FR2867309A1

FR2867309A1 - Revelation of dislocations in crystalline semiconductor materials by acid gas engraving, allowing direct observation of defects by optical or electron microscope

Info

Publication number: FR2867309A1
Application number: FR0450407A
Authority: FR
Inventors: Yann Bogumilowicz; Jean Michel Hartmann; Yves Campidelli
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2004-03-02
Filing date: 2004-03-02
Publication date: 2005-09-09
Anticipated expiration: 2024-03-02
Also published as: WO2005086222A1; FR2867309B1

Abstract

Revelation of dislocations emerging in a surface layer of a crystalline material substrate by engraving of the surface layer is characterised in that the engraving is realised using at least one engraving gas.

Description

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PROCEDE DE REVELATION DES DISLOCATIONS EMERGENTES DANS PROCESS FOR REVELATION OF EMERGING DISLOCATIONS IN

UN MATERIAU CRISTALLINA CRYSTALLINE MATERIAL

DESCRIPTION 5 DOMAINE TECHNIQUEDESCRIPTION 5 TECHNICAL FIELD

La présente invention se rapporte à un procédé de révélation des dislocations émergentes dans un matériau cristallin. Elle concerne en particulier la révélation de dislocations émergentes dans un film mince de matériau semiconducteur solidaire d'un support. The present invention relates to a method for revealing emerging dislocations in a crystalline material. In particular, it relates to the disclosure of emerging dislocations in a thin film of semiconductor material integral with a support.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Il existe plusieurs techniques pour déterminer la densité des défauts existant dans un matériau monocristallin. Parmi ces techniques, on peut citer la microscopie électronique en transmission, la topographie aux rayons X et la révélation chimique. STATE OF THE PRIOR ART There are several techniques for determining the density of defects existing in a monocrystalline material. These techniques include transmission electron microscopy, X-ray topography and chemical revelation.

La Microscopie Electronique en Transmission (MET) donne des informations très détaillées sur la nature des défauts présents dans un film monocristallin. En particulier, c'est une technique qui va permettre d'observer tous les défauts que l'on peut trouver dans un cristal, c'est-à-dire des lacunes, des interstitiels, des dislocations. Transmission Electron Microscopy (TEM) gives very detailed information on the nature of the defects present in a monocrystalline film. In particular, it is a technique that will allow to observe all the defects that can be found in a crystal, that is to say, gaps, interstitials, dislocations.

Cette technique permet d'observer les dislocations dans leur ensemble. On pourra donc observer les parties émergentes des dislocations, qui traversent les couches supérieures de l'échantillon, et sont néfastes pour les propriétés électriques. On pourra également observer les parties enterrées, dite d'accord du paramètre de maille, qui n'ont que peu d'influence sur les propriétés électriques des couches supérieures. Ceci rend plus difficile l'interprétation des résultats obtenus ainsi que le comptage. La statistique de ces défauts peut également ê tre biaisée par le très faible volume de matériau observé. En effet, l'échantillon doit être transparents aux électrons dans au moins une dimension pour être observable. Dès lors, les échantillons mesurent typiquement 100}.im x 100pm x quelques 100 nm. Le volume sondé n'est pas toujours typique du matériau de départ. Le temps de mesure est typiquement de quelques jours, principalement à cause de la préparation de l'échantillon. La subtilité de cette technique requiert également d'avoir du personnel dédié. Cette technique est destructrice...DTD: La topographie aux rayons X consiste en une projection de tous les défauts présents dans l'échantillon sur un plan (le plan d'un film photographique ou d'un capteur CCD). Le principe d'observation des défauts est similaire à celui de la microscopie électronique en transmission. Donc, de même qu'en microscopie électronique en transmission, on observe les dislocations dans leur ensemble. Comme les rayons X pénètrent beaucoup plus aisément la matière que les électrons, la mesure peut directement se faire sur l'échantillon à observer sans aucune préparation particulière. La résolution spatiale obtenue avec cette technique est typiquement de 1 à 10 dam. Le temps de mesure varie de quelques minutes à quelques heures. La subtilité de cette technique requiert d'avoir du personnel dédié. Cette technique est non- destructive. This technique makes it possible to observe the dislocations as a whole. We can thus observe the emergent parts of the dislocations, which cross the upper layers of the sample, and are harmful to the electrical properties. We can also observe the buried parts, so-called mesh parameter, which have little influence on the electrical properties of the upper layers. This makes it more difficult to interpret the results obtained as well as counting. The statistics of these defects can also be biased by the very small volume of material observed. Indeed, the sample must be transparent to electrons in at least one dimension to be observable. As a result, the samples typically measure 100 μm x 100 μm x some 100 nm. The sample volume is not always typical of the starting material. The measurement time is typically a few days, mainly because of sample preparation. The subtlety of this technique also requires having dedicated staff. This technique is destructive ... DTD: The X-ray topography consists of a projection of all the defects present in the sample on a plane (the plane of a photographic film or a CCD sensor). The principle of observation of defects is similar to that of transmission electron microscopy. Thus, as in transmission electron microscopy, we observe the dislocations as a whole. As X-rays penetrate material much more easily than electrons, measurement can be done directly on the sample to be observed without any particular preparation. The spatial resolution obtained with this technique is typically from 1 to 10 dam. The measurement time varies from a few minutes to a few hours. The subtlety of this technique requires having dedicated staff. This technique is non-destructive.

