WO2005086222A1 - Procede de revelation des dislocations emergentes dans un materiau cristallin - Google Patents

Procede de revelation des dislocations emergentes dans un materiau cristallin Download PDF

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WO2005086222A1
WO2005086222A1 PCT/FR2005/050134 FR2005050134W WO2005086222A1 WO 2005086222 A1 WO2005086222 A1 WO 2005086222A1 FR 2005050134 W FR2005050134 W FR 2005050134W WO 2005086222 A1 WO2005086222 A1 WO 2005086222A1
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surface layer
etching
revelation
substrate
epitaxy
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Inventor
Yann Bogumilowicz
Jean-Michel Hartmann
Yves Campidelli
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P74/00—Testing or measuring during manufacture or treatment of wafers, substrates or devices
    • H10P74/23—Testing or measuring during manufacture or treatment of wafers, substrates or devices characterised by multiple measurements, corrections, marking or sorting processes
    • H10P74/235—Testing or measuring during manufacture or treatment of wafers, substrates or devices characterised by multiple measurements, corrections, marking or sorting processes comprising optical enhancement of defects or not-directly-visible states

Definitions

  • the present invention relates to a process for revealing emerging dislocations in a crystalline material. It relates in particular to the revelation of emerging dislocations in a thin film of semiconductor material secured to a support.
  • X-ray topography consists of a projection of all the defects present in the sample on a plane (the plane of a photographic film or a CCD sensor).
  • the principle of fault observation is similar to that of transmission electron microscopy. So, as in transmission electron microscopy, we observe the dislocations as a whole. As X-rays penetrate matter much more easily than electrons, the measurement can be made directly on the sample to be observed without any special preparation.
  • the spatial resolution obtained with this technique is typically from 1 to 10 ⁇ m.
  • the measurement time varies from a few minutes to a few hours. The subtlety of this technique requires having dedicated staff. This technique is non-destructive.
  • the chemical revelation of the defects gives information only on the surface of the sample.
  • SiGe films (C) that is to say SiGe films with or without carbon
  • these show densities of emerging dislocations typically 10 6 cm "2.
  • Such densities are difficult to observe in transmission electron microscopy because they are too low, but are on the other hand too high to be observed by X-ray topography. Therefore, there remains only the chemical revelation which is fully adapted to qualify the films of SiGe (C).
  • SECCO solution see F. Secco d'Aragona, J. Electrochem. Soc. 119 (1972), 948).
  • SCHIMMEL solution Mention may also be made of the SCHIMMEL solution (see DG Schimmel, J. Electrochem. Soc, 126 (1979), 479) All of these preparations use wet chemistry and use chemicals that are harmful to humans and the environment (HF, chromium and its derivatives, etc.), and the chemistry is fairly dependent on the experimenter. The latter may for example choose to use a different dilution of the development solution, to use a different development time, to use a different volume of solution, whether to use agitation or not ... This can make it difficult to compare the results obtained by different teams. It explains in particular the poor communication on the number of dislocations present in the films of SiGe (C), and the large variations in densities announced from one team to another.
  • III-V and IV-IV do not coexist in clean rooms and in filing, etching equipment, etc. Furthermore, these materials do not react at all in the same way to chemical attacks. Thus, a person skilled in the art specializing in III-V materials is not the same as that of materials IV-IV.
  • the epitaxy frames are equipment which makes it possible to deposit films respecting the atomic arrangement of the substrate on which they are deposited. The frames used industrially carry out the deposits by means of gaseous precursors (SiH, SiH 2 Cl 2 , Si 2 He ... as precursors of silicon).
  • HCl is a gas which etches silicon, SiGe (C) and germanium among others.
  • the gaseous HCl can also be used during the deposits to allow selective epitaxies to be carried out with respect to a dielectric or as a degree of freedom on the germanium concentration and the growth rate during epitaxy of SiGe (C) films.
  • PRESENTATION OF THE INVENTION To remedy the drawbacks of the prior art, a new method is disclosed here for revealing emerging dislocations in a crystalline material. This revelation is made by gaseous chemical means. This new technique overcomes the main defects of the state of the art indicated above.
  • the present invention allows a more reproducible revelation from one sample to another, but also from one team to another.
  • the invention can advantageously take advantage of an epitaxy frame, the role of which is usually to deposit monocrystalline films of Si, Ge, SiGe, SiGe (C) .... It therefore benefits from all the advantages to use a machine rather than an experimenter, in terms of standardization and reproducibility in particular.
  • This new process unlike the processes usually used (chemical attacks such as SECCO etching for example) does not require cleaving the plate of crystalline material.
  • the subject of the invention is therefore a method of revealing emerging dislocations in a surface layer of crystalline material of a substrate by etching of said surface layer, characterized in that the crystalline material of the surface layer is made of Si ⁇ - x Ge x with 0 ⁇ x ⁇ 1 and in that the etching is carried out by means of a gas etching said crystalline material.
