Brevet FR2845202A1 — publié le 20040402

La présente invention concerne le traitement de surfaces de tranches de matériaux destinées à être utilisées dans des applications de micro électronique, optique, optoélectronique. On précise que les tranches concernées par l'invention sont réalisées avec des matériaux semiconducteurs. L'exemple particulier qui va être décrit dans ce texte concerne ainsi une tranche de type SOI (Silicon On Insulator pour silicium sur isolant selon la terminologie anglo-saxonne répandue). Et l'invention concerne plus précisément un procédé de traitement 10 de surface d'une tranche de matériau choisi parmi les matériaux semiconducteurs, la tranche ayant été obtenue par une technique de transfert, le procédé comprenant une étape de recuit rapide comportant successivement: une première rampe de montée en température destinée à initier le 15 chauffage, * un premier palier de stabilisation destiné à stabiliser la température, * une deuxième rampe de montée en température. On précise que les tranches de matériau semiconducteur concernées par l'invention sont des tranches obtenues par une technique 20 de transfert, c'est à dire des tranches dont une couche (correspondant à tout ou partie de la tranche) a été transférée à partir d'un substrat source sur un support. On précise également que les " recuits rapides " sont des recuits amenant les tranches à des températures très élevées (de l'ordre de 25 11 000C ou plus), en un temps très court (quelques dizaines de secondes). Ces recuits sont communément désignés par l'acronyme RTA, pour Rapid Thermal Annealing (recuit thermique rapide). Ils permettent de lisser la surface des tranches. Un recuit RTA tel que pratiqué dans l'état de la technique est 30 illustré schématiquement sur la figure 1, qui illustre l'évolution de la température T en fonction du temps t. Cette figure montre que le RTA comporte des rampes de montée en température, pour amener les tranches subissant le RTA d'une température ambiante RT à une température de sortie de recuit T2 élevée en un temps très court. A titre d'exemple, RT peut être de l'ordre de 20 à 500 OC, et T2 de l'ordre de 12000C. On constate sur cette figure que le RTA comprend en réalité deux rampes rectilignes: * Une première rampe amenant la tranche à une température TI de 10 l'ordre de 7500C, et suivie d'un palier d'environ 10 secondes à cette température. Cette première rampe et le palier qui la suit permettent: > d'initier le chauffage, > d'amorcer le suivi de température de la tranche subissant le RTA (ce suivi est assuré par un pyromètre qui détermine la température de la 15 tranche, mais la tranche ne devient " lisible " au pyromètre qu'à partir d'une certaine température qui dépend du matériau de la tranche - dans le cas d'une tranche de silicium cette température est de l'ordre de 400'C), > de stabiliser la température (rôle du palier plus particulièrement). * Une deuxième rampe ayant une pente de l'ordre de 50'C/seconde, suivie d'un palier d'environ 30 secondes. Cette deuxième rampe constitue une phase active importante du RTA On a observé avec de tels RTA classiques que des défauts apparaissaient dans les tranches, particulièrement dans le cas de tranches 25 réalisées à partir de silicium (SOI par exemple). Ces défauts dénommés " slip lines " (ce terme de " slip lines " étant dans le présent texte considéré comme l'équivalent de " lignes de glissement " en français) résultent des contraintes thermiques importantes que la tranche subit au cours du RTA. Ces contraintes thermiques sont en particulier dues aux rampes de montée en température très raides, ainsi qu'au palier final à une température très élevée. Et on observera ainsi plus ou moins de lignes de glissement sur une tranche ayant subi un RTA classique, en fonction du budget thermique reçu par la tranche. Ces lignes de glissement sont susceptibles d'apparaître sur toute la 5 surface de la tranche, et notamment au niveau des éléments supportant la tranche dans le four de recuit. De telles lignes de glissement constituent évidemment un inconvénient. Le but de l'invention est de permettre de réduire cet inconvénient. Afin d'atteindre ce but, l'invention propose un procédé de traitement 10 de surface d'une tranche de matériau choisi parmi les matériaux semiconducteurs, la tranche ayant été obtenue par une technique de transfert, le procédé comprenant une étape de recuit rapide comportant successivement: * une première rampe de montée en température destinée à initier le 15 chauffage, * un premier palier de stabilisation destiné à stabiliser la température, * une deuxième rampe de montée en température, caractérisé en ce que lors de la deuxième rampe, la pente moyenne de montée en température a une première valeur dans un premier domaine de 20 températures dites basses, puis augmente dans un domaine de températures dites hautes. Des aspects préférés mais non limitatifs du procédé selon l'invention sont les suivants: * la tranche est une tranche réalisée à partir de silicium, 25 * la tranche est une tranche de SOI, * le premier palier est effectué à une température de l'ordre de 750'C, * le domaine de températures basses s'étend entre environ 800 et environ 11000C, * dans le domaine de températures basses, la température augmente de 30 manière continue, * dans le domaine de températures basses, la température augmente avec un palier intermédiaire, * le recuit rapide se termine par un palier, à une température de l'ordre de 1150 à 1250 OC, * la deuxième rampe se