Brevet FR3058257A1 — publié le 20180504

Procédé de fabrication de couche mince DOMAINE TECHNIQUE La présente invention a trait au domaine de la technologie de fabrication de plaquettes de silicium sur isolant (SOI), en particulier à un 5 procédé de fabrication de la couche mince, la couche fabriquée étant principalement utilisée pour un appareil RF. TECHNOLOGIE EXISTANTE Les matériaux actuellement utilisés dans les modules frontaux RF sont les suivants : 10 1. SOQ (silicium sur quartz), SOS (silicium sur saphir) : le SOQ est identique au SOI classique, qui génère un courant de fuite plus faible ; en raison de sa capacité parasite plus faible, les performances du circuit sous haute fréquence sont améliorées. L'avantage du SOS réside dans son isolation électrique particulièrement bonne, ce qui permet 15 d'empêcher efficacement les radiations provoquées par les courants de fuite de se propager aux éléments adjacents. Les substrats tels que le SOQ et le SOS peuvent obtenir d'excellentes performances RF, mais ce type de structure étant très rare, ces substrats sont très chers. 2. Substrats silicium à haute résistivité : leur résistivité est 20 supérieure à 500 ohms.cm. Ce type de substrat est moins bon que le premier, il ne bénéficie pas des avantages structurels du type SOI, mais coûte moins cher. 3. Substrat SOI à haute résistivité : ce type de substrat présente des avantages structurels, mais ses performances sont moins bonnes 25 que le premier. Une des raisons de la formation de la couche à faible résistivité est qu'en raison de l'existence de polluants à la surface de la couche à faible résistivité avant la liaison, ces polluants sont empaquetés durant le processus de liaison dans l'interface de liaison et peuvent se répandre 30 vers le substrat à haute résistivité. Une autre raison de la formation de la couche à faible résistivité réside dans la teneur élevée en atomes d'oxygène dans le substrat ; il est donc nécessaire d'effectuer un 3058257 2 traitement thermique afin de précipiter les atomes d'oxygène pour obtenir le substrat à haute résistivité. Toutefois, la diffusion des atomes d'oxygène et le procédé de traitement thermique entraînent la faible résistivité de la surface du substrat ainsi formé. Il est actuellement difficile de maîtriser ces deux raisons. 4. Sur la base du point 3, le substrat SOI à haute résistivité est amélioré en ajoutant une couche présentant des défauts : un grand nombre de techniques sont testées à cet effet, mais cela présente des inconvénients : sensibilité à la fabrication du SOI et production de chaleur lors du processus qui suit de fabrication de composants de circuit intégré, difficulté de fabriquer des matériaux présentant une bonne stabilité thermique. RESUME DE L'INVENTION Cette invention vise à remédier à l'insuffisance de la technologie existante concernant la fourniture d'un procédé de fabrication de la couche mince, la couche mince désignant la plaquette de SOI dotée d'une couche de , la couche de silicium amorphe étant comprise dans la plaquette de SOI, et la combinaison efficace du silicium amorphe et d'oxyde de silicium pouvant inhiber efficacement la conductivité parasite de la surface du substrat silicium, limiter les variations de capacité et réduire la puissance harmonique générée, de manière à réduire la perte de résistivité du substrat SOI à haute résistivité jusqu'à une valeur minimale. À cet effet, les schémas technologiques utilisés par l'invention sont 25 les suivants : Un procédé de fabrication de couche mince, à savoir un procédé de fabrication d'une plaquette de SOI dotée d'une couche de silicium amorphe, comprend les étapes suivantes : (1) fourniture d'une plaquette de silicium à haute résistivité (la 30 résistivité de la plaquette de silicium est supérieure à 1000 ohms.cm), fabrication d'une couche d'oxyde de silicium et d'une couche de silicium amorphe à sa surface après nettoyage dans cet ordre, l'épaisseur de la 3058257 3 couche d'oxyde de silicium