FR2724487A1 - Structure composite avec une couche semi-conductrice disposee sur une couche de diamant et/ou une couche semblable a du diamant et procede pour sa fabrication - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne une structure composite avec une couche semi-conductrice disposée sur une couche de diamant (1) et/ou une couche semblable à du diamant, pour l'application ultérieure de composants électroniques et/ou de groupes de composants, appelés ci-dessous composants pour simplifier, et un procédé pour leur fabrication. Pour améliorer la qualité des composants ultérieurs, la couche de diamant (1) est déposée au-dessous des composants et/ou groupes de composants à fabriquer ultérieurement (la zone au-dessous des composants est appelée ci-dessous racine de composant (2)) et dotée à l'extérieur des racines de composant (2) d'arêtes (3) présentant une hauteur qui est égale au moins à 10% de l'épaisseur de la couche de diamant, en particulier au moins à 50% de l'épaisseur de la couche de diamant.
Description
STRUCTURE COMPOSITE AVEC UNE COUCHE SEMI-
CONDUCTRICE DISPOSEE SUR UNE COUCHE DE
DIAMANT ET/OU UNE COUCHE SEMBLABLE
A DU DIAMANT ET PROCEDE
POUR SA FABRICATION
La présente invention concerne une structure composite avec une couche semi-conductrice disposée sur une couche de diamant et/ou une couche semblable à du diamant, appelée ci-après couche de diamant pour simplifier, pour l'application ultérieure de composants électroniques et/ou groupes de composants, appelés
ci-après composants pour simplifier.
Elle concerne aussi un procédé pour la fabrication d'une structure composite avec une couche semi-conductrice disposée sur une couche de diamant et/ou une couche semblable au diamant, pour l'application ultérieure de composants électroniques et/ou de groupes de composants, appelés ci-après composants pour simplifier, procédé avec lequel un substrat cristallin de croissance est doté d'une couche de diamant et/ou d'une couche de diamant pour simplifier, et avec lequel on dépose une couche semi-conductrice sur le substrat de croissance présentant la couche de diamant, appelé ci-après
substrat de départ.
Une telle structure et un tel procédé peuvent être considéré comme connus du fait du brevet US 5 186 785
qui est pris comme base de l'invention.
Par le brevet US 5 186 785 à la base de l'invention, on connaît une structure composite dans le cas de laquelle on dépose une couche de diamant pratiquement sur la quasi totalité de la surface d'un substrat de croissance en silicium. Lors du dépôt de la couche de diamant, le bord du substrat de croissance en silicium reste non enduit. Au-dessus de la couche de diamant, on dépose une couche de silicium qui déborde à l'extérieur de la couche de diamant; elle est déposée à l'extérieur également directement sur le bord non enduit jusqu'à présent du substrat de croissance en silicium. Après le dépôt de la couche de silicium, son réseau cristallin est amélioré par une recristallisation au moyen d'un procédé de fusion de zone connu en soi, les informations sur le cristal (état du réseau ou similaire) pour la couche de silicium parvenant par l'extérieur du substrat de croissance dans la couche de silicium. La structure composite fabriquée de cette façon est prévue pour l'application ultérieure de composants électroniques (Devices) et/ou de groupes de composants, appelés composants ci-après pour simplifier, sur et/ou dans la couche de diamant. Après leur achèvement, les composants sont enlevés, en fonction de leur appartenance, partiellement de la structure composite présentant les composants appliqués, en particulier par découpage à la scie. Du fait que, pour la formation de la couche semi-conductrice, l'information sur le cristal est entrée exclusivement par le bord du substrat de croissance, on obtient au-dessus de la couche de diamant dans la couche de silicium un grand nombre de défauts du réseau cristallin tels que des dislocations ou similaires. Cela a des répercussions négatives sur la
qualité des composants ultérieurs.
Par EP 317 124 A2, on connaît une structure composite pour un composant électronique qui présente une couche de diamant entre un substrat et une couche semi-conductrice. Etant donné que, lors de la fabrication de ce substrat composite, on applique d'abord la couche de diamant sur toute la surface du substrat puis on applique la couche semi- conductrice sur la couche de diamant, cette couche semi-conductrice de ce substrat composite présente également une densité de
défauts élevée.
Par DE 42 33 085 Ai, on connaît un procédé avec lequel on dépose une couche de diamant au moyen d'un procédé CVD sur un substrat de silicium par hétéro-épitaxie. Pour garantir un bon dépôt, on applique une tension BIAS négative sur le substrat de silicium pendant la phase de germination. Si l'on dépose ensuite une couche semi- conductrice sur une telle couche de
diamant pour la fabrication de composants de micro-
électronique, une telle couche semi-conductrice présente au-dessus de la couche de diamant également une densité
de défauts élevée.
L'objectif de l'invention est d'optimiser la structure composite prise pour base en ce sens que les composants fabriqués en recourant à la structure
composite présentent une meilleure qualité.
