FR2501909A1 - Procede d'attaque par l'hydrogene de semiconducteurs et d'oxydes de semiconducteurs - Google Patents

Procede d'attaque par l'hydrogene de semiconducteurs et d'oxydes de semiconducteurs Download PDF

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Abstract

L'INVENTION CONCERNE LA TECHNOLOGIE DES SEMICONDUCTEURS. ON UTILISE L'HYDROGENE ATOMIQUE, PRODUIT DE FACON CARACTERISTIQUE DANS UN PLASMA DANS UN TUBE A DECHARGE EN QUARTZ 11 POUR ATTAQUER UNE GAMME ETENDUE DE MATIERES, PARMI LESQUELLES LES MATIERES III-V ET LEURS OXYDES. A TITRE D'EXEMPLE, LA VITESSE D'ATTAQUE DE L'OXYDE DE GAAS EST SUPERIEURE A CELLE DU GAAS, CE QUI OFFRE D'IMPORTANTES POSSIBILITES POUR LA FABRICATION DES CIRCUITS INTEGRES ET D'AUTRES DISPOSITIFS. AVEC CETTE TECHNIQUE, LE SILICIUM EST ATTAQUE PREFERENTIELLEMENT, PAR RAPPORT AU DIOXYDE DE SILICIUM OU AU NITRURE DE SILICIUM. APPLICATION A LA FABRICATION DES CIRCUITS INTEGRES.

Description

250 1909
La présente invention concerne la fabrication de
dispositifs à l'état solide par l'attaque de matières semi-
conductrices et d'oxydes de semiconducteurs.
Une étape quasi-universelle de la fabrication des dispositifs à l'état solide, parmi lesquels les dispositifs à semiconducteurs, consiste dans l'attaque d'une matière
semiconductrice ou d'un oxyde de semiconducteur. Une utili-
sation d'une opération d'attaque consiste à enlever de
l'oxyde natif qui se formre naturellement sur un semiconduc-
teur à l'exposition à l'air. Une autre utilisation consiste à attaquer la matière semiconductrice pour la rendre plus lisse et pour enlever des défauts en surface. Une autre utilisation encore consiste à attaquer une couche dans laquelle on a défini un motif, dans un semiconducteur ou dans une matière protectrice placée sur ce dernier. Par exemple, on attaque un semiconducteur en protégeant la région non attaquée par une couche d'oxyde dans laquelle on a formé un
motif. Inversement, on peut attaquer sélectivement une cou-
che d'oxyde en protégeant l'oxyde non attaqué par une couche
de matière de réserve dans laquelle on a défini un motif.
Dans le passé, la plupart des opérations d'attaque
étaient accomplies au moyen d'uin agent d'attaque liquide.
Parmi les agents d'attaque liquides caractéristiques figu-
rent les halogènes en solution, comprenant par exemple HF, HCl, Br2, I2Y etc. Cependant, la tendance actuelle dans la fabrication de dispositifs à semiconducteurs consiste à employer des procédés d'attaque par plasma par voie sèche, dans lesquels, de façon caractéristique, une espèce ionisée produit l'action d'attaque ou contribue à celle-ci. Les atmosphères d'attaque par plasma comprennent également de
façon caractéristique des halogènes ou des composés conte-
nant des halogènes, tels que CF4, SF6, etc. Les atmosphères d'attaque par voie sèche ont divers avantages sur les agents
d'attaque liquides, parmi lesquels, par exemple, une meil-
leure anisotropie de l'attaque, et le fait qu'elles permet-
tent une automatisation plus aisée dans une chaîne de fabri-
cation continue. On trouve un examen général des composi-
tions d'attaque actuelles, à l'état liquide comme à l'état
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de plasma, dans l'article intitulé "'Chemical Etching of
Silicon, Germanium, Gallium Arsenide, and Gallium Phosphi-
de", par W. Kern, paru dans RCA Review, Vol. 39, page 278
(1978).