étant de 150-300A, l'épaisseur de la couche de silicium amorphe étant de 1-5 }gym ; dans laquelle la plaquette de silicium à haute résistivité est nettoyée au moyen de DHF, de SC1 et de SC2 dans cet ordre, afin d'éliminer la couche d'oxyde naturelle et les 5 polluants à la surface de la plaquette de silicium ; puis fabrication de la couche d'oxyde de silicium à la surface de la plaquette de silicium à haute résistivité. Le procédé de fabrication de la couche d'oxyde de silicium à la surface de la plaquette de silicium à haute résistivité est le suivant : 10 placement de la plaquette de silicium à haute résistivité dans le four d'oxydation, la température d'oxydation étant de 1060-1150°C, fabrication de la couche d'oxyde de silicium de l'épaisseur requise en contrôlant le temps d'oxydation, puis nettoyage au moyen de SC1 et de SC2 dans cet ordre, afin d'éliminer le polluant présent à la surface. 15 Après la fabrication de la couche d'oxyde de silicium à la surface de la plaquette de silicium à haute résistivité, fabrication de la couche de silicium amorphe à la surface de la couche d'oxyde de silicium, la fabrication de la couche de silicium amorphe se fait par le procédé de LPCVD (dépôt chimique en phase vapeur sous pression réduite), dans 20 lequel la pression de croissance est de 0,1-5,0 Torr et la température de réaction est de 300°C-900°C ; nettoyage de la plaquette de silicium à haute résistivité après la fabrication de la couche de silicium amorphe au moyen de SC1 et de SC2 dans cet ordre, afin d'éliminer les impuretés présentes à la surface. (2) fourniture d'une plaquette de silicium à faible résistivité (la résistivité de la plaquette de silicium est inférieure à 100 ohms.cm), fabrication d'une couche d'oxyde de silicium à sa surface après le nettoyage, l'épaisseur de la couche d'oxyde de silicium étant de 200010000A ; dans laquelle : la plaquette de silicium à faible résistivité est nettoyée au moyen de DHF, de SC1 et de SC2 dans cet ordre, afin d'éliminer la couche d'oxydation naturelle et le polluant à la surface de la plaquette de 3058257 4 silicium, puis la couche d'oxyde de silicium est fabriquée à la surface de la plaquette de silicium à faible résistivité. Le procédé de fabrication de la couche d'oxyde de silicium sur la plaquette de silicium à faible résistivité est le suivant : placement de la 5 plaquette de silicium à faible résistivité dans le four d'oxydation, la température d'oxydation étant de 950-1020°C, contrôle de l'épaisseur de la couche d'oxyde de silicium obtenue en fonction du temps d'oxydation, puis nettoyage de la plaquette de silicium à faible résistivité dotée de la couche d'oxyde de silicium fabriquée au moyen de SC1 et de SC2 dans 10 cet ordre, afin d'éliminer le polluant présent à la surface. (3) implantation d'ions hydrogène sur la plaquette de silicium à faible résistivité dotée de la couche d'oxyde de silicium fabriquée à l'étape (2), pour faire en sorte que les ions hydrogène pénètrent la couche d'oxyde de silicium jusque dans la plaquette de silicium et atteignent la 15 profondeur requise, puis nettoyage au moyen de SPM, de DHF, de SC1 et de SC2 dans cet ordre ; (4) réunir la plaquette de silicium à haute résistivité issue du traitement de l'étape (1) et la plaquette de silicium à faible résistivité issue du traitement de l'étape (3) pour former un tout par un procédé de 20 liaison, puis exécution d'un traitement de recuit à une température de 200-450°C, après le recuit, nettoyage de l'ensemble après liaison au moyen de SC1 et de SC2 dans cet ordre ; (5) séparation de l'ensemble lié par l'étape (4) à l'aide d'un dispositif de séparation par micro-ondes, la température de séparation 25 étant inférieure à 400 °C, de manière à obtenir la plaquette de SOI dotée de la couche amorphe ; (6) nettoyage de la plaquette de SOI dotée de la couche amorphe obtenue par séparation, le nettoyage se faisant au moyen de SPM, de DHF, de SC1 et de SC2 dans cet ordre, afin d'éliminer le