Brevet FR3033079A1 — publié le 20160826

Procédé de passivation d'un substrat et machine pour la mise en oeuvre de ce procédé La présente invention concerne un procédé de passivation d'un substrat et une machine pour la mise en oeuvre de ce procédé. Le domaine de l'invention est celui de la microélectronique où un substrat est soumis à un dopage. L'homme du métier connaît de nombreuses techniques de dopage au nombre desquelles figure notamment l'implantation ionique. Maintenant, l'implantation ionique est couramment réalisée en mode immersion plasma. Selon cette dernière technique, le substrat est immergé dans un plasma et il est polarisé en tension négative de quelques dizaines de Volts à quelques dizaines de kilovolts, ceci de façon à créer un champ magnétique capable d'accélérer les ions du plasma vers le substrat de sorte qu'ils s'y implantent. La polarisation est généralement pulsée. Le problème est que certains dopants tels que le Phosphore ou l'Arsenic tendent à réagir avec l'air ambiant pour former des gaz très fortement toxiques comme la phosphine PH3 ou l'arsine AsH3 . Dans l'air ambiant, c'est la vapeur d'eau ou l'oxygène qui participent à ces réactions chimiques. Pour le Phosphore, les principales réactions sont : 2 P2+6 1-120->3 1-13P02+P1-13 2 P2+ 5 02 -> P4010 Pour l'Arsenic, les principales réactions sont: 4As+3H20->As203 +2As H3 4 As + 3 02 ->2As2O3 AS203+ 02 ->AS205 On citera également le cas d'un autre dopant, celui du Bore, qui est susceptible de libérer du B2 H6. On assimilera ici au dopage les procédés de dépôt de couche atomique dit dépôt ALD (pour « Atomic Layer Deposition » en anglais). Il apparaît ainsi que si les quantités de gaz toxiques générés sont faibles cela ne pose en général pas de difficultés car la dilution avec l'air ambiant suffit à réduire les concentrations en dessous des valeurs admises par les différentes législations. Par contre, en microélectronique avancée, les substrats traités sont 35 stockés dans des boîtes fermées appelées « FOUP ». La concentration de gaz toxique dans le FOUP peut atteindre des seuils dangereux. 3033079 2 Une solution connue pour éviter ce phénomène consiste à encapsuler le substrat avec une couche de passivation (« CAP Layer » en anglais) avant de la remettre à l'atmosphère. Cette couche est soit du silicium, soit de l'oxyde de silicium, soit du nitrure de silicium d'une épaisseur de quelques nanomètres. 5 Cette solution comporte plusieurs limitations. En premier lieu, le dépôt doit être fait « in situ », dans la même machine que celle où est réalisée le dopage, sans rompre le vide, ce qui augmente la complexité de la machine et le coût du traitement, tout en réduisant la productivité. 10 En second lieu, ce dépôt doit être retiré avant de pouvoir reprendre le contact sur les surfaces dopées. Le retrait doit être parfaitement maîtrisé pour ne pas surgraver la surface, ce qui conduirait à une perte de dopants. Il doit être total sans quoi il n'y aurait pas contact avec la surface dopée. En troisième lieu, ces procédés de dépôt et gravure constituent une 15 source majeure de variabilité sur le fonctionnement du composant associé. La réduction des dimensions des composants conduit à une profondeur du dopage de l'ordre de 5 nanomètres. Il s'ensuit que la précision sur le dépôt et la gravure devrait être de l'ordre du dixième de nanomètre, ce qui est pratiquement impossible à ce jour. 20 La présente invention a ainsi pour objet un procédé et une machine qui permettent de s'affranchir des limitations de l'état de l'art. Selon l'invention, un procédé de traitement d'un substrat comprend une étape de dopage immédiatement suivie d'une étape de passivation ; procédé remarquable en ce que l'étape de passivation consiste à immerger le substrat 25 dans un gaz appartenant à l'ensemble comprenant l'oxygène, la vapeur d'eau, l'air humide, la vapeur de peroxyde d'hydrogène, l'ozone et l'ammoniaque. Ainsi, la réaction de la surface dopée est provoquée dans une atmosphère confinée, ce qui supprime tout danger dû aux gaz toxiques produits par cette réaction. 