, entre las cuales:

la figura 1 representa la tensión residual en función de la temperatura de carburación tal como está publicada en el artículo previamente mencionado de T. Chassagne et al y

las figuras 2A a 2D ilustran etapas sucesivas de un procedimiento según la presente invención.

De forma general, la presente invención propone dividir la superficie de un sustrato de silicio en dos tipos de zonas. Sobre un tipo de zona, la carburación se hará según un procedimiento que provoca tensiones residuales en compresión y sobre el otro tipo de zona, según un procedimiento que provoca tensiones residuales en extensión. Se entiende aquí por "tensión residual" la tensión que aparece cuando el sustrato se lleva de la temperatura de crecimiento a la temperatura ambiente.

La superficie de una zona debe ser pequeña respecto de la superficie del sustrato de forma que la tensión residual promedio sea homogénea en todo el sustrato. La superficie y la forma de las zonas de cada tipo se determinan de forma que la tensión total en extensión de las zonas en extensión se contrarreste con la tensión total en compresión de las zonas en compresión. Generalmente, el valor absoluto de la tensión en extensión es bastante cercano al valor absoluto de la tensión en compresión, lo cual hace que con un sustrato preparado para obtener un reparto en damero de cuadrados en compresión alternados con cuadrados en extensión de la misma superficie, se obtengan resultados satisfactorios. Si estas tensiones son diferentes, se podrá prever una estructura en damero deformada, en la cual los cuadrados de un primer tipo estarán completamente separados unos de otros por un fondo continuo del otro tipo.

En el caso de una anisotropía de curvatura importante, por ejemplo si el sustrato está desorientado respecto de un plano cristalográfico de bajos índices, las zonas elementales, o las zonas de uno de los dos tipos, pueden ser, ventajosamente, cuadradas, rectangulares, circulares u ovales, de forma que se compensen las tensiones en cada dirección.

Las dimensiones de las zonas elementales se pueden adaptar a las de los componentes para los que se ha realizado la estructura, de forma que se saque el mejor partido de esa. El componente puede, eventualmente, sacar provecho de la presencia de los dos tipos de tensiones en lo que se refiere a su parte activa y/o a su parte pasiva; por ejemplo, una parte de zona activa en tensión rodeada de una parte de zona pasiva en compresión que, o bien equilibra la tensión de la zona activa o bien sirve de soporte a pistas de circuito eléctrico. Esto puede conducir a formas más complejas, eventualmente con zonas elementales concéntricas.

Las figuras 2A a 2D son vistas de cortes esquemáticos que ilustran etapas sucesivas de la aplicación de la presente invención.

Como ilustra la figura 2A, se parte de un sustrato de silicio 1 recubierto por una máscara 2 que tiene una configuración en damero o de tipo damero, como se ha descrito precedentemente.

Luego, como ilustra la figura 2B, se procede a una carburación del sustrato de forma que se obtengan zonas carburadas 3 en las regiones no recubiertas por la máscara 2. La máscara 2 puede estar constituida, por ejemplo, por una capa delgada de SiO_{2}, de un espesor de aproximadamente 100 nm, o por cualquier otro material, tal como Si_{3}N_{4}, susceptible de impedir que se carburen las zonas que él recubre.

Para esta etapa de carburación, habrá que situarse en un intervalo de temperaturas tal que la tensión residual que se provocaría durante un enfriamiento del sustrato en caso de depósito de una capa homogénea provoque una tensión residual por compresión o por extensión. Si uno se sitúa en las condiciones indicadas en el artículo mencionado previamente en el texto, se escogerá un intervalo de temperatura netamente superior o netamente inferior a 1050ºC. Por ejemplo, habrá que situarse por debajo de 1000ºC o, preferentemente, de 950ºC o por encima de 1100ºC y preferentemente de 1150ºC. Se apreciará que pueden escogerse otros tipos de condiciones y que lo importante es situarse netamente a un lado o a otro de las condiciones límite en las cuales la carburación provoca una tensión residual en compresión o en extensión.

Luego, como ilustra la figura 2C, se elimina la máscara 2 y se procede a una nueva etapa de carburación colocándose al otro lado de las condiciones límite previamente mencionadas; es decir, que si las regiones 3 resultan de una carburación que provoca una tensión residual en compresión/extensión, la carburación de las zonas 4 provocará tensiones residuales de tipo extensión/compresión.

Si la primera etapa de carburación se ha realizado en condiciones tales que se tiene una saturación de carbono en superficie, durante la etapa de carburación siguiente las zonas ya carburadas no resultan afectadas.

Luego, como ilustra la figura 2D, se procede, preferentemente, a un crecimiento por epitaxia de una capa 5 de carburo de silicio, de modo que el espesor total de la capa de carburo de silicio que comprende las zonas carburadas y la capa epitaxial tenga un valor deseado. De manera clásica, esta epitaxia se realiza a una temperatura superior a 1150ºC. Sin embargo, esta epitaxia se desarrollará con las mismas características para el SiC que las de las regiones subyacentes, es decir, que las partes de la capa epitaxial formadas por encima de las zonas carburadas que provocan una tensión residual en extensión provocarán una tensión residual en extensión y las partes de la capa epitaxial formadas por encima de las zonas carburadas que provocan una tensión residual en compresión provocarán igualmente una tensión residual en compresión.

Entonces, la capa y el sustrato están preparados para ser utilizados en la fabricación de componentes. Especialmente, se podrá formar sobre el carburo de silicio una capa epitaxial de un nitruro de elementos III.

Por supuesto, la presente invención es susceptible de diversas variantes y modificaciones que resultarán aparentes para los conocedores de la técnica. En especial, los conocedores de la técnica podrán escoger el reparto de las zonas de diversos tipos y las condiciones de carburación y de epitaxia.

Claims (9)

1. Procedimiento de formación de una capa de carburo de silicio (3, 4) sobre una oblea de silicio (1) caracterizado por comprender las etapas siguientes:

depositar una máscara anticarburación (2) sobre la pastilla según un motivo sensiblemente en damero;

proceder a una etapa de carburación en condiciones tales que la tensión residual sea de tipo en extensión o respectivamente en compresión;

eliminar la máscara;

proceder a una etapa de carburación en condiciones tales que la tensión residual sea de tipo en compresión o respectivamente en extensión.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende además, tras las etapas de carburación, una etapa de crecimiento epitaxial de una capa de carburo de silicio (5).

3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el cual una de las etapas de carburación se efectúa a una temperatura inferior a 1000ºC y la otra etapa de carburación se efectúa a una temperatura superior a 1100ºC.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, en el cual una de las etapas de carburación se efectúa a una temperatura inferior a 950ºC y la otra etapa de carburación se efectúa a una temperatura superior a 1150ºC.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que al menos la primera etapa de carburación se efectúa hasta saturar en carbono la superficie superior de las zonas carburadas.

6. Procedimiento según la reivindicación 1, en el cual la máscara está constituida por óxido de silicio.

7. Pastilla de silicio (1) recubierta de carburo de silicio (3,4), sobre la cual alternan zonas en las cuales la tensión residual entre el carburo de silicio y el silicio es una tensión en compresión y zonas en las cuales la tensión residual entre el carburo de silicio y el silicio es una tensión en extensión.

8. Pastilla de silicio según la reivindicación 7, en la cual las zonas alternas se disponen se disponen según un motivo prácticamente en damero.

9. Pastilla de silicio según la reivindicación 8, en la cual las tensiones presentan una anisotropía y las zonas alternas son asimétricas.