WO2000022669A1 - Procede de realisation d'une couche de materiau enterree dans un autre materiau - Google Patents

Procede de realisation d'une couche de materiau enterree dans un autre materiau Download PDF

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WO2000022669A1
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microcavities
germs
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PCT/FR1999/002476
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Bernard Aspar
Michel Bruel
Hubert Moriceau
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Commissariat A L'energie Atomique
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    • H01L21/762—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
    • H01L21/7624—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using semiconductor on insulator [SOI] technology
    • H01L21/76245—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using semiconductor on insulator [SOI] technology using full isolation by porous oxide silicon, i.e. FIPOS techniques

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a layer of material buried in another material. It applies in particular to the field of semiconductors and in particular for the production of substrates of the Silicon on Insulator type.
  • Silicon on Insulator type substrates or SOI for "Silicon On Insulator” are of great interest for microelectronic applications in the field of low consumption.
  • SOI substrates There are several methods of obtaining SOI substrates. The most used today are the SIMOX process (from the English expression “Separation by IMplanted OXygen") and the processes based on bonding by molecular adhesion
  • the most important parameters to control in order to obtain these "blisters" are the dose of gas introduced during implantation, the depth at which the gaseous species are implanted and the total thermal budget supplied to the material.
  • the implantation conditions are such that after annealing, microcavities or microbubbles are present at the level of the average implantation depth but their size and the pressure inside these cavities are not sufficient. to induce surface deformations. We are then in the presence of a continuous layer of buried defects without any degradation of the surface.
  • microcavities For example, an implantation of hydrogen in a silicon wafer at a dose of 3.10 l ⁇ H + / cm 2 and an energy of 25 keV creates a continuous buried layer of microcavities about 150 nm thick at a average depth of about 300 nm. These microcavities are in elongated form: their size is around 6 nm in length and two atomic planes in thickness. If annealing is carried out at 600 ° C for 30 minutes on this plate, the microcavities grow and see their size go from 6 nm to more than 50 nm in length and from a few atomic planes to 4-6 nm in thickness. On the other hand, no disturbance of the surface is observed.
  • microcavities are also observed in the case of implantation by helium bombardment, at the level of the average depth (Rp) of implantation in silicon.
  • the cavities in this case, have a stable shape which does not change during annealing.
  • V. RAINERI and M. SAGGIO published in Appl. Phys. Lett. 71 (12), September 22, 1997.
  • defects present in the materials are preferential nucleation centers for the formation of a heterogeneous phase.
  • three types of nucleation are listed in the bibliography: in homogeneous phase, in homogeneous phase under stresses, in heterogeneous phases (see for example the article entitled “ Oxygen Precipitation in Silicon "by A. BORHESI et al., Published in J. Appl. Phys. 77 (9), 1995, pages 4169-4244).
  • This precipitating oxygen is contained in the initial material. It comes, for example, from the step of forming the material.
  • nucleation By nucleation is meant the formation of aggregates of a few oxygen atoms in silicon to form nucleation centers called “nucleis” or “precipitate embryos” in English.
  • nucleation can appear in crystalline sites corresponding to nodes of the network where a few interstitial oxygen atoms are close to each other (homogeneous nucleation) or on network faults (heterogeneous nucleation).
  • network faults can be point faults, faults induced by the presence of an element external to the matrix (for example carbon in silicon) or complexes such as for example oxygen-carbon complexes (see the article cited above from A. BORHESI et al.).
  • point defects intrinsic to the material such as vacancy clusters formed during the growth of silicon can also be nucleation centers to obtain "nuclei".
  • defects induced by the presence of an external element one can cite the case of carbon introduced into the substrate to create a continuous and buried layer rich in carbon which will serve as nucleation zone. The introduction of carbon can be obtained by implantation by carbon bombardment.
  • Precipitation in a material is a phenomenon of aggregation of atoms to form small particles or precipitates.
  • Ts being the equilibrium temperature corresponding to the quantity of oxygen given
  • the defects create nucleation centers which are used to form precipitates which then grow.
  • the invention proposes a new method for producing a buried layer of material in a substrate of another material.
  • An original aspect of the invention consists in creating microcavities buried in the substrate and not in crystal defects to create traps.
  • the substrate is made of silicon
  • This makes it possible to obtain a surface layer of silicon of much better quality and does not oblige to subject the substrate to a temperature of the order of 1300 ° C. in order to cure the defects. created by oxygen implantation for example.
  • the present invention also has the advantage of being able to implement an implantation with a low dose of a light element (for example hydrogen) which does not induce a crystal defect between the implanted surface and the zone for creating microcavities. , unlike what happens when you implant ions like oxygen, silicon or argon. This process is simple to implement, the implantation can be done at room temperature.
