Brevet FR2670693A1 — publié le 19920626

PROCEDE POUR NETTOYER LA SURFACE D'UN SUBSTRAT PAR PLASMA La présente invention concerne le domaine technique généra L des procédés de nettoyage ou de décapage de La surface d'un substrat, de préférence à base de si Licium, mis en oeuvre préalablement au traitement ultérieur du substrat, notamment par croissance de couches ou dépôts. Le traitement, tel qu'une épitaxie d'un substrat à base de silicium, demande que le substrat présente une surface propre, de manière à assurer une épitaxie de qualité IL apparaît ainsi nécessaire de retirer l'oxyde natif, le carbone et toutes les autres impuretés présentes sur la surface du substrat. Dans l'application préférée ci-dessus, à savoir l'épitaxie sur silicium, l'état de la technique a proposé d'utiliser, en tant que méthode de nettoyage de la surface d'un substrat, des décapages thermiques réalisés à des températures relativement éLevées de l'ordre de 800 à 900 C et résultant de la conversion d'oxyde de silicium en espèce volatile. Ces méthodes de nettoyage, qui s'effectuent à des températures relativement éLevées, ne se trouvent pas adaptées pour réaliser les composants micro-électroniques du type ULSI (U Ltra Large Scale Integration) En effet, la mise en oeuvre d'une puissance thermique éLevée ne permet pas de respecter les profils abrupts de dopage des substrats De plus, la mise en oeuvre de températures éLevées est incompatible avec l'exploitation de nouvelles structures micro- électroniques, telles que des hétérostructures ou des hétéroépitaxies. Pour tenter de remédier à ces inconvénients, l'état de la technique a proposé d'utiliser un bombardement ionique pour réaliser de tels nettoyages à des températures plus basses A cet effet, le document B ANTHONY et a L, J Vac Sci Technol, B 7, p 621, 1989, a préconisé d'utiliser des plasmas d'hydrogène pour assurer une telle fonction de décapage Or, il apparaît que la mise en oeuvre d'un tel plasma ne permet pas de retirer facilement l'oxyde natif présent à la surface du silicium De plus, un plasma d'hydrogène grave beaucoup plus rapidement le silicium que la silice et toute rugosité dans la silice sera transférée, de façon amplifiée, dans le silicium. Par ailleurs, les documents T J DONAHUE et a L, J. Appl Phys 57, p 2757, 1985 et COMFORT et a L, J Appl Phys 62, p 3388, 1987 ont, également, proposé l'utilisation des plasmas d'argon qui sont connus pour agir selon le mécanisme de pulvérisation La mise en oeuvre de plasmas d'argon nécessite l'utilisation d'ions fortement énergétiques qui produisent des défauts dans le silicium, ainsi qu'une implantation d'argon dans le substrat De ce fait, les plasmas d'argon sont utilisés à suffisamment haute température et sont suivis, généralement, d'un recuit à relativement haute température, vers 800 C, pour éLiminer tous Les défauts créés par cette technique. Enfin, le document TRI-RUNG YEW et a L, J Appl Phys. 68, p 4681, 1990 a préconisé de soumettre le substrat à un plasma d'argon mélangé à de l'hydrogène, dans des conditions de températures de l'ordre de 7000 C. L'analyse de l'état de la technique conduit donc à constater qu'il apparaît un besoin de disposer d'un procédé de nettoyage à basse température de la surface d'un substrat, destiné à être mis en oeuvre préalablement à un traitement ultérieur, tel qu'une épitaxie ou un dépôt. L'objet de l'invention vise donc à satisfaire ce besoin en proposant un nouveau procédé pour nettoyer, à basse température, par plasma, la surface d'un substrat pour retirer toutes les impuretés de cette surface, de manière à permettre la réalisation d'un dépôt ultérieur dans des conditions favorables. Pour atteindre l'objet ci-dessus, le procédé selon l'invention, pour nettoyer par plasma la surface d'un substrat préalablement à un traitement ultérieur, consiste: dans une première phase de nettoyage, à polariser négativement le substrat et à soumettre le substrat à un plasma d'argon, et, dans une seconde phase de nettoyage, à soumettre le