Brevet FR2553437A1 — publié le 19850419

La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un film semiconducteur monocristallin sur un support isolant Elle trouve une application dans la fabrication de circuits intégrés et no5 tamment de circuits à grande rapidité de fonctionnement, de circuits résistant aux radiations ionisantes, ou de circuits fonctionnant sous haute tension. L'un des procédés utilisés, pour fabriquer un film semiconducteur monocristallin sur un support 10 isolant, consiste à déposer, sur le support, un film semiconducteur amorphe ou polycristallin, par exemple de silicium, puis à balayer la surface du film au moyen d'un faisceau laser ponctuel permettant de fondre localement le film; en se refroidissant la région 15 du film ainsi fondue se recristallise sous forme monocristalline. Le balayage du film est réalisé de façon continue avec un "spot" laser, de petite dimension, que l'on déplace rectilignement d'une extrémité à 20 l'autre du film, par exemple suivant une direction X. A chaque fois que le "spot" laser se trouve à l'une des extrémités du film, ce spot est légèrement déplacé, perpendiculairement à la direction X, ce qui permet de soumettre tout le film semiconducteur à l'ac25 tion du faisceau laser et donc de recristalliser le film en totalité. Ce procédé, très largement employé, ne permet de recristalliser sous forme monocristalline que de petits îlots de matériaux semiconducteurs 30 ( 50 x 500 1 m 2) L'emploi de ce procédé pour fabriquer des films semiconducteurs de grande dimension conduit à l'obtention de gros cristaux orientés dans toutes les directions La limite entre deux cristaux adjacents est appelée joint de grains La présence de ces joints de grains est très gênante pour fabriquer des transistors, notamment du type MOS, sur le film semiconducteur recristallisé. Un procédé récent a permis de réaliser des 5 cristaux longs et minces ( 20 im x 5 mm) et de contrôler la position des joints de grains Ce procédé consiste à réaliser sur le film semiconducteur plusieurs bandes parallèles antiréfléchissantes puis à balayer, comme précédemment, le film semiconducteur au moyen 10 d'un faisceau laser Le balayage est alors réalisé parallèlement aux bandes antiréfléchissantes. Ce procédé permet, certes de diminuer considérablement le nombre de joints de grains, mais il ne permet pas de tous les supprimer. La présente invention a justement pour objet un procédé de fabrication de films semiconducteurs monocristallins sur un support isolant ne présentant aucun joint de grains; ce procédé permettant d'obtenir un film semiconducteur monocristallin continu est basé 20 sur l'emploi de bandes parallèles antiréfléchissan tes. De façon plus précise, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un film semiconducteur monocristallin sur un support isolant, caractéri25 sé en ce qu'il consiste à: déposer, sur un support isolant réfractaire, un film semiconducteur, réaliser, sur le film semiconducteur, plusieurs bandes parallèles antiréfléchissantes, soumettre l'une des extrémités du film semiconducteur à l'action d'une raie d'énergie, perpendiculaire aux bandes antiréfléchissantes et dont l'énergie est suffisante pour fondre localement le film semiconducteur, déplacer le support et/ou la raie, parallèlement aux bandes antiréfléchissantes, de façon à balayer en une seule fois la totalité du film semiconducteur et à recristalliser ainsi le film sous forme monocristalline, et éliminer les bandes antiréfléchissantes. Selon un mode préféré de mise en oeuvre du procédé de l'invention, la raie d'énergie est une raie de lumière; celleci est par exemple obtenue en balayant rapidement le film semiconducteur, selon une direction perpendiculaire aux bandes antiréfléchis10 santes, au moyen d'un faisceau laser continu. De façon avantageuse, le faisceau laser présente une fréquence de balayage, selon la direction perpendiculaire aux bandes antiréfléchissantes, supérieur à 10 K Hz. L'utilisation combinée d'une raie d'énergie, obtenue notamment au moyen d'un faisceau laser, permet d'obtenir des films semiconducteurs de grandes dimensions (de l'ordre de 5 x 5 mm 2) ne présentant aucun joint de grains Par ailleurs, le fait de balayer 20 en une seule fois la totalité du film semiconducteur permet de recristalliser celui-ci de façon plus rapide que dans les procédés de l'art antérieur. Ce procédé de fabrication s'applique avantageusement à la réalisation, sur un support de préfé25 rence en oxyde de silicium, d'un film de silicium. