FR2933534A1 - Procede de fabrication d'une structure comprenant une couche de germanium sur un substrat - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une structure comprenant une couche (3) de germanium sur un substrat support (1), comprenant les étapes suivantes : (a) formation d'une structure intermédiaire (10) comprenant ledit substrat support (1), une couche (20) d'oxyde de silicium et ladite couche (3) de germanium, la couche (20) d'oxyde de silicium étant en contact direct avec la couche (3) de germanium, (b) application à ladite structure intermédiaire (10) d'un traitement thermique, sous une atmosphère neutre ou réductrice, à une température et pendant une durée déterminées, pour faire diffuser au moins une partie de l'oxygène de la couche (20) d'oxyde de silicium à travers la couche (3) de germanium.
Description
i PROCEDE DE FABRICATION D'UNE STRUCTURE COMPRENANT UNE COUCHE DE GERMANIUM SUR UN SUBSTRAT
DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une structure comprenant une couche de germanium sur un substrat.
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION La fabrication de structures semiconductrices comprenant une couche de germanium sur un substrat û une couche isolante étant, ou non, intercalée entre la couche de germanium et le substrat û, est particulièrement prometteuse dans le domaine de la microélectronique, de l'optoélectronique et du photovoltaïque. En effet, le germanium possède des caractéristiques électriques plus intéressantes que celles du silicium, notamment du fait d'une mobilité des charges (électrons et trous) plus importante au sein de ce matériau. Ainsi, des structures de type germanium sur isolant, également dénommées GeOI (acronyme du terme anglo-saxon Germanium On Insulator ) peuvent avantageusement être utilisées pour former des transistors MOS. Ces structures sont également intéressantes pour la réalisation de photodétecteurs ou encore de cellules solaires dans ou sur la couche de germanium, grâce à faible largeur de bande interdite du germanium et à son paramètre de maille compatible avec la formation de couches actives additionnelles par exemple d'AsGa, InP,.... Contrairement à une structure de type silicium sur isolant (SOI), dans laquelle la couche isolante peut être une couche d'oxyde de silicium, la couche isolante d'une structure GeOI ne peut être de l'oxyde de germanium car cet oxyde n'est pas suffisamment stable. La couche isolante d'une structure GeOI comprend donc généralement de l'oxyde de silicium (SiO2) formé par dépôt ou par oxydation du substrat support.
Par ailleurs, dans les applications photovoltaïques, une hétérostructure avec une interface conductrice, comprenant une couche de germanium sur un substrat peu onéreux, tel que du silicium, constitue une alternative économiquement intéressante à une structure multicouche formée sur un substrat de germanium, lequel est particulièrement onéreux. Dans tous les cas, la couche de germanium doit présenter des qualités 5 cristallines, électriques et morphologiques adaptées à un bon fonctionnement des composants que l'on y forme. Les structures GeOI peuvent être fabriquées par une technique de transfert de couche connue sous le nom de Smart CutTM Selon un mode de réalisation de ce procédé, on forme par épitaxie une couche 10 de germanium sur un premier substrat ou on fournit un substrat massif de germanium, puis on dépose une couche isolante d'oxyde de silicium sur ladite couche de germanium ; puis on effectue une implantation ionique pour former dans le substrat, sous la couche de germanium, une zone de fragilisation. On colle ensuite cette structure sur un deuxième substrat, la couche de SiO2 étant située à l'interface 15 de collage, et, au moyen d'une fracture du premier substrat selon la zone de fragilisation, on transfère la couche de germanium sur le deuxième substrat. Toutefois, les structures GeOI présentant une interface germanium/oxyde de silicium obtenues par les techniques connues présentent actuellement des propriétés électriques peu satisfaisantes, en particulier pour ce qui concerne la densité de 20 charge d'interface (ou DIT, acronyme du terme anglo-saxon Density of Interface Traps ) typiquement de l'ordre de 1012 à 1013 eV-1.cm-2. En effet, le germanium étant fortement réactif avec l'oxygène, il se forme û notamment à l'interface entre la couche de germanium et la couche isolante en oxyde de silicium û une couche d'oxyde de germanium qui nuit aux propriétés électriques de 25 la couche de germanium. Dans le cas d'un SOI, on atteint des valeurs acceptables de DIT de l'ordre de 1011 eV-1.cm-2, qu'il serait également souhaitable d'obtenir pour un GeOI dans le cas où ce GeOI est destiné à des applications en micro-électronique, de type composant CMOS.
