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silicon
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diamond
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DES
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germanium
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SEMI
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silicon nitride
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Gene Or Protein
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Etre
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DANS
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Est-a
(1)
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Est D
(1)
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HCP
(1)
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Physical
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10 Ci
(1)
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100 l
(1)
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1 l
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2522339A1
Family ID 2037871
Probable Assignee Intersil Corp
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title PROCEDE DE FORMATION D'UNE COUCHE MONOCRISTALLINE A PEU DE
DEFAUTS SUR UN MASQUE
Abstract
_________________________________________________________________
L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE DE FORMATION D'UNE COUCHE
MONOCRISTALLINE SUR UN MASQUE.
SELON L'INVENTION, UNE COUCHE FORMANT MASQUE A OUVERTURE 16 EST
DISPOSEE SUR UN SUBSTRAT 10 AYANT UNE PARTIE MONOCRISTALLINE A SA
SURFACE 12; ESSENTIELLEMENT TOUS LES BORDS 19 DES OUVERTURES 18 DANS
LE MASQUE 16 SONT PARALLELES A UNE DIRECTION CRISTALLOGRAPHIQUE
PREDETERMINEE; UNE COUCHE MONOCRISTALLINE EST ALORS DEPOSEE DE FACON A
CROITRE DANS LES OUVERTURES 18 DU MASQUE 16 ET AU-DESSUS DU MASQUE 16
DANS UNE DIRECTION PERPENDICULAIRE AUX BORDS 19 DES OUVERTURES 18.
L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT A L'INDUSTRIE DES SEMI-CONDUCTEURS.
Description
_________________________________________________________________
La presente invention se rapporte a un procede pour la formation,par
epitaxie, d'une couche monocristalline en un materiau tel que du
silicon ou du germanium Plus parti- culierement, elle se rapporte a un
procede de fabrication d'une couche monocristalline a travers une
ouverture dans un masque qui est dispose sur un substrat cristallin
approprie.
Des structures o est incorporee une couche de silicon monocristallin
recouvrant une couche formant masque peuvent eventuellement avoir un
impact important dans l'industrie des semi-conducteurs Par exemple, la
capacite de fabriquer du silicon monocristallin sur une couche formant
masque en silicon isolant permet la fabrication d'un circuit integre
"tridimensionnel" ou des dispositifs dans une couche monocristalline
donnee peuvent recouvrir, en etant cependant isoles, des dispositifs
dans une couche en silicon sous-jacente.
Un procede de fabrication d'une couche en silicon monocristallin sur
une couche non cristalline comme du silicon a deja ete revele Dans
cette technique de fabrication, un substrat semi-conducteur est forme,
le substrat ayant une partie monocristalline a sa surface Une couche
formant masque en un materiau tel que du silicon est formee sur la
surface du substrat et une ouverture correspondant a une partie
monocristalline du substrat est produite dans la couche formant masque
Le silicon est alors depose par epitaxie d'un melange aqueux qui
comprend une source de silicon gazeux, et un gaz porteur Le substrat
est ensuite expose a un melange gazeux comprenant un gaz d'attaque et
un gaz porteur de facon qu'une partie du silicon precedemment deposee
soit attaquee.
Le cycle de depot et d'attaque est alors repete un nombre approprie de
fond afin d'obtenir une couche en silicon monocristallin d'une
dimension predeterminee sur la couche formant masque.
Comme cela est revele ici, on a maintenant decouvert que la qualite
d'une pellicule monocristalline deposee dependait fortement de la
configuration et de l'orientation de l'ouverture dans la couche
formant masque.
Une couche monocristalline est formee sur une couche formant masque a
ouverture qui est disposee sur un substrat L'ouverture dans le masque
est disposee sur une partie monocristalline du substrat, et la couche
monocris- talline se developpe a partir d'une partie du substrat dans
l'ouverture La configuration et l'orientation de l'ouverture dans le
masque doivent etre telles que cela forme un bord sensiblement
parallele a une direction cristallographique particuliere dans la
couche monocristalline.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, details,
caracteristiques et avantages de celle-ci apparattront plus clairement
au cours de la description explicative qui-va suivre faite en
reference aux dessins sche- matiques annexes donnes uniquement a titre
d'exemple, illustrant un mode de realisation de l'invention, et dans
lesquels: la figure 1 represente une vue d'une surface majeure d'une
pastille circulaire conventionnelle de semi- conducteur o est dispose
un masque a ouverture selon l'invention; et les figures 2 a 4 sont des
vues en coupe de la pastille de la figure 1 illustrant de plus la
sequence du procede selon l'invention.