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, les bandes antiréfléchissantes sont réalisées en nitrure de silicium. D'autres caractéristiques et avantages de 30 l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre illustratif mais nullement limitatif, en référence aux figures annexées, sur lesquelles: les figures 1 et 2 représentent schémati35 quement les différentes étapes du procédé de fabrica- tion conformément à l'invention, la figure 1 étant une vue en coupe et la figure 2 une vue de dessus, et la figure 3 représente schématiquement un dispositif permettant de recristalliser, conformément à l'invention, un film semiconducteur. Le procédé de fabrication conformément à l'invention consiste tout d'abord, comme représenté sur la figure 1, à déposer sur un support isolant réfractaire 2, par exemple en oxyde de silicium, un film 10 semiconducteur 4 Ce film semiconducteur réalisé de préférence en silicium, peut être déposé par la technique de dépôt chimique en phase vapeur, à basse pression ou non Ce film peut présenter une épaisseur comprise entre 500 angstrôms et quelques microns suivant 15 l'application ultérieure de ce film. Sur ce film semiconducteur 4, on réalise ensuite, par les procédés classiques de photolithographie (masquage et gravure) plusieurs bandes parallèles antiréfléchissantes 6 Ces bandes antiréfléchissantes O 6, présentant par exemple une épaisseur de 400 A, sont réalisées de préférence en nitrure de silicium Ces bandes 6, pour un film semiconducteur de 5 x 5 mm 2, peuvent présenter une largeur de quelques microns et être espacées les unes des autres de quelques dizaines 25 de microns. L'étape suivante du procédé consiste, comme représenté sur la figure 2 qui représente une vue de dessus de la figure 1, à soumettre l'une des extrémités du film semiconducteur à l'action d'une raie ou 30 pinceau d'énergie 8 Cette raie d'énergie 8, située perpendiculairement aux bandes antiréfléchissantes 6, présente une énergie suffisante pour fondre localement le film semiconducteur 4 Le balayage du film semiconducteur par la raie ou pinceau d'énergie 8, selon une 35 direction X parallèle aux bandes antiréfléchissantes 6, permet de recristalliser le film semiconducteur sous forme monocristalline. Le balayage du film semiconducteur peut être réalisé, soit en déplaçant le pinceau d'énergie 8 pa5 rallèlement aux bandes 6, le support 2, donc le film 4, étant maintenus fixes, soit en déplaçant le support, donc le film, parallèlement aux bandes 6, en maintenant le pinceau d'énergie 8 fixe Ce balayage se fait par exemple à une vitesse de l'ordre de 5 mm/s. 10 La dernière étape du procédé, non représentée sur les figures, consiste à éliminer les bandes antiréfléchissantes 6 par exemple par un procédé d'attaque chimique Lorsque ces bandes sont réalisées en nitrure de silicium, on peut utiliser de l'hexafluoru15 re de soufre comme agent d'attaque. De préférence, la raie ou pinceau d'énergie 8 est une raie ou un pinceau lumineux. Cette raie de lumière peut être obtenue par tout moyen connu On peut par exemple utiliser un 20 faisceau lumineux continu, tel qu'un faisceau laser, transformé sous forme d'un pinceau au moyen d'une lentille cylindrique On peut aussi utiliser un faisceau lumineux continu, tel qu'un faisceau laser, balayant très rapidement le film semiconducteur, selon une di25 rection Y, perpendiculaire aux bandes antiréfléchissantes 6, ce balayage pouvant être réalisé au moyen d'un déflecteur acousto-optique ou d'un système électro-mécanique. Sur la figure 3, on a représenté un système 30 électro-mécanique permettant de réaliser une raie lumineuse et d'effectuer le déplacement de cette raie parallèlement aux bandes antiréfléchissantes Ce dispositif comprend une source laser continue 10, par exemple à argon et ayant une puissance comprise entre 35 10 W et 25 W, émettant un faisceau lumineux 12 qui