Différents procédés de fabrication ont déjà été mis au point pour améliorer la qualité électrique de la couche de germanium et/ou de l'interface entre la couche de germanium et la couche isolante. Ainsi, le document US7,229,898 prévoit la création d'une couche de passivation, par exemple en oxynitrure de germanium (de formule générale GeOXNy), entre la couche de germanium et la couche isolante. On a en effet observé que l'interface entre la couche de germanium et la couche d'oxynitrure de germanium présentait de très bonnes propriétés électriques. Le document WO 2007/045759 prévoit quant à lui l'application d'un recuit thermique, à une température comprise entre 500 et 600°C dans une atmosphère neutre. Ce recuit a pour effet une nette amélioration de la qualité de l'interface entre la couche de germanium et la couche isolante. Cette amélioration se traduit notamment par une diminution de la valeur de DIT. Par ailleurs, lorsque l'on met en oeuvre le procédé Smart CutTM, l'implantation 15 endommage le germanium sur une épaisseur beaucoup plus importante que dans le cas du silicium. Ces défauts résiduels d'implantation, qui nuisent à la qualité morphologique et cristalline de la couche de germanium, doivent être guéris au moyen d'un traitement thermique préalable à la fabrication de composants sur ou dans cette couche. 20 En ce qui concerne les structures comprenant une couche de germanium sur un substrat et présentant une interface conductrice, sans qu'une couche isolante ne soit intercalée entre la couche de germanium et le substrat, on pourra se référer au document WO 02/08425 qui décrit un procédé de formation de telles structures. Toutefois, en l'absence d'une couche isolante d'oxyde de silicium ù dont les 25 propriétés d'adhérence permettent d'obtenir un collage de bonne qualité ù le collage direct du germanium sur le substrat présente des difficultés. Il se forme en effet à l'interface de collage des cloques qui ne permettent pas un bon transfert de la couche de germanium sur le substrat. Un des buts de l'invention est donc de définir un procédé de fabrication d'une 30 structure comprenant une couche de germanium sur un substrat, avec éventuellement une couche isolante entre la couche de germanium et le substrat, qui permette d'améliorer les qualités électriques d'une telle structure. Ce procédé doit également faciliter la fabrication de cette structure, et notamment permettre une bonne adhésion de la couche de germanium sur le substrat.
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION Conformément à l'invention, il est proposé un procédé de fabrication d'une structure comprenant une couche de germanium sur un substrat support, comprenant les étapes suivantes : (a) formation d'une structure intermédiaire comprenant ledit substrat support, une couche d'oxyde de silicium et ladite couche de germanium, la couche d'oxyde de silicium étant en contact direct avec la couche de germanium, (b) application à ladite structure intermédiaire d'un traitement thermique, sous une atmosphère neutre ou réductrice, à une température et pendant une durée déterminées, pour faire diffuser au moins une partie de l'oxygène de la couche d'oxyde de silicium à travers la couche de germanium. On précise que dans le présent texte, on entend par sur le fait qu'une couche est située au-dessus d'une autre dans une structure considérée de sa base vers sa surface, étant entendu qu'une ou plusieurs couches peuvent éventuellement être intercalées entre lesdites couches. En revanche, lorsque deux couches ont une surface commune, on dit qu'elles sont en contact direct . De manière préférée, le traitement thermique de l'étape (b) est réalisé à une température comprise entre 800 et 900°C, et la teneur en oxygène dans l'atmosphère du traitement de l'étape (b) est inférieure à 1 ppm. L'épaisseur de la couche de germanium présente une épaisseur inférieure à 500 nm, préférentiellement inférieure à 100 nm. L'épaisseur de la couche d'oxyde de silicium de la structure intermédiaire est inférieure à 6 nanomètres, préférentiellement inférieure à 2 nm, et, dans l'étape (b), la totalité de l'oxygène de ladite couche diffuse à travers la couche de germanium.