FR2912550A1

FR2912550A1 - Procede de fabrication d'une structure ssoi.

Info

Publication number: FR2912550A1
Application number: FR0753254A
Authority: FR
Inventors: Takeshi Akatsu; Nicolas Daval
Original assignee: Soitec SA
Current assignee: Soitec SA
Priority date: 2007-02-14
Filing date: 2007-02-14
Publication date: 2008-08-15

Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'une structure sSOI comprenant la formation (S3) d'une couche de silicium contraint sur une couche de SiGe appartenant à un substrat donneur, l'implantation (S4) d'au moins une espèce atomique dans le substrat donneur destinée à former un plan de fragilisation, le collage (S5) de la face de la couche de silicium contraint avec une face d'un substrat receveur, le détachement (S6) de la couche en contact avec le substrat receveur par clivage au niveau du plan de fragilisation formé dans le substrat donneur, et le retrait d'au moins la couche de SiGe disposée sur la couche de silicium contraint par gravure chimique sélective (S8) pour mettre à nu la couche de silicium contraint, la gravure sélective comportant une phase de sur-gravure de ladite couche de silicium contraint. Conformément à l'invention, la couche de SiGe en contact avec la couche de silicium contraint présente une concentration en germanium d'au moins 30% et la durée de la phase de sur-gravure est inférieure ou égale à 20 secondes.

Description

Domaine technique et art antérieur

a présente invention concerne la fabrication de plaques, également dénommées "wafer", et notamment celles de type sSOI (silicium contraint sur isolant). Il existe plusieurs techniques d'élaboration pour de telles plaques. L'une des plus performantes actuellement pour la fabrication de plaques de type sSOI est celle de la réalisation d'une couche active de silicium contraint (sSI en abrégé, pour "strained silicon") faisant intervenir la technologie Smart CutTM pour réaliser l'hétérostructure désirée. Un exemple de mise en oeuvre de la technologie Smart CutTM appliquée à la réalisation de plaques de SOI est notamment décrit dans le document US 5 374 564 ou dans l'article de Ai. Auberton-Hervé et al. intitulé "Why can Smart-Cut Change the future of microelectronics ?", Int. Journal of High Speed Electronics and Systems, Vol.10, Nol, 2000, p.131-146. Des exemples de mise en œuvre de la technologie Smart CutTM appliquée à la réalisation spécifique de plaques de type sSOI sont décrits dans les 20 documents US 2004/053477 et WO 2004/006311. La réalisation de plaques de type sSOI faisant intervenir la technologie Smart CutTM comprend tout d'abord la fabrication d'un substrat "donneur" formé d'un substrat support en silicium sur lequel on réalise une couche en silicium-germanium (SiGe) relaxée par 25 l'intermédiaire d'une couche tampon en SiGe. On forme ensuite, par exemple par épitaxie, une couche de silicium contraint sur la couche de SiGe relaxée. La concentration en Ge dans la couche relaxée est typiquement de l'ordre de 20%, mais elle peut varier suivant le degré de contrainte désiré dans le film de silicium. 30 Une fois la couche de silicium contraint formée et conformément à la technologie Smart CutTM, on implante des espèces atomiques dans la couche de SiGe relaxée au niveau d'une zone d'implantation et on met en contact intime la face de la couche de silicium contraint avec un substrat support ou "receveur". On réalise ensuite un clivage de la couche de SiGe au niveau de la zone d'implantation pour transférer la partie située entre la surface soumise à l'implantation et la zone d'implantation (i.e. la couche de sSi et une partie de la couche de SiGe relaxée) sur le substrat receveur.

On obtient ainsi une structure sSOI avec une couche de silicium contraint sur une face du substrat support. Après clivage et transfert, on procède au retrait du reliquat de SiGe subsistant au-dessus de la couche de silicium contraint. Typiquement, ce retrait est réalisé par gravure sélective.

Par gravure sélective, on entend ici le procédé d'attaque chimique qui permet d'éliminer de manière sélective, en jouant sur la composition de la solution chimique et, par conséquent, sur les vitesses de gravure entre le SiGe et le silicium, la couche supérieure de SiGe sans attaquer la couche suivante de silicium contraint, appelée couche d'arrêt pour cette raison. Or, le retrait du reliquat de la couche de SiGe par gravure sélective peut avoir des effets négatifs sur la structure sSOI finale, en particulier en ce qui concerne le niveau de rugosité et la délamination de la couche de silicium contraint. Le document US 6 953 736 décrit un procédé qui propose d'employer une étape de polissage mécano-chimique (CMP) avant de procéder au retrait par gravure sélective du SiGe vis-à- vis du silicium contraint afin d'obtenir une couche dont l'uniformité et la rugosité sont bien contrôlées. Toutefois, pour faciliter la mise en oeuvre industrielle, il serait préférable d'éliminer cette étape de polissage.