30 Suivant une première option, l'étape de passivation consiste à balayer le substrat avec le gaz. Suivant une seconde option, l'étape de passivation consiste en la réalisation d'au moins un cycle comportant une étape d'introduction du gaz suivie d'une étape de purge par pompage. De préférence, l'étape de dopage est réalisée par implantation ionique. 3033079 3 Avantageusement, l'implantation ionique est effectuée par immersion plasma. Suivant un mode de réalisation préférentiel, l'étape de passivation comporte une phase de chauffage du substrat. 5 Suivant une caractéristique additionnelle de l'invention, le gaz consiste en des espèces gazeuses issues d'un plasma. Pour des raisons de sécurité, l'étape de passivation est suivie d'une étape d'analyse de l'atmosphère résiduelle. L'invention a également pour objet une machine de traitement d'un 10 substrat selon le procédé ci-dessus qui comporte un orifice d'introduction du gaz. Suivant une première option, la machine comportant un sas sous vide, l'étape de passivation est réalisée dans ce sas. Suivant une seconde option, la machine comporte une chambre de passivation pour réaliser l'étape de passivation. 15 La présente invention apparaîtra maintenant avec plus de détails dans le cadre de la description qui suit d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif en se référant aux figures annexées qui représentent : la figure 1, une machine destinée à la mise en oeuvre du procédé de l'invention, et 20 la figure 2, une chambre de passivation. Les éléments identiques présents dans plusieurs figures sont affectés d'une seule et même référence. En référence à la figure 1, une machine de dopage est représentée. En partant de la gauche de cette figure, on distingue quatre plateaux de chargement 25 10 de FOUP. Ces plateaux 10 approvisionnent un premier robot de chargement 11 qui fonctionne à la pression atmosphérique. Ce premier robot 11 communique avec un second robot de chargement 12 qui fonctionne sous vide, ceci par l'intermédiaire d'un premier sas de chargement/déchargement 13 et d'un deuxième sas de 30 chargement/déchargement 14. Les deux sas de chargement/déchargement 13, 14 fonctionnent eux aussi sous vide. Le deuxième robot 12 alimente une première chambre d'implantation 15. Eventuellement, il alimente une deuxième chambre d'implantation 16. Selon l'invention, on peut encore prévoir une chambre de passivation 17 35 également alimentée par le second robot de chargement 12. 3033079 4 Le procédé de traitement selon l'invention comprend donc une étape de dopage qui dans le cas présent se fait dans une chambre d'implantation. Suite à cette étape de dopage prend place une étape de passivation qui a pour objet de saturer les liaisons pendantes des surfaces fortement dopées ou 5 une étape de désorption (dégazage) des espèces toxiques. Cette étape est réalisée sous atmosphère contrôlée afin de réduire la réactivité du substrat avec l'atmosphère lorsqu'il est remis à l'air. Suivant une première approche, la passivation de la surface se fait par oxydation en utilisant de l'oxygène, de la vapeur d'eau, de l'air humide, de la 10 vapeur de peroxyde d'hydrogène ou de l'ozone. Suivant une seconde approche, la passivation de la surface se fait par nitruration en utilisant de l'azote ou préférentiellement de l'ammoniaque (NH3). La passivation se fait simplement en mettant en contact le substrat avec l'un des gaz cités précédemment. 