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention, l'étape (a) comprend les étapes suivantes : i) formation de la couche d'oxyde de silicium sur le substrat support ou sur un substrat donneur de germanium, ii) formation d'une zone de fragilisation dans un substrat donneur de germanium, la zone de fragilisation définissant la couche de germanium à transférer, iii) collage du substrat donneur de germanium sur le substrat support, la couche d'oxyde de silicium étant située à l'interface de collage iv)fracture du substrat donneur de germanium le long de la zone de fragilisation et transfert de la couche de germanium sur le substrat support, de sorte à former ladite structure intermédiaire. Selon un deuxième mode de mise en oeuvre de l'invention, l'étape (a) comprend les étapes suivantes : i) formation de la couche d'oxyde de silicium sur le substrat support ou sur un substrat donneur de germanium, ii) collage du substrat donneur de germanium sur le substrat support, la couche d'oxyde de silicium étant située à l'interface de collage, iii) amincissement du substrat donneur de germanium de sorte à ne conserver que l'épaisseur de la couche de germanium, formant ainsi ladite structure intermédiaire. Selon un troisième mode de réalisation de l'invention, l'étape (a) comprend les étapes suivantes : i) formation d'une structure de type silicium sur isolant, comprenant le substrat support, une couche d'oxyde de silicium et une couche de silicium, ii) dépôt, sur la couche de silicium, d'une couche de SiGe, iii) application d'un traitement thermique d'oxydation de ladite couche de SiGe, conduisant à la formation par condensation d'une couche de germanium sur la couche d'oxyde de silicium et d'une couche supérieure d'oxyde de silicium sur ladite couche de germanium, iv) retrait de la couche supérieure d'oxyde de silicium, de sorte à former ladite structure intermédiaire.
Un autre objet de l'invention concerne une structure comprenant une couche de germanium sur un substrat support, comprenant, entre le substrat support et la couche de germanium, une couche de silicium en contact avec la couche de germanium, dans laquelle la couche de silicium présentant une épaisseur comprise entre 1 et 3 nanomètres. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, ladite structure comprend, entre le substrat support et la couche de silicium, une couche d'oxyde de silicium.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre une structure intermédiaire de type germanium sur isolant, - la figure 2 illustre une structure conforme à l'invention, de type germanium sur isolant, - la figure 3 illustre une autre structure conforme à l'invention, comprenant une couche de germanium sur un substrat support, avec une interface conductrice, - les figures 4A et 4B représentent des étapes de la fabrication de la structure intermédiaire par le procédé Smart CutTM - la figure 5 représente une étape de la fabrication de la structure intermédiaire par un procédé de collage puis amincissement, - les figures 6A à 6C illustrent des étapes de la fabrication de la structure intermédiaire par un procédé de condensation. On précise que, pour faciliter la compréhension de ces figures, on n'a pas respecté les échelles respectives des épaisseurs des différentes couches.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION On va maintenant décrire différents modes de réalisation possibles pour former une structure comprenant une couche 3 de germanium sur un substrat support 1, dans laquelle les propriétés électriques de la couche de germanium et de l'interface entre la couche de germanium et la couche sous-jacente, sont optimisées.
D'une manière générale, le procédé comprend essentiellement deux étapes successives, qui sont : (a) la formation d'une structure intermédiaire 10 comprenant le substrat support 1, une couche 20 de SiO2 et la couche 3 de germanium en contact direct avec la couche 20 de SiO2. La structure intermédiaire 10 est illustrée à la figure 1. Différents modes de fabrication de cette structure seront décrits en détail plus bas. (b) l'application à ladite structure intermédiaire d'un traitement thermique pour faire diffuser au moins une partie de l'oxygène de la couche 20 de SiO2, conduisant ainsi à la dissolution totale ou partielle de la couche 20 de SiO2.
Traitement de diffusion de l'oxygène de la couche de SiO2 La Demanderesse a défini un traitement thermique qui, appliqué dans des conditions de température, de durée et d'atmosphère déterminées, permet de faire diffuser tout ou partie des atomes d'oxygène d'une couche de SiO2 enterrée entre un substrat et une couche de germanium.
Le traitement thermique est effectué en plaçant la structure intermédiaire GeOI dans un four à l'intérieur duquel on applique une atmosphère neutre ou réductrice, par exemple de l'argon, de l'hydrogène, ou un mélange de ces éléments. Il est important de maîtriser la quantité résiduelle d'oxygène dans l'atmosphère, de sorte qu'elle reste inférieure à un seuil de 1 ppm.
A cet effet, il faut équiper le four de moyens spéciaux, comme par exemple des moyens d'isolation de l'environnement ambiant, au niveau des ouvertures. En portant la structure intermédiaire, dans cette atmosphère contrôlée, à une température comprise entre 800 et 900°C, il se produit une diffusion des atomes d'oxygène à travers la couche de germanium.