La révélation chimique des défauts donne des informations uniquement sur la surface de l'échantillon. Elle ne permet pas une observation directe du défaut lui-même mais du relief que la révélation aura créé. La révélation a lieu en exposant l'échantillon à une solution chimique qui va le graver. Toutes les solutions chimiques de révélation de défauts fonctionnent sur le même principe. Elle contiennent un ou plusieurs agents oxydants (les plus utilisés sont HON3r CrO3, K2Cr2O7..) qui vont transformer (par exemple si le matériau monocristallin est du silicium) le silicium en SiO2. Ce SiO2 est ensuite gravé par dissolution dans de l'acide fluorhydrique (HF). Si la solution est judicieusement choisie, elle doit graver avec des vitesses différentes les zones avec défauts et les zones sans défauts. Cela est dû au champ de contraintes créé par la dislocation et/ou la ségrégation d'impuretés au niveau de la dislocation, qui vont modifier le potentiel de surface entre la dislocation et le cristal parfait l'entourant. Les vitesses de gravure observées seront donc différentes pour une zone avec ou sans défauts. Dans le cas de dislocations, on observera l'intersection de celles-ci avec la surface de l'échantillon, soit des points. Le temps de révélation est typiquement de quelques minutes. La révélation ne nécessite pas de préparation particulière de l'échantillon. Cette technique est relativement simple, et peut être pratiquée par n'importe quelle personne habilitée à manipuler des produits chimiques. Cette technique est destructive. The chemical revealing of the defects gives information only on the surface of the sample. It does not allow a direct observation of the defect itself but of the relief that the revelation has created. The revelation takes place by exposing the sample to a chemical solution that will burn it. All the chemical solutions for revealing defects operate on the same principle. It contains one or more oxidizing agents (the most used are HON3r CrO3, K2Cr2O7 ..) which will transform (for example, if the monocrystalline material is silicon) SiO2 silicon. This SiO 2 is then etched by dissolution in hydrofluoric acid (HF). If the solution is well chosen, it must engrave the defect areas and the defect free areas with different speeds. This is due to the stress field created by the dislocation and / or segregation of impurities at the dislocation, which will modify the surface potential between the dislocation and the perfect crystal surrounding it. The etching rates observed will therefore be different for a zone with or without defects. In the case of dislocations, one will observe the intersection of these with the surface of the sample, or points. The revelation time is typically a few minutes. The revelation does not require any special preparation of the sample. This technique is relatively simple, and can be practiced by anyone who can handle chemicals. This technique is destructive.

En fonction des densités de défauts présents dans les films, certaines techniques sont plus adaptées que d'autres. Il est en effet bien connu que l'état de l'art actuel ne permet pas d'obtenir des films de SiGe(C) (c'est-à-dire des films de SiGe comportant ou non du carbone) relaxés exempts de dislocations. En particulier, ceux-ci montrent des densités de dislocations émergentes typiquement de 106 cm-2. De telles densités sont difficilement observables en microscopie électronique à transmission car trop faibles, mais sont par contre trop élevées pour être observées par topographie aux rayons X. Dès lors, il ne reste plus que la révélation chimique qui soit pleinement adaptée pour qualifier les films de SiGe(C). Depending on the defect densities present in the films, some techniques are more suitable than others. It is indeed well known that the current state of the art does not make it possible to obtain SiGe (C) films (that is to say films of SiGe with or without carbon) relaxed free of dislocations. . In particular, these show emerging dislocation densities typically of 106 cm-2. Such densities are difficult to observe in transmission electron microscopy because they are too weak, but are, on the other hand, too high to be observed by X-ray topography. Therefore, there remains only the chemical revelation which is fully adapted to qualify the films of SiGe (C).