  • the subject of the invention is therefore a process for producing a layer of a first material buried in a substrate comprising at least one second material, characterized in that it comprises the following steps:
  • microcavities also called “platelets” or microbubbles
  • the layer of microcavities can be formed by introducing into the second material gaseous species which are advantageously chosen from hydrogen, helium and fluorine.
  • gaseous species which are advantageously chosen from hydrogen, helium and fluorine.
  • One can also form a porous layer on one face of the substrate and constitute, by epitaxy, a layer of the second material on the porous layer.
  • the layer of microcavities can also be formed by an inclusion of gas caused during the preparation of the substrate. It can also be formed from the interface formed by the joining of a first substrate element and a second substrate, providing said substrate.
  • the layer of microcavities can then result from the presence of particles at said interface, from the surface roughness of at least one element from the first substrate element and the second substrate element, from the presence of micro-recesses on the surface. at least one element from the first substrate element and the second substrate element or from stresses induced at said interface.
  • Precipitate germs can be formed from species present in the second material. They can also be formed from species introduced into the second material. This introduction can be carried out by thermally activated diffusion. In this case, if the training of microcavities implements a heat treatment, the germs of precipitates can be formed simultaneously with the microcavities.
  • the growth of the precipitates can be carried out by concentration of species introduced into the substrate. This introduction can be done by thermally activated diffusion, under pressure or by means of a plasma.
  • the growth of the precipitates can be carried out by concentration of species present in the substrate, under the effect of a heat treatment.
  • the invention applies in particular to the production of a semiconductor substrate provided with a buried layer. It applies in particular to the production of a silicon substrate provided with a buried layer of silicon oxide.
  • the buried layer may or may not be continuous depending on the intended applications. For this, one can play on the density of precipitates, on the use of a mask protecting certain zones of the material subjected to the process of the invention
  • the first step consists in forming a layer of microcavities in the substrate referenced 1 in the appended figure.
  • a simple technique to implement consists in forming this layer of microcavities by bombarding with hydrogen at doses (for example 3.10 16 H + / cm 2 ) which make it possible to obtain, at the average penetration depth of the particles Rp, and after annealing at 600 ° C for 30 minutes, elongated microcavities the length of which is a few tens of nanometers.
  • doses for example 3.10 16 H + / cm 2
  • the average depth Rp of the layer of microcavities 2 is approximately 500 nm from the face 3 of the substrate through which the implantation is carried out.
  • the width of the layer of microcavities 2 is then of the order of 150 nm.
  • the dose dose of implanted / annealed hydrogen formation of the microcavities is highly dependent on the implantation parameters and in particular on the implantation temperature.
  • hydrogen is understood to mean gaseous species constituted in their atomic form, in their molecular form, in their ionic form, in their isotopic form (deuterium) or also in their isotopic and ionic form.
  • the phase of creation of oxide precipitate seeds can be carried out using oxygen present in the silicon of the substrate, by means of a heat treatment to a temperature between 750 ° C and 800 ° C. Since it is desired to obtain a buried oxide layer, it is preferable that the annealing atmosphere contains oxygen. In this case, a small thickness of oxide is formed on the surface of the substrate. This surface oxide layer can be removed at the end of the process according to the invention.
  • the amount of oxygen introduced into the material is controlled by the limit solubility of oxygen in silicon. The higher the temperature, the higher the limit solubility.
  • the atmosphere of the annealing is another important point to check. If it is necessary to remain for a long time at 1200 ° C. to introduce oxygen into the silicon matrix, the substrate will also be oxidized on the surface to a significant extent. To keep a maximum of silicon on the surface, an atmosphere with a low oxygen content must be used, for example 5% of oxygen diluted in nitrogen. In this case, for an 8 hour plateau at 1200 ° C., the surface oxide thickness is of the order of 120 nm and the buried oxide layer formed is then approximately 50 nm. A buried layer 2 of oxide 50 nm thick is thus obtained under a thin film 4 of silicon of approximately 350 nm.
  • the thicknesses of the oxide layer 2 and of the thin film 4 are therefore conditioned by the implantation energy and the annealing conditions (atmosphere, duration, temperature).
  • a variant of the process may consist in implanting helium with a dose of 2.10 16 He + / cm 2 under an implantation energy of 100 keV and performing an annealing at 900 ° C for 55 minutes to obtain a layer of microcavities at an average depth of about 600 nm from the implanted surface.