laitier de 30 silicium et d'autres polluants présents à la surface du SOI ; puis exécution d'un traitement de recuit à une température comprise entre 1000-1500°C après le nettoyage ; 3058257 5 (7) nettoyage de la plaquette de SOI dotée de la couche amorphe traitée par le recuit de l'étape (6) au moyen de DHF, afin d'éliminer la couche d'oxydation produite par le recuit à haute température, puis utilisation de SC1 et de SC2 dans cet ordre afin d'éliminer les polluants 5 liquides chimiques et les polluants de surface, suivi, pour terminer, de l'exécution d'un procédé de CMP pour faire en sorte que le silicium de sa couche supérieure atteigne l'épaisseur requise, c'est-à-dire pour obtenir le produit fini de plaquette de SOI dotée d'une couche amorphe conforme aux spécifications requises. 10 La plaquette de SOI dotée de la couche de silicium amorphe fabriquée conformément à l'invention présente les avantages suivants : 1. L'avantage technologique de la combinaison du silicium amorphe et de l'oxyde de silicium réside dans une densité de défauts élevée. L'application de la couche combinée de silicium amorphe et 15 d'oxyde de silicium inhibe efficacement la conductivité parasite de la surface du substrat silicium, limite les variations de capacité et réduit la puissance harmonique générée. 2. Le porteur gelé de la couche amorphe procure au matériau à base de silicium une haute résistivité véritable. Réduire la PSC 20 (conduction de surface parasite) du substrat SOI à haute résistivité. 3. L'avantage de la technologie à base de silicium amorphe de la présente invention réside dans la densité de défauts élevée ; l'application de la couche de silicium amorphe à haute stabilité thermique est en outre compatible avec le procédé de liaison. Bloquer le potentiel sous la 25 couche d'oxyde, limiter les variations de capacité et réduire la puissance harmonique générée. 4. Le substrat SOI à haute résistivité doté d'une couche amorphe réduit la perte RF du substrat, la couche amorphe et le silicium à haute résistivité augmentent la linéarité du substrat, le substrat SOI à haute 30 résistivité doté de la couche amorphe réduit la tension de polarisation CC et est compatible avec le CMOS, et réduit la perte RF. 3058257 6 5. La présente invention permet de fabriquer des composants de haute qualité pour un coût de fabrication réduit. DESCRIPTION SUCCINCTE DES FIGURES La fig. 1 est un schéma de procédé selon l'invention, dans lequel : 5 (a) plaquette de silicium à haute résistivité ; (b) fabrication d'une couche d'oxyde de silicium ; (c) fabrication d'une couche de silicium amorphe ; (d) plaquette de silicium à faible résistivité ; (e) fabrication d'une plaquette de silicium à faible résistivité dotée d'une couche d'oxyde de silicium ; (f) implantation d'ions hydrogène ; (g) liaison ; (h) séparation 10 par micro-ondes. DESCRIPTION DETAILLEE On trouvera ci-après la description détaillée de certains exemples de réalisations de la présente invention faisant référence aux figures en annexe. 15 Mode de réalisation 1 La présente réalisation fournit un procédé de fabrication de couche mince, dans lequel la couche mince est une plaquette de SOI dotée d'une couche de silicium amorphe et la fabrication comprend les étapes ci-dessous : 20 1. Fournir une plaquette de silicium à haute résistivité, dont la résistivité est supérieure à 1 000 ohms.cm, et nettoyer sa surface au moyen de DHF, de SC1 et de SC2 dans cet ordre, afin d'éliminer la couche d'oxydation naturelle et le polluant présents à la surface de la plaquette de silicium ; utiliser le dispositif d'essai pour tester l'état des 25 particules à la surface de la plaquette de silicium, les plaquettes de silicium répondant à l'exigence entreront en jeu à l'étape suivante (FIG. 1 (a)). 