Il existe différentes préparations chimiques, bien connues dans l'industrie de la microélectronique, pour effectuer une révélation. On peut citer la solution SECCO (voir F. Secco d'Aragona, J. Electrochem. Soc. 119 (1972), 948). On peut citer également la solution SCHIMMEL (voir D.G. Schimmel, J. Electrochem. Soc., 126 (1979), 479). Toutes ces préparation font appel à une chimie humide et utilisent des produits chimiques dangereux pour l'homme et l'environnement (HF, chrome et ses dérivés, ...). De plus, la chimie est assez dépendante de l'expérimentateur. Celui-ci peut par exemple choisir d'utiliser une dilution différente de la solution de révélation, d'utiliser un temps de révélation différent, d'utiliser un volume de solution différent, r d'utiliser ou pas une agitation...Cet état de fait peut rendre difficile la comparaison de résultats obtenus par différentes équipes. Elle explique en particulier la faible communication sur le nombre de dislocations présentes dans les films de SiGe(C), et les grandes variations de densités annoncées d'une équipe à l'autre. En outre, cette chimie n'est semble-t-il pas disponible dans les machines automatiques à bains de chimies (machine de nettoyage, de retrait résine.. .), ce qui empêche son utilisation sur des pleines plaques, complique donc le comptage des défauts et rend très difficile une optimisation et un suivi de la qualité des couches en ligne. There are various chemical preparations, well known in the microelectronics industry, for revelation. The SECCO solution can be cited (see F. Secco of Aragona, J. Electrochem, Soc., 119 (1972), 948). We can also mention the SCHIMMEL solution (see D. G. Schimmel, J. Electrochem Soc., 126 (1979), 479). All these preparations use a wet chemistry and use chemicals that are dangerous for man and the environment (HF, chromium and its derivatives, ...). In addition, chemistry is quite dependent on the experimenter. This may for example choose to use a different dilution of the developer solution, to use a different time of revelation, to use a different volume of solution, r to use or not a stirring ... This state in fact can make it difficult to compare results obtained by different teams. In particular, it explains the weak communication on the number of dislocations present in the films of SiGe (C), and the large variations in densities announced from one team to another. In addition, this chemistry is apparently not available in automatic machines with chemical baths (cleaning machine, resin removal ...), Which prevents its use on full plates, thus complicates the counting defects and makes it very difficult to optimize and monitor the quality of online layers.

Par ailleurs, les bâtis d'épitaxie sont des équipements qui permettent de déposer des films respectant l'arrangement atomique du substrat sur lequel ils sont déposés. Les bâtis utilisés industriellement réalisent les dépôts par l'intermédiaire de précurseurs gazeux (SiH4, SiH2C12, Si2H6... comme précurseurs du silicium). Ces bâtis utilisent également l'acide chlorhydrique gazeux pour nettoyer la chambre de procédé entre chaque épitaxie. En effet, l'HCl est un gaz qui grave le silicium, le SiGe(C) et le germanium entre autres. L'HCl gazeux peut également être utilisé pendant les dépôts pour permettre de réaliser des épitaxies sélectives par rapport à un diélectrique ou comme degré de liberté sur la concentration en germanium et la vitesse de croissance lors d'épitaxie de films de SiGe(C). Furthermore, the epitaxial frameworks are equipment that can deposit films respecting the atomic arrangement of the substrate on which they are deposited. Racks used industrially perform the deposits via gaseous precursors (SiH4, SiH2C12, Si2H6 ... as precursors of silicon). These frames also use gaseous hydrochloric acid to clean the process chamber between each epitaxy. Indeed, HCl is a gas that etches silicon, SiGe (C) and germanium among others. HCl gas may also be used during deposition to permit selective epitaxial versus dielectric or degree of freedom over germanium concentration and growth rate during epitaxy of SiGe films (C).