L'un des traitements utilisés à l'heure actuelle
pour la fabrication des semiconducteurs consiste dans l'atta-
que sélective par voie sèche d'oxydes d'un semiconducteur composé III-V tels que l'oxyde de GaAs, l'oxyde de InP, etc. Les agents d'attaque caractéristiques de l'art antérieur attaquent préférentiellement le semiconducteur, par rapport à son oxyde. De ce fait, si on attaque l'oxyde formant un
motif défini sur un semiconducteur composé iII-V, une sur-
gravure latérale importante se manifeste de façon caracté-
ristique sous des parties de la couche d'oxyde. Un procédé pour former des motifs d'oxydes de matières III-V sur des substrats semiconducteurs III-yV, consiste à former tout d'abord une couche protectrice, de façon caractéristique en SiO0 ou Si N4, qui peut être attaquée sélectivement par 3 4' rapport au substrat. On oxyde ensuite la matière III-V
dans des régions dans lesquelles on a enlevé la couche pro-
tectrice (voir le brevet U. S. 4 227 975). Il est cependant souhaitable dans de nombreux cas d'attaquer sélectivement directement l'oxyde de matière iII-V dans lequel on a défini
un motif, ce qui évite des étapes de traitement supplémen-
taires. En outre, il est souhaitable de disposer d'une tech- nique d'attaque par voie sèche pour enlever les oxydes natifs qui se forment sur un semiconducteur composé III-V sous l'effet de l'exposition à l'atmosphère, avant d'autres
étapes de traitement.
Dans la fabrication des dispositifs à semiconduc-
teurs au silicium, il est fréquemment nécessaire d'attaquer le silicium de façon préférentielle par rapport à une couche
de dioxyde de silicium ou de nitrure de silicium qui recou-
vre le silicium et dans laquelle on a défini un motif. Ce besoin se présente par exemple lorsqu'on forme des lignes de détection en silicium polycristallin dans des circuits intégrés de mémoire, des circuits logiques, etc. Bien qu'on connaisse certains agents d'attaque, parmi lesquels les
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agents d'attaque à l'état de plasma, qui soient capables d'attaquer préférentiellement le siliciumpar rapport au
dioxyde de silicium et au nitrure de silicium, il est sou-
haitable de trouver des agents d'attaque supplémentairespour cette fonction. On connaît l'utilisation du gaz H2 en association avec des composés halogène-carbone dans des atmosphères
d'attaque par plasma. Le gaz H2 forme de façon caractéristi-
que une proportion mineure de l'atmosphère, généralement
moins de 10%; voir par exemple l'article intitulé "Selec-
tive Etching of Silicon Dioxide Using Reactive Ion Etching With CF4-H2", par L. M. Ephrath, paru dans la revue Journal of the Electrochemical Society, page 1419 (1979). Dans sa
mise en oeuvre habituelle, cette technique nécessite l'addi-
tion du gaz H2 pour réduire la vitesse d'attaque du sili-
cium, tout en laissant la vitesse d'attaque du dioxyde de silicium ou du nitrure de silicium pratiquement inchangée en
présence d'une atmosphère consistant en un plasma halogène-
carbone (voir par exemple le brevet U. S. 3 940 506). On explique habituellement ce comportement en considérant que le gaz hydrogène fait fonction de centre de recombinaison pour les ions fluor, qui attaquent préférentiellement le silicium. L'utilisation d'un plasma d'hydrogène pur pour produire une érosion du silicium est une chose connue; voir par exemple l'article intitulé "Reactivity of Solid Silicon With Hydrogen Under Conditions of a Low Pressure Plasma", par A. P. Webb et col. paru dans la revue Chemical
Physics Letters, Vol. 62, pages 173-177 (1979). Cette tech-
nique n'a cependant pas été adoptée largement pour l'utili-
sation avec les dispositifs à semiconducteurs, peut-être du fait qu'elle ne présente aucune sélectivité de l'attaque du silicium par rapport au dioxyde de silicium ou au nitrure de silicium qui sont les matières les plus courantes pour les masques protecteurs. On a également utilisé l'hydrogène
atomique pour passiver les défauts produits dans des semi-
conducteurs recuits par laser, dans des conditions dans
lesquelles il n'y a pratiquement aucune attaque.
