Brevet FR2965395A1 — publié le 20120330

B10393 - 03568-01 1 PROCÉDÉ DE FABRICATION D'UN SUBSTRAT COMPRENANT DES ÎLOTS MÉTALLIQUES ORGANISÉS Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un substrat comprenant des îlots organisés d'un métal noble tel que le nickel, le platine, l'iridium ou le palladium, adapté à la croissance catalytique de nanostructures. Exposé de l'art antérieur Il est connu qu'il est possible de faire croître des nanostructures telles que des nanofils, des nanotubes, des grains de diamants, à partir de la surface d'un substrat comprenant des catalyseurs métalliques dispersés. Ainsi, parmi les catalyseurs de croissance de nanofils de silicium, on a proposé d'utiliser des nanograins d'or obtenus par dépôt suivi d'une étape de démouillage. Toutefois, ce procédé, bien que donnant de bons résultats, présente l'inconvénient d'être incompatible avec les techniques développées par ailleurs en microélectronique sur silicium, notamment dans ce qu'il est convenu d'appeler les technologies CMOS utilisées pour la réalisation de mémoires et de circuits logiques. En effet, l'or se diffuse très rapidement dans le silicium et perturbe tout composant qui pourrait y être formé. B10393 - 03568-01 2 On a donc proposé d'utiliser comme catalyseurs de croissance des nanograins d'un métal tel que le nickel, le platine, l'iridium ou le palladium. Toutefois, on n'a pas développé de technique efficace pour former sur la surface d'un substrat de silicium des grains dispersés de tels métaux de façon simple, organisée et compatible avec les technologies actuellement utilisées dans la fabrication des dispositifs CMOS. Cette compatibilité est particulièrement souhaitable, d'une part, parce que de façon générale les procédés CMOS sont bien maîtrisés, d'autre part, parce qu'il peut être souhaitable de former des nanostructures à des endroits précis sur des substrats dans lesquels sont incorporés par ailleurs des composants électroniques de type CMOS. Résumé Un objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de prévoir un procédé de formation organisée de grains dispersés d'un métal tel que Ni, Pt, Pd, Ir sur un substrat de silicium. Ainsi, un mode de réalisation de la présente invention prévoit un procédé de fabrication d'un substrat comprenant des îlots organisés d'un métal tel que Ni, Pt, Ir, Pd, adaptés à la croissance contrôlée de nanofils/nanotubes, comprenant les étapes suivantes : former une couche du métal sur une face supérieure apparente de silicium ; procéder à un recuit pour transformer complètement la couche de métal en une couche de siliciure de ce métal ; soumettre la face supérieure à un plasma d'oxygène à basse température pour former un oxy-siliciure du métal ; et soumettre la face supérieure à un plasma d'hydrogène à basse température, d'où il résulte que l'on obtient des grains du métal dans une couche d'oxyde de silicium. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 35 le métal est du nickel et le siliciure est du NiSi. B10393 - 03568-01 3 Selon un mode de réalisation de la présente invention, les températures de la face supérieure de la plaquette dans les plasmas d'oxygène et d'hydrogène sont maintenues dans une plage de 140 à 200°C. Brève description des dessins Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : les figures 1A à 1D mentionnent les principales étapes d'un exemple d'un procédé selon un mode de réalisation de la présente invention ; et les figures 2A à 2D représentent schématiquement des produits obtenus aux diverses étapes du procédé des figures 1A à 1D (comme cela est habituel dans la représentation des circuits intégrés, ces figures ne sont pas tracées à l'échelle). Description détaillée A l'étape illustrée en figures 1A et 2A, on procède à un dépôt de nickel sur une plaquette de silicium. Il s'agit là d'une étape couramment utilisée par exemple pour la formation de contacts de drain et de source de transistors MOS. A l'étape illustrée en figures 1B et 2B, on procède à un recuit pour obtenir une couche de NiSi. Ce recuit est effectué dans une plage de 