FR3083917A1 - Procede de production d’une tranche collee de silicium et tranche collee de silicium - Google Patents

Procede de production d’une tranche collee de silicium et tranche collee de silicium Download PDF

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Abstract

Il est proposé un procédé de production d’une tranche collée de silicium (100) et une tranche collée de silicium (100) qui permettent le maintien d’une capacité de getterisation après que la tranche collée de silicium (100) a été produite et même après que la tranche collée de silicium (100) a subi un autre traitement thermique dans un processus de formation de dispositif ou similaire. Le procédé peut inclure une étape de collage consistant à coller une surface d’une tranche (110) utilisée pour un substrat de support et une surface d’une tranche (120) utilisée pour une couche active (125) selon un procédé de collage sous vide à température normale ; une étape d’amincissement consistant à amincir la tranche (120) utilisée pour la couche active (125) et à convertir la tranche (120) amincie en la couche active (125) ; et une étape de traitement thermique, réalisée après l’étape de collage.Figure d’abrégé : Figure 1

Description

Titre de l’invention : PROCEDE DE PRODUCTION D’UNE TRANCHE COLLEE DE SILICIUM ET TRANCHE COLLEE DE SILICIUM
Domaine technique [0001] La présente divulgation concerne un procédé de production d’une tranche collée de silicium et une tranche collée de silicium.
Technique antérieure [0002] Dans des processus de production de tranche de semi-conducteur et des processus de fabrication de dispositif, une contamination par métaux lourds de substrats de dispositifs semi-conducteurs a des effets indésirables significatifs sur les caractéristiques des dispositifs. Les effets indésirables significatifs peuvent inclure une défaillance de durée de pause, une défaillance de rétention, une défaillance de fuite de jonction, et une panne de films d’oxyde. Néanmoins, les processus de fabrication de dispositifs semi-conducteurs s’accompagnent du risque de contamination par métaux lourds de substrats semi-conducteurs qui peuvent se produire dans divers traitements, tels que l’implantation ionique, la diffusion, et un traitement thermique oxydant. Pour la raison précédente, on a utilisé des procédés de getterisation pour conférer des capacités de getterisation à des tranches de silicium dans le but d’empêcher la diffusion de métaux lourds dans des régions de formation de dispositif, dans lesquelles des dispositifs doivent être formés, sur des surfaces de tranches de silicium, qui sont des substrats semi-conducteurs typiques.
[0003] Les procédés de getterisation connus peuvent inclure un procédé de getterisation intrinsèque (GI) et un procédé de getterisation extrinsèque (GE). Dans le procédé GI, on précipite de l’oxygène au sein de tranches de silicium, et les précipités d’oxygène résultants (qui sont également désignés par micro défauts de volume [MDV ou BMD pour « Bulk Micro Defects »] sont utilisés comme sites de getterisation. Dans le procédé GE, on crée des sites de getterisation en formant des films de silicium polycristallin ou en générant un effort mécanique à l’aide d’un procédé de sablage sur des surfaces postérieures de tranches de silicium.
[0004] Néanmoins, la tendance récente à réduire les températures dans les processus de formation de dispositif et à augmenter les diamètres des tranches de silicium pose le problème de la difficulté à conférer des capacités de getterisation suffisantes à des tranches de silicium. A savoir, en ce qui concerne le procédé GI, des températures réduites dans des processus de production rendent difficile la formation de précipités d’oxygène au sein des tranches de silicium.
[0005] En ce qui concerne le procédé GE, puisqu’un traitement de polissage de qualité miroir est normalement mené sur les surfaces à la fois principales et postérieures des tranches de silicium lorsque les tranches de silicium ont un diamètre de pas moins de 300 mm, on ne peut ni former des films de silicium polycristallin, ni générer d’effort mécanique sur des surfaces postérieures de tranches de silicium.
[0006] Lorsqu’une défaillance à conférer des capacités de getterisation suffisantes à des tranches de silicium s’accompagne d’une fixation de métal, tel que le titane (Ti), le molybdène (Mo), et le tungstène (W), ayant une très faible vitesse de diffusion, à des surfaces de tranches, le métal ne peut pas être pleinement séparé des régions de formation de dispositif en raison des températures réduites susmentionnées pour des processus de formation de dispositif. Cela conduit à l’apparition de défauts dans les caractéristiques des dispositifs (tels que des défauts de point blanc dans le cas d’éléments d’imagerie à l’état solide). Pour la raison précédente, la formation de couches de getterisation juste en dessous de régions de formation de dispositif est nécessaire pour piéger un tel métal ayant une faible vitesse de diffusion.
[0007] Au vu de ce qui précède, la littérature brevet 1, qui est proposée par le présent demandeur, divulgue une tranche épitaxiale de semi-conducteur incluant une couche de modification et une couche épitaxiale formée sur une surface de la couche de modification. La couche de modification est formée en introduisant (a) un (des) élément(s) constitutifs) d’amas ioniques dans une tranche de semi-conducteur dans l’état où une tension d’accélération par atome est réduite, par irradiation d’une surface de la tranche de semi-conducteur avec les amas ioniques. La technique divulguée dans la littérature brevet 1 permet de former une couche de getterisation ayant une haute capacité de getterisation approximativement juste en dessous de la couche épitaxiale, qui doit être utilisée comme région de formation de dispositif.
[0008] Littérature brevet : PTL 1 : WO2012157162A1 [0009] Bien que permettant la formation de la couche de getterisation ayant la haute capacité de getterisation, le procédé divulgué dans la littérature brevet 1 présuppose la formation de la couche épitaxiale. En conséquence, le procédé divulgué n’est pas applicable à une tranche de silicium en volume.
Problème technique [0010] Le présent inventeur a donc étudié l’idée d’introduire un site de getterisation sur une interface de collage, ou dans une région de collage incluant l’interface de collage, d’une tranche collée de silicium dans laquelle une tranche utilisée pour une couche active et une tranche utilisée pour un substrat de support sont collées selon une technique de collage sous vide à température normale, qui a suscité de l’intérêt ces dernières années. Ici, lorsque la technique de collage sous vide à température normale est utilisée, une surface à coller de la tranche utilisée pour une couche active et une surface à coller de la tranche utilisée pour un substrat de support sont soumises à un traitement d’activation. Dès lors, le présent inventeur a trouvé que les deux surfaces à coller, après l’activation, forment une région amorphe, qui sert de site de getterisation fort dans la tranche collée de silicium résultant du collage.
[0011] Dans le même temps, lorsqu’un dispositif de semi-conducteur est formé par l’utilisation d’une tranche de semi-conducteur, le processus de formation de dispositif implique un traitement thermique en conformité avec les spécifications du dispositif. Le présent inventeur a mené des études et a trouvé que, selon les conditions du traitement thermique, la région amorphe précitée en tant que site de getterisation de la tranche collée de silicium subit parfois une récupération de cristaux à recristalliser, conduisant à la perte de la capacité de getterisation dans la tranche collée de silicium. Dans ce cas, selon les conditions du traitement thermique dans le processus de formation de dispositif, même en possédant la capacité de getterisation au moment de la manipulation d’un produit à tranche collée de silicium, la tranche collée de silicium ne parvient pas à maintenir sa capacité de getterisation après avoir subi le traitement thermique. Le présent inventeur a pris acte du point précédent à titre de nouveau problème.
Résumé de l’invention [0012] Au regard du nouveau problème précité, la présente divulgation consiste à proposer un procédé de production d’une tranche collée de silicium et une tranche collée de silicium permettant tous deux le maintien de la capacité de getterisation après que la tranche collée de silicium est produite et même après que la tranche collée de silicium subit un traitement thermique dans le processus de formation de dispositif ou similaire.