termine avec une pente de l'ordre de 25 à 50'C/seconde. D'autres aspects, buts et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description suivante de l'invention, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels, outre la figure 1 qui a déjà été 10 commentée en référence à l'état de la technique: * Les figures 2a et 2b sont des graphes montrant l'évolution de la température lors de deux recuits RTA réalisés respectivement de manière connue, et selon l'invention, * La figure 3 est un graphe montrant l'effet, sur le nombre de lignes de 15 glissement, de la longueur de l'intervalle de temps passé lors d'un RTA dans une certaine zone de température. En référence maintenant aux figures 2a et 2b, on a représenté I 'évolution de la température lors de deux montées en température de deux RTA respectifs, réalisés selon les enseignements de l'état de la technique 20 (figure 2a) et selon l'invention (figure 2b). On précise que les figures sont décrites en référence au recuit RTA d'une tranche de SOI, qui est issue d'un procédé de transfert avec détachement au niveau d'une zone de fragilisation (procédé de type SMARTCUTO). Toutefois, l'invention s'applique également à des tranches obtenues par tous types de procédés de transfert (par exemple ELTRAN ou autre), et ne présentant pas nécessairement une structure de type SOI. L'invention s'applique ainsi à des tranches en silicium, ou encore à des tranches réalisées dans d'autres matériaux semiconducteurs. Les montées en température des figures 2a et 2b correspondent comme on l'a dit à deux RTA, dont un (figure 2b) est réalisé selon l'invention. Ces deux montées en température débutent schématiquement de la même manière, par une première rampe RI amenant la température à une valeur de l'ordre de 750QC. Un premier palier de température constante (à une valeur de l'ordre de 7500C) suit cette première rampe. La différence entre les deux recuits intervient au niveau de la deuxième rampe de montée en température, qui suit ce premier palier. On observe en effet que la rampe de la figure 2a est sensiblement rectiligne, conformément à ce qui est connu. Cette deuxième rampe a ainsi 10 une pente constante de l'ordre de 50'C/seconde. Et ce recuit classique se termine par un palier de 1 à 30 secondes, lors duquel la température est maintenue à une valeur constante de l'ordre de 1200 à 1230 OC. La deuxième rampe R2 de la figure 2b, quant à elle, n'est pas 15 rectiligne. Au contraire, cette deuxième rampe présente une forme généralement concave, c'est à dire qu'elle s'étend de manière générale en dessous de la droite (représentée en pointillés) joignant le point Pi de début de cette rampe (environ 750'C) au point P2 de fin de rampe (qui est 20 typiquement de l'ordre de environ 1150-1250 'C). Plus précisément, lors de la deuxième rampe, la pente moyenne de montée en température a une première valeur dans un premier domaine de températures dites basses, puis augmente dans un domaine de températures dites hautes. En d'autres termes, lors de la montée en température de cette deuxième rampe, on passe d'abord proportionnellement plus de temps, pour une montée en température donnée (premier domaine), que dans la fin de la rampe (deuxième domaine). On précise en outre que dans le cas de l'invention cette deuxième 30 rampe R2 est associée à une durée At2 de montée en température qui est supérieure à la durée de montée en température d'une deuxième rampe classique, pour un même écart de température. On précise que cette durée correspond sur la figure 2b à l'écart de temps entre les points Pi (début de la deuxième rampe R2 selon l'invention) et P2 (fin de la deuxième rampe R2 selon l'invention). On a également fait apparaître sur cette figure, à titre de 5 comparaison, une deuxième rampe Ro2 classique telle que pratiquée selon l'état de la technique. Cette deuxième rampe classique R02 débute au même point Pi, mais se termine en P02, point distinct de P2 et le précédant dans le temps. Il apparaît ainsi que par rapport à une deuxième rampe classique la 10 deuxième rampe R2 selon l'invention non seulement n'est pas rectiligne et présente une pente moyenne qui augmente entre deux domaines successifs, mais qu'elle correspond en outre à une montée en température globalement plus lente. Plus précisément, dans l'exemple représenté sur la figure 2a, la 15 deuxième rampe a une pente qui augmente progressivement et continment, cette pente ayant successivement les valeurs suivantes: 101525-50 'C/seconde. La deuxième rampe de la figure 2b se termine ainsi avec une pente maximale de l'ordre de 50'C/seconde ce qui correspond aux deuxièmes 20 rampes des RTA de l'état de la technique. Une caractéristique importante de cette rampe est qu'elle permet d'augmenter le temps passé par la tranche dans une plage de valeurs basses de température de cette deuxième rampe qui débute vers 7500C pour se terminer vers 1 150-12500C. La plage en question peut être identifiée dans l'exemple décrit ici comme correspondant aux températures comprises entre environ 800'C et environ 1100 C. On remarque donc que selon l'invention, on augmente le temps passé par la tranche subissant le recuit RTA dans une plage basse de 30 température de la deuxième rampe. Cette augmentation est " absolue " dans le sens o la durée effectivement passée dans cette plage dite basse est augmentée par rapport à un recuit RTA classique. Cette augmentation est également à rapporter à la deuxième 5 rampe en général: on remarque que selon l'invention, lors de cette