500 à 600°C pour éviter la formation de Ni2Si si le recuit est effectué à une température trop basse ou la formation de NiSi2 si le recuit est effectué à une température trop élevée. Il s'agit là également d'une étape classique dans la formation de contacts de drain/source de transistors MOS. A l'étape illustrée en figures 1C et 2C, on dispose la plaquette de silicium revêtue de NiSi dans un réacteur à plasma d'oxygène à basse température (par exemple dans une plage de températures de 140 à 200°C) pour éviter toute diffusion du silicium du substrat vers la surface. La couche de NiSi se transforme alors en une couche de Ni-Si-0 amorphe. De B10393 - 03568-01 4 préférence, avant cette étape, on aura procédé à un nettoyage de la plaquette sous un plasma d'hydrogène. De tels réacteurs RF fonctionnant à basse température sont bien connus. On pourra par exemple utiliser des réacteurs dans lesquels le plasma RF produit une auto-polarisation du substrat et dans lesquels le suscepteur sur lequel est posé le substrat est refroidi à basse température, par exemple par circulation d'eau à température ambiante (20 à 25°C). A l'étape illustrée en figures 1D et 2D, de préférence dans le même réacteur pour éviter toute pollution, on soumet la plaquette à un plasma RF d'hydrogène, à nouveau dans une plage de température basse de l'ordre de 140 à 200°C. On note alors que la couche de Ni-Si-0 se transforme en une couche de SiO2 dans laquelle sont présents des grains de nickel régulièrement dispersés. De préférence, le procédé est mis en oeuvre alors que la couche de nickel initiale a une épaisseur de 4 à 10 }gym, épaisseur qui est de l'ordre de la taille des grains de nickel qui se forment. Ainsi, au moins la partie supérieure des grains affleure à la surface de la couche de SiO2 formée. Cette structure constitue un bon point de départ pour former des nanotubes de carbone, des nanofils d'un semi-conducteur du groupe IV tel que Si ou Ge, et même des grains de diamant. Bien entendu la présente invention est susceptible de diverses variantes en ce qui concerne les plages de température, du moment que l'on se place dans des conditions propres à obtenir les produits indiqués ci-dessus lors des étapes successives de réalisation. La présente invention s'applique également à des métaux tels que le palladium, le platine et l'iridium. Dans ce cas, les siliciures de ces métaux formés entre 500 et 700°C sont : Pd2Si, PtSi et IrSi3. Par ailleurs, on a indiqué que le nickel à la première 35 étape du procédé est déposé sur une plaquette de silicium. Il B10393 - 03568-01 pourra être déposé sur toute la surface d'une plaquette de silicium, ou mieux encore sur des régions localisées de cette plaquette définies au préalable. Il pourra également être déposé sur toute la surface ou une région d'une couche mince de 5 silicium déposée sur un isolant. Divers modes de réalisation avec diverses variantes ont été décrits ci-dessus. On notera que l'homme de l'art pourra combiner divers éléments de ces divers modes de réalisation et variantes sans faire preuve d'activité inventive. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un substrat comprenant des îlots organisés d'un métal tel que Ni, Pt, Ir, Pd, adaptés à la croissance contrôlée de nanofils/nanotubes, comprenant les étapes suivantes : former une couche du métal sur une face supérieure apparente de silicium ; procéder à un recuit pour transformer complètement la couche de métal en une couche de siliciure de ce métal ; soumettre la face supérieure à un plasma d'oxygène à basse température pour former un oxy-siliciure du métal ; et soumettre la face supérieure à un plasma d'hydrogène à basse température, d'où il résulte que l'on obtient des grains du métal dans une couche d'oxyde de silicium. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le 15 métal est du nickel et le siliciure est du NiSi. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les températures de la face supérieure de la plaquette dans les plasmas d'oxygène et d'hydrogène sont maintenues dans une plage de 140 à 200°C.