FR3133703A1 - Procédé de fabrication d'une structure et procédé de fabrication d'un condensateur - Google Patents
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Abstract
D'une façon générale, conformément à un mode de réalisation, il est mis à disposition un procédé de fabrication d'une structure. Le procédé comprend la formation d'un évidement dans un substrat semi-conducteur ; l'oxydation d'au moins une surface intérieure de fond de l'évidement ; et la fourniture d'un liquide capable de dissoudre un oxyde d'un matériau de substrat semi-conducteur au moins à la surface intérieure de fond de l'évidement. Fig 2
Description
Des modes de réalisation de la présente invention concernent un procédé de fabrication d'une structure et un procédé de fabrication d'un condensateur.
La gravure est connue en tant que procédé pour former un trou ou une rainure dans une galette de semi-conducteur. En tant que gravure, on connaît le procédé MacEtch (gravure chimique assistée par un métal). Le procédé MacEtch est un procédé de gravure d'un substrat semi-conducteur utilisant par exemple un métal noble en tant que catalyseur. Dans le cas où une tranchée ayant un rapport d'aspect élevé est formé dans une galette de Si par le procédé MacEtch, du Si sous une forme allongée aciculaire reste sur la surface de fond de la tranchée. Ce Si aciculaire peut provoquer des fissures au moment de la formation d'une couche diélectrique, d'une couche isolante, d'une électrode, ou analogue, sur la tranchée lors de la fabrication d'un condensateur. Par exemple, s'il se produit une fissure dans la couche diélectrique, une défaillance due à une fuite survient. De plus, il y a comme problème que le Si de forme aciculaire provoque une diminution des caractéristiques de tension de tenue du fait de la concentration de champ électrique au niveau d'une portion de coin dans le condensateur.
En général, conformément à un mode de réalisation, il est mis à disposition un procédé de fabrication d'une structure, le procédé comprenant :
la formation d'un évidement dans un substrat semi-conducteur ;
l'oxydation d'au moins une surface intérieure de fond de l'évidement ; et
la fourniture d'un liquide capable de dissoudre un oxyde d'un matériau de substrat semi-conducteur au moins à la surface intérieure de fond de l'évidement.
la formation d'un évidement dans un substrat semi-conducteur ;
l'oxydation d'au moins une surface intérieure de fond de l'évidement ; et
la fourniture d'un liquide capable de dissoudre un oxyde d'un matériau de substrat semi-conducteur au moins à la surface intérieure de fond de l'évidement.
En outre, conformément à un mode de réalisation, il est mis à disposition un procédé de fabrication d'une structure, le procédé comprenant :
la formation d'un évidement dans un substrat semi-conducteur ;
la fourniture d'un oxyde contenant des impuretés au moins à une surface intérieure de fond de l'évidement ;
le chauffage du substrat semi-conducteur en présence d'oxygène gazeux ; et
la fourniture d'un liquide capable de dissoudre un oxyde d'un matériau de substrat semi-conducteur au moins à la surface intérieure de fond de l'évidement.
la formation d'un évidement dans un substrat semi-conducteur ;
la fourniture d'un oxyde contenant des impuretés au moins à une surface intérieure de fond de l'évidement ;
le chauffage du substrat semi-conducteur en présence d'oxygène gazeux ; et
la fourniture d'un liquide capable de dissoudre un oxyde d'un matériau de substrat semi-conducteur au moins à la surface intérieure de fond de l'évidement.
Conformément à un autre mode de réalisation, il est mis à disposition un procédé de fabrication d'un condensateur, le procédé comprenant : la fabrication d'une structure comprenant un substrat semi-conducteur comprenant un évidement par le procédé de l'un quelconque des modes de réalisation ; et la formation d'une couche conductrice ou d'une couche diélectrique dans l'évidement du substrat semi-conducteur.
Des modes de réalisation vont être décrits ci-après en détail en référence aux dessins. On note que des composants qui présentent des fonctions identiques ou similaires sont désignés par les mêmes numéros de référence sur tous les dessins, et une description redondante sera omise.
Le semi-conducteur est choisi par exemple parmi le silicium (Si) ; le germanium (Ge) ; un semi-conducteur formé d'un composé d'un élément du Groupe III et d'un élément du Groupe V, tel que l'arséniure de gallium (GaAs) ou le nitrure de gallium (GaN) ; et le carbure de silicium (SiC). Conformément à un exemple, le substrat semi-conducteur comprend du silicium. On note que le terme "Groupe" utilisé ici est un "groupe" de la forme courte du Tableau Périodique.
Le substrat semi-conducteur est par exemple une galette de semi-conducteur. La galette de semi-conducteur peut être dopée avec une impureté, et/ou un élément semi-conducteur tel qu'un transistor ou une diode peut être formé sur la galette de semi-conducteur. En outre, la surface principale de la galette de semi-conducteur peut être parallèle à n'importe quel plan cristallin du semi-conducteur. Pour la galette de semi-conducteur, par exemple, on peut utiliser une galette de silicium ayant un plan (100) en tant que surface principale, ou une galette de silicium ayant un plan (110) en tant que surface principale.