La diffusion de l'oxygène est observée à partir de 800°C, et la vitesse de diffusion de l'oxygène à travers la couche de germanium augmente avec la température. Toutefois, la température de fusion du germanium étant de 938°C, la température du traitement thermique doit rester inférieure à cette limite, et de préférence inférieure à 900°C.
L'observation de ce phénomène de diffusion à une température aussi basse que 800°C était inattendue, dans la mesure où la diffusion de l'oxygène d'une couche d'oxyde de silicium à travers une couche mince de silicium d'un SOI n'a lieu qu'à partir d'une température de l'ordre de 1150°C.
La température de fusion du germanium étant bien inférieure à cette température, l'application, à un substrat GeOl, du traitement de diffusion utilisé pour un SOI, n'avait jusqu'alors pas été envisagée. Ce phénomène semble s'expliquer par une diffusivité de l'oxygène dans le germanium bien supérieure à celle de l'oxygène dans le silicium. L'article de Vanhellemont et al, Brother Silicon, Sister Germanium , Journal of the Electrochemical Society, 154 (7) H572-H583 (2007) indique ainsi que la diffusivité de l'oxygène dans le germanium est de 0,4 cm2 s-' tandis que celle de l'oxygène dans le silicium est de 0,14 cm2 s-'. En raison de l'épaisseur du substrat support, les atomes d'oxygène ne sont 15 susceptibles que de diffuser à travers la couche de germanium sus-jacente, et non à travers le substrat. La durée du traitement thermique est de quelques heures. On comprend toutefois que, pour permettre la diffusion de l'oxygène, et notamment pour obtenir une vitesse de diffusion suffisamment rapide et observable 20 pour minimiser la durée du traitement, l'épaisseur de la couche de germanium doit être inférieure à une épaisseur limite. Ainsi, l'épaisseur de la couche 3 de germanium de la structure intermédiaire 10 doit être inférieure à quelques centaines de nanomètres, par exemple 500 nanomètres, préférentiellement inférieure à 100 nm. 25 La diffusion de l'oxygène de la couche de SiO2 à travers la couche de germanium conduit à la formation d'une couche 4 de silicium, dont l'épaisseur augmente au fur et à mesure du traitement, et à une couche résiduelle 2 de SiO2, dont l'épaisseur diminue inversement au fur et à mesure du traitement. La diffusion de l'oxygène d'une couche de 2 à 6 nm de SiO2 résulte en la 30 formation d'une couche de 1 à 3 nm de silicium.
La couche 4 de silicium est située entre la couche 2 de SiO2 et la couche 3 de germanium, en contact avec celle-ci. Ce sont en effet les atomes d'oxygène situés le plus près de la surface libre (c'est-à-dire le plus près de la couche 3 de germanium) qui quittent les premiers la 5 couche 20 de SiO2. Lorsque la couche 4 de silicium atteint une épaisseur de quelques nanomètres (typiquement, 2 à 3 nm), le phénomène de diffusion s'interrompt car les atomes d'oxygène ne peuvent traverser, à la température de traitement, une telle épaisseur de silicium. 10 Si l'épaisseur initiale de la couche 20 de SiO2 est supérieure à une épaisseur limite d'environ 6 nm, alors on obtient la structure illustrée à la figure 2, qui comprend successivement de sa base vers sa surface : le substrat support 1, une couche 2 de SiO2 résiduel, une couche 4 de silicium et la couche 3 de germanium. Il s'agit donc d'une structure de type germanium sur isolant. 15 Toutefois, la présence de la couche 4 de silicium entre la couche 3 de germanium et la couche 2 de SiO2 est particulièrement avantageuse car elle permet de passiver l'interface Ge/SiO2 et par conséquent confère à la structure GeOI des qualités électriques améliorées, à savoir une valeur de DIT diminuée de sorte à atteindre le même ordre de grandeur de celle que l'on peut obtenir pour un SOI, c'est- 20 à-dire typiquement de l'ordre de 1011 eV-1.cm-2, Si l'épaisseur initiale de la couche 20 de SiO2 est inférieure à ladite épaisseur limite, alors tout l'oxygène contenu dans cette couche 20 peut diffuser à travers la couche de germanium. Il ne reste donc, à l'issue du traitement, qu'une couche 4 de silicium située entre le substrat support 1 et la couche de germanium 3. 25 Cette structure est illustrée à la figure 3. Dans ce cas, l'interface entre la couche 3 de germanium et la couche 4 de silicium est conductrice. Du fait de la présence, dans la structure intermédiaire, d'une couche de SiO2 entre la couche de germanium et le substrat support, on obtient un collage de très bonne qualité entre le germanium et le substrat support. 2933534 Io On peut alors former, sur cette structure, des composants dans ou sur la couche de germanium, comme par exemple des transistors FET (à effet de champ) ou bipolaires. La couche 4 de silicium formée sous la couche 3 de germanium est très fine, ce qui permet de limiter l'apparition de défauts cristallins qui pourraient naître du désaccord de paramètre de maille entre le Ge et le Si. La qualité cristalline de cette couche 4 de silicium est supérieure à celle d'une couche qui aurait pu être formée par dépôt sur le substrat donneur de germanium, avant le collage sur le substrat support.