EXPOSÉ DE L'INVENTION Pour remédier aux inconvénients de l'art antérieur, il est ici proposé un nouveau procédé de révélation des dislocations émergentes dans un matériau cristallin. DISCLOSURE OF THE INVENTION In order to overcome the drawbacks of the prior art, a new method for revealing emergent dislocations in a crystalline material is proposed here.

Cette révélation est faite par voie chimique gazeuse. Cette nouvelle technique permet de s'affranchir des principaux défauts de l'état de l'art indiqué précédemment. En particulier, la présente invention permet une révélation plus reproductible d'un échantillon à l'autre, mais également d'une équipe à une autre. This revelation is made by gaseous chemical means. This new technique makes it possible to overcome the main defects of the state of the art indicated above. In particular, the present invention allows a more reproducible revelation from one sample to another, but also from one team to another.

L'invention peut avantageusement mettre à profit un bâti d'épitaxie, dont le rôle est habituellement de déposer des films monocristallins de Si, de Ge, de SiGe, de SiGe (C).... Elle profite dès lors de tous les avantages d'utiliser une machine plutôt qu'un expérimentateur, en termes de standardisation et de reproductibilité en particulier. The invention can advantageously use an epitaxial framework, whose role is usually to deposit monocrystalline films of Si, Ge, SiGe, SiGe (C) .... It therefore benefits from all the advantages to use a machine rather than an experimenter, in terms of standardization and reproducibility in particular.

Ce nouveau procédé, contrairement aux procédés habituellement utilisés (attaques chimiques telles que la gravure SECCO par exemple) ne requiert pas de cliver la plaque de matériau cristallin. Une fois la révélation obtenue, les dislocations sont ainsi directement observables sur tout appareil de détection et de comptage automatique de défauts sur pleine plaque tels que ceux utilisés sur des lignes de production, ou de manière simple par microscopie optique ou électronique. La connaissance de la présence de défauts dans un film de SiGe(C) par exemple, ainsi que de leur densité et de leur répartition est très importante, en particulier pour les couches de SiGe(C) relaxées (utilisées dans les applications CMOS à canal de silicium contraint, mais aussi en optoélectronique). Ce sont en effet ces défauts qui vont déterminer les propriétés électriques et optiques des films de SiGe (C) . L'invention a donc pour objet un procédé de révélation de dislocations émergentes dans une couche de surface en matériau cristallin d'un substrat par gravure de ladite couche de surface, caractérisé en ce que la gravure est réalisée au moyen d'un gaz gravant ledit matériau cristallin. This new process, unlike the methods usually used (chemical attacks such as SECCO etching for example) does not require cleaving the plate of crystalline material. Once the revelation obtained, the dislocations are thus directly observable on any automatic detection and counting device for full plate defects such as those used on production lines, or simply by optical or electronic microscopy. The knowledge of the presence of defects in a SiGe film (C) for example, as well as their density and their distribution is very important, especially for relaxed SiGe (C) layers (used in channel CMOS applications constrained silicon, but also in optoelectronics). It is in fact these defects that will determine the electrical and optical properties of SiGe films (C). The subject of the invention is therefore a process for revealing emerging dislocations in a crystalline material surface layer of a substrate by etching said surface layer, characterized in that the etching is performed by means of a gas etching said crystalline material.

Avantageusement, la gravure se déroule dans la chambre de procédé d'un bâti d'épitaxie. Si la couche de surface est une couche épitaxiée sur un support d'épitaxie constituant le reste du substrat et si l'épitaxie se déroule dans la chambre de procédé, la gravure de la couche de surface peut être réalisée directement après l'épitaxie de la couche de surface. Advantageously, the etching takes place in the process chamber of an epitaxy frame. If the surface layer is an epitaxial layer on an epitaxial support constituting the remainder of the substrate and if the epitaxy takes place in the process chamber, the etching of the surface layer can be carried out directly after the epitaxy of the surface layer.

Le gaz gravant peut comprendre un gaz acide choisi parmi HC1, HF, HBr et HI. Il peut s'agir d'un gaz acide dilué dans l'hydrogène. The etching gas may comprise an acid gas selected from HCl, HF, HBr and HI. It can be an acid gas diluted in hydrogen.

La couche de surface peut en particulier être en matériau monocristallin. The surface layer may in particular be of monocrystalline material.

La couche de surface peut être la couche superficielle d'un substrat massif, un film cristallin solidaire d'un support ou le film de silicium d'un substrat SOI. The surface layer may be the surface layer of a solid substrate, a crystalline film integral with a support or the silicon film of an SOI substrate.

