FR2564642A1 - Procede de depot, en phase vapeur sous pression reduite, d'un verre de borophosphosilicate sur une lamelle de silicium - Google Patents
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Abstract
ON PLACE DES LAMELLES 190 DE SILICIUM DANS UN TUBE 12 DE TRAITEMENT. ON ASPIRE 130, 132 L'ATMOSPHERE DU TUBE JUSQU'A UNE PRESSION INFERIEURE A 66,6 PA ET L'ON CHAUFFE JUSQU'A UNE TEMPERATURE DE 350C A 500C. ON INTRODUIT DANS LE TUBE 12 UN MELANGE DE SILANE, PHOSPHINE ET TRICHLORURE DE BORE GAZEUX DE MANIERE QUE LE MELANGE VIENNE AU CONTACT DES LAMELLES 190. ON INTRODUIT SIMULTANEMENT DE L'OXYGENE 144, 146 DANS LE TUBE 12 DE MANIERE QUE L'OXYGENE VIENNE AUSSI AU CONTACT DES LAMELLES 190 ET REAGISSE AVEC LES GAZ POUR FORMER SUR LES LAMELLES UNE COUCHE DE VERRE DE BOROPHOSPHOSILICATE. APPLICATION : PROTECTION DES DEPOTS DE CIRCUITS INTEGRES SUR LAMELLES.
Description
L'invention concerne le dépôt, en phase vapeur sous faible pression, de
verre de borophosphosilicate sur une lamelle
ou "puce" de silicium.
Il est bien connu dans l'art antérieur d'utiliser le dioxyde de silicium (silice, SiO2) sur des lamelles de silicium comme masque de diffusion, afin de protéger des jonctions diffusées contre une contamination par des impuretés, comme isolant de surface pour séparer divers dispositifs et diverses interconnexions métalliques, ou comme pellicule diélectrique pour des condensateurs. Les
propriétés de masquage caractérisant Si02 sont particulière-
ment importantes pour éviter que des ions positivement
chargés, comme Na+ ou H+, qui ont des coefficients de diffu-
sion relativement grands dans SiO à de basses températures, n'entrent dans les zones dopées de la lamelle que le SiO2 masque, puisque les ions sodium et hydrogène peuvent être particulièrement nuisibles pour des dispositifs à circuits
imprimés contenant des régions de type p faiblement dopées.
Le SiO 2peut être formé par oxydation thermique de lamelles de silicium dans un four à diffusion à des teinpéIaturEs comprises entre 900 et 1200 Centigrades. On effectue une oxydation thermique en mettant le silicium des surfaces des lamelles au contact de l'oxygène ou de
la vapeur d'eau. Cependant, les températures élevées néces-
saires pour la croissance des oxydes thermiques peuvent souvent provoquer une redistribution des couches d'impuretés précédemment introduites par diffusion. Afin d'éviter une redistribution de l'additif de dopage ou dope, des procédés de dépôt d'oxyde(s) à basse température qui, par exemple, utilisent la décomposition pyrolytique de l'orthosilicate de tétraéthyle (OSTE) ou qui utilisent des réactions en phase vapeur, comme la réaction entre le silane (SiH4)
et l'oxygène, sont intéressants puisqu'ils peuvent typique-
ment être mis en oeuvre à des températures de 400' à 500 Centigrades. Un tel dépôt pyrolytique de SiO2 ou de verre de silicate, que l'on appelle parfois verre s, peut également servir à former un revêtement diélectrique protecteur sur la totalité de la surface du ou des circuits intégrés après
formation des interconnexions de métaux.
Un appareil typique pour la formation d'oxydes thermiques sur des lamelles de silicium est décrit dans le brevet US-A-4 253 517. Un perfectionnement destiné à
éviter une stratification des gaz au sein du système d'oxy-
dation sous pression élevée est décrit dans le brevet US-
A-4 376 796. Un système typique pour la formation d'oxydes déposés sur des lamelles de silicium est décrit dans le
brevet US-A-4 369 031.
En outre, il a été trouvé qu'il est souvent impor-
tant d'obtenir un revêtement très uniforme d'oxyde(s) déposé sur les lamelles ou pastilles de silicium. Pour y parvenir, les lamelles sont souvent enfermées, pendant le dépôt,
dans une nacelle blindée, comme décrit dans le brevet US-
A-4 098 923. Ce dernier brevet décrit un système de dépit d'oxyde qui utilise de l'oxygène, du silane et une phosphine comme corps destinés à réagir pour provoquer le dépôt d'un verre de phosphosilicate. Le processus de dépôt se produit à une pression correspondant à moins de 50 microns, et
à une vitesse de dépôt de 100 Angstroms (10 nm) par minute.
Du verre de phosphosilicate, ou dopé par du phosphore,
sert de couche de verre coulé dans la production de semi-
conducteurs. En d'autres termes, ce verre constitue une couche isolante inerte qui, lorsqu'elle est déposée, épouse les
contours de la surface sur laquelle le verre est déposé.