Les raisons indiquées ci-dessus font qu'il serait souhaitable de disposer d'une atmosphère d'attaque par voie sèche qui attaque sélectivement le silicium en présence de dioxyde de silicium ou de nitrure de silicium, et d'attaquer les oxydes de composés III-V et/ou les matières III-V ellemêmes. L'invention consiste en un procédé d'attaque d'une matière semiconductrice et de ses oxydes en faisant réagir de l'hydrogène atomique avec la matière pour produire
un hydrure volatil à une température inférieure à la tempé-
rature de fusion de la matière attaquée. On peut produire l'hydrogène atomique par dissociation du gaz H2 dans un plasma. Cette technique permet d'attaquer diverses matières
semiconductrices III-V ainsi que leurs oxydes. Cette techni-
que attaque préférentiellement le silicium, monocristallin et polycristallin, par rapport au dioxyde de silicium et au nitrure de silicium. Bien qu'il soit commode de produire l'hydrogène atomique dans un plasma, on peut également le produire par d'autres techniques, comme par exemple par
dissociation du gaz H2. ce qui englobe l'application d'éner-
gie de photons, d'électrons ou d'ions, ou par dissociation de composés contenant de l'hydrogène. L'opération de dissociation peut être accomplie en présence de la matière attaquée, ou de façon externe. On peut également former directement l'hydrogène atomique sur la surface qui est attaquée. L'invention sera mieux comprise à la lecture de
la description qui va suivre d'un mode de réalisation et en
se référant aux dessins annexés sur lesquels:
La figure l représente un dispositif caractéris-
tique pour l'attaque; La figure 2 représente des vitesses d'attaque de l'oxyde de GaAs en fonction de la puissance RF qui est appliquée au plasma; et La figure 3 représente des vitesses d'attaque de
l'oxyde de GaAs en fonction de la pression d'hydrogène.
La description détaillée qui suit porte sur un
procédé d'attaque d'une matière semiconductrice et de cer-
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tains de ses oxydes par l'utilisation d'hydrogène atomique.
CONDITIONS EXPERIMENTALES
L'attaque décrite ici est accomplie dans un tube à
décharge en quartz (voir la figure 1). Le tube 11 a un dia-
mètre intérieur d'environ 3,8 cm. La puissance RF (à 30 MHz) provenant de la source 13 est couplée au plasma par une bobine 12 qui est bobinée autour du tube à décharge. On
obtient une densité de puissance RF caractéristique d'envi-
ron 1,2 W/cm3 avec un niveau de puissance RF de 400 W appli-
qué à la bobine. Pour obtenir une attaque optimale à cette puissance, on utilise une pression du gaz H2 dans la plage de 13 à 40 Pa. Pour d'autres niveaux de puissance, une plage de pression différente sera probablement optimale pour une production maximale d'hydrogène atomique à partir du gaz H2, comme il est envisagé dans l'article intitulé "A Model for the Dissociation of Hydrogen in an Electric Discharge", par A. T. Bell; Ind. Eng. Chem. Fundamn., Vol. 11, pages 209-215 (1972). On a également utilisé des pressions descendant jusqu'à 0,13 Pa et s'élevant jusqu'à 1300 Pa pour effectuer
l'attaque sur une plage encore plus étendue, donnant proba-
blement satisfaction avec des niveaux de puissance appro-
priés. A une pression de 26 Pa, le débit de H2 dans le tube est de 13 cm /mn. Le tube à décharge est refroidi par un ventilateur. Le substrat à attaquer (14) est placé sur un
support en quartz 16. Tous les résultats expérimentaux indi-
qués ici ont été obtenus pour une température initiale du substrat égale à la température ambiante (200C), au début de l'attaque. Pendant l'attaque, la température du substrat s'élève sous l'effet du chauffage par le plasma, et elle atteint une température estimée d'environ 600C après une attaque ue 20 minutes à une puissance de 400 W dans une atmosphère à une pression de 26 Pa. Des temps d'attaque
plus courts échauffent moins le substrat.
On détermine optiquement les vitesses d'attaque
des couches d'oxyde, par contrôle de franges d'interférences.