  • the etching takes place in the process chamber of an epitaxy frame. If the surface layer is an epitaxial layer on a support epitaxy comprising the remainder of the substrate and if the epitaxy takes place in the process chamber, etching the surface layer • can be performed directly after the epitaxy of the surface layer.
  • the etching gas can comprise an acid gas chosen from HC1, HF, HBr and HI. It can be an acid gas diluted in hydrogen.
  • the surface layer may in particular be made of monocrystalline material.
  • the surface layer can be the surface layer of a solid substrate, a crystalline film secured to a support or the silicon film of an SOI substrate.
  • the surface layer can be the SiGe film of an SGOI substrate or the strained silicon film of an SSOI substrate.
  • FIG. 1 is a dark field image of the surface of a pseudo-substrate of SiGe (C) 20% after revelation by a SECCO solution according to the prior art
  • - Figure 2 is a dark field image of the surface of a pseudo- 20% SiGe (C) substrate after development by the process according to the invention
  • - Figure 3 is a diagram representing the etching speed as a function of the etching temperature for some compositions of Si ⁇ _ x Ge x .
  • the following description will mainly relate, by way of example, to the revelation of dislocations in a monocrystalline layer of SiGe (C) epitaxially grown on a monocrystalline silicon support.
  • a preliminary step of preparing the sample to be revealed may be necessary if the SiGe layer (C) is oxidized. It is well known that when a film of SiGe (C) is exposed to air, it tends to oxidize. In order to be able to reveal the films of SiGe (C), it will therefore be necessary to overcome the native oxide. This can easily be done by wet chemical cleaning. In particular, immersion of the sample in a bath of dilute hydrofluoric acid will allow this native oxide to be removed.
  • This immersion also prevents it from reforming for a few hours by passivation of the surface by hydrogen or fluorine atoms.
  • This preliminary step is not necessary if the revelation (etching) takes place directly after the growth of the SiGe layer (C), that is to say without discharging the sample from the epitaxy frame.
  • the epitaxy frame makes it possible to control the temperature and the environment to which the sample is subjected.
  • the revelation is implemented using dry chemistry. It takes place advantageously at high temperature (over 400 ° C.) and at reduced pressure.
  • the sample can first be heated to a temperature above 775 ° C to remove any surface contamination. It is then heated to a temperature of 750 ° C.
  • HCl gas is used in epitaxy for cleaning the quartz domes which make up the deposition chamber, or for allowing selective epitaxy to be carried out with respect to a dielectric, but in no case for revealing defects.
  • the exposure to the etching gas is stopped.
  • the sample is then cooled and discharged from the epitaxy frame.
  • An observation in grazing light should normally show a film of milky appearance.
  • the presence of inverted pyramids is observed on the surface of the sample.
  • Each inverted pyramid reflects the presence of an emerging dislocation.
  • the present invention allows the use of an epitaxy frame to reveal the dislocations in a SiGe film (C). It therefore benefits from the intrinsic advantages of this type of tool. We can cite among them a very good uniformity of the process of revelation on the whole of the sample, a great reproducibility from one sample to another, an excellent control of the parameters of the process.
  • HCl gas is already used on epitaxy machines.
  • the implementation of the technique is therefore done without modification of existing equipment.
  • the fact of using a CVD frame and the fact that the revelation is necessarily carried out in a controlled environment makes it possible to drastically limit the presence of particles on the surface of the sample. Particles can disturb the counting statistic during observations, because they can be confused with the pyramids corresponding to the defects.
  • the present invention enables revelations to be made over the entire surface of a standard substrate currently used in microelectronics (ie 100, 150, 200 or 300 mm in diameter). This allows excellent counting statistics, but also makes it easy to make observations on the entire substrate.
  • the revelation on a full plate allows the subsequent use of standard equipment for automatic counting of faults already present on them. production lines.
  • this technique therefore means considerable time savings in the characterization of the SiGe (C) layers (relaxed layers, in particular), and therefore constitutes significant progress for optimization, characterization and online monitoring. such layers which are becoming increasingly important in the industry.
  • the present invention makes it possible to reveal a film of SiGe (C) in situ, just after the end of growth. It is in this way sure that the defects are introduced during growth and not by processes occurring afterwards.
  • the present invention does not use chromium or chromium-based products. It's a advantage because products containing chromium are very toxic for humans and the environment. With the present invention, there is no need to directly handle hazardous chemicals such as hydrofluoric acid HF. This is an advantage in terms of security.
  • FIG. 1 is an image of the surface of a pseudo-substrate of SiGe (C) 20% after revelation by a SECCO solution.
  • the film to be characterized is a relaxed film Sio, Ge 8 0 2 1.2 .mu.m thick.
  • the image was obtained by a dark field optical microscope. It corresponds to a field of 240 ⁇ m x 180 ⁇ m.
  • the edges of the image are oriented along the crystallographic directions [110].
  • the bright points are the signature left by the revelation of the dislocations which cross the film.
