FR2734663A1 - Structure composite pour composants electroniques et son procede de fabrication - Google Patents

Abstract

Cette structure comprend un substrat de base pourvu d'un creux et une couche de recouvrement disposée sur la face du substrat structurée par le creux et recouvrant celui-ci avec formation d'une structure creuse. Le matériau de la couche de recouvrement (1) présente une grande tension superficielle, favorisant une croissance tridimensionnelle de cette couche. Avant le dépôt de la couche de recouvrement (1), le creux (2) du substrat de base (3) possède une largeur intérieure (5), mesurée parallèlement à la grande face (4) du substrat, qui est plus petite que la moitié de sa profondeur intérieure (6) mesurée avant l'application de la couche de recouvrement (1). Une telle structure composite est utilisable notamment comme un micro-refroidisseur.

Description

L'invention concerne une structure composite pour composants

électroniques, comprenant un substrat de

base pourvu d'un creux, ainsi qu'une couche de recouvre-

ment disposée sur la face structurée par le creux et re-

couvrant le creux, de manière qu'une structure creuse soit créée, de même qu'un procédé pour fabriquer une telle structure composite, tous deux appliqués dans la

microélectronique et supposés connus.

Par la microélectronique, on connaît des compo-

sants électroniques ayant différentes fonctions et utili-

sations, tels que des circuits intégrés, des diodes à

vide ou des affichages plans pour écrans plats, qui pré-

sentent dans leur construction des structures creuses

partiellement ouvertes et/ou fermées de tous côtés. Géné-

ralement, ces structures creuses sont réalisées, pour commencer, par la formation de creux déterminés dans une grande face d'un substrat de base, en particulier par gravure sélective, et la fermeture consécutive de ces creux par une couche de recouvrement qui est appliquée sur la face ainsi structurée par la gravure du substrat de base, l'application s'effectuant au moins en direction de la face structurée et de manière que soient créées les

structures creuses.

Dans le cas des composants électroniques men-

tionnés ci-dessus, l'application de la couche recouvrant

les creux est très dispendieuse et également probléma-

tique du fait que, pour les applications dans le secteur de la microélectronique, même de très faibles impuretés peuvent entraîner la mise au rebut du composant et sont

donc à éviter.

De plus, quelques-uns de ces composants, en particulier les affichages à écran plat, sont également difficiles et coûteux à fabriquer parce qu'ils demandent une structuration dispendieuse lors de leur fabrication et que, en plus, la structuration de la grande face

concernée du substrat de base et par suite aussi la topo-

graphie des composants, doivent être très précises.

Le but de l'invention est de perfectionner la structure composite du type générique indiqué et qui est le point de départ de l'invention, de manière que sous de

bonnes conditions d'absence de poussières ou d'autres im-

puretés, elle puisse être fabriquée aussi simplement et

économiquement que possible.

Selon l'invention, partant d'une structure com-

posite pour composants électroniques présentant des truc-

tures creuses comme indiqué au début, on obtient ce ré-

sultat par le fait que le matériau de la couche de recou-

vrement présente une grande tension superficielle, favo-

risant une croissance tridimensionnelle de cette couche, et est applicable par dépôt à partir d'une phase gazeuse,

et que le creux du substrat de base possède, avant le dé-

pôt de la couche de recouvrement, une largeur intérieure, mesurée parallèlement à ladite face, qui est plus petite que la moitié de sa profondeur intérieure, mesurée avant

l'application de la couche de recouvrement.

Pour fabriquer une telle structure composite, l'invention prévoit un procédé selon lequel on forme un creux dans une grande face d'un substrat de base et on recouvre ensuite cette face, structurée par le creux du substrat de base, au moyen d'une couche de recouvrement appliquée sur cette face structurée, de manière qu'une structure creuse soit formée, qui est caractérisé en ce

que, avant le recouvrement du creux par la couche de re-

couvrement, on donne au creux une profondeur correspon-

dant au moins à la moitié de la largeur intérieure du creux, mesurée parallèlement à la couche de recouvrement, que l'on produit le dépôt de la couche de recouvrement à partir d'une phase gazeuse, que l'on choisit, en tant que matériau pour la couche de recouvrement, un matériau ayant une grande tension superficielle, favorisant une croissance tridimensionnelle, et que l'on produit le dépôt de la couche de recouvrement sous une épaisseur de

couche correspondant au moins à 0,5 fois la largeur inté-

rieure d'un creux.

Conformément à l'invention, l'application de la couche de recouvrement s'effectue par son dépôt à partir d'une phase gazeuse. Ce processus se déroule sous des conditions de salle blanche et peut être considéré, dans l'état actuel de la technologie, comme simple et efficace pour éviter les impuretés ou salissures. Ceci est rendu possible grâce à la constatation du fait que dans le cas de matériaux à déposer à partir d'une phase gazeuse et dont la tension superficielle est si grande que leur

croissance lors du dépôt est de préférence tridimension-

nelle, des creux sont recouverts par cette croissance, avec formation de structures creuses, si les creux

concernés possèdent des dimensions prédéterminées.

