FR2548219A1 - Procede de formation d'une couche de matiere a constituants multiples - Google Patents

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Abstract

L'INVENTION CONCERNE LA FABRICATION D'HETEROSTRUCTURES EPITAXIALES. DANS UN PROCEDE DE FORMATION D'HETEROSTRUCTURES COMPRENANT UNE MATIERE EPITAXIALE A CONSTITUANTS MULTIPLES, ON FORME SUR UN SUBSTRAT 10 UNE COUCHE DE MATIERE "PRECURSEUR" 11 ET ON FAIT FONDRE MOMENTANEMENT CETTE MATIERE PAR UNE IMPULSION DE RAYONNEMENT 20. LA MATIERE PRECURSEUR CONTIENT LES MEMES CONSTITUANTS CHIMIQUES PRINCIPAUX QUE LA MATIERE A CONSTITUANTS MULTIPLES, MAIS PAS NECESSAIREMENT DANS LES MEMES PROPORTIONS. DANS CERTAINS SYSTEMES (PAR EXEMPLE POUR DES SILICIURES DE NICKEL OU DE COBALT SUR DU SILICIUM), UN RECUIT A L'ETAT SOLIDE DE LA MATIERE RESOLIDIFIEE AMELIORE CONSIDERABLEMENT LA QUALITE DE LA MATIERE EPITAXIALE FORMEE ET DONNE UNE MATIERE PRATIQUEMENT MONOCRISTALLINE ET PRATIQUEMENT EXEMPTE DE DEFAUTS. APPLICATION A LA FABRICATION DE CIRCUITS INTEGRES.

Description

La présente invention concerne la croissance d'une matière à constituants
multiples, comprenant une matière hétéro-épitaxiale, sur un substrat, au moyen de la fusion
par impulsion d'une matière précurseur.
L'aptitude à frmer une couche dematière à canstituants mul 1pies surun substrat de compoeition différente, et en particulier l'aptitude à former une couche épitaxiale à constituants
multiples (qu'on appelle une couche hétéro-épitaxiale), présente une importance actuelle ou potentielle dans de nom19 breux domaines de la technologie, en particulier dans la fabrication de dispositifs à semiconducteurouenptiqueintégre.
En particulier, l'hétéro-épitaxie est depuis un certain temps un domaine de recherche active Ces efforts ont conduit à certaines applications importantes du 15 point de vue technologique On a par exemple combiné les semiconducteurs III-V ou II-VI avec des matières ternaires dans des systèmes hétéro-épitaxiaux A titre d'exemple de cette application, on peut citer le Ga As/Alx Gal x As qui est largement utilisé dans des dispositifs optoélectroniques. 20 On a également fait croître sur des substrats III-V des couches monocristallines de composés III-V formant des motifs (brevet des E U A n 3 928 092) On réalise également la croissance épitaxiale de couches semiconductrices sur des isolants Le silicium sur saphir constitue un exem25 ple d'un tel système hétéro- épitaxial ayant une importance technologique De façon similaire, on a fait croître sur des substrats de saphir des semiconducteurs composés, en particulier les composés III-V Pour avoir un exposé général, on se référera par exemple à l'ouvrage Heteroepitaxial Semi30 conductors for Electronic Devices, G W Cullen et C C Wang,
Springer-Verlag, New York ( 1978).