  • FIG. 3 is an image of the surface of a pseudo-substrate of Si 0 / 8Ge 0/2 after revelation by the present invention. characterized is a relaxed Si film 0, 8GE 0, 2 of 1.2 .mu.m thick. the sample is identical to that of Figure 1. the image was obtained by an optical microscope dark field. It corresponds at a field of 240 ⁇ m x 180 ⁇ m. The edges of the image are oriented along the crystallographic directions [110]. Brilliant are the signature left by the revelation of the dislocations which cross the film. A count gives 442 dislocations, ie a density of 10 6 cm "2.
  • This process therefore makes it possible in particular to characterize the crystalline quality of SiGe (C) layers.
  • the crystalline quality of SiGe (C) layers will depend on the quality of electrical structures produced using these layers. The realization of electrical structures is very long and costly. It requires many steps which will complicate the interpretation of results.
  • a revelation of the defects present in the SiGe film (C) using the method presented here, makes it possible to very quickly obtain information on the quality of the epitaxy film
  • the present invention relates to the revelation of emerging dislocations in SiGe (C) films whatever their germanium concentration. However, it requires an adaptation of the parameters of the development process to the germanium concentration of the sample. feel invention may also be considered on germanium films.
  • the revelation is also effective whether the SiGe film (C) is deposited on silicon, or on an insulator (SGOI). It can also be envisaged that the present technique makes it possible to reveal dislocations in silicon either on solid substrates, or on SOI or constrained silicon substrates on SSOI substrate (for “Strained SOI”). In this case, the very low material consumption with the present technique would characterize the ultra-thin SOI layers.
  • the present invention can also be envisaged for substrates of orientation other than (001), for example substrates (111), (110) ...
  • the present invention can also be envisaged for other families of semiconductors than IV-IV, like the family of III-V type GaAs, or II-VI type CdSe ...
  • FIG. 3 is a diagram representing the etching speed V as a function of the etching temperature for some compositions of Si ⁇ - x Ge x .
  • the etching temperature to reveal the defects is adapted as a function of the respective proportions of Si and Ge in the material Si ⁇ _ x Ge x .
  • the etching temperature can be chosen so that the etching speed is typically between 1 and 10 nm / min.
  • silicon it is preferable to work around 800 ° C.
  • Si 0 .33 0 67Ge it is preferable to work around 700 ° C.
  • Si 0 , s Ge 0 , 5 it is preferable to work around 650 ° C.
  • germanium it is preferable to work around 400 ° C.
  • the diagram in FIG. 3 illustrates the evolution, for different proportions of Si and Ge, of the etching speed as a function of the etching temperature with gaseous HCl.
  • a person skilled in the art can, for the desired proportions of Si ⁇ - X Ge x , obtain the corresponding curve and deduce therefrom the suitable temperature range.
  • the process according to the invention can be applied to very thin films (typically less than 100 nm or even 20 nm), for example to the germanium thin film of a SGOI structure. Thin films are very sensitive to the temperatures to which they are subjected.
  • the method according to the invention allows a very fine adaptation of the set of temperature / time parameters so as not to damage the thin films.

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Abstract

L’invention concerne un procédé de révélation de dislocations émergentes dans une couche de surface en matériau cristallin d’un substrat par gravure de ladite couche de surface. Le matériau cristallin de la couche de surface est en Si1-xGex, avec 0 ≤ x ≤ 1 et la gravure est réalisée au moyen d’un gaz gravant ledit matériau cristallin.

Description

PROCEDE DE REVELATION DES DISLOCATIONS EMERGENTES DANS UN MATERIAU CRISTALLIN
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte à un procédé de révélation des dislocations émergentes dans un matériau cristallin. Elle concerne en particulier la révélation de dislocations émergentes dans un film mince de matériau semiconducteur solidaire d'un support .