Puisqu'il est bien connu que des circuits intégrés ont souvent un contour de surface en gradins par suite des étapes antérieures de dépôt et de gravure/attaque, et que des interconnexions métalliques sont souvent formées au sommet d'une telle couche de verre déposé, il est souhaitable de faire couler ou ramollir légèrement le verre, dans une étape de coulée supplémentaire dans laquelle on soumet les lamelles de silicium à l'action d'une température élevée pour ramollir les contours du verre. Si une telle étape de coulée n'est pas réalisée et que l'on forme directement sur la couche de verre déposée des couches d'interconnexion
en aluminium, il peut se produire des ruptures des inter-
connexions de métaux aux endroits o la pente de la couche de verre varie de façon abrupte en raison de la formation de microcraquelures qui peuvent, pour le moins, augmenter la résistance des interconnexions métalliques ou même casser complètement l'interconnexion. A mesure de la diminution des formes et surfaces géométriques des circuits intégrés formés sur les lamelles, il est devenu de plus en plus difficile d'assurer la présence d'un revêtement en verre
ayant des caractéristiques d'écoulement qui soient compa-
tibles avec d'autres étapes opératoires, afin de réduire à son minimum la redistribution des additifs ou dopes pendant
un recuit de coulée ou d'égalisation de surface.
La température à laquelle le verre se ramollit est déterminée par la concentration du phosphore au sein
du verre. Ainsi, quand la concentration du phosphore augmen-
te, le verre a tendance à se ramollir à de plus basses températures. Cependant, la concentration du phosphore
a une limite supérieure due au fait que les atomes de phos-
phore peuvent sortir, par diffusion, du verre et pénétrer dans les parties dopées des lamelles en provoquant des
modifications de la concentration de dopage et une dégrada-
tion du comportement ou rendement ou en entraînant une panne du circuit intégré. En outre, le phosphore présent dans du verre est hygroscopique. Sa tendance à attirer l'humidité peut conduire à la formation d'acide phosphorique au sein de la couche de verre, ce qui peut endommager les
interconnexions métalliques au contact du verre.
En variante, on a aussi utilisé des verres dopés au bore pour abaisser la température de coulée, de manière qu'une redistribution des additifs ou dopes ne se produise pas pendant l'étape de chauffage à nouveau en vue d'une coulée ou égalisation de surface. Plus récemment, la pratique a progressé au point qu'une combinaison de phosphore et de bore, incluse dans la couche de verre, donne de basses températures de coulée et fournit une combinaison qui évite les problèmes de contamination par le phosphore et la tendance de la couche de verre à absorber de l'eau et à engendrer en son sein de l'acide phosphorique. Le brevet US-A-3 481 781 est typique des procédés de l'art antérieur destinés à former du verre de borophosphosilicate. Un article intitulé "Chemical Vapor-Deposited Borophosphate Glass for Silicon Device Applications" (Verre au borophosphate,
obtenu par dépôt chimique en phase vapeur, pour des appli-
cations à des dispositifs contenant du silicium), de W. Kern et G. Schnable, publié dans RCA Review,- volume 43, septembre 1982, indique l'importance de l'utilisation de pellicules de verre de borophosphosilicate pour obtenir des contours, inclinés de façon adéquate, sur des gradins escarpés d'oxyde et de silicium polycristallin afin de garantir la continuité et le maintien de l'épaisseur de pellicule de lignes d'interconnexion en des conducteurs métalliques déposés par la suite. Cet article enseigne l'utilisation du dépôt de vapeur chimique en utilisant le silane, le diborane (B2H6) et la phosphine (PH3) avec de l'oxygène. L'article indique en outre que certains réacteurs discontinus rotatifs, certains réacteurs de dépôt continu d'oxyde et des réacteurs continus sont disponibles à l'échelle commerciale pour la mise en oeuvre du procédé décrit. En expérimentant le dépôt de vapeur chimique de verres de borophosphosilicates, en particulier à de basses températures, en utilisant des systèmes à oxyde déposé
comportant des collecteurs ou manifolds d'injection s'éten-
dant le long du tube de traitement du type décrit dans le brevet US-A-4 369 031, la Demanderesse a trouvé que les systèmes de dépôt de vapeur chimique sous pression atmosphérique n'assurent pas l'uniformité de l'épaisseur
de pellicule, ni les faibles taux de particules et de forma-
tion de trous d'épingle dans la couche de SiO2lque l'indus-
trie de fabrication des lamelles exige pour les couches d'oxyde déposées. En outre, les systèmes de l'art antérieur fonctionnant à pression atmosphérique, semblent produire des couches d'oxyde ayant une couverture non uniforme des gradins, ce qui rend non reproductible et non fiable la mise en oeuvre du procédé dans un système fonctionnant
sous pression atmosphérique.
Quand la Demanderesse a commencé une expérimentation faisant appel à des systèmes de dépôt de produits chimiques en phase vapeur, du type injecteurs à basse pression ou à pression réduite utilisant du silane, de l'oxygène, la phosphine et le diborane comme corps destinés à réagir, elle a trouvé qu'il y avait très peu de bore inclus dans
la couche du verre déposé, le diborane se dissociant appa-
remment de façon quasi complète au sein du manifold des injecteurs en déposant la plupart du bore au sein des tubes des injecteurs et en épuisant la source de bore avant que celle-ci ait pu atteindre le voisinage des lamelles ou
pastilles.