2. Se reporter à la FIG. 1(b), fabriquer une couche d'oxyde de silicium à la surface de la plaquette de silicium à haute résistivité, 30 l'épaisseur de la couche d'oxyde formée étant d'environ 200 A ; le procédé de fabrication est le suivant : placer la plaquette de silicium à haute résistivité dans le four d'oxydation, la température d'oxydation 3058257 7 étant d'environ 1100 °C, puis nettoyer au moyen de SC1 et de SC2 dans cet ordre, afin d'éliminer le polluant à la surface. Utiliser le dispositif d'essai pour tester l'état des particules à la surface de la plaquette de silicium, utiliser le dispositif d'essai pour tester l'épaisseur de l'oxyde de 5 silicium et d'autres paramètres (comme les particules de la couche d'oxyde de silicium, les paramètres électriques). Les plaquettes de silicium répondant à l'exigence entreront en jeu à l'étape suivante. 3. En se reportant à la FIG. 1(b), par le procédé de LPCVD (dépôt chimique en phase vapeur sous pression réduite), dans lequel la 10 pression de croissance est de 0,1-5,0 Torr et la température de réaction est de 300-900 °C, fabriquer la couche de silicium amorphe sur la couche d'oxyde de silicium (FIG. 1(c)), l'épaisseur de la couche de silicium amorphe étant de 1-5 }gym ; la plaquette de silicium à haute résistivité après la fabrication de la couche de silicium amorphe est 15 nettoyée au moyen de SC1 e de SC2 dans cet ordre, afin d'éliminer les impuretés à la surface. Utiliser le dispositif d'essai pour tester l'épaisseur du silicium amorphe produit. Les plaquettes de silicium dont l'épaisseur est dans la plage susmentionnée entreront en jeu à l'étape suivante. 4. Fournir une plaquette de silicium à faible résistivité (la 20 résistivité est inférieure à 100 ohms.cm), nettoyer au moyen de DHF, de SC1 et de SC2 dans cet ordre, afin d'éliminer la couche d'oxydation naturelle et le polluant présents à la surface de la plaquette de silicium (FIG. 1(d)). Utiliser le dispositif d'essai pour tester l'admissibilité des particules présentes à la surface et l'état des paramètres géométriques, 25 sélectionner les plaquettes admissibles pour exécuter l'étape suivante. 5. Fabriquer la couche d'oxyde de silicium sur la plaquette de silicium à faible résistivité de l'étape (4), le procédé de fabrication est le suivant : placer la plaquette de silicium à faible résistivité dans le four d'oxydation, la température d'oxydation étant d'environ 1 000 °C ; 30 nettoyer la plaquette de silicium à faible résistivité dotée de la couche d'oxyde de silicium fabriquée au moyen de SC1 et de SC2 dans cet ordre, afin d'éliminer le polluant présent à la surface (FIG. 1(e)). Utiliser le 3058257 8 dispositif d'essai pour tester l'épaisseur de la couche d'oxyde et l'état de surface des plaquettes de silicium obtenues, sélectionner la plaquette d'oxyde de silicium appropriée pour exécuter l'étape suivante. 6. Procéder à l'implantation d'ions hydrogène dans la plaquette de 5 silicium à faible résistivité dotée de la couche d'oxyde de silicium fabriquée à l'étape (5), pour faire en sorte que les ions hydrogène pénètrent la couche d'oxyde de silicium jusque dans la plaquette de silicium et atteignent la profondeur requise (fig. 1(f)), puis nettoyer au moyen de SPM, de DHF, de SC1 et de SC2 dans cet ordre. Tester les 10 plaquettes de silicium, sélectionner les plaquettes de silicium admissibles pour exécuter l'étape suivante. 7. Réunir la plaquette de silicium à haute résistivité obtenue à l'étape (3) et la plaquette de silicium à faible résistivité obtenue à l'étape (6) pour former un tout par liaison, puis exécuter un traitement de recuit 15 à basse température ; la température de recuit est de 200-450 °C. Augmenter la force de liaison entre les plaquettes par recuit (FIG. 1(g)) ; puis exécuter un test SONOSCAN D9600TM C-SAM, un test SONOSCAN D9600TM C-SAM, après les tests, nettoyer au moyen de SCI et de SC2 dans cet ordre. Sélectionner des plaquettes de silicium admissibles ne 20 présentant pas de trous après la liaison pour exécuter l'étape suivante. 