La couche de surface peut être le film de 30 SiGe d'un substrat SGOI ou le film de silicium contraint d'un substrat SSOI. The surface layer may be the SiGe film of a SGOI substrate or the constrained silicon film of an SSOI substrate.

Le matériau cristallin peut être choisi parmi Si, Ge, SiGe, SiGe(C), GaAs et CdSe. The crystalline material may be selected from Si, Ge, SiGe, SiGe (C), GaAs and CdSe.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, accompagnée des dessins annexés parmi lesquels: la figure 1 est une image en champ sombre de la surface d'un pseudosubstrat de SiGe(C) 20% après révélation par une solution SECCO selon l'art antérieur, - la figure 2 est une image en champ sombre 15 de la surface d'un pseudo- substrat de SiGe(C)20% après révélation par le procédé selon l'invention. The invention will be better understood and other advantages and particularities will appear on reading the following description, given by way of non-limiting example, accompanied by the appended drawings in which: FIG. 1 is a dark field image of the surface of a SiGe pseudosubstrate (C) 20% after revelation with a SECCO solution according to the prior art; FIG. 2 is a dark field image of the surface of a SiGe pseudo-substrate (C) 20% after revelation by the process according to the invention.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS DETAILED PRESENTATION OF PARTICULAR EMBODIMENTS

La suite de description va principalement The description suite goes mainly

porter, à titre d'exemple, sur la révélation de dislocations dans une couche monocristalline de SiGe(C) épitaxiée sur un support de silicium monocristallin. For example, the disclosure of dislocations in a monocrystalline layer of SiGe (C) epitaxially grown on a monocrystalline silicon support.

Une étape préliminaire de préparation de l'échantillon à révéler peut s'avérer nécessaire si la couche de SiGe(C) est oxydée. A preliminary step of preparing the sample to be revealed may be necessary if the SiGe layer (C) is oxidized.

Il est bien connu que lorsqu'un film de SiGe(C) est exposé à l'air, celuici a tendance à s'oxyder. Il faudra donc, pour pouvoir révéler les films de SiGe(C), s'affranchir de l'oxyde natif. Ceci peut être aisément effectué par nettoyage chimique 10 humide. En particulier, une immersion de l'échantillon dans un bain d'acide fluorhydrique dilué va permettre de retirer cet oxyde natif. Cette immersion empêche également celui-ci de se reformer pendant quelques heures par passivation de la surface par des atomes d'hydrogène ou de fluor. It is well known that when a SiGe film (C) is exposed to the air, it tends to oxidize. It will therefore be necessary, in order to be able to reveal the SiGe films (C), to get rid of the native oxide. This can easily be done by wet chemical cleaning. In particular, immersing the sample in a dilute hydrofluoric acid bath will make it possible to remove this native oxide. This immersion also prevents it from reforming for a few hours by passivation of the surface by hydrogen or fluorine atoms.

Cette étape préliminaire n'est pas nécessaire si la révélation (la gravure) a lieu directement après la croissance de la couche de SiGe(C), c'est-à-dire sans décharger l'échantillon du bâti d'épitaxie. Le bâti d'épitaxie permet de contrôler la température et l'environnement auquel est soumis l'échantillon. This preliminary step is not necessary if the revelation (etching) takes place directly after the growth of the SiGe layer (C), that is to say without unloading the sample from the epitaxial frame. The epitaxy frame makes it possible to control the temperature and the environment to which the sample is subjected.

La révélation est mise en oeuvre grâce à une chimie sèche. Elle se déroule avantageusement à température élevée (plus de 400 C) et à pression réduite. L'échantillon peut être d'abord chauffé à une température supérieure à 775 C pour éliminer toute contamination de surface. Il est ensuite chauffé jusqu'à une température de 750 C par exemple sous flux d'hydrogène (quelques dizaines de litres par minute) sous une pression de 2660 Pa (ou 20 Torr). Une fois les 750 C atteint, quelques centaines de centimètres cube par minute d'HC1 gazeux sont introduits en plus de l'hydrogène dans la chambre de procédé du bâti d'épitaxie. Après une exposition de typiquement quelques minutes, l'échantillon est déchargé du bâti d'épitaxie. The revelation is carried out thanks to dry chemistry. It is advantageously carried out at elevated temperature (over 400 C) and at reduced pressure. The sample may first be heated to above 775C to remove any surface contamination. It is then heated to a temperature of 750 ° C., for example under a stream of hydrogen (a few tens of liters per minute) under a pressure of 2660 Pa (or 20 Torr). Once the 750 C reached, a few hundred cubic centimeters per minute of HC1 gas are introduced in addition to hydrogen in the process chamber of the epitaxy frame. After an exposure of typically a few minutes, the sample is discharged from the epitaxy frame.