Le problème est résolu avec une structure composite prise pour base selon l'invention, caractérisée en ce que la couche de diamant présente au moins autour de chaque zone au-dessous des composants et/ou groupes
de composants à fabriquer ultérieurement - la zone au-
dessous des composants est appelée ci-après racine de composant - des arêtes dans le tracé de la couche de diamant, sur lesquelles l'épaisseur de couche varie d'au moins 10 % de l'épaisseur de la couche de diamant et, en ce qui concerne le procédé, avec un procédé pris pour base de l'invention, caractérisé en ce que la couche de diamant est disposée au moins au-dessous des composants
et/ou groupes de composants à fabriquer ultérieurement -
la zone au-dessous des composants est appelée ci-après racines de composant - et dotée d'arêtes à l'extérieur des racines de composant, arêtes ayant une hauteur qui est égale au moins à 10 % de l'épaisseur de la couche de diamant, notamment au moins à 50 % de l'épaisseur de la couche de diamant. Du fait de la configuration et de la disposition intentionnelles d'arêtes dans la couche de diamant dans la zone audessous et à l'extérieur des composants ultérieurs et/ou groupes de composants, appelés ci-dessous racines de composant, par exemple sous la forme de bords de bosses ou de cavités disposées de façon sélective sur le substrat de croissance, il s'accumule sur les arêtes des défauts (dislocations ou similaires) qui ont augmenté lors du dépôt de la couche semi-conductrice et/ou ont continué d'augmenter à partir du substrat de croissance. De ce fait, la couche semi-conductrice disposée après la couche de diamant, qui est constituée de préférence d'une couche de silicium, présente une plus faible densité de défauts (dislocations ou similaires) entre les arêtes, donc dans la plage des racines des composants. Dans la zone de la couche de silicium, qui présente une plus faible densité de défauts, c'est-à-dire dans la zone des racines de composant, on peut alors disposer les composants et ensuite découper à la scie les composants individuels ou
groupes de composants.
Selon des modes de réalisation préférés de la structure selon l'invention: * en ce que l'épaisseur de la couche de diamant varie brusquement sur les arêtes d'au moins 50 % de l'épaisseur de la couche de diamant; * en ce que l'épaisseur de la couche de diamant se réduit sur les bords en regardant à partir de la racine du composant en ce que la couche de diamant présente des îlots de diamant isolés en ce qui concerne leur surface et séparés les uns des autres, de sorte que les îlots de diamant sont entourés complètement par une arête formant leur bord et les îlots de diamant sont disposés au moins dans la zone au- dessous des racines de composant; en ce que la couche de diamant est conçue de façon réticulaire et la couche de diamant présente des bosses ou des cavités entre une/les arête(s) entourant une racine de composant au moins par zones; * en ce que les arêtes ont une hauteur qui correspond à peu près à l'épaisseur de la couche de diamant; * en ce que la couche de diamant est polycristalline et/ou monocristalline; * en ce que la couche semi-conductrice dépasse au moins par zones d'une arête disposée à peu près au bord d'une racine de composant; * en ce que la structure composite présente de façon isolée des arêtes (arêtes collectives) également dans des zones entre les racines de composant; * en ce que la couche de diamant est déposée sur un substrat de croissance en silicium; * en ce que la couche de diamant est déposée sur un substrat de croissance en silicium (Si) cristallin; * en ce que la couche semi-conductrice est disposée exclusivement sur la couche de diamant et seulement au-dessus des racines de composant, en particulier par hétéro-épitaxie. Selon des modes de mise en euvre préférés du procédé selon l'invention: * la couche de diamant est disposée au moins au-dessous des composants et/ou groupes de composants à fabriquer ultérieurement - la zone au-dessous des composants est appelée ci-après racine de composant - et dotée d'arêtes à l'extérieur des racines de composant, arêtes ayant une hauteur qui est égale au moins à 10 % de l'épaisseur de la couche de diamant, notamment au moins à 50 % de l'épaisseur de la couche de diamant * les arêtes sont mises en place avec une hauteur d'arête qui est égale à au moins 50 % de l'épaisseur de la couche de diamant * le substrat de départ est sollicité dans un réacteur pouvant être évacué, de préférence avec un gaz présentant une matière brute pour un semi- conducteur, appelé ci-après gaz Precursor, et une couche semi-conductrice est déposée à partir du gaz Precursor
sur la couche de diamant.