D'autres caractéristiques et avantages de l'in-

vention ressortiront plus clairement de la description

qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation non limitatifs ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'une structure composite comportant des nervures entre les creux; - la figure 2 est une vue en perspective d'une structure composite comportant des protubérances en forme de dés entre les creux; - la figure 3 est une vue en perspective d'une

structure composite comportant des creux parallélépipé-

diques; - la figure 4 est une coupe d'une structure composite comportant des nervures entre les creux et deux couches de recouvrement; - la figure 5 est une coupe d'un creux avec une couche émettrice d'électrons placée sur le fond du creux; - la figure 6 est une coupe d'un creux avec une couche de diamant située dans la zone du fond et avec une

couche intermédiaire alimentant la couche de diamant pla-

cée au fond du creux en porteurs de charge; - la figure 7 est une coupe d'un creux avec une couche intermédiaire s'étendant parallèlement à la grande face du substrat de base sous la couche de recouvrement;

- la figure 8 est une coupe d'un creux conte-

nant une couche placée au fond du creux et une couche in-

termédiaire disposée dans la zone d'une paroi du creux, de manière à recouvrir cette paroi;

- la figure 9 est une coupe d'un creux conte-

nant une couche intermédiaire et plusieurs couches sup-

plémentaires parallèles à la grande face; et - la figure 10 est une coupe d'un creux avec une couche intermédiaire s'étendant parallèlement à la grande face sous la couche de recouvrement, une couche donatrice s'étendant parallèlement à la grande face et placée près du fond, de même qu'une couche recouvrant le

fond du creux.

La figure 1 montre par une vue en perspective le principe de la constitution d'une structure composite du type dont il est question ici. La structure selon la figure 1 comprend un substrat de base 3 dont une grande face 4 est structurée par des creux 2, de forme en U en

coupe transversale, et recouverte par une couche de re-

couvrement 1.

Des nervures 14 séparent les creux 2 les uns des autres. Ces derniers s'ouvrent par leurs extrémités

dans un petit côté 15 du substrat de base 3 et consti-

tuent, en coopération avec la couche de recouvrement 1, par exemple, une structure de canaux susceptible d'être parcourue par un fluide, raison pour laquelle de telles structures composites sont utilisables par exemple comme

des micro-refroidisseurs.

Les creux 2 présentent, en section droite, une profondeur intérieure 6 un peu plus grande que la moitié de la largeur intérieure 5 du creux 2. Si les parois 7 des creux 2 sont à peu près parallèles et rectilignes, la

largeur intérieure 5 est définie par la plus petite dis-

tance libre entre les parois 7 opposées au droit de la face structurée 4. Le rapport minimal de la profondeur 6 à la largeur 5 d'un creux 2 est de 0,5 et les structures

creuses 12 présentent une section droite libre - et pou-

vant éventuellement être parcourue par un fluide - qui est d'autant plus grande que le rapport de la profondeur

6 à la largeur 5 est important. Il convient donc de choi-

sir un rapport supérieur à 1 et en particulier supérieur à 2. Sur la face structurée 4, est appliquée une couche de recouvrement 1 qui ferme de façon étanche les creux 2 au droit de cette face 4. Il convient que la couche de recouvrement 1 soit en diamant, en particulier

en diamant polycristallin dont les cristallites indivi-

duelles présentent entre elles une orientation statis-

tique de leurs plans de réseau.

Une couche de recouvrement 1 en diamant convient parce que ce matériau a la propriété, lorsqu'il est déposé à partir d'une phase gazeuse, ainsi que cela s'effectue de préférence lors d'un processus de dépôt

chimique en phase vapeur (procédé CVD pour "chemical-va-

pour-deposition"), de présenter une croissance qui est de préférence tridimensionnelle. De plus, le diamant pur et non dopé est un bon isolant électrique et en même temps un bon conducteur thermique qui est également stable aux

hautes températures.

On décrira ci-après un procédé de fabrication

d'une structure composite selon la figure 1. Pour pro-

duire le substrat de base 3, on nettoie de façon clas-

sique une tranche de silicium, de préférence, en tant que substrat de croissance 16. On prépare ensuite le substrat 16 nettoyé en vue d'une gravure sélective pour former les

creux 2.

Cette préparation peut consister par exemple à enduire d'une résine photosensible la face de croissance

du substrat de croissance 16 - laquelle constitue ulté-

rieurement la face structurée 4 du substrat de base 3 -, à exposer (insolation) la résine photosensible suivant un motif correspondant aux creux 2 ultérieurs et à soumettre le substrat de croissance 16 avec la résine photosensible exposée à une gravure chimique sélective par voie humide, au cours de laquelle la structure désirée des creux 2 est créée avec la profondeur 6 et la largeur 5 désirées par gravure. Après la réalisation des creux 2, le substrat de

base 3 est terminé dans cet exemple.

Sur la face 4 du substrat de base 3, structurée par les creux 2, on dépose ensuite, par un procédé CVD, en particulier un procédé CVD au plasma, une couche de

recouvrement 1, de préférence en diamant polycristallin.

Il convient, tout au moins pendant la nucléation de germes de croissance de la couche de recouvrement 1, d'appliquer un potentiel électrique, en particulier un potentiel négatif, au substrat de base 3 par rapport à la

phase gazeuse à partir de laquelle s'effectue le dépôt.

Le dépôt de la couche de recouvrement 1 est de préférence

un dépôt épitaxial.

Le dépôt ou la croissance épitaxial de la couche de recouvrement 1 en diamant s'effectue au moyen des gaz précurseurs connus, tels que des hydrocarbures gazeux et analogues et des paramètres de processus

connus, le dépôt de la couche de recouvrement 1 s'effec-

tuant sous une épaisseur 13 qui correspond au moins à 0,5

fois la largeur intérieure 5 d'un creux 2.