15 Ces gaz peuvent être utilisés sous leur forme moléculaire ou bien alors sous forme d'espèces gazeuse excitées ou ionisées en recourant à un plasma. Dans certains cas, il peut être nécessaire de chauffer le substrat pour accélérer le processus de passivation. A titre d'exemple, pour neutraliser une surface dopée au phosphore avec de la vapeur d'eau, il est souhaitable de porter 20 le substrat à une température supérieure à 200° C. Une première possibilité pour effectuer la passivation consiste à balayer la surface du substrat avec le gaz réactif. Typiquement la pression de travail est comprise entre 0,01 et 100 mbar et le débit est compris entre 50 et 1 000 sccm. Une seconde possibilité consiste à prévoir un cycle durant lequel une 25 étape d'introduction du gaz dans l'enceinte est suivie d'une étape de purge par pompage. Le nombre de cycles nécessaire peut être déterminé empiriquement. Typiquement les excursions de pression se font entre 0,1 et 100 mbar et le nombre de cycles est compris entre 3 et 10. Toutefois, on peut utiliser un analyseur de gaz pour évaluer la toxicité de 30 l'atmosphère résiduelle. Au cas où un gaz toxique est détecté un dispositif interdit la libération du substrat et relance une phase de passivation. Le procédé de passivation peut être effectué « in situ » dans la chambre de dopage, ce qui comporte l'avantage de passiver aussi les parois de la chambre. Toutefois, la productivité s'en trouve affectée et il y a un risque de 35 contamination de l'atmosphère par la pression résiduelle de gaz réactif. 3033079 5 Il est donc préférable de réaliser la passivation en dehors de la chambre de dopage. Une première solution consiste à utiliser un sas de chargement/déchargement 13, 14 sous vide. 5 Une deuxième solution consiste à utiliser une chambre de passivation 17 dédiée à cet usage. En référence à la figure 2, un exemple de réalisation de la chambre de passivation est présenté. La chambre 17 comporte à son sommet un diffuseur de gaz 21 en forme de pomme de douche. Le porte-substrat 22 est agencé face au 10 diffuseur de gaz 21 et il reçoit le substrat 23 à traiter. Ce porte-substrat 22 est éventuellement chauffant. A la base de la chambre 17 on distingue une vanne de laminage ajustable 24 (vanne papillon) qui raccorde cette chambre à un groupe de pompage 25. 15 Les exemples de réalisation de l'invention présentés ci-dessus ont été choisis eu égard à leurs caractères concrets. Il ne serait cependant pas possible de répertorier de manière exhaustive tous les modes de réalisation que recouvre cette invention. En particulier, toute étape ou tout moyen décrit peut être remplacé par une étape ou un moyen équivalent sans sortir du cadre de la 2 0 présente invention. REVENDICATIONS1. Procédé de traitement d'un substrat (23) comprenant une étape de dopage immédiatement suivie d'une étape de passivation, caractérisé en ce que ladite étape de passivation consiste à immerger le substrat dans un gaz appartenant à l'ensemble comprenant l'oxygène, la vapeur d'eau, l'air humide, la vapeur de peroxyde d'hydrogène, l'ozone et l'ammoniaque. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape de passivation consiste à balayer le substrat (23) avec ledit gaz. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape de passivation consiste en la réalisation d'au moins un cycle comportant une étape d'introduction dudit gaz suivie d'une étape de purge par pompage. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite étape de dopage est réalisée par implantation ionique. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'implantation ionique est effectuée par immersion plasma (15, 16). Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite étape de passivation comporte une phase de chauffage du substrat (23). Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit gaz consiste en des espèces gazeuses issues d'un plasma. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite étape de passivation est suivie d'une étape d'analyse de l'atmosphère résiduelle. 3033079 7 9) Machine de traitement d'un substrat selon le procédé conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte un orifice d'introduction dudit gaz. 10) Machine selon la revendication 9 caractérisée en ce que, comportant un sas (13, 14) sous vide, ladite étape de passivation est réalisée dans ce sas. 11) Machine selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle comporte o une chambre de passivation (17) pour réaliser ladite étape de passivation.