Brevet FR3057705A1 — publié le 20180420

PROCÉDÉ DE DISSOLUTION D'UN OXYDE ENTERRÉ DANS UNE PLAQUETTE DE SILICIUM SUR ISOLANT La présente invention porte sur un procédé de dissolution d'oxyde enterré par recuit d'une plaquette de silicium sur isolant (soit SOI). Afin d'apporter plusieurs améliorations aux plaquettes de silicium sur isolant (soit SOI, de l'anglais « silicon-on-insulator ») avec une couche d'oxyde enterrée (soit BOX, de l'anglais « buried oxide ») ultra fine, c'est-à-dire une couche de BOX ayant une épaisseur d'environ 50 nm ou moins, en particulier pour permettre une liaison en utilisant un oxyde plus épais que la cible finale (pour la réduction de défauts), et pour améliorer la fiabilité électrique du BOX, il est connu de soumettre des plaquettes de SOI à une étape de recuit de dissolution de BOX. Typiquement, il est connu que la présence d'oxygène au-dessus d'un certain seuil dans l'atmosphère ambiante empêche le processus de dissolution d'avoir lieu. Par conséquent, dans les procédés connus de dissolution de BOX, il est nécessaire d'utiliser un four étanche à l'oxygène pour assurer une faible pression partielle d'oxygène dans l'atmosphère ambiante de recuit. En outre, si la plaquette de SOI a une couche de silicium mince, par exemple une couche de silicium ayant une épaisseur d'environ 150 nm ou moins, pendant le recuit à haute température, le phénomène dit de démouillage ou de formation de gouttelettes de silicium est connu pour avoir lieu, moyennant quoi la plaquette devient inutilisable. En conséquence, dans les procédés connus de dissolution de BOX, il est nécessaire de prévoir une plaquette de SOI ayant une couche de silicium épaisse, typiquement avec une épaisseur d'environ 200 nm, sur le dessus de la couche de BOX. De plus, les procédés connus de dissolution de BOX sont limités par la diffusion d'oxygène à travers la couche de silicium à partir de la couche de BOX, et par l'élimination du SiO du voisinage de la surface de la plaquette de SOI, qui sont connus pour résulter en une non-uniformité des épaisseurs de la couche finale. En particulier, comme le divulgue le document WO 2014/155166 A1, dans des procédés connus de dissolution de BOX, la teneur en oxygène résiduel doit être inférieure à 10 ppm. En outre, des températures élevées (typiquement de 1150 °C à 1200 °C) sont nécessaires pour les procédés connus de dissolution de BOX. À cet égard, des conceptions spécifiques du four 3057705 2 en ce qui concerne l'uniformité de la température ou l'adaptation du débit de gaz sont connues pour procurer des solutions partielles, mais cela signifie que la cinétique des procédés connus de dissolution de BOX dépend de conceptions de four spécifiques. En d'autres termes, les fours standards, qui ne sont pas étanches à l'oxygène, ne peuvent 5 pas être utilisés avec les procédés connus de dissolution de BOX. En outre, la réaction de dissolution de BOX est généralement connue pour être purement régulée dans le temps, et la vitesse de la réaction est connue pour être dépendante de la température. En conséquence, l'épaisseur finale dissoute dépend de la température locale, ce qui est connu pour entraîner des non-uniformités supplémentaires. 10 Dans la technologie intégrée à semi-conducteur métal-oxyde (soit CMOS, de l'anglais « complementary metal-oxide-semiconductor »), des matériaux à permittivité élevée ou à constante diélectrique élevée (soit « high-k ») sont typiquement utilisés pour le diélectrique de grille d'oxyde afin d'éviter les courants de fuite. Le piégeage de couche interraciale, c'est-à-dire le dépôt d'une couche de piégeage d'oxygène directement sur le 15 diélectrique de la grille d'oxyde, est une alternative connue à l'utilisation d'oxydes à constante k encore plus élevée (« Ultimate Scaling of High-k Gate Dielectrics: Higher-k or Interfacial Layer Scavenging » par T. Ando ; Materials, 2012, Vol. 5, p. 478 - 500). Un exemple de piégeage de couche interraciale peut être trouvé dans le document US 2010/0244206 A1, qui divulgue un procédé de formation d'un transistor à grille 20 métallique à constante k élevée (soit MOSFET, de l'anglais « metal-oxide-semiconductor field-effect transistor ») ayant une nitruration d'interface pour moduler la tension de seuil et améliorer le courant d'attaque. Ce document divulgue une structure de grille diélectrique à constante k élevée comprenant un substrat, une couche interraciale nitrurée sur le substrat, une couche diélectrique à constante k élevée sur la couche interraciale 25 nitrurée, et une couche de piégeage d'oxygène sur la couche diélectrique à constante k élevée. Dans le procédé qui y est divulgué, un recuit est effectué après le dépôt de la couche de piégeage d'oxygène sur la couche diélectrique à constante k élevée. Compte tenu des problèmes susmentionnés, un objectif de la présente invention est de fournir un procédé amélioré de dissolution de BOX, permettant en particulier 30 d'effectuer l'étape de recuit de dissolution de BOX également lorsque la plaquette de SOI a une couche de silicium mince, c'est-à-dire lorsque la couche de silicium de la plaquette de SOI a une épaisseur en-dessous de 150 nm voire moins, et éventuellement sans la 3057705 3 nécessité d'un four étanche à l'oxygène ou d'un four à haute température spécialement conçu. Cet objectif est atteint avec un procédé de dissolution d'un oxyde enterré dans une plaquette de silicium sur isolant, comprenant une étape de prévoir une plaquette de 5 silicium sur isolant ayant une couche de silicium fixée à un substrat de support par l'intermédiaire d'une couche d'oxyde enterrée, et une étape