On a donc besoin d'un système de dépôt de produit chimique en phase vapeur sous faible pression, pour déposer sur des lamelles de silicium} de minces pellicules de verre de borophosphosilicate ayant de basses températures de coulée, présentant une inclusion adéquate de bore, une
bonne couverture des gradins et peu de trous d'épingle.
Donc, l'invention vise un procédé permettant de
déposer sous faible pression des couches de verre de boro-
phosphosilicate sur plusieurs lamelles de silicium placées au sein d'un tube de traitement. Le procédé consiste à placer plusieurs lamelles dans une naoelle en quartz ou porte-lamelles protégé ou blindé, dans les parois duquel ont été découpées plusieurs fentes afin de laisser des corps réactionnels gazeux venir jusqu'au voisinage des lamelles. On charge ensuite les nacelles ainsi entourées ou blindées au sein d'un tube réacteur en quartz, cylindrique, allongé, à parois chaudes qui fonctionne à une température non inférieure à 350 C et non supérieure à 500'C, et de préférence au voisinage de 425'C. On ferme ensuite le tube réacteur et on le balaye avec de l'azote sec. Puis l'on diminue la pression régnant dans le tube jusqu'à atteindre une valeur inférieure à 66,6 Pa, mais non inférieure à Pa. De préférence, la pression du tube est maintenue entre 23,3 et 26,6 Pa pendant le dépôt de la pellicule de verre de borophosphosilicate. On introduit dans le tube réacteur, par une première paire d'injecteurs de silane, un mélange de silane, de phosphine et de trichlorure de bore (BC1l3). On introduit également de l'oxygène dans le tube, par une paire d'injecteurs d'oxygène. On maintient la pression régnant dans le tube entre 23,3 et 26 Pa pendant qu'on y introduit les gaz destinés à réagir. On maintient le débit des gaz destinés à réagir et l'on maintient la température de 425 C jusqu'à formation, sur la lamelle,
d'une Épaisseur voulue de verre de borophosphosilicate.
On arrête alors les écoulements de tous les corps gazeux destinés à réagir et l'on balaye le tube avec de l'azote sec introduit dans ce tube par l'un des injecteurs. Puis l'on retire les lamelles du tube réacteur et on effectue sur ces lamelles
les opérations suivantes de traitement.
La présente invention a notamment pour objets de
fournir un procédé pour le dépôt, sur des lamelles de sili-
cium, de produits chimiques en phase vapeur sous faible pression avec formation d'un verre de borophosphosilicate
à faible température découlement; -
- procédé- dans lequel la pellicule du verre déposé présente une bonne couverture des gradins et très peu de "trous d'épingle"; et o l'on peut inclure dans la couche du verre déposé des concentrations adéquates de bore sans que la plupart du bore ne s'épuise avant d'atteindre les plaquettes de silicium. D'autres buts et objets de l'invention apparaîtront à l'homme de l'art à l'examen et à la mise en application
de la description détaillée suivante, présentée à titre
illustratif et nullement limitatif en regard des dessins annexés sur lesquels:
la figure I est un diagramme schématique d'un appa-
reil destiné à mettre en oeuvre le procédé de dépôt selon l'invention; la figure 2 est une élévation latérale d'un tube de traitement, en quartz, dont des parties ont été enlevées pour montrer les détails de l'emplacement de plusieurs injecteurs de gaz destinés à réagir et de plusieurs nacelles en quartz blindées, contenant des lamelles di silicium; la figure 3 est une vue d'extrémité du tube de traitement, en quartz de la figure 2, dont des parties ont été arrachées pour montrer des détails des emplacements des injecteurs au sein de ce tube; et la figure 4 est une élévation de dessus du tube de traitement, en quartz, de la figure 2 dont des parties ont été arrachées pour montrer des détails de l'orientation
des injecteurs au sein de ce tube ainsi que plusieurs ori-
fices formés dans des injecteurs.
En se référant aux dessins, et plus particulièrement aux figures I et 2, on voit qu'un appareil destiné à la mise en oeuvre du procédé de l'invention est désigné de manière générale par l'indice de référence 10. Un tube 12 de traitement, en quartz, de forme cylindrique allongée, comportant une extrémité 12a reliée aux sources des corps réactionnels gazeux et une extrémité 12b de chargement, d'un type classique, repose au sein d'un élément 14 de chauffage du type résistance électrique. Ce tube est destiné à recevoir une nacelle blindée contenant plusieurs lamelles
à traiter, comme cela apparaîtra dans la suite de cet exposé.
Le tube 12 de traitement est destiné à recevoir plusieurs
gaz devant réagir. Il est relié à une pompe à vide.