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Il existe plusieurs techniques pour déterminer la densité des défauts existant dans un matériau monocristallin. Parmi ces techniques, on peut citer la microscopie électronique en transmission, la topographie aux rayons X et la révélation chimique. La Microscopie Electronique en Transmission (MET) donne des informations très détaillées sur la nature des défauts présents dans un film monocristallin. En particulier, c'est une technique qui va permettre d'observer tous les défauts que l'on peut trouver dans un cristal, c'est-à-dire des lacunes, des interstitiels, des dislocations... Cette technique permet d'observer les dislocations dans leur ensemble. On pourra donc observer les parties émergentes des dislocations, qui traversent les couches supérieures de l'échantillon, et sont néfastes pour les propriétés électriques. On pourra également observer les parties enterrées, dite d'accord du paramètre de maille, qui n'ont que peu d'influence sur les propriétés électriques des couches supérieures . Ceci rend plus difficile l'interprétation des résultats obtenus ainsi que le comptage. La statistique de ces défauts peut également être biaisée par le très faible volume de matériau observé. En effet, l'échantillon doit être transparents aux électrons dans au moins une dimension pour être observable. Dès lors, les échantillons mesurent typiquement lOOμm x lOOμm x quelques 100 nm. Le volume sondé n'est pas toujours typique du matériau de départ . Le temps de mesure est typiquement de quelques jours, principalement à cause de la préparation de l'échantillon. La subtilité de cette technique requiert également d'avoir du personnel dédié. Cette technique est destructrice. La topographie aux rayons X consiste en une projection de tous les défauts présents dans l'échantillon sur un plan (le plan d'un film photographique ou d'un capteur CCD) . Le principe d'observation des défauts est similaire à celui de la microscopie électronique en transmission. Donc, de même qu'en microscopie électronique en transmission, on observe les dislocations dans leur ensemble. Comme les rayons X pénètrent beaucoup plus aisément la matière que les électrons, la mesure peut directement se faire sur l'échantillon à observer sans aucune préparation particulière. La résolution spatiale obtenue avec cette technique est typiquement de 1 à 10 μm. Le temps de mesure varie de quelques minutes à quelques heures. La subtilité de cette technique requiert d'avoir du personnel dédié. Cette technique est non-destructive. La révélation chimique des défauts donne des informations uniquement sur la surface de l'échantillon. Elle ne permet pas une observation directe du défaut lui-même mais du relief que la révélation aura créé. La révélation a lieu en exposant l'échantillon à une solution chimique qui va le graver. Toutes les solutions chimiques de révélation de défauts fonctionnent sur le même principe. Elle contiennent un ou plusieurs agents oxydants (les plus utilisés sont HON3, Cr03, K2Cr207..) qui vont transformer (par exemple si le matériau monocristallin est du silicium) le silicium en Si0 . Ce Si02 est ensuite gravé par dissolution dans de l'acide fluorhydrique (HF) . Si la solution est judicieusement choisie, elle doit graver avec des vitesses différentes les zones avec défauts et les zones sans défauts. Cela est dû au champ de contraintes créé par la dislocation et/ou la ségrégation d'impuretés au niveau de la dislocation, qui vont modifier le potentiel de surface entre la dislocation et le cristal parfait l'entourant. Les vitesses de gravure observées seront donc différentes pour une zone avec ou sans défauts . Dans le cas de dislocations, on observera l'intersection de celles-ci avec la surface de l'échantillon, soit des points. Le temps de révélation est typiquement de quelques minutes. La révélation ne nécessite pas de préparation particulière de l'échantillon. Cette technique est relativement simple, et peut être pratiquée par n'importe quelle personne habilitée à manipuler des produits chimiques. Cette technique est destructive. En fonction des densités de défauts présents dans les films, certaines techniques sont plus adaptées que d'autres. Il est en effet bien connu que l'état de l'art actuel ne permet pas d'obtenir des films de SiGe(C) (c'est-à-dire des films de SiGe comportant ou non du carbone) relaxés exempts de dislocations. En particulier, ceux-ci montrent des densités de dislocations émergentes typiquement de 106 cm"2. De telles densités sont difficilement observables en microscopie électronique à transmission car trop faibles, mais sont par contre trop élevées pour être observées par topographie aux rayons X. Dès lors, il ne reste plus que la révélation chimique qui soit pleinement adaptée pour qualifier les films de SiGe(C). Il existe différentes préparations chimiques, bien connues dans l'industrie de la microélectronique, pour effectuer une révélation. On peut citer la solution SECCO (voir F. Secco d'Aragona, J. Electrochem. Soc. 119 (1972), 948). On peut citer également la solution SCHIMMEL (voir D.G. Schimmel, J. Electrochem. Soc, 126 (1979), 479). Toutes ces préparation font appel à une chimie humide et utilisent des produits chimiques dangereux pour l'homme et l'environnement (HF, chrome et ses dérivés, ...) . De plus, la chimie est assez dépendante de l'expérimentateur. Celui-ci peut par exemple choisir d'utiliser une dilution différente de la solution de révélation, d'utiliser un temps de révélation différent, d'utiliser un volume de solution différent, d'utiliser ou pas une agitation... Cet état de fait peut rendre difficile la comparaison de résultats obtenus par différentes équipes. Elle explique en particulier la faible communication sur le nombre de dislocations