En effet, comme elle est obtenue après la formation de la structure GeOl, on limite la diffusion du germanium dans cette couche. Ce phénomène d'inter-diffusion du germanium et du silicium est généralement observé lorsque l'on expose une structure bicouche Si-Ge à un certain budget thermique. Dans la présente invention, le budget thermique appliqué est au contraire très faible. Pour limiter ce phénomène d'inter-diffusion, on pourra effectuer le traitement de diffusion de l'oxygène à une température proche de la limite inférieure de la gamme de températures proposée, à savoir environ 800°C. Formation d'une structure intermédiaire GeOI Comme on l'a vu, le traitement de l'étape (b) conduit à la dissolution totale ou partielle de la couche 20 de SiO2 présente initialement sous la couche 3 de germanium. Selon la structure finale que l'on souhaite obtenir, à savoir une structure GeOI ou une structure comprenant la couche de germanium sur un substrat support avec une interface conductrice, on formera la structure intermédiaire avec une couche de SiO2 dont l'épaisseur est déterminée pour permettre la diffusion partielle ou totale de l'oxygène. Ainsi, si l'on souhaite former une structure finale avec une interface conductrice entre le germanium et le substrat support, on formera une structure intermédiaire dans laquelle l'épaisseur de la couche de SiO2 est inférieure à 6 nanomètres, de préférence inférieure à 2 nm. Le traitement thermique de diffusion de l'oxygène Il permettra alors de dissoudre totalement la couche de SiO2 pour former une couche de Si d'une épaisseur inférieure à 3 nm. Si en revanche on souhaite obtenir une structure finale de type GeOl, on formera une structure intermédiaire dans laquelle l'épaisseur de la couche de SiO2 est supérieure à quelques nanomètres, de préférence supérieure à 6 nm. Le traitement thermique de diffusion de l'oxygène permettra alors de conserver une couche isolante résiduelle de SiO2. L'épaisseur initiale de la couche de SiO2 dans la structure intermédiaire et les conditions du traitement seront déterminées pour obtenir l'épaisseur finale souhaitée de la couche isolante.
Trois modes possibles, mais non limitatifs, de formation de la structure intermédiaire 10 de type GeOI sont décrits ci-dessous. Formation d'une structure GeOI par transfert de couche (Smart CutTM ) Les différentes étapes de ce procédé sont décrites en référence aux figures 4A et 4B.
La figure 4A illustre la formation, par implantation d'espèces atomiques, d'une zone de fragilisation 31 dans un substrat donneur 30. La zone de fragilisation définit ainsi la couche 3 de germanium destinée à être transférée sur le substrat support. Le substrat donneur 30 peut être en germanium massif ou peut être un substrat composite comprenant une couche supérieure de germanium : il peut s'agir, comme expliqué dans le document EP 1 016 129, d'un substrat de silicium sur lequel on a déposé une couche de germanium. On forme ensuite une couche de SiO2 sur le substrat donneur en germanium ou bien sur le substrat support sur lequel la couche de germanium est destinée à être transférée.
Dans le premier cas, la formation de la couche de SiO2 est effectuée par une technique de dépôt. Dans le cas où l'on forme la couche de SiO2 sur le substrat support, on peut mettre en oeuvre une technique de dépôt ou une oxydation thermique, en particulier si le substrat support est en silicium.