On détermine les vitesses d'attaque des semiconducteurs en
mesurant l'épaisseur de la matière du substrat qui est con-
sommée dans la région non masquée, en utilisant un microscope
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électronique à balayage. On utilise également le microscope
électronique à balayage pour étudier la morphologie de sur-
face du substrat employé pour l'attaque. Pour l'enlèvement d'oxydes de surface très minces, on utilise un ellipsomètre à balayage pour étudier les propriétés de surface. On étudie
la composition de surface et les profils d'Auger de pelli-
cules attaquées avec un système PHI 590A équipé d'un analy-
seur à miroir cylindrique ayant une résolution d'énergie de 0,3% et d'un canon à électrons incorporé ayant une énergie maximale de 10 keV. L'acquisition des données d'Auger s'effectue dans le mode "dérivée", et les conditions de fonctionnement sont les suivantes: modulation alternative crête à crête de 3-6 V, courants d'électrons incidents de 0,12 P., et énergie des électrons incidents de 5 keV. On
accomplit l'érosion ionique en utilisant un canon de pulvé-
risation à pompage différentiel (PHI) avec un faisceau de faible diamètre (quelques centaines de microns) qu'on peut soumettre à un balayage par trame pour obtenir une érosion uniforme sur une aire d'environ i mmn. On obtient les données d'Auger avec une résolution spatiale de 0,2 pm, ce
qui permet d'étudier avec un certain détail de petits arte-
facts de l'attaque.
Un spectre UV d'une décharge dans un plasma de H2 fonctionnant avec une puissance RF de 120 W et une pression de 33 Pa montre une émission à large bande de 0,2
à 0,4 pum. Ceci est dû à i'émission qui résulte de la disso-
ciation des molécules d'hydrogène. Lorsqu'on diminue la
pression, l'émission UV diminue, ce qui implique une dimi-
nution de la quantité d'hydrogène atomique produit. Un
graphique de la vitesse d'attaque en fonction de la pres-
sion du gaz pour une puissance RF fixe (voir la figure 3) montre également que la vitesse d'attaque diminue avec la
pression. La production d'hydrogène atomique dans ce dispo-
sitif paraît suivre qualitativement le modèle proposé dans
l'article de A. T. Bell précité.
EXEMPLE 1
On utilise pour cet exemple des échantillons de GaAs consistant en monoeristaux massifs de type n comme de
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type p (dopés à 10O1 cm 3), avec une couche mince d'oxyde
natif (environ 2 nm). On caractérise tout d'abord ces échan-
tillons par ellipsométrie, par microscopie électronique à balayage et par spectrométrie Auger. On les attaque ensuite dans le plasma d'hydrogène à la puissance RF de 400 W et à
une pression de 26 Pa, pendant un intervalle de temps pré-
déterminé. On analyse immédiatement les surfaces attaquées,
pour déterminer la composition, la morphologie et l'épais-
seur de pellicule. On répète plusieurs fois ce processus.
L'image de l'échantillon de GaAs obtenue au microscope élec-
tronique à balayage avant l'attaque montre que l'échantil-
lon est couvert de piqûres, ce qui lui donne une surface
légèrement rugueuse. Les données fournies par l'ellipsomè-
tre montrent également cet effet, plus l'existence d'un
oxyde natif mince d'environ 2 nm. Après 10 secondes d'atta-
que, l'oxyde natif est pratiquement enlevé et aucune rugo-
sité de surface appréciable n'est visible sur l'image du microscope électronique à balayage. Après enlèvement de
l'oxyde natif, le substrat de GaAs commence à être attaqué.
Après 3 minutes et 40 secondes d'attaque, la rugosité de
surface se manifeste sous la forme d'une pellicule poreuse.
Au bout d'une durée d'attaque encore plus longue (13 minu-
tes, 40 secondes), l'image du microscope électronique à balayage montre que des cratères peu profonds commencent à se former. On étudie alors la composition par spectroscopie
Auger à balayage. On n'observe aucune ségrégation de surfa-
ce des éléments d'un point à un autre, sur toutes les sur-
faces des échantillons. Le rapport Ga/As des échantillons attaqués est très proche de celui d'échantillons clivés à
l'air, avec une différence d'environ 3 à 8% seulement.
EXEMPLE 2
On utilise dans cet exemple du GaAs obtenu par croissance épitaxiale, ayant une surface plus lisse que celle du GaAs massif de l'exemple 1. Les conditions du plasma sont les mêmes que dans l'exemple 1. La vitesse
d'enlèvement de l'oxyde natif et du GaAs épitaxial est pra-
tiquement la même que pour l'exemple 1. Cependant, les ima-
ges obtenues au microscope électronique à balayage pour les
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échantillons non attaqué et attaqué montrent qu'aucun chan-
gement observable de la morphologie de surface ne s'est produit pendant l'attaque. Par conséquent, la rugosité de surface des cristaux massifs de l'exemple 1 après attaque est probablement due aux piqûres de surface et aux défauts
dans le cristal.