Des exemples du matériau de substrat semi-conducteur comprennent un semi-conducteur choisi parmi les types de celui-ci décrits ci-dessus. Le matériau de substrat semi-conducteur est par exemple Si. Des exemples de l'oxyde du matériau de substrat semi-conducteur comprennent un oxyde d'un semi-conducteur choisi parmi les types de celui-ci décrits ci-dessus. Cet oxyde est par exemple l'oxyde de Si (SiO2).
Conformément à un premier mode de réalisation, il est mis à disposition un procédé de fabrication d'une première structure et un procédé de fabrication d'un premier condensateur. Chacun de ces procédés de fabrication comprend : la formation d'un évidement dans un substrat semi-conducteur ; et l'oxydation au moins de la surface intérieure de fond de l'évidement pour former un oxyde du matériau de substrat semi-conducteur. Chacun de ces procédés de fabrication comprend en outre la fourniture, au moins à la surface intérieure de fond de l'évidement, d'un liquide qui est capable de dissoudre un oxyde d'un matériau de substrat semi-conducteur, par mise du liquide capable de dissoudre l'oxyde du matériau de substrat semi-conducteur en contact avec au moins la surface intérieure de fond de l'évidement, ce qui élimine ainsi l'oxyde du matériau de substrat semi-conducteur.
Chaque procédé sera décrit ci-après en référence aux Figures 1 à 5. Sur chaque dessin, la direction parallèle à la direction de l'épaisseur du substrat semi-conducteur est définie comme étant la direction de l'axe z, et le plan parallèle à la surface principale du substrat semi-conducteur est défini comme étant le plan xy. On note que l'on décrira un exemple dans lequel une tranchée est formée en tant qu'évidement.
La formation d'un évidement (par exemple d'une tranchée) dans le substrat semi-conducteur est effectuée par exemple par gravure. A titre d'exemple de la gravure, on peut illustrer un traitement de gravure utilisant un catalyseur contenant un métal noble, appelé procédé MacEtch (gravure chimique assistée par un métal). La formation d'un évidement (par exemple d'une tranchée) par le procédé MacEtch sera décrit en référence à la . Le substrat semi-conducteur 1 peut être par exemple un substrat de Si (galette de silicium). Sur une surface principale du substrat semi-conducteur 1 le long du plan xy, une couche de catalyseur 11 contenant un métal noble est formée au niveau d'une portion où un évidement doit être formé, et une couche de masque 12 est formée au niveau d'une portion où aucun évidement ne doit être formé. La surface principale où la couche de catalyseur 11 et la couche de masque 12 sont formées est portée en contact avec un agent de gravure (non illustré) contenant un agent oxydant et un agent corrosif. En résultat de cela, l'agent oxydant oxyde une portion de la surface adjacente au métal noble, et l'agent corrosif dissout et élimine l'oxyde. Par conséquent, l'agent de gravure peut graver la surface du substrat semi-conducteur dans une direction perpendiculaire à la surface (par exemple la direction de l'axe z) sous l'action de la couche de catalyseur. En résultat de cela, par exemple, comme l'illustre la , un évidement 2 (par exemple une tranchée) ayant une profondeur dans la direction de l'axe z peut être formé dans le substrat semi-conducteur 1. On note que l'évidement (la tranchée) 2 s'étend le long de la direction de l'axe y. En outre, une pluralité d'évidements (tranchées) 2 peut être formée tout en étant espacés les uns des autres le long de la direction de l'axe x.
Ici, des exemples de la couche de catalyseur, de la couche de masque, et de l'agent de gravure sont les suivants.
Des exemples des matériaux de la couche de masque comprennent : des matériaux organiques tels qu'un polyimide, une résine fluorée, une résine phénolique, une résine acrylique, et une résine novolaque ; et des matériaux inorganiques tels que l'oxyde de silicium et le nitrure de silicium.
Dans la couche de catalyseur, le métal noble peut être présent, par exemple, sous la forme de particules de métal noble. Le métal noble est par exemple un ou plusieurs métaux choisis dans le groupe constitué par Au, Ag, Pt, Pd, Ru et Rh.
L'épaisseur de la couche de catalyseur est de préférence située dans la plage allant de 0,01 µm à 0,3 µm, et mieux encore dans la plage allant de 0,05 µm à 0,2 µm. Si la couche de catalyseur est trop épaisse, l'agent de gravure a des difficultés à atteindre le semi-conducteur, et donc la gravure a des difficultés à se dérouler. Si la couche de catalyseur est trop mince, le rapport de la superficie totale des particules de métal noble à la superficie devant être gravée est trop petit, et donc la gravure a des difficultés à se dérouler.
On note que l'épaisseur de la couche de catalyseur est la distance allant d'une surface principale à la surface principale opposée de la couche de catalyseur dans une image obtenue par observation de la section transversale parallèle à la direction de son épaisseur au moyen d'un microscope électronique à balayage (MEB).
La couche de catalyseur peut comprendre une portion discontinue.
La forme de la particule de métal noble est de préférence sphérique. La forme de la particule de métal noble peut être par exemple une autre forme telle qu'une forme de bâtonnet ou une forme de plaque. La particule de métal noble sert de catalyseur pour la réaction d'oxydation de la surface de semi-conducteur qui est en contact avec la particule de métal noble.
La granulométrie des particules de métal noble est située de préférence dans la plage allant de 0,001 µm à 1 µm et mieux encore dans la plage allant de 0,01 µm à 0,5 µm.
