Brevet FR2628444A1 — publié le 19890915

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE COUCHE DE SILICIUM SUR ISOLANT La présente invention concerne le domaine de la micro- électronique, et plus particulièrement le domaine des circuits intégrés fabriqués dans une couche mince de silicium elle-même déposée sur un isolant. De telles techniques dites de silicium sur isolant sont maintenant connues, et un exemple de procédé de fabrication sur un support isolant d'un film de silicium monocristallin orienté et à défauts localisés est décrit dans le brevet français 2 580 672. Dans les procédés de fabrication de couches minces, monocristallines, de silicium sur isolant, on dépose par divers moyens une couche mince de silicium sur un substrat isolant, ce substrat étant souvent constitué d'une tranche de silicium revêtue d'oxyde de silicium. Lors de sa formation, la couche de silicium est polycristalline ou amorphe. On cherche donc ensuite à la rendre monocristalline. L'un des procédés les plus couramment adoptés pour ce faire est un procédé de fusion de zone dans lequel on déplace une bande d'énergie amenant la couche mince de silicium près de sa température de fusion, l'orientation cristalline ini- tiale des premiers grains de silicium se propageant normalement tout le long de la tranche. En fait, de nombreux défauts apparais- sent et des procédés ont été prévus, par exemple comme cela est décrit dans le brevet susmentionné, pour obtenir une localisation des défauts. En outre, il a été constaté que, lors des procédés de fusion de zone, la couche mince de silicium avait tendance à se mettre en goutte, en raison du mauvais mouillage de l'oxyde de silicium par le silicium liquide. Le moyen le plus couramment adopté pour réduire l'influence de ce phénomène consiste à revêtir la couche de silicium d'une couche d'un produit encapsulant. Même avec ces couches de produit encapsulant, le phénomène de mise en goutte ne disparaît pas complètement. Il se produit aussi des phénomènes de vides ou d'amincissements localisés de la couche de silicium. Pour résoudre ces problèmes, on a pensé dans l'art anté- rieur qu'il convenait de modifier la nature de la couche d'encap- sulant. Ainsi, divers types de couches ont été essayés: nitrure de silicium, oxyde de silicium revêtu d'une couche de nitrure, implantation d'azote ou de carbone dans une couche d'oxyde de silicium, etc. Si certains auteurs ont cru voir une amélioration des résultats par l'utilisation de ces diverses techniques, le problème n'a néanmoins pas été totalement résolu et les procédés de fabrication ont été rendus plus complexes avec des risques de pollution de la couche mince de silicium. Si l'on examine les diverses étapes des procédés connus de fabrication d'une couche mince de silicium, jusqu'à l'étape de recristallisation par fusion de zone, on s'aperçoit qu'aucune des étapes antérieures à la fusion de zone n'implique de traitement thermique à très haute température. Au plus, certains documents, tels que le brevet français susmentionné, prévoient un préchauffa- ge avant l'étape de fusion de zone à une température de 800 à 1200 C et de préférence à 1100 C. Selon la présente invention, il est proposé, avant l'étape de fusion de zone, et éventuellement pendant l'étape de formation de la couche d'encapsulant, de procéder à un recuit thermique à très haute température de la plaquette sur laquelle est formée la couche mince que l'on voudra ensuite recristalliser. Pat très haute température, on entend ici une température proche de la température de fusion de silicium qui est de 1 410 C. Ainsi, l'invention propose, avant l'étape de recristallisation par fusion de zone, d'effectuer un recuit de longue durée, par exemple de plusieurs heures, à une température de l'ordre de 1250 à 1400 C. Cette température est de préférence voisine de 13500C. Il a été constaté que, grâce à cette étape thermique à haute température et en utilisant une simple couche d'encapsulant constituée d'oxyde de silicium, on obtenait après recristallisa- tion une couche monocristalline exempte des défauts susmentionnés, à savoir des amincissements ou des vides. Ainsi, la présente invention, tout en permettant l'obtention d'un meilleur résultat que les procédés de l'art antérieur, permet d'utiliser des couches d'encapsulant simples, uniquement constituées d'oxyde de silicium, par exemple d'oxyde de silicium thermique. Un exemple de mise en oeuvre de la présente invention comprend les étapes suivantes: - partir d'une plaquette de silicium de 100 mm de diamètre; effectuer une oxydation thermique de la plaquette, pour fournir une couche d'oxyde de silicium de 2 Nm d'épaisseur; - déposer du silicium polycristallin ou amorphe sur une épaisseur de 1,5 micromètres par dépôt chimique en phase vapeur à basse pression; - oxyder la couche mince de silicium, pour faire croltre par exemple une épaisseur d'environ 2 pm de SiO2 avec une consom- mation d'environ 1 pm de Si, c'est-à-dire que la couche de Si résiduelle a une épaisseur de 0,5 m; - recuire la structure sous oxygène pendant quatre heures à 1350 C; - recristalliser la couche mince de silicium par fusion de zone, par exemple avec une machine à lampe à une vitesse de déplacement de la bande fondue de 0,2 mm par seconde. L'étape de recuit à haute température selon la présente invention présente l'avantage de pouvoir être effectuée en une fois sur un grand nombre de plaquettes disposées simultanément dans un four. Sa durée présente donc un inconvénient négligeable dans un processus industriel puisque les tranches ne sont pas traitées une par une. Un autre avantage de la présente invention, réside dans le fait que, comme on le voit à partir de l'exemple ci-dessus, on peut arriver à des couches de silicium très minces ce qui était pratiquement impossible par les techniques de l'art antérieur car les phénomènes de création de vides et d'amincissements susmen- tionnés sont d'autant plus importants que l'épaisseur de la couche mince de silicium est faible. Les inventeurs ont pu obtenir des tranches sans défauts pour des épaisseurs de la couche mince de 250 à 300 nm alors que, dans l'art antérieur, l'épaisseur minimale si l'on ne voulait pas dépasser un taux de vide de 50/cm2 était de l'ordre de 400 à 500 nm avec les mêmes structures et les mêmes techniques de fusion de zone. Bien qu'aucune explication théorique ne puisse être donnée du résultat obtenu grâce à la présente invention, on peut supposer que le traitement à haute température permet d'améliorer la stabilité du film liquide en diminuant les phénomènes qui déclenchent le démouillage (au front de fusion) et/ou en limitant la propagation de ces démouillages. REVENDICATIONS 1. Procédé de recristallisation par fusion de zone d'une couche mince de silicium formée sur un isolant et recouverte d'un encapsulant, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant à effectuer un traitement thermique à une température comprise entre 1250 C et 1400 C avant l'étape de fusion de zone. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement thermique est réalisé à une température voisine de 1350 C. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement thermique est poursuivi pendant plusieurs heu- res. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche mince à cristalliser est formée sur une tranche de silicium recouverte d'oxyde de silicium et en ce que l'encapsulant est de l'oxyde de silicium. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le traitement à haute température se fait en présence d'oxygène.