Epitaxie du Silicium

EpitaxieduSilicium
Une couche épitaxiée peut être dopée par l’introduction volontaire de dopants au cours
de la croissance. Les dopages obtenus peuvent être très élevés (1019 at/cm3)outrès
faibles (1014 at/cm3). C’est précisément le grand intérêt de l’épitaxie de Si de pouvoir
fournir des couches de silicium faiblement dopées sur un substrat qui lui peut être
fortement dopé.
Si la couche de Si présente un type de conductivité opposé à celui du substrat, elle peut
servir
de
couche
d
’
isolation
grâce
à
la
jonction
obtenue
Enfin
l
’
épitaxie
peut
être
servir
de
couche
disolation
grâce
à
la
jonction
obtenue
.
Enfin
,
lépitaxie
peut
être
localisée. Toutes ces caractéristiques font qu’une couche de silicium dopé épitaxiée peut
jouer le rôle de zone d’intégration en surface des composants.
En technologie bipolaire, les collecteurs
des
différents
transistors
sont
réalisés
des
différents
transistors
sont
réalisés
dansunecouchedeSiépitaxiédefaible
dopage, ce qui permet d’obtenir de fortes
tensions de claquage. Il est également
possible
d
’
épitaxier
cette
couche
après
possible
dépitaxier
cette
couche
après
avoir fortement dopé certaines régions
du substrat, ce qui permet l’obtention de
zones enterrées conductrices.

EpitaxieduSilicium
L’épitaxie de Silicium se réalise dans la gamme de températures 900°C – 1200°C, par
réduction ou décomposition d’espèces gazeuses entraînées par un gaz vecteur (azote,
hydrogène, …). Les composés gazeux utilisés sont le tétrachlorure de Silicium (SiCl4), le
dichlorosilane (SiH2Cl2), le trichlorosilane (SiHCl3) et le silane (SiH4). Les réactions
chimiques aboutissant la formation de silicium sont :
•desréactionsderéduction:SiCl4(g)+2H2(g)Si(s)+4HCl(g)
SiHCl3(g)+H2(g)Si(s)+3HCl(g)
déti ddé iti th i
•
d
esr
é
ac
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compos
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on
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i
que:
SiH2Cl2(g)Si(s)+2HCl(g)
SiH4(g)Si(s)+2H2(g)

EpitaxieduSilicium
DépôtCVDàpressionatmosphérique
La croissance épitaxiale du silicium se réalise dans un réacteur constitué par une chambre
de réaction en quartz, avec à l’intérieur un suscepteur, support de graphite recouvert de
SiC
ll
l
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L
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h
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é
ac
ti
on
réagissent au niveau du suscepteur qui est chauffé par induction HF. Ce type de chauffage
laisse les parois de l’enceinte froides (réacteur à « mur froid »). Pour assurer une bonne
homogénéité
des
flux
gazeux
au
voisinage
du
substrat
le
suscepteur
est
légèrement
homogénéité
des
flux
gazeux
au
voisinage
du
substrat
,
le
suscepteur
est
légèrement
incliné.

EpitaxieduSilicium
Troisgéométriesdesuscepteursontcourammentutilisées,fournissantl’appellation
dutypederéacteur:
Réacteurvertical(pancake)
Réacteurhorizontal
Réacteurcloche(barrel)
Dans ce cas, le chauffage
se réalise par
rayonnement de lampes
if
i
n
f
rarouges

EpitaxieduSilicium
La procédure de dépôt comprend plusieurs étapes :
1. nettoyage in‐situ de la surface des substrats par circulation d’acide chlorhydrique
anhydre (1200°C – 3 minutes).
2. stabilisation de la température de croissance sous balayage d’hydrogène
3. introduction des gaz réactifs et épitaxie du silicium. La vitesse de croissance est
fonction de la température et du débit des gaz (typiquement 1100°C – 1 cm3/s). Elle
est de l’ordre de 1 µm/min.
4. refroidissement sous hydrogène, puis sous azote de façon à purger le réacteur pour
pouvoir l’ouvrir sans danger.