deuxième rampe, le rapport du temps passé dans la plage dite basse sur le temps passé dans la plage dite haute (qui correspond aux températures de la deuxième rampe qui sont supérieures aux températures de la plage " basse ") est augmenté, par rapport à ce qui est pratiqué dans l'état de la 10 technique. En d'autres termes, on passe selon l'invention plus de temps dans cette plage " basse " de température de la deuxième rampe, par rapport à la durée totale de la deuxième rampe, que dans les recuits à rampe linéaire de l'état de la technique. En effet, lors de la deuxième rampe, la pente moyenne de montée en température a une première valeur dans un premier domaine de températures dites basses, puis augmente dans un domaine de températures dites hautes. On précise que les plages de températures " basses " et 20 " hautes " sont définies notamment en fonction du matériau de la tranche. Il est d'ailleurs possible de mettre en oeuvre l'invention avec une autre " deuxième rampe ", du moment que la condition de rapport de temps passé dans les plages de températures basse et haute et qui est énoncée ci-dessus est respectée. On peut par exemple définir un palier intermédiaire de température constate dans cette plage de températures basses (par exemple un palier à une température entre 800 et 1100 OC dans l'exemple décrit ici). Et on peut de manière générale donner toute forme à la deuxième rampe, qui permette de respecter cette condition. Le fait de procéder ainsi permet de diminuer sensiblement le nombre de lignes de glissement obtenues sur la tranche après recuit. Le demandeur a notamment observé que les lignes de glissement générées au niveau des supports de la tranche dans le four étaient considérablement réduites (que ces supports aient la forme de points d'appui séparés, ou d'une couronne circulaire continue concentrique à la tranche). Cet effet s'explique par le fait que les lignes de glissement observées en fin de RTA trouvent leur origine dans des défauts générés lors de la partie du RTA de la tranche qui correspond aux valeurs " basses " de température. Cet effet est illustré sur la figure 3, qui représente pour quatre conditions de recuit RTA effectués sur quatre tranches respectives, le nombre de lignes de glissement produites sur la tranche après recuit. Les quatre recuits correspondent aux séries de points étalées en abscisse - chaque abscisse différente correspondant à un recuit. On trouve en dessous de ce graphe des lignes de données. La première ligne de données " temps " indique pour chaque recuit le temps passé dans la plage de température " basses " de la deuxième rampe - les quatre recuits ayant la même première rampe RI, similaire à celle de la figure 2b. La deuxième ligne de données " Moyenne " correspond au nombre moyen de lignes de glissement observées sur une population de tranches, après recuit. La troisième ligne de données " Count " indique le nombre de tranches ayant fait l'objet d'un comptage de lignes de glissement (ce 25 nombre étant réduit à un dans deux cas). On observe que lorsque la durée " temps " augmente, le nombre de lignes de glissement diminue. On obtient en effet les résultats suivants: Temps passé dans la plage basse Nombre moyen de lignes de de températures (secondes) glissement observé 7 46.5 14.5 30 19 14 26 6.5 On précise que dans l'exemple de la figure 3, la plage de " basses températures " s'étendait entre 8000C et 1i 00C. L'application d'une deuxième rampe de recuit RTA progressive, qui 5 corresponde à un rapport (temps passé dans la plage basse de températures / temps passé dans la plage haute de températures) élevé, est donc bénéfique pour la réduction des lignes de glissement. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement de surface d'une tranche de matériau choisi parmi les matériaux semiconducteurs, la tranche ayant été obtenue par une technique de transfert, le procédé comprenant une étape de recuit rapide comportant successivement: ò une première rampe de montée en température destinée à 10 initier le chauffage, * un premier palier de stabilisation destiné à stabiliser la température, une deuxième rampe de montée en température, caractérisé en ce que lors de la deuxième rampe, la pente 15 moyenne de montée en température a une première valeur dans un premier domaine de températures dites basses, puis augmente dans un domaine de températures dites hautes. 2. Procédé selon la revendication précédente caractérisé en ce que 20 la tranche est une tranche réalisée à partir de silicium. 3. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la tranche est une tranche de SOI. 4. Procédé selon une des deux revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier palier est effectué à une température de l'ordre de 750'C. 5. Procédé selon une des trois revendications précédentes 30 caractérisé en ce que le domaine de températures basses s'étend entre environ 800 et environ 1 1000C. 6. Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans le domaine de températures basses, la température augmente de manière continue. 7. Procédé selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que dans le domaine de températures basses, la température augmente avec un palier intermédiaire. 8. Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé 10 en ce que le recuit rapide se termine par un palier, à une température de l'ordre de 1150 à 1250 OC. 9. Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième rampe se termine avec une pente de 15 l'ordre de 25 à 50'C/seconde.