  • the silicon substrate can then be oxidized under conditions (temperature levels and duration) identical to those mentioned above, but starting directly at 900 ° C. There is then obtained, by the same process as above, a buried oxide layer 50 nm thick under a silicon film of around 450 nm thick.
  • the invention therefore makes it possible to obtain, from a solid silicon substrate 1, an SOI substrate consisting of a silicon plate 5 covered with a insulating layer 2 itself covered with a thin film 4 of silicon.

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Abstract

L'invention a pour objet un procédé de réalisation d'une couche (2) d'un premier matériau enterré dans un substrat (1) comportant au moins un deuxième matériau. Le procédé comprend les étapes suivantes : la formation dans le substrat (1), au niveau de la couche enterrée désirée, d'une couche de microcavités destinées à servir de centres de nucléation pour élaborer le premier matériau dans le deuxième matériau, la formation de germes de précipités à partir des centres de nucléation formés, les germes de précipités correspondant au premier matériau, la croissance des précipités à partir des germes par concentration d'espèces correspondant au premier matériau et apportées à la couche de microcavités.

Description

PROCEDE DE REALISATION D'UNE COUCHE DE MATERIAU ENTERREE DANS UN AUTRE MATERIAU
Domaine technique
La présente invention concerne un procédé de réalisation d'une couche de matériau enterrée dans un autre matériau. Elle s'applique en particulier au domaine des semiconducteurs et notamment pour la réalisation de substrats du type Silicium sur Isolant.
Actuellement, les substrats de type Silicium sur Isolant (ou SOI pour "Silicon On Insulator") présentent un très grand intérêt pour les applications microélectroniques dans le domaine de la basse consommation. Il existe plusieurs procédés d'obtention de substrats SOI. Les plus utilisés aujourd'hui sont le procédé SIMOX (de l'expression anglo-saxonne "Séparation by IMplanted OXygen") et les procédés basés sur le collage par adhésion moléculaire
(appelé " afer bonding" an anglais) . Pour obtenir des films minces de silicium sur de la silice, ces procédés, utilisant le collage par adhésion moléculaire, sont combinés à des procédés d'amincissement. Comme procédé d'amincissement, on peut citer celui divulgué par le document FR-A-2 681 472 où le clivage d'un substrat est obtenu par coalescence, provoquée par un traitement thermique, de microcavités générées par implantation ionique. On peut également citer des procédés utilisant des couches d'arrêt épitaxiées et la gravure sélective.
Etat de la technique antérieure
II est connu que l'implantation par bombardement d'un gaz rare ou d'hydrogène dans un matériau semiconducteur (cf. FR-A-2 681 472), ou dans un matériau solide cristallin ou non (cf. FR-A-2 748 850), est susceptible de créer des microcavités ou microbulles (encore appelées "platelets" ou "nanoblisters" en anglais) à une profondeur voisine de la profondeur moyenne de pénétration des ions. La morphologie (dimension, forme,...) de ces défauts peut évoluer au cours des traitements thermiques, en particulier ces cavités peuvent voir leur taille augmenter. Suivant la nature du matériau et surtout suivant ses propriétés mécaniques, ces cavités, présentes à la profondeur moyenne de pénétration des espèces gazeuses, peuvent induire suivant les conditions de traitement thermique, des déformations en surface ou "blisters". Les paramètres les plus importants à contrôler pour obtenir ces "blisters" sont la dose de gaz introduite au cours de l'implantation, la profondeur à laquelle les espèces gazeuses sont implantées et le budget thermique total fourni au matériau. Dans certains cas, les conditions d'implantation sont telles qu'après recuit, des microcavités ou microbulles sont présentes au niveau de la profondeur moyenne d'implantation des ions mais leur taille et la pression à l'intérieure de ces cavités ne sont pas suffisantes pour induire des déformations en surface. On se trouve alors en présence d'une couche continue de défauts enterrés sans aucune dégradation de la surface. A titre d'exemple, une implantation d'hydrogène dans une plaque de silicium selon une dose de 3.10lδH+/cm2 et une énergie de 25 keV crée une couche enterrée continue de microcavités d'environ 150 nm d'épaisseur à une profondeur moyenne d'environ 300 nm. Ces microcavités se présentent sous forme allongée : leur taille est de l'ordre de 6 nm en longueur et de deux plans atomiques en épaisseur. Si un recuit est effectué à 600°C durant 30 minutes sur cette plaque, les microcavités grossissent et voient leur taille passer de 6 nm à plus de 50 nm en longueur et de quelques plans atomiques à 4-6 nm en épaisseur. Par contre, aucune perturbation de la surface n'est observée.
