FR2948817A1 - Couche de carbure de silicium fortement ohmique et procede et installation pour la fabrication d'une telle couche - Google Patents

Couche de carbure de silicium fortement ohmique et procede et installation pour la fabrication d'une telle couche Download PDF

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Abstract

Couche de carbure de silicium fortement ohmique comprenant du silicium et du carbure essentiellement à l'équilibre stoechiométrique et un procédé de fabrication d'une telle couche ainsi qu'une installation de dépôt chimique à la vapeur CVD pour la fabrication de cette couche. La couche de carbure de silicium (2) fortement ohmique avec du silicium et du carbure essentiellement à l'équilibre stoechiométrique, contient également un dopant n et au moins un dopant p, le dopant p compense au moins le dopant n pour former une couche de carbure de silicium fortement ohmique.

Description

1 Domaine de l'invention La présente invention concerne une couche de carbure de silicium, fortement ohmique comprenant du silicium et du carbure, essentiellement à l'équilibre stoechiométrique et au moins un dopant n et au moins un dopant p. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une couche de carbure de silicium fortement ohmique, ainsi qu'une installation de dépôt chimique à la vapeur pour la réalisation d'une telle couche.
Etat de la technique La structure et les propriétés du carbure de silicium sont analogues à celles du diamant, car le silicium est voisin du carbone dans le même groupe principal de la classification périodique et son diamètre atomique est analogue. La forte stabilité en température et la tenue chimique du carbure de silicium, rendent ce matériau intéressant pour de nouvelles techniques innovantes. Il est en particulier connu que les couches de carbure de silicium ont un effet antiadhérant de sorte que le carbure de silicium est utilisé comme couche de revêtement antiadhérante (encore appelée couche ASC).
Une telle couche de carbure de silicium constituant une couche antiadhérante est décrite dans le document DE 10 2006 050 188 Al. La couche de carbure de silicium fait partie d'un composant micromécanique. La couche de carbure de silicium couvre un élément fonctionnel porté par le substrat. Le but de la couche de carbure de silicium est d'éviter que les éléments mobiles dans la structure micromécanique s'accrochent aux structures fixes ou s'y col-lent. La couche de carbure de silicium s'obtient par un procédé de dépôt chimique à la vapeur avec enrichissement par plasma (encore appelé procédé PECVD) ou en variante la couche s'obtient également par un procédé de dépôt chimique à la vapeur basse pression (encore appelé procédé LPCVD) sur le substrat pour recevoir les éléments fonctionnels. L'inconvénient des procédés connus dans le cas de couches de carbure de silicium fabriquées selon le procédé CVD et en particulier le procédé LPCVD, est qu'ils nécessitent la mise en oeuvre de moyens importants pour réaliser la couche de carbure de silicium sous
2 la forme d'une couche de carbure de silicium fortement ohmique. Cela se traduit surtout par des fuites de la chambre CVD et aussi dans la pureté des gaz de procédé utilisés. En particulier, la réalisation de la couche de carbure de silicium, fortement ohmique, est liée à la fraction d'azote dans le gaz de procédé. L'azote est l'un des dopants les plus importants du carbure de silicium et pendant l'application de ce procédé, il est intégré dans la couche et réduit la tenue à la résistance de la couche de carbure. Un autre apport d'azote non souhaité provient des fuites de l'installation CVD en particulier des joints de cette installation.
Exposé et avantages de l'invention L'invention concerne une couche de carbure de silicium fortement ohmique contenant du silicium et du carbure essentiellement à l'équilibre stoechiométrique et au moins un dopant n et au moins un dopant p, le dopant p compensant le dopant n pour former la couche de carbure de silicium fortement ohmique. L'invention repose sur l'idée de base que pour fabriquer une couche de carbure de silicium fortement ohmique, il faut compenser au moins le dopant n en particulier l'azote par l'addition d'un dopant p par exemple du bore. La résistance de la couche de carbure de silicium se détermine selon le degré de la compensation. Par le réglage de la compensation, les paires électrons-trous se neutralisent dans la couche de carbure de silicium et le semi-conducteur devient fortement ohmique. Une telle compensation permet de réaliser des couches de carbure de silicium ayant une résistance spécifique d'au moins 10.000 D*cm. De manière particulièrement préférentielle, la couche de carbure de silicium a un effet antiadhérant. Pour cela, la couche de carbure de silicium a, de préférence, une structure polycristalline. Il est également possible d'avoir un effet antiadhérant par une couche de car- bure de silicium amorphe ou au moins partiellement cristalline. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une couche de carbure de silicium fortement ohmique, caractérisé par les étapes suivantes :