La figure 2 représente le principe d'une autre structure composite. Contrairement à celle de la figure 1, elle comporte une structure creuse 12 fermée de tous côtés. Pour la réalisation de cette structure creuse 12, le substrat de base 3 comporte un encadrement ou cadre périphérique 17 qui fait tout le tour du bord et est complètement fermé, l'aire de surface du substrat 3 étant abaissée ou encastrée dans ce cadre. Sur cette aire de surface encastrée dans le cadre 17, se trouvent des protubérances 18 en forme de dés qui sont dirigées vers

la couche de recouvrement 1 et la touchent par leurs ex-

trémités. Des creux 2, constituant la structure creuse

12, sont disposés entre les protubérances 18. L'espace-

ment mutuel des protubérances 18, ou l'espacement de

celles-ci du cadre 17, correspondant à la largeur inté-

rieure 5 des creux 2, est plus petit que la moitié de la

hauteur des protubérances 18, correspondant à la profon-

deur 6 des creux 2, au-dessus de l'aire d'encastrement

formant le fond 8 des creux 2.

Pour réaliser le substrat de base 3, on forme

les creux 2 par gravure chimique sélective par voie hu-

mide de la facon déjà décrite. Sur la face structurée 4 du substrat de base 3, pourvue des creux 2, on applique ensuite, de façon étanche, une couche de recouvrement 1,

de préférence en diamant polycristallin ayant l'orienta-

tion précitée, l'application s'effectuant, également comme décrit précédemment, à partir d'une phase gazeuse

au moyen d'un procédé CVD en lui-même connu.

Comme le recouvrement étanche des creux 2 s'ef-

fectue dans le réacteur d'une installation CVD, le volume de gaz de la structure creuse 12 présente les conditions de processus qui règnent à la fermeture de la couche de recouvrement 1 à l'intérieur du réacteur pour ce qui concerne la pression et la composition gazeuse. De ce fait, le volume de gaz de la structure creuse 12 peut être influencé et par suite également manipulé de manière simple. La figure 3 représente une structure composite

avec des creux 2 oblongs, de forme parallélépipédique.

Chacun des ces creux parallélépipédiques 2 constitue une structure creuse 12 individuelle qui est fermée de tous côtés, au droit de la face structurée 4 par la couche de

recouvrement 1 étanche, de préférence en diamant poly-

cristallin. La fabrication de cette structure composite

selon la figure 3 peut s'effectuer de la manière déjà dé-

crite, de sorte qu'elle ne sera pas décrite plus en dé-

tail ici afin d'éviter des répétitions inutiles.

La figure 4 est une coupe d'une structure com-

posite, comportant une structure creuse 12, dont les deux faces extérieures 4, 4' sont formées chacune par une

couche de recouvrement 1, 1' faite de préférence de dia-

mant polycristallin. Le substrat de base 3, constitué à

l'origine d'un matériau massif, en particulier de sili-

cium monocristallin, ne comprend plus que des nervures 14 mutuellement espacées et séparant les différents creux 2 du substrat de base 3 les uns des autres. Cela signifie que, dans cet exemple, les nervures 14 servent d'une part à la séparation dans l'espace des différents creux 2 et d'autre part d'éléments d'espacement entre les deux couches de recouvrement 1, 1' Une telle structure composite avec deux couches de recouvrement 1, 1' et une structure creuse 12 ouverte

et pouvant être parcourue par un fluide, convient en par-

ticulier pour des micro-refroidisseurs parce que des com-

posants électroniques peuvent être implantés notamment

sur les deux grandes faces de la structure composite.

Pour fabriquer une structure composite selon la figure 4, on applique une première couche de recouvrement 1' sur une face 4' du substrat de base 3, lequel est en particulier en silicium monocristallin. Dans certains cas, cette application peut s'effectuer dans cet exemple aussi au moyen d'un procédé CVD. Il peut par ailleurs être avantageux également d'appliquer la première couche

de recouvrement 1' sur le substrat de base 3, en particu-

lier par brasage, sous la forme d'un disque autonome ou

indépendant, prêt à être mis en place.

Lors de l'application de la première couche de recouvrement 1', le substrat de base 3 peut déjà être pourvu de creux 2, mais qui ne possèdent pas encore leur profondeur 6 définitive. Dans ce cas, la première couche de recouvrement 1' est appliquée de préférence sur la

face 4' située à l'opposé de la face structurée 4 du sub-

strat de base 3.

Après le dépôt ou la mise en place de la pre-

mière couche de recouvrement 1', les creux 2 du substrat de base 3 sont formés ou approfondis de manière que le matériau de ce substrat soit enlevé complètement au droit des creux 2. De ce fait, le fond 8 d'un creux 2 est

constitué par la première couche de recouvrement 1'.

Lorsque le matériau du substrat 3 a été enlevé complète-

ment au droit des creux 2, on dépose la seconde couche de recouvrement 1, par procédé CVD, sur la face structurée 4, c'est-à-dire sur la face encore exempte de couche de recouvrement. La mise en place de cette seconde couche de recouvrement ferme les creux 2 et crée donc la structure creuse 2 dans la structure composite ainsi obtenue et qui

est montrée par la figure 4.