D'autres gaz gravants comme HF, HBr, HI...peuvent aussi être utilisés, dilués dans de l'hydrogène. Habituellement, le gaz HC1 sert en épitaxie au nettoyage des dômes en quartz qui composent la chambre de dépôt, ou pour permettre de réaliser des épitaxies sélective par rapport à un diélectrique, mais en aucun cas à la révélation des défauts. Other etching gases such as HF, HBr, HI ... can also be used, diluted in hydrogen. Usually, the HC1 gas is used in epitaxy for cleaning the quartz domes that make up the deposition chamber, or for making it possible to produce epitaxies that are selective with respect to a dielectric, but in no case for revealing defects.

Après un certain temps (dépendant principalement de la concentration en germanium de l'échantillon), on arrête l'exposition au gaz de gravure. On refroidit ensuite l'échantillon, puis on le décharge du bâti d'épitaxie. Une observation en lumière rasante doit normalement montrer un film d'aspect laiteux. Au microscope (optique ou électronique), on observe la présence de pyramides inversées à la surface de l'échantillon. Chaque pyramide inversée traduit la présence d'une dislocation émergente. After a certain time (depending mainly on the germanium concentration of the sample), exposure to the etching gas is stopped. The sample is then cooled and discharged from the epitaxy frame. An observation in grazing light should normally show a film of milky appearance. Under the microscope (optical or electronic), we observe the presence of inverted pyramids on the surface of the sample. Each inverted pyramid reflects the presence of an emerging dislocation.

La présente invention permet l'utilisation d'un bâti d'épitaxie pour révéler les dislocations dans un film de SiGe(C). Elle profite dès lors des avantages intrinsèques de ce type d'outil. On peut citer parmi eux une très bonne uniformité du procédé de révélation sur l'ensemble de l'échantillon, une grande reproductibilité d'un échantillon à un autre, une excellente maîtrise des paramètres du procédé. Le gaz HC1 est déjà utilisé sur les machines d'épitaxie. La mise en oeuvre de la technique se fait donc sans modification des équipements existants. The present invention allows the use of an epitaxy frame to reveal dislocations in a SiGe film (C). It benefits from the intrinsic advantages of this type of tool. Among them can be mentioned a very good uniformity of the revelation process over the entire sample, high reproducibility from one sample to another, excellent control of process parameters. HC1 gas is already used on epitaxy machines. The implementation of the technique is therefore without modification of existing equipment.

Le fait d'utiliser un bâti de CVD et le fait que la révélation soit nécessairement effectuée en environnement contrôlé permet de limiter drastiquement la présence de particules à la surface de l'échantillon. Les particules peuvent perturber la statistique de comptage lors d'observations, car elles peuvent être confondues avec les pyramides correspondant aux défauts. The fact of using a CVD frame and the fact that the revelation is necessarily carried out in a controlled environment makes it possible to drastically limit the presence of particles on the surface of the sample. Particles can interfere with counting statistics during observations because they can be confused with pyramids corresponding to defects.

La présente invention permet de faire des révélations sur l'ensemble de la surface d'un substrat standard utilisé actuellement en microélectronique (soit 100, 150, 200 ou 300 mm de diamètre). Ceci permet une excellente statistique de comptage, mais également d'effectuer facilement des observations sur l'ensemble du substrat. La révélation sur pleine plaque permet l'utilisation ultérieur d'équipements standard de comptage automatique de défauts déjà présents sur les lignes de production. Du point de vue industriel, cette technique signifie donc un gain de temps considérable dans la caractérisation des couches SiGe(C) (couches relaxées, en particulier), et constitue donc un progrès significatif pour l'optimisation, la caractérisation et le suivi en ligne de telles couches qui sont amenées à prendre une importance grandissante dans l'industrie. The present invention makes it possible to reveal the entire surface of a standard substrate currently used in microelectronics (ie 100, 150, 200 or 300 mm in diameter). This allows an excellent counting statistic, but also to easily make observations on the entire substrate. The full plate revelation allows the subsequent use of standard automatic fault counting equipment already present on the production lines. From the industrial point of view, this technique therefore means a considerable time saving in the characterization of the SiGe (C) layers (relaxed layers, in particular), and thus constitutes a significant progress for optimization, characterization and online monitoring. such layers are becoming increasingly important in the industry.