* la couche de diamant est dotée d'arêtes disposées à l'extérieur des racines de composant et la couche de diamant est dotée de bosses en diamant et/ou en matériau identique au diamant ou de cavités entre les arêtes entourant les racines de composant au moins par zones * la couche de diamant est dotée de bosses ou de cavités réticulaires qui sont disposées dans la zone au-dessous des racines de composant * le substrat de croissance est doté d'une couche de diamant subdivisée en îlots de diamant isolés et séparés les uns des autres * la couche de diamant et/ou des bosses disposées entre les arêtes entourant des racines de composant au moins par zones et/ou la couche semi-conductrice sont déposées par CVD (chemical-vapour-deposition) sur le substrat de croissance * la couche semi-conductrice est déposée par épitaxie en phase (LPE: liquid-phase-epitaxy) sur la couche de diamant * le substrat de croissance est doté d'abord d'une couche de diamant recouvrant largement le substrat de croissance et ensuite les arêtes sont mises en place dans la couche de diamant déposée * le substrat de croissance est doté d'abord d'une couche de diamant recouvrant largement le substrat de croissance et la couche de diamant est déposée en partie en formant des arêtes * les arêtes sont décapées de façon sélective dans la couche de diamant et/ou mises en place par ablation au laser * le substrat de croissance est prétraité de telle façon que la couche de diamant ne puisse être placée sur le substrat de croissance que de façon sélective * un substrat de croissance pourvu d'une couche de diamant est placé à l'extérieur des arêtes et des racines de composant avec une épaisseur de couche correspondant à peu près à la hauteur d'arête, en ce que ensuite les zones restantes sont dotées de la couche de diamant puis le matériau disposé à l'extérieur des arêtes et des racines de composant est enlevé * le substrat de croissance est doté d'abord d'une couche de diamant le recouvrant largement et cette couche de diamant est munie entre les arêtes et au-dessous des racines de composant de bosses à base de
diamant et/ou d'un matériau semblable au diamant.
* la couche de diamant est appliquée avec une structure polycristalline et/ou monocristalline;
* de l'énergie est amenée à la couche semi-
conductrice déposée pour améliorer son réseau cristallin et la couche semi-conductrice est recristallisée; * la couche semi-conductrice est déposée sur une arête formant au moins un bord d'une racine de composant * la couche semi-conductrice déposée est réchauffée à une température inférieure à la température de fusion de la couche semi-conductrice et est recristallisée et en ce que l'information sur le cristal pour la couche semi-conductrice est prise en charge par le substrat de croissance; * la couche semi-conductrice déposée est réchauffée au- dessous de la température de fusion de la couche semi-conductrice et est recristallisée et en ce que l'information sur le cristal pour la couche semi-conductrice est prise en charge par la couche de diamant; * la couche semi-conductrice est réchauffée au moyen d'un rayon laser; * la couche semi-conductrice est recristallisée par un procédé de fusion de zone; * au moins au début du dépôt de la couche de diamant et/ou de la couche semi-conductrice, le substrat de croissance est soumis à un potentiel différent par rapport à la phase gazeuse déposante concernée; * au moins au début du dépôt de la couche de diamant et/ou de la couche semi-conductrice, le substrat de croissance est soumis à un potentiel négatif par rapport à la phase gazeuse déposante concernée; * au moins au début du dépôt de la couche de diamant et/ou de la couche semi-conductrice, le substrat de croissance est soumis à un potentiel négatif par rapport à la phase gazeuse (6) déposante concernée, et en ce qu'une tension comprise entre - 60V et -300V est choisie comme tension de substrat; Du reste, l'invention est expliquée à l'aide
d'exemples de réalisation représentés sur les figures.
Sur ce dessin, * la figure 1 représente un substrat de croissance avec une couche de diamant déposée dessus et se présentant sous la forme d'îlots de diamant individuels, * la figure 2 un substrat de croissance avec une couche de diamant déposée dessus et constituée de façon réticulaire, * la figure 3 un substrat de croissance avec des îlots de diamant déposés dessus et isolés, qui dépassent d'une couche de diamant fermée, * la figure 4 un substrat composite avec une couche semi- conductrice déposée sur les bords d'îlots de diamant, * la figure 5 un substrat composite avec une couche semi-conductrice déposée exclusivement au-dessus d'îlots de diamant et * la figure 6 un appareillage pour la fabrication de
la structure composite.
Sur la figure 1, on représente un substrat de croissance 5 avec une couche de diamant 1 déposée dessus
et réalisée à la façon d'îlots de diamant 11 isolés.
Avec le substrat de croissance 5 selon la figure 1, on peut fabriquer une structure composite qui est prévue de façon plus avantageuse pour l'application ultérieure de composants électroniques et/ou groupes de composants, appelés ci-après composants pour simplifier, et présente une couche semi-conductrice 4 disposée au moins sur les
îlots de diamant 11 (voir figures 4 et 5).
La couche de diamant 1 conçue utilement de nature polycristalline et/ou monocristalline peut être utilisée dans le cas présent comme matériau passif électroniquement et/ou comme matériau actif électroniquement, avec entre autres dans tous les cas la bonne conductibilité thermique et, dans le cas d'un diamant pur, en supplément, la bonne isolation électrique de cette couche de diamant 1 qui représente
un avantage.
La couche semi-conductrice 4 est déposée sur la couche de diamant 1 de préférence par épitaxie, et de façon pratique par LPE (liquid-phaseepitaxy) et/ou par
CVD (chemical-vapour-deposition) (voir figures 4 et 5).