On note que la "granulométrie", telle qu'utilisée ici, est une valeur obtenue par le procédé suivant. En premier lieu, la surface principale de la couche de catalyseur est photographiée au microscope électronique à balayage. Le grossissement est situé dans la plage allant de 10 000x à 100 000x. Ensuite, la superficie de chacune des particules de métal noble est déterminée dans l'image. Etant supposé que chaque particule de métal noble soit sphérique, le diamètre de la particule de métal noble est ensuite obtenu à partir de la superficie telle que déterminée ci-dessus. Ce diamètre est défini comme étant la "granulométrie" de la particule de métal noble".
La couche de catalyseur peut être une couche de catalyseur poreuse.
La couche de catalyseur peut être formée par exemple par placage électrolytique, placage par réduction, ou placage par déplacement. L'application d'un liquide en dispersion comprenant des particules de métal noble, ou un procédé de dépôt en phase vapeur tel qu'un dépôt en phase vapeur et un dépôt par pulvérisation cathodique, peut être utilisé pour former la couche de catalyseur. Parmi ces procédés, le placage par déplacement peut déposer directement et uniformément un métal noble sur une surface formée d'un semi-conducteur.
Pour la déposition d'un métal noble par placage par déplacement, on peut par exemple utiliser une solution aqueuse contenant un sel d'acide tétrachloroaurique(III) ou une solution contenant du nitrate d'argent. Un exemple de ce traitement sera décrit ci-dessous.
La solution de placage par déplacement est par exemple une solution mixte d'une solution aqueuse de tétrachloroaurate(III) d'hydrogène et d'acide fluorhydrique. L'acide fluorhydrique a pour action d'éliminer le film d'oxyde natif sur la surface formée d'un semi-conducteur.
Dans le cas où le substrat semi-conducteur est immergé dans la solution de placage par déplacement, le film d'oxyde natif sur la surface du substrat semi-conducteur est éliminé, et un métal noble, de l'or dans ce cas, est déposé sur la surface du substrat semi-conducteur. En résultat de cela, on obtient une couche de catalyseur poreuse.
La concentration de tétrachloroaurate(III) d'hydrogène tétrahydraté dans la solution de placage par déplacement est de préférence située dans la plage allant de 0,0001 mol/l à 0,01 mol/l. La concentration de fluorure d'hydrogène dans la solution de placage par déplacement est de préférence située dans la plage allant de 0,1 mol/l à 6,5 mol/l.
On note que la solution de placage par déplacement peut en outre comprendre un agent complexant contenant du soufre. En variante, la solution de placage par déplacement peut en outre comprendre de la glycine et de l'acide citrique.
L'agent de gravure contient un agent corrosif et un agent oxydant. L'agent de gravure peut contenir de l'eau servant de solvant. L'agent de gravure peut être une solution aqueuse.
L'agent corrosif peut dissoudre l'oxyde du matériau de substrat semi-conducteur. Cet oxyde est par exemple SiO2. L'agent corrosif est par exemple l'acide fluorhydrique ou le fluorure d'ammonium. On peut utiliser un seul type ou deux types ou plus d'agent corrosif. Si l'on prend la vitesse de gravure en considération, on préfère un agent corrosif contenant de l'acide fluorhydrique.
La concentration de fluorure d'hydrogène dans l'agent de gravure est de préférence située dans la plage allant de 0,4 mol/l à 20 mol/l, mieux encore dans la plage allant de 0,8 mol/l à 16 mol/l, et plus particulièrement dans la plage allant de 2 mol/l à 10 mol/l. Si la concentration de fluorure d'hydrogène est trop faible, il est difficile d'obtenir une vitesse de gravure élevée. Si la concentration de fluorure d'hydrogène est trop élevée, il est possible que la contrôlabilité de la gravure dans la direction de traitement (par exemple la direction de l'épaisseur du substrat semi-conducteur) soit réduite.
L'agent oxydant dans l'agent de gravure peut être par exemple au moins un agent oxydant choisi parmi le peroxyde d'hydrogène, l'acide nitrique, AgNO3, KAuCl4, HAuCl4, K2PtCl6, H2PtCl6, Fe(NO3)3, Ni(NO3)2, Mg(NO3)2, Na2S2O8, K2S2O8, KMnO4et K2Cr2O7. Le peroxyde d'hydrogène est préférable en tant qu'oxydant parce qu'il ne génère pas de sous-produit dangereux et également parce qu'il ne se produit pas de contamination de l'élément semi-conducteur.
La concentration de l'agent oxydant tel que le peroxyde d'hydrogène dans l'agent de gravure est de préférence située dans la plage allant de 0,2 mol/l à 8 mol/l, mieux encore dans la plage allant de 0,5 mol/l à 5 mol/l, plus particulièrement dans la plage allant de 0,5 mol/l à 4 mol/l. Si la concentration de l'oxydant est trop faible, il est difficile d'obtenir une vitesse de gravure élevée. Si la concentration de l'oxydant est trop élevée, il est possible qu'une gravure latérale excessive puisse survenir.