Malgré les efforts des dernières années, le nombre de systèmes hétéroépitaxiaux qui ont été suffisamment développés pour permettre l'application à des dispositifs
électroniques est faible En particulier, le nombre de struc-
tures prouvées comprenant une couche épitaxiale de métal et/ou une couche épitaxiale d'isolant sur un substrat semiconducteur est à l'heure actuelle très limité Cependant, outre le fait que de tels systèmes sont nécessaires pour des circuits intégrés tridimensionnels, ils permettraient la réalisation de structures de dispositifs originales, comme par exemple un transistor à base métallique Parmi les hétérostructures signalées contenant une couche épitaxiale de métal figurent essentiellement Co Si 2 ou Si, et Ni Si 2 ou Si. 10 Des procédés de l'art antérieur pour former des siliciures de métal sur Si( 111) font intervenir de façon caractéristique le dépôt du métal de formation de siliciure sur le substrat de silicium, suivi par le chauffage du substrat, ce qui forme une suite de siliciures de plus en 15 plus riches en Si (par exemple Ni 2 Si Ni Si-Ni Si 2) Cependant, les couches épitaxiales de siliciures résultantes ne sont de façon caractéristique pas monocristallines A la place, la matière épitaxiale formée consiste de façon caractéristique en deux types de cristallites, partageant toutes deux 20 avec le substrat la direction ( 111 l de la normale à la surface, mais l'une ayant une orientation qui est tournée de 180 autour de la normale, par rapport au substrat ("type B"), et l'autre ayant une orientation qui est identique à celle du substrat ("type A") Ces cristallites sont évidemment sépa25 rées par des frontières de grain à grand angle qui réduisent l'utilité de cette matière en tant que matière conductrice dans des dispositifs semiconducteurs à très haut niveau d'intégration En outre, la présence simultanée de cristallites du type A et du type B rend de façon caractéristique 30 une telle matière impropre en tant que couche de substrat pour la croissance sur elle d'une matière hétéro-épitaxiale de qualité dispositif, c'est-à-dire la croissance d'une couche supplémentaire de Si, comme ce serait nécessaire dans la
fabrication de circuits intégrés tridimensionnels.
Ces procédés de l'art antérieur se sont également avérés incapables de faire croître du Ni Si 2 monocristallin sur du Si( 100), à cause de la formation de facettes ( 111) à la frontière Ni Si 2/Si; voir à cet égard l'article de K.C Chiu et col, Applied Physics Letters, Vol 38, pages 5988990 ( 1981) La croissance d'un siliciure de métal avec une frontière uniforme sur du Si( 100) est cependant d'une grande importance technologique du fait que la technologie actuelle du silicium utilise presque exclusivement de la matière d'orientation ( 100) Pour la même raison, la crois10 sance de siliciures de métal monocristallins et épitaxiaux
sur du Si( 100) est importante.
La demande de brevet britannique publiée sous le n O 2 129 019 décrit un procédé de formation d'une couche hétéro-épitaxiale monocristalline de matière à constituants 15 multiples sur un substrat qu'on peut, entre autres, avantageusement appliquer à la croissance de couches épitaxiales de siliciure de métal sur du silicium, parmi lesquelles Ni Si 2 sur Si( 100) Cette demande indique qu'on peut faire croître sur un substrat monocristallin approprié des cou20 ches épitaxiales monocristallines à constituants multiples, par exemple des couches de Ni Si 2, en déposant une couche mince désordonnée de matière de "formation de gabarit", par exemple du Ni, sur la surface du substrat, à une température de dépôt relativement basse, et en élevant la température du substrat jusqu'à une température de transformation intermédiaire, sous l'effet de laquelle la matière de formation de gabarit subit une réaction à l'état solide qui conduit à la formation d'une matière de "gabarit", consistant par exemple pratiquement en Ni Si 2 Sur la couche mince de gaba30 rit qui est ainsi formée, on dépose ensuite la matière pour la couche à constituants multiples, par exemple Ni ou Ni et Si, en maintenant le substrat à une température (de façon
caractéristique supérieure) à laquelle le siliciure correspondant à l'équilibre, par exemple Ni Si 2, se forme par un 35 processus à l'état solide.
On a également utilisé la réalisation d'un alliage en surface par fusion induite par irradiation pour former des siliciures de métal sur du silicium Par exemple, J M. Poate et col, Applied Physics Letters, Vol 33, pages 918-920, ( 1978) signalent l'alliage de couches de Pt, Pd et Ni avec Si en utilisant le rayonnement d'un laser déclenché du type Nd-YAG Le fait d'irradier la couche de métal, déposée sur un substrat de Si, avec un tel rayonnement, d'intensité suffisante pour produire la fusion du métal, a conduit 10 à des couches d'alliage très uniformesau niveau macroscopique, dont la composition moyenne pouvait être changée sur une gamme étendue en faisant varier l'épaisseur de la couche et/ou la puissance du laser Cependant, la couche ayant réagi ne consistait pas en une matière à une seule phase, mais avait une microstructure cellulaire, avec des diamètres
de cellule d'une valeur caractéristique de 100 nm.