Pour que les composants appliqués par la suite en recourant à la structure composite aient une haute qualité, les îlots de diamants 11 de la couche de diamant 1 sont disposés au-dessous des composants et/ou groupes de composants à fabriquer ultérieurement (la zone au-dessous des composants est appelée ci-après racines de composant 2), les îlots de diamant 11 étant isolés en ce qui concerne leur surface, séparés les uns des autres et complètement entourés par une arête 3 constituant leur bord. De cette manière, il s'accumule sur les arêtes 3, qui constituent les bords des îlots de diamant 11, des défauts de la couche semi- conductrice 4 qui se forment en particulier lors du dépôt par épitaxie
de la couche semi-conductrice 4 (voir figures 4 et 5).
Afin de garantir un effet collectif des arêtes 3 qui soit suffisant et influe de façon favorable sur la qualité de la couche semi-conductrice 4 au-dessus des îlots de diamant 11, la hauteur d'une arête 3 est égale au moins à 10 % de l'épaisseur de la couche de diamant 1 et varie brusquement. Dans le présent exemple de réalisation selon la figure 1, la hauteur d'arête correspond même à l'épaisseur de la couche de diamant 1 et constitue pratiquement une face latérale, perpendiculaire au côté plat du substrat de croissance , de l'îlot de diamant 11, l'épaisseur de la couche de diamant 1 se réduisant sur les arêtes 3 si l'on regarde
en partant de la racine de composant 2.
La couche de diamant 1 présente judicieusement, également dans des zones entre les racines de composant 2, des îlots de diamant 11' isolés avec des arêtes agencées comme des arêtes collectives 3'. De ce fait, il s'accumule des défauts également sur ces arêtes collectives, ce qui réduit encore la densité de défauts de la couche semi-conductrice 4 dans la zone des racines
de composant 2.
Etant donné que les substrats de croissance 5 peuvent être fabriqués à partir de silicium à l'échelle industrielle de façon simple, directement et bon marché, il est avantageux d'utiliser du substrat de croissance 5 monocristallin à base de silicium. A ce sujet, le grand déséquilibre du réseau entre le diamant et le silicium supérieur à 50 % est toutefois problématique, étant donné qu'il peut se former de ce fait également des défauts qui réduisent par la suite la qualité de la couche semiconductrice 4 dans la zone des racines de
composant 2.
Comme remède, le substrat de croissance selon la figure 1 présente une couche intermédiaire qui permet de réduire l'influence du déséquilibre du réseau sur la densité des défauts de la couche semi- conductrice 4
au-dessus des îlots de diamant 11.
La couche intermédiaire 7 présente de préférence une structure de réseau identique au réseau du diamant (structure de blende entre autres), dans laquelle les éléments du matériau de la couche intermédiaire 7 sont
répartis au moins de façon statistique.
Le déséquilibre du réseau entre la couche de diamant i et le substrat de croissance 5 est réduit par le fait que la constante de réseau de la couche intermédiaire 7 présente une valeur dont la différence par rapport à la constante de réseau de la couche de diamant 1 est inférieure à la différence entre les constantes de réseau de substrat de croissance 2 et par rapport à la couche de diamant 1. De bons résultats, notamment avec des épaisseurs normales de couches de diamant supérieures à 1 gm sont obtenues dans le cas présent avec des déséquilibres de réseau inférieurs à 20 %, la qualité des couches s'améliorant avec une diminution du
déséquilibre du réseau.
En ce qui concerne la couche intermédiaire 7, il s'agit d'une ou de plusieurs couches cristallines, mais également d'un alliage avec un réseau d'alliage régulier, comme par exemple un alliage de
silicium-carbone.
Dans le cas de plusieurs couches individuelles constituant la couche intermédiaire 7 (non représentées), leur constante de réseau est approchée lentement de la valeur des constantes de réseau de la couche de diamant 1, tout en veillant à ce que le déséquilibre du réseau de la couche individuelle
successive soit faible, notamment inférieur à 10 %.
Dans le cas d'un alliage, on peut modifier par sa composition la constante de son réseau d'alliage avec l'augmentation de la distance par rapport au substrat de croissance 5 toujours en direction de la valeur des
constantes de réseau de la couche de diamant 1.
Sur la figure 2, on représente un substrat de croissance 5 sur lequel est disposée une couche de diamant 21 conçue de façon réticulaire au moins à la surface, qui présente des points nodaux 8 et des barrettes 9 reliant les points nodaux 8. Les points nodaux 8 formant des bosses sur le substrat de croissance 5 et/ou les barrettes 9 reliant les points nodaux 8 sont disposés au-dessous des racines de composant 2. Grâce à cette configuration, au moins proche de la surface, de la couche de diamant 1, on peut trouver, après le dépôt d'une couche semi- conductrice 4 (voir figure 4 et 5) sur la couche de diamant 1, une densité plus élevée de défauts, c'est-à-dire une accumulation importante de défauts tels des dislocations, etc., sur les arêtes 3 formant les bords des points nodaux 8 et des barrettes 9 et disposées à l'extérieur du bord de la racine ou au bord des racines de composant 2 par rapport à la surface de la couche semi-conductrice 4 dans la zone de la racine de
composant 2.