substrat prétraité à un plasma d'hydrogène, de manière à assurer un nettoyage efficace de La surface du substrat. Se Lon une caractéristique avantageuse du procédé se Lon L'invention, Les première et seconde phases de nettoyage sont réalisées sans La mise en oeuvre de moyens de chauffage. Se Lon une autre caractéristique avantageuse, Le procédé consiste à polariser négativement, pendant La première phase de nettoyage, Le substrat dans une p Lage de tensions comprise entre et 100 vo Lts. Diverses autres caractéristiques ressortent de La description faite ci-dessous en référence au dessin annexé qui montrent, à titre d'exemp Le non Limitatif, une forme de réalisation de L'objet de L'invention. La figure unique est une vue schématique d'une machine permettant de mettre en oeuvre Le procédé de nettoyage conforme à L'invention. Cette figure i L Lustre un exemp Le de réalisation d'une machine adaptée pour mettre en oeuvre Le procédé se Lon L'invention de nettoyage de La surface d'un substrat à base, de préférence, de si Licium Cette machine, par exemp Le du type JIPELEC, FUV 4, comporte une enceinte étanche 1, pourvue de moyens 2 adaptés pour produire un p Lasma micro- ondes mu Ltipo Laire De manière classique, i L peut être prévu, afin de permettre L'obtention de p Lasmas d'une bonne homogénéité, de réa Liser un confinement magnétique mu Ltipo Laire et d'utiliser une source micro-ondes Loca Lisée. L'enceinte 1 est équipée, également, d'un dispositif 3 d'amenée, à L'intérieur de L'enceinte 1, d'un substrat 4, te L qu'une plaquette de si Licium L'enceinte 1 est également pourvue d'un dispositif d'introduction 5 de gaz et d'un dispositif 6 de pompage de gaz permettant de maintenir La pression du gaz à ioniser à La va Leur désirée qui peut être, par exemp Le, de L'ordre de 10-' à 10 Pasca Ls. Conformément à L'invention, Le procédé de nettoyage consiste, dans une première phase, à alimenter La chambre en argon et à procéder à L'a L Lumage du p Lasma, de manière à soumettre Le substrat 4 à un plasma d'argon Pendant cette première phase de nettoyage, il est à noter que Le substrat est polarisé négativement par tout moyen connu et adapté, comme, par exemple, une polarisation continue du porte-substrat. Le plasma d'argon a pour fonction de retirer L'oxyde natif, le carbone, ainsi que toutes les impuretés présentes à la surface du substrat Cette fonction est assurée par le mécanisme de pulvérisation apparaissant dans un tel plasma d'argon La polarisation et l'énergie des ions sont choisis pour assumer une telle fonction et peuvent être ajustées en fonction de la préparation de la surface et, notamment, de L'épaisseur de silice présente sur cette surface. L'expérience a montré que le substrat pouvait être polarisé négativement dans une plage de tensions comprise entre 20 et 100 volts et que l'énergie des ions est, de préférence, comprise entre 20 et 100 électrons-volts Des expériences pratiques ont montré qu'avec un flux d'ions de l'ordre de 1015 ions/cm 2 et d'énergie comprise entre 50 et électrons-volts, un traitement à température ambiante, pendant une durée de l'ordre de 2 minutes, était suffisant pour assumer la fonction de nettoyage décrit ci-dessus Le traitement effectué dans les conditions ci-dessus correspond à l'abrasion de Angstrôms. Avantageusement, il est à noter que le traitement par le plasma d'argon peut s'effectuer en s'affranchissant de La mise en oeuvre de moyens de chauffage du substrat Un te L nettoyage est donc réalisé à des températures de l'ordre, voire inférieures à la température ambiante. Conformément à l'invention, un tel substrat, prétraité par un plasma d'argon, est soumis à un p Lasma d'hydrogène lors d'une seconde phase de nettoyage consécutive à La première phase. Dans la machine décrite ci-dessus, i L est prévu de substituer, dans la chambre 1, l'argon par de L'hydrogène Bien entendu, il peut être prévu de transférer, après la première phase de traitement, le substrat 4 à l'intérieur d'une enceinte distincte, identique