[0013] Pour résoudre le problème précédent, le présent inventeur a mené des études intensives et a trouvé les éléments suivants. A savoir, lorsqu’un traitement thermique approprié est mené sur la région de collage, c’est-à-dire, la région amorphe, d’une tranche collée de silicium, une dislocation se forme conjointement avec une récupération de cristaux, et la dislocation sert de site de getterisation même après le traitement thermique. Le présent inventeur a également trouvé que la tranche collée de silicium dans laquelle la dislocation se forme par un tel traitement thermique continue à maintenir la capacité de getterisation après que la tranche collée de silicium a été produite et même après que la tranche collée de silicium a subi un autre traitement thermique dans le processus de formation de dispositif ou similaire, quelles que soient des conditions de l’autre traitement thermique dans le processus de formation de dispositif.
[0014] Des caractéristiques principales de la présente divulgation sont les suivantes : [0015] (1) Procédé de production d’une tranche collée de silicium dans laquelle une tranche utilisée pour un substrat de support et constituée de silicium monocristallin et une couche active constituée de silicium monocristallin sont collées, le procédé comprenant : une étape de collage consistant à mener un traitement d’activation par irradiation, avec au moins un élément neutre ionisé, d’une surface de la tranche utilisée pour le substrat de support et constituée de silicium monocristallin et d’une surface d’une tranche utilisée pour la couche active et constituée de silicium monocristallin sous vide à température normale pour convertir ainsi les deux surfaces en surfaces activées, et amener ultérieurement les deux surfaces activées en contact continuellement sous vide à température normale pour coller ainsi la tranche utilisée pour le substrat de support et la tranche utilisée pour la couche active ; une étape d’amincissement, réalisée après l’étape de collage, consistant à amincir la tranche utilisée pour la couche active et à convertir la tranche amincie en la couche active ; et une étape de traitement thermique, réalisée après l’étape de collage, consistant à mener un traitement thermique pour former ainsi une dislocation dans une région de collage dans laquelle la tranche utilisée pour le substrat de support et la tranche utilisée pour la couche active sont collées.
[0016] De surcroît, un procédé de collage de la tranche utilisée pour le substrat de support et la tranche utilisée pour la couche active dans la présente divulgation est désigné ciaprès par « procédé de collage sous vide à température normale ». Dans le procédé de collage sous vide à température normale, la une surface précitée de la tranche utilisée pour le substrat de support et la une surface précitée de la tranche utilisée pour la couche active sont utilisées comme surface à coller. De plus, une autre surface de la tranche utilisée pour la couche active est généralement destinée à former une surface principale, en tant que surface de formation de dispositif, de la tranche collée de silicium.
[0017] D’autres caractéristiques optionnelles de l’invention peuvent être :
[0018] (2) une température de traitement thermique dans l’étape de traitement thermique peut être de 710 °C ou plus et 850 °C ou moins.
[0019] (3) une durée de traitement thermique dans l’étape de traitement thermique peut être de 30 minutes ou plus et de 2 heures ou moins.
[0020] (4) une atmosphère de traitement thermique dans l’étape de traitement thermique peut comprendre au moins un élément choisi dans le groupe consistant en l’argon, l’hydrogène, l’azote, et l’oxygène.
[0021] (5) l’élément neutre peut comprendre au moins un élément choisi dans le groupe consistant en l’argon, le néon, le xénon, l’hydrogène, l’hélium, et le silicium.
[0022] (6) la tranche utilisée pour la couche active peut être une tranche de silicium épitaxiale incluant une tranche de silicium et une couche épitaxiale de silicium formée sur la tranche de silicium, et la couche épitaxiale de silicium peut avoir une surface correspondant à la surface de la tranche utilisée pour la couche active.
[0023] (7) dans l’étape d’amincissement, la tranche utilisée pour la couche active peut être amincie à partir d’une autre de ses surfaces opposées à la couche épitaxiale de silicium pour éliminer ainsi la tranche de silicium par meulage.
[0024] L’invention propose aussi :
[0025] (8) Une tranche collée de silicium dans laquelle une tranche utilisée pour un substrat de support et constituée de silicium monocristallin et une tranche active constituée de silicium monocristallin sont collées, la tranche collée de silicium comprenant : une couche de getterisation disposée dans une région incluant une interface de collage dans laquelle la tranche utilisée pour le substrat de support et la couche active sont collées, la couche de getterisation incluant une dislocation s’étendant transversalement à travers l’interface de collage, dans laquelle la dislocation a une longueur de 1 nm ou plus et de 30 nm ou moins.
[0026] La présente divulgation propose un procédé de production d’une tranche collée de silicium et une tranche collée de silicium permettant tous deux de maintenir la capacité de getterisation après que la tranche collée de silicium a été produite et même après que la tranche collée de silicium a subi un traitement thermique dans le processus de formation de dispositif ou similaire.
Brève description des figures [0027] Sur les dessins annexés :
[0028] [fig.l] est une vue en coupe schématique illustrant un procédé de production d’une tranche collée de silicium selon un mode de réalisation 1 de la présente divulgation ;
[0029] [fig.2] est une vue schématique illustrant un exemple d’un appareil de collage sous vide à température normale utilisé dans une étape de collage selon un procédé de production de la présente divulgation ;
[0030] [fig.3] est une vue en coupe schématique illustrant un procédé de production d’une tranche collée de silicium selon un mode de réalisation 2 de la présente divulgation ;
[0031] [fig.4A] to [Lig. 4C] sont des clichés par MET en coupe dans une région de collage d’une tranche collée de silicium selon des exemples :
[0032] [fig.4A] correspond à l’exemple comparatif 1, [0033] [fig.4B] correspond à l’exemple 1, et [0034] [fig.4C] correspond à l’exemple 2 ;
[0035] [fig.5A] to [Lig. 5C] sont des clichés par MET en coupe dans une région de collage d’une tranche collée de silicium selon des exemples :
[0036] [fig.5A] correspond à l’exemple comparatif 1, [0037] [fig.5B] correspond à l’exemple 3, et [0038] [fig.5C] correspond à l’exemple comparatif 2 ;
[0039] [fig-6] est une image par microscope optique observant des surfaces d’échantillons des exemples 1 à 3 et de l’exemple classique 1 après contamination par Ni intentionnelle dans les exemples ; et [0040] [fig.7] est un graphique illustrant un profil de concentration en oxygène selon l’exemple 1 et l’exemple classique 1 dans les exemples.
Description détaillée de l’invention [0041] On décrira en détail ci-dessous des modes de réalisation préférés de la présente divulgation en référence à [fig. l]-[Fig. 3]. En principe, on désigne les mêmes composants par les mêmes références numériques, et leur description est omise. Pour une simplicité des figures, les épaisseurs des diverses particularités sont exagérées, et un rapport des épaisseurs peut différer d’un rapport effectif.
[0042] Procédé de production d’une tranche collée de silicium [0043] On donne une description d’un procédé de production d’une tranche collée de silicium dans lequel une tranche utilisée pour un substrat de support et une couche active constituée de silicium monocristallin sont collées selon des modes de réalisation préférés. Tout d’abord, on donne une description d’un mode de réalisation 1, dans lequel la tranche utilisée pour un substrat de support et constituée de silicium monocristallin et la tranche utilisée pour une couche active et constituée de silicium monocristallin sont des tranches de silicium en volume qui n’incluent aucune couche épitaxiale de silicium sur leurs surfaces. Ultérieurement, on donne une description du mode de réalisation 2, dans lequel la tranche utilisée pour une couche active est une tranche de silicium épitaxiale qui inclut une tranche de silicium et une couche épitaxiale de silicium formée sur la tranche de silicium.