T.W Sigmon indique (pages 511-523 de Laser and Electron-Beam Solid Interactions and Materials Processing, publié par J F Gibbons et col, MRS Symposia Proceedings, 20 Vol 1, ( 1981), North Holland, New York) qu'on peut former des siliciures à une seule phase en chauffant une couche de métal sur Si à l'état solide avec des lasers fonctionnant en régime continu Ici encore, le siliciure résultant n'est pas une matière monocristalline et n'est donc de façon
caractéristique pas acceptable pour de nombreuses applications possibles concernant des dispositifs.
Du fait de l'importance technologique de structures comprenant une couche de matière à constituants multiples sur un substrat, en particulier une couche épitaxiale métal30 lique, semiconductrice ou isolante sur du silicium ou sur un autre substrat semiconducteur, et de frontières uniformes dans des hétérostructures en Si ( 100), des procédés de
fabrication de telles structures ont un intérêt considérable.
Il serait spécialement intéressant de disposer d'un procédé 35 de fabrication de telles structures qu'on puisse mettre en oeuvre sans utiliser de conditions d'ultra-vide Cette
demande décrit un tel procédé.
Définitions On appelle ici matière "à constituants multiples" une matière qui a pratiquement la composition chimique nominale Ax By Cz dans laquelle A, B, sont des éléments chimiques arbitraires, et au moins x et y sont différents de zéro.
Une matière "épitaxiale" est une matière cristal10 line, formée par croissance sur un substrat monocristallin, et la matière épitaxiale possède au moins un axe cristallographique en commun avec le substrat.
Une matière à "hétéro-composition" est une matière formée sur un substrat, avec au moins un élément chimique ayant une concentration dans la matière du substrat qui est notablement différente de sa concentration dans la matière
de la couche de recouvrement Une matière épitaxiale à hétéro-composition est appelée une matière "hétéro-épitaxiale".
Une structure qui comprend une matière à hétéro-composition 20 est une hétérostructure.
Une matière "précurseur" est une matière, de façon caractéristique amorphe ou polycristalline, formée sur un substrat sur lequel on doit former une couche à hétéro-composition (la "première matière") par le procédé de l'inven25 tion, la matière précurseur étant constituée par les mêmes constituants chimiques principaux que la première matière désirée, mais pas nécessairement dans les mêmes proportions
que dans la première matière désirée En outre, la matière précurseur n'est pas nécessairement chimiquement ou physi30 quement homogène, au niveau microscopique.
Les constituants chimiques "principaux" d'une matière sont les constituants dont la présence quantitative est de façon générale indiquée dans la formule chimique de la matière; par exemple le Ga As dopé avec Zn comporte les deux 35 constituants principaux Ga et As Ainsi, les impuretés et/ou les dopants ne sont pas considérés comme des constituants principaux. L'uniformité "microscopique" d'une couche de matière désigne l'uniformité de la matière à une échelle qui est de façon caractéristique notablement inférieure à l'épaisseur de la couche, et l'uniformité "macroscopique" désigne l'uniformité de la matière à une échelle qui est de façon
caractéristique supérieure à l'épaisseur de la couche.
L'invention procure un procédé de fabrication d'une couche d'une première matière à constituants multiples sur un substrat monocristallin d'une seconde matière, la seconde matière ayant une composition différente de la première matière, dans lequel on forme une couche d'une troisième matière, ayant les mêmes constituants chimiques prin15 cipaux que la première matière, sur au moins une partie du substrat, et on fait fondre momentanément au moins une partie de la troisième matière au moyen d'un rayonnement sous forme d'impulsion qui tombe sur la troisième matière de façon à produire une fusion de la troisième matière, au 20 moins à la frontière entre le substrat et la troisième matière. La composition de la matière précurseur (la "troisième" matière) peut varier dans des limites assez larges, à condition que les principaux constituants chimi25 ques de la matière précurseur soient les mêmes que ceux de la matière à hétérocomposition (la "première" matière)à former Cependant, dans de nombreux systèmes, on préfère mettre en oeuvre l'invention avec une matière précurseur dont la composition ne s'écarte pas notablement de celle de la première matière, avec de façon caractéristique aucune concentration de constituant principal ne différant dans la matière précurseur de plus de 50 %, et de préférence de
plus de 25 %, de la concentration dece constituant dans la première matière.