Le document US 2005/0245049 propose une solution permettant de s'affranchir de cette étape de polissage mécano-chimique avant la gravure sélective. A cet effet, ce document enseigne la combinaison d'une étape de fracture assurant une rugosité post-fracture relativement faible avec une étape de collage fort qui permet d'éviter la délamination au niveau d'une interface de collage peu stable lors de la gravure sélective. Cependant, ces deux étapes sont réalisées à des températures relativement élevées qui contribuent à la diffusion d'éléments de germanium dans la couche de silicium contraint sous-jacente. Cette diffusion du germanium nécessite de prolonger la gravure sélective du germanium au niveau du reliquat de SiGe sur une longue durée afin de retirer tout le germanium présent. Ce prolongement excessif de la gravure conduit à la formation d'une surface rugueuse post gravure, voire même à la formation de défauts HF, car le retrait de toute la zone transitoire contenant du germanium conduit à surgraver la couche de silicium contraint, en particulier au niveau des défauts ou zones de faiblesses (dislocations, défauts cristallins, impuretés ou contaminants, non uniformités d'épaisseur) dans la couche transférée. En raison de la finesse de la couche active de silicium contraint (de l'ordre de 200 Â), il est important de pouvoir contrôler avec une grande précision la qualité de cette couche et de son état de surface final après retrait de la portion subsistante de la couche de SiGe. Le phénomène de délamination correspond à une gravure de l'oxyde enterré à l'interface de collage qui se produit au niveau du contour extérieur du substrat. Ce phénomène peut être provoqué notamment par les composants chimiques de la solution utilisée pour la gravure sélective qui attaquent les liaisons faibles au niveau de l'interface de collage situées en périphérie de la structure et, par conséquent, directement exposées à l'attaque chimique. Dans la structure sSOI finale, cette délamination peut conduire, à l'issue du procédé de fabrication, à la disparition complète de la couche ou du film de silicium contraint sur les bords et à la formation d'une couronne excessive en périphérie du substrat. Les documents US 6 603 156, US 6 717 213 et US 6 995 430 décrivent également des méthodes de réalisation de structures sSOI mais ne traitent pas du problème du phénomène de délamination en raison d'une gravure sélective trop longue.

Résumé de l'invention L'invention a pour but de remédier aux inconvénients précités et de proposer une solution qui permet, lors de la réalisation d'une structure sSOI, de faciliter le retrait par gravure sélective de la couche de silicium-germanium (SiGe) subsistant au dessus de la couche de silicium contraint,30 et ce en réduisant à la fois la rugosité et la défectivité (notamment des défauts de type LPD pour "light point defects" et les défauts traversants de la couche de semi-conducteur sur isolant, qui sont par exemple identifiés par une mesure destructive utilisant du HF), ainsi que les risques de délamination de la couche de silicium contraint de manière à limiter la formation d'une couronne en périphérie du substrat. Ce but est atteint avec un procédé de fabrication d'une structure sSOI comprenant la formation d'une couche de silicium contraint sur une couche de SiGe appartenant à un substrat donneur, l'implantation d'au moins une espèce atomique dans le substrat donneur destinée à former un plan de fragilisation, le collage de la face de la couche de silicium contraint avec une face d'un substrat receveur, le détachement de la couche en contact avec le substrat receveur par clivage au niveau du plan de fragilisation formé dans le substrat donneur, et le retrait d'au moins la couche de SiGe disposée sur la couche de silicium contraint par gravure chimique sélective pour mettre à nu la couche de silicium contraint, la gravure sélective comportant une phase de sur-gravure de ladite couche de silicium contraint, procédé dans lequel la couche de SiGe en contact avec la couche de silicium contraint présente une concentration en germanium d'au moins 30% et en ce que la durée de la phase de sur-gravure est inférieure ou égale à 20 secondes. Ainsi, avec le procédé de l'invention, la concentration en germanium de la couche de SiGe directement en contact avec la couche de silicium contraint est telle qu'elle permet une gravure rapide de celle-ci avec une bonne sélectivité. De façon surprenante, le problème de gravure de la couche de silicium contraint est notamment résolu par l'augmentation de la concentration en germanium de la couche de SiGe directement en contact avec la couche de silicium contraint. En effet, une concentration accrue en germanium au plus près de la couche de silicium contraint pourrait faire craindre une plus grande diffusion du germanium dans cette dernière et, par conséquent, une augmentation des problèmes de gravure que l'on cherche à prévenir. Or, en augmentant la concentration en germanium au voisinage de la couche de silicium contraint, on augmente la sélectivité entre le SiGe et le silicium contraint.