à l'enceinte 1, et dans laquelle est produit Le plasma d'hydrogène Le plasma d'hydrogène, qui est relativement efficace à graver le silicium, permet d'éliminer la zone de silicium du substrat perturbée par le traitement du plasma d'argon. Avantageusement, cette seconde phase est réalisée aussi sans la mise en oeuvre de moyens de chauffage. Les expériences ont montré qu'un traitement, par plasma d'hydrogène de la surface du substrat pendant une durée de 2 minutes à température ambiante, laisse une surface parfaitement nettoyée Un tel traitement, par le plasma d'hydrogène, correspond à une gravure de 100 Angstr 8 ms de silicium monocristallin. De préférence, le p Lasma d'hydrogène présente un caractère peu énergétique, de manière à éviter d'induire des défauts dans le silicium Par exemple, il peut être envisagé que l'énergie des ions s'établisse autour de l'électron-volt. Selon une caractéristique avantageuse du procédé, il peut être prévu, dans cette seconde phase de nettoyage, de polariser positivement le substrat. La combinaison des deux phases de nettoyage conduit à un nettoyage efficace et de bonne qualité du substrat De plus, avantageusement, les deux phases de nettoyage sont effectuées à basse température, c'est-àdire à des températures inférieures ou de l'ordre de la température ambiante Le procédé selon l'invention, qui assure un nettoyage à basses températures d'un substrat, autorise la réalisation de composants de micro- électronique du type ULSI De plus, le procédé proposé, qui commence par la mise en oeuvre d'une étape peu sélective, est relativement peu dépendant des traitements antérieurs subis par le substrat Un tel procédé peut donc être largement utilisé dans Le domaine d'un substrat à base de silicium. Le substrat 4 ainsi nettoyé et décapé est particulièrement adapté pour recevoir des dépôts épitaxiques à l'intérieur d'un réacteur 7 De tels dépôts peuvent, par exemple, être réalisés à une température de l'ordre de 800 C, ce qui constitue une température relativement modérée pour une telle technique. Le procédé de nettoyage conforme à L'invention permet de décaper une surface d'un substrat à température ambiante ou à une température inférieure, en s'affranchissant des inconvénients connus des techniques précédentes, à savoir, d'une part, une mauvaise efficacité du traitement vis-à-vis de L'oxyde par rapport au si Licium, engendrant un transfert des rugosités dans Le si Licium et, d'autre part, une implantation d'argon s'ancrant dans Le réseau si Licium. L'invention n'est pas Limitée à L'exemp Le décrit et représenté, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS: 1 Procédé pour nettoyer, par plasma, la surface d'un substrat ( 4), préalablement à un traitement ultérieur, caractérisé en ce qu'il consiste: dans une première phase de nettoyage, à polariser négativement le substrat ( 4) et à soumettre le substrat à un plasma d'argon, et, dans une seconde phase de nettoyage, à soumettre le substrat prétraité à un plasma d'hydrogène, de manière à assurer un nettoyage efficace de la surface du substrat. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser les première et seconde phases de nettoyage, sans la mise en oeuvre de moyens de chauffage. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'i L consiste, pour la première phase de nettoyage, à polariser négativement le substrat dans une plage de tensions comprise entre et 100 volts. 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre le substrat à un plasma d'argon dont l'énergie des ions est comprise entre 20 et 100 éLectrons-volts. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre le substrat à un plasma d'hydrogène dont l'énergie des ions s'établit autour de l'électron-volt. 6 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste, dans la seconde phase de nettoyage, à polariser positivement le substrat. 7 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à procéder à la première et à la seconde phases de nettoyage dans deux chambres différentes.