La présence de microcavités s ' observe également dans le cas d'une implantation par bombardement d'hélium, au niveau de la profondeur moyenne (Rp) d'implantation dans le silicium. Les cavités, dans ce cas, ont une forme stable qui n'évolue pas au cours du recuit. On peut se référer à ce sujet à l'article "Radiation damage and implanted He atom interaction during void formation in silicon" de V. RAINERI et M. SAGGIO, paru dans Appl. Phys. Lett. 71(12), 22 septembre 1997.
Par ailleurs, il est connu que des défauts présents dans les matériaux sont des centres de nucléation préférentiels pour la formation- d'une phase hétérogène. A titre d'exemple, en ce qui concerne la formation de précipités d'oxyde, trois types de nucléation sont répertoriés dans la bibliographie : en phase homogène, en phase homogène sous contraintes, en phases hétérogène (voir par exemple l'article intitulé "Oxygen Précipitation in Silicon" de A. BORHESI et al., paru dans J. Appl. Phys. 77(9), 1995, pages 4169-4244). Cet oxygène qui précipite est contenu dans le matériau initial. Il provient par exemple de l'étape de formation du matériau.
Par nucléation on entend la formation d'aggrégats de quelques atomes d'oxygène dans le silicium pour former des centres de nucléation appelés "nucleis" ou "precipitate embryos" en anglais. De façon simplifiée, la nucléation peut apparaître dans des sites cristallins correspondant à des noeuds du réseau où quelques atomes d'oxygène intersticiels sont proches les uns des autres (nucléation homogène) ou sur des défauts du réseau (nucléation hétérogène) . Il est connu que ces défauts de réseau peuvent être des défauts ponctuels, des défauts induits par la présence d'un élément extérieur à la matrice (par exemple du carbone dans le silicium) ou des complexes comme par exemple des complexes oxygène-carbone (voir l'article cité plus haut de A. BORHESI et al.). Par exemple, les défauts ponctuels intrinsèques au matériau comme les clusters de lacunes formés au cours de la croissance du silicium peuvent également être des centres de nucléation pour obtenir des "nucléis". Par ailleurs, comme exemple de défauts induits par la présence d'un élément extérieur, on peut citer le cas du carbone introduit dans le substrat pour créer une couche continue et enterrée riche en carbone qui servira de zone de nucléation. L'introduction de carbone peut être obtenue par implantation par bombardement de carbone.
Après la phase de formation de ces centres de nucléation, pour obtenir un précipité de taille plus importante, il est nécessaire d'avoir une phase de précipitation. La précipitation dans un matériau est un phénomène d'agrégation d'atomes pour former des petites particules ou précipités .
Le rayon critique rc qui définit la taille minimale des précipités pouvant exister est donné, pour une concentration d'oxygène en intersticiel dans le matériau, par la relation : rc = (2 σ/ΔH) (Ts/Ts-T) σ étant l'énergie de surface, ΔH étant l'enthalpie de formation, T étant la température exprimée en kelvin,
Ts étant la température d'équilibre correspondant à la quantité d'oxygène donnée,
(voir l'article intitulé "Oxygen Précipitation Czochralski Silicon" de R. CRAVEN, Elec . Chem. Soc, Proceedings of the 4th Int. Symp. on Silicon Materials Science and Technology, Vol. 81-5, 1981). A partir de cette équation, on voit bien que l'augmentation de la température entraîne la croissance des précipités.
En résumé, les défauts créent des centres de nucléation qui vont servir à la formation de précipités qui vont ensuite grossir.
D'autre part, des études ont montré la possibilité de diminuer le nombre de discontinuités de la couche d'oxyde enterrée dans le cas des substrats SOI obtenus par le procédé SIMOX "faible dose" à l'aide d'une oxydation à haute température (supérieure à 1350°C) du film de silicium (voir le brevet US 5 589 407 et l'article intitulé "An Analysis of Buried-Oxide Growth in Low-dose SIMOX Wafers by High-Temperature Thermal Oxidation" de S. MASUI et al., Proceedings 1995 IEEE International SOI Conférence, octobre 1995) . Ce procédé, dénommé ITOX (pour Internai Oxidation), permet d'oxyder la couche d'oxyde enterrée au moyen d'une diffusion d'oxygène de la surface vers la couche enterrée d'oxyde. D'autres auteurs montrent que le même phénomène se produit à des températures plus basses, de l'ordre de 1200°C (voir l'article "Internai Oxidation of Low Dose Séparation by Implantated Oxygen Wafers in Différent Oxygen/Nitrogen Mixtures" de P. ERICSSON et S. BENGTSSON, accepté pour publication dans la revue Appl. Phys. Lett.).