La Déposante a observé que cela permet en particulier de réduire sensiblement le temps de sur-gravure et, ainsi, la durée de la gravure à un point tel qu'on peut s'affranchir de retape de collage fort supplémentaire. La sur-gravure est la phase de gravure supplémentaire après la gravure du reliquat proprement dit. En effet, comme expliqué plus loin en détail, la fin de la gravure de la couche ou du reliquat subsistant au-dessus de la couche de silicium contraint peut être déterminée par différentes techniques de mesure ou de façon théorique. Par ailleurs, avec une couche de SiGe en contact avec la couche de silicium contraint ayant une concentration en germanium d'au moins 30%, on réduit le temps d'exposition de la structure à la solution de gravure, ce qui minimise le risque de délamination de la couche de silicium contraint au niveau de son interface de collage. L'étape de renforcement de l'interface de collage avant la gravure sélective réalisée dans l'art antérieur pour prévenir une délamination trop importante lors de la gravure n'est alors plus nécessaire. On supprime ainsi un traitement thermique susceptible de faire diffuser le germanium dans la couche de silicium contraint. L'étape de renforcement de l'interface de collage par traitement thermique peut toutefois être réalisée comme étape finale après le retrait par gravure sélective du SiGe subsistant au-dessus du silicium contraint, c'est-à- dire lorsqu'il n'y a plus de germanium présent au-dessus de la couche de silicium contraint et, par conséquent, plus de possibilité de diffusion de germanium. Un avantage supplémentaire de disposer au-dessus de la couche de silicium contraint d'une couche de SiGe ayant un taux de germanium d'au moins 30%, voire supérieur à 40%, est que le front de gravure se propage rapidement. Le front se propage même latéralement en cas de forte rugosité, ce qui permet de lisser le front de gravure. En effet, une bosse peut être gravée latéralement à partir des creux adjacents. Ainsi, on évite de transmettre la rugosité initiale à la couche de silicium contraint. Ainsi, on peut également observer un phénomène de "lift-off" gravure par en dessous) dans lequel la couche riche en Germanium (30% ou 40%) se grave préférentiellement, en particulier sous des îlots de SiGe (20%) résiduels qui pourraient se former au cours de l'étape de gravure par des vitesses de gravure non uniformes à la surface de la plaque, ou une épaisseur non uniforme de la couche résiduelle initiale. Selon un premier aspect de l'invention, le substrat donneur comprend un substrat support en silicium, une couche tampon de SiGe relaxée et une couche de SiGe enrichie en germanium formée sur la couche de SiGe relaxée, la couche de SiGe enrichie en germanium correspondant à la couche en contact avec la couche de silicium contraint et présentant une concentration en germanium d'au moins 30% environ. Lorsque la couche de SiGe enrichie en germanium présente une concentration en germanium d'au moins 40% environ, la durée de la phase de sur-gravure est réduite à 10 secondes environ. Dans ce cas, la durée totale de la gravure chimique sélective peut être inférieure à 200 secondes. Selon un deuxième aspect de l'invention, le substrat donneur comprend un substrat support en silicium et une couche tampon de SiGe relaxée correspondant à la couche en contact avec la couche de silicium contraint et présentant au moins dans sa partie supérieure une concentration en germanium d'au moins 30% environ. Lorsque la couche tampon de SiGe relaxée présente au moins dans sa partie supérieure une concentration en germanium d'au moins 40% environ, la durée de la phase de sur-gravure est réduite à 10 secondes environ. Dans ce cas, la durée de la gravure chimique sélective peut être réduite à moins de 60 secondes environ et jusqu'à 50 secondes environ. Avec une couche de SiGe en contact avec la couche de silicium contraint présentant une concentration en germanium de 40% environ, on obtient une sélectivité de gravure chimique entre cette couche de SiGe et la couche de silicium contraint d'au moins 120. La gravure sélective peut être réalisée avec une solution de gravure comprenant un mélange d'acide acétique (CH3COOH), d'eau oxygénée 30 (H2O2) et d'acide fluorhydrique (HF). Selon un aspect de l'invention, grâce à la sélectivité importante due au taux de germanium présent dans la couche de SiGe en contact avec la couche de silicium contraint, il est possible de réaliser une implantation ionique simple avec seulement des atomes d'hydrogène. En effet, même si une implantation simple d'hydrogène conduit à une rugosité post-fracture plus importante qu'avec une co-implantation hélium/hydrogène, la sélectivité de la gravure et la rapidité de celle-ci permet de retirer facilement la couche de SiGe tout en préservant l'état de surface et la qualité de la couche de silicium contraint mise à nu.