8. Séparer l'ensemble lié par l'étape (7) à l'aide d'un dispositif de séparation par micro-ondes, la température de séparation étant inférieure à 400 °C, de manière à obtenir la plaquette de SOI dotée de la couche amorphe (fig. 1(h)). Le silicium inversé peut être réutilisé après la 25 séparation (la plaquette de silicium dont l'épaisseur ne répond pas à l'exigence sera éliminée). Le dispositif de séparation par micro-ondes est un dispositif divulgué dans la demande de brevet chinois n° 201220360782.6 intitulée « équipement de fissuration de tranche par micro-ondes ». 30 9. Nettoyer la plaquette de SOI dotée de la couche amorphe obtenue par séparation au moyen de SPM, de DHF, de SC1 et de SC2 3058257 9 dans cet ordre, afin d'éliminer le laitier de silicium et d'autres polluants présents à la surface du SOI. Exécuter le test de l'épaisseur de la couche (qui teste l'épaisseur de la couche supérieure du silicium), sélectionner le SOI admissible pour exécuter l'étape suivante. 5 10. Exécuter un recuit à haute température sur la plaquette de SOI dotée de la couche amorphe après le nettoyage, la température de recuit étant de 1000-1500 °C, afin d'éliminer les dommages par piqûre, réparer le réseau. 11. Utiliser du DHF pour nettoyer la plaquette de SOI dotée de la 10 couche amorphe traitée par l'étape (10), afin d'éliminer la couche d'oxydation produite par le recuit à haute température, puis utiliser le SC1 et le SC2 afin d'éliminer les polluants liquides chimiques et les polluants de surface. 12. Exécuter le procédé de CMP sur la plaquette de SOI dotée de la 15 couche amorphe traitée par l'étape (11), de manière à ce que le silicium de la couche supérieure atteigne l'épaisseur requise. Puis exécuter différents tests (par exemple métaux de surface, particules, paramètres géométriques, résistivité, épaisseur de la couche, dureté, etc.). REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication de couche mince, dans lequel la couche mince est une plaquette de SOI dotée d'une couche de silicium amorphe, le procédé de fabrication comprenant les étapes suivantes : (1) fourniture d'une plaquette de silicium à haute résistivité, fabrication d'une couche d'oxyde de silicium et d'une couche de silicium amorphe à sa surface dans cet ordre après nettoyage, l'épaisseur de la couche d'oxyde de silicium étant de 150-300 A, l'épaisseur de la couche de silicium amorphe étant de 1-5 }gym ; (2) fourniture d'une plaquette de silicium à faible résistivité, fabrication d'une couche d'oxyde de silicium à sa surface après le nettoyage, l'épaisseur de la couche d'oxyde de silicium étant de 200010000 A ; (3) implantation d'ions hydrogène sur la plaquette de silicium à faible résistivité dotée de la couche d'oxyde de silicium fabriquée à l'étape (2), pour faire en sorte que les ions hydrogène pénètrent la couche d'oxyde de silicium jusque dans la plaquette de silicium et atteignent la profondeur requise, puis nettoyage au moyen de SPM, de DHF, de SC1 et de SC2 dans cet ordre ; (4) réunion de la plaquette de silicium à haute résistivité obtenue à l'étape (1) et de la plaquette de silicium à faible résistivité obtenue à l'étape (3) pour former un tout par un procédé de liaison, puis exécution d'un traitement de recuit à une température de 200-450 °C, après le recuit, nettoyage de l'ensemble après liaison au moyen de SC1 et de SC2 dans cet ordre ; (5) séparation de l'ensemble lié par l'étape (4) à l'aide d'un dispositif de séparation par micro-ondes, la température de séparation étant inférieure à 400 °C, de manière à obtenir la plaquette de SOI dotée de la couche amorphe ; (6) nettoyage de la plaquette de SOI dotée de la couche amorphe obtenue par séparation, puis exécution d'un traitement de recuit à une température de 1000-1500 °C ; et 3058257 11 (7) nettoyage de la plaquette de SOI dotée de la couche amorphe traitée par le recuit de l'étape (6) au moyen de DHF, afin d'éliminer la couche d'oxydation produite par le recuit à haute température, puis utilisation de SC1 et de SC2 dans cet ordre afin d'éliminer les polluants 5 liquides chimiques et les polluants de surface, suivi, pour terminer, de l'exécution d'un procédé de CMP pour faire en sorte que le silicium de sa couche supérieure atteigne l'épaisseur requise, c'est-à-dire pour obtenir le produit fini de plaquette de SOI dotée d'une couche amorphe conforme aux spécifications requises. 