Afin d'exclure l'influence de déséquilibre du réseau entre le substrat de croissance 5 et la couche de diamant 1, il.est également opportun, dans le cas présent, de disposer la couche intermédiaire 7 déjà
mentionnée plus haut.
Sur la figure 3, on présente un substrat de croissance 5 sur lequel est disposée une couche de diamant 1 qui présente sur sa surface libre, qui est recouverte plus tard de la couche semi-conductrice 4, des îlots de diamant 11, dont la hauteur au-dessus de la surface, sur laquelle ils sont disposés, est inférieure à l'épaisseur de la couche de diamant globale 1. Dans ce cas, les racines de composant 2 peuvent également être disposées dans la zone des cavités entre les îlots de diamant 11 et également dans la zone des îlots de diamant 11. Dans les deux cas, les défauts s'accumulent sur les arêtes 3 formant les bords des îlots de diamant
11.
Sur la figure 4 est représentée une structure composite avec un substrat de croissance 5 selon la figure 1. Sur les îlots de diamant 11 déposés sur toute la surface dans la zone des racines de composant 2 est déposée une couche semi-conductrice 4, notamment à base de silicium, qui dépasse du bord des îlots de diamant 11 et de ce fait, présente une liaison directe sur le bord avec la surface du substrat de croissance 5 (dans le cas présent, la couche intermédiaire 7 déposée sur le substrat de croissance formé uniquement de silicium est littéralement ajoutée au substrat de croissance pur). Du fait de ce contact sur le bord latéral de la couche semi-conductrice 4 avec le substrat de croissance 5, l'information sur le cristal parvient par le substrat de croissance 5 dans la couche semi-conductrice dans le cas d'une épitaxie suivie d'une recristallisation de la
couche semi-conductrice 4.
Sur la figure 5 est représentée une structure
composite qui ressemble à celle de la figure 4.
Cependant, la couche semi-conductrice 4 n'a aucun contact direct avec le substrat de croissance 5, de sorte que l'information sur le cristal de couches semi-conductrices 4 déposées par hétéro-épitaxie sur les îlots de diamant 11 provient des îlots de diamant 11 de la couche de diamant 1. Sur la figure 6 est représenté un appareillage 10 conçu à la façon d'une installation CVD (chemical- vapour-deposition) pour la fabrication d'une structure composite selon l'invention. L'appareillage 10 exposé présente pour l'essentiel un réacteur 12 qui, de préférence, peut être vidé et rempli avec un gaz inerte au moins jusqu'à une pression inférieure à 1013 mbars, un porte- substrat avec une source de tension 13 disposée dessus, un système de masquage 14 pour le dépôt sélectif de la couche de diamant 1, une buse 15 pour l'évacuation d'un gaz de procédé dans le sens du substrat de croissance 5 et éventuellement encore un dispositif d'énergie (non représenté) par exemple un générateur de
micro-ondes pour l'activation du gaz de procédé.
L'utilisation de cet appareillage 10 pour la fabrication d'une structure composite est décrite ci-dessous à l'aide d'une structure composite selon la figure 5. Pour la fabrication de la structure composite, le substrat de croissance 5 est nettoyé et disposé dans un réacteur 12 qui peut être vidé d'une installation CVD, telle qu'elle est représentée avec ses principaux
composants sur la figure 6.
Dans le réacteur 12, le substrat de croissance 5 est sollicité avec une phase gazeuse 6 déposante formée d'un gaz de procédé qui présente une matière brute connue en
soi pour le dépôt de couches de diamant 1.
Avant le dépôt par épitaxie de la couche de diamant, il est judicieux, pour une meilleure adaptation au réseau du substrat de croissance 5 et de la couche de diamant 1, de doter le substrat de croissance 5 d'une couche intermédiaire 7 à base d'un alliage Si-C qui présente un réseau d'alliage régulier avec des éléments
d'alliage disposés de façon statistique à l'intérieur.
La couche intermédiaire 7 correspond au début environ à celle du substrat de croissance 5 au début et à la fin, donc en direction de la couche de diamant, à celle de la
couche de diamant 1.
Après le dépôt de la couche intermédiaire 7, le substrat de croissance 5 est recouvert avec un masque 16 au moyen du système de masquage 14, de sorte que, lors du dépôt consécutif par épitaxie de la couche de diamant 1, celle-ci est précipitée au-dessous des racines de composant 2 utilisées par la suite et est dotée d'arêtes à l'extérieur des racines de composant 2. Lors du dépôt de la couche de diamant 1, il est opportun que, au moins au début du dépôt, le substrat de croissance 5 soit soumis à un potentiel différent par rapport à la phase gazeuse 6 déposante concernée, la tension du substrat mesurée par rapport à la phase gazeuse 6 déposante étant
comprise de façon judicieuse entre -50V et -800v.