[0044] Mode de réalisation 1 [0045] [fig. 1] est un organigramme illustrant un procédé de production d’une tranche collée de silicium 100 selon le mode de réalisation 1 de la présente divulgation. Dans le procédé de production de la tranche collée de silicium 100 selon le présent mode de réalisation, une tranche 110, qui est utilisée pour un substrat de support, et une tranche 120, qui est utilisée pour une couche active, sont employées (se référer à (A) sur [Fig. 1]). Tout d’abord, l’étape de collage consistant à coller la tranche 110, qui est utilisée pour un substrat de support, et la tranche 120, qui est utilisée pour une couche active, sont collées selon un procédé de collage sous vide à température normale (se référer à (B) à (D) sur [Fig. 1]). En détail, dans l’étape de collage, un traitement d’activation (se référer à (B) sur [Fig. 1]) par irradiation avec un élément neutre ionisé 90 sur une surface 110A de la tranche 110, qui est utilisée pour un substrat de support, et une surface 120A de la tranche 120, qui est utilisée pour une couche active, sous vide à température normale pour convertir ainsi les deux surfaces 110A et 120A en surfaces activées 141A et 142A (se référer à (C) sur [Fig. 1]). Ensuite, les deux surfaces activées 141A et 142A sont amenées en contact continuellement sous vide à température normale pour coller ainsi la tranche 110, qui est utilisée pour un substrat de support, et la tranche 120, qui est utilisée pour une couche active (se référer à (D) sur [Fig. 1]). Après l’étape de collage vient l’étape d’amincissement (se référer à (F) sur [Fig. 1]) consistant à amincir la tranche 120, qui est utilisée pour une couche active, et convertissant la tranche amincie 120 en une couche active 125. Après l’étape de collage et avant l’étape d’amincissement, le présent mode de réalisation inclut ici en outre l’étape de traitement thermique (se référer à (E) sur [Fig. 1]) consistant à mener un traitement thermique pour former ainsi une dislocation dans une région de collage 140, dans laquelle la tranche 110, qui est utilisée pour un substrat de support, et la tranche 120, qui est utilisée pour la couche active 125, sont collées. Les étapes cidessus sont utilisées pour produire la tranche collée de silicium 100, dans laquelle la tranche 110, qui est utilisée pour un substrat de support et constituée de silicium monocristallin, et la couche active 125, qui est constituée de silicium monocristallin, sont collées. Dans ce qui suit, on décrit les étapes ci-dessus en détail une à une. De surcroît, dans le procédé de collage sous vide à température normale, la une surface 110A précitée de la tranche utilisée pour un substrat de support et la une surface 120A précitée de la tranche utilisée pour la couche active 125 sont toutes deux utilisées comme surfaces à coller. Par conséquent, ces surfaces sont ci-après appelées des surfaces à coller.
[0046] Dans le présent mode de réalisation, en premier lieu, avant l’étape de collage, la tranche 110, qui est utilisée pour un substrat de support et constituée de silicium monocristallin, et la tranche 120, qui est utilisée pour la couche active 125 et constituée de silicium monocristallin, sont préparées (se référer à (A) sur [fig.l]). Chacune de la tranche 110, qui est utilisée pour un substrat de support et constituée de silicium monocristallin, et de la tranche 120, qui est utilisée pour la couche active 125 et constituée de silicium monocristallin, dans le mode de réalisation 1 peut être toute tranche de silicium monocristallin en volume, qui n’inclut aucune couche épitaxiale sur l’une de ses surfaces. En tant que telles, une tranche de silicium monocristallin en volume, une tranche de silicium FZ, une tranche de silicium CZ, et une tranche de recuit sont connues. Dans la présente divulgation, ces tranches de silicium monocristallin en volume sont collectivement appelées des « tranches de silicium ».
[0047] Etape de collage [0048] Ultérieurement, la tranche 110, qui est utilisée pour un substrat de support, et la tranche 120, qui est utilisée pour la couche active 125, sont collées selon le procédé de collage sous vide à température normale dans l’étape de collage (se référer à (B) à (D) sur [fig.l]). En détail, la surface à coller 110A de la tranche 110, qui est utilisée pour un substrat de support, et la surface à coller 120A de la tranche 120, qui est utilisée pour la couche active 125, sont irradiées par l’élément neutre ionisé 90 sous vide. Les surfaces à coller 110A et 120A sont toutes deux activées et converties en surfaces activées. En conséquence, des couches amorphes 141 et 142 sont formées dans les surfaces à coller 110A et 120A (surfaces activées 141A et 142A), et des liaisons pendantes (mains collantes), qui sont inhérentes au silicium, apparaissent sur les surfaces. Puisque les liaisons pendantes sont instables en termes d’énergie, lorsque le contact entre les deux surfaces activées 141A et 142A continue à être maintenu sous vide à température normale, une force de collage momentanée agit entre les tranches pour éliminer les liaisons pendantes formées sur les deux surfaces activées 141A et 142A. Cela permet de coller fermement les deux tranches sans régions non collées (vides) sans avoir besoin d’un traitement thermique ou similaire.
[0049] Les procédés de traitement d’activation dans le procédé de collage sous vide à température normale peuvent inclure une pulvérisation cathodique des deux surfaces à coller par accélération d’un élément neutre ionisé issu d’un appareil à faisceau ionique pour le laisser entrer en collision avec les deux surfaces à coller. Des procédés de traitement d’activation peuvent également inclure un traitement de gravure au plasma consistant à accélérer un élément neutre, ionisé dans une atmosphère de plasma, appliqué aux deux surfaces à coller pour gravure.
[0050] [fig.2] illustre un exemple d’un appareil de collage sous vide à température normale utilisé pour coller les deux tranches après que les surfaces à coller de la tranche 110, qui est utilisée pour un substrat de support, et la tranche 120, qui est utilisée pour la couche active 125, sont activées selon le procédé de gravure au plasma. L’appareil de collage sous vide à température normale 50 inclut une chambre de plasma 51, une admission de gaz 52, une pompe à vide 53, une unité d’application de tension par impulsion 54, et des accessoires fixes de tranche 55A et 55B.
[0051] Tout d’abord, la tranche 110, qui est utilisée pour un substrat de support, et la tranche 120, qui est utilisée pour la couche active 125, sont respectivement montées et fixées sur les accessoires fixes de tranche 55A et 55B disposés dans la chambre de plasma 51. Deuxièmement, la pression à l’intérieur de la chambre de plasma 51 est réduite par la pompe à vide 53, puis une source de gaz est introduite dans la chambre de plasma 51 à travers l’admission de gaz 52. Après cela, une tension négative par impulsion est appliquée aux accessoires fixes de tranche 55A et 55B (et à la tranche 110, qui est utilisée pour un substrat de support, et la tranche 120, qui est utilisée pour la couche active 125) par l’unité d’application de tension par impulsion 54. Ainsi, un plasma de gaz source est généré, et des ions de gaz source contenus dans le plasma généré sont accélérés pour en irradier les tranches 110 et 120.
[0052] Un élément neutre pour l’irradiation inclut de préférence au moins un élément choisi parmi l’argon (Ar), le néon (Ne), le xénon (Xe), l’hydrogène (H), l’hélium (He), et le silicium (Si).
[0053] La pression de chambre à l’intérieur de la chambre de plasma 51 est de préférence de 1 x 105 Pa ou moins. Avec la pression de chambre ci-dessus, on empêche une réadhérence d’un élément pulvérisé sur les surfaces des tranches, et un traitement d’activation est mené sans avoir à diminuer une vitesse de formation de liaisons pendantes.
[0054] La tension par impulsion appliquée à la tranche 110, qui est utilisée pour un substrat de support, et la tranche 120, qui est utilisée pour la couche active 125, est fixée pour que l’énergie d’accélération d’un élément irradiant les surfaces des tranches soit de 100 eV ou plus et de 10 keV ou moins. Avec une énergie d’accélération de moins de 100 eV, un élément d’irradiation se dépose sur les surfaces des tranches et empêche une formation de liaisons pendantes sur les surfaces des tranches. D’autre part, avec une énergie d’accélération de plus de 10 keV, un élément d’irradiation s’implante dans les tranches et empêche aussi la formation de liaisons pendantes sur les surfaces des tranches.
