Brevet FR2270341A1 — publié le 19751205

La présente invention concerne un procédé de dépôt d'une couche mince et très pure d'un matériau formé par une réaction chimique en phase gazeuse. De tels dépôts sont notamment nécessaires dans l'élaboration de composants semiconducteurs, constitués par exemple de silicium et sur lesquels il convient de déposer des couches isolantes de nitrure de silicium ou de silice ou encore des couches de nitrure de gallium. On sait que dans les exemples qui Viennent d'etre donnes, les couches déposées doivent être d'une très grande pureté. Un certain nombre de procédés de dépôt sont connus pour obtenir cette pureté. Un premier procédé connu est appelé upulvérisation cathodique réactive". Les corps réactifs à partir desquels le matériau à déposer doit être formé sont introduits l'un sous forme gazeuse, et l'autre sous forme d'une cible solide conductrice de l'électricité. Un champ# électrique appliqué au voisinage de la cible en présence d'un plasma. qui peut être créé sur place ou etre amené à partir d'un canon à plasma, provoque un bombardement ionique de la cible, et l'arrachement, par pulvérisation cathodique d'atomes de cette cible qui réagissent avec le gaz réactif.Il en résulte un dépit du matériau résultant de la réaction sur le substrat semiconducteur place au voisinage. Dans le cas par exemple où le matériau qui doit être déposé est du nitrure de silicium. le gaz réactif est de l'azote et la cible est constituée de silicium. Cette cible doit. de même que l'azote, être très pure et son prix est très élevé. On peut remarquer en effet que la quantité de silicium à haute pureté constituant la cible solide est très supérieure à celle effectivement utilisée pour le dépôt. Un deuxième procédé connu consiste à introduire dans une enceinte le substrat et à faire circuler dans cette enceinte des gaz réactifs susceptibles à eux seuls de former le matériau à déposer. En reprenant l'exemple d'un dépit de nitrure de silicium, le milieu gazeux introduit dans l'enceinte est constitué d'azote N2 et de silane SiH4. La réaction de formation du nitrure de silicium ne se produit cependant pas à la température ambiante. C'est pourquoi le substrat doit etre chauffé à une température comprise entre 500 et# 1 0000C, Ce procédé présente l'inconvénient que la haute température nécessaire risque d'altérer les propriétés du substrat, par exemple si celui-ci est une plaquette semiconductrice dans laquelle des couches de types de conductivité alternés ont été prealablement créées.On sait en effet que les impuretés de dopage permettant l'existence de ces couches diffusent à travers la plaquette semiconductrice lorsque la température est élevée. Un troisième procédé connu, analogue au précédent, consiste à placer le substrat sur un support de graphite, l'ensemble étant placé dans une enceinte en quartz contenant les gaz réactifs, et à disposer autour de cette enceinte un bobinage parcouru par un courant électrique de haute fréquence. Le champ électro magnétique ainsi créé dans l'enceinte provoque l'apparition de courants induits dans le support en graphite, ce qui porte ce support, et par conséquent le substrat, à une température suffisante pour que la réaction de formation du matériau à déposer se produise sur ce substrat. Ce troisième procédé présente par rapport au deuxième procédé indiqué ci-dessus, l'avantage que la température atteinte par le substrat est légèrement diminuée. L'inconvénient d'une tempéra ture élevée subsiste néanmoins.De plus, ce procédé nécessite l'emploi d'une puissance électrique très élevée pour le chauffage du support en graphite. La présente invention a pour but de permettre un dépit d'une couche mince et très pure d'un matériau formé par une réaction chimique en phase gazeuse sans élévation notable de la température du substrat, sans utilisation d'une cible couteuse et en utilisant une puissance électrique faible. Elle a pour objet un procédé de dépt d'une couche mince et très pure d'un matériau formé par une réaction chimique en phase gazeuse, procédé comportant les opérations suivantes - introduction dans une enceinte d'un substrat sur lequel ladite couche doit être déposée - introduction dans ladite enceinte d'un milieu gazeux à pression inférieure à la pression atmosphérique et contenant l'un des corps réactifs à partir desquels ledit matériau doit être formé, - application d'une différence de potentiel électrique de haute fréquence entre deux surfaces conductrices situées de part et d'autre dudit substrat de manière à créer un plasma dans ladite enceinte au voisinage de ce subs trat, caractérisé par le fait que ledit milieu gazeux contient l'ensemble desdits corps réactifs à partir desquels ledit matériau doit être formé. A l'aide de la figure schématique unique ci-jointe, on va décrire ci-après à titre non limitatif, un mode de mise en oeuvre de l'invention. La figure unique représente une vue en coupe d'une enceinte à pulvérisation cathodique utilisée pour la mise en oeuvre de l'invention. Dans l'exemple qui va être décrit, le substrat est constitué par une plaquette de silicium monocristallin de 10 cm de diamètre dans laquelle des couches de types de conductivité alternés ont été créées et sur laquelle doit être déposée une couche très pure de nitrure de silicium avec une épaisseur de 0,35 microns. Le substrat 2 est placé sur un support en quartz 4 placé lui-mêin## sur une plaque horizontale- d'acier inoxydable 6 de diamètre 45 cm constituant le fond d'une enceinte du type dit w pulvérisation cathodique et qui comporte également une cloche 8 constituée de verre et fixée de manière étanche sur la plaque 6. Au-dessus du substrat 2 et à l'intérieur de la cloche est placée une cible 10 ayant la