Etant donné que, dans le présent exemple de réalisation, la couche de diamant 1 au moins polycristalline, en particulier largement monocristalline et orientée dans une plage de 10 environ, est formée exclusivement par les îlots de diamant 11 discontinus, séparés les uns des autres et dépassant de la surface du substrat de croissance 5 vers le haut à la façon d'une tour, les arêtes 3 présentent une hauteur qui correspond à l'épaisseur de couche de la couche de diamant 1. Sur ces arêtes s'accumulent les défauts lors de l'épitaxie et de la recristallisation ultérieures de la couche semi- conductrice 4, raison pour laquelle la couche semi-conductrice 4 présente une densité plus faible de défauts au-dessus des îlots de
diamant 11.
Outre le dépôt sélectif de la couche de diamant 1 présentant des îlots de diamant 11 avec le recours à un masque 16, le substrat de croissance peut également être prétraité de telle manière que la couche de diamant 1 ne puisse être placée que sélectivement sur le substrat de croissance 5 ou sur une couche de diamant déposée, fermée et recouvrant au moins largement le substrat de croissance 5. Ainsi, la couche de diamant peut être déposée pour commencer jusqu'à une épaisseur de couche qui correspond à la hauteur au-dessus du sol des cavités sur le silicium du substrat de croissance 5. Ensuite intervient, avec le recours à un masque à l'extérieur des futurs îlots de diamant 11, un dépôt sélectif d'oxyde de silicium (Si02) qui est suivi d'un nouveau dépôt de diamant jusqu'à la hauteur du Si02. Enfin, on a l'enlèvement du SiO2 par exemple par un procédé de décapage. Parallèlement à un dépôt sélectif de la couche de diamant 1 présentant des îlots de diamant 11, on a également la possibilité de doter le substrat de croissance 5 d'abord d'une couche de diamant 1 fermée et recouvrant au moins largement le substrat de croissance , laquelle est alors déposée de façon sélective. A cette occasion, la couche de diamant 1 peut être enlevée à l'extérieur des îlots de diamant 11 complètement ou également seulement partiellement en fonction de l'application. L'enlèvement sélectif de cette couche de diamant fermée et présentant une épaisseur decouche à peu près régulière peut être effectué en particulier par un
décapage sélectif et/ou par ablation au laser.
La couche semi-conductrice 4 peut être déposée sur le substrat de croissance 5 doté de la couche de diamant 1 au moyen d'un procédé CVD connu en soi à partir d'un gaz présentant une matière brute également connue en soi
pour un semi-conducteur.
Dans quelques cas, il est également judicieux de déposer la couche semiconductrice 4 par épitaxie en phase liquide LPE (liquid-phase- epitaxy) sur la couche de diamant 1 du substrat de croissance 5. Ce procédé a l'avantage que c'est le procédé le plus ancien pour une épitaxie avec l'un des plus anciens appareillages, par lequel on connaît entre autres un très grand nombre de paramètres pour le dépôt de couches semi-conductrices 4
très différentes.
En principe, la couche de diamant 1 peut être déposée par hétéro- épitaxie exclusivement au-dessus de la surface des îlots de diamant 11, comme il est
représenté sur la figure 5.
Les structures composites avec des îlots de diamant 11, qui sont disposés exactement au-dessous de la racine de composant 2 et pour lesquelles en supplément leur hauteur d'arête correspond à peu près à l'épaisseur de la couche de diamant 1, présentent, après le dépôt de la couche semi-conductrice 4 et l'application des composants électroniques, en particulier l'avantage que le risque d'un décollement de la couche de diamant 1 du substrat de croissance 5, qui subsiste jusqu'ici lors de
l'enlèvement des composants, soit tout du moins réduit.
Cependant, il subsiste également la possibilité permettant un dépôt plus simple afin de déposer la couche semi-conductrice 4 sur l'ensemble de la surface du substrat de croissance 5, donc en dépassant les bords
des îlots de diamant.
De telles structures composites, dans lesquelles en supplément la surface des îlots de diamant 11 est supérieure à la surface des racines de composant 2, sont donc particulièrement favorables, étant donné que dans ce cas les défauts s'accumulent sur les arêtes 3 situées à l'extérieur de la racine du composant 2 et formant les bords des îlots de diamant 11, de sorte que les composants présentent dans tous les cas des défauts à petite échelle même sur les bords latéraux de leurs racines de composant 2. Pour améliorer la qualité de la couche semi-conductrice 4, on apporte de l'énergie à la couche semi- conductrice 4 déposée, ce qui augmente l'énergie du réseau cristallin de la couche semi-conductrice 4. Du fait de l'accroissement de l'énergie du réseau cristallin qui réchauffe la température de la couche semi-conductrice 4 jusque dans la plage de la température de fusion de la couche semi-conductrice 4, les éléments du réseau cristallin peuvent être agencés de nouveau ou disposés de façon plus idéale, le réagencement entraînant une recristallisation de la couche semi-conductrice 4 dans le sens d'un réseau
cristallin plus idéal.