La figure 5 est une coupe d'un creux 2 dont le fond 8 est pourvu d'une couche de fond 11. Au cas o la

couche de recouvrement 1 est en diamant et formée par dé-

pôt au moyen d'un procédé CVD, il faut s'attendre à la formation d'une telle couche de fond 11, dont l'épaisseur correspond généralement à la moitié environ de la largeur du creux 2, puisque le diamant ne se dépose pas seulement sur la face structurée 4, mais aussi sur le fond 8 du

creux 2. Etant donné que, à mesure que l'obturation pro-

gresse, donc au fur et à mesure que le creux 2 se ferme

par recouvrement, la phase gazeuse d'o s'effectue le dé-

pôt de la couche de recouvrement s'appauvrit à l'inté-

rieur du creux 2, un dépôt de diamant sur la couche de fond 11 n'est plus possible en fin de compte, de sorte

qu'un tel creux 2, ayant les dimensions indiquées précé-

demment, ne peut pas être comblé complètement.

La figure 6 est une coupe d'un autre creux 2,

lequel est formé dans un substrat de base 3 ayant lui-

même une structure composite à plusieurs couches superpo-

sées et parallèles aux grandes faces de la structure com-

posite à fabriquer. La couche inférieure est formée par un substrat de croissance 16 sur lequel est disposée, des deux côtés d'un creux 2 portant une couche de fond 11, une première couche intermédiaire 9 sous la forme d'une couche donatrice s'étendant parallèlement à la face

structurée 4.

Les matériaux de la couche donatrice, laquelle est fortement dopée et constituée en particulier de C-BN (nitrure de bore cubique) dopé n, ainsi que de la couche de fond 11, constituée en particulier de diamant déposé et non dopé, sont mutuellement accordés dans ce cas, de manière que leur allure de la limite de bande crée, au droit de l'interface entre la couche donatrice et la couche de fond 11, une discontinuité de bande ayant pour

effet que, sans qu'une influence soit exercée de l'exté-

rieur, des porteurs de charge de la couche donatrice pas-

sent dans la couche de fond 11.

Sur la couche donatrice, est disposée, en di-

rection de la couche de recouvremenbt 1 ultérieure, une

autre ou deuxième couche intermédiaire 9' qui est réali-

sée en particulier comme une couche électriquement iso-

lante, de préférence en oxyde de silicium ou C-BN non dopé, et s'étend parallèlement à la face structurée 4. La

couche de fond 11 est surmontée d'un espace libre repré-

sentant ce qui reste du creux 12 de départ. Les diffé-

rentes couches énumérées jusqu'ici, forment, dans ce cas, à l'exception de la couche de fond 11, le substrat de

base 3 de la structure composite selon la figure 6.

Sur la deuxième couche intermédiaire 9', réali-

sée de préférence comme une couche isolante, est disposée la couche de recouvrement 1 qui ferme en même temps le creux 2, avec formation de la structure creuse 12 et maintien de l'espace libre déjà mentionné audessus de la

couche de fond 11.

Pour fabriquer le substrat de base 3, on ap-

plique la couche donatrice sur toute l'étendue du sub-

strat de croissance 16 et on dispose la couche isolante sur la couche donatrice. On applique cette dernière de préférence sous une épaisseur de l'ordre de grandeur de

l'épaisseur de la couche de fond 11 déposée par la suite.

Sur la face structurée libre 4 de la couche isolante, donc sur la face libre du substrat de base 3, on applique après cela une résine photosensible, que l'on expose selon la structure désirée des creux 2, puis on

réalise les creux avec la profondeur 6 désirée par gra-

vure chimique sélective par voie humide.

Ensuite, comme pour un creux 2 selon la figure , on dépose la couche de recouvrement 1 à partir d'une phase gazeuse sur la face structurée 4 du substrat de base 3 - formée par la face libre de la couche isolante -, ce qui recouvre ou ferme le creux avec formation de la

structure creuse 12 et dépôt de la couche de fond 11.

Pour appliquer les différentes couches de ce

substrat de base 3, on peut envisager surtout les procé-

dés épitaxiaux connus ou aussi des combinaisons de ces

procédés, le dépôt consécutif de la couche de recouvre-

ment 1 étant seulement envisageable par épitaxie à partir

d'une phase gazeuse.

La figure 7 montre la coupe d'un creux 2 d'une structure composite dont le substrat de base 3 comporte une couche intermédiaire 9 s'étendant parallèlement à sa face structurée 4. Du côté du fond, le creux 2 contient une couche de fond 11 qui se termine, du côté des parois 7 du creux 2, au-dessous de la couche intermédiaire 9 à la hauteur du substrat de croissance 16. Entre le dessus libre de la couche de fond 11, dessus qui délimite la structure creuse 12, et le bord ou la limite inférieur, côté fond, de la couche intermédiaire 9, existe donc une

distance non nulle.

Par-dessus le creux 2 et par conséquent sur la couche intermédiaire 9, est disposée la couche de recou-

vrement 1, déposée par épitaxie à partir d'une phase ga-

zeuse, qui recouvre ou ferme de façon étanche le creux 2, avec formation de la structure creuse 12, à la hauteur de la face structurée 4. Il convient, dans quelques cas, d'isoler le substrat de base 3 électriquement par rapport

à la couche de recouvrement 1 à l'aide d'une couche iso-

lante (non représentée) qui est mise en place avant

l'application de la couche de recouvrement 1.

Pour fabriquer le substrat de base 3 destiné à une structure composite selon la figure 7, on dépose la

première couche intermédiaire 9 sur un substrat de crois-

sance 16. Après ce dépôt, on forme le creux 2 par gravure sélective puis on applique sur la face 4 ainsi préparée du substrat de base 3, obtenu de cette manière, la couche de recouvrement 1 en diamant par un procédé CVD dans un réacteur.