forme d'un disque horizontal de quartz d'un diamètre de 15 cm et de 2 mn d'épaisseur, revêtu sur sa face la plus éloignée du substrat 2 d'une feuille métallique 11. Cette cible est entourée de toutes parts, sauf sur sa face en regard du substrat 2, par un anneau de garde 12 métallique et connecté électriquement à la plaque 6.La feuille métallique 11 est isolée de cet anneau de garde et connectée à une borne d'un générateur de haute fréquence 14 dont l'autre borne est connectée à la plaque 6. Ce générateur a une fréquence de 13,56 mz et une puissance de 1 kW. La plaque 6 est percée d'une ouverture de grand diamètre raccordée à une tubulure 16 également de grand diamètre par exemple 35 cm, quoique ce diamètre soit représenté petit sur la figure pour faciliter la compréhension du dessin, et cette tubulure 16 est raccordée à une pompe à diffusion de vapeur d'huile, ellerneme raccordée à un piège à silane constitué d'une enceinte comr portant une surface portée à une température de 4000C, cette enceinte étant évacuée par une pompe à palettes dont l'orifice d'évacuation communique avec l'atmosphère. Après introduction du substrat 2 dans la cloche 8, cette dernière est évacuré par l'intermédiaire de la tubulure 16 jusquaà une pression de 10 torr, et les parois de l'enceinte sont dégazées, après quoi les pompes et le piège à silane, raccordés à la tubulure 16 restent en fonctionnement continu jusqu'à la fin des opérations de dépôt. Après l'évacuation de la cloche 8. un mélange gazeux est introduit dans la cloche 8 par une tubulure 18 avec un débit tel que la pression s'établisse à l'intérieur de cette cloche à 1Q torr. Ce mélange gazeux contient l'ensemble des corps réactifs permettant la formation du matériau à déposer sur le substrat 2, c'est-à-dire dens l'exemple décrit. un mélange contenant entre 1 % et un pour mille de silane Six4, en volume, dans de l'azote très pur. Une fois la pression stabilisée dans l'enceinte 8, le générateur 14 est mis en fonctionnement. Malgré la faible température, il y a alors, en raison de la présence d'un champ radiofréquence, formation et dépôt de nitrure de silicium. Au bout de trente minutes, le générateur 14 est arreté. L'introduction du mélange gazeux par la tubulure 18 est également arrêtée, et l'évacuation de l'enceinte par l'intermédiaire de la tubulure 16 continue jusqu'à la pression soit retombée à 10 torr environ. La présente invention présente les avantages suivants 1 - la température du substrat reste très modérée. 2 - la cible peut être constituée d'un matériau quelconque, sans exigence sévère de pureté, car elle n'intervient pas dans la formation du matériau à déposer. Plus précisément, s'il existe un risque de pollution par la cible, il suffit de réaliser une première fois les opérations précédemment décrites en l'absence de tout substrat. La cible se recouvre alors d'un dépôt de matériau à déposer. et, lorsque les opérations précédemment décrites sont ultérieurement répétées en présence d'un substrat, le dépôt effectué sur la cible ne peut disparaitre et évite toute pollution par celle-ci. Ceci montre bien d'ailleurs la différence entre le procédé selon l'invention, et le procédé connu de pulvérisation cathodique réactive avec champ radiofréquence, procédé connu où le matériau de la cible est consommé pour former le dépit sur le substrat. 3 - la couche déposée sur le substrat est très régulière en raison de l'homogénéité du champ électrique à son Voisinage. REVENDICATIONS 1/ Procédé de dépôt d'une couche mince et très pure #d'un matériau formé par réaction en phase gazeuse, procédé comportant les opérations suivantes - introduction dans une enceinte (6, 6) d'un substrat (2) sur lequel ladite couche doit être déposée - introduction dans ladite enceinte (6, 6) d'un milieu gazeux à pression inférieure à la pression atmosphérique et contenant l'un des corps réactifs à partir desquels ledit matériau doit etre formé, - application d'une différence de potentiel électrique de haute fréquence entre deux surfaces conductrices (6, 1U ] situées de part et d'autre dudit substrat (2 ] de manière à créer un pla#sma dans ladite enceinte- (6, 83 au voisinage do ce substrat. caractérisé par le fait que ledit milieu gazeux contient l'ensemble desdits corps réactifs à partir desquels ledit matériau doit être formé 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit substrat (2) est constitué par une plaquette semi conductrice. 3/ Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait -- que ledit substrat (21 est constitué de silicium et que ledit mélange gazeux est constitué en majorité d'azote et contient du silane de manière à obtenir par réaction de ces deux corps un dépôt de nitrure de silicium. 4f Prscedé selon la revendication-1, caractérisé par le fait que les deux dites surfaces conductrices (8, 10) sont planes, parallèles, en regard, et intérieures à ladite enceinte (6, Bf et que ledit substrat t2) est disposé dans l'intervalle entre ces deux surfaces à distance des bords de chacune d'entre elles 5/ Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que chacune des deux dites surfaces conductrices est revêtue du cêté dudit substrat, d'un élément en quartz. 6/ Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que préalablement à ladite introduction dans ladite enceinte (6, 81 dudit substrat (2), on effectue une introduction préalable dudit milieu gazeux dans cette enceinte, et une application préalable de ladite différence de potentiel électrique, après quoi on introduit ledit substrat (2) dans ladite enceinte [ 6, 83 en le fixant sur l'un desdits éléments en quartz et on effectue ledites opérations d'introduction dudit milieu gazeux et d'application de ladite différence de potentiel électrique.