Brève description des figures 10 les figures lA à 1H sont des vues schématiques en coupe montrant la réalisation d'une structure de type sSOI incluant un procédé de finition conformément à un mode de mise en oeuvre de l'invention, la figure 2 est un organigramme des étapes mises en oeuvre dans les figures lA à 1H, 15 les figures 3A à 3F sont des vues schématiques en coupe montrant la réalisation d'une structure de type sSOI incluant un procédé de finition conformément à un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, la figure 4 est un organigramme des étapes mises en oeuvre 20 dans les figures 3A à 3F. - la figure 5 est un graphe montrant une mesure de fin de gravure réalisée par l'intermédiaire d'un réflectromètre.

25 Exposé détaillé de modes de réalisation de l'invention

Le procédé de la présente invention s'applique d'une manière générale à toute couche ou reliquat de couche de silicium-germanium Sil_xGex (x supérieur à 30%) subsistant au-dessus d'une couche de silicium 0 contraint et devant être éliminé par gravure sélective. L'état de contrainte de la couche de silicium contraint correspond à une couche de silicium-germanium relaxée Sil_xGex avec x supérieur à 10%. La présente invention trouve, par conséquent, une application privilégiée dans la fabrication des plaques de type sSOI par la technologie Smart Cu T La présente invention propose notamment que la couche ou reliquat de SiGe en contact avec la couche de silicium contraint présente une concentration en germanium d'au moins 30 % et que la durée de la phase de sur-gravure pendant la gravure sélective n'excède pas 20 secondes. La phase de "sur-gravure" (en anglais "over-etch") correspond à la phase qui consiste à prolonger pendant une durée déterminée la gravure sélective au-delà du temps nécessaire pour retirer le reliquat de SiGe. La phase de sur- gravure est généralement utilisée pour éliminer d'éventuelles inhomogénéités de gravure. La fin de la gravure sélective du reliquat de SiGe peut être mesurée ou estimée. Dans le premier cas, la récession du reliquat de SiGe peut être contrôlée lors de la gravure sélective au moyen d'un appareil de mesure permettant de détecter le moment où le reliquat de SiGe est quasiment éliminé à un endroit particulier du substrat. Le moment où l'appareil de mesure indique qu'il ne subsiste plus de SiGe au-dessus de la couche de silicium contraint correspond à l'instant de départ de la phase de sur-gravure. La gravure sélective est alors prolongée à partir de cet instant pendant une durée déterminée correspondant à la durée de phase de sur- gravure prédéfinie. Ce type de mesure peut être réalisé notamment avec un réflectomètre de type à détection de point final (end point detection). Un tel réflectomètre mesure une intensité de lumière réfléchie en fonction du temps comme illustré à la figure 5. L'intensité mesurée varie suivant des oscillations dont la période correspond à la vitesse de gravure. A la fin de la gravure e-p (end point), l'intensité mesurée ne varie plus (fin des oscillations) et devient constante. C'est le début de la phase de sur-gravure. Selon une variante, la fin de la gravure sélective du reliquat de SiGe peut être estimée préalablement de manière théorique. En effet, le temps nécessaire pour éliminer un reliquat de SiGe par gravure sélective peut être calculé à l'avance en fonction de la vitesse de gravure de la solution utilisée et de l'épaisseur du reliquat de SiGe à graver. Une fois ce temps de gravure calculé, on y rajoute le temps défini pour la sur-gravure de manière à prolonger la gravure sélective pendant une durée correspondant à celle de la phase de sur-gravure. On décrit, en référence aux figures 1A à 1H et 2, une réalisation d'une structure ou plaque ("wafer") de type sSOI conformément à un 5 mode de réalisation de l'invention. La réalisation de la structure sSOI débute par la formation d'une structure constituant le substrat donneur pour une couche de silicium contraint à transférer. La première étape (étape Si) consiste à former une structure 10 hétérogène 100, représentée en figure 1A, comprenant un substrat support 101 en silicium et une couche tampon de SiGe relaxée 102. De façon connue, la couche de SiGe 102 est dite "relaxée" car elle présente, à sa surface, un paramètre de maille similaire à son paramètre de maille nominal (paramètre de maille du matériau sous sa forme massive à 15 l'équilibre). La couche 102 est une couche de SiGe correspondant à une couche de transition permettant d'adapter le paramètre de maille de la couche de SiGe relaxée 102 avec celui du substrat support en silicium 101. Plus précisément, la couche 102 comprend une couche graduelle de Si(l_ X)Ge(X) 102a (x variant, par exemple, de 0 à 0,2 dans l'épaisseur de la 20 couche) et une couche de Si(l_X)Ge(X) uniforme (x=0,2, par exemple) 102b formées par hétéroépitaxie sur le substrat de silicium 101. La réalisation d'une telle structure hétérogène est bien connue en soi et ne sera décrite plus en détail par souci de simplification. La couche de SiGe relaxée 102 comprend, au niveau de sa partie supérieure 102b, 25 une concentration en éléments de germanium typiquement de 20%. L'épaisseur de la couche 102 est de plusieurs micromètres. Conformément à un mode de réalisation de l'invention, une couche de SiGe enrichie en germanium 103 est formée sur la couche de SiGe relaxée 102 (étape S2, figure 1B). Cette couche 103 est une couche 30 contrainte (en compression) de SiGe qui présente une concentration en germanium supérieure de 20% à celle de la couche de SiGe relaxée 102 sous-jacente et une épaisseur de 20 nanomètres (nm) environ, soit dans l'exemple ici considéré une concentration en germanium d'environ 40%.