Dans l'industrie des semi-conducteurs, un materiau monocristallin tel
que du silicon est couramment tire sous la forme d'une boule
cylindrique La boule est alors coupee transversalement a son axe
cylindrique afin de donner un certain nombre de pastilles
monocristallines en forme de disque Selon l'orientation
cristallographique de la boule, les pastilles qui en sont coupees
auront des surfaces majeures planes correspondant a un plan
cristallographique particulier. La figure 1 montre une pastille
monocristalline fabriquee de facon conventionnelle 10, qui dans le
mode de realisation prefere est en silicon L'illustration est tracee
de facon que la surface majeure 12 soit coplanaire avec la feuille de
papier et represente la famille tj 003 de plans,la famillel 100, de
plan incorporant les plans (100), (010) et (001) Ci-apres, la surface
12 de la pastille 10 sera appelee le plan (100) bien que l'on
reconnaisseque la surface 12 puisse egalement representer chacun des
plans de la famille E 1001.
Le silicon, materiau tres couramment utilise pour une pastille de
semiconducteur, a une structure cristalline en diamond qui est formee
par deux cubes centres a faces imbriquees Pour de nombreuses
application ob un silicon monocristallin est utilise comme substrat
pour un plus ample traitement, l'orientation preferee consiste a avoir
le plan (100) a la surface majeure 12 de la pastille 10, comme le
montre la figure 1 I 1 est souhaitable d'avoir le plan (100) a la
surface majeure 12 dans de 4 applications o le silicon doit etre forme
sur la surface 12, telle qu'elle est, par exemple, dans des
transistors a effet de champmetal-oxyde-semi-conducteur (MOSFET) et
dans des circuits incorporant des MOSFET Apparemment,l'interface
silicon/silicon produite le long d'un plan cristallographique (100)
produit des etats de plus faible densite de surface et piege moins de
porteurs que ne le fait l'interface silicon/silicon produites d'autres
plahs cristallographiques du silicon.
Comme cela est de plus illustre sur la figure 1, un plat chanfreine 14
est typiquement prevu le long d'une partie du perimetre de la pastille
autrement circulaire Le plat 14,indique l'orientation
cristallographique et lorsqu'ilest place sur un plan (100) il peut,
par exemple, correspondre a la direction l 011 l De nouveau, la
direction u 0111 est indiquee 'pour la facilite Toute famille de
directions se trouvant sur le plan (100) c'est-a- dire lOlll, l 011 l,
et l O I) sera equivalente Dans le mode de realisation illustre sur la
figure 1, le plat 14 correspond a la direction l 01 ol Il faut noter
que la direction l 0111 est orientee a 450 de la direction l 001 l et
a 90 de la direction l 010 l et que les deux directions
(001) et l 010 l se trouvent sur le plan (100).
Selon la presente invention, une couche 16 formant masque ayant une
seule ouverture 18 ou un certain nombre d'ouvertures 18 est disposee a
la surface 12 de la pastille Dans le mode de realisation prefere,la
couche 16 formant masque est en silicon; cependant, on peut egalement
utiliser une grande variete d'autres materiaux comme -du silicon
nitride, du saphir, des spinelles ou du grenat Les ouvertures 18
doivent comprendre chacune un bord sensiblement droit 19 parallele a
l'une des directions a la surface 12 de la pastille 10 Ci-apres, cela
sera appele la direction l 010 f Dans le mode de realisation prefere,
deux bords droits et paralleles 19 forment la caracteristique
dominante de chaque ouverture 18, pour donner une caracteristique en
forme de raie qui se termine aux bords de la pastille 10.
Dans la mise en pratique de la presente invention, il n'est pas
essentiel que chaque ouverture soit en forme de raie ou que chaque
ouverture s'etende a travers toute la, surface de la pastille
Cependant, comme on l'elaborera ci- apres, la qualite cristalline
generale d'une couche mono- cristalline tiree subsequemment par
epitaxie sera meilleure lorsque les ouvertures seront en forme de raie
et se. termineront aux bords de la pastille Cela est d O au fait que
l'on a trouve que les defauts cristallins dans une couche
subsequemment formee par epitaxie etaient typiquement produits aux
coins des ouvertures, o la direction de croissance change Quand les
ouvertures doivent etre contenues dans les limites de la pastille, la
forme optimale de l'ouverture est rectangulaire, avec un rapport
d'aspect de la longueur a la largeur aussi eleve que d'autres
contraintes de conception et de traitement le permettent. Dans le mode
-de realisation illustre, quatre ouvertures 18 sont illustrees;
cependant, il peut n'y avoir qu'une seule ouverture ou plus de quatre
ouvertures Bien qu'il n'y ait pas de condition concernant le nombre
d'ouvertures ou l'espace entre elles, il est important que les bords
des ouvertures soient paralleles les uns aux autres et au plan f 01 o
La figure 2 montre une vue en coupe a travers un diametre de la
pastille 10 qui est transversal aux ouvertures 18 La couche 16 formant
masque peut avoir une epaisseur comprise entre environ 0,1 p et
plusieurs p, et les ouvertures 18 traversent l'epaisseur de la couche
16 formant masque afin d'exposer les sites de nucleation 20 a la
surface
12 de la pastille 10.