ultérieure de recuit de ladite plaquette de silicium sur isolant pour dissoudre au moins partiellement la couche d'oxyde enterrée. Selon la présente invention, le procédé comprend en outre une étape de prévoir une couche de piégeage d'oxygène sur ou au-dessus de la couche de silicium avant 10 l'étape de recuit. En conséquence, la méthode selon l'invention proposée est fondée sur le dépôt d'une couche de piégeage d'oxygène sur le dessus de la couche de silicium d'une plaquette de SOI avant le recuit de dissolution de BOX. Comme mentionné ci-dessus, le piégeage de couche interfaciale est connu en relation avec la technologie de semi- 15 conducteur métal-oxyde afin d'empêcher des courants de fuite dans des diélectriques de grille d'oxyde à constante k élevée. Plus spécifiquement, il est seulement connu de déposer les couches de piégeage d'oxygène directement sur une couche d'oxyde telle que la couche de diélectrique de grille d'oxyde à constante k élevée d'un transistor à semi-conducteur métal-oxyde. En d'autres termes, les couches de piégeage d'oxygène ne 20 sont connues que pour cibler des oxydes de grille et ne sont pas connues en combinaison avec des procédés de dissolution de BOX. De façon surprenante, il s'est avéré que l'utilisation d'une couche de piégeage d'oxygène avec une plaquette de SOI, en particulier sur ou au-dessus de la couche de silicium de la plaquette de SOI, fournit plusieurs avantages bénéfiques par rapport aux procédés connus de dissolution de BOX : 25 Le procédé de dissolution de BOX selon la présente invention peut être appliqué à des plaquettes de SOI comprenant une couche de silicium d'une épaisseur désirée quelconque. En particulier, la présente invention peut être appliquée avantageusement à des plaquettes de SOI ayant une couche de silicium mince, c'est-à-dire une couche de silicium avec une épaisseur d'environ 150 nm ou moins, en particulier d'environ 50 nm ou 30 moins, plus particulièrement d'environ 25 nm ou moins, ou plus particulièrement y compris aussi mince qu'environ 10 nm, parce que la couche de piégeage d'oxygène de recouvrement va empêcher le phénomène de démouillage ou de formation de gouttelettes d'avoir lieu. Par conséquent, le procédé de dissolution de BOX selon l'invention peut 3057705 4 même être utilisé sur des matériaux qui ne peuvent pas être obtenus en couches épaisses, tels que le silicium contraint. En outre, comme le procédé de dissolution est limité par la diffusion, à la même température, le procédé de dissolution de BOX selon l'invention peut être réalisé jusqu'à 5 20 fois plus vite sur une plaquette de SOI ayant une couche de silicium aussi mince que 10 nm que sur une plaquette de SOI ayant une couche de silicium standard de 200 nm d'épaisseur. De plus, le procédé de dissolution de BOX selon l'invention peut également être réalisé à des températures plus basses que les procédés connus de dissolution de BOX, 10 ce qui conduit à une simplification significative du procédé de dissolution par rapport aux procédés connus. En particulier, le procédé de dissolution de BOX selon l'invention permet d'utiliser des conceptions de four plus simples et ne nécessite pas un four à haute température. D'autres caractéristiques avantageuses du procédé de dissolution de BOX selon l'invention comprennent une sensibilité moindre à la génération de lignes de 15 glissement et des durées de montée / décroissance de la température plus courtes. En outre, le procédé de dissolution de BOX selon l'invention peut être limité en contrôlant la quantité d'élément piégeur d'oxygène dans la couche de piégeage d'oxygène. Par exemple, dans certains modes de réalisation du procédé de dissolution de BOX selon l'invention, la couche de piégeage d'oxygène peut avoir une épaisseur 20 adaptée pour dissoudre au moins une épaisseur prédéterminée de la couche d'oxyde enterrée à dissoudre. Dans d'autres modes de réalisation préférés, la couche de piégeage d'oxygène peut comprendre du Hf02 sous-stoechiométrique, c'est-à-dire du HfOx avec x REVENDICATIONS1. Procédé de dissolution d'un oxyde enterré dans une plaquette de silicium sur isolant, comprenant : une étape de prévoir une plaquette de silicium sur isolant (100, 300, 400, 500) ayant une couche de silicium (101, 301, 401, 501) fixée à un substrat de support (103, 303, 403, 503) par l'intermédiaire d'une couche d'oxyde enterrée (102, 302, 402, 502) ; et une étape de recuit de ladite plaquette de silicium sur isolant (100, 300, 400, 500) pour dissoudre au moins partiellement la couche d'oxyde enterrée (102, 302, 402, 502) ; caractérisé en ce que2. 3. 4. 5. le procédé comprend en outre une étape de prévoir une couche de piégeage d'oxygène (104, 304, 404, 504) sur ou au-dessus de la couche de silicium (101, 301, 401, 501) avant l'étape de recuit. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la couche de silicium (101, 301, 401, 501) a une épaisseur (hsi) d'environ 150 nm ou moins, en particulier d'environ 50 nm ou moins, plus particulièrement d'environ 25 nm ou moins, encore plus particulièrement d'environ 10 nm. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la couche de silicium (101, 301, 401, 501) est une couche contrainte. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la couche de piégeage d'oxygène (104, 304, 404, 504) a une épaisseur (hsca') adaptée pour dissoudre au moins une épaisseur prédéterminée de la couche d'oxyde enterrée (102, 302 , 402, 502) à dissoudre. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la couche de piégeage d'oxygène {104, 304, 404, 504) comprend du Hf02 sous-stoechiométrique, c'est-à-dire du Hf0, avec x