Il est en principe possible aussi, pour fabri-

quer le substrat de base 3, de créer déjà une partie du

creux 2 dans le substrat de croissance 16 avant de dépo-

ser la première couche intermédiaire 9 sur la face du substrat 16 présentant le creux (partiel) 2 et de former

la partie restante du creux 2 par gravure sélective.

La figure 8 montre par un détail à plus grande échelle une coupe dans la région d'un creux 2 pratiqué

dans une structure composite comportant une couche inter-

médiaire 10 qui recouvre au moins partiellement les pa-

rois 7 du creux et s'étend parallèlement à ces parois.

Suivant le composant électronique désiré, la

couche intermédiaire 10 peut être constituée d'un maté-

riau magnétique, d'un matériau isolant et/ou métallique ou d'un autre matériau. Celui de la couche intermédiaire 10, ou d'autres couches intermédiaires utilisées dans la mise en oeuvre de l'invention, peut être notamment un

conducteur électrique, en particulier métallique, ou for-

mer une grille d'un composant électronique ou une porte.

S'il s'agit d'une couche intermédiaire s'étendant paral- lèlement à une grande face du substrat de base 3 dans la zone d'une paroi 7 d'un creux 2 entre le fond 8 de ce creux et une couche de recouvrement, comme c'est le cas

par exemple pour la couche intermédiaire 9 selon la fi-

gure 7, le matériau et/ou le dopage de cette couche in-

termédiaire diffèrera notamment du matériau de la couche de recouvrement et/ou du substrat de base 3 et/ou de leur dopage. Pour revenir à la structure composite selon la figure 8, le fond 8 du creux 2 porte une couche de fond

11 à laquelle se raccorde la couche intermédiaire 10 ta-

pissant les parois 7. Selon le composant que l'on désire fabriquer, il est possible aussi de créer une distance entre la couche intermédiaire 10 sur les parois du creux

et la couche de fond 11 et/ou de les isoler électrique-

ment entre elles.

S'il s'agit par exemple d'une structure compo-

site destinée à un détecteur, il convient de réaliser la

couche de recouvrement 1 en diamant, couche qui est dis-

posée par-dessus le creux 2 et forme une fenêtre pour ce-

lui-ci, aussi mince que possible. Pour cette raison, la couche de recouvrement 1, déposée à l'origine jusqu'à la

ligne en pointillé sur la figure 8, est enlevée en par-

tie, tout au moins au-dessus du creux 2.

Pour fabriquer un substrat de base 3 de la

structure composite selon la figure 8, on forme de la ma-

nière connue un creux 2 dans un substrat de croissance 6.

Sur le fond 8 de ce creux, on introduit d'abord une

couche de préservation (d'occupation d'emplacement).

Cette couche de préservation présente une épaisseur cor-

respondant à peu près à la distance séparant la couche intermédiaire 10 recouvrant les parois et qui est formée

ultérieurement, du fond 8 du creux 2.

Lorsque, comme c'est le cas pour la structure composite selon la figure 8, la couche intermédiaire 10 et la couche de fond 11 doivent présenter une liaison du côté des parois, l'épaisseur de la couche de préservation correspondra à celle de la couche de fond 10 qui prendra

sa place par la suite.

Le matériau de la couche intermédiaire 10 de-

vant recouvrir les parois, est introduit au-dessus de la couche de préservation. Ce matériau est ensuite enlevé de

* nouveau, ensemble avec le matériau de la couche de pré-

servation, en particulier par gravure chimique sélective par voie humide, à l'exception des zones de recouvrement des parois des creux dans lesquelles ce matériau doit

former la couche intermédiaire 10 de la structure compo-

site selon la figure 8.

Le substrat de base ainsi fabriqué, est recou-

vert ensuite, sur sa face structurée 4, par la couche de recouvrement 1 dont le dépôt s'effectue en même temps que celui de la couche de fond 11. Dans ce cas aussi, il peut

également être adéquat d'interposer une couche électri-

quement isolante (non représentée) entre la couche de re-

couvrement 1 et le substrat de base 3.

Afin que la fenêtre formée par la couche de re-

couvrement 1 au-dessus du creux 2 soit aussi mince que possible, on enlève, tout au moins dans cette zone, la

couche de recouvrement 1 déposée, par exemple par gra-

vure, jusqu'à ce que son épaisseur soit ramenée à la di-

mension désirée.

La figure 9 représente la coupe d'un creux 2 d'une structure composite comprenant un subtrat de base 3

à plusieurs couches. La couche inférieure, donc celle si-

tuée à l'opposé de la couche de recouvrement, forme un substrat de croissance 16, fabriqué notamment de silicium monocristallin, sur lequel est disposée une couche

d'adaptation 19, de préférence en alliage sili-

cium/carbone, destinée à réduire un défaut d'adaptatde réseau.

La couche d'adaptation 19 présente une constante de réseau qui varie à mesure que l'épaisseur de la couche augmente, la valeur dans la zone du substrat de croissance 16 correspondant à peu près à celle de la constante de réseau du substrat de croissance 16, tandis que, dans la zone de sa face éloignée du substrat de croissance 16, elle correspond à peu près à celle de la

couche qui s'y raccorde.

