Brevet FR2556501A1 — publié le 19850614

Procédé et dispositif de traitement thermique de plaquettes de semiconducteurs. La présente invention concerne un procédé et un dispositif de traitement thermique de plaquettes de semiconducteurs. Elle s'applique notamment au recuit d'implantation de plaquettes semiconductrices. On sait que les plaquettes de semiconducteurs utilisées pour la fabrication de circuits intégrés doivent subir au cours de cette fabrication un ou plusieurs traitements thermiques. Par exemple, après une opération d'implantation ionique sur une face d'une telle plaquette, cette plaquette doit subir un recuit d'implantation, c'est-à-dire qu'elle doit être portée à une température donnée pendant un temps donné, afin de rendre actifs les atomes donneurs ou accepteurs implantés. On connait différentes techniques de trai- tement thermique des plaquettes de semiconducteurs, à savoir l'utilisation de lam#es, de fours ou de lasers, dent le rayonnement lumineux (infrarouge dans le cas des fours) est dirigé sur une plaquette que l'on veut traiter thermiquement. Les techniques connues de chauffage de plaquettes de semiconducteurs par apport énergétique obtenu par un rayonnement photonique quel qu'il soit (infrarouge, visible, voire cohérent dans le cas des lasers) présentent les inconvénients suivants e elles ne permettent pas un bon contrôle de la temperature d'une plaquette traitée, à cause de la réflexion pos- sible du rayonnement sur la plaquette ; de plus, elles ne permettent pas une montée en température suffisais ment rapide (notamment dans le cas des fours qui ont une grande inertie thermique), d'où un problème de re- productibilité de la fabrication des circuits inté- grés ; enfin, dans le cas d'un recuit d'implantation, ces techniques connues nécessitent un changement de machine, les plaquettes devant alors passer de moyens d'implantation ionique à l'air libre et de là, dans un four ou dans une zone d'irradiation lumineuse. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients. Elle a pour objet un procédé de traitement thermique d'une face d'une plaquette de semiconducteur, caractérisé en ce qu'il consiste à chauffer cette plaquette en bombardant l'autre face de celle-ci à l'aide d'un faisceau d'ions. La présente invention a également pour objet un dispositif de traitement thermique d'une face d'une plaquette de semiconducteur, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de production d'un faisceau d'ions et de bombardement de l'autre face de la plaquette à l'aide de ce faisceau, de'manière à chauffer cette plaquette et à réaliser ainsi le traitement thermique. Contrairement aux techniques connues, la présente invention permet un bon contrôle de la température de la plaquette traitée, en mesurant le courant du faisceau d'ions et des tensions d'accélération desdits ions. En outre, dans l'invention, l'énergie du faisceau d'ions est intégralement transformée en énergie calorifique dans la plaquette. De plus, l'invention permet un traitement thermique rapide de cette plaquette et, dans le cas d'un recuit d'implantation, elle permet de traiter thermiquement la plaquette dans la même enceinte que l'enceinte correspondant aux moyens d'implantation ionique. La présente invention présente également les avantages suivants : elle ne nécessite pas de bonne définition du faisceau d'ions en masse et donc pas de système, magnétique par exemple, pour filtrer les ions.Le dispositif objet de l'invention peut donc être réalisé de façon simple et économique, avec un bon rendement en courant et en énergie. De plus, l'invention permet une bonne homogénéité de l'apport calorifique aux plaquettes à traiter et supprime tout échange thermique par convection de ces plaquettes puisque celles-ci demeurent dans le vide pendant leur traitement thermique. Enfin, l'invention utilise un bombardement de la face arrière d'une plaquette et évite ainsi tout problème de détérioration de la face à traiter de cette plaquette (face ayant subi une implantation ionique par exemple) et/ou d'inhomogénéité de traitement de ladite face. Selon un mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention, le faisceau