Dans le cas où l'évidement est traité par le procédé MacEtch, la gravure se déroule le long du catalyseur. D'autre part, du fait de la porosité, des irrégularités au moment de la formation, ou analogue, la couche de catalyseur peut ne pas couvrir complètement la portion du substrat semi-conducteur où l'évidement doit être formé, et il peut y avoir une portion partiellement non recouverte. Dans la portion partiellement non recouverte, le traitement n'a pas lieu et, comme l'illustre la , un matériau de substrat semi-conducteur allongé aciculaire 3 (par exemple du Si aciculaire) reste sur la surface intérieure de fond 2a de l'évidement formé 2. On note que, sur la , la couche de catalyseur et la couche de masque sont omises dans un but de commodité de la description. Par exemple, dans le cas où une couche diélectrique ou analogue est formée sur l'évidement 2 afin de fabriquer un condensateur, il y a un risque qu'une fissure apparaisse dans la couche diélectrique du fait d'une rupture du matériau de substrat semi-conducteur aciculaire 3 ou analogue, ayant pour résultat une défaillance due à une fuite. De plus, comme une portion où le matériau de substrat semi-conducteur aciculaire 3 est présent peut être une portion de coin, il y a comme problème que ceci peut provoquer une diminution des caractéristiques de tension de tenue du fait de la concentration de champ électrique au niveau de la portion de coin. Afin d'éliminer le matériau de substrat semi-conducteur aciculaire 3, on effectue un traitement d'oxydation et un traitement d'élimination d'oxyde, décrits ci-dessous.
É limination de la couche de catalyseur et de la couche de masque
É limination de la couche de catalyseur et de la couche de masque
Avant d'effectuer le traitement d'oxydation, on peut effectuer un traitement d'élimination de la couche de catalyseur et de la couche de masque.
L'élimination de la couche de catalyseur peut être effectuée par exemple par lavage à l'eau régale. La couche de masque peut être éliminée par exemple par lavage à l'acide phosphorique chaud.
On note que, dans le cas où il n'y a pas de résidu de la couche de masque, l'élimination de la couche de masque peut être omise.
Au moins la surface intérieure de fond 2a de la surface intérieure de l'évidement 2 est oxydée pour former un oxyde du matériau de substrat semi-conducteur. Un exemple du traitement d'oxydation est illustré sur la . Sur la , en plus de la surface intérieure de fond 2a de l'évidement 2, la paroi latérale 2b est également oxydée. En résultat, la portion de couche de surface 5 de toute la surface intérieure de l'évidement 2 est oxydée pour former un oxyde du matériau de substrat semi-conducteur. De plus, comme le matériau de substrat semi-conducteur aciculaire 3 est aussi mince que par exemple quelques dizaines de nanomètres, la totalité du matériau de substrat semi-conducteur aciculaire 3 est oxydée pour devenir l'oxyde 4 du matériau de substrat semi-conducteur aciculaire lorsque l'oxydation de la portion de couche de surface 5 sur la surface intérieure de l'évidement 2 progresse.
Le procédé d'oxydation n'est pas particulièrement limité, et des exemples de celui-ci comprennent une oxydation thermique, une oxydation anodique, et une photo-oxydation. L'oxydation thermique est une oxydation effectuée à une température élevée, et la température est, de façon souhaitable, égale ou inférieure au point de fusion du matériau de substrat semi-conducteur. Le silicium (Si), à titre d'exemple d'un matériau de substrat semi-conducteur, a un point de fusion d'environ 1400°C. Par conséquent, dans le cas où un substrat de Si (galette de Si) est utilisé en tant que substrat semi-conducteur, la température d'oxydation thermique est, de façon souhaitable, de 800°C ou plus et 1100°C ou moins. Ceci permet d'effectuer l'oxydation de façon stable et d'augmenter la vitesse de formation de film du film en oxyde de Si.
Le débit d'introduction d'oxygène gazeux au moment de la mise en œuvre de l'oxydation thermique est, de façon souhaitable, de 0,5 l/min ou plus et 10 l/min ou moins. La vitesse d'oxydation du matériau de substrat semi-conducteur (par exemple Si) varie avec la pression partielle de l'oxygène gazeux dans une atmosphère contenant de l'oxygène gazeux, et la vitesse de formation d'oxyde tend à être plus élevée quand la pression partielle d'oxygène augmente, si bien que l'oxydation peut être effectuée de façon stable. Des quantités en traces de Cl2et/ou HCl gazeux peuvent être ajoutées à l'atmosphère contenant de l'oxygène gazeux, ce qui favorise ainsi l'oxydation. L'atmosphère contenant de l'oxygène gazeux peut contenir du HCl gazeux en une quantité d'environ 1 à 10 %.
L'oxydation anodique est un procédé de formation d'un film d'oxyde sur la couche de surface d'un substrat semi-conducteur par application d'un potentiel avec l'utilisation du substrat semi-conducteur en tant qu'anode dans une solution électrolytique. La photo-oxydation est un procédé d'oxydation locale par laser. D'autre part, par un procédé de dépôt chimique en phase vapeur (CVD), un film d'oxyde (par exemple un film d'oxyde de Si) peut être formé sur un substrat semi-conducteur, mais le procédé CVD n'oxyde pas le substrat semi-conducteur lui-même. Par conséquent, avec le procédé CVD, seul le film d'oxyde est formé sur le matériau de substrat semi-conducteur aciculaire, et le matériau de substrat semi-conducteur aciculaire lui-même reste non oxydé. Par conséquent, ce qui est éliminé dans le traitement subséquent est uniquement le film d'oxyde sur le matériau de substrat semi-conducteur aciculaire.