[0055] La fréquence de la tension par impulsion détermine le nombre de fois où la tranche 110, qui est utilisée pour un substrat de support, et la tranche 120, qui est utilisée pour la couche active 125, sont irradiées avec des ions. La fréquence de la tension par impulsion est de préférence de 10 Hz ou plus et de 10 kHz ou moins. Ici, avec une fréquence de 10 Hz ou plus, une variation d’émission ionique est absorbée, et cela stabilise la quantité d’ions d’irradiation. Avec une fréquence de 10 kHz ou moins, on forme stablement un plasma de nitruration ionique.
[0056] La largeur d’impulsion de la tension par impulsion détermine une durée sur laquelle la tranche 110, qui est utilisée pour un substrat de support, et la tranche 120, qui est utilisée pour la couche active 125, sont irradiées d’ions. La largeur d’impulsion est de préférence de 1 μ seconde (microseconde) ou plus et de 10 m secondes (millisecondes) ou moins. Avec une largeur d’impulsion de 1 μ seconde ou plus, les tranches 110 et 120 sont irradiées stablement avec des ions. Avec une largeur d’impulsion de 10 m secondes ou moins, un plasma de nitruration ionique est formé stablement.
[0057] Les températures de la tranche 110, qui est utilisée pour un substrat de support, et de la tranche 120, qui est utilisée pour la couche active 125, sont des températures normales (normalement de 30 °C à 90 °C) car les tranches 110 et 120 ne sont pas chauffées dans le traitement ci-dessus.
[0058] Dès lors, le présent inventeur a trouvé que, après le collage des couches amorphes 141 et 142, la région de collage 140, qui est dans un état amorphe, sert de site de getterisation qui piège des métaux lourds. Le présent inventeur a également trouvé que la région de collage 140 sert à empêcher la diffusion d’oxygène depuis la tranche 110, qui est utilisée pour un substrat de support, à la tranche 120, qui est utilisée pour la couche active 125. Etant situé juste en dessous de la couche active 125, la région de collage 140 affiche une haute capacité de getterisation, ce qui empêche suffisamment une contamination par métaux lourds de la couche active 125. Néanmoins, le présent inventeur a également trouvé que la région de collage 140, une fois soumise à un traitement thermique comme décrit plus tard, peut subir une récupération de cristaux sans former de dislocation, perdant ainsi la capacité de getterisation selon les conditions de traitement thermique. Lorsqu’un traitement thermique que la tranche collée de silicium 100 peut subir dans le processus de formation de dispositif est mené dans les conditions de traitement thermique qui permettent de maintenir l’état amorphe de la région de collage 140, la tranche collée de silicium 100 conserve la capacité de getterisation. Néanmoins, selon les conditions de traitement thermique menées dans le processus de formation de dispositif, la région de collage 140 peut subir une récupération de cristaux, et la tranche collée de silicium 100 pourrait perdre sa capacité de getterisation. Pour aborder la question ci-dessus, le présent mode de réalisation mène l’étape de traitement thermique pour former une dislocation en tant qu’étape ultérieure à l’étape de collage.
[0059] De surcroît, l’étape d’activation est de préférence menée pour que l’épaisseur de chacune des couches amorphes 141 et 142 atteigne 2 nm ou plus. En procédant de la sorte, on s’assure en outre que la couche de getterisation 150 puisse être formée dans l’étape de traitement thermique ultérieure. De plus, après que les couches amorphes 141 et 142 sont collées, la région de collage 140 sert pleinement de couche de blocage qui bloque une diffusion thermique d’impuretés issues de la tranche 110, qui est utilisée pour un substrat de support, vers la couche active 125 et améliore en outre la capacité de getterisation en raison de l’état amorphe. Les épaisseurs des couches amorphes 141 et 142 peuvent être ajustées en régulant la tension d’accélération des ions.
[0060] De surcroît, pour assurer plus avant l’effet susmentionné selon l’épaisseur de chacune des couches amorphes 141 et 142, le traitement d’activation est de préférence mené pour que l’épaisseur de chacune des couches amorphes 141 et 142 atteigne 10 nm ou plus.
[0061] Etape de traitement thermique [0062] Après l’étape de collage selon le procédé de collage sous vide à température normale et avant l’étape d’amincissement, le présent mode de réalisation inclut l’étape de traitement thermique consistant à mener un traitement thermique pour former ainsi une dislocation dans la région de collage 140, dans laquelle la tranche 110, qui est utilisée pour un substrat de support, et la tranche 120, qui est utilisée pour la couche active 125, sont collées. En raison du traitement thermique, la région de collage 140 subit une récupération de cristaux depuis l’état amorphe et forme une dislocation et est donc convertie en la couche de getterisation 150. Il faut noter que, une fois qu’une dislocation est formée, la dislocation dans la couche de getterisation 150 reste régulière lorsqu’un autre traitement thermique est mené. La dislocation formée agit comme un site de getterisation dans la tranche collée de silicium 100. En conséquence, la tranche collée de silicium 100 a la capacité de getterisation de piéger des impuretés métalliques ou similaires et maintient également la capacité de getterisation après que la tranche collée de silicium 100 est produite et même après que la tranche collée de silicium 100 subit un autre traitement thermique dans le processus de formation de dispositif ou similaire.
[0063] La dislocation formée selon le présent mode de réalisation est décrite plus en détail. La dislocation dans la couche de getterisation 150 est formée dans la région de collage 140 incluant l’interface de collage dans laquelle la tranche 110, qui est utilisée pour un substrat de support, et la tranche 120, qui est utilisée pour la couche active 125, sont collées. La dislocation s’étend transversalement à travers l’interface de collage. De plus, la dislocation ainsi formée est dérivée de l’état amorphe généré selon le procédé de collage sous vide à température normale, et la dislocation a une longueur de 1 nm ou plus et de 30 nm ou moins. La densité de la dislocation formée varie selon les conditions du traitement d’activation menées dans l’étape de collage et les conditions de traitement thermique menées dans la présente étape. Dans la couche de getterisation 150, l’état amorphe est recristallisé en un monocristal.
[0064] Dans le même temps, le présent inventeur a mené des expériences et a confirmé que, pour laisser la région de collage 140 subir une récupération de cristaux et également former la dislocation pour générer la couche de getterisation 150, une température de traitement thermique est un indice spécialement important indiquant l’une des conditions du traitement thermique. Lorsque la température de traitement thermique est trop basse, la récupération de cristaux ne démarre pas dans la région de collage 140, et la région de collage 140 reste amorphe. Par ailleurs, lorsque la température de traitement thermique est trop élevée, la récupération de cristaux de la région de collage 140 progresse rapidement, et cela empêche une formation de la dislocation dans la région de collage 140, qui subit une récupération de cristaux. Supposons que le traitement thermique est mené dans une condition de température appropriée qui occasionne une recristallisation et empêche par contre une recristallisation rapide. Dans ce cas, la recristallisation progresse en partie dans la région amorphe, et la région amorphe restante sert de point de départ de formation de la dislocation. Pour assurer plus avant une formation d’une telle dislocation, la température de traitement thermique dans l’étape de traitement thermique est de préférence de 710 °C ou plus et de 850 °C ou moins.
[0065] Pour assurer plus avant la récupération de cristaux susmentionnée et la formation de dislocation, une durée de traitement thermique dans l’étape de traitement thermique est de préférence de 30 minutes ou plus et de 2 heures ou moins. De plus, une atmosphère de traitement thermique dans l’étape de traitement thermique est de préférence au moins l’une choisie dans le groupe consistant en l’argon, l’hydrogène, l’azote, et l’oxygène.