EXEMPLE 3
Cet exemple porte sur l'attaque de la surface d'un monocristal massif de GaSb. Les conditions et les durées d'attaque sont les mêmes que dans l'exemple 1. La
variation de la morphologie de surface, étudiée au micros-
cope électronique à balayageest -très similaire à celle du
GaAs. L'enlèvement de l'oxyde natif (environ 2 nm) s'effec-
tue en moins de 10 secondes, comme précédemment. La spectroscopie Auger à balayage montre qu'il n'y a aucune manifestation de ségrégation de surface, et le rapport Ga/Sb de l'échantillon attaqué ne s'écarte pas de plus de
% de celui de l'échantillon clivé à l'air.
EXEMPLE 4
Les figures 2 et 3 montrent les vitesses d'atta-
que pour l'oxyde de GaAs, mesurées en fonction de la puis-
sance RF et de la pression d'hydrogène. On a fait croître ces oxydes dans une ambiance consistant en un plasma d'oxygène, de la manière décrite dans le brevet U. S. 4 062 747. On pense que "l'oxyde de GaAs" est pratiquement un mélange de Ga203 et As203, d'autres oxydes de gallium ou d'arsenic pouvant également 8tre présents. Les figures 2 et 3 montrent également l'intensité UV en fonction de la
puissance RF et de la pression de gaz. Comme prévu, l'in-
tensité (et donc la vitesse d'attaque) augmente avec la
puissance RF du fait que la densité d'électrons et, éven-
tuellement, l'énergie des électrons, augmentent avec la
densité du champ RF. On observe des vitesse d'attaque uti-
les pour un niveau de puissance RF descendant jusqu'à 100 W, ce qui correspond à une densité de puissance RF dans la région de décharge à plasma du tube d'environ 0,3 W/cm. Dans la plage de pression de gaz représentée
sur la figure 3, la production d'atomes d'hydrogène augmen-
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te avec la pression, et il en est donc de même pour l'inten-
sité UV et la vitesse d'attaque de l'oxyde.
Pour mesurer les vitesses d'attaque du GaAs, on
utilise SiO2 en tant que matière formant un masque protec-
teur de forme définie et on mesure la quantité de matière
consommée dans la région non masquée, par microscopie élec-
tronique à balayage. A partir de ces données et de données
antérieures, on détermine que le rapport d'attaque de l'oxy-
de de GaAs par rapport au GaAs est au moins de 1/1 et, de façon caractéristique, s'approche de 2/1. On observe en outre un certain degré d'anisotropie, l'attaque du GaAs jusqu'à une profondeur de 7 pm produisant une surgravure
latérale du masque de SiO2 qui n'est que d'environ 3 Fm.
On utilise également la procédure ci-dessus pour attaquer Ga203 déposé sur un substrat de GaAs par dépôt chimique en phase vapeur aidé par plasma. On obtient une vitesse d'attaque de Ga203, et une sélectivité par rapport
au GaAs qui sont comparables à celles obtenues pour l'oxy-
de de GaAs formé à l'état natif.
EXEMPLE 5
On forme de l'oxyde de GaSb, comprenant Ga 20 et
Sb203 sur un substrat de GaSb, selon la technique d'oxyda-
tion par plasma du brevet précité. Les vitesses d'attaque pour le GaSb et pour l'oxyde de GaSb sont comparables à celles relatives au GaAs et à l'oxyde de GaAs, indiquées dans l'exemple 4. Ainsi, la sélectivité de l'attaque est comparable, et le rapport de la vitesse d'attaque de
l'oxyde de GaSb par rapport au GaSb est au moins de 1/1.