3 - étape de dépôt chimique à la vapeur CVD de silicium et de carbone pour déposer une couche de carbure de silicium qui se trouve essentiellement à l'équilibre stoechiométrique, et - pendant le dépôt du silicium et du carbone, dépôt d'au moins un do- pant p pour compenser au moins un dopant n (procédé LPCVD). Le procédé permet de fabriquer des couches de carbure de silicium fortement ohmiques de manière économique en particulier des couches antiadhérantes de carbure de silicium, polycristallin, minces, fortement ohmiques. Comme procédé de dépôt chimique à la vapeur CVD, il est particulièrement avantageux d'utiliser un procédé de dépôt chimique à la vapeur basse pression (procédé LPCVD). L'invention concerne également une installation de dépôt chimique à la vapeur (installation CVD) pour fabriquer une couche de carbure de silicium fortement ohmique, cette installation ayant au moins une chambre et au moins un joint assurant l'étanchéité de la chambre vis-à-vis de l'environnement et l'installation de dépôt chimique à la vapeur CVD comporte une installation de balayage pour balayer (rincer) au moins le joint avec un gaz noble, tel que de l'argon, pour diminuer la perméation des dopants n de l'environnement vers l'intérieur de la chambre. Une telle installation de balayage ou de rinçage permet de réduire le problème de la fuite de l'installation CVD et de réduire ainsi l'intégration du dopant n en particulier d'azote. Cela est avantageux notamment pour des joints au niveau desquels les fuites peuvent changer par exemple dans la zone de la porte de chargement de la chambre. Ce-la permet de maintenir sensiblement constante la perméation des dopants n de l'environnement vers le volume intérieur de la chambre, à long terme. Cette solution a l'avantage de ne pas nécessiter d'adapter en permanence l'addition du dopant p pour compenser le dopant n et de permettre un réglage particulièrement précis du rapport des particules du dopant p et du dopant n. Dessins La présente invention sera décrite ci-après à l'aide de modes de réalisation représentés dans les dessins annexés dans les- quels :
4 - la figure 1 est une section d'une installation de dépôt chimique à la vapeur (installation CVD) représentée schématiquement et plusieurs plaquettes à revêtir étant placées dans la chambre de l'installation, - la figure 2 est une section d'une partie d'une plaquette revêtue d'une couche de carbure de silicium fortement ohmique. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 est une section d'un mode de réalisation d'une installation de dépôt chimique à la vapeur (installation CVD) 7 selon l'invention, pour la fabrication d'une couche de carbure de sili- cium fortement ohmique. L'installation CVD 7 est ici une installation de dépôt chimique à la vapeur basse pression (installation LPCVD) comprenant une chambre 5 recevant les objets à revêtir, une porte de chargement 8 à travers laquelle on charge la chambre 5 et on peut extraire les objets une fois revêtus, l'installation comporte un four 9 à trois zones pour chauffer la chambre 5, un capteur de pression 10 pour mesurer la pression dans la chambre et une entrée de gaz 11 pour introduire les gaz de procédé. La chambre 5 a également une ouverture 12 par laquelle une pompe non détaillée évacue le volume intérieur de la chambre 5.
La chambre 5 comporte un tube de quartz 13 dont une extrémité est couverte par un couvercle 14 muni de l'ouverture 12 et l'autre extrémité est fermée par un second couvercle 15 équipé de la porte de chargement 8 et du capteur de pression 10. Le tube de quartz est rendu étanche vis-à-vis de l'environnement par des joints 16 placés entre le tube de quartz 13 et chacun des couvercles 15, 16. Au niveau de la porte de chargement 8, il y a un autre joint 4 pour l'étanchéité de la chambre 5. Dans ce cas, les joints 4, 16 sont dans ce cas des joints toriques. L'installation CVD 7 comporte également une installation de balayage ou de rinçage 6. L'installation de balayage 6 entoure le joint 4 au niveau de la porte de chargement 8. L'installation de balayage 6 est conçue pour rincer le joint 4 avec un gaz noble tel que de l'argon pour réduire la perméation des dopants n venant de l'environnement vers l'intérieur de la chambre 5. La figure 2 montre une couche de carbure de silicium 2, antiadhérante, fortement ohmique. Cette couche est déposée sur la sur-face d'une plaquette 3. La plaquette 3 peut comporter différents éléments fonctionnels au moins en partie couverts par la couche de 5 carbure de silicium. Ces éléments ne sont pas détaillés à la figure 2. Le procédé de fabrication de la couche de carbure de silicium 2, antiadhérante, fortement