[0066] Le traitement thermique dans la présente étape peut employer un appareil de chauffage d’utilisation générale. Par exemple, un appareil de traitement thermique, tel qu’un appareil de recuit thermique rapide (RTR) et un appareil d’oxydation thermique rapide (OTR), qui réalise un chauffage et un refroidissement rapides, et un appareil de traitement thermique discontinue (incluant un appareil de traitement thermique vertical et un appareil de traitement thermique horizontal) peuvent être utilisés pour mener le traitement thermique de récupération. En variante, un traitement de recuit par microondes utilisant un appareil de recuit par micro-ondes disponible dans le commerce peut être mené pour le traitement thermique. Lorsque le traitement de recuit par microondes est mené, une onde électromagnétique d’une fréquence de 300 MHz ou plus et de 3 THz ou moins peut être émise en direction de la tranche collée de silicium.
[0067] Etape d’amincissement [0068] Dans le présent mode de réalisation, l’étape d’amincissement est réalisée après l’étape de collage selon le procédé de collage sous vide à température normale et plus encore après l’étape de traitement thermique. Dans la présente étape, la tranche 120, qui est utilisée pour la couche active 125, est amincie, et la tranche 120 amincie est convertie en la couche active 125 (se référer à (F) sur [fig.l]). De préférence, des procédés bien connus de polissage plan et de polissage de qualité mirroir peuvent être utilisés pour amincir la tranche 120, qui est utilisée pour la couche active 125. On peut également utiliser d’autres technologies pour l’amincissement, telles qu’un procédé bien connu de coupe astucieuse.
[0069] Dans la tranche collée de silicium 100 ainsi fabriquée, la région de collage amorphe 140 entre la tranche 110, qui est utilisée pour un substrat de support, et la tranche 120, qui est utilisée pour la couche active 125, est recristallisée après récupération de cristaux, et en outre, la couche de getterisation 150 est formée en conformité avec la formation de la dislocation. En conséquence, même lorsque la tranche collée de silicium 100 est soumise à un autre traitement thermique dans le processus de formation de dispositif ou similaire, la capacité de getterisation est préservée quelles que soient les conditions de l’autre traitement thermique.
[0070] De surcroît, dans la description ci-dessus du mode de réalisation 1, l’étape de traitement thermique est réalisée entre l’étape de collage et l’étape d’amincissement. Bien qu’elle puisse être réalisée entre l’étape de collage et l’étape d’amincissement, l’étape de traitement thermique peut également être réalisée à un autre instant, tel qu’après l’étape de collage et l’étape d’amincissement, ce qui permet la formation de la dislocation. Cela s’applique également au mode de réalisation 2, qui est décrit plus tard. Toutefois, à la lumière de l’influence de la contamination par impureté pendant l’amincissement, l’étape de traitement thermique est de préférence réalisée entre l’étape de collage et l’étape d’amincissement.
[0071] Comme déjà décrit quant à l’étape de collage, la région de collage 140, qui est formée selon le procédé de collage sous vide à température normale, sert à empêcher la diffusion d’oxygène depuis la tranche 110, qui est utilisée pour un substrat de support, à la tranche 120, qui est utilisée pour la couche active 125. Du point de vue de préserver la concentration en oxygène dans la couche active 125 à une valeur basse, la tranche 110, qui est utilisée pour un substrat de support, est de préférence une tranche de silicium monocristallin incluant une région pauvre en oxygène ayant une concentration en oxygène de 3 x 1017 atomes/cm3 ou moins (basée sur une mesure selon la norme ASTM F121-1979, la mesure s’appliquant aussi à toute concentration en oxygène décrite ci-après), et la région pauvre en oxygène est de manière davantage préférée située dans une portion superficielle de la surface à coller 110A de la tranche 110, qui est utilisée pour un substrat de support. De façon similaire, la tranche 120, qui est utilisée pour la couche active 125, est de préférence une tranche de silicium monocristallin incluant une région pauvre en oxygène ayant une concentration en oxygène de 3 x 1017 atomes/cm3 ou moins, et la région pauvre en oxygène est de manière davantage préférée située dans une portion superficielle de la surface à coller 120A de la tranche 120, qui est utilisée pour la couche active 125.
[0072] Puisque la portion superficielle dans la surface à coller 120A de la tranche 120, qui est utilisée pour la couche active 125, doit former la couche active 125 dans la tranche collée de silicium 100, la région pauvre en oxygène, en tant que portion superficielle, ayant une concentration en oxygène de 3 x 1017 atomes/cm3 ou moins, fournit la couche active 125 ayant une faible concentration en oxygène. De surcroît, puisque le procédé de collage sous vide à température normale est utilisé pour le collage, pendant le collage, on empêche pleinement l’oxygène de diffuser vers la portion superficielle depuis une portion de la tranche 120, qui est utilisée pour la couche active 125, autre que sa portion superficielle ou provenant de la tranche 110, qui est utilisée pour un substrat de support.
[0073] De plus, la région pauvre en oxygène ayant une concentration en oxygène de 3 x 1017 atomes/cm3 ou moins qui est située dans la portion superficielle dans la surface à coller 110A de la tranche 110, qui est utilisée pour un substrat de support, empêche la diffusion d’oxygène depuis le substrat de support dans le processus de fabrication de dispositif ou similaire. Cela aide aussi à maintenir la couche active 125 à une faible concentration en oxygène. De surcroît, puisque le procédé de collage sous vide à température normale est utilisé pour le collage, la région pauvre en oxygène maintient la faible concentration en oxygène même après le collage.
[0074] Mode de réalisation 2 [0075] Par la suite, en référence à [fig.3], on donne une description d’un mode de réalisation 2 de la présente divulgation. En principe, les mêmes composants que le mode de réalisation 1 sont désignés par les mêmes références numériques, et leur description est omise. Ci-après, en principe, les mêmes composants sont désignés de façon similaire par les mêmes références numériques, et leur description est omise. Dans le mode de réalisation 1 décrit ci-dessus, une tranche collée de silicium en volume est employée en tant que tranche utilisée pour la couche active. Toutefois, le mode de réalisation 2 emploie, en tant que tranche utilisée pour la couche active, une tranche de silicium épitaxiale incluant une tranche de silicium et une couche épitaxiale de silicium formée sur la tranche de silicium.
[0076] A savoir, comme illustré par (A) sur [fig.3], le mode de réalisation 2 emploie, comme tranche 120, qui est utilisée pour la couche active 125, une tranche de silicium épitaxiale incluant une tranche de silicium 121 et une couche épitaxiale de silicium 122, qui est formée sur la tranche de silicium 121. La couche épitaxiale de silicium 122 comporte une surface 122A, qui est utilisée comme surface à coller 120A de la tranche 120, qui est utilisée pour la couche active 125. Mis à part ce qui précède, on réalise les mêmes étapes que dans le mode de réalisation 1 pour produire une tranche collée de silicium 200, dans laquelle la couche active 125 est configurée par la couche épitaxiale de silicium 122. De façon générale, la concentration en oxygène dans la couche épitaxiale de silicium 122 est approximativement de deux ordres de grandeur inférieurs à la concentration en oxygène dans la tranche de silicium en volume 121 en tant que substrat de la couche épitaxiale de silicium 122. Cela permet la formation d’une couche épitaxiale ayant une concentration en oxygène de 3 x 1016 atomes/cm3 ou moins, à savoir, non supérieure à une limite de détection. Selon le présent mode de réalisation, la couche épitaxiale de silicium 122 est utilisée pour la couche active 125 de la tranche collée de silicium 200.