La présente invention permet de révéler un film de SiGe(C) in situ, juste après la fin de la croissance. On est de cette manière sûr que les défauts sont bien introduits pendant la croissance et non par des procédés intervenant après. The present invention makes it possible to reveal a SiGe film (C) in situ, just after the end of growth. In this way, it is certain that the defects are well introduced during growth and not by subsequent processes.

La présente invention n'utilise pas de chrome ni de produits à base de chrome. C'est un avantage car les produits contenant du chrome sont très toxiques pour l'homme et pour l'environnement. The present invention does not use chromium or chromium products. This is an advantage because products containing chromium are very toxic to humans and the environment.

Avec la présente invention, il n'est pas nécessaire de manipuler directement des produits chimiques dangereux comme l'acide fluorhydrique HF. C'est un avantage en terme de sécurité. La présente invention consomme très peu de matériau pour révéler les défauts (typiquement 20 nm) . C'est un avantage pour caractériser les films ultra minces, mais également des films épais pour lesquels on est sûr de caractériser les défauts proches de la surface. With the present invention, it is not necessary to directly handle hazardous chemicals such as HF hydrofluoric acid. This is an advantage in terms of security. The present invention consumes very little material to reveal defects (typically 20 nm). This is an advantage for characterizing ultra-thin films, but also thick films for which it is safe to characterize defects close to the surface.

La figure 1 est une image de la surface d'un pseudo-substrat de SiGe(C) 20% après révélation par une solution SECCO. Le film à caractériser est un film relaxé de Sio,BGeo,2 de 1,2 pm d'épaisseur. L'image a été obtenue par un microscope optique en champ sombre. Elle correspond à un champ de 240 pm x 180 pm. Les bords de l'image sont orienté le long des directions cristallographiques [110]. Les points brillants sont la signature laissé par la révélation des dislocations qui traversent le film. Un comptage donne 426 dislocations soit une densité de 9,9.105 cm-2. FIG. 1 is an image of the surface of a pseudo-substrate of SiGe (C) 20% after revelation with a SECCO solution. The film to be characterized is a relaxed film of Sio, BGeo, 1.2 μm thick. The image was obtained by an optical microscope in a dark field. It corresponds to a field of 240 pm x 180 pm. The edges of the image are oriented along the crystallographic directions [110]. The bright points are the signature left by the revelation of the dislocations that go through the film. A count gives 426 dislocations, ie a density of 9.9.105 cm-2.

La figure 3 est une image de la surface d'un pseudo-substrat de Sio,8Geo, 2 après révélation par la présente invention. Le film à caractériser est un film relaxé de Sio,8Geo,2 de 1,2 pm d'épaisseur. L'échantillon est identique à celui de la figure 1. L'image a été obtenue par un microscope optique en champ sombre. Elle correspond à un champ de 240 pm x 180 pm. Les bords de l'image sont orientés le long des directions cristallographiques [110]. Les points brillants sont la signature laissé par la révélation des dislocations qui traversent le film. Un comptage donne 442 dislocations soit une densité de 105 cm-2. FIG. 3 is an image of the surface of a pseudo-substrate of Sio 8 Ge 2, 2 after revelation by the present invention. The film to be characterized is a relaxed film of Sio, 8Geo, 2 of 1.2 μm thick. The sample is identical to that of FIG. 1. The image was obtained by a dark field optical microscope. It corresponds to a field of 240 pm x 180 pm. The edges of the image are oriented along the crystallographic directions [110]. The bright points are the signature left by the revelation of the dislocations that go through the film. A count gives 442 dislocations or a density of 105 cm-2.