Ces derniers résultats indiquent que l'introduction d'oxygène dans le matériau dépend au premier ordre du temps passé à haute température et non de la quantité d'oxygène dans l'atmosphère du recuit.
Il semble donc que l'introduction d'oxygène soit limité par la solubilité limite de l'oxygène dans le silicium. Ainsi, plus la température est élevée, plus l'effet d'oxydation de la couche d'oxyde enterrée est rapide. Un exemple de ce phénomène indique qu'à 1200°C, si l'on introduit 5% d'oxygène dans de l'azote, 8 heures de recuit permettent à la couche enterrée d'oxyde de voir son épaisseur passer de 860 angstrôms à 1330 angstrôms. Cette oxydation "interne" présente l'intérêt de diminuer la densité de discontinuités de 1 ' oxyde enterré.
Exposé de l'invention
L'invention propose un nouveau procédé de réalisation d'une couche enterrée de matériau dans un substrat d'un autre matériau. Un aspect original de 1 ' invention consiste à créer des microcavités enterrées dans le substrat et non des défauts cristallins pour créer des pièges. Dans le cas notamment où le substrat est en silicium, ceci permet d'obtenir une couche superficielle de silicium de bien meilleure qualité et n'oblige pas à soumettre le substrat à une température de l'ordre de 1300°C afin de guérir les défauts créés par implantation d'oxygène par exemple. La présente invention présente aussi l'avantage de pouvoir mettre en oeuvre une implantation avec une faible dose d'un élément léger (par exemple l'hydrogène) qui n'induit pas de défaut cristallin entre la surface implantée et la zone de création de microcavités, contrairement à ce qui se passe lorsque l'on implante des ions comme l'oxygène, le silicium ou l'argon. Ce procédé est simple à mettre en oeuvre, l'implantation pouvant se faire à température ambiante.
L'invention a donc pour objet un procédé de réalisation d'une couche d'un premier matériau enterré dans un substrat comportant au moins un deuxième matériau, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- la formation dans ledit substrat, au niveau de la couche enterrée désirée, d'une couche de microcavités (appelées encore "platelets" ou microbulles) destinées à servir de centres de nucléation et d'accommodation de volume pour élaborer ledit premier matériau dans le deuxième matériau,
- la formation de germes de précipités à partir des centres de nucléation formés, les germes de précipités correspondant au premier matériau,
- la croissance des précipités à partir des germes par concentration d'espèces correspondant au premier matériau et apportées à la couche de microcavités.
La couche de microcavités peut être formée en introduisant dans le deuxième matériau des espèces gazeuses qui sont avantageusement choisies parmi l'hydrogène, l'hélium et le fluor. On peut aussi former une couche poreuse sur une face du substrat et constituer, par épitaxie, une couche du deuxième matériau sur la couche poreuse. On peut encore former la couche de microcavités par une inclusion de gaz provoquée durant l'élaboration du substrat. Elle peut aussi être formée à partir de l'interface constituée par la solidarisation d'un premier élément de substrat et d'un deuxième de substrat, fournissant ledit substrat. La couche de microcavités peut alors résulter de la présence de particules à ladite interface, de la rugosité de surface d'au moins un élément parmi le premier élément de substrat et le deuxième élément de substrat, de la présence de micro-évidements à la surface d'au moins un élément parmi le premier élément de substrat et le deuxième élément de substrat ou de contraintes induites à ladite interface.
Les germes de précipités peuvent être formés à partir d'espèces présentes dans le deuxième matériau. Ils peuvent aussi être formés à partir d'espèces introduites dans le deuxième matériau. Cette introduction peut être réalisée par diffusion activée thermiquement . Dans ce cas, si la formation des microcavités met en oeuvre un traitement thermique, les germes de précipités peuvent être formés simultanément avec les microcavités.
La croissance des précipités peut être réalisée par concentration d'espèces introduites dans le substrat. Cette introduction peut se faire par diffusion activée thermiquement, sous pression ou au moyen d'un plasma.
La croissance des précipités peut être réalisée par concentration d'espèces présentes dans le substrat, sous l'effet d'un traitement thermique.
Si la formation des germes de précipités et la croissance de ces précipités sont deux opérations nécessitant un traitement thermique, ces opérations peuvent être menées simultanément.
L'invention s'applique notamment à la réalisation d'un substrat semiconducteur pourvu d'une couche enterrée. Elle s'applique en particulier à la réalisation d'un substrat en silicium pourvu d'une couche enterrée d'oxyde de silicium.