D'autre part, dans au moins certains systèmes (par exemple le système siliciure de nickel/silicium), la composition de la matière précurseur peut avantageusement différer notablement de celle de la première matière Dans de tels systèmes, un transport de masse pendant une opération de recuit à l'état solide après fusion conduit de façon caractéristique à la formation d'une matière stoechiométrique
ayant une grande perfection cristalline.
Une application préférée de l'invention consiste dans la formation d'une matière hétéro-épitaxiale, par exem10 ple une matière métallique, semiconductrice ou diélectrique, sur des substrats en Si, Ge ou un semiconducteur composé III-V ou II-VI Parmi ces applications, on considère que la formation d'une matière consistant en un siliciure de métal, par exemple un siliciure de Ni, Co, Pd, Pt, Cr, W, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Fe, Mg, Rh, ou Mo sur des substrats de Si est
une application particulièrement avantageuse de l'invention.
Une autre application préférée de l'invention consiste dans la formation d'une matière à hétéro-composition avec une frontière uniforme entre la couche de recouvrement 20 et le substrat, en particulier dans des systèmes sujets à la formation de facettes ou à la formation de frontières par ailleurs nonuniformes dans certains processus de formation de l'art antérieur, comme par exemple dans le cas de Co Si 2 sur
Si( 100).
On considère que le procédé décrit pour la formation d'une matière à constituants multiples et à hétérocomposition est susceptible de faire l'objet de nombreuses applications On considère en particulier qu'il s'applique à la croissance de matière épitaxiale à constituants multi30 pies, sous une forme comportant ou non un motif, sur des substrats à constituants multiples aussi bien que sur des
substrats à un seul constituant.
Le procédé décrit n'exige pas un traitement sous ultra-vide, et, dans certains cas, il n'exige même pas un
traitement sous vide En outre, il n'exige pas une prépara-
tion de surface rigoureuse du substrat Il est donc bien adapté, par exemple, à l'intégration dans des chaînes de
traitement actuelles de dispositifs semiconducteurs.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la
description qui va suivre de modes de réalisation de l'invention, considérés à titre d'exemple, et en se référant aux
dessins annexés sur lesquels: La figure 1 représente schématiquement, en coupe, une couche de matière précurseur sur un substrat; La figure 2 représente de la même manière une région de matière précurseur fondue par impulsion; La figure 3 montre schématiquement la matière resolidifiée; La figure 4 représente de façon similaire la fusion par impulsion et la resolidification, en mode pas à pas, de la matière précurseur; et
La figure 5 représente schématiquement la formation d'une couche comportant un motif.
Sur les figures, les éléments semblables sont 20 désignés par les mêmes références numériques.
La figure i montre une couche 11 de matière précurseur sur un substrat 10; la figure 2 montre un faisceau de rayonnement en régime d'impulsions qui tombe sur une région de matière précurseur, ce qui produit de la matière
fondue dans la région 21; et la figure 3 montre de la matière resolidifiée 30.
Bien que dans certains systèmes, par exemple ceux comportant un substrat ayant la structure cristalline du fluorure de calcium, il existe une latitude considérable 30 concernant la composition du précurseur, on considère que dans d'autres systèmes, on obtiendra de façon caractéristique des résultats avantageux si la matière précurseur a au moins approximativement la même composition chimique que la première matière et a une composition pratiquement uniforme, 35 jusqu'à l'échelle microscopique On peut par exemple réaliser ceci par co-déposition des constituants, par exemple par co-évaporation, dépôt par pulvérisation cathodique ou épitaxie par jets moléculaires Dans de tels systèmes, la concentration d'aucun constituant principal de la matière précur5 seur ne doit s'écarter de plus d'environ 50 % de la concentration de ce constituant dans la première matière désirée, et l'écart doit de préférence ne pas dépasser 25 % A titre d'exemple, pour une première matière de composition Ax By la composition du précurseur doit être comprise entre 10 A 0,5 x By et Ax Bo 0,5 y, et de préférence entre A 0, 75 x By et x B 0,75 y La matière précurseur peut également, au moins dans certains systèmes, être formée par réaction à l'état solide Par exemple, le dépôt d'une couche de métal appro15 priée sur un substrat de Si (par exemple par évaporation, pulvérisation cathodique, électrodéposition ou dépôt chimique), suivi par chauffage de-la combinaison substrat/métal, conduit de façon caractéristique à la formation d'un siliciure de métal, par transport de masse entre le substrat et 20 la couche de recouvrement, et la nature du siliciure dépend, entre autres, de la température de réaction Un tel siliciure "d'équilibre" peut avoir la composition moyenne M Six, avec O 4 x C n, pour une première matière consistant en siliciure de composition M Sin n La matière précurseur peut avoir un ou plusieurs constituants principaux en commun avec la matière su substrat, ou elle peut n'avoir aucun constituant principal en commun avec le substrat Dans le premier cas, la technique de "réaction" ci-dessus pour former la matière précur30 seur peut être utile, tandis que la technique de réaction
n'est pas applicable dans le second cas.