Ce procédé permet donc en particulier de caractériser la qualité cristalline de couches de SiGe(C). De la qualité cristalline des couches de SiGe(C) va dépendre la qualité des structures électriques réalisés en utilisant ces couches. La réalisation de structures électriques est très longue et coûteuse. Elle nécessite de nombreuses étapes qui viendront compliquer l'interprétation de résultats. Dans ce cadre, une révélation des défauts présents dans le film de SiGe(C), à l'aide du procédé présenté ici, permet d'obtenir très rapidement des informations sur la qualité du film épitaxié. This method therefore makes it possible in particular to characterize the crystalline quality of layers of SiGe (C). The crystalline quality of the SiGe (C) layers will depend on the quality of the electrical structures made using these layers. The realization of electrical structures is very long and expensive. It requires many steps that will complicate the interpretation of results. In this context, a revelation of the defects present in the SiGe film (C), using the method presented here, makes it possible very quickly to obtain information on the quality of the epitaxial film.

La présente invention concerne la révélation des dislocation émergentes dans des films de SiGe(C) quelle que soit leur concentration en germanium. Elle nécessite néanmoins une adaptation des paramètres du procédé de révélation à la concentration en germanium de l'échantillon. En particulier, la présente invention peut également être envisagée sur des films de germanium. The present invention relates to the disclosure of emerging dislocations in SiGe films (C) irrespective of their concentration of germanium. It nevertheless requires an adaptation of the parameters of the revelation process to the germanium concentration of the sample. In particular, the present invention can also be envisaged on germanium films.

La révélation est également effective que le film de SiGe(C) soit déposé sur du silicium, ou sur un isolant (SGOI). On peut envisager également que la présente technique permette de révéler des dislocations dans le silicium soit sur substrats massifs, soit sur substrats SOI ou de silicium contraint sur substrat SSOI (pour Strained SOI ). Dans ce cas, la très faible consommation de matériau avec la présente technique permettrait de caractériser les couches de SOI ultraminces. The revelation is also effective that the SiGe film (C) is deposited on silicon, or on an insulator (SGOI). It can also be envisaged that the present technique makes it possible to reveal dislocations in silicon either on solid substrates, on SOI substrates or on strained silicon SOII (Strained SOI). In this case, the very low material consumption with the present technique would make it possible to characterize the ultrathin SOI layers.

La présente invention peut également être envisagée pour des substrats d'autre orientation que la (001), par exemple des substrats (111),(110)... La présente invention peut également être envisagée pour d'autres familles de semiconducteurs que les IV-IV, comme la famille des III-V type GaAs, ou des II-VI type CdSe... The present invention may also be envisaged for substrates with a different orientation than (001), for example substrates (111), (110) ... The present invention may also be envisaged for other families of semiconductors than the IV-IV, like the family of III-V type GaAs, or II-VI type CdSe ...

On peut envisager la réalisation de réseau de trous si on arrive a créer un réseau de dislocations. En effet, il est bien connu que lorsqu'on colle un film de silicium sur un substrat de silicium avec une légère désorientation entre les orientations cristallines des deux substrats, on va créer un réseau de dislocations. Avec la présente invention, un réseau de trous peut être créé en révélant les dislocations. We can consider the realization of network of holes if we manage to create a network of dislocations. Indeed, it is well known that when a silicon film is bonded to a silicon substrate with a slight disorientation between the crystalline orientations of the two substrates, a network of dislocations will be created. With the present invention, a network of holes can be created by revealing the dislocations.

Claims

1 process for revealing emergent dislocations in a crystalline material surface layer of a substrate by etching said surface layer, characterized in that the etching is performed by means of a gas etching said crystalline material.

2- revelation process according to claim 1, characterized in that the etching takes place in the process chamber of an epitaxial frame.

3-revelation process according to claim 2, characterized in that, the surface layer being an epitaxial layer on an epitaxial support constituting the rest of the substrate and the epitaxy taking place in said process chamber, the etching of the surface layer is made directly after the epitaxy of said surface layer.

4. The method of revelation according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the etching gas comprises an acid gas selected from HCl, HF, HBr and HI.

5 - revelation process according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the etching gas is an acid gas diluted in hydrogen.

6. Revelation process according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the surface layer is monocrystalline material.

7- revelation process according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the surface layer is the surface layer of a solid substrate.

8- revelation process according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the surface layer is a crystalline film secured to a support.

9- revelation process according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the surface layer is the silicon film of a SOI substrate.

10- revelation process according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the surface layer is the SiGe film of a SGOI substrate.

11- revelation process according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the surface layer. is the silicon film forced from an SSOI substrate.

12- revelation process according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the crystalline material is selected from Si, Ge, SiGe, SiGe (C), GaAs and CdSe.