Selon la formation de la couche semi-conductrice 4, soit par hétéroépitaxie exclusivement au-dessus des îlots de diamant 11 et des racines de composant 2, soit par chevauchement au-dessus des îlots de diamant 11, l'information sur le cristal pour la couche semi-conductrice 4 arrive également lors de la recristallisation de la couche semi-conductrice 4, de la couche de diamant 1 ou du substrat de croissance 5 dans
la couche semi-conductrice 4.
Pour la recristallisation, la couche semi-conductrice 4 déposée est réchauffée jusqu'à une température dans la plage de la température de fusion, en particulier quelques degrés au-dessous de la
température de fusion de la couche semi-conductrice 4.
Ce réchauffement peut se faire par exemple au moyen d'un four, d'un fil chauffant 17 qui est déplacé au-delà de la surface de la structure composite, au moyen d'un plasma qui est disposé au-dessus et/ou dans la zone de
la couche semi-conductrice 4, ou au moyen d'un laser.
Un procédé de fusion de zone, avec lequel en particulier un fil chauffant 17 est déplacé sur la surface de la couche conductrice, s'est avéré
particulièrement avantageux pour la recristallisation.
Lors du déplacement du fil chauffant 17 au-delà de la surface de la couche semi-conductrice 4, les défauts sont entraînés par les îlots de diamant 11 et les racines de composant 2 en direction des arêtes 3 o ils s'accumulent, de sorte que la surface à l'intérieur des îlots de diamant 11 et dans la zone des racines de
composant est pratiquement exempte de défauts.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans
pour autant sortir du cadre de l'invention.
Claims (36)
1. Structure composite avec une couche semi-conductrice disposée sur une couche de diamant et/ou une couche semblable à du diamant, appelée ci-après couche de diamant pour simplifier, pour l'application ultérieure de composants électroniques et/ou groupes de composants, appelés ci-après composants pour simplifier, caractérisée en ce que la couche de diamant (1) présente au moins autour de chaque zone au-dessous des composants et/ou groupes de composants à fabriquer ultérieurement - la zone au-dessous des composants est appelée ci-après racine de composant (2) des arêtes (3) dans le tracé de la couche de diamant (1), sur lesquelles l'épaisseur de couche varie d'au
moins 10 % de l'épaisseur de la couche de diamant (1).
2. Structure composite selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'épaisseur de la couche de diamant (1) varie brusquement sur les arêtes d'au moins
50 % de l'épaisseur de la couche de diamant (1).
3. Structure composite selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'épaisseur de la couche de diamant (1) se réduit sur les bords (3) en regardant à
partir de la racine du composant (2).
4. Structure composite selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche de diamant (11) présente des îlots de diamant (11) isolés en ce qui concerne leur surface et séparés les uns des autres, de sorte que les îlots de diamant (11) sont entourés complètement par une arête (3) formant leur bord et les îlots de diamant (11) sont disposés au moins dans la
zone au-dessous des racines de composant (2).
5. Structure composite selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche de diamant (21) est conçue de façon réticulaire et la couche de diamant (21) présente des bosses ou des cavités entre une/les arête(s) entourant une racine de composant (2) au moins
par zones.
6. Structure composite selon la revendication 1, caractérisée en ce que les arêtes (3) ont une hauteur qui correspond à peu près à l'épaisseur de la couche de
diamant (1).
7. Structure composite selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche de diamant (1) est
polycristalline et/ou monocristalline.
8. Structure composite selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche semi-conductrice (4) dépasse au moins par zones d'une arête (3) disposée à
peu près au bord d'une racine de composant (2).
9. Structure composite selon la revendication 1, caractérisée en ce que la structure composite présente de façon isolée des arêtes (arêtes collectives 3') également dans des zones entre les racines de composant (2).
10. Structure composite selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche de diamant (1) est déposée sur un substrat de croissance (5) en silicium (Si).
11. Structure composite selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche de diamant (1) est déposée sur un substrat de croissance (5) en silicium
(Si) cristallin.
12. Structure composite selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche semi-conductrice (4) est disposée exclusivement sur la couche de diamant (1) et seulement au-dessus des racines de composant (2), en
particulier par hétéro-épitaxie.
13. Procédé pour la fabrication d'une structure composite avec une couche semi-conductrice disposée sur une couche de diamant et/ou une couche semblable au diamant, pour l'application ultérieure de composants électroniques et/ou de groupes de composants, appelés ci- après composants pour simplifier, procédé avec lequel un substrat cristallin de croissance est doté d'une couche de diamant et/ou d'une couche de diamant pour simplifier, et avec lequel on dépose une couche semi-conductrice sur le substrat de croissance présentant la couche de diamant, appelé ci-après substrat de départ, caractérisé en ce que la couche de diamant (1) est disposée au moins au-dessous des composants et/ou groupes de composants à fabriquer ultérieurement - la zone au-dessous des composants est appelée ci-après racine de composant (2) - et dotée d'arêtes (3) à l'extérieur des racines de composant (2), arêtes (3) ayant une hauteur qui est égale au moins à 10 % de l'épaisseur de la couche de diamant (1), notamment au moins à 50 % de l'épaisseur de la couche de diamant (1).