En cas d'utilisation d'une couche d'adaptation 19 en alliage Si/C et d'un substrat de croissance 16 en Si, on obtient ce résultat par le fait qu'à l'intérieur

de la couche d'adaptation 19, la proportion de Si dimi-

nue, à commencer par une proportion d'environ 100% au ni-

veau du substrat de croissance 16, jusqu'à atteindre en-

viron 0% sur sa face éloignée de ce substrat.

Le substrat de base 3 comporte un creux 2 qui contient sur son fond 8 une couche de fond 11 et dont les parois 7 sont recouvertes, au moins partiellement, d'une

couche intermédiaire 10.

La couche de fond 11 est disposée, à l'inté-

rieur du creux 2, par-dessus la couche d'adaptation 19,

et une première couche intermédiaire 9, s'étendant paral-

lèlement aux grandes faces de la structure, est disposée

des deux côtés de la couche de fond 11.

Le matériau de cette couche intermédiaire 9,

constituant une couche donatrice fortement dopée, maté-

riau qui est en particulier du C-BN (nitrure de bore cu-

bique) dopé n, et le matériau de la couche de fond 11,

notamment formée par dépôt de diamant non dopé, sont mu-

tuellement accordés de manière que leur allure de la li-

mite de bande dans la région de l'interface entre la

couche donatrice et la couche de fond 11 crée une discon-

tinuité de bande, de telle sorte que, sans influence extérieure, des porteurs de charge de la couche donatrice

passent dans la couche de fond 11.

Les agencements qui viennent d'être décrits et

d'autres agencements possibles, correspondent à des ca-

ractéristiques de l'invention selon lesquelles le sub-

strat de base 3 est en matériau dopé, essentiellement mo-

nocristallin, en particulier en silicium, une paroi 7

d'un creux 2 est fabriquée du même matériau que le sub-

strat de base 3 près du fond d'un creux 2 et cette paroi présente une couche intermédiaire à la transition avec la

couche de recouvrement 1, la paroi 7 étant notamment fa-

briquée également en silicium près du fond du creux 2 et pouvant présenter une couche intermédiaire en métal à la transition avec la couche de recouvrement 1. Encore une autre caractéristique de l'invention prévoit que le fond du creux 2 présente une couche de fond 11 émettrice

d'électrons et qui est espacée de la couche de recouvre-

ment 1 par la structure creuse interposée 12, et que la couche de recouvrement 1 a une propriété de visualisation d'électrons, telle que luminescence, phosphorescence ou analogue. Pour revenir à l'exemple montré par la figure 9, la couche donatrice 9 est surmontée, en direction de

la couche de recouvrement ultérieure 1, d'une couche in-

termédiaire supplémentaire 9' réalisée en particulier sous la forme d'une couche électriquement isolante, de

préférence en oxyde de silicium ou en C-BN non dopé.

Au droit des parois 7 du creux 2, la deuxième couche intermédiaire 9', constituée de préférence par une

couche isolante, est recouverte d'une couche intermé-

diaire 10 s'étendant parallèlement à la paroi 7 et pou-

vant être faite, par exemple, d'un matériau à aimantation permanente et/ou d'un matériau conducteur électrique, en

particulier d'un métal.

Au-dessus de la couche de fond 11 et entre les parties de la couche intermédiaire 10 recouvrant les parois 7, se trouve un espace libre qui représente ce qui

reste du creux 2 d'origine. Les couches décrites jus-

qu'ici, forment en l'occurrence, à l'exception de la couche de fond 11, le substrat de base 3 de la structure composite selon la figure 9. Pour fabriquer le substrat de base 3 selon la figure 9, on dépose sur un substrat de croissance 16, formé de préférence de silicium monocristallin, une

couche d'adaptation 19, en particulier d'un alliage Si/C.

Cette couche d'adaptation présente une structure de ré-

seau analogue à celle de la première couche intermédiaire

9 qui la recouvrira ultérieurement et sert de couche do-

natrice, en particulier en nitrure de bore cubique (C-BN)

dopé n.

La constante de réseau de la couche d'adapta-

tion 19, déposée par un procédé CVD, est variée dans le

sens de l'épaisseur de cette couche au moyen de la compo-

sition de la phase gazeuse à partir de laquelle s'effec-

tue le dépôt, la constante dans la région du substrat de croissance 16 correspondant à peu près à la constante de réseau de ce substrat, tandis que, dans la région de la première couche intermédiaire 9, c'est-à-dire de la

couche donatrice, elle correspond à la constante de ré-

seau de cette couche intermédiaire.

La couche donatrice est déposée par épitaxie en phase gazeuse sur la couche d'adaptation 19 et la deuxième couche intermédiaire 9', utilisée comme couche isolante et faite en particulier de C-BN non dopé, est

déposée à son tour sur la couche donatrice.

Après que la deuxième couche intermédiaire 9' a été mise en place, le creux 2 est dégagé de manière connue et la couche intermédiaire 10 est appliquée sur les parois et sur une hauteur correspond à l'épaisseur de la deuxième couche intermédiaire 9', ce qui termine la

fabrication du substrat de base 3 de la structure compo-

site selon la figure 9.

Cet agencement correspond à une autre caracté-

ristique de l'invention, selon laquelle une couche inter-

médiaire 10 est appliquée sur une paroi 7 d'un creux 2, entre le fond 8 de ce creux et la couche de recouvrement 1, couche intermédiaire qui s'étend parallèlement à la- dite paroi 7, et selon laquelle on choisit pour cette couche intermédiaire 10 un matériau et/ou un dopage qui diffère du matériau de la couche de recouvrement 1 et/ou

du substrat de base 3 et/ou de leur dopage. La couche in-

termédiaire 10 peut notamment être faite aussi d'un maté-

riau conducteur électrique, en particulier d'un métal.