présentes dans les films de SiGe(C), et les grandes variations de densités annoncées d'une équipe à l'autre. En outre, cette chimie n'est semble-t-il pas disponible dans les machines automatiques à bains de chimies (machine de nettoyage, de retrait résine...) , ce qui empêche son utilisation sur des pleines plaques, complique donc le comptage des défauts et rend très difficile une optimisation et un suivi de la qualité des couches en ligne. L'article « Dislocation génération of GaAs on Si in the cooling stage » de M. TACHIKAA et al., Applied Physics Letters USA, Vol. 56, No. 22, 28 mai 1990, pages 2225 à 2227, divulgue l'évaluation des dislocations générées dans une couche de GaAs déposée sur du silicium, lors de l'étape de refroidissement. Cette évaluation est effectuée à la température de croissance en utilisant une gravure en phase vapeur. Il est fait état d'une gravure de surfaces épitaxiées de GaAs et de GaP par une phase vapeur d'HCl, à température de croissance. L'article « Characterization of threading dislocations in GaN epiaxial layers » de T. HINO et al., Applied Physics Letters, American Institute of Physics, New York, USA, Vol. 76, No. 23, 5 juin 2000, pages 3421 à 3423, divulgue la caractérisation de dislocations dans des couches épitaxiées de GaN en utilisant une technique de gravure en phase vapeur d'HCl. Ces deux derniers documents concernent des matériaux III-V (GaN, GaAs, GaP) qui sont des matériaux très différents des matériaux de la catégorie IV (Si, Ge, SiGe) , même si tous sont des matériaux cristallins semiconducteurs . Ces deux catégories renvoient à des mondes différents de la microélectronique. Pour des problèmes de contamination, de pollution, etc, les matériaux III-V et IV-IV ne cohabitent pas dans les salles blanches et dans les équipements de dépôt, de gravure, etc. Par ailleurs, ces matériaux ne réagissent pas du tout de la même façon aux attaques chimiques . Ainsi, l'homme du métier spécialiste des matériaux III- V n'est pas le même que celui des matériaux IV-IV. Par ailleurs, les bâtis d'épitaxie sont des équipements qui permettent de déposer des films respectant 1 ' arrangement atomique du substrat sur lequel ils sont déposés. Les bâtis utilisés industriellement réalisent les dépôts par l'intermédiaire de précurseurs gazeux (SiH , SiH2Cl2, Si2He... comme précurseurs du silicium) . Ces bâtis utilisent également l'acide chlorhydrique gazeux pour nettoyer la chambre de procédé entre chaque épitaxie. En effet, l'HCl est un gaz qui grave le silicium, le SiGe(C) et le germanium entre autres. L'HCl gazeux peut également être utilisé pendant les dépôts pour permettre de réaliser des épitaxies sélectives par rapport à un diélectrique ou comme degré de liberté sur la concentration en germanium et la vitesse de croissance lors d'épitaxie de films de SiGe(C). EXPOSE DE L'INVENTION Pour remédier aux inconvénients de l'art antérieur, il est ici proposé un nouveau procédé de révélation des dislocations émergentes dans un matériau cristallin. Cette révélation est faite par voie chimique gazeuse. Cette nouvelle technique permet de s'affranchir des principaux défauts de l'état de l'art indiqué précédemment. En particulier, la présente invention permet une révélation plus reproductible d'un échantillon à l'autre, mais également d'une équipe à une autre . L'invention peut avantageusement mettre à profit un bâti d'épitaxie, dont le rôle est habituellement de déposer des films monocristallins de Si, de Ge, de SiGe, de SiGe(C).... Elle profite dès lors de tous les avantages d'utiliser une machine plutôt qu'un expérimentateur, en termes de standardisation et de reproductibilité en particulier. Ce nouveau procédé, contrairement aux procédés habituellement utilisés (attaques chimiques telles que la gravure SECCO par exemple) ne requiert pas de cliver la plaque de matériau cristallin. Une fois la révélation obtenue, les dislocations sont ainsi directement observables sur tout appareil de détection et de comptage automatique de défauts sur pleine plaque tels que ceux utilisés sur des lignes de production, ou de manière simple par microscopie optique ou électronique. La connaissance de la présence de défauts dans un film de SiGe(C) par exemple, ainsi que de leur densité et de leur répartition est très importante, en particulier pour les couches de SiGe(C) relaxées (utilisées dans les applications CMOS à canal de silicium contraint, mais aussi en optoélectronique) . Ce sont en effet ces défauts qui vont déterminer les propriétés électriques et optiques des films de SiGe(C) . L'invention a donc pour objet un procédé de révélation de dislocations émergentes dans une couche de surface en matériau cristallin d'un substrat par gravure de ladite couche de surface, caractérisé en ce que le matériau cristallin de la couche de surface est en Siι-xGex avec 0 < x < 1 et en ce que la gravure est réalisée au moyen d'un gaz gravant ledit matériau cristallin. Avantageusement, la gravure se déroule dans la chambre de procédé d'un bâti d'épitaxie. Si la couche de surface est une couche épitaxiée sur un support d'épitaxie constituant le reste du substrat et si l'épitaxie se déroule dans la chambre de procédé, la gravure de la couche • de surface peut être réalisée directement après l'épitaxie de la couche de surface. Le gaz gravant peut comprendre un gaz acide choisi parmi HC1, HF, HBr et HI . Il peut s'agir d'un gaz acide dilué dans l'hydrogène. La couche de surface peut en particulier être en matériau monocristallin. La couche de surface peut être la couche superficielle d'un substrat massif, un film cristallin solidaire d'un support ou le film de silicium d'un substrat SOI . La couche de surface peut être le film de SiGe d'un substrat SGOI ou le film de silicium contraint d'un substrat SSOI .