L'oxyde du matériau de substrat semi-conducteur formé par l'oxydation décrite ci-dessus peut être éliminé par un liquide (liquide de traitement) capable de dissoudre l'oxyde du matériau de substrat semi-conducteur. En résultat de cela, comme l'illustre la , la portion aciculaire sur la surface intérieure de fond 2a de l'évidement 2 et d'autres rugosités minuscules peuvent être éliminées. Le liquide de traitement doit être en contact avec une portion du substrat semi-conducteur devant être traité, et des exemples du procédé pour ce faire comprennent l'immersion du substrat semi-conducteur dans le liquide de traitement.
Des exemples du liquide capable de dissoudre l'oxyde du matériau de substrat semi-conducteur comprennent l'acide fluorhydrique (solution aqueuse de fluorure d'hydrogène). La concentration d'acide fluorhydrique peut être de 0,1 mol/l ou plus et 5 mol/l ou moins. La concentration d'acide fluorhydrique est ajustée de façon à être située à l'intérieur de la plage mentionnée ci-dessus, ce qui permet ainsi de réduire les dommages lorsque l'extrémité supérieure de l'évidement ou analogue est en contact avec le liquide, tout en favorisant la dissolution de l'oxyde du matériau de substrat semi-conducteur.
Par le procédé décrit ci-dessus, on peut fabriquer une structure qui contient un substrat semi-conducteur doté d'un ou plusieurs évidements. Une électrode est formée sur le substrat semi-conducteur de la structure obtenue et, si nécessaire, une couche isolante, une couche diélectrique, ou analogue, est présente, moyennant quoi un condensateur peut être fabriqué. Un exemple du procédé de fabrication d'un condensateur va être décrit en référence à la . En premier lieu, une impureté de type P ou de type N est dopée dans une région de surface (comprenant la surface intérieure de l'évidement) du substrat semi-conducteur 1 pour former une première couche conductrice 13 servant d'électrode inférieure. Ensuite, une couche diélectrique 14 est formée sur la première couche conductrice 13. La couche diélectrique 14 est formée par exemple d'un matériau diélectrique organique ou d'un matériau diélectrique inorganique. La couche diélectrique 14 peut être formée par exemple par dépôt chimique en phase vapeur (CVD). En variante, la couche diélectrique peut être formée par oxydation, nitruration, ou oxynitruration de la surface de la première couche conductrice.
Ensuite, une deuxième couche conductrice 15 servant d'électrode supérieure est formée sur la couche diélectrique 14. La deuxième couche conductrice 15 est formée par exemple à partir d'une couche conductrice formée de polysilicium ou de métal.
Après cela, la couche diélectrique 14 est dotée d'un motif. Ensuite, une couche métallique est déposée par pulvérisation cathodique ou placage, et cette couche est dotée d'un motif pour que soit obtenue une électrode interne (par exemple une électrode d'aluminium). Après cela, une couche isolante est formée. La couche isolante peut être formée par exemple par une combinaison de dépôt CVD et de photolithographie. Ensuite, une électrode externe est formée sur la couche isolante. L'électrode externe peut être formée par exemple par une combinaison de dépôt par pulvérisation cathodique ou de placage et de photolithographie. Après cela, la structure ainsi obtenue est découpée en dés pour que soit obtenu un condensateur.
Conformément au premier mode de réalisation décrit ci-dessus, on peut mettre à disposition un procédé de fabrication d'une structure et un procédé de fabrication d'un condensateur, chacun d'eux étant capable d'éliminer les défauts qui peuvent survenir au moment de l'usinage d'un évidement dans un substrat semi-conducteur.
Conformément à un deuxième mode de réalisation, il est mis à disposition un procédé de fabrication d'une deuxième structure et un procédé de fabrication d'un deuxième condensateur. Chacun de ces procédés de fabrication comprend : la formation d'un évidement dans un substrat semi-conducteur ; la fourniture d'un oxyde contenant une impureté à au moins une surface intérieure de fond de l'évidement ; et le chauffage du substrat semi-conducteur en présence d'oxygène gazeux pour doper l'impureté dans le substrat semi-conducteur et la formation d'un oxyde du matériau de substrat semi-conducteur au moins au niveau de la surface intérieure de fond de l'évidement. Chacun de ces procédés de fabrication comprend la fourniture, au moins à la surface intérieure de fond de l'évidement, d'un liquide qui est capable de dissoudre un oxyde d'un matériau de substrat semi-conducteur, par mise du liquide capable de dissoudre l'oxyde du matériau de substrat semi-conducteur en contact avec au moins la surface intérieure de fond de l'évidement, ce qui élimine ainsi l'oxyde du matériau de substrat semi-conducteur.
Chaque procédé sera décrit ci-après en référence aux Figures 6 à 9. Sur chaque dessin, la direction parallèle à la direction de l'épaisseur du substrat semi-conducteur est définie comme étant la direction de l'axe z, et le plan parallèle à la surface principale du substrat semi-conducteur est défini comme étant le plan xy. On note que l'on décrira un exemple dans lequel une tranchée est formée en tant qu'évidement.