La couche enterrée peut être continue ou non suivant les applications visées. Pour cela, on peut jouer sur la densité de précipités, sur l'utilisation d'un masque protégeant certaines zones du matériau soumis au procédé de l'invention
Brève description du dessin
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, •accompagnée du dessin annexé qui représente, en vue transversale, un substrat dans lequel est prévue une couche enterrée d'un matériau différent du matériau constituant le substrat. Description détaillée de modes de réalisation de 1 ' invention
A titre d'exemple, on va décrire un procédé de réalisation d'un substrat SOI selon la présente invention, en partant d'un substrat massif de silicium.
La première étape consiste à former une couche de microcavités dans le substrat référencé 1 sur la figure annexée. Une technique simple à mettre en oeuvre consiste à former cette couche de microcavités par bombardement d'hydrogène à des doses (par exemple 3.1016H+/cm2) qui permettent d'obtenir à la profondeur moyenne de pénétration des particules Rp, et après recuit à 600°C pendant 30 minutes, des microcavités allongées dont la longueur est de quelques dizaines de nanomètres . Si l'énergie d'implantation est de l'ordre de 50 keV, la profondeur moyenne Rp de la couche de microcavités 2 se trouve à environ 500 nm de la face 3 du substrat au travers de laquelle est effectuée l'implantation. La largeur de la couche de microcavités 2 est alors de l'ordre de 150 nm.
Le couple dose d'hydrogène implantée/recuit de formation des microcavités est fortement dépendant des paramètres d'implantation et en particulier de la température d'implantation.
Sous le terme hydrogène, on entend les espèces gazeuses constituées sous leur forme atomique, sous leur forme moléculaire, sous leur forme ionique, sous leur forme isotopique (deutérium) ou encore sous leur forme isotopique et ionique.
Le substrat SOI désiré devant présenter une couche d'oxyde de silicium enterrée, la phase de création de germes de précipités d'oxyde peut être réalisée à partir de l'oxygène présent dans le silicium du substrat, au moyen d'un traitement thermique à une température comprise entre 750°C et 800°C. Etant donné que l'on désire obtenir une couche enterrée d'oxyde, il est préférable que l'atmosphère du recuit contienne de l'oxygène. Dans ce cas, une faible épaisseur d'oxyde se forme à la surface du substrat. Cette couche d'oxyde superficielle pourra être éliminée à la fin du procédé selon 1 ' invention.
Une fois les germes de précipités formés, on va les faire grossir au moyen d'un recuit d'oxydation. Il faut alors tenir compte de deux paramètres : la quantité d'oxygène introduite dans le matériau et le rayon critique des précipités d'oxyde.
La quantité d'oxygène introduite dans le matériau est contrôlée par la solubilité limite de l'oxygène dans le silicium. Plus la température est élevée et plus la solubilité limite est élevée.
Le rayon critique des précipités d'oxyde est d'autant plus grand que la température est élevée.
En conséquence, si l'on veut faire croître des précipités de petites dimensions et ne pas les dissoudre, il est nécessaire de réaliser le traitement thermique à une température inférieure à la température de dissolution du précipité. Il faut donc trouver un bon compromis. Une solution est d'effectuer des temps de recuit longs avec des montées lentes en température. A titre d'exemple, on peut procéder ainsi :
- un premier palier à 750°C pendant 2 heures,
- un deuxième palier 800°C pendant 3 heures,
- un troisième palier à 900°C pendant 2 heures ,
- un quatrième palier à 1000°C pendant 2 heures, - un cinquième palier à 1100°C pendant 2 heures , - un sixième palier à 1200°C pendant 8 heures avant de redescendre en température.
Un autre point important à contrôler est l'atmosphère du recuit. S'il est nécessaire de rester longtemps à 1200°C pour introduire de l'oxygène dans la matrice de silicium, le substrat va également être oxydé en surface de façon importante. Pour garder un maximum de silicium en surface, il faut utiliser une atmosphère à faible teneur en oxygène, par exemple 5% d'oxygène dilué dans de l'azote. Dans ce cas, pour un palier de 8 heures à 1200°C, l'épaisseur superficielle d'oxyde est de l'ordre de 120 nm et la couche d'oxyde enterrée formée est alors d'environ 50 nm. On obtient ainsi une couche enterrée 2 d'oxyde de 50 nm d'épaisseur sous un film mince 4 de silicium d'environ 350 nm.
Les épaisseurs de la couche 2 d'oxyde et du film mince 4 sont donc conditionnées par l'énergie d'implantation et les conditions de recuit (atmosphère, durée, température) .