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que les arêtes (3) sont mises en place avec une hauteur d'arête qui est égale à au moins 50 % de
l'épaisseur de la couche de diamant (1).
15. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le substrat de départ est sollicité dans un réacteur pouvant être évacué, de préférence avec un gaz présentant une matière brute pour un semiconducteur, appelé ci-après gaz Precursor, et une couche semi-conductrice est déposée à partir du gaz Precursor
sur la couche de diamant.
16. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que la couche de diamant (1) est dotée d'arêtes (3) disposées à l'extérieur des racines de composant (2) et la couche de diamant (1) est dotée de bosses en diamant et/ou en matériau identique au diamant ou de cavités entre les arêtes (3) entourant les racines de
composant (2) au moins par zones.
17. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que la couche de diamant 51) est dotée de bosses ou de cavités réticulaires qui sont disposées dans la
zone au-dessous des racines de composant (2).
18. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le substrat de croissance (5) est doté d'une couche de diamant (1) subdivisée en îlots de diamant
(11) isolés et séparés les uns des autres.
19. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que la couche de diamant (1) et/ou des bosses disposées entre les arêtes (3) entourant des racines de composant (2) au moins par zones et/ou la couche semi-conductrice (4) sont déposées par CVD (chemical-vapour-deposition) sur le substrat de
croissance (5).
20. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche semi-conductrice (4) est déposée par épitaxie en phase (LPE: liquidphase-epitaxy) sur la
couche de diamant (1).
21. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le substrat de croissance (5) est doté d'abord d'une couche de diamant (1) recouvrant largement le substrat de croissance (5) et ensuite les arêtes (3) sont mises en place dans la couche de diamant (1) déposée.
22. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le substrat de croissance (5) est doté d'abord d'une couche de diamant (1) recouvrant largement le substrat de croissance (5) et la couche de diamant (1)
est déposée en partie en formant des arêtes (3).
23. Procédé selon la revendication 22, caractérisé en ce que les arêtes (3) sont décapées de façon sélective dans la couche de diamant (1) et/ou mises en
place par ablation au laser.
24. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le substrat de croissance (5) est prétraité de telle façon que la couche de diamant (1) ne puisse être placée sur le substrat de croissance (5) que de façon sélective.
25. Procédé selon la revendication 24, caractérisé en ce qu'un substrat de croissance (5) pourvu d'une couche de diamant (1) est placé à l'extérieur des arêtes (3) et des racines de composant (2) avec une épaisseur de couche correspondant à peu près à la hauteur d'arête, en ce que ensuite les zones restantes sont dotées de la couche de diamant (1) puis le matériau disposé à l'extérieur des arêtes (3) et des racines de composant
(2) est enlevé.
26. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le substrat de croissance (5) est doté d'abord d'une couche de diamant (1) le recouvrant largement et cette couche de diamant (1) est munie entre les arêtes (3) et au-dessous des racines de composant (2) de bosses à base de diamant et/ou d'un matériau semblable au diamant.
27. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que la couche de diamant (1) est appliquée avec
une structure polycristalline et/ou monocristalline.
28. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que de l'énergie est amenée à la couche semi-conductrice (4) déposée pour améliorer son réseau cristallin et la couche semi-conductrice (4) est recristallisée.
29. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que la couche semi-conductrice (4) est déposée sur une arête (3) formant au moins un bord d'une racine de
composant.
30. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que la couche semi-conductrice (4) déposée est réchauffée à une température inférieure à la température de fusion de la couche semi-conductrice (4) et est recristallisée et en ce que l'information sur le cristal pour la couche semi-conductrice est prise en charge par
le substrat de croissance (5).
31. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que la couche semi-conductrice (4) déposée est réchauffée au-dessous de la température de fusion de la couche semi-conductrice (4) et est recristallisée et en ce que l'information sur le cristal pour la couche semi-conductrice (4) est prise en charge par la couche
de diamant (1).
32. Procédé selon la revendication 30 ou 31, caractérisé en ce que la couche semi-conductrice (4) est
réchauffée au moyen d'un rayon laser.
33. Procédé selon la revendication 30 ou 31, caractérisé en ce que la couche semi-conductrice (4) est
recristallisée par un procédé de fusion de zone.
34. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que, au moins au début du dépôt de la couche de diamant (1, 11, 21) et/ou de la couche semi-conductrice (4), le substrat de croissance (5) est soumis à un potentiel différent par rapport à la phase gazeuse (6)
déposante concernée.
35. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que, au moins au début du dépôt de la couche de diamant (1, 11, 21) et/ou de la couche semi-conductrice (4), le substrat de croissance (5) est soumis à un potentiel négatif par rapport à la phase gazeuse
déposante concernée.
36. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que, au moins au début du dépôt de la couche de diamant (1, 11, 21) et/ou de la couche semi-conductrice (4), le substrat de croissance (5) est soumis à un potentiel négatif par rapport à la phase gazeuse (6) déposante concernée, et en ce qu'une tension comprise entre -60V et -300V est choisie comme tension de substrat.
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