O 10 On reconnaitra a ce point que bien que la pastille 10 a ete
decrite jusqu'a maintenant en termes d'un substrat monocristallin
uniforme, il est seulement necessaire que le substrat soit
monocristallin et ait l'orientationindiquee dans les zones de
nucleation 20 Par exemple, la pastille 10 peut comprendre un materiau
amorphe ou polycristallin, tant que les sites de nucleation exposes
par les ouvertures 18 sont monocristallins et de structure du type
(100).
Comme le montre la figure 3, le silicon est ensuite depose par
epitaxie de facon qu'un ilot monocristallin 22 croisse a partir de
chaque site de nucleation 20, a travers chaque ouverture 18 et
au-dessus du masque 16 Afin de garantir que chaqueilot 22 sera un
monocristal, un cycle de depot/attaque, tel que celui precedemment
revele, peut etre utilise Quand les bords 19 de l'ouverture sont
orientes dans la direction o 01 l comme on l'a revele ici, chaque ilot
22 croit lateralement, a travers la surface du masque 16, dans une
direction l 001 o La croissance dans cette direction perpendiculaire
aux bords 19 de chaque ouverture 18,produit une structurede cristal de
relativement bonne qualite en comparaison a la croissance dans
d'autres directions cristal- lographiques. Nous pensons, en theorie,
que la structure cristalline de plus haute qualite se presente lors
d'une croissance en directionl 001 l parce que la direction LO Ol\ est
la plus eloignee de la direction O l 11 de la structure cristalline
cubique en diamond La direction l 0113 se trouve sur le plan (111) et
le plan (111) est un element de la famille des plans de glissement
dans une structure cubique en diamond.
Si la croissance cristalline se passe dans la direction lf Oll, tous
les defauts produits peuvent facilement entrer dans le plan (111) puis
se propager facilement a travers toute la structure cristalline Comme
la direction l 001 J est la plus eloignee de la direction Colil, la
croissance dans la direction L O Oll diminue la mobilite de la
propagation de defauts.
Comme le montre la figure 4, si l'on continue le processus de depot
par epitaxie, les flots 22 se confondent eventuellement pour former
une couche en silicon monocris- tallin sensiblement uniforme 24
recouvrant le masque 16.
Cette couche en silicon monocristallin 24 peut etre utilisee comme
substrat pour le traitement du dispositif a peu pres de la meme facon
qu'une pastille de semi-conducteur en masse peut etre utilisee De
plus, un masque peut etre produit sur la surface 26 de la couche 24 et
la sequence de traitement decrit ici peut etre repetee
Alternativement, la couche monocristalline 24 peut etre selectivement
attaquee afin de donner un motif en forme ou un certain nombre d'tlots
en silicon soit isolesdu substrat sous-jacent par une couche formant
masque 16 ou contactant le substrat par les ouvertures 18.
Il faut noter que l'on a observe que les defauts cristallins se
produisaient le long de l'interface o des Ilots voisins 22 se
confondent eventuellement Ils sont indiques sur la figure 4 par les
defauts en ligne 28 et les vides 30 Cependant, l'effet nefaste de ce
defauts sur la cristallinite de la couche 24 est diminue si la
geometrie des ouvertures 18 est de la configuration decrite en raie ou
en rectangle de rapport d'aspect eleve.
Il faut egalement noter que bien que dans le mode de realisation
prefere de l'invention, les surfaces majeures de la pastille cubique
en diamond en silicon sont dans le plan (100) il y a egalement des
directions de croissance cristallographique preferees lorsque la
surface majeure de la pastille 12 est coplanaire avec la famille de
plans illl) On a trouve que lorsque la surface majeure 12 est
coplanaire avec le plan (111) par exemple, les ouvertures 12 doivent
etre orientees de facon que leurs bords longs 19 soient orientes le
long de la famille de directions
.