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, accompagnée des dessins annexés parmi lesquels : -la figure 1 est une image en champ sombre de la surface d'un pseudo-substrat de SiGe(C) 20% après révélation par une solution SECCO selon l'art antérieur, - la figure 2 est une image en champ sombre de la surface d'un pseudo-substrat de SiGe (C) 20% après révélation par le procédé selon l'invention ; - la figure 3 est un diagramme représentant la vitesse de gravure en fonction de la température de gravure pour quelques compositions de Siι_xGex.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
La suite de description va principalement porter, à titre d'exemple, sur la révélation de dislocations dans une couche monocristalline de SiGe(C) épitaxiée sur un support de silicium monocristallin. Une étape préliminaire de préparation de l'échantillon à révéler peut s'avérer nécessaire si la couche de SiGe(C) est oxydée. Il est bien connu que lorsqu'un film de SiGe(C) est exposé à l'air, celui-ci a tendance à s'oxyder. Il faudra donc, pour pouvoir révéler les films de SiGe(C), s'affranchir de l'oxyde natif. Ceci peut être aisément effectué par nettoyage chimique humide. En particulier, une immersion de l'échantillon dans un bain d'acide fluorhydrique dilué va permettre de retirer cet oxyde natif. Cette immersion empêche également celui-ci de se reformer pendant quelques heures par passivation de la surface par des atomes d'hydrogène ou de fluor. Cette étape préliminaire n'est pas nécessaire si la révélation (la gravure) a lieu directement après la croissance de la couche de SiGe(C), c'est-à-dire sans décharger l'échantillon du bâti d'épitaxie. Le bâti d'épitaxie permet de contrôler la température et l'environnement auquel est soumis 1' échantillon. La révélation est mise en œuvre grâce à une chimie sèche. Elle se déroule avantageusement à température élevée (plus de 400°C) et à pression réduite. L'échantillon peut être d'abord chauffé à une température supérieure à 775°C pour éliminer toute contamination de surface. Il est ensuite chauffé jusqu'à une température de 750°C par exemple sous flux d'hydrogène (quelques dizaines de litres par minute) sous une pression de 2660 Pa (ou 20 Torr) . Une fois les 750°C atteint, quelques centaines de centimètres cube par minute d'HCl gazeux sont introduits en plus de l'hydrogène dans la chambre de procédé du bâti d'épitaxie. Après une exposition de typiquement quelques minutes, l'échantillon est déchargé du bâti d' épitaxie. D'autres gaz gravants comme HF, HBr, HI...peuvent aussi être utilisés, dilués dans de l'hydrogène. Habituellement, le gaz HCl sert en épitaxie au nettoyage des dômes en quartz qui composent la chambre de dépôt, ou pour permettre de réaliser des épitaxies sélective par rapport à un diélectrique, mais en aucun cas à la révélation des défauts . Après un certain temps (dépendant principalement de la concentration en germanium de l'échantillon), on arrête l'exposition au gaz de gravure. On refroidit ensuite l'échantillon, puis on le décharge du bâti d'épitaxie. Une observation en lumière rasante doit normalement montrer un film d'aspect laiteux. Au microscope (optique ou électronique) , on observe la présence de pyramides inversées à la surface de l'échantillon. Chaque pyramide inversée traduit la présence d'une dislocation émergente. La présente invention permet l'utilisation d'un bâti d'épitaxie pour révéler les dislocations dans un film de SiGe(C). Elle profite dès lors des avantages intrinsèques de ce type d' outil . On peut citer parmi eux une très bonne uniformité du procédé de révélation sur l'ensemble de l'échantillon, une grande reproductibilité d'un échantillon à un autre, une excellente maîtrise des paramètres du procédé. Le gaz HCl est déjà utilisé sur les machines d'épitaxie. La mise en œuvre de la technique se fait donc sans modification des équipements existants. Le fait d'utiliser un bâti de CVD et le fait que la révélation soit nécessairement effectuée en environnement contrôlé permet de limiter drastiquement la présence de particules à la surface de l'échantillon. Les particules peuvent perturber la statistique de comptage lors d'observations, car elles peuvent être confondues avec les pyramides correspondant aux défauts . La présente invention permet de faire des révélations sur l'ensemble de la surface d'un substrat standard utilisé actuellement en microélectronique (soit 100, 150, 200 ou 300 mm de diamètre) . Ceci permet une excellente statistique de comptage, mais également d'effectuer facilement des observations sur l'ensemble du substrat. La révélation sur pleine plaque permet l'utilisation ultérieur d'équipements standard de comptage automatique de défauts déjà présents sur les. lignes de production. Du point de vue industriel, cette technique signifie donc un gain de temps considérable dans la caractérisation des couches SiGe(C) (couches relaxées, en particulier) , et constitue donc un progrès significatif pour l'optimisation, la caractérisation et le suivi en ligne de telles couches qui sont amenées à prendre une importance grandissante dans l'industrie. La présente invention permet de révéler un film de SiGe(C) in situ, juste après la fin de la croissance. On est de cette manière sûr que les défauts sont bien introduits pendant la croissance et non par des procédés intervenant après . La présente invention n'utilise pas de chrome ni de produits à base de chrome. C'est un avantage car les