Une source 20 d'azote gazeux sec sous pression est reliée à un tuyau 22 d'alimentation en azote gazeux
qui est relié, par l'intermédiaire de deux tuyaux de rami-
fication 24 et 26, à une vanne 28 à pointeau à faible débit d'azote, une vanne 30 à faible débit d'azote, une vanne 32 à pointeau à débit élevé d'azote et une vanne 34 de débit d'azote. Les vannes 30 et 34 d'azote, à débit faible et débit élevé, sont reliées à un tuyau 36 d'alimentation
en oxygène pour le tube 12 de traitement.
Une source d'oxygène 38 est reliée, par un second tuyau 40 d'alimentation en oxygène, à deux tuyaux 42 et 44. Le tuyau 42 est relié à un régulateur 46 de débit d'oxygène de charge qui, à son tour, est relié à une vanne 48. Un régulateur 50 de débit d'oxygène, provenant de la source 38, est relié-au tuyau 44 pour en recevoir l'oxygène et commander le débit de l'oxygène traversant une vanne
52 pour se diriger vers un tuyau 54 de délivrance de l'oxy-
gène provenant de la source 38. Le tuyau 36 est également
un tuyau de fourniture d'oxygène de charge.
Une source de silane 56 est reliée, par un tuyau 58 à un débitmètre 60 de silane, qui est relié à une vanne 62. Une source de phosphine gazeuse 64 est reliée, par un tuyau 66 de phosphine, à un régulateur 68 de débit de phosphine. Le régulateur 68 alimente une vanne 70. La vanne 62 de silane et -la vanne 70 de phosphine sont reliées-par un tuyau 72 de mélangeage qui est relié à son tour à un régulateur 74 de débit de charge de silanephosphine et à un régulateur 76 de débit du mélange silane-phosphine directement introduit dans le tube 12. Les régulateurs 74 et 76 sont reliés en parallèle. Le régulateur 74 délivre, par l'intermédiaire d'une vanne 80 de commande, son mélange de silane et de phosphine à un tuyau 82 d'acheminement
de silane de charge. Le régulateur 76 alimente, par l'inter-
médiaire d'une vanne 84, un tuyau 86 d'alimentation directe
en silane-phosphine.
Une source de trichlorure de bore 90 est reliée, par un tuyau 92 d'alimentation en trichlorure de bore,
à un régulateur 94 de débit de ce trichlorure de bore.
Le tuyau 92 est également relié à un régulateur 96 de débit du trichlorure de bore. Le régulateur 94 de débit alimente une vanne 100 en trichlorure de bore de charge. Le régulateur
96 alimente une vanne 102 en trichlorure de bore de source.
Le courant de trichlorure de bore de charge est combiné au courant du mélange silane-phosphine de charge à un raccord de jonction d'un tuyau 104 de trichlorure de bore de charge et du tuyau 82 de mélange silanephosphine de
charge. Un courant de trichlorure de bore de source, circu-
lant dans un tuyau 106, est combiné au courant de silane-
phosphine de source provenant du tuyau 86 et est introduit dans le tube 12 de traitement. Chacun des régulateurs de débit 46, 50, 68, 74, 76, 94 et 96, ainsi que le débitmètre 60, est relié à un microordinateur 109 qui les surveille
eL les commande.
Un tuyau à vide 110 qui est relié à une paroi arrière 112 à l'extrémité 12a du tube 12 de traitement, permet de faire dans ce tube 12 de traitement un vide jusqu'à une pression bien inférieure à la pression atmosphérique, et qui est typiquement égale ou inférieure à 66,6 Pa. Un détecteur 114 de pression est relié au tuyau 110 de vide et commande un robinet-vanne 116 afin de réguler la pression interne régnant dans le tube 12 de traitement. Une vanne 118 à passage semi-direct, ou demirobinet-vanne, est reliée en parallèle au robinet-vanne 116. Une pompe à vide 120 aspire les gaz,qui empruntent le tuyau 110 en passant devant le détecteur 114 de pression et par les vannes 116 et 118 pour être ensuite refoulés par une sortie 122 d'échappement
de pompe.
En se référant plus spécialement à la figure 2, on remarque que le tube 12 de traitement consiste en un tube en quartz, de forme générale cylindrique, allongé, de type classique utilisé dans des procédés de dépôt de produits chimiques en phase vapeur. Ce tube 12 comporte un raccord 130 à vide, qui comprend une partie du tuyau et est reliée à un coude 132 à la paroi arrière 112 du tube 12. Le tube 12 de traitement comprend aussi plusieurs tubes injecteurs, constitués (voir aussi figure 4) d'un tube 140 d'injection de silane de charge, d'un tube 142 d'injection de silane de source, d'un tube 144 d'injection d'oxygène de charge et d'un tube 146 d'injection d'oxygène de source. Le tube 82 d'alimentation en silane-phosphine
est relié au tube 140 d'injection de silane de charge.