Ensuite, on recouvre la face structurée 4 du substrat de base 3 selon un procédé CVD par la couche de recouvrement 1, avec création de la structure creuse 12 et formation par épitaxie de la couche de fond 11. Dans ce cas aussi, on diminue finalement l'épaisseur de la

couche de recouvrement 1 par enlèvement en surface de ma-

tériau de cette couche.

La figure 10 représente une structure composite

analogue à celle de la figure 9. Elle en diffère princi-

palement par une couche intermédiaire supplémentaire ou troisième couche intermédiaire 9", laquelle est disposée

sous la couche de recouvrement 1.

La troisième couche intermédiaire 9" de cet exemple de réalisation est de préférence en métal et

s'étend parallèlement à la face structurée de la struc-

ture composite. Dans la zone des parois 7 du creux 2, la troisième couche intermédiaire 9" est recouverte par une

couche intermédiaire 10 s'étendant parallèlement aux pa-

rois 7, l'épaisseur de la troisième couche intermédiaire 9" correspondant approximativement à la dimension que la couche intermédiaire 10 parallèle à la paroi et faite de préférence d'un matériau magnétique présente dans la même direction. La couche intermédiaire 10 recouvrant les parois, est donc espacée en plus, dans ce cas, de la

couche de fond 11.

Le procédé pour fabriquer le substrat de base 3 pour une structure composite selon la figure 10 et pour la fabrication de la structure composite elle-même, peut être déduit simplement des procédés décrits jusqu'ici. Il ne sera donc pas décrit davantage ici afin d'éviter des

répétitions inutiles.

On peut conclure de façon générale que l'inven-

tion couvre tous les exemples de réalisation et aussi d'autres empilements de couches contenant des structures creuses couvertes. Il convient en outre, dans quelques cas, d'interposer une couche électriquement isolante entre la couche de recouvrement de la structure composite et le substrat de base. Il en va également de même pour d'autres couches fonctionnelles contenues dans l'une des structures composites représentées ou seulement évoquées,

mais non représentées expressément.

Claims (24)

REVENDICATIONS

1. Structure composite pour composants électro-

niques, comprenant un substrat de base pourvu d'un creux, ainsi qu'une couche de recouvrement disposée sur la face structurée par le creux et recouvrant le creux, de ma- nière qu'une structure creuse soit créée, caractérisée en

ce que le matériau de la couche de recouvrement (1) pré-

sente une grande tension superficielle, favorisant une

croissance tridimensionnelle de cette couche, et est ap-

plicable par dépôt à partir d'une phase gazeuse, et que le creux (2) du substrat de base (3) possède, avant le

dépôt de la couche de recouvrement (1), une largeur inté-

rieure (5), mesurée parallèlement à ladite face (4), qui est plus petite que la moitié de sa profondeur intérieure

(6), mesurée avant l'application de la couche de recou-

vrement (1).

2. Structure composite selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche de recouvrement (1)

est formée de diamant.

3. Structure composite selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche de recouvrement (1)

est formée de diamant polycristallin à orientation sta-

tistique des plans de réseau des cristallites.

4. Structure composite selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une paroi (7) d'un creux (2)

présente, entre le fond (8) du creux et la couche de re-

couvrement (1), tout au moins par endroits, une couche intermédiaire (9, 9', 9", 10) d'un matériau qui diffère du matériau ou du dopage de la couche de recouvrement (1)

et/ou du substrat de base (3).

5. Structure composite selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une paroi (7) d'un creux (2)

présente, entre le fond (8) du creux et la couche de re-

couvrement (1), tout au moins par endroits, une couche intermédiaire (9, 9', 9") s'étendant parallèlement à ladite face (4), et que le matériau de la couche intermédiaire (9, 9', 9") et/ou le dopage de la couche intermédiaire (9, 9', 9") diffère(nt) du matériau ou du dopage de la couche de recouvrement (1) et/ou du substrat

de base (3).

6. Structure composite selon la revendication

1, caractérisée en ce que le substrat de base (3) pré-

sente, dans la zone d'une paroi (7) d'un creux (2), entre le fond (8) du creux (2) et la couche de recouvrement (1), une couche intermédiaire (9, 9', 9", 10), et que le matériau de la couche intermédiaire (9, 9', 9", 10) est

un conducteur électrique, en particulier un métal.

7. Structure composite selon la revendication

1, caractérisée en ce que le substrat de base (3) pré-

sente, dans la zone d'une paroi (7) d'un creux (2), entre le fond (8) du creux (2) et la couche de recouvrement (1), une couche intermédiaire (9, 9', 9", 10), et que la couche intermédiaire (9, 9', 9", 10) forme une grille ou

une porte.

8. Structure composite selon la revendication 1, caractérisée en ce que le substrat de base (3) est en

matériau dopé, essentiellement monocristallin, en parti-

culier en silicium, qu'une paroi (7) d'un creux (2) est fabriquée du même matériau que le substrat de base (3) près du fond du creux (2) et que, à la transition avec la couche de recouvrement (1), la paroi (7) du creux (2)

présente une couche intermédiaire (9, 9', 9", 10).