EXEMPLE 6
On relève une série de mesures ellipsométriques
et des images au microscope électronique à balayage,de sur-
faces de InP attaquées. La puissance RF pour ces cas est de W et la pression est de 26 Pa. Le InP peut être attaqué beaucoup plus aisément que le GaAs (la vitesse d'attaque
est supérieure dans un rapport de l'ordre de 10). Ici enco-
re, après une courte durée d'attaque (30 secondes), l'oxyde natif est complètement enlevé. Jusqu'à ce point, les données obtenues par spectroscopie Auger montrent que le rapport
250 1909
P/In à la surface est très similaire à celui de la surface clivée à l'air. Cependant, après 70 secondes d'attaque, des
coquilles hémisphériques commencent à se former sur la sur-
face du InP. Les mesures par spectroscopie Auger pour l'échantillon attaqué pendant 70 secondes continuent à ne montrer aucune ségrégation de surface, bien que le rapport P/In ne soit que le quart de celui de l'échantillon de InP
clivé à l'air. Ainsi, alors que le In est attaqué à une cer-
taine vitesse, le P est attaqué à une vitesse supérieure, ce qui conduit à une couche de surface riche en ira
EXEMPLE 7
Pour mesurer les vitesses d'attaque pour l'oxyde
de InP, on utilise de l'oxyde de InP natif, anodisé chimi-
quement, de 200 nm, comprenant In 203 et P 205 La vitesse d'attaque est d'environ 10 nm/s avec une puissance RF de 400 W et une pression d'hydrogène de 26 Pa. Dans les mêmes conditions de fonctionnement, on attaque des surfaces de InP masquées avec SiO2. De grandes demi-sphères, de la taille du micron, qui se sont avérées être en indium pur, se forment par nucléation et par l'attaque préférentielle du phosphore par rapport à l'indium. Bien que le phosphore comme l'indium forment des hydrures, l'hydrure de phosphore
a une chaleur de formation et un point de fusion très infé-
rieurs à ceux de l'hydrure d'indium,. Un plasma d'hydrogène est donc utilisable pour l'attaque de l'oxyde de InP. Il est également utilisable pour attaquer InP jusqu'à au moins
nm, mais au-delà d'environ 50 nm, une ségrégation de sur-
face se produit.
EXEMPLE 8
On effectue l'attaque de Si, SiO25 et Si3N4 en utilisant le montage expérimental ci-dessus. On utilise des couches de SiO2 épaisses (350 nm) formées par croissance thermique, et des substrats de Si masqués (avec SiO2 ou Si3N4). Pour une puissance RF de 400 W et une pression de 26 Pa, on détermine par ellipsométrie à balayage qu'il est possible d'attaquer le SiO2 à une vitesse d'environ 1-1,5
nm/mn. On obtient également des vitesses d'attaque similai-
res pour le nitrure de silicium. En mesurant la quantité de Si consommé dans la région non masquée pour un incrément de temps donné, on trouve que le Si est attaqué à une vitesse
d'environ 25-50 nm/mn. Ceci donne un rapport d'attaque supé-
rieur à 20 pour Si par rapport à SiO2 ou Si 3N4* On attaque également du silicium polycristallin (350 nm) déposé sur
SiO2. La vitesse d'attaque du silicium polycristallin s'élè-
ve jusqu'à 70 nm/mn pour les conditions de fonctionnement ci-dessus, ce qui donne un rapport d'attaque supérieur à 40
pour le silicium polycristallin par rapport à SiO2 ou Si3N4.
On trouve que la vitesse d'attaque de Si n'est pas constante
sur la période d'exposition au plasma. Il ne se produit pra-
tiquement aucune attaque pendant la première minute, environ, d'exposition, et les valeurs de vitesse d'attaque ci-dessus résultent d'une moyenne calculée sur la totalité du temps d'exposition. Ainsi, une fois que l'attaque commence, elle se déroule à une vitesse encore supérieure à ce qu'indiquent les valeurs ci-dessus. On a étudié la variation de la morphologie de surface en fonction du temps d'attaque par ellipsométrie à balayage et par microscopie électronique à balayage, comme dans le cas de GaAs et InP. Cependant, dans le cas du Si, la morphologie de surface demeure initialement pratiquement la même que celle de l'échantillon non attaqué. Pour une attaque de 20 minutes, on trouve que la surface du Si ne devient
rugueuse qu'après 15 minutes d'attaque.
