Caractérisation et obtention de surface ultra-propres pour l'épitaxie

Characterisation and process development to obtain ultra-clean surface of silicon epitaxial wafers

• Auteur / Autrice : Carole Bigot
• Direction : Adrien Danel, Michel Labeau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Grenoble INPG

Résumé

Cette étude porte sur la caractérisation des rejets d'épitaxie pour l'obtention de surfaces ultra-propres. Cette démarche a été initiée par la société SUMCO afin de garantir la qualité globale de sa production tout en augmentant ses rendements par la compréhension des mécanismes physico-chimiques impliqués dans les défauts. Après avoir défini les contextes scientifiques et industriels, la partie de production rejetée lors du contrôle optique a été analysée. Deux grandes catégories, relatives à l'aspect de la surface et à l'apparition de ce problème ont été distinguées : - le "time dependent haze" apparaissant après l'épitaxie, défaut détectable sous la forme de milliers de particules et évoluant au cours du temps, - et le "haze" apparaissant pendant l'épitaxie (détecté par le contrôle de sortie) et vu sous la forme de voiles, de couleurs ou encore de taches altérant l'aspect miroir typique d'une épitaxie de bonne qualité. Ces défauts ont pu être caractérisés et leur mécanisme d'apparition compris grâce aux techniques d'analyses des surfaces du LETI. Même si la société SUMCO n'a pas pour vocation de se doter d'outils de laboratoire experts afin de caractériser sa production, le suivi de la contamination métallique contenue dans les plaques épitaxiées de manière fiable parait indispensable. En effet, c'est un bon certificat quant à la qualité de la couche ainsi qu'à la manière de résoudre les problèmes de défauts d'aspect. C'est pourquoi nous avons consacré la dernière partie de notre étude à la prospection d'une technique de contrôle en-ligne des impuretés métalliques dans le silicium.

This study deals with the epitaxial rejects characterisation in order to develop new process to obtain ultra-pures surfaces. It was impulsed by SUMCO compagny in order to garantee their global quality's production. By the understanding of physico-chemical mechanisms, the aim is also a cost reduction and a yield increase. After the description of the scientific and industrial contexts, the production part rejected with the visual control was analysed. Two categories, related to the surface aspect and the way the defect appears, where classified : - The " time dependent haze", which appears after the epitaxy, visible with thousands of particles and time evolutive,- and the "haze", which appears during the epitaxy (detectable with the optical control) and seen with a non-perfect mirror reflexion (colors, haze. . . ) compared with the good epitaxial reflected light. These defects were characetrised and their appearance mechanism understood thanks to the LETI's surface analysis controls. The last part was dedicated to prospect a good monitoring of the metallic contamination in the specific case of SUMCO France epitaxial wafers : that is the control of metallic impurities in the epitexial silicon layer.