Ls tube 86 d'alimentation en silane-phosphine est relié au tube 142 d'injection de silane de source. Le tube 36 d'alimentation en oxygène de charge est relié au tube 144 d'injection d'oxygène de charge. Le tube 54 d'alimentation en oxygène de source est relié au tube 146 d'injection d'oxygène de source. Les tubes d'injection sont disposés le long d'une partie inférieure 150 du tube 12 de traitement et ils sont maintenus espacés d'une paroi 152 de ce tube
12 par plusieurs supports d'injecteurs, numérotés respecti-
vement 154, 156 et 158, et ces tuyaux d'injection -pénètrent
par la paroi arrière 112 dans le tube 12 de traitement.
Le tube 12 comporte également une porte 160 de fermeture avant, située à l'extrémité 12b de charge, qui
s'appuie de manière étanche contre une garniture 162 avant.
La porte 160 de fermeture avant est destinée à être ouverte, pour l'introduction des lamelles de silicium à traiter,
et A êt'e ensuite refermée.
En considérant plus particulièrement les figures 2 et 3, on voit, notamment sur la figure 2, plusieurs nacelles 180 protégées ou blindées, dont chacune comporte plusieurs ouvertures 181 correspondant à un quart de la surface extérieure de nacelle 180. Ces nacelles reposent sur un berceau 182 de support constitué de deux rails, dont l'un est représenté en 184. Les rails sont supportés,
dans le tube 12 de traitement, par plusieurs roues 186.
Chacune des nacelles 180 est destinée à loger et supporter plusieurs lamelles ou plaques minces 190 de silicium présentant des surfaces parallèles respectives 191a et 191b, et qui sont destinées à être traitées au sein du tube 12. Les lamelles 190 de silicium sont disposées dans les nacelles 180 en étant orientées de façon sensiblement perpendiculaire par rapport au long axe de symétrie du
tube 12 et elles sont parallèles les unes aux autres.
Dans une nacelle 180, chaque lamelle 190 est séparée de la lamelle la plus voisine d'une distance non inférieure à 5 mm et non supérieure à 15 mm. En outre, la nacelle
comprend une partie supérieure 192 et une partie infé-
rieure 194, dont chacune est percée de plusieurs ouvertures
196 allongées et décalées, destinées à assurer des concen-
trations régulières des corps gazeux à faire réagir au
Z564642
sein de la nacelle, de manière que les revêtements de verre de borophosphosilicate déposés à la surface des lamelles de silicium soient uniformes. Les ouvertures 196 peuvent représenter de 15 % à 50 % de la surface totale d. J. nacelle 180 et, dans la forme préférée de réalisation, elles représentent environ 25 % de la surface totale des nacelles 180. Une chicane 198 est disposée entre la porte et la nacelle extrême 180 pour garantir un écoulement uniforme de gaz au sein du tube 12 afin de favoriser une vitesse uniforme de dépôt du verre de borophosphosilicate
sur les lamelles 190.
On met en oeuvre le procédé de la présente invention en introduisant quatre ou cinq nacelles, chargées de lamelles
de silicium, sur le berceau 186 et en insérant ce ber-
ceau dans le tube 12, par l'ouverture, alors dégagée, de la porte avant 160 du tube 12. Les lamelles 190 en silicium sont espacées de 5 à 15 mm dans chaque nacelle 180. Si elles sont espacées de moins de 5 mm, la pellicule de verre de borophosphosilicate obtenue par dépôt va présenter une
épaisseur non uniforme.
On ouvre ensuite le demi robinet-vanne 118, dont
le fonctionnement a lieu avec une chute de pression relati-
vement grande, cependant que la pompe à vide 120 fonctionne, pour que cette pompe 120 provoque la diminution progressive de la pression régnant dans le tube 12. Cette diminution progressive est réalisée de manière que les nacelles 120,
les lamelles 190 en silicium et d'autres matières se trou-
vant au sein du tube 12 de traitement ne soient pas endomma-
gées par une chute rapide de pression risquant de provoquer le déplacement d'objets insuffisamment bien fixés. En outre,
la lente diminution de pression au sein du tube 12 de traite-
ment est réalisée par le robinet-vanne 118 afin d'empêcher que des matières particulaires qui se trouveraient dans le tube 12 ne soient entraînées sur les lamelles 190 par des courants d'air aspirés créés pendant que le tube 12 est soumis à- une aspiration de l'air qu'il contient. Le demi robinet-vanne 118 reste ouvert durant 1 minute environ et il fait passer la pression régnant dans le tube 12 à environ 1,33 kPa. Le robinet-vanne 118 est ensuite fermé, et le robinet-vanne 116 est ouvert, ce qui laisse la pompe à vide 120 diminuer encore la pression régnant au sein du tube 12 et faire parvenir cette pression, en trois minutes, à environ 2 Pa. On ouvre alors la vanne 30 à faible débit d'azote pour balayer le tube 12> cependant que ce tube 12 est soumis à chauffage et que les lamelles 190 de silicium sont portées à la température de traitement. Pendant que l'azote à faible débit traverse la vanne 28 à pointeau et la vanne 30 d'azote à faible débit, la pression intérieure régnant dans le tube 12 augmente jusqu'à atteindre environ
Pa. Dès que le tube 12 de traitement atteint la tempé-
rature de dépôt, la vanne 30 à faible débit d'azote est fermée et les vannes 48 et 50 d'oxygène sont ouvertes, - ce qui permet le remplissage du tube 12 en oxygène. Environ secondes plus tard, alors que les régulateurs de débit d'oxygène parviennent doucement à leur point de réglage sous la commande du micro-ordinateur 109, les vannes 62, 70, 80, 84, 100 et 102 de silane-phosphine et de trichlorure de bore sont toutes ouvertes pour permettre à un mélange
de silane, de phosphine et de trichlorure de bore de commen-
cer à s'écouler pour pénétrer dans le tube 12 par les
injecteurs 140 et 142. Les régulateurs de débit de silane-
phosphine et de trichlorure de bore 68, 74, 76, 94 et 96
sont commandés simultanément pendant cette période. L'écou-
lement d'oxygène est introduit en premier afin d'éviter que du silane n'ayant pas réagi ne soit aspiré dans la
pompe à vide 120, ce qui pourrait entraîner une explosion.