ohmique, peut se faire avec l'installation LPCVD 7. Pour fabriquer la couche de carbure de silicium 2, forte-ment ohmique, on utilise un procédé de dépôt chimique à la vapeur (procédé CVD). Dans le présent exemple, on utilise un procédé de dépôt chimique à la vapeur basse pression (procédé LPCVD). Ces procédés sont connus dans leur principe. Selon le procédé LPCVD, on dépose du silicium et du carbone pour former une couche de carbure de silicium qui est en principe à l'équilibre stoechiométrique, pendant le dépôt du silicium et du carbure, on dépose au moins un dopant p pour compenser au moins un dopant n. Le dopant n est principalement de l'azote qui peut être intégré dans la couche de carbure de silicium et qui provient des fuites de l'installation ou des impuretés contenues dans les gaz de procédé utilisés. Pour compenser le dopant n, on utilise du bore comme dopant p. En principe, il est avantageux de compenser les dopants n du groupe 15 par des dopants p du groupe 13. Pour déposer la couche de carbure de silicium 2, forte- ment ohmique, on utilise comme gaz de procédé pour le dépôt du silicium, un hydrure de silicium, dans le cas présent, on utilise du dichlorosilane; pour le dépôt du carbone on utilise un hydrocarbure tel que de l'acétylène et pour le dépôt d'au moins un dopant p, on utilise le diborane.
Le gaz de dopage qui est du diborane tel que les autres gaz de procédé pour l'installation CVD 7, sont introduits dans la chambre 5 à travers l'entrée de gaz 11. En variante, il est possible de prévoir d'autres entrées de gaz ou d'utiliser une lance à gaz ou une douchette à gaz pour introduire le gaz dopant. Pour la régulation, on mesure la quantité de gaz dopant à introduire à l'aide d'un spectromètre
6 de masse (le spectromètre n'est pas représenté) et on l'adapte au degré de compensation souhaité. Pendant le dépôt de la couche de carbure de silicium et son dopage avec les dopants n et p, on rince avec de l'argon le joint 4 au niveau de la porte de chargement 8 en utilisant l'installation de rinçage ou de balayage 6 de façon à réduire la perméation du dopant n qui est ici, l'argon. Par d'autres joints 16 on a certes un apport également non souhaité d'azote dans la chambre 5. Mais comme ces joints ne sont habituellement que rarement ouverts et fermés, cet apport est pratique- ment constant. Ces mesures permettent de maintenir pratiquement constantes les fuites en particulier celles d'azote vers la chambre 5. Cette solution a l'avantage que la quantité du dopant p servant à la compensation, pourra s'adapter précisément à la quantité du dopant n évitant de fréquents réglages.
Comme pour le dépôt par le procédé LPCVD, il existe également des régimes de procédé qui présentent une fenêtre de procédé, étroite et sont ainsi difficiles à contrôler, on peut également régler une addition volontaire d'une quantité définie d'un dopant n en particulier d'azote et d'une quantité définie d'un dopant p de compensation en par- ticulier de diborane pour régler une surcompensation intentionnelle. Ces quantités peuvent par exemple se mesurer à l'aide d'un spectromètre de masse et se réguler. Dans ce cas, après avoir déterminé la ci-nématique de la réaction, le spectromètre de masse ne reste plus comme composant permanent sur l'installation. La surcompensation permet notamment de tenir compte de la "perte" de dopant p dans des procédés appliqués ensuite qui se font surtout à des températures élevées. De telles pertes peuvent être par exemple engendrées par diffusion, par prise dans des pièges aux limites des grains ou par ségrégation.
Le procédé tel que décrit permet de fabriquer des couches de carbure de silicium fortement ohmiques ayant un effet antiadhérant. La couche de carbure de silicium peut être cristalline, polycristalline et/ou amorphe et se développer sous forme de zones partielles ou en totalité. De manière préférentielle, la quantité de dopant est réglée pour
7 que la densité des particules de dopant n et de dopant p corresponde au moins à environ 1012/cm3. Le procédé selon l'invention permet de fabriquer des couches de carbure de silicium antiadhérantes, fortement ohmiques ayant une résistance spécifique d'au moins 10.000 D*cm de préférence d'au moins 50.000 D*cm et d'une manière particulièrement préférentielle d'au moins 100.000 D*cm. De telles couches de carbure de silicium antiadhérantes, fortement ohmiques, s'utilisent par exemple comme des couches antiadhérantes de composants micromécaniques dans l'objectif de servir à l'accrochage d'éléments fonctionnels mobiles, par exemple dans le cas de capteurs d'accélération. 15 NOMENCLATURE
2 couche de carbure de silicium 3 plaquette 4 joint 5 chambre 6 installation de balayage 7 installation CVD 8 porte de chargement 9 four 10 capteur de pression 11 entrée de gaz de procédé 12 ouverture 13 tube de quartz 14 couvercle 15 couvercle 16 joint d'étanchéité20