produits contenant du chrome sont très toxiques pour l'homme et pour l'environnement. Avec la présente invention, il n'est pas nécessaire de manipuler directement des produits chimiques dangereux comme l'acide fluorhydrique HF. C'est un avantage en terme de sécurité. La présente invention consomme très peu de matériau pour révéler les défauts (typiquement 20 nm) . C'est un avantage pour caractériser les films ultra minces, mais également des films épais pour lesquels on est sûr de caractériser les défauts proches de la surface. La figure 1 est une image de la surface d'un pseudo-substrat de SiGe(C) 20% après révélation par une solution SECCO. Le film à caractériser est un film relaxé de Sio,8Ge0,2 de 1,2 μm d'épaisseur. L'image a été obtenue par un microscope optique en champ sombre. Elle correspond à un champ de 240 μm x 180 μm. Les bords de l'image sont orienté le long des directions cristallographiques [110] . Les points brillants sont la signature laissé par la révélation des dislocations qui traversent le film. Un comptage donne 426 dislocations soit une densité de 9,9.105 cm"2. La figure 3 est une image de la surface d'un pseudo-substrat de Si0/8Ge0/2 après révélation par la présente invention. Le film à caractériser est un film relaxé de Si0,8Ge0,2 de 1,2 μm d'épaisseur. L'échantillon est identique à celui de la figure 1. L'image a été obtenue par un microscope optique en champ sombre. Elle correspond à un champ de 240 μm x 180 μm. Les bords de l'image sont orientés le long des directions cristallographiques [110] . Les points brillants sont la signature laissé par la révélation des dislocations qui traversent le film. Un comptage donne 442 dislocations soit une densité de 106 cm"2. Ce procédé permet donc en particulier de caractériser la qualité cristalline de couches de SiGe(C). De la qualité cristalline des couches de SiGe(C) va dépendre la qualité des structures électriques réalisés en utilisant ces couches. La réalisation de structures électriques est très longue et coûteuse. Elle nécessite de nombreuses étapes qui viendront compliquer l'interprétation de résultats. Dans ce cadre, une révélation des défauts présents dans le film de SiGe(C), à l'aide du procédé présenté ici, permet d'obtenir très rapidement des informations sur la qualité du film épitaxie. La présente invention concerne la révélation des dislocation émergentes dans des films de SiGe(C) quelle que soit leur concentration en germanium. Elle nécessite néanmoins une adaptation des paramètres du procédé de révélation à la concentration en germanium de l'échantillon. En particulier, la présente invention peut également être envisagée sur des films de germanium. La révélation est également effective que le film de SiGe(C) soit déposé sur du silicium, ou sur un isolant (SGOI) . On peut envisager également que la présente technique permette de révéler des dislocations dans le silicium soit sur substrats massifs, soit sur substrats SOI ou de silicium contraint sur substrat SSOI (pour « Strained SOI ») . Dans ce cas, la très faible consommation de matériau avec la présente technique permettrait de caractériser les couches de SOI ultraminces . La présente invention peut également être envisagée pour des substrats d' autre orientation que la (001), par exemple des substrats (111) , (110) ... La présente invention peut également être envisagée pour d'autres familles de semiconducteurs que les IV-IV, comme la famille des III-V type GaAs, ou des II-VI type CdSe... On peut envisager la réalisation de réseau de trous si on arrive a créer un réseau de dislocations. En effet, il est bien connu que lorsqu'on colle un film de silicium sur un substrat de silicium avec une légère désorientation entre les orientations cristallines des deux substrats, on va créer un réseau de dislocations. Avec la présente invention, un réseau de trous peut être créé en révélant les dislocations. La figure 3 est un diagramme représentant la vitesse de gravure V en fonction de la température de gravure pour quelques compositions de Siι-xGex. Avantageusement, la température de gravure pour révéler les défauts est adaptée en fonction des proportions respectives de Si et de Ge dans le matériau Siι_xGex. Ainsi, la température de gravure peut être choisie de sorte que la vitesse de gravure soit comprise typiquement entre 1 et 10 nm/min. Ainsi, pour le silicium (courbe 1) , il est préférable de travailler autour de 800°C. Pour du Si0,67Ge0.33 (courbe 2) , il est préférable de travailler autour de 700 °C. Pour du Si0,sGe0,5 (courbe 3) , il est préférable de travailler autour de 650 °C. Pour du germanium, il est préférable de travailler autour de 400 °C. Le diagramme de la figure 3 illustre l'évolution, pour différentes proportions de Si et de Ge, de la vitesse de gravure en fonction de la température de gravure par HCl gazeux. Un homme du métier pourra, pour les proportions souhaitées de Siι-X Gex, obtenir la courbe correspondante et en déduire la gamme de températures adaptée . Le procédé selon l'invention peut être appliqué, contrairement à la plupart des procédés de l'art antérieur, à des films très minces (typiquement inférieurs à 100 nm, voire à 20 nm) , par exemple au film mince de germanium d'une structure SGOI . Les films minces sont très sensibles aux températures auxquelles ils sont soumis. Le procédé selon l'invention permet une adaptation très fine du jeu de paramètres température/temps afin de ne pas détériorer les films minces .