Le procédé de formation de l'évidement dans le substrat semi-conducteur peut être mis en œuvre de la même manière que celle décrite dans le premier mode de réalisation.
Elimination de la couche de catalyseur et de la couche de masque
Elimination de la couche de catalyseur et de la couche de masque
Le procédé d'élimination de la couche de catalyseur et de la couche de masque peut être mis en œuvre avant la formation de l'oxyde contenant une impureté. Le procédé d'élimination peut être mis en œuvre de la même manière que celle décrite dans le premier mode de réalisation.
Un oxyde contenant une impureté est formé au moins au niveau de la surface intérieure de fond de l'évidement. Un exemple de ce procédé est illustré sur la . Une couche d'oxyde contenant une impureté 6 est formée au niveau de toute la surface intérieure de l'évidement 2. En résultat de cela, la couche d'oxyde contenant une impureté 6 est aussi formée au niveau du matériau de substrat semi-conducteur aciculaire 3. La couche d'oxyde contenant une impureté 6 peut être formée uniquement au niveau de la surface intérieure de fond où le matériau de substrat semi-conducteur aciculaire 3 peut être présent, mais peut être formée au niveau de toute la surface intérieure de l'évidement 2, ou peut être formée au niveau de la surface principale du substrat semi-conducteur 1 en plus de la totalité de la surface intérieure. Dans le cas où la couche d'oxyde contenant une impureté 6 est formée au niveau de la totalité de la surface intérieure de l'évidement 2 et de la surface principale du substrat semi-conducteur 1, des portions autres qu'une portion visée peuvent être recouvertes d'une couche de masque afin que les portions autres que la portion visée ne soient pas oxydées lors d'un procédé subséquent, et ensuite chauffées en présence d'oxygène gazeux.
Le procédé de formation de l'oxyde contenant une impureté n'est pas particulièrement limité, et des exemples de celui-ci comprennent un dépôt chimique en phase vapeur (CVD), un dépôt chimique en phase vapeur basse pression (LPCVD), et une implantation ionique.
L'impureté n'est pas particulièrement limitée du moment qu'elle peut réduire la résistance du substrat, et des exemples de celle-ci comprennent une impureté de type P (par exemple B (bore)), et une impureté de type N (par exemple P (phosphore) ou As (arsenic)). On peut utiliser un ou plusieurs types d'impuretés.
Dans le cas où on utilise P (phosphore) en tant qu'impureté et la formation de l'oxyde contenant P est effectuée par le procédé CVD, la formation peut être effectuée dans les conditions suivantes. Le gaz source contient un composé de P gazeux, et peut éventuellement contenir au moins l'un parmi le N2gazeux servant de gaz de dilution et le O2gazeux servant de gaz d'oxydation. Des exemples du composé de P gazeux comprennent le POCl3gazeux, le PH3gazeux, et le PF5gazeux.
Le débit du gaz de source peut être par exemple situé dans la plage suivante. Le débit du composé de P gazeux tel que le POCl3gazeux peut être de 0,5 l/min ou plus et 1 l/min ou moins. Le débit du N2gazeux peut être choisi de façon à être de 5 l/min ou plus et 30 l/min ou moins. Le débit du O2gazeux peut être de 0,5 l/min ou plus et 5 l/min ou moins.
La température de traitement peut être située dans la plage allant de 900°C ou plus à 1200°C ou moins. Le temps de traitement peut être situé dans la plage allant de 20 minutes ou plus à 60 minutes ou moins.
Par chauffage du substrat semi-conducteur en présence d'oxygène gazeux, l'impureté est dopée dans le substrat semi-conducteur, et un oxyde du matériau de substrat semi-conducteur est formé au moins au niveau de la surface intérieure de fond de l'évidement. Un exemple de ce traitement est illustré sur la . Le substrat semi-conducteur 1 ayant la couche d'oxyde contenant une impureté 6 formée est chauffé en présence d'oxygène gazeux, ce qui oxyde ainsi le matériau de substrat semi-conducteur (par exemple Si) dans la portion de couche de surface 7 englobant la surface intérieure de l'évidement 2 du substrat semi-conducteur 1. Comme le matériau de substrat semi-conducteur aciculaire 3 est aussi mince que, par exemple, quelques dizaines de nanomètres, la totalité du matériau de substrat semi-conducteur aciculaire 3 est oxydée pour devenir un oxyde du matériau de substrat semi-conducteur aciculaire lorsque l'oxydation de la portion de couche de surface 7 du substrat semi-conducteur 1 progresse. Durant cette oxydation, il se produit une diffusion thermique de l'impureté, et l'impureté est dopée depuis la portion de couche de surface 7 englobant la surface intérieure de l'évidement 2 jusqu'à une région interne 8 dans le substrat semi-conducteur 1. La portion de couche de surface dopée par une impureté 7 et la région interne 8 en viennent à avoir une faible résistance.
La température de chauffage est, de façon souhaitable, égale ou inférieure au point de fusion du matériau de substrat semi-conducteur. Le silicium (Si), à titre d'exemple d'un matériau de substrat semi-conducteur, a un point de fusion d'environ 1400°C. Par conséquent, dans le cas où un substrat de Si ou une galette de Si est utilisée en tant que substrat semi-conducteur, la température de chauffage est, de façon souhaitable, de 900°C ou plus et 1350°C ou moins. En résultat de cela, une oxydation peut être effectuée de façon stable, et la diffusion de l'impureté peut être favorisée.