10 2. Procédé de fabrication de couche mince selon la revendication 1, dans lequel, dans l'étape (1), la plaquette de silicium à haute résistivité désigne la plaquette de silicium dont la résistivité est supérieure à 1 000 ohms.cm. 3. Procédé de fabrication de couche mince selon la revendication 15 1, comprenant, dans l'étape (1), le nettoyage de la plaquette de silicium à haute résistivité au moyen de DHF, de SC1 et de SC2 dans cet ordre, afin d'éliminer la couche d'oxydation naturelle et le polluant à la surface de la plaquette de silicium, puis la fabrication de la couche d'oxyde de silicium à la surface de la plaquette de silicium à haute résistivité. 20 4. Procédé de fabrication de couche mince selon la revendication 1, dans lequel, dans l'étape (1), le procédé de fabrication de la couche d'oxyde de silicium à la surface de la plaquette de silicium à haute résistivité est le suivant : placement de la plaquette de silicium à haute résistivité dans le four d'oxydation, la température d'oxydation étant de 25 1060-1150 °C, fabrication de la couche d'oxyde de silicium de l'épaisseur requise en contrôlant le temps d'oxydation, puis nettoyage au moyen de SC1 et de SC2 dans cet ordre afin d'éliminer le polluant présent à la surface. 5. Procédé de fabrication de couche mince selon la revendication 30 1, dans lequel, dans l'étape (1), après la fabrication de la couche d'oxyde de silicium à la surface de la plaquette de silicium à haute résistivité et la fabrication de la couche de silicium amorphe à la surface de la 3058257 12 couche d'oxyde de silicium, la fabrication de la couche de silicium amorphe se fait par le procédé de LPCVD (dépôt chimique en phase vapeur sous pression réduite), dans lequel la pression de croissance est de 0,1-5,0 Torr et la température de réaction est de 300°C-900°C ; 5 nettoyage de la plaquette de silicium à haute résistivité après la fabrication de la couche de silicium amorphe au moyen de SC1 et de SC2 dans cet ordre, afin d'éliminer les impuretés présentes à la surface. 6. Procédé de fabrication de couche mince selon la revendication 1, dans lequel, dans l'étape (2), la plaquette de silicium à faible 10 résistivité désigne la plaquette de silicium dont la résistivité est inférieure à 100 ohms.cm. 7. Procédé de fabrication de couche mince selon la revendication 1, comprenant, dans l'étape (2), le nettoyage de la plaquette de silicium à faible résistivité au moyen de DHF, de SC1 et de SC2 dans cet ordre, 15 afin d'éliminer la couche d'oxydation naturelle et le polluant à la surface de la plaquette de silicium, puis la fabrication de la couche d'oxyde de silicium à la surface de la plaquette de silicium à faible résistivité. 8. Procédé de fabrication de couche mince selon la revendication 1, dans lequel, dans l'étape (2), le procédé de fabrication de la couche 20 d'oxyde de silicium sur la plaquette de silicium à faible résistivité est le suivant : placement de la plaquette de silicium à faible résistivité dans le four d'oxydation, la température d'oxydation étant de 950-1020 °C, contrôle de l'épaisseur de la couche d'oxyde de silicium obtenue en fonction du temps d'oxydation, puis nettoyage de la plaquette de 25 silicium à faible résistivité dotée de la couche d'oxyde de silicium fabriquée au moyen de SC1 et de SC2 dans cet ordre, afin d'éliminer le polluant présent à la surface. 9. Procédé de fabrication de couche mince selon la revendication 1, dans lequel, dans l'étape (6), le procédé de nettoyage de la plaquette 30 de SOI dotée des couches amorphes obtenues par séparation se fait au moyen de SPM, de DHF, de SC1 et de SC2 dans cet ordre, afin 3058257 13 d'éliminer le laitier de silicium et d'autres polluants présents à la surface du SOI.