On peut illustrer les procédures générales ci-dessus par la formation d'une matière précurseur consistant en siliciure de nickel (pour produire Ni Si 2) sur un substrat de silicium On peut co-déposer sur le substrat une matière de composition moyenne Ni Si X, O < x < 2, constituant la matière précurseur D'autre part, on peut déposer sur le substrat une matière ayant la même composition moyenne, ou consistant en Ni pur, et faire réagir la combinaison à une température élevée, ce qui produit une matière précurseur consistant en siliciure de nickel. On notera évidemment qu'on doit sélectionner l'épaisseur et la composition de la matière précurseur (et donc éventuellement de la matière déposée pour être transl O formée en matière précurseur), de façon à donner une couche de matière précurseur ayant l'épaisseur et la composition désirées Par exemple, une couche de Ni de 10 nm d'épaisseur
donne une couche de Ni Si 2 d'environ 36,5 nm d'épaisseur.
On réalise une fusion momentanée de la totalité ou 15 d'une partie d'une couche de matière précurseur, jusqu'à une profondeur au moins suffisante pour produire un "mouillage" du substrat, au moyen d'un chauffage en régime d'impulsions, de fagon caractéristique par un rayonnement électromagnétique, électronique ou ionique en régime d'impulsions, de pré20 férence un rayonnement laser ou électronique La longueur et l'énergie de l'impulsion dépendent de façon caractéristique de paramètres tels que l'épaisseur de la couche de précurseur, la température de fusion et la chaleur latente de fusion de la matière précurseur, et la conductivité thermi25 que de la matière du substrat On choisit avantageusement l'impulsion de façon qu'elle soit courte, d'une durée ne dépassant pas de façon caractéristique 1 ps, et ne dépassant
pas de préférence 100 ns.
La taille de la région irradiée dépend de façon caractéristique des détails du traitement et peut varier de quelques micromètres de diamètre jusqu'à une taille pratiquement égale à celle de la tranche On peut traiter par un traitement pas-à-pas des zones plus grandes que la taille du
faisceau, comme le montre la figure 4, sur laquelle la région 35 resolidifiée 30 a été fondue par impulsion avant l'irradia-
tion de la région 21 Pour l'irradiation d'une zone étendue, il faut prendre soin d'assurer l'uniformité du flux On peut accomplir ceci par des procédés classiques bien connus de l'homme de l'art On choisit avantageusement la longueur d'onde du rayonnement électromagnétique utilisé de façon que ce rayonnement soit fortement absorbé par la matière précurseur A titre d'exemple, on a fait fondre une matière précurseur consistant en siliciure de nickel et en siliciure de
cobalt avec un rayonnement provenant d'un laser au rubis 10 ( 0,694 pm).
On sélectionne la longueur d'impulsion et l'intensité du rayonnement (ou la longueur d'impulsion, le courant et l'énergie du faisceau, selon le cas) de façon à produire la fusion de la matière précurseur au moins jusqu'à la fron15 tière substrat/précurseur, pour donner à un "mouillage" de la matière du substrat monocristallin Des procédures pour déterminer approximativement des conditions permettant de réaliser une telle fusion sont bien connues dans la technique; voir par exemple l'ouvrage Laser Annealing of Semicon20 ductors, publié par J M Poate et col, Academic Press, ( 1982), en particulier aux pages 69-101 A titre d'exemple, on a utilisé des impulsions de 30 ns de longueur et d'une
énergie d'environ 1 J/cm 2 dans la fusion précitée de siliciures de nickel et de cobalt.