On forme ensuite une couche de silicium contraint 104 sur la couche 102 d'une épaisseur de 10 nm environ, cette couche étant formée, par exemple, par épitaxie (étape S3, figure 1C). Les épaisseurs cumulées de la couche de SiGe enrichie en germanium 103 et de la couche de silicium contraint 104 sont choisies de manière à ne pas excéder l'épaisseur critique au-delà de laquelle, compte tenu des températures choisies pour les dépôts, il y a relaxation des contraintes des couches formées et formation de défauts cristallins (dislocations traversantes, "misfit"). L'épaisseur critique dépend du niveau de contrainte. Dans l'exemple décrit ici cette épaisseur est d'environ 30 nm. La couche de silicium contraint 104 adopte donc la maille initiale de la couche de SiGe enrichie en germanium 103 et ainsi celle de la partie 102b. On obtient ainsi la structure hétérogène 100 constituant le substrat donneur.

Une fois le substrat donneur formé, on procède au transfert de la couche de silicium contraint sur un substrat receveur selon la technologie Smart CutTM. Conformément à la technologie Smart CutTM bien connue, une implantation 10, par exemple d'ions H+ avec une énergie d'implantation d'environ 60 keV et une dose d'implantation de l'ordre 5.1016 atomes/cm2, est réalisée dans le substrat (étape S4, figure 1D). Cette implantation permet de former un plan de fragilisation 11 à environ 200 nm sous la couche de silicium contraint 104 délimitant, d'une part, une portion 100a dans la région supérieure de la structure 100 comprenant une partie de la couche de SiGe relaxée 102, la couche de SiGe enrichie en germanium 103 et la couche de silicium contraint 104 et, d'autre part, une portion 100b dans la région inférieure correspondant au reste de la structure 100 (figure 1D), à savoir la partie restante de la couche de SiGe relaxée 102 et le substrat support 101. De façon connue, une co-implantation d'hélium et d'hydrogène peut être également réalisée pour former le plan de fragilisation La structure 100 constituant le substrat donneur est ensuite collée par adhésion moléculaire, sur un substrat receveur 110 comprenant un substrat support 111, par exemple en silicium, avec une couche d'oxyde enterré 112 d'une épaisseur d'environ 150 nm formée par une couche isolante (étape S5, figure 1E). Alternativement, ou en complément, la couche d'oxyde peut être formée par dépôt sur la couche de silicium contraint 104 du substrat donneur.

Le principe du collage par adhésion moléculaire est bien connu en soi et ne sera pas décrit en détail. Pour rappel, le collage par adhésion moléculaire est basé sur la mise en contact intime de deux surfaces, c'est-à-dire sans utilisation d'un matériau spécifique (colle, cire, métal à basse température de fusion, etc.), les forces attractives entre les deux surfaces étant assez élevées pour provoquer l'adhérence moléculaire (collage induit par l'ensemble des forces attractives (forces de Van Der Waals) d'interaction électronique entre atomes ou molécules des deux surfaces à coller). On procède ensuite au détachement par clivage ("splitting") de la portion 100b au niveau du plan de fragilisation 11 formé lors de l'implantation (étape S6, figure 1F). Le clivage peut être notamment provoqué par un recuit de fracture à soo C effectué sur une durée de 2 heures environ. Comme illustré sur la figure 1F, après transfert de la couche de silicium contraint 104 sur le substrat receveur 110, il subsiste, au-dessus de cette couche de silicium contraint 104, la couche de SiGe enrichie en germanium 103 ainsi que la partie ou reliquat 102c de la couche de SiGe relaxée 102 qui a été détaché. La couche 103 et le reliquat 102c doivent être éliminés par une étape de finition afin d'obtenir la structure finale de plaque sSOI. Lors de l'étape de finition, on peut effectuer, préalablement à la gravure sélective, un amincissement (étape S7) permettant de retirer le reliquat 102c de la couche de SiGe relaxée 102 pour ne laisser subsister au-dessus de la couche de silicium contraint 104 que la couche enrichie en germanium 103 (figure 1G). Cet amincissement peut être réalisé par oxydation sacrificielle, par polissage, ou par d'autres techniques de retrait bien connues. Cet amincissement est toutefois optionnel. Le reliquat 102c et la couche 103 peuvent être directement gravés ensembles.