Du fait que ces expériences sont accomplies dans un tube à décharge qui consiste également (essentiellement) en SiO2, les vitesses d'attaque de Si et SiO2 peuvent être plus élevées dans un système de plasma différent. Dans le montage employé, on observe que SiO2 se redépose sur les surfaces intérieures du tube à décharge après de longues périodes de fonctionnement (de l'ordre d'une heure). On
constate que le fait de purger initialement le tube à déchar-
ge à plasma avec CH4 pendant 5 minutes, en fonctionnant à une puissance RF de 400 W à la température ambiante, conduit à une augmentation de la vitesse d'attaque ultérieure des matières indiquées dans les exemples cidessus. Ceci résulte
de la diminution de la vitesse de recombinaison de l'hydro-
gène atomique sur les parois du tube qu'on pense due à une
250 1 9 0 9
couche de carbone polymère sur les parois du tube. On peut
également utiliser dans ce but d'autres matières de revête-
ment. De toute manière, il est souhaitable de maintenir une
densité d'au moins 10 4 atomes d'hydrogène par cm à la sur-
face de la matière attaquée. Dans le dispositif ci-dessus, avec une puissance de 400 W et une pression de H2 de 26 Pa, on estime qu'on obtient une densité d'hydrogène atomique
d'environ 6 x 1014 atomes d'hydrogène par cm3.
Bien que les exemples ci-dessus utilisent de
l'hydrogène atomique produit dans-un plasma, on peut utili-
ser d'autres sources d'hydrogène atomique. On peut utiliser l'énergie de photons, l'énergie d'électrons, etc, pour
dissocier l'hydrogène moléculaire de façon à produire l'hydro-
gène atomique, ou bien on peut produire l'hydrogène atomique
par la dissociation de composés contenant de l'hydrogène.
On peut également former l'hydrogène atomique sur la surface à attaquer, par exemple par bombardement de la surface avec des protons à un niveau d'énergie approprié pour capturer un électron, dans des conditions appropriées pour obtenir un temps de subsistance de H suffisant pour l'attaque. De plus, on peut utiliser des ions H2+, H3+, etc, pour obtenir
de l'hydrogène atomique; voir l'article intitulé "Disso-
ciation and Ionization of Hydrogen in High Frequency Discharges", par C. C. Goodyear et col., Proceedings of the Physical Society, Vol. 79, pages 732-740 (1962), à la page 733. Les ions peuvent être accélérés, par exemple par une polarisation appliquée au substrat ou par d'autres
moyens, généralement pour donner à l'attaque un degré d'ani-
sotropie supplémentaire, ou pour augmenter la vitesse
*d'attaque.
Dans la technique des plasmas, on connait égale-
ment l'utilisation d'éléments plus lourds pour obtenir un - effet de pulvérisation, par lequel une partie de la matière
du substrat est enlevée par échange de quantités de mouve-
ment. Par exemple, l'attaque ionique réactive est une opé-
ration dans laquelle on applique une polarisation électri-
que au substrat pour attirer des ions vers le substrat. Ces derniers peuvent donner lieu à une interaction chimique avec la surface ou peuvent pulvériser la surface par échange de quantités de mouvement. Lorsqu'on utilise d'autres molécules ou d'autres espèces ionisées avec l'hydrogène atomique qui
intervient dans l'invention, elles ne doivent pas consti-
tuer des centres de recombinaison notables pour l'hydrogène atomique, ce qui réduirait l'efficacité de l'attaque par hydrogène. Par exemple, on utilise l'argon comme agent de pulvérisation dans de nombreux systèmes d'attaque ionique réactive. Si l'argon est suffisamment ionisé, à un niveau d'énergie suffisant, on peut l'utiliser pour la mise en oeuvre de l'invention, du fait que de l'argon d'énergie suffisante ne produit pas une recombinaison excessive de l'hydrogène atomique. D'autres systèmes sont utilisables pour la mise en oeuvre de l'invention, parmi lesquels, par exemple, les systèmes d'attaque réactive par faisceau ioni-
que, dans lesquels les espèces ionisées sont produites à l'extérieur de la chambre d'attaque et l'introduction des
espèces ionisées est commandée par une grille qui est pola-
risée électriquement de façon à obtenir un équilibre entre les effets d'attaque chimique et les effets de pulvérisation physique. Une caractéristique distinctive de l'invention par rapport aux systèmes à plasma dans lesquels on utilise l'hydrogène dans d'autres buts, comme par exemple pour faire fonction de centres de recombinaison pour le fluor, comme
indiqué précédemment, consiste en ce que l'invention néces-
site qu'une partie importante de la matière attaquée soit
enlevée par la formation d'un hydrure volatil à la tempéra-
ture d'attaque. Lorsqu'on attaque une matière semiconductri-
ce sur laquelle se trouve une couche d'oxyde dans laquelle
on a défini un motif, on enlève généralement par cette tech-
nique au moins 10 nm de la matière semiconductrice.