Le chauffage peut être effectué dans une atmosphère contenant du N2gazeux et du O2gazeux. Le débit de l'oxygène gazeux est, de façon souhaitable, de 0,5 l/min ou plus et 5 l/min ou moins. La vitesse d'oxydation du matériau de substrat semi-conducteur (par exemple Si) varie avec la pression partielle de l'oxygène gazeux dans l'atmosphère, et la vitesse de formation d'oxyde tend à être plus élevée quand la pression partielle d'oxygène augmente, de façon que l'oxydation puisse être effectuée de façon stable. Le débit de l'azote gazeux est de préférence de 5 l/min ou plus et 30 l/min ou moins.
Un liquide (liquide de traitement) capable de dissoudre un oxyde du matériau de substrat semi-conducteur est mis en contact avec la portion de couche de surface 7 (englobant la partie aciculaire) du substrat semi-conducteur 1, en éliminant ainsi l'oxyde du matériau de substrat semi-conducteur présent dans la portion de couche de surface 7. Le liquide de traitement doit être en contact avec une portion du substrat semi-conducteur devant être traité, et des exemples du procédé pour ce faire comprennent l'immersion du substrat semi-conducteur dans le liquide de traitement. En résultat de cela, comme l'illustre la , en plus de la portion aciculaire sur la surface intérieure de fond de l'évidement 2 et d'autres rugosités minuscules, l'oxyde contenant une impureté résiduel dans le substrat semi-conducteur 1 peut être éliminé. On note que, dans la région où l'impureté est dopée, la région 8 où le substrat semi-conducteur reste non oxydé n'est pas dissoute dans le liquide de traitement, et donc reste dans le substrat semi-conducteur 1.
En tant que liquide capable de dissoudre l'oxyde du matériau de substrat semi-conducteur, on peut mentionner le même liquide que celui décrit dans le premier mode de réalisation.
Par le procédé décrit ci-dessus, on peut fabriquer une structure qui contient un substrat semi-conducteur doté d'un ou plusieurs évidements. Un procédé de fabrication d'un condensateur utilisant cette structure sera décrit en référence à la . La région dopée par une impureté 8, formée par le procédé décrit ci-dessus, devient une première couche conductrice. Une couche diélectrique 14 est formée sur la première couche conductrice 8. La couche diélectrique 14 peut être formée de la même manière que celle décrite dans le premier mode de réalisation. Ensuite, une deuxième couche conductrice 15, servant d'électrode supérieure du condensateur, est formée sur la couche diélectrique 14. La deuxième couche conductrice 15 peut être formée de la même manière que celle décrite dans le premier mode de réalisation.
Des traitements subséquents peuvent être mis en œuvre de la même manière que celle décrite dans le premier mode de réalisation, et un condensateur est obtenu.
Conformément au procédé de fabrication d'une structure et au procédé de fabrication d'un condensateur du deuxième mode de réalisation décrit ci-dessus, la partie aciculaire peut être éliminée dans le traitement de dopage d'une impureté dans le substrat semi-conducteur, et donc des défauts qui peuvent survenir au moment de l'usinage d'un évidement peuvent être éliminés d'une manière efficace.
La montre une micrographie électronique à balayage montrant l'état du fond de l'évidement (une tranchée dans ce cas) après le traitement de formation d'évidement dans les procédés du premier mode de réalisation et du deuxième mode de réalisation. La est une micrographie électronique à balayage agrandie d'un fond de tranchée dans une section transversale du substrat semi-conducteur (par exemple une galette de Si) 1 découpé le long de la direction de l'axe z (sens de l'épaisseur). Comme le montre la , on peut voir que plusieurs Si aciculaires 3 font saillie vers le haut à partir de la surface de fond de la tranchée 2.
L'élimination du Si aciculaire et la formation de la couche diélectrique et de la deuxième couche conductrice ont été effectuées conformément au procédé du deuxième mode de réalisation, et ensuite l'observation au microscope électronique à balayage a été faite. On note que du P a été utilisé en tant qu'impureté, et la couche d'oxyde contenant P a été formée par un procédé CVD. Un exemple du résultat d'observation est présenté sur la . La est une micrographie électronique à balayage agrandie du fond de la tranchée dans la section transversale de la galette de Si (substrat semi-conducteur 1) découpée le long de la direction de l'axe z (sens de l'épaisseur). Comme le montre la , on n'observe aucun Si aciculaire sur la surface de fond de la tranchée 2, et on peut confirmer qu'il n'y a aucun défaut tel que des portions de coin dans la couche diélectrique et la deuxième couche conductrice.
De plus, le Si aciculaire a été éliminé et la première couche conductrice, la couche diélectrique, et la deuxième couche conductrice ont été formées conformément au procédé du premier mode de réalisation, opération suivie d'une observation au microscope électronique à balayage, dans laquelle on peut confirmer que l'on n'observe aucun Si aciculaire sur la surface de fond de la tranchée, et il est confirmé une absence de défauts tels que des portions de coin dans la couche diélectrique et la deuxième couche conductrice. On note que l'oxydation lors de l'élimination du Si aciculaire a été effectuée par oxydation thermique.