d'ions est un faisceau divergent, prévu pour recouvrir la totalité de l'autre face. Selon un autre mode de réalisation particulier, la largeur du faisceau d'ions est limitée de manière à former sur l'autre face une tache de diamètre inférieur aux dimensions de cette autre face et les moyens de production et de bombardement sont conçus pour engendrer un balayage de l'autre face par le faisceau d'ions. Au cours de ce balayage, le faisceau d'ions peut être déplacé par rapport à la plaquette ou réciproquement. Selon un autre mode de réalisation particulier, le dispositif selon l'invention comprend en ou tre des moyens de réflexion sur la plaquette, d'un rayonnement thermique émis par cette plaquette lorsqu'elle est bombardée par le faisceau d'ions. Enfin, selon un autre mode de réalisation particulier, le traitement thermique est un recuit succédant à une implantation ionique sur ladite face de la plaquette, cette implantation étant effectuée à l'aide de moyens d'implantation ionique, et les moyens de production et de bombardement comprennent ces moyens d'implantation ionique et des moyens de retournement de la plaquette, de manière que celle-ci puisse présenter son autre face aux moyens d'implantation pour subir ledit recuit après l'implantation. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, d'exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue schématique d'un mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention, dans lequel le faisceau d'ions est divergent, - la figure 2 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation particulier dans lequel le faisceau d'ions balaye la plaquette, - la figure 3 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation particulier dans lequel la plaquette est déplacée par rapport au faisceau d'ions, - la figure 4 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation particulier qui concerne un recuit effectué après une implantation ionique, à l'aide des moyens d'implantation ionique, et - la figure 5 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation particulier qui concerne également un recuit effectué après une implantation ionique, dans l'enceinte où cette dernière est effectuée, mais avec d'autres moyens que les moyens d'implantation ionique. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement un mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention. Il permet de traiter thermiquement une face 2 d'une plaquette 3 de semiconducteur, épousant par exemple la forme d'un disque. Cette plaquette 3 repose par l'intermédiaire de sa face 2 sur des pointes thermiquement isolantes 4 (par exemple en céramique ou en acier inoxydable) lesquelles sont solidaires d'un support en forme d'anneau 5, lui-même solidaire d'un socle 6. Le dispositif selon l'invention représenté sur la figure 1 comporte des moyens 7 pour produire un faisceau d'ions 8 et pour bombarder l'autre face 9 de la plaquette 3 à l'aide de ce faisceau. (Dans les exemples de réalisation représentés sur les figures I à 4, la plaquette est maintenue horizontalement, l'autre face 9 de celle-ci constituant alors sa face supérieure, et les moyens 7 sont donc prévus pour que le faisceau 8 se propage de haut en bas en direction de ladite autre face 9. Bien entendu, la plaquette pourrait être maintenue dans toute autre position, par exemple verticalementp les moyens 7 étant alors prévus pour que le faisceau 8 parvienne convenablement à ladite autre face 93. Les moyens 7 de production du faisceau d'ions comprennent successivement une source 10 dess dits ions, un extracteur il et un accélérateur 12 desdits ions et également, à la suite de cet accélérateur, des moyens 13 pour rendre le faisceau divergent de telle sorte que celui-ci puisse recouvrir la totalité de l'autre face 9 de la plaquette. Ces moyens 13 pour rendre le faisceau divergent sont par exemple constitués par une lentille électro-statique ou magnétique, divergente. Bien entendu, l'ensemble constitué par la plaquette, les moyens de support de celle-ci et les moyens de production du faisceau d'ions sont placés dans une enceinte 14 sous vide. On peut ajouter au dispositif selon l'invention représenté