Optimisation des étapes de croissance épitaxiale pour la réalisation de systèmes intégrés sur silicium

Optimization of epitaxial growth on silicon dedicated to integrated system realisation

• Auteur / Autrice : Angélique Renard
• Direction : Hugues Murray, Bernadette Domengès
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Milieux denses et matériaux
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Caen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Semiconducteurs

Diodes PIN

Silicium

Épitaxie

Dépôt chimique en phase vapeur

Résumé

La production de système en boîtier SiP, concept permettant d’intégrer des composants passifs et actifs pour former un système complet, a nécessité une approche de fabrication nouvelle basée sur des technologies traditionnelles destinée à synthétiser des couches épitaxiales de fortes épaisseurs sur substrat silicium fortement dopé. L’ensemble du manuscrit est consacré à l’optimisation des étapes de croissance de ces couches et laisse une large place à l’identification et la maîtrise de défauts générés pendant la croissance. Ainsi, les facteurs prépondérants de la croissance épitaxiale (comportement du flux gazeux, régimes de croissance liés aux paramètres physiques) ont été identifiés et contrôlés. La croissance sur surface dopée, ayant subi une implantation massive, s’accompagne d’une densité élevée de défauts d’empilement, linéaires ou de type pyramide. Les conditions de croissance limitant leur densité ont été établies. Restaient les difficultés liées à l’épitaxie de fortes épaisseurs par les défauts qu’elle engendre sur les motifs d’alignement, éléments essentiels à la bonne suite du procédé. L’étude nanostructurale de ces motifs a montré comment l’apparition de facettes parallèles à des plans cristallographiques remarquables accentuait le caractère anisotrope de la croissance et conduisait à un aplanissement et des déformations amplifiées par les conditions thermiques de croissance. La maîtrise de la croissance de ces couches épitaxiées de fortes épaisseurs s’est concrétisée par la réalisation de diodes PIN avec des caractéristiques comparables aux diodes discrètes, dont nous présentons les caractérisations électriques et les bonnes performances R. F.

The production of System in Package, that is integration of passive and active components to form a complete system, required a novel type of conception based on traditional technologies, the goal being to synthesize thick epitaxial layers on highly doped silicon substrates. This manuscript essentially devotes itself to optimisation of different synthesis steps, including characterization and mastery of generated defects during epitaxial growth. Main factors, that are gaseous flow, physical parameters dependant growth regimes, were identified and monitored. Massive implantation prior to epitaxial growth on highly doped substrate leads to a high density of stacking faults, linear or pyramid-type defects. Growth conditions insuring the least density were established. The other main overcome difficulty was the growth of high thickness layers without any deformation of alignment marks, which are essential to good process routing. Alignment marks nanostructural study showed that crystallographically high symmetric faceting during marks etching, would emphasized the anisotropy of epitaxial growth leading to levelling and deformations, both being amplified by thermal conditions. As a concrete result of this work, PIN diodes could be realized, which show as good electrical characteristics as discrete diodes and good R. F. Performances.