Après formation, par accumulation, d'une épaisseur suffisante de verre de borophosphosilicate sur les lamelles de silicium, les vannes 62, 70, 80, 84, 100 et 102 sont fermées pour interrompre l'écoulement du silane, de la
phosphine et du trichlorure de bore. Environ une demi-
minute plus tard, les vannes 48 et 52 sont fermées pour interrompre l'écoulement de l'oxygène, ce qui garantit que tout le silane est oxydé et que du silane brut n'est
pas entraîné dans la pompe 120 à vide.
La vanne 30 à faible débit d'azote est alors ouverte pour balayer le tube 12 à une pression d'envirr -.,6 Pa durant 1 minute. La pompe 120 à vide fait ensuite IE vi., dans le tube 12, pour atteindre une pression d'environ 2 Pa. La vanne 34 à grand débit d'azote est ensuite ouverte
cependant que les deux vannes 116 et 118 sont fermées.
Le tube 12 se remplit en environ 5 à 10 minutes, jusqu'à la pres;sion atmosphérique, par de l'azote introduit à grand
d(bit.
On peut comprendre que la vanne-pointeau 28 à faible débit et la vannepointeau 32 à grand débit sont chacune étalonnées sur une base de temps avant que l'on effectue l'une quelconque des opérations. La vannepointeau 28 est réglée par mesure du débit nécessaire pour maintenir le tube 12 à une pression d'azote de 66,6 Pa, cependant que
la pompe 120 fonctionne et que la vanne 116 est ouverte.
La vanne 32 d'azote à grand débit est réglée en établissant
un débit d'azote capable d'emplir jusqu'à la pression atmos-
phérique, en 5 à 10 minutes à partir d'une pression de
2 Pa, le tube 12 de traitement.
Le débit du silane dans le débitmàtre 60 et de l'oxygène à travers les deux régulateurs de débit 46 et sont réglés de manière que le débit total d'oxygène représente une fois et demie le débit total de silane dans la forme préférée de réalisation du procédé, bien qu'un expert puisse régler entre 1,3 et 1,8 le rapport entre les débits d'oxygène et de silane. Les débits de la phosphine et du trichlorure de bore sont ajustés de manière que la quantité totale choisie de phosphore et de bore soit bien incluse dans le verre de borophosphosilicate à déposer sur les lamelles 190 de silicium. Dans la présente forme de réalisation, on a fait varier de 3,9 à 10,5 cm3 (dans les conditions normales de température et de pression) par minute le débit du trichlorure de bore pour obtenir dans les pellicules de verre de borophosphosilicate sur les lamelles 190 de silicium, des concentrations de bore comprises entre 1,6 et 5,1 % en poids. On a faitvarier entre 16,0 et 47,0 cm3 (dans les conditions normales de température et de pression) par minute le débit de phosphine pour obtenir dans le verre de borophosphosilicate déposé sur les lamelles 190 de silicium, des concentrations de phosphore de 1,6 % à 6,0 % en poids. Typiquement, dans le présent procédé, les débits d'oxygène ont été compris entre 75 cm3 (dans les conditions normales de température et de pression) par minute et 150 cm3 (dans les conditions normales de température et de pression) par minute, cependant que les débits de silane ont été compris entre 40 cm3 (dans les conditions normales de température et de pression) par minute et 120 cm3 (dans les conditions normales de température et de pression) par minute. On a utilisé le silane et l'oxygène comme sources de gaz dans le présent
procédé, mais on aurait pu les remplacer par de l'ortho-
silicate de tétraéthyle. A la place de la phosphine comme source de phosphore, on aurait pu utiliser de l'oxychlorure de phosphore (POC13). Au lieu du trichlorure de bore comme source de bore, on aurait pu utiliser d'autres halogénures
du bore comme du tribromure de bore (BBr3).
Chacun des débits des corps gazeux destinés à réagir est commandé précisément par des régulateurs classiques de débit, disponibles à l'échelle commerciale, comme ceux
de Tylan Corporation, d'une façon bien connue en pratique.