Claims (1)

  1. REVENDICATIONS1 °) Couche de carbure de silicium (2), fortement ohmique comprenant du silicium et du carbure essentiellement à l'équilibre stoechiométrique et au moins un dopant n et au moins un dopant p, caractérisée en ce qu' au moins le dopant p compense au moins le dopant n pour former une couche de carbure de silicium fortement ohmique. 2°) Couche de carbure de silicium selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' au moins par zones, elle est cristalline, polycristalline et/ou amorphe avec de préférence un effet antiadhérant. 3°) Couche de carbure de silicium selon la revendication 1, caractérisée en ce que la densité des particules du dopant n et du dopant p est au moins respectivement égale à 1012 / cm3. 4°) Couche de carbure de silicium selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dopant n est un élément du groupe 15, de préférence l'azote, et le dopant p est un élément du groupe 13, de préférence le bore. 5°) Couche de carbure de silicium selon la revendication 1, caractérisée en ce que la résistance spécifique est d'au moins 10.000 D*cm et de préférence d'au moins 50.000 D*cm et de manière particulièrement préférentielle d'au moins 100.0000*cm. 6°) Procédé de fabrication d'une couche de carbure de silicium (2), fortement ohmique, notamment d'une couche de carbure de silicium selon l'une des revendications 1 à 5, procédé caractérisé en ce qu' il comprend les étapes suivantes : 10 - dépôt chimique à la vapeur CVD de silicium et de carbone pour dé-poser une couche de carbure de silicium qui se trouve essentielle-ment à l'équilibre stoechiométrique, et - pendant le dépôt du silicium et du carbone, dépôt d'au moins un do- pant p pour compenser au moins un dopant n (procédé LPCVD). 7°) Procédé de fabrication selon la revendication 6, caractérisé en ce qu' en plus pendant le dépôt du silicium et du carbone, on dépose au moins un dopant n. 8°) Procédé de fabrication selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dopant n assure la surcompensation du dopant p dans le cadre du procédé CVD, donnant la compensation par un autre procédé. 9°) Procédé de fabrication selon la revendication 6, caractérisé en ce que le procédé est effectué dans une installation de dépôt chimique à la va- peur CVD (7), et pendant l'opération de dépôt CVD, au moins un joint (4) par exemple un joint torique de l'installation de dépôt CVD, est rincé par un gaz noble de préférence de l'argon pour réduire la perméation par les dopants n. 10°) Procédé de fabrication selon la revendication 6, caractérisé en ce que le gaz de procédé pour le dépôt du silicium, est de l'hydrure de silicium de préférence du silane et de manière particulièrement préférentielle, du dichlorosilane, et pour le dépôt du carbone, on utilise un hydrocarbure de préférence de l'acétylène et pour le dépôt d'au moins un dopant n, on utilise de l'azote et pour le dépôt d'au moins un dopant p, on utilise du diborane. 11 °) Installation de dépôt chimique à la vapeur CVD (7) pour la fabrica- tion d'une couche de carbure de silicium (2) fortement ohmique, no- 11 tamment d'une couche de carbure de silicium (2) selon l'une des revendications 1 à 5 comprenant au moins une chambre et au moins un joint (4) assurant l'étanchéité de la chambre (5) vis-à-vis de l'environnement, l'installation CVD (7) comportant une installation de balayage (6) pour balayer au moins un joint (4) avec un gaz noble de préférence de l'argon pour réduire la perméation des dopants n de l'environnement vers l'intérieur de la chambre (5). lo 15
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