Une variante du procédé peut consister à implanter de l'hélium avec une dose de 2.1016He+/cm2 sous une énergie d'implantation de 100 keV et d'effectuer un recuit à 900°C pendant 55 minutes pour obtenir une couche de microcavités à une profondeur moyenne d'environ 600 nm de la surface implantée. Le substrat de silicium peut ensuite être oxydé dans des conditions (paliers de température et durée) identiques à celles mentionnées ci-dessus, mais en débutant directement à 900°C. On obtient alors, par le même processus que précédemment une couche d'oxyde enterrée de 50 nm d'épaisseur sous un film de silicium d'environ 450 nm d'épaisseur.
L'invention permet donc d'obtenir, à partir d'un substrat massif 1 en silicium, un substrat SOI constitué d'une plaque 5 de silicium recouverte d'une couche isolante 2 elle-même recouverte d'un film mince 4 de silicium.
Parmi les avantages du procédé selon l'invention, on peut citer le fait qu'il permet d'utiliser une seule tranche d'un même matériau pour fournir un substrat SOI. Il procure une très bonne homogénéité au film mince de silicium et à la couche d'oxyde enterrée. Il peut être mis en oeuvre en utilisant des équipements standard en microélectronique. Il présente aussi l'avantage d'être simple de mise en oeuvre.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de réalisation d'une couche (2) d'un premier matériau enterré dans un substrat (1) comportant au moins un deuxième matériau, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- la formation dans ledit substrat (1) , au niveau de la couche enterrée désirée, d'une couche de microcavités destinées à servir de centres de nucléation et d'accommodation de volume pour élaborer ledit premier matériau dans le deuxième matériau,
- la formation de germes de précipités à partir des centres de nucléation formés, les germes de précipités correspondant au premier matériau, - la croissance des précipités à partir des germes par concentration d'espèces correspondant au premier matériau et apportées à la couche de microcavités .
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de microcavités est formée en' introduisant dans le deuxième matériau des espèces gazeuses .
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les espèces gazeuses utilisées pour former la couche de microcavités sont choisies parmi l'hydrogène, l'hélium et le fluor.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour former la couche de microcavités, on forme une couche poreuse sur une face dudit substrat et on constitue, par épitaxie, une couche dudit deuxième matériau sur la couche poreuse.
5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de microcavités est formée par une inclusion de gaz provoquée durant l'élaboration du substrat.
6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de microcavités est formée à partir de l'interf ce constituée par la solidarisation d'un premier élément de substrat et d'un deuxième de substrat, fournissant ledit substrat.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la couche de microcavités résulte de la présence de particules à ladite interface.
8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la couche de microcavités résulte de la rugosité de surface d'au moins un élément parmi le premier élément de substrat et le deuxième élément de substrat.
9. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la couche de microcavités résulte de la présence de micro-évidements à la surface d'au moins un élément parmi le premier élément de substrat et le deuxième élément de substrat.
10. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la couche de microcavités résulte de contraintes induites à ladite interface.
11. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les germes de précipités sont formés à partir d'espèces présentes dans le deuxième matériau.
12. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les germes de précipités sont formés à partir d'espèces introduites dans le deuxième matériau.
13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que ladite introduction est réalisée par diffusion activée thermiquement.
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que, la formation des microcavités mettant en oeuvre un traitement thermique, les germes de précipités sont formés simultanément avec les microcavités.
15. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la croissance des précipités est réalisée par concentration d'espèces introduites dans le substrat (1) .
16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que la croissance des précipités est réalisée par concentration d'espèces introduites dans le substrat par diffusion activée thermiquement.
17. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que la croissance des précipités est réalisée par concentration d'espèces introduites sous pression dans le substrat.
18. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que la croissance des précipités est réalisée par concentration d'espèces introduites dans le substrat au moyen d'un plasma.
19. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la croissance des précipités est réalisée par concentration d'espèces présentes dans le substrat, sous l'effet d'un traitement thermique.
20. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la formation des germes de précipités et la croissance des précipités étant deux opérations nécessitant un traitement thermique, ces opérations sont menées simultanément.
21. Application du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 20 à la réalisation d'un substrat semiconducteur pourvu d'une couche enterrée.
22. Application selon la revendication 21, caractérisée en ce que le substrat (1) est en silicium et en ce que la couche enterrée (2) est une couche d'oxyde de silicium.