En référence à la figure 4B, on met en contact le substrat donneur 30 de germanium et le substrat support 1, de sorte que la couche 20 de SiO2 soit à l'interface de collage. On applique alors un budget énergétique (thermique et/ou mécanique) conduisant à la fracture du substrat donneur 30 le long de la zone de fragilisation 31. On forme alors la structure intermédiaire 10 de type GeOl, illustrée à la figure 1, dans laquelle la couche 3 de germanium est en contact direct avec la couche 20 de SiO2. Formation d'une structure GeOI par collage puis amincissement Cette technique comprend le collage d'un substrat donneur 30 de germanium et du substrat support 1, de telle sorte qu'une couche 20 de SiO2 soit présente à l'interface de collage, tel qu'illustré à la figure 5. Comme cela a été expliqué plus haut, la couche 20 de SiO2 peut avoir formée par dépôt sur le substrat donneur 30 ou le substrat support 1, ou obtenue par oxydation du substrat support 1 si celui-ci est en silicium. On précise également que le substrat donneur peut être un substrat massif de germanium ou bien un substrat composite comprenant une couche superficielle de germanium. On procède ensuite à un amincissement du substrat donneur 30 par sa face arrière de sorte à ne conserver que l'épaisseur souhaitée de la couche 3 de germanium. L'amincissement est effectué par meulage, polissage et/ou gravure. On obtient alors la structure intermédiaire 10 illustrée à la figure 1, comprenant le substrat support 1, la couche 20 de SiO2 et la couche 3 de germanium, dans laquelle la couche 3 de germanium est en contact direct avec la couche 20 de SiO2.
Formation d'une structure GeOI par une technique de condensation Les différentes étapes de cette technique sont illustrées aux figures 6A à 6C. La technique de condensation est décrite dans l'article intitulé Characterization of 7-nm-thick strained Ge-on-insulator layer fabricated by Ge-condensation technique de Shu Nakaharai et al (Applied Physics Letters, Vol. 83, Nb 17, 27 octobre 2003).
En référence à la figure 6A, on dépose par exemple par épitaxie CVD (acronyme du terme anglo-saxon Chemical Vapor Deposition ) une couche 5 de SiGe sur une structure 50 de type silicium sur isolant (SOI) comprenant successivement le substrat support 1, une couche isolante 20 en SiO2 et une couche 40 de silicium. La structure 50 de type silicium sur isolant est réalisée au préalable par toute technique connue de l'homme du métier, telle que le procédé Smart CutTM par exemple. La concentration en germanium dans la couche 5 de SiGe est comprise entre quelques pourcents et 50%, de préférence entre 10 et 30%. Pour choisir l'épaisseur de la couche 5 et sa concentration en Ge, on tiendra compte de la conservation de la quantité de germanium : par exemple, une couche de SiGe d'épaisseur E donnera après condensation une couche comprenant 100% de Ge et d'épaisseur E/5, quelle que soit l'épaisseur du SOI sous-jacent. Dans le cas où l'on souhaite, dans l'étape (b), dissoudre totalement la couche d'oxyde sous la couche de germanium, on utilisera avantageusement un SOI du type UT-BOX (acronyme du terme anglo-saxon Ultra Thin Buried OXide ), c'est-à-dire dont la couche d'oxyde présente une épaisseur de quelques nanomètres. En référence à la figure 6B, on effectue une oxydation thermique de la couche 5 de SiGe. Les conditions de ce traitement sont : une durée de l'ordre d'une heure en une atmosphère d'O2, à une température inférieure à la température de fusion du SiGe. La courbe de la figure 7 illustre la température de fusion du SiGe en fonction de la teneur en Si. La température du traitement doit rester inférieure à la courbe basse pour éviter la fusion du germanium. Lors de ce traitement, il se forme, sur la couche de SiGe, une couche supérieure 6 comprenant du dioxyde de silicium et du germanium. Toutefois, les atomes de germanium sont rejetés de la couche 6, tout en étant empêchés, par ladite couche 6 et par la couche isolante 20 sous-jacente, de diffuser à l'extérieur de la structure. La quantité totale d'atomes de germanium dans la couche de SiGe se conserve donc au cours du traitement d'oxydation.