La fusion par impulsion est évidemment suivie par une resolidification en une très courte durée, de fagon caractéristique en moins d'environ 1 ys après la cessation de l'irradiation On notera que, intentionnellement ou non, une partie de la matière du substrat est de fagon caracté30 ristique fondue pendant l'opération de fusion et est donc incorporée dans la matière resolidifiée Du fait que dans l'état liquide la matière fondue par impulsion subit de façon caractéristique un certain mélange affectant sa composition, la matière resolidifiée comportera de façon caracté35 ristique une région d'épaisseur finie qui est enrichie en matière du substrat A titre d'exemple, la croissance de Co Si 2 sur Ge conduit de façon caractéristique à la formation d'une zone de transition dans laquelle la concentration en
Ge diminue depuis pratiquement 100 % jusqu'à (au moins appro5 ximativement) zéro.
On peut quelquefois améliorer la qualité de la matière resolidifiée, et au moins dans certains cas de façon considérable, par un post-recuit à l'état solide de l'hétérostructure On effectue avantageusement l'opération de 10 recuit à une température à laquelle la première matière constitue la phase d'équilibre (pour des siliciures de métal, par exemple, ceci correspond de façon caractéristique à une température d'environ 5000 C),et pendant une durée suffisante pour produire une formation pratiquement complète 15 de matière de phase d'équilibre à faible densité de défauts, en particulier pratiquement exempte de défauts étendus dans le volume de la première matière On qualifiera de "pratiquement exempte de défaut" une première matière de cette qualité On qualifiera en outre de matière "pratiquement 20 monocristalline" une matière épitaxiale formée par plus
d'environ 95 % de matière d'une orientation.
A titre d'exemple, on a recuit à 800 C un substrat de Si portant une couche de matière épitaxiale resolidifiée, consistant en siliciure de nickel, d'environ 25 100 nm d'épaisseur (composition moyenne: Ni Si 16, avec une orientation de type B pratiquement à 100 %) Après le recuit on a trouvé que la couche de recouvrement en siliciure consistait pratiquement en une couche monocristalline de Ni Si 2 d'orientation de type B, pratiquement stoechiométrique à 30 100 %, épitaxiale et pratiquement exempte de défauts et on pense qu'on ne pourrait pas parvenir à ce système sans l'opération de recuit L'analyse de cette matière par spectroscopie par rétrodiffusion de Rutherford a donné un Xmin
de 3,1 % dans la direction de canalisation 111, ce qui indi35 que des caractéristiques cristallines pratiquement parfaites.
Comme mentionné ci-dessus, il n'est pas obligatoire que la composition moyenne de la matière précurseur soit identique à la composition de la matière hétéro-épitaxiale à former En fait, on a fait la découverte surprenante qui consiste en ce qu'au moins dans certains cas (par exemple pour des systèmes ayant la structure du fluorure de calcium), la qualité cristalline de la première matière résultante est meilleure si la composition du précurseur diffère notablement de la composition de la première matière On a trouvé par exemple que le procédé donne du Ni Si 2 de meilleure qualité si la matière précurseur a approximativement la composition
moyenne Ni Si que si sa composition moyenne est Ni Si 2.
Comme on l'a déjà indiqué, le procédé est commode pour produire une couche de recouvrement à hétéro-composi15 tion avec une frontière uniforme sur un substrat On peut par exemple produire ainsi du Ni Si 2 et du Co Si 2 exempts de facettes sur du Si( 100), ce qui est un résultat ayant une grande importance potentielle dans le traitement de circuits
intégrés à très haut niveau d'intégration.
Une couche formée par croissance en utilisant le procédé, et en particulier une couche épitaxiale monocristalline, peut évidemment faire fonction de substrat pour faire croître sur elle une couche supplémentaire De telles doubles hétérostructures sont utiles, par exemple, pour pro25 duire des dispositifs semiconducteurs tridimensionnels, par
exemple des transistors à base métallique.