est, après réflexion sur un miroir 14, focalisé par une lentille 16 sur le film semiconducteur à recristalliser Ce faisceau focalisé peut ensuite être dévié à l'aide de deux miroirs tournants 18 et 20 permettant 5 d'effectuer, respectivement, un balayage très rapide du film semiconducteur selon la direction Y, perpendiculaire aux bandes antiréfléchissantes, et un balayage lent parallèlement aux bandes antiréfléchissantes, c'est-à-dire suivant la direction X La commande des 10 miroirs tournants 18 et 20 se fait par tout moyen connu par exemple à l'aide de moteurs asservis. Lorsque la raie lumineuse est obtenue au moyen d'un faisceau laser que l'on balaye rapidement selon une direction perpendiculaire aux bandes antiré15 fléchissantes, la vitesse de balayage selon cette direction est de préférence supérieure à 10 k Hz, par exemple compris entre 50 k Hz et 200 k Hz. Le système décrit ci-dessus (figure 3) permet de balayer la totalité du film semiconducteur, à 20 l'aide de la raie d'énergie 8, en déplaçant celle-ci parallèlement aux bandes antiréfléchissantes 6, et en maintenant le support 2, donc le film, fixe Mais comme on l'a dit précédemment, la raie d'énergie 8 peut être maintenue fixe et c'est alors le support 2 que 25 l'on déplace suivant la direction parallèle aux bandes antiréfléchissantes 6 Ce type de balayage peut être réalisé en déposant l'échantillon à recristalliser, portant la référence 22, sur une table à translation XY 24 (figure 3), la translation étant alors effectuée 30 uniquement suivant la direction X parallèle aux bandes antiréfléchissantes; dans ce cas, le miroir tournant 18 doit être bien entendu supprimé. L'emploi de bandes antiréfléchissantes associé au déplacement d'une raie d'énergie et/ou du 35 support sur lequel est déposé le film semiconducteur permet d'obtenir, en un seul balayage, un film continu monocristallin, c'est-à-dire un film dépourvu de joints de grains Des études, notamment par attaque à la potasse, ont permis de montrer que le film semicon5 ducteur, réalisé par le procédé de l'invention ne présentait effectivement aucun joint de grains. Le procédé de l'invention permet de fabriquer des films semiconducteurs monocristallins, notamment de silicium, de 5 x 5 mm 2 sur un support iso10 lant pouvant être avantageusement utilisé pour la fabrication de circuits intégrés MOS. REVENDICATIONS 1 Procédé de fabrication d'un film semiconducteur monocristallin sur un support isolant, caractérisé en ce qu'il consiste à: déposer, sur un support isolant réfractaire ( 2), un film semiconducteur ( 4), réaliser, sur le film semiconducteur ( 4), plusieurs bandes parallèles antiréfléchissantes ( 6), soumettre l'une des extrémités du film semiconduc10 teur ( 4) à l'action d'une raie d'énergie ( 8), perpendiculaire aux bandes antiréfléchissantes ( 6) et dont l'énergie est suffisante pour fondre localement le film semiconducteur ( 4), déplacer le support ( 2) et/ou la raie ( 8), parallè15 lement aux bandes antiréfléchissantes ( 6), de façon à balayer en une seule fois la totalité du film semiconducteur ( 4) et à recristalliser ainsi le film sous forme monocristalline, et éliminer les bandes antiréfléchissantes ( 6). 2 Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que la raie d'énergie ( 8) est une raie de lumière. 3 Procédé de fabrication selon la revendication 2, caractérisé en ce que la raie de lumière ( 8) 25 est obtenue en balayant rapidement le film semiconducteur ( 4) selon une direction (Y) perpendiculaire aux bandes antiréfléchissantes ( 6), au moyen d'un faisceau laser continu ( 12). 4 Procédé de fabrication selon la revendi30 cation 3, caractérisé en ce que le faisceau laser ( 12) présente une fréquence de balayage, selon la direction (Y) perpendiculaire aux bandes antiréfléchissantes ( 6), supérieure à 10 k Hz. Procédé de fabrication selon l'une quel35 conque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le film semiconducteur ( 4) est un film de silicium. 6 Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les bandes antiréfléchissantes ( 6) sont réalisées en nitrure de silicium. 7 Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le support isolant ( 2) est de l'oxyde de silicium.