sur la figure 1, des moyens 15 de réflexion sur la plaquette, d'un rayonnement thermique émis par celle-ci lorsqu'elle est bombardée par le faisceau d'ions. Ceci permet d'augmenter la vitesse de stabilisation de la température dans la plaquette et en plus de diminuer les pertes thermiques de cette plaquette. Ces moyens 15 de réflexion consistent par exemple en un grillage 16 en forme de cage entourant la plaquette et son support 5, cette cage étant rendue solidaire d'un autre socle 17. Les mailles du grillage sont suffisamment larges pour ne pas perturber le bombardement de la plaquette par le faisceau. Sur la figure 2, on a représenté schématiquement un autre mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention. Il est identique au précédent du point de vue de la constitution et des dispositions relatives des différents éléments, excepté que les moyens 7 de production du faisceau d'ions comportent, au lieu de la lentille 13, deux paires de plaques déflectrices 18 verticales et reliées à des moyens de commande 19. En outre, les moyens 7 de production sont conçus pour produire un faisceau d'ions de taille inférieure au diamètre de la plaquette 3.Les plaques 18 sont toujours disposées à la suite de l'accélérateur d'ions 12 et les moyens de commande 19 sont prévus pour activer les plaques 18 convenablement disposées de manière à produire un balayage du faisceau 8 suivant deux directions horizontales et perpendiculaires X et Y , ce balayage étant comparable à un balayage de télévision. Ceci permet au faisceau 8 de taille limitée de balayer toute l'autre face 9 de la plaquette 3 suivant des bandes 20 parallèles et côte à côte. A titre indicatif et non limitatif, la plaquette ayant un diamètre de l'ordre de 100 mm, on peut utiliser un faisceau de 1 cm de diamètre et une fréquence de balayage de 1500 Hz. On peut encore adjoindre au dispositif selon l'invention représenté sur la figure 2 des moyens 15 de réflexion du genre de ceux qui ont été mentionnés dans la description de la figure 1 ou qui pourraient être également constitués par une plaque métallique 21 horizontale, disposée au-dessous du support 5 et solidaire de l'autre socle 17, cette plaquette 21 ayant des dimensions légèrement supérieures à celles de la plaquette. Au lieu d'utiliser un balayage du faisceau d'ions, on peut supprimer les plaques déflectrices 18 des moyens 7 de production de ce faisceau, ce dernier tombant alors verticalement sur la plaquette. Le balayage du faisceau est alors remplacé par un déplacement de la plaquette dans son plan horizontal, suivant deux directions perpendiculaires X et Y, comme on l'a représenté schématiquement sur la figure 3. Pour ce faire, la plaquette est non plus solidaire, par l'intermédiaire du support 5, du socle 16, mais d'une table de translation 22 du type X-Y, commandée par deux moteurs pas à pas non représentés, eux-mêmes actionnés par des signaux provenant d'un circuit de commande approprié également non représenté. Sur la figure 4, on a représenté schématiquement un autre mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention, correspondant au cas où le traitement thermique est un recuit d'implantation effectué immédiatement après- une implantation ionique sur ladite face 2 de la plaquette 3. On peut alors effectuer le recuit dans l'enceinte sous vide 23 des moyens 24 d'implantation ionique. Les moyens 7 de production du faisceau d'ions sont alors constitués par ces moyens d'implantation ionique, associés à une lentille électro-statique divergente 13 escamotable, permettant d'obtenir un faisceau apte à recouvrir toute l'autre face de la plaquette, ainsi qu'à des moyens 25 de positionnement de la plaquette 3.Ces moyens 25 de positionnement consistent par exemple en un moteur monté sur un socle 16 et dont l'axe du rotor est terminé par une pince 26 prévue pour maintenir la plaquette 3 par le bord de celle-ci. On effectue d'abord l'implantation ionique, la plaquette 3 présentant alors sa face 2 aux moyens d'implantation ionique et la lentille divergente étant escamotée. Après quoi, le moteur 25, commandé par des moyens non représentés, est activé de manière à retourner la plaquette 