On peut également utiliser le procédé pour former une couche de première matière comportant un motif On peut par exemple former une couche de Si O 2 comportant un motif, 30 c'est-à-dire le masque, sur une tranche de Si, par des procédés classiques En déposant uniformément une couche de Ni sur la tranche et en chauffant la tranche à environ 450 o C, on produit une matière précurseur consistant en siliciure de nickel dans les fenêtres du masque, tandis que le Ni reste 35 sur le masque On peut enlever le Ni à ce stade au moyen d'une attaque appropriée, ou bien on peut tout d'abord faire fondre la matière précurseur par impulsion et enlever ensuite le Ni Ce processus est représenté schématiquement sur la figure 5, qui montre un masque 50 sur un substrat 10, 5 avec de la matière resolidifiée 51 dans une fenêtre du masque et de la matière 52 (par exemple Ni) sur les région de masquage. Dans les exemples qui suivent, on a nettoyé des substrats de silicium par une procédure chimique classique 10 comprenant un dégraissage dans du trichloréthylène, un rinçage dans de l'acétone et du méthanol et une immersion dans une solution tamponnée de HF Dans tous les exemples on a réalisé la fusion par impulsion dans l'air, sur une table x-y, au moyen d'impulsions de 30 ns produites par un laser 15 à rubis fonctionnant en mode déclenché, homogénéisé pour avoir un faisceau uniforme de 7 mm de diamètre On a effectué de façon générale les traitements thermiques dans un
four tubulaire sous un vide de 1,3 x 10-4 à 1,3 x 10-5 Pa.
Exemple 1: On a évaporé uniformément environ 30 nm de Ni, à 1,3 x 10 4 Pa sur une tranche de Si( 111), et
on a ensuite recuit la tranche à 800 C pendant 30 minutes.
Ceci a conduit à la formation de Ni Si 2 de type ( 111) ( 109 nm, à la fois du type A et du type B) Une irradiation par laser ( 1,1 J/cm 2) a produit une fusion momentanée et 25 une resolidification (vitesse estimée de la frontière de solidification: 1,5 m/s) La matière resolidifiée avait une orientation de type B à au moins 95 %, le reste étant de type A Un recuit à 800 C pendant 30 minutes a fait disparaître des amas de défauts et a conduit à la formation d'un réseau 30 régulier de dislocations de désadaptation La frontière
était très uniforme.
Exemple 2: On a évaporé 30 nm de Ni sur une tranche de Si( 111), et on aeffectué ensuite un recuit pendant une heure à 450 C, ce qui a conduit à la formation de matière polycristalline ayant une composition moyenne voisine de Ni Si Une irradiation par laser ( 1,2 J/cm 2) a produit une matière épitaxiale resolidifiée, de composition moyenne Ni Si 1,6 ' avec une concentration de défauts élevée et ayant pratiquement en totalité l'orientation de type B Un traite5 ment thermique à 800 C pendant 30 minutes a donné du Ni Si 2 d'une grande perfection (X min 3 %) d'orientation de type B (aucune matière de type A n'était détectable par un examen approfondi par microscopie électronique par transmission),
avec une frontière nette et très uniforme.
Exemple 3: On a co-évaporé 66 nm de matière de composition moyenne Ni Si sur du Si( 111) Une irradiation par laser comme dans l'Exemple 2, et un post-recuit à 800 C pendant 30 minutes ont conduit à la formation de Ni Si 2 ayant
pratiquement la même qualité que dans l'Exemple 2.
Exemple 4: Le dép 8 t de 30 nm de Ni sur un substrat Si( 100), le chauffage de la structure composite à 450 C pendant une heure et l'irradiation par laser ( 1,0 J/cm 2) ont conduit à la formation d'une matière épitaxiale de composition proche de Ni Si 1,6, avec X min"' 40 % Un 20 recuit au four à 800 C pendant 30 minutes a conduit à la formation de Ni Si 2 ( 100) pratiquement parfait La frontière était nette et uniforme; on n'a observé aucune formation
de facettes.
Exemple 5: La formation d'une couche de siliciure 25 de cobalt de 59 nm d'épaisseur (composition moyenne voisine de Co Si) sur du Si( 111), en recuisant à 470 C pendant une heure un substrat portant une couche de 30 nm de Co, et en irradiant la structure par laser ( 0,9 J/cm 2), a conduit à la formation de matière resolidifiée de composition proche de Co Si 1,5 et avec X min 0,4 Un post-recuit à 1000 C pendant minutes a conduit à la formation d'un monocristal uniforme de Co Si 2 de type B, avec Xmin= 3,1 % La frontière était nette
et uniforme.