D'autre part, le Si aciculaire n'a été éliminé ni par le procédé selon le premier mode de réalisation ni par le procédé selon le deuxième mode de réalisation, mais par immersion dans le liquide de traitement 21 contenant de l'acide fluoronitrique ou une solution aqueuse alcaline, comme le montre la , et ceci a eu pour résultat qu'il reste une partie du Si aciculaire 3. De plus, le substrat a été immergé dans le liquide de traitement 21 pendant une longue période afin que le Si aciculaire 3 fût complètement éliminé, et ceci a eu pour résultat l'apparition de dommages tels que la génération de pores au niveau de l'extrémité supérieure de la tranchée.
Conformément au procédé d'au moins un mode de réalisation décrit ci-dessus, comme le procédé comprend la fourniture d'un oxyde du matériau de substrat semi-conducteur à au moins la surface intérieure de fond de l'évidement, et la fourniture d'un liquide qui est capable de dissoudre un oxyde d'un matériau de substrat semi-conducteur au moins à la surface intérieure de fond de l'évidement, il est possible d'éliminer des défauts qui peuvent survenir au moment de l'usinage de l'évidement.
Bien que certains modes de réalisation aient été décrits, ces modes de réalisation ont été présentés à titre d'exemple uniquement, et ne sont pas destinés à limiter la portée de l'invention. D'ailleurs, les nouveaux modes de réalisation décrits ici peuvent être mis en œuvre sous diverses autres formes ; en outre, divers changements, remplacements et omissions dans la forme des modes de réalisation décrits ici peuvent être effectués sans s'écarter de l'esprit de l'invention. Les revendications jointes et leurs équivalents sont destinés à couvrir ces formes ou modifications qui rentreraient dans le cadre de la portée et de l'esprit de l'invention.
Claims (14)
- Procédé de fabrication d'une structure, comprenant :
la formation d'un évidement (2) dans un substrat semi-conducteur (1) ;
l'oxydation d'au moins une surface intérieure de fond (2a) de l'évidement (2) ; et
la fourniture d'un liquide capable de dissoudre un oxyde d'un matériau de substrat semi-conducteur (1) au moins à la surface intérieure de fond (2a) de l'évidement (2). - Procédé de fabrication d'une structure selon la revendication 1, dans lequel la formation de l'évidement (2) dans le substrat semi-conducteur (1) est effectuée par gravure utilisant un catalyseur qui comprend un métal noble.
- Procédé de fabrication d'une structure selon la revendication 2, dans lequel la gravure utilisant un catalyseur qui comprend un métal noble est une gravure chimique assistée par un métal.
- Procédé de fabrication d'une structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'oxydation est une oxydation thermique, une oxydation anodique, ou une photo-oxydation.
- Procédé de fabrication d'une structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le substrat semi-conducteur (1) est un substrat de Si, et l'oxyde du matériau de substrat semi-conducteur est un oxyde de Si.
- Procédé de fabrication d'une structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le liquide qui est capable de dissoudre l'oxyde du matériau de substrat semi-conducteur (1) comprend du fluorure d'hydrogène.
- Procédé de fabrication d'une structure, comprenant :
la formation d'un évidement (2) dans un substrat semi-conducteur (1) ;
la fourniture d'un oxyde contenant des impuretés au moins à une surface intérieure de fond (2a) de l'évidement (2) ;
le chauffage du substrat semi-conducteur (1) en présence d'oxygène gazeux ; et
la fourniture d'un liquide capable de dissoudre un oxyde d'un matériau de substrat semi-conducteur (1) au moins à la surface intérieure de fond (2a) de l'évidement (2). - Procédé de fabrication d'une structure selon la revendication 7, dans lequel la formation de l'évidement (2) dans le substrat semi-conducteur (1) est effectuée par gravure utilisant un catalyseur qui comprend un métal noble.
- Procédé de fabrication d'une structure selon la revendication 8, dans lequel la gravure utilisant un catalyseur qui comprend un métal noble est une gravure chimique assistée par un métal.
- Procédé de fabrication d'une structure selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, dans lequel l'oxyde contenant une impureté est formé par dépôt chimique en phase vapeur, dépôt chimique en phase vapeur basse pression, ou implantation ionique.
- Procédé de fabrication d'une structure selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, dans lequel l'oxyde contenant une impureté comprend, en tant qu'impureté, au moins l'une parmi une impureté de type P et une impureté de type N.
- Procédé de fabrication d'une structure selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, dans lequel le substrat semi-conducteur (1) est un substrat de Si, et l'oxyde du matériau de substrat semi-conducteur est un oxyde de Si.
- Procédé de fabrication d'une structure selon l'une quelconque des revendications 7 à 12, dans lequel le liquide qui est capable de dissoudre l'oxyde du matériau de substrat semi-conducteur comprend du fluorure d'hydrogène.
- Procédé de fabrication d'un condensateur, comprenant :
la fabrication d'une structure comprenant un substrat semi-conducteur (1) comprenant un évidement par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 ; et
la formation d'une couche conductrice (13) ou d'une couche diélectrique (14) dans l'évidement (2) du substrat semi-conducteur (1).
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