La gravure sélective (étape S8, figure 1H) peut être réalisée avec une solution de gravure constituée par exemple d'un mélange bien connu d'acide acétique (CH3COOH) (HAc), d'eau oxygénée (H2O2) et d'acide fluorhydrique (HF) dans les proportions suivantes: HF: H202: HAc (1: 15: 15). Cette gravure sélective peut être mise en oeuvre par trempage des plaques dans un bain de solution de gravure ou bien en utilisant un équipement de traitement chimique par voie humide de type "single wafer" par lequel la gravure sélective est réalisée par dispense directe de la solution de gravure sur la plaque en rotation.

Comme la structure comprend la couche enrichie en germanium 103 qui est par ailleurs en contact direct avec la couche de silicium contraint, la sélectivité entre ces deux couches est suffisamment importante pour permettre une gravure sélective efficace. En effet, avec une couche enrichie en germanium 103 présentant une concentration en germanium supérieure de 20% à celle de la couche de SiGe relaxée 102, ce qui correspond ici à une concentration en germanium de 40% pour la couche 103, on obtient, pour une solution de gravure HF: H2O2: HAc (1: 15: 15), une sélectivité entre la couche de SiGe 103 à 40% et la couche de silicium contraint 104 qui est de l'ordre de 150 (valeur du rapport entre la vitesse de gravure du matériau de la couche 103 et celui de la couche 104 pour la même solution de gravure). Lorsque le reliquat 102c et la couche 103 sont gravés ensembles directement, c'est-à-dire dans le cas préférentiel où il n'y a pas d'amincissement préalable, grâce au phénomène de gravure par en dessous ("lift-off') expliqué précédemment et grâce à la sur-gravure courte (ici environ 10 secondes), la durée totale de la gravure peut être inférieure à 200 secondes environ. En effet, la couche enrichie en germanium 103 (par exemple 40% de Ge) se grave plus rapidement que le reliquat 102c (par exemple 20% de Ge) de la couche de SiGe relaxée 102. Des éventuels îlots de la couche 102c (ou des bosses) sont alors gravés par en dessous, par gravure latérale de la couche 103 sous les îlots. Ainsi, en formant conformément à l'invention une couche de SiGe enrichie en germanium au plus près de la couche de silicium contraint, il est possible de réduire significativement la durée de la gravure et, par conséquent, la durée d'exposition de la structure aux composants chimique de la solution de gravure, ce qui permet de réduire considérablement le risque de délamination périphérique entre la couche de silicium contraint et le substrat receveur, et de prévenir la formation d'une couronne trop importante sur le bord de la structure. En outre, l'augmentation de la sélectivité de gravure entre la couche enrichie en germanium et celle de silicium contraint permet d'éviter une attaque importante de la couche silicium contraint puisque la gravure sélective n'a plus besoin d'être prolongée aussi longtemps qu'auparavant pour palier la faible concentration en germanium habituellement rencontrée au voisinage de la couche de silicium contraint. Après l'étape de finition par gravure sélective, on obtient la structure finale de la plaque sSOI, à savoir la couche de silicium contraint 104 sur le substrat receveur 110 (figure 1H), la couche 104 ayant la maille de 102b (correspondant à 20%). On décrit maintenant, en référence aux figures 3A à 3F et 4, une méthode de réalisation d'une structure ou plaque ("wafer") de type sSOI utilisant la technologie Smart CutTM conformément à un autre mode de réalisation de l'invention. Ce mode de réalisation diffère de celui décrit précédemment en ce qu'on ne forme pas de couche supplémentaire enrichie en germanium et en ce qu'on choisit une concentration en germanium dans la couche tampon de SiGe relaxée suffisante pour excéder une sélectivité entre la gravure du silicium et la gravure du SiGe d'au moins 120, et de préférence 150. La première étape (étape SIO) consiste à former une structure hétérogène 200, représentée en figure 3A, comprenant un substrat support 201 en silicium et une couche tampon de SiGe relaxée 202. Dans ce mode deréalisation, la couche 202 doit présenter, au moins dans sa partie supérieure une concentration en germanium de 40%. A cet effet, la couche 202 comprend une couche graduelle de Si(l_x)Ge(x) 202a dont la concentration en germanium varie progressivement, entre la face en contact avec le substrat 201 et la face opposée, de 0% à 40 % (x variant de 0 à 0,4 dans l'épaisseur de la couche) de manière à former une couche de Si(l_x)Ge(x) uniforme (x=0,4) 202b présentant une concentration en germanium constante de 40%. L'épaisseur de la couche 202a est de quelques micromètres tandis que l'épaisseur de la couche 202b est d'environ 1 micromètre.