Exemple 6: On a formé une couche de Co Si 2 partiel35 lement épitaxial ( Xmin '0,5), de 108 nm d'épaisseur, sur du Si( 111 i) en chauffant à 650 C pendant une heure le substrat portant une couche de Co de 30 nm d'épaisseur, et en irradiant par laser ( 0,8 J/cm 2) la matière précurseur ainsi produite, ayant la composition Co Si 2 Un recuit à 975 C pendant 30 minutes a produit une couche monocristalline uniforme de Co Si 2 de type B, avec des caractéristiques cristallines presque parfaites ( min= 3,7 %), aucune trace détectable de
grains de type A, et une frontière nette et uniforme.
Exemple 7: Le dép 8 t de 30 nm de Co sur un substrat de Si( 100), le chauffage de la structure composite à 450 C pendant une heure (conduisant à la formation de polycristaux de Co Si), l'irradiation par laser ( 0,8 J/cm 2) et le post-recuit à 950 C pendant 30 minutes, ont conduit à la formation d'une couche épitaxiale de Co Si 2, d'environ 15 100 nm d'épaisseur, avec Xmin " 0,35 Bien que la matière
ainsi formée n'ait pas été d'une grande qualité cristalline, la frontière était nette et pratiquement uniforme et ne présentait pas de facettes.
Exemple 8: On a obtenu des résultats similaires à 20 ceux obtenus dans les Exemples 5 et 6 par cô-dépôt de Co Si et Co Si 2, respectivement, sans recuit avant l'irradiation par laser, toutes les autres conditions étant pratiquement celles
des Exemples 5 et 6, respectivement.
Exemple 9: En co-déposant en phase vapeur 100 nm 25 d'un mélange de Si/Ge (pourcentage atomique de 80/20) sur du Si( 100), et en faisant suivre cette opération par une irradiation par laser (environ 1 J/cm 2), on obtient une couche de matière épitaxiale de 100 nm, de composition Sio,8 Geo 02, avec
une frontière nette et uniforme.
Exemple 10: On procède à la co-évaporation d'une couche de 100 nm d'épaisseur, de composition W Si 2, sur du In P de type p, d'orientation ( 111) L'irradiation par laser
(environ 1 J/cm 2) produit un contact ohmique avec une frontière uniforme entre le substrat et la couche de recouvrement.
Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent
être apportées au procédé décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (5)

REVENDICATIONS
1 Procédé de fabrication d'une couche d'une première matière à constituants multiples sur un substrat monocristallin d'une seconde matière, la seconde matière ayant une composition différente de celle de la première matière, dans lequel on forme une couche d'une troisième matière sur au moins une partie du substrat et on fait fondre momentanément au moins une partie de la troisième matière par un rayonnement sous forme d'impulsion tombant sur la troisième matière, 10 afin de produire la fusion de la troisième matière au moins à la frontière entre le substrat et la troisième matière, caractérisé en ce que la troisième matière possède les mêmes
constituants chimiques principaux que la première matière.
2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé 15 en ce qu'après l'opération de fusion momentanée, on chauffe le substrat portant la matière resolidifiée à une température et pendant une durée suffisantes pour provoquer la formation de la première matière pratiquement monocristalline et
pratiquement exempte de défauts.
3 Procédé selon l'une quelconque des revendications i ou 2, caractérisé en ce qu'on forme la couche de troisième matière en déposant une couche d'une quatrième
matière sur au moins une partie du substrat, la quatrième matière ayant une composition différente de celle des pre25 mière, seconde et troisième matières, et on chauffe le substrat portant la couche de quatrième matière, à une température et pendant une durée suffisantes pour conduire à la transformation d'au moins une partie de la quatrième
matière donnant la troisième matière.
4 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'aucun des constituants principaux de la troisième matière n'a une concentration qui diffère de plus de 50 % de la concentration du constituant considéré dans la première matière.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la seconde matière consiste pratiquement en silicium, caractérisé en ce que la troisième matière consiste pratiquement en un siliciure de métal.
6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé
en ce que la troisième matière a une composition chimique moyenne qui correspond à une teneur en silicium inférieure à celle de la première matière.
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