Lorsqu'on attaque un oxyde pour produire une couche formant un motif sur un semiconducteur (ou une autre matière) on enlève généralement au moins 10 nm de l'oxyde. Pour enlever
des couches d'oxyde natif formé par exposition à l'atmosphè-
re, on attaque généralement environ 2 nm d'oxyde. Les exem-
ples ci-dessus montrent l'attaque par formation d'hydrures pour des matières comprenant CGa, As, in, P, Sb, et leurs oxydes, ainsi que Si, et il existe encore d'autres matières utilisables. Cette formation d'hydrures peut cependant être accompagnée, ou aidée, par les effets de pulvérisation physiques, comme indiqué précédemment. On prévoit qu'un équilibre optimal entre les effets de pulvérisation physiques et les effets chimiques permette d'augmenter la sélectivité de l'attaque d'oxydes de matières III-V, par rapport aux matières III-V elles-mêmes. On peut en outre régler-la durée de vie de l'hydrogène atomique à la surface qui est attaquée, par exemple par l'utilisation d'autres gaz dans l'atmosphère d'attaque ou de revêtements sur la surface du substrat, pour obtenir une sélectivité accrue de l'attaque entre différentes matières du substrat. On considère que toutes
ces variantes et modifications qui utilisent fondamentale-
ment les principes par lesquels l'invention a fait progres-
ser l'état de la technique, entrent dans le cadre de l'in-
vention.

Claims (10)

REVENDICATIONS
1. Procédé d'attaque d'une matière ou d'un composé
semiconducteur, caractérisé en ce qu'on accomplit pratique-
ment l'attaque en faisant réagir de l'hydrogène atomique avec la matière ou le composé semiconducteur pour former un
hydrure volatil à une température inférieure à la tempéra-
ture de fusion de la matière ou du composé.
2. Procédé selon la revendication 1, appliqué à l'attaque d'un composé consistant en une matière III-V et/ ou d'un oxyde de cette matière, caractérisé en ce qu'on fait réagir l'hydrogène atomique avec la matière III-V ou l'oxyde, pour former un hydrure volatil à une température inférieure à la température de fusion de la matière III-V
ou de l'oxyde.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on fait réagir l'hydrogène atomique avec une couche d'oxyde natif d'une matière III-V pour enlever pratiquement
la couche d'oxyde natif d'un substrat de la matière III-V.
4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé
en ce qu'on attaque un précurseur d'un dispositif, en matiè-
re III-V, dans lequel on a défini un motif, et on fait réagir l'hydrogène atomique avec un oxyde de la matière III-V pour enlever l'oxyde à une vitesse au moins aussi
élevée que la vitesse d'enlèvement de la matière III-V.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications
2 à 4, caractérisé en ce que la matière III-V ou son oxyde
comprend au moins un élément choisi dans le groupe compre-
nant le gallium, l'arsenic, l'antimoine, l'indium et le phosphore.
6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la matière semiconductrice consiste en silicium dans lequel on a défini un motif au moyen d'une couche d'un composé de silicium consistant en une matière protectrice choisie dans le groupe qui comprend le dioxyde de silicium et le nitrure de silicium, caractérisé en ce qu'on accomplit l'attaque en faisant réagir l'hydrogène atomique avec le silicium pour
former l'hydrure de silicium volatil à une température infé-
rieure à la température de fusion du silicium, de façon que le silicium soit attaqué à une vitesse supérieure à celle de
la matière protectrice, et on prolonge l'exposition du sili-
cium à l'hydrogène atomique pendant une durée suffisante pour attaquer une couche du silicium d'au moins 10 nm d'épaisseur.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé
en ce que le silicium est sous la forme de silicium poly-
cristallin.
8. Procédé-selon l'une quelconque des revendica-
tions 1 à 7, caractérisé en ce qu'on produit l'hydrogène
atomique par un plasma d'hydrogène.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendica-
tions 1 à 8, caractérisé en ce que la densité de l'hydrogène atomique adjacent à la matière qui-est attaquée est d'au
14 3
moins 10î4 atomes d'hydrogène par cm
10. Dispositif à semiconducteurs, caractérisé en
ce qu'il est réalisé conformément au procédé de l'une quel-
conque des revendications 1 à 9.
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