[0077] Dans l’étape d’amincissement du mode de réalisation 2, la tranche 120, qui est utilisée pour la couche active 125, est de préférence amincie depuis une autre surface de celle-ci opposée à la couche épitaxiale de silicium 122. Ainsi, la tranche de silicium 121 est de préférence éliminée par meulage. Dans ce cas, en plus de l’élimination par meulage de la tranche de silicium 121, une portion de la couche épitaxiale de silicium 122 est de préférence éliminée par meulage. La raison en est que, bien que des impuretés puissent être diffusées de la tranche de silicium 121 vers la portion de la couche épitaxiale de silicium 122 qui est située sur le côté de la tranche de silicium 121 pendant une croissance épitaxiale, l’influence de la diffusion d’impureté est réduite par l’élimination.
[0078] Tranche de silicium épitaxiale [0079] Lorsqu’une tranche de silicium épitaxiale est employée comme tranche 120, qui est utilisée pour la couche active 125, l’épaisseur de la couche épitaxiale peut être déterminée comme approprié pour traduire une épaisseur souhaitée de la couche active 125 et est de préférence déterminée pour être plus grande que l’épaisseur souhaitée de la couche active 125. En détail, bien qu’une portion de la couche épitaxiale qui a une épaisseur prédéterminée depuis une interface avec la tranche de silicium puisse être influencée par la diffusion d’oxygène issue de la tranche de silicium pendant un processus de formation de la couche épitaxiale, l’élimination de cette portion dans l’étape d’amincissement permet à la couche épitaxiale, qui doit former la couche active 125, d’avoir une faible concentration en oxygène.
[0080] La couche épitaxiale peut être formée selon des conditions couramment utilisées. Par exemple, on peut utiliser un procédé de dépôt chimique en phase vapeur (CVD pour « Chemical Vapor Deposition ») pour la croissance épitaxiale de la couche épitaxiale de silicium. Un gaz source, tel que le dichlorosilane (SiH2Cl2) et le trichlorosilane (SiHCl3), peut être introduit dans une chambre par l’utilisation d’hydrogène (H) en tant que gaz vecteur. Bien qu’une température de croissance varie en conformité avec un gaz source utilisé, une température dans la plage d’approximativement 1 000 à 1 200 °C peut être utilisée.
[0081] Dans la suite, on donne une description plus détaillée de modes concrets de diverses tranches de silicium qui peuvent être employées dans les modes de réalisation 1 et 2 décrits ci-dessus.
[0082] Des exemples d’une tranche de silicium monocristallin en volume qui peut être employée comme tranche 110, qui est utilisée pour un substrat de support, et la tranche 120, qui est utilisée pour la couche active 125, peuvent inclure une tranche de silicium EZ, une tranche de silicium CZ, et une tranche de recuit. Une tranche de silicium CZ a de préférence une portion superficielle ayant une faible concentration en oxygène.
[0083] Tranche de silicium EZ [0084] Une tranche de silicium EZ se réfère à une tranche tranchée avec, par exemple, un filscie provenant d’un lingot de silicium monocristallin mis à croître selon une méthode de la zone flottante (EZ). Puisque le processus de production n’inclut pas de source d’apport en oxygène, une tranche résultante a une concentration en oxygène de 3 x 1016 atomes/cm3 ou moins, c’est-à-dire, de pas plus que la limite de détection, sur la direction de l’épaisseur entière. En conséquence, une tranche de silicium EZ est de préférence employée en tant que tranche 110, qui est utilisée pour un substrat de support, et la tranche 120, qui est utilisée pour la couche active 125, dans la présente divulgation.
[0085] Tranche de silicium CZ [0086] Une tranche de silicium CZ se réfère à une tranche tranchée avec, par exemple, un fil-scie issu d’un lingot de silicium monocristallin mis à croître selon un procédé de Czochralski (CZ). Une tranche de silicium résultante a une concentration en oxygène allant de 1 x 1017 atomes/cm3 à 18 x 1017 atomes/cm3 (norme ASTM F121-1979). Dans la présente divulgation, une tranche de silicium CZ ayant une concentration en oxygène de 3 x 1017 atomes/cm3 ou moins sur la direction de l’épaisseur entière qui est produite selon, par exemple, un procédé de Czochralski à champ magnétique appliqué (MCZ pour « Magnetic Field applied Czochralski ») est de manière davantage préférée employé en tant que tranche 110, qui est utilisée pour un substrat de support, et la tranche 120, qui est utilisée pour la couche active 125.
[0087] Tranche de recuit [0088] On obtient une tranche de recuit par traitement thermique d’une tranche de silicium dans une atmosphère non oxydante ou une atmosphère réductrice pour entraîner une diffusion d’oxygène vers l’extérieur et réduire la concentration en oxygène dans une portion superficielle de la tranche de silicium. Puisqu’une tranche de recuit est de préférence employée en tant que tranche 110, qui est utilisée pour un substrat de support, et la tranche 120, qui est utilisée pour la couche active 125.
[0089] En tant que tranche 110, qui est utilisée pour un substrat de support, et la tranche 120, qui est utilisée pour la couche active 125, dans la présente divulgation, on peut employer divers types de tranches décrites ci-dessus en toutes combinaisons. Eorsqu’une tranche de silicium épitaxiale est employée comme tranche 120, qui est utilisée pour la couche active 125, l’une quelconque de divers types de tranches décrites ci-dessus est de préférence employée en tant que tranche de silicium en volume 121 en tant que substrat de base.
[0090] De surcroît, on peut ajouter toute impureté aux tranches pour réaliser des tranches de type n ou de type p. Ees résistivités peuvent être régulées en ajustant des concentrations en les impuretés.
[0091 ] Tranche de silicium n’incluant pas d’amas de dislocation et de COP [0092] Dans le même temps, il est connu que diverses régions cristallines, telles que des amas de dislocation attribués à du silicium interstitiel, les défauts d’agrégat de vide (tels que des particules issues des cristaux : COP pour « Crystal Originated Particles ») attribués à des vides, et des régions dépourvues de défaut dans lesquelles des amas de dislocation et des COP ne sont pas présents, sont formées pendant la production d’un lingot de silicium monocristallin en tant que matériau d’une tranche de silicium selon le procédé CZ. Cela s’explique par des différences de distribution de défauts formés dans un monocristal selon le passé thermique du lingot monocristallin en croissance. Dans le présent mode de réalisation, les tranches de silicium n’incluent pas d’amas de dislocation et les défauts d’agrégat de vide (tels que les COP) sont de préférence employés en tant que tranche 110, qui est utilisée pour un substrat de support, et la tranche 120, qui est utilisée pour la couche active 125. Notamment, une tranche de silicium qui n’inclut pas d’amas de dislocation et des COP est de manière davantage préférée employée comme tranche 120, qui est utilisée pour la couche active 125 et qui est en fait destinée à former la couche active 125 après Γamincissement. La configuration ci-dessus fournit la couche active 125, qui n’inclut pas d’amas de dislocation et des COP, et empêche l’apparition d’un courant d’obscurité dans une région de formation de photodiode (région de charge d’espace).
[0093] Ici, une « tranche de silicium qui n’inclut pas de COP » se réfère à une tranche de silicium dans laquelle aucune COP n’est détectée selon l’observation et l’évaluation décrites ci-dessous. A savoir, une tranche de silicium découpée à partir d’un lingot de silicium monocristallin mis à croître selon le procédé CZ est tout d’abord soumise à un nettoyage SC-1 (nettoyage utilisant une solution mixte dans laquelle de l’eau ammoniacale, de l’eau oxygénée, et de l’eau ultra-pure sont mélangées dans le rapport 1:1:15), suivi par observation et évaluation d’une surface de la tranche de silicium nettoyée par Γutilisation d’un Surfscan SP-2 fabriqué par KLA-Tenchor Corporation en tant qu’appareil de détection de défaut de surface pour identifier des défauts de points lumineux (LPD pour « Light Point Defects ») supposés sous forme de piqûres de surface. Dès lors, on utilise un mode oblique (mode d’incidence oblique) comme mode d’observation, et l’estimation des piqûres de surface est basée sur un rapport de détection de canaux large et étroit. Ainsi, les LPD identifiés sont alors évalués à l’aide d’un microscope à force atomique (AFM pour « Atomic Force Microscope ») selon s’il s’agit de COP ou non. Une tranche de silicium qui s’avère ne pas présenter de COP par les observation et évaluation ci-dessus est définie comme une « tranche de silicium qui n’inclut pas de COP ».