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6995075B1 (en) * 2002-07-12 2006-02-07 Silicon Wafer Technologies Process for forming a fragile layer inside of a single crystalline substrate
KR100947815B1 (ko) * 2003-02-19 2010-03-15 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤 Ｓｏｉ 웨이퍼의 제조 방법 및 ｓｏｉ 웨이퍼
US7566482B2 (en) * 2003-09-30 2009-07-28 International Business Machines Corporation SOI by oxidation of porous silicon
US8552616B2 (en) * 2005-10-25 2013-10-08 The Curators Of The University Of Missouri Micro-scale power source
KR101233105B1 (ko) * 2008-08-27 2013-02-15 소이텍 선택되거나 제어된 격자 파라미터들을 갖는 반도체 물질층들을 이용하여 반도체 구조물들 또는 소자들을 제조하는 방법
US7927975B2 (en) 2009-02-04 2011-04-19 Micron Technology, Inc. Semiconductor material manufacture
FR2942073B1 (fr) * 2009-02-10 2011-04-29 Soitec Silicon On Insulator Procede de realisation d'une couche de cavites
EP2502266B1 (fr) * 2009-11-18 2020-03-04 Soitec Procédés de fabrication de structures semi-conductrices et dispositifs à semi-conducteurs au moyen de couches de liaison de verre, et structures semi-conductrices et dispositifs à semi-conducteurs formés par de tels procédés
FR2978600B1 (fr) 2011-07-25 2014-02-07 Soitec Silicon On Insulator Procede et dispositif de fabrication de couche de materiau semi-conducteur
US9481566B2 (en) 2012-07-31 2016-11-01 Soitec Methods of forming semiconductor structures including MEMS devices and integrated circuits on opposing sides of substrates, and related structures and devices
KR20180114927A (ko) * 2016-02-16 2018-10-19 쥐-레이 스위츨란드 에스에이 접합된 경계면들에 걸친 전하 운반을 위한 구조물, 시스템 및 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56110247A (en) * 1980-02-04 1981-09-01 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Forming method of insulation region in semiconductor substrate
US4837172A (en) * 1986-07-18 1989-06-06 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for removing impurities existing in semiconductor substrate
US5633174A (en) * 1990-09-24 1997-05-27 Biota Corp. Type silicon material with enhanced surface mobility
EP0801419A1 (fr) * 1996-04-11 1997-10-15 Commissariat A L'energie Atomique Procédé d'obtention d'un film mince de matériau semiconducteur comprenant notamment des composants électroniques

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3849204A (en) * 1973-06-29 1974-11-19 Ibm Process for the elimination of interface states in mios structures
JPH0734478B2 (ja) * 1986-07-18 1995-04-12 松下電器産業株式会社 半導体装置の製造方法
JPS63271942A (ja) * 1987-04-28 1988-11-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd シリコン表面の欠陥低減方法
US5310689A (en) * 1990-04-02 1994-05-10 Motorola, Inc. Method of forming a SIMOX structure
JPH0479372A (ja) * 1990-07-23 1992-03-12 Nissan Motor Co Ltd 半導体基板の製造方法
FR2681472B1 (fr) 1991-09-18 1993-10-29 Commissariat Energie Atomique Procede de fabrication de films minces de materiau semiconducteur.
JPH07106512A (ja) * 1993-10-04 1995-04-21 Sharp Corp 分子イオン注入を用いたｓｉｍｏｘ処理方法
JP3097827B2 (ja) * 1995-03-20 2000-10-10 三菱マテリアル株式会社 Ｓｏｉ基板の製造方法
FR2748850B1 (fr) 1996-05-15 1998-07-24 Commissariat Energie Atomique Procede de realisation d'un film mince de materiau solide et applications de ce procede
US5985742A (en) * 1997-05-12 1999-11-16 Silicon Genesis Corporation Controlled cleavage process and device for patterned films

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56110247A (en) * 1980-02-04 1981-09-01 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Forming method of insulation region in semiconductor substrate
US4837172A (en) * 1986-07-18 1989-06-06 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for removing impurities existing in semiconductor substrate
US5633174A (en) * 1990-09-24 1997-05-27 Biota Corp. Type silicon material with enhanced surface mobility
EP0801419A1 (fr) * 1996-04-11 1997-10-15 Commissariat A L'energie Atomique Procédé d'obtention d'un film mince de matériau semiconducteur comprenant notamment des composants électroniques

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AKITO HARA ET AL: "OXYGEN PRECIPITATION CONTROL BY HYDROGEN AND PREANNEALING AT 425 C IN CZOCHRALSKI SILICON CRYSTALS", INTERNATIONAL CONFERENCE ON SOLID STATE DEVICES AND MATERIALS, 1 August 1992 (1992-08-01), pages 35 - 37, XP000312169 *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 005, no. 181 (E - 083) 20 November 1981 (1981-11-20) *

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Publication number Publication date
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JP2002527907A (ja) 2002-08-27
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