Claims

REVENDICATIONS
1- Procédé de révélation de dislocations émergentes dans une couche de surface en matériau cristallin d'un substrat par gravure de ladite couche de surface, caractérisé en ce que le matériau cristallin de la couche de surface est en Siι-xGe avec 0 < x < 1 et en ce que la gravure est réalisée au moyen d'un gaz gravant ledit matériau cristallin.
2- Procédé de révélation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gravure se déroule dans la chambre de procédé d'un bâti d' épitaxie .
3- Procédé de révélation selon la revendication 2, caractérisé en ce que, la couche de surface étant une couche épitaxiée sur un support d'épitaxie constituant le reste du substrat et l'épitaxie se déroulant dans ladite chambre de procédé, la gravure de la couche de surface est réalisée directement après l'épitaxie de ladite couche de surface. 4- Procédé de révélation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le gaz gravant comprend un gaz acide choisi parmi HF, HBr et HI . 5- Procédé de révélation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le gaz gravant est HCl . 6- Procédé de révélation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le gaz gravant est un gaz acide dilué dans 1 ' hydrogène . 7- Procédé de révélation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la couche de surface est en matériau monocristallin . 8- Procédé de révélation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la couche de surface est la couche superficielle d'un substrat massif. 9- Procédé de révélation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la couche de surface est un film cristallin solidaire d'un support. 10- Procédé de révélation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la couche de surface est le film de silicium d'un substrat SOI . 11- Procédé de révélation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la couche de surface est le film de SiGe d'un substrat SGOI .
12- Procédé de révélation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la couche de surface est le film de silicium contraint d'un substrat SSOI .
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2209137A1 (fr) 2009-01-16 2010-07-21 Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives Procédé de révélation de dislocations émergentes dans un élément cristallin à base de germanium
CN116577340A (zh) * 2023-05-28 2023-08-11 兰州大学 一种区分碳化硅中贯穿螺型位错和贯穿刃型位错的方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2580858B (en) * 2018-09-07 2021-07-21 Memsstar Ltd A method for detecting defects in thin film layers

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001048810A1 (fr) * 1999-12-24 2001-07-05 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Dispositif d'inspection des defauts de cristal d'une plaquette de silicium et procede de detection des defauts de cristal de cette plaquette

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHEN JINGHAO ET AL: "Formation of polycrystalline silicon germanium/HfO2 gate stack structure using inductively coupled plasma etching", JOURNAL OF VACUUM SCIENCE AND TECHNOLOGY A. VACUUM, SURFACES AND FILMS, AMERICAN INSTITUTE OF PHYSICS, NEW YORK, NY, US, vol. 21, no. 4, July 2003 (2003-07-01), pages 1210 - 1217, XP012006412, ISSN: 0734-2101 *
HINO T ET AL: "Characterization of threading dislocations in GaN epitaxial layers", APPLIED PHYSICS LETTERS, AMERICAN INSTITUTE OF PHYSICS. NEW YORK, US, vol. 76, no. 23, 5 June 2000 (2000-06-05), pages 3421 - 3423, XP012025485, ISSN: 0003-6951 *
LI ET AL: "Surface passivation and microroughness of (100) silicon etched in aqueous hydrogen halide (HF, HCl, HBr, HI) solutions", JOURNAL OF APPLIED PHYSICS USA, vol. 77, no. 3, 1 February 1995 (1995-02-01), pages 1323 - 1325, XP002335542, ISSN: 0021-8979 *
TACHIKAWA M ET AL: "Dislocation generation of GaAs on Si in the cooling stage", APPLIED PHYSICS LETTERS USA, vol. 56, no. 22, 28 May 1990 (1990-05-28), pages 2225 - 2227, XP002295671, ISSN: 0003-6951 *
TSUKAMOTO ET AL, JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH NETHERLANDS, vol. 57, no. 2, April 1982 (1982-04-01), pages 412 - 427, XP002335526, ISSN: 0022-0248 *
VAN DER PUTTE ET AL, JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH NETHERLANDS, vol. 41, no. 1, November 1977 (1977-11-01), pages 133 - 145, ISSN: 0022-0248 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2209137A1 (fr) 2009-01-16 2010-07-21 Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives Procédé de révélation de dislocations émergentes dans un élément cristallin à base de germanium
FR2941326A1 (fr) * 2009-01-16 2010-07-23 Commissariat Energie Atomique Procede de revelation de dislocations emergentes dans un element cristallin a base de germanium
US8003550B2 (en) 2009-01-16 2011-08-23 Commissariat à l'Energie Atomique Method for revealing emergent dislocations in a germanium-base crystalline element
CN116577340A (zh) * 2023-05-28 2023-08-11 兰州大学 一种区分碳化硅中贯穿螺型位错和贯穿刃型位错的方法
CN116577340B (zh) * 2023-05-28 2024-01-05 兰州大学 一种区分碳化硅中贯穿螺型位错和贯穿刃型位错的方法

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