[0094] Par ailleurs, des amas de dislocation sont des défauts (boucles de dislocation) de grande taille (approximativement 10 pm) formés comme un agrégat de silicium interstitiel en excès. La présence d’amas de dislocation peut être facilement confirmée visuellement en appliquant un traitement de gravure, tel qu’un traitement secco, ou en le révélant par décoration au Cu.
[0095] Pour conférer une capacité de getterisation plus élevée aux tranches collées de silicium 100 et 200, une technique connue de formation de site de getterisation, telle qu’un procédé d’implantation ionique, un procédé d’émission laser perméable, et un procédé de formation de précipitation d’oxygène peuvent être appliqués à la tranche 110, qui est utilisée pour un substrat de support, avant l’étape de collage.
[0096] Tranche collée de silicium [0097] La tranche collée de silicium 100 selon l’un des modes de réalisation de la divulgation peut être fabriquée selon le mode de réalisation 1 décrit ci-dessus. A savoir, comme l’illustre (E) sur [fig.l], la tranche collée de silicium 100 inclut la tranche 110, qui est utilisée pour un substrat de support et constituée de silicium monocristallin, et la couche active 125, qui est constituée de silicium monocristallin et collée avec la tranche 110. La tranche collée de silicium 100 inclut en outre, dans la région incluant l’interface de liaison dans laquelle la tranche 110, qui est utilisée pour un substrat de support, et la tranche 120, qui est utilisée pour la couche active 125, sont collées, la couche de getterisation 150, qui inclut la dislocation s’étendant transversalement à travers l’interface de collage. La dislocation a une longueur de 1 nm ou plus et de 30 nm ou moins. En conséquence, même après avoir subi un autre traitement thermique dans le processus de formation de dispositif ou similaire, la tranche collée de silicium 100 conserve la capacité de getterisation.
[0098] Comme illustré par (F) sur [fig.3], la tranche collée de silicium 200 inclut de préférence la couche active 125, qui est configurée par une couche épitaxiale de silicium. La tranche collée de silicium 200 peut être fabriquée selon le mode de réalisation 2 décrit ci-dessus.
[0099] Exemple 1 [0100] Selon la procédure illustrée sur [fig.3], on a produit une tranche collée de silicium selon l’exemple 1. Tout d’abord, on a préparé comme tranche utilisée pour un substrat de support, une tranche de silicium CZ de type n avec un diamètre de 200 mm et une épaisseur de 725 pm (et avec une concentration en oxygène de 0,5 x 1018 atomes/cm3, du phosphore comme dopant, une concentration en dopant de 4,4 x 1014 atomes/cm3, et une résistivité cible de : 10 Ω-cm). De plus, en tant que tranche utilisée pour une couche active, on a préparé une tranche de silicium épitaxiale incluant une tranche de silicium CZ de type n et une couche épitaxiale de silicium mise à croître sur la tranche de silicium CZ de type n. La tranche de silicium CZ de type n incluse dans la tranche de silicium épitaxiale avait un diamètre de 200 mm et une épaisseur de 725 pm (avec une concentration en oxygène de 0,7 x 1018 atomes/cm3, du phosphore en tant que dopant, une concentration en dopant de 1,4 x 1014 atomes/cm3, et une résistivité cible de 30 Ω-cm). La couche épitaxiale de silicium avait une épaisseur de 8 pm (avec du phosphore comme dopant, une concentration en dopant de 4,4 x 1014 atomes/cm3, et une résistivité cible de 10 Ω-cm).
[0101] Ultérieurement, on a collé la tranche utilisée pour un substrat de support et la tranche utilisée pour une couche active selon le procédé de collage sous vide à température normale. En détail, on introduit la tranche utilisée pour un substrat de support et la tranche utilisée pour une couche active dans l’appareil de collage sous vide à tem pérature normale illustré sur [fig.2]. Après réglage d’une température de chambre à 25 °C et réglage d’une pression de chambre à moins de 1,0 x 10-5 Pa, le traitement d’activation par irradiation avec des ions Ar sur des portions superficielles des tranches, dont une surface de la couche épitaxiale, a été mené dans les conditions d’une tension d’accélération de 600 eV, une fréquence de 150 Hz, et une largeur d’impulsion de 50 x 10-6 seconde. Ainsi, on a formé des couches amorphes ayant chacune une épaisseur de 5 nm sur les deux surfaces. Ultérieurement, on a collé la tranche utilisée pour un substrat de support et la tranche utilisée pour une couche active via les couches amorphes formées sur les deux surfaces.
[0102] Après le collage selon le procédé de collage à température normale, on a mené un traitement thermique à une température de traitement thermique de 710 °C pendant une durée de traitement thermique de 1 heure sous une atmosphère d’azote par l’utilisation d’un appareil à four horizontal fabriqué par ULVAC.
[0103] Enfin, on a mené un traitement de meulage et un traitement de polissage depuis une autre surface de la tranche utilisée pour une couche active qui est opposée à la couche épitaxiale de silicium. Ainsi, on a éliminé la tranche de silicium et une portion de la couche épitaxiale dans la direction de l’épaisseur de la tranche utilisée pour une couche active. En amincissant la couche épitaxiale pour laisser 4 pm de la couche épitaxiale en tant que couche active, on a fabriqué la tranche collée de silicium selon l’exemple 1.
[0104] Exemple 2 [0105] On a fabriqué une tranche collée de silicium selon l’exemple 2 de la même manière que dans l’exemple 1 sauf que l’on a changé la température de traitement thermique de 710 °C à 750 °C.
[0106] Exemple 3 [0107] On a fabriqué une tranche collée de silicium selon l’exemple 3 de la même manière que dans l’exemple 1 sauf que l’on a changé la température de traitement thermique de 710 °C à 850 °C.
[0108] Exemple comparatif 1 [0109] On a fabriqué une tranche collée de silicium selon l’exemple comparatif 1 de la même manière que dans l’exemple 1 sauf que l’on a changé la température de traitement thermique de 710 °C à 700 °C.
[0110] Exemple comparatif 2 [0111] On a fabriqué une tranche collée de silicium selon l’exemple comparatif 2 de la même manière que dans l’exemple 1 sauf que l’on a changé la température de traitement thermique de 710 °C à 900 °C.
[0112] Exemple classique 1 [0113] De manière similaire à la tranche utilisée pour un substrat de support selon l’exemple 1, on a préparé une tranche de silicium CZ de type n avec un diamètre de
200 mm et une épaisseur de 725 μιη (et avec une concentration en oxygène de 0,5 x 10 18 atomes/cm3, du phosphore comme dopant, une concentration en dopant de 4,4 x 1014 atomes/cm3, et une résistivité cible de 10 Ω-cm). Ultérieurement, en tant que couche active, on a formé une couche épitaxiale de silicium avec une épaisseur de 4 μιη (et avec du phosphore comme dopant, une concentration en dopant de 4,4 x 1014 atomes/cm3, et une résistivité cible de 10 Ω-cm). Ainsi, on a fabriqué une tranche de silicium épitaxiale selon l’exemple classique 1.