On forme ensuite une couche de silicium contraint 203 sur la couche 102 d'une épaisseur comprise entre 10 nm et 17 nm environ, cette couche étant formée, par exemple, par épitaxie (étape Sll, figure 3B). On obtient ainsi la structure hétérogène 200 constituant le substrat donneur, On procède ensuite au transfert de la couche de silicium contraint 0 sur un substrat receveur selon la technologie Smart CutTM. Conformément à la technologie Smart CutTM bien connue, une implantation 20, par exemple d'ions H+ avec une énergie d'implantation d'environ 60 keV et une dose d'implantation de l'ordre 5.1016 atomes/cm2, est réalisée dans le substrat (étape S12, figure 3C). Cette implantation permet de former un plan de fragilisation 21 à environ 200 nm sous la couche de silicium contraint 203 délimitant, d'une part, une portion 200a dans la région supérieure de la structure 200 comprenant une partie de la couche de SiGe relaxée 202 et la couche de silicium contraint 203 et, d'autre part, une portion 200b dans la région inférieure correspondant au reste de la 20 structure 200, à savoir la partie restante de la couche de SiGe relaxée 202 et le substrat support 201. De façon connue, une co-implantation d'hélium et d'hydrogène peut être également réalisée pour former le plan de fragilisation 21. La structure 200 constituant le substrat donneur est ensuite collée 25 par adhésion moléculaire, sur un substrat receveur 210 comprenant un substrat support 211, par exemple en silicium, avec une couche d'oxyde enterré 212 d'une épaisseur d'environ 150 nm formée par une couche isolante (étape S13, figure 3D). Alternativement, ou en complément, la couche d'oxyde peut être formée par dépôt sur la couche de silicium 30 contraint 203 du substrat donneur. On procède ensuite au détachement par clivage ("splitting") de la portion 200b au niveau du plan de fragilisation 11 formé lors de l'implantation (étape S14, figure 3E). Le clivage peut être notamment provoqué par un recuit de fracture à 500 'C effectué sur une durée de 2 heures environ. Comme illustré sur la figure après transfert de la couche de silicium contraint 203 sur le substrat receveur 210, il subsiste, au-dessus de la couche de silicium contraint 203, la partie ou reliquat 202c de la couche de SiGe relaxée 202 qui a été détaché. Le reliquat 202c doit être éliminé par une étape de finition afin d'obtenir la structure finale de plaque sSOI. L'étape de finition comprend une gravure sélective. La gravure sélective (étape S15) peut être réalisée avec une solution de gravure constituée par exemple d'un mélange bien connu d'acide acétique (CH3COOH) (HAc), d'eau oxygénée (1-1202) et d'acide fluorhydrique (HF) dans les proportions suivantes: HF: H202: HAc (1: 15: 15). Cette gravure sélective peut être mise en oeuvre par trempage des plaques dans un bain de solution de gravure ou bien en utilisant un équipement de traitement chimique par voie humide de type "single wafer" par lequel la gravure sélective est réalisée par dispense directe de la solution de gravure sur la plaque en rotation. Comme le reliquat de SiGe 202c a un taux de germanium de 40%, la sélectivité entre ce reliquat et la couche de silicium contraint 203 est suffisamment importante pour permettre une gravure sélective efficace et rapide. En effet, avec un reliquat ou couche de SiGe présentant une concentration en germanium de 40%, on obtient, pour une solution de gravure HF: H202: HAc (1: 15: 15), une sélectivité entre la couche de SiGe à 40% et la couche de silicium contraint qui est de l'ordre de 150 (valeur du rapport entre la vitesse de gravure du matériau du reliquat 202c et celui de la couche 203 pour la même solution de gravure). Ce niveau de sélectivité permet de limiter la durée de la gravure sélective à 50 secondes environ. Ainsi, en formant conformément à l'invention une couche tampon de SiGe relaxée contenant au plus près de la couche de silicium contraint une concentration en germanium d'au moins 40%, il est possible de réduire significativement la durée totale de la gravure y compris celle de la phase de sur-gravure. Par conséquent, la durée d'exposition de la structure aux composants chimiques de la solution de gravure est limitée, ce qui permet de réduire considérablement le risque de délamination périphérique entre la couche de silicium contraint et le substrat receveur et la formation d'une couronne trop importante sur le bord de la structure, L'augmentation de la sélectivité de gravure entre la couche enrichie en germanium et celle de silicium contraint permet aussi d'éviter une attaque trop importante de la couche silicium contraint puisque la gravure sélective n'a plus besoin d'être prolongée aussi longtemps qu'auparavant pour palier la faible concentration en germanium habituellement rencontrée au voisinage de la couche de silicium contraint.