Les régulateurs 94 et 96 de débit règlent les débits du trichlorure de bore. Les régulateurs 74 et 76 de débit
règlent les débits du mélange silane/phosphine. Les régula-
teurs 46 et 50 de débit règlent les débits de l'oxygène.
On peut comprendre que l'un des avantages du présent système est que le silane, la phosphine et le trichlorure de bore gazeux sont préalablement mélangés et délivrés au tube 12 de traitement, par les injecteurs 140 et 142 dc silane de charge( et de source sarins pouvuir réagir avec l'oxygène délivrée par les injecteurs 144 et 146 de charge et de source jusqu'à ce que les
gaz soient intermélangés au sein du tube 12. Cela évite bn dépôt prélimi-
naire non souhaité, pouvant engendrer des matières particulaires, au sein
des tuyaux de délivrance eL au sein des injecteurs.
Un autre avantage de l'appareil et du procédé de la présente invention réside dans le fait que le trichlorure de bore est utilisé comme source du bore inclus dans le verre de borophosphosilicate. La Demanderesse a trouvé que la source de bore de choix, le diborane (B2H6), subit une pyrolyse au sein des injecteurs 140 et 142 de silane et y dépose du bore, ce qui empêche le bore d'être inclus dans le revêtement de verre déposé sur les lamelles. La Demanderesse a découvert que, contrairement aux enseignements de l'art antérieur, qui conduiraient à utiliser le diborane
dans un procédé visant le dépôt d'un verre de borophospho-
silicate, on doit utiliser le trichlorure de bore comme source gazeuse pour obtenir des inclusions adéquates de bore au sein des revêtements en verre de borophosphosilicate
formés sur les lamelles.
Un autre avantage de la présente invention réside dans le fait que le bore ne va subir un dépôt préliminaire et prématuré au sein des injecteurs, ce qui provoquerait
un bouchage de ces injecteurs par des composés du bore.
On voit que la description ci-dessus d'une forme préférée
de mise en oeuvre de l'invention fournit un procédé nettement perfectionné pour le dépôt en phase vapeur de produits
chimiques sous faible pression, d'un verre de borophospho-
silicate sur des lamelles ou "puces" de silicium.
Il va de soi que, sans sortir du cadre de l'inven-
tion, de nombreuses modifications peuvent être apportées
au procédé et à l'appareil, décrits et représentés.
Claims (10)
1. Procédé pour le dépôt en phase de vapeurs chimi-
ques sous faible pression, d'un verre de borophosphosilicate sur une lamelle de silicium, procédé caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à placer une lamelle de silicium à traiter dans une chambre de traitement; réduire dans cette chambre la pression jusqu'à une pression inférieure à la pression atmosphérique; chauffer cette lamelle de silicium; mettre la lamelle de silicium en contact avec un mélange de composés gazeux contenant du silicium, de l'oxygène et du phosphore; mettre la lamelle de silicium en contact avec un halogénure de bore gazeux; et faire réagir ce silicium, l'oxygène, les composés gazeux du phosphore et l'halogénure de bore gazeux pour former une couche de verre de borophosphosilicate sur une surface
de la lamelle de silicium.
2. Procédé pour le dépôt en phase de vapeurs chimi-
ques sous faible pression d'un verre de borophosphosilicate sur une lamelle de silicium, selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression régnant au sein de la
chambre de traitement est inférieure ou égale à 66,6 Pa.
3. Procédé pour le dépôt en phase de vapeurs chimiques sous faible pression d'un verre de borophosphosilicate sur une lamelle de silicium, selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'halogénure de bore gazeux est ou
comprend du trichlorure de bore gazeux.
4. Procédé pour le dé6t en phase de vapeurs chimiques sous faible pression d'un verre de borophosphosilicate
sur une lamelle de silicium selon la revendication 1, carac-
térisé en ce que la pression régnant au sein de la chambre
de traitement se situe entre 23,3 Pa et 30 Pa.
5. Procédé pour le dép6t en phase de vapeui chimiques sous faible pression d'un verre de borophosphosilicate
sur une lamelle de silicium, selon l'une des revendications
1 et 3, caractérisé en ce que la pression régnant au sein de la chambre de traitement se situe entre 23,3 Pa et
26,6 Pa.
6. Procédé pour le dépôt en phase de vapeurs chimi-
ques sous faible pression d'un verre de borophosphosilicate
sur une lamelle de silicium selon la revendication 5, carac-
térisé en ce qu'on chauffe ladite lamelle de siliciu. jusqu'à une température comprise entre 350 0C et 500 0C.
7. Procédé pour le dépôt en phase de vapeurs chimi-
ques sous faible pression d'un verre de borophosphosilicate sur une lamelle de silicium, selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on chauffe la lamelle de silicium
jusqu'à une température d'environ 4250C.
A. Procédé pour le dépôt en phase de vapeurs chimi-
ques sous faible pression d'un verre de borophosphosilicate
sur une lamelle de silicium selon les revendications 1,
3, 5 et 7 prises ensemble, caractérisé en ce que le mélange de composés gazeux du silicium, de l'oxygène et du phosphore
comprend du silane, de l'oxygène et une phosphine.