[0114] Observation de dislocation [0115] Pour des échantillons des exemples 1 à 3, des exemples comparatifs 1 et 2, et de l’exemple classique 1, on a obtenu des clichés par MET en coupe dans les régions de collage, ci-dessous montre des résultats d’observation. De plus, en tant qu’exemples représentatifs, [Fig. 4A], [Fig. 4B], [Fig. 4C], [Fig. 5B], et [Fig. 5C] représentent respectivement des clichés par MET en coupe des exemple comparatif 1, exemple 1, exemple 2, exemple 3, et exemple comparatif 2. Pour comparaison des régions de collage, le cliché MET en coupe de l’exemple comparatif 1 est reproduit sur [Fig. 5A]. Tout d’abord, il a été confirmé à partir de [Fig. 4A] que la région de collage reste dans l’état amorphe lorsque la température de traitement thermique est basse. De façon similaire à [Fig. 4A], la région de collage dans l’exemple classique 1 a été confirmée comme amorphe. De plus, comme l’illustre [Fig. 4B], [Fig. 4C], et [Fig. 5B], il a été confirmé dans les exemples 1 à 3 que des dislocations sont formées dans les régions de collage amorphes et que les régions de collage subissent une récupération de cristaux. Les dislocations observées sur les [Fig. 4B], [Fig. 4C], et [Fig. 5B] avaient des longueurs dans la plage de 1 nm à 10 nm. De plus, il a été confirmé à partir de [Fig. 5C] que la région de collage subit une récupération de cristaux sans former de dislocation lorsque la température de traitement thermique est élevée.
[0116] Evaluation de capacité de getterisation [0117] On a intentionnellement contaminé une surface de la couche active de chaque échantillon selon les exemples 1 à 3, les exemples comparatifs 1 et 2, et l’exemple classique 1 avec un liquide contaminé par Ni (1 x 1013 atomes/cm2) selon un procédé de dépôt à la toumette, et ultérieurement, on l’a soumis à un traitement thermique à 900 °C pendant 30 minutes sous une atmosphère d’azote. Après cela, on a immergé chaque échantillon dans une solution de Wright pendant 3 minutes, puis, on a observé la surface de la couche active à l’aide d’un microscope optique pour examiner la présence de piqûres (piqûres de surface attribuées au siliciure de nickel : piqûres de Ni) que l’on retrouve dans la surface de la couche active, ci-dessous montre les résultats d’observation. De plus, en tant qu’exemple représentatif, [Fig. 6] représente des clichés au microscope des exemples 1 à 3 et de l’exemple classique 1.
[0118] et [Fig. 6] indiquent que le siliciure de Ni n’était observé dans aucun des exemples 1 à 3 et de l’exemple comparatif 1. Il a donc été confirmé qu’une capacité de getterisation pour le Ni était conférée. Par ailleurs, on a observé du siliciure de Ni dans l’exemple comparatif 2 et dans l’exemple classique 1, et cela démontre qu’une capacité de getterisation pour le Ni n’était pas conférée.
[0119] [Tableaux 1]
Exemple classique 1 Exemple comparatif 1 Exemple 1 Exemple 2 Exemple 3 Exemple comparatif 2
Procédé de formation de couche active Croissanc e épitaxiale Collage sous vide à température normale
Condition de traitement thermique - 700 °C 710 °C 750 °C 850 °C 900 °C
Résultat d’observation par MET Dislocatio n absente Amorphe Dislocatio n présente Dislocatio n présente Dislocatio n présente Dislocation absente
Evaluation de capacité de getterisation Piqûres présentes Piqûres absentes Piqûres absentes Piqûres absentes Piqûres absentes Piqûres présentes
[0120] Evaluation de référence : analyse de la concentration en oxygène [0121] Pour chacun de l’exemple 1 et de l’exemple classique 1 en tant qu’exemples représentatifs, on a mesuré une distribution de concentration en oxygène de la couche active dans la direction de l’épaisseur selon un procédé de spectrométrie de masse des ions secondaires (SIMS pour « Secondary Ion Mass Spectrometry »). Les résultats sont montrés dans un graphique de la [fig.7]. On peut voir que l’oxygène se sépare au voisinage de l’interface de collage dans l’exemple 1. Cela signifie que la dislocation formée empêche la diffusion d’oxygène vers la couche active (couche épitaxiale). Par ailleurs, il a été confirmé que l’oxygène se diffuse du substrat à la couche épitaxiale dans l’exemple classique 1. Combiné à l’évaluation de capacité de getterisation, les résultats ci-dessus suggèrent que la région de collage amorphe générée par suite d’un collage sous vide à température normale ou la dislocation formée au moment de la récupération de cristaux sert de puits de getterisation.
[0122] D’après les résultats ci-dessus, on a confirmé que chacun des exemples 1 à 3 maintient la capacité de getterisation même après avoir subi le traitement thermique, qui pourrait être mené dans le processus de formation de dispositif. Bien que l’exemple comparatif 1 puisse préserver la capacité de getterisation selon les conditions du traitement thermique mené dans le processus de formation de dispositif, cela n’est pas garanti. Puisque dans l’exemple comparatif 2, la région de collage amorphe subit une pleine récupération de cristaux et n’affiche pas de dislocation, l’exemple comparatif 2 n’a pas de capacité de getterisation.
[0123] Expérience de référence [0124] Exemple comparatif 3 [0125] On a fabriqué une tranche collée de silicium selon l’exemple comparatif 3 de la même manière que dans l’exemple comparatif 1 sauf que l’on a changé la durée du traitement thermique de 1 heure à 5 minutes. De façon similaire à l’exemple comparatif 1, on a obtenu un cliché par MET en coupe dans la région de collage pour un échantillon de l’exemple comparatif 3. D’après le cliché par MET en coupe, on a confirmé une région amorphe similaire à celle de [fig.4A]. D’après ce qui précède, on interprète une condition de température du traitement thermique comme un indice important pour cristalliser un matériau amorphe.
[0126] Applicabilité industrielle [0127] La présente divulgation propose un procédé de production d’une tranche collée de silicium et une tranche collée de silicium permettant tous deux la préservation de la capacité de getterisation après que la tranche collée de silicium est produite et même après que la tranche collée de silicium subit un autre traitement thermique dans le processus de formation de dispositif ou similaire.
[0128] Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d’autres modes et d’autres formes de réalisation, sans pour autant sortir du cadre de l’invention.

Claims (1)

  1. Revendications [Revendication 1] Tranche collée de silicium (100) dans laquelle une tranche utilisée pour un substrat de support et constituée de silicium monocristallin et une tranche active (125) constituée de silicium monocristallin sont collées, la tranche collée de silicium (100) comprenant : une couche de getterisation (150) disposée dans une région incluant une interface de collage dans laquelle la tranche (110) utilisée pour le substrat de support et la couche active (125) sont collées, la couche de getterisation (150) incluant une dislocation s’étendant transversalement à travers l’interface de collage, dans laquelle la dislocation a une longueur de 1 nm ou plus et de 30 nm ou moins. [Revendication 2] Tranche collée de silicium (100) selon la revendication 1, dans laquelle la tranche (110) utilisée pour le substrat de support et la couche active (125) sont obtenues à partir de tranches de silicium FZ. [Revendication 3] Tranche collée de silicium (100) selon la revendication 1, dans laquelle la tranche (110) utilisée pour le substrat de support et la couche active (125) sont obtenues à partir de tranches de recuit. [Revendication 4] Tranche collée de silicium (100) selon la revendication 1, dans laquelle la tranche (110) utilisée pour le substrat de support et la couche active (125) sont obtenues à partir de tranches de silicium n’incluant pas d’amas de dislocation ni de COP. [Revendication 5] Tranche collée de silicium (100) selon la revendication 1, dans laquelle la couche active (125) est obtenue à partir d’une couche épitaxiale d’une tranche de silicium épitaxiale.
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