Par ailleurs, en raison d'une inter-diffusion des atomes de Si et Ge, les couches 40 de Si et 5 de SiGe fusionnent pour former une couche uniforme de SiGe, dans laquelle les atomes de Si sont oxydés au fur et à mesure du traitement. La fraction de Ge dans la couche de SiGe augmente au fur et à mesure que l'épaisseur de cette couche diminue. Le procédé mis en oeuvre ici est dénommé technique de condensation du 5 germanium. Il en résulte la structure de la figure 6C, comprenant le substrat support 1, la couche isolante 20, une couche 3 de Ge au contact de la couche 20 de SiO2 et une couche supérieure 6 de SiO2. On retire alors la couche supérieure 6 de SiO2, par exemple par gravure, en 10 immergeant la structure dans une solution diluée de HF. On obtient alors la structure intermédiaire 10 de type GeOl, dans laquelle la couche 3 de Ge est en contact direct avec la couche 20 de SiO2.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'une structure comprenant une couche (3) de germanium sur un substrat support (1), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : (a) formation d'une structure intermédiaire (10) comprenant ledit substrat support (1), une couche (20) d'oxyde de silicium et ladite couche (3) de germanium, la couche (20) d'oxyde de silicium étant en contact direct avec la couche (3) de germanium, (b) application à ladite structure intermédiaire (10) d'un traitement thermique, sous une atmosphère neutre ou réductrice, à une température et pendant une durée déterminées, pour faire diffuser au moins une partie de l'oxygène de la couche (20) d'oxyde de silicium à travers la couche (3) de germanium.
- 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement thermique de l'étape (b) est réalisé à une température comprise entre 800 et 900°C.
- 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la 20 teneur en oxygène dans l'atmosphère du traitement de l'étape (b) est inférieure à 1 ppm.
- 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche (3) de germanium présente une épaisseur inférieure à 25 500 nm, préférentiellement inférieure à 100 nm.
- 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche (20) d'oxyde de silicium de la structure intermédiaire (10) est inférieure à 6 nanomètres, préférentiellement inférieure à 2 nm, et en ce que dans 30 l'étape (b), la totalité de l'oxygène de ladite couche (20) diffuse à travers la couche (3) de germanium.
- 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'étape (a) comprend les étapes suivantes : i) formation de la couche (20) d'oxyde de silicium sur le substrat support (1) ou sur un substrat donneur (30) de germanium, ii) formation d'une zone de fragilisation (31) dans un substrat donneur (31) de germanium, la zone de fragilisation définissant la couche (3) de germanium à transférer, iii) collage du substrat donneur (30) de germanium sur le substrat support (1), la couche (20) d'oxyde de silicium étant située à l'interface de collage iv)fracture du substrat donneur (30) de germanium le long de la zone de fragilisation (31) et transfert de la couche (3) de germanium sur le substrat support (1), de sorte à former ladite structure intermédiaire (10).
- 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'étape (a) comprend les étapes suivantes : i) formation de la couche (20) d'oxyde de silicium sur le substrat support (1) ou sur un substrat donneur (30) de germanium, ii) collage du substrat donneur (30) de germanium sur le substrat support (1), la couche (20) d'oxyde de silicium étant située à l'interface de collage, iii) amincissement du substrat donneur (30) de germanium de sorte à ne conserver que l'épaisseur de la couche (3) de germanium, formant ainsi ladite structure intermédiaire (10).
- 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'étape (a) comprend les étapes suivantes : i) formation d'une structure (50) de type silicium sur isolant, comprenant le substrat support (1), une couche (20) d'oxyde de silicium et une couche (40) de silicium, ii) dépôt, sur la couche (40) de silicium, d'une couche (5) de SiGe,iii) application d'un traitement thermique d'oxydation de ladite couche (5), conduisant à la formation par condensation d'une couche (3) de germanium sur la couche (20) d'oxyde de silicium et d'une couche supérieure (6) d'oxyde de silicium sur ladite couche (3) de germanium, iv) retrait de la couche supérieure (6) d'oxyde de silicium, de sorte à former ladite structure intermédiaire (10).
- 9. Structure comprenant une couche (3) de germanium sur un substrat support (1), caractérisée en ce qu'elle comprend entre le substrat support (1) et la couche (3) de germanium une couche (4) de silicium en contact avec la couche (3) de germanium, la couche (4) de silicium présentant une épaisseur comprise entre 1 et 3 nanomètres.
- 10. Structure selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle comprend, 15 entre le substrat support (1) et la couche (4) de silicium, une couche (2) d'oxyde de silicium.
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