Après l'étape de finition par gravure sélective, on obtient la structure finale de la plaque sSOI, à savoir la couche de silicium contraint 203 sur le substrat 210 (figure 3F), 203 ayant la maille du 202b (40%) Dans ce deuxième mode de réalisation, il n'y a pas de couche enrichie en outre de la couche tampon de SiGe relaxée, cette dernière étant directement formée avec une concentration en germanium dans sa partie supérieure équivalente à celle de la couche enrichie. La fracture étant réalisée dans cette couche, la gravure sélective du reliquat 202c est plus rapide que celle de l'ensemble formé par le reliquat 102c et la couche 103 dans le premier mode de réalisation.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de fabrication d'une structure sSOI comprenant la formation d'une couche de silicium contraint (104; 203) sur une couche de silicium-germanium (103; 202) appartenant à un substrat donneur (100; 200), l'implantation (10; 20) d'au moins une espèce atomique dans le substrat donneur (100; 200) destinée à former un plan de fragilisation (11; 21), le collage de la face de la couche de silicium contraint (104; 203) avec une face d'un substrat receveur (110; 210), le détachement de la couche de silicium-germanium (103; 202) en contact avec le substrat receveur (110; 210) par clivage au niveau du plan de fragilisation (11; 21) formé dans le substrat donneur (100; 200), et le retrait d'au moins la couche de silicium-germanium (103; 202c) disposée sur la couche de silicium contraint (104; 203) par gravure sélective pour mettre à nu ladite couche de silicium contraint, la gravure sélective comportant une phase de sur-gravure de ladite couche de silicium contraint, caractérisé en ce que la couche de silicium-germanium (103; 202c) en contact avec la couche de silicium contraint (104; 203) présente une concentration en germanium d'au moins 30% et en ce que la durée de la phase de sur-gravure est inférieure ou égale à 20 secondes.

2. Procédé selon la revendication caractérisé en ce que le substrat donneur (100) comprend un substrat support en silicium (101), une couche tampon de SiGe relaxée (102) et une couche de SiGe enrichie en germanium (103) formée sur la couche de SiGe relaxée (102), la couche de silicium contraint étant formée sur ladite couche de SiGe enrichie en germanium.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couche tampon de SiGe relaxée (102) présente au moins dans sa partie supérieure une concentration en germanium de 20% environ et en ce que la couche enrichie en germanium (103) présente une concentration en germanium d'au moins 30% environ.

4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couche tampon de SiGe relaxée (102) présente au moins dans sa partie supérieure une concentration en germanium de 20% environ et en ce que la couche enrichie en germanium (103) présente une concentration en germanium de 40% environ et en ce que la durée de la phase de sur-gravure est inférieure ou égale à 10 secondes.

5. Procédé selon la revendication caractérisé en ce que le substrat donneur (200) comprend un substrat support en silicium (201) et 10 une couche tampon de SiGe relaxée (202), la couche de silicium contraint (203) étant formée sur ladite couche tampon de SiGe relaxée.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la couche tampon de SiGe relaxée présente au moins dans sa partie supérieure 15 (202b) une concentration en germanium d'au moins 30% environ.

7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la couche tampon de SiGe relaxée présente au moins dans sa partie supérieure (202b) une concentration en germanium de 40% environ et en ce que la 20 durée de la phase de sur-gravure est inférieure ou égale à 10 secondes.

8. Procédé selon la revendication 4 ou 7, caractérisé en ce que la couche de SiGe en contact avec la couche de silicium contraint présente une sélectivité de gravure chimique avec ladite couche de silicium 25 contraint d'au moins 120.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à caractérisé en ce que la gravure sélective est réalisée avec une solution de gravure comprenant un mélange d'acide acétique (CH3COOH), d'eau 30 oxygénée (H2O2) et d'acide fluorhydrique (HF).

10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend, après l'étape de gravure sélective, uneétape de traitement thermique de renforcement de l'interface de collage entre la couche de silicium contraint et le substrat receveur.

11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'implantation ionique est réalisée avec des atomes d'hydrogène.