3, pour que celle-ci présente son autre face 9 en regard des moyens d'implantation ionique 24, la lentille divergente 13 est mise en place entre ces derniers et l'autre face 9 de la plaquette et tous les moyens non indispensables au recuit, tels que le système de refroidissement de la plaquette lors de l'implantation ionique ou les moyens de filtrage (par exemple magnétique) des ions, sont escamotés.Le bombardement de l'autre face de la plaquette par le faisceau 8 peut alors être effectué. A titre indicatif et non limitatif, il faut un faisceau fournissant de l'ordre de 50 W/cm2 pour effectuer le traitement thermique de la plaquette, et des moyens fournissant un courant de l'ordre de 50 mA d'ions d'énergie de l'ordre de 400 KeV, peuvent alors être utilisés pour traiter une plaquette de l'ordre de 100 mm de diamètre. De tels moyens existent dans le domaine de l'implantation ionique. On peut également réaliser le recuit dans une autre enceinte que l'enceinte dans laquelle est réalisée 11 implantation ionique, et avec des moyens de production d'un faisceau d'ions différents des moyens d'implantation ionique, ce qui est moins couteux car, pour réaliser le recuit, on n'a pas besoin d'une bonne définition du faisceau en masse. Sur la figure 5, on a représenté schématiquement un autre mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention, dans lequel la plaquette 3 est montée dans l'enceinte sous vide 23 des moyens d'implantation ionique 24, ceux-ci étant bien entendu prévus pour envoyer un faisceau d'ions 27 sur la face 2 de la plaquette. En regarddes moyens d 'im- plantation ionique 24, sont placés les moyens 7 de production d'un faisceau d'ions destinés à bombarder l'autre face 9 de la plaquette, ces moyens 7 comprenant successivement la source d'ions 10, l'extracteur d'ions 11, l'accélérateur d'ions 12 et la lentille électro-statique ou magnétique divergente 13. La plaquette 3, interposée entre lesdits moyens 7 et 24 et maintenue sur son support 5 grâce à des pinces 28, ce support étant lui-meme solidaire d'un autre support 29 dans l'enceinte 23. Toutes sortes d'ions sont utilisables dans l'invention, qu'ils soient positifs ou négatifs. On peut notamment utiliser les ions employés dans le domaine de l'implantation ionique, tels que les ions 2- où .4+ Te ou Si par exemple. REVENDICATIONS 1. procédé de traitement thermique d'une face (2) d'une plaquette (3) de semiconducteur, caractérisé en ce qu'il consiste à chauffer cette plaquette (3) en bombardant l'autre face (9) de celle-ci à l'aide d'un faisceau d'ions (8). 2. Dispositif de traitement thermique d'une face (2) d'une plaquette (3) de semiconducteur, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (7) de production d'un faisceau d'ions (8) et de bombardement de l'autre face (9) de la plaquette à l'aide de ce faisceau, de manière à chauffer cette plaquette et à réaliser ainsi le traitement thermique. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le faisceau d'ions (8) est un faisceau divergent, prévu pour recouvrir la totalité de l'autre face (9). 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la largeur du faisceau d'ions (8) est limitée de manière à former sur l'autre face (9) une tache de diamètre inférieur aux dimensions de cette autre face et en ce que les moyens (7) de production et de bombardement sont conçus pour engendrer un balayage de l'autre face (9) par le faisceau d'ions. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (15) de réflexion sur la plaquette, d'un rayonnement thermique émis par cette plaquette (3) lorsqu'elle est bombardée par le faisceau d'ions (8). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le traitement thermique est un recuit succédant à une implantation ionique sur ladite face (2) de la plaquette, cet te implantation étant effectuée à l'aide de moyens (24) d'implantation ionique, et en ce que les moyens (7) de production et de bombardement comprennent ces moyens d'implantation ionique (24) et des moyens (25) de retournement de la plaquette (3), de manière que celle-ci puisse présenter son autre face (9) aux moyens d'implantation (24) pour subir ledit recuit après l'implantation.