Par ailleurs, on reconnaitra que bien que la presente invention ait
ete decrite en termes d'une croissance cristalline de silicon a partir
d'une pastille de silicon, l'invention n'est pas limitee ni au
silicon, ni a la croissance homoepitaxieeni a des materiaux cubiques
en diamond Le concept revele ici s'applique a d'autres materiaux
cubiques en diamond comme du germanium et a la croissance
heteroepitaxee d'un materiau cristallin cubique en diamond ou d'un
materiau cristallin cubique en diamond dissemblable comme du germanium
ou du silicon L'invention s'applique egalement a des materiaux
cubiques centres de face (FCC) car un cristal FFC a une direction de
croissance preferee semblable l 001 E ou r OI 10 sur un plan (100).
L'invention permet ainsi egalement la fabrication d'une couche FFC
epitaxie de relativement bonne qualite a partir d'un site de
nucleation cubique en diamond et inversement.
De plus, on peut s'attendre a ce que lapresente invention puisse etre
utilisee pour la croissance epitaxieed'une couche cubique en diamond
ou FFC de qualite cristalline relativement elevee sur un substrat
d'une structure d'un bloc hexagonal ferme (HCP) comme du saphir
(monocristal A 1203) Cependant, cela necessite une determination
initiale de l'orientation cristallographique du site de nucleation qui
correspond a la direction de croissance preferee 4 O Ol and #x003E;
dans la couche epitaxiee.
Claims
_________________________________________________________________
1.REVEND I CATI ONS1 Procede de formation d'une couche monocristalline
sur un masque, du type comprenant les etapes de: former un substrat
ayant une partie monocristalline,aune surface, d'une orientation
cristallographique prede-terminee, former un masque sur le substrat,
le masque ayant une ouverture qui est disposee au-dessus de la partie
monocristalline; deposer, par epitaxie, un materiau cristallin de
facon que le materiau forme une couche monocristalline sur la partie
monocristalline et croisse dans une direction cristallographique
predeterminee sur le masque, laditedirection cristallographique
predeterminee etant perpendi-culaire aux bords de ladite
ouverture;caracterise en ce que ladite ouverture (18) est configuree
de facon que sensiblement tous les bords (19) de ladite ouverture
soient paralleles a une direction cristallographique predetermineesur
la partie monocristalline (12).2 Procede selon la revendication 1,
caracterise en ce que la partie monocristalline est un plan cubique t
100 l d'une structure cristalline en diamond et les bords de ladite
ouverture sont paralleles a une direction and #x003C; 001) 3.Procede
selon la revendication 2, caracterise en ceque le substrat est en
silicon.4 Procede selon la revendication 3, caracterise ence que le
masque est en silicon.Procede selon la revendication 4, caracterise
ence que l'ouverture est sensiblement en forme de raie.6 Procede selon
la revendication 4, caracterise ence que l'ouverture est
rectangulaire.7 Procede selon la revendication 4, caracterise ence que
le materiau cristallin comprend du silicon.8 Procede selon la
revendication 1, caracterise en ce que la partie monocristalline est
un plan cubique centre de face t 1003 et les bords de l'ouverture sont
paralleles a une direction9 Procede selon l'une quelconque des
revendications2 ou 8, caracterise en ce que le materiau cristallin
comprend un materiau cubique en diamond.Procede selon l'une quelconque
des revendications2 ou 8, caracterise en ce que le materiau
cristallincomprend un materiau cubique centre de face.11 Procede de
formation d'un materiau monocristallin sur une couche formant masque a
ouverture disposee sur un substrat o une ouverture dans le masque est
disposee sur une partie monocristalline '100 a la surface du substrat
et le materiau monocristallin s'etend de la surface du substrat et
recouvre le masque; caracterise en ce que l'ouverture dans le masque
est produite de facon que sensiblement tous les bords de ladite
ouverture soient paralleles a une direction cristallographique
predeterminee dans le materiau monocristallin formeparallele a la
surface dudit substrat.12 Procede de formation d'un materiau
monocristallin sur une couche formant masque a ouverture disposee sur
un substrat o une ouverture dans le masque est disposeesur une
partiemonocristalline and 1 l 3 a la surface du substrat et le
mate-riau monocristallin s'etend de la-surface du substrat et recouvre
le masque caracterise en ce que: l'ouverture dans le masque est
produite de facon que sensiblement tous les bords de ladite ouverture
soient paralleles a une direction cristallographique predeterminee
dans le materiau monocristallin forme parallele a lasurface dudit
substrat.13 Procede selon l'une quelconque des REVENDICATIONS 11 ou
12, caracterise en ce que l'ouverture dans le masqueest en forme de
raie.
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