9. Procédé pour le dépôt en phase de vapeurs chimi-
ques sous faible pression d'un verre de borophosphosilicate sur une lamelle de silicium, caractérisé en ce qu'il comprend
les étapes consistant à insérer plusieurs lamelles de sili-
cium à traiter dans un tube cylindrique allongé de traitement; à établir au sein de ce tube de traitement une pression interne comprise entre 23,3 et 26,6 Pa; à chauffer ce tube de traitement jusqu'à environ 425 0C; à prévoir une source de silicium, d'oxygène et de phosphore gazeux et à relier cette ou ces sources au aube- de traitement;
à mettre les lamelles de silicium, au sein du tube de trai-
tement, en contact avec un halogénure de bore gazeux; et à arrêter l'écuulement des gaz quand une épaisseur voulue
de verre de borophosphosilicate s'est déposée sur les diver-
ses lamelles de siliuium.
10. Procédé pour le dépôt, en phase de vapeurs
chimiques sous faible pression, d'un verre de borophospho-
silicate sur une lamelle de silicium, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à placer des lamelles de silicium au sein d'un tube de dépôt; à établir dans ce tube une pression comprise entre 23,3 et 30 Pa;à chauffer les lamelles de silicium jusqu'à une température comprise entre 350 C et 500 C; à introduire dans le tube de dépôt un écoulement d'un gaz constituant une source de silicium, d'un gaz constituant une source de phosphore di'un gaz constituant une source d'halogénure de bore, et de l'oxygène; à arrêter l'écoulement des gaz constituant
une source de silicium, une source de phosphore, de l'halo-
génure de bore gazeux et l'oxygène, après dépôt d'une épais-
seur prédéterminée de verre de borophosphosilicate, provenant de ces gaz, sur les lamelles de silicium; à élever jusqu'à la pression atmosphérique la pression interne régnant dans ce tube de dépôt; et à enlever de ce tube de dépôt les
diverses lamelles de silicium.
11. Procédé pour le dépôt en phase de vapeurs chimi-
ques sous faible pression d'un verre de borophosphosilicate sur plusieurs lamelles de silicium, procédé caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à placer plusieurs lamelles de silicium dans une nacelle blindée percée de plusieurs ouvertures destinées à l'admission de gaz de traitement, les lamelles étant orientées de façon à être essentiellement parallèles les unes aux autres, et chaque lamelle de silicium étant séparée de celle qui en est la plus voisine, au sein de la nacelle blindée, d'une distance non inférieure à 5 mm et non supérieure à 15 mm; à insérer la nacelle blindée, contenant les lamelles de silicium, dans un tube cylindrique allongé, en quartz, présentant un axe allongé de symétrie, les lamelles de silicium étant placées de manière à être essentiellement perpendiculaires A cet axe allongé de symétrie; à réduire au sein du tube cylindrique allongé de traitement la pression jusqu'à une valeur comprise entre 23,3 et 26,6 Pa; à chauffer ce tube cylindrique allongé de traitement jusqu'à une température interne d'environ 425 C; à faire circuler à un premier débit une certaine quantité de silane gazeux dans un tuyau de délivrance de silane; à faire circuler à un second débit une certaine quantité de phosphine gazeuse dans un tuyau de délivrance de phosphine; à faire circuler à un troisième débit une certaine quantité de trichlorure de bore gazeux dans un tuyau de délivrance de trichlorure de bore; à recevoir ces quantités de silane gazeux, de phosphine gazeuse et de trichlorure de bore gazeux dans un tuyau de mélange des corps destinés à réagir, dans lequel le silane gazeux, la phosphine gazeuse et le trichlorure de bore gazeux sont mélangés pour former un mélange des gaz destinés à réagir; à introduire ce mélange des gaz destinés à réagir dans un injecteur tubulaire allongé, situé au sein du tube cylindrique allongé de traitement; à faire sortir le mélange des gaz destinés à réagir de cet injecteur et à faire parvenir ce mélange au voisinage des diverses lamelles de silicium situées au sein du tube de traitement; à faire circuler une certaine quantité
d'oxygène dans un tuyau de délivrance d'oxygène, à un qua-
trième débit sensiblement égal à 1,5 fois le premier débit; à faire sortir l'oxygène du tuyau de délivrance d'oxygène pour qu'il pénètre dans un injecteur tubulaire allongé situé au sein du tube allongé de traitement et parvienne au voisinage des diverses lamelles de silicium; à mélanger cet oxygène avec le mélange gazeux de silane, de phosphine et de trichlorure de bore pour provoquer une réaction entre
ces gaz; à former une couche de verre de borophosphosili-
cate sur une surface de chacune des lamelles de silicium, par suite de cette réaction entre lesdites quantités de silane, de phosphine, de trichlorure de bore et d'oxygène; et à enlever du tube cylindrique aliongé de traitement
la nacelle blindée contenant les diverses lamelles de sili-
cium.
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