9. Structure composite selon la revendication

1, caractérisée en ce que le substrat de base (3) est fa-

briquée en silicium monocristallin, qu'une paroi (7) d'un creux (2) est fabriquée également en silicium près du fond du creux et que, à la transition avec la couche de

recouvrement (1), la paroi (7) présente une couche inter-

médiaire (9, 9', 9", 10) en métal.

10. Structure composite selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un creux (2) présente, du côté du fond, une couche de fond (11) émettant des électrons et qui est espacée de la couche de recouvrement (1) par interposition de la structure creuse (12), et que la

couche de recouvrement (1) possède une propriété de vi-

sualisation d'électrons, telle que luminescence, phospho-

rescence ou analogue.

11. Structure composite selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche de recouvrement (1)

est appliquée sur le substrat de base (3) par dépôt épi-

taxial à partir d'une phase gazeuse.

12. Procédé de fabrication d'une structure com-

posite pour composants électroniques, selon lequel on forme un creux dans une grande face d'un substrat de base et on recouvre ensuite ladite face du substrat de base, structurée par le creux, de manière qu'une structure

creuse soit créée, par une couche de recouvrement appli-

quee sur la face structurée, en vue de la fabrication

d'une structure composite selon la revendication 1, ca-

ractérisé en ce que, avant le recouvrement du creux (2) par la couche de recouvrement (1), on donne au creux (2) une profondeur (6) correspondant au moins à la moitié de

la largeur intérieure (5) du creux (2), mesurée parallè-

lement à la couche de recouvrement (1), qu'on produit le dépôt de la couche de recouvrement (1) à partir d'une phase gazeuse, qu'on choisit, en tant que matériau pour la couche de recouvrement (1), un matériau ayant une grande tension superficielle, favorisant une croissance tridimensionnelle, et qu'on produit le dépôt de la couche de recouvrement (1) sous une épaisseur de couche (13) correspondant au moins à 0,5 fois la largeur intérieure

(5) d'un creux.

13. Procédé selon la revendication 12, caracté-

risé en ce qu'on choisit du diamant en tant que matériau

pour la couche de recouvrement (1).

14. Procédé selon la revendication 12, caracté-

risé en ce qu'on produit le dépôt de la couche de recouvrement (1) sous la forme d'une couche de diamant polycristallin.

15. Procédé selon la revendication 12, caracté-

risé en ce qu'on applique une couche de recouvrement (1, 1') sur les deux grandes faces (4, 4') du substrat de base (3) et que la couche de recouvrement (1') appliquée en premier, est mise en place sur le substrat de base (3), en particulier par brasage, sous la forme d'une

couche précédemment autonome ou indépendante.

16. Procédé selon la revendication 12, caracté-

risé en ce qu'on produit le dépôt d'une couche de recou-

vrement (1, 1'), à partir d'une phase gazeuse, sur les

deux grandes faces (4, 4') du substrat de base (3).

17. Procédé selon la revendication 12, caracté-

risé en ce que, au plus tard avant la formation complète

du creux (2), on applique une première couche de recou-

vrement (1') sur la face (4') du substrat de base (3) si-

tuée à l'opposé de la face structurée (4), que, après l application de la première couche de recouvrement (1'), on porte le creux (2) dans le substrat de base (3) à une

profondeur (6) telle que la première couche de recouvre-

ment (1') est mise à nu dans la zone du fond (8) du creux (2), et qu'on applique la couche de recouvrement (1) comme une deuxième couche de recouvrement (1) qui ferme le creux (2) en la transformant en une structure creuse (12).

18. Procédé selon la revendication 12, caracté-

risé en ce qu'on produit le dépôt de la couche de recou-

vrement (1, 1') dans une installation de dépôt chimique

en phase vapeur (CVD).

19. Procédé selon la revendication 12, caracté-

risé en ce qu'on produit le dépôt de la couche de recou-

vrement (1, 1') dans une installation de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) et qu'on applique au substrat de base (3), au moins temporairement, un potentiel électrique, en particulier un potentiel négatif par

rapport à la phase gazeuse.

20. Procédé selon la revendication 12, caracté-

risé en ce qu'on applique une couche intermédiaire (9, 9', 9", 10) dans la zone d'une paroi (7) d'un creux (2),

entre le fond (8) du creux (2) et la couche de recouvre-

ment (1), et qu'on choisit pour la couche intermédiaire

(9, 9', 9", 10) un matériau et/ou un dopage qui dif-

fère(nt) du matériau de la couche de recouvrement (1)

et/ou du substrat de base (3) et/ou de leur dopage.

21. Procédé selon la revendication 12, caracté-

risé en ce qu'on applique une couche intermédiaire (9, 9', 9"), s'étendant parallèlement à la grande face (4, 4') du substrat de base (3), dans la zone d'une paroi (7) d'un creux (2), entre le fond (8) du creux (2) et la couche de recouvrement (1), et qu'on choisit pour la

couche intermédiaire (9, 9', 9") un matériau et/ou un do-

page qui diffère(nt) du matériau de la couche de recou-

vrement (1) et/ou du substrat de base (3) et/ou de leur

dopage.

22. Procédé selon la revendication 12, caracté-

risé en ce qu'on applique une couche intermédiaire (10) dans la zone d'une paroi (7) d'un creux (2), entre le fond (8) du creux (2) et la couche de recouvrement (1), et qu'on choisit pour la couche intermédiaire (10), qui

s'étend parallèlement à la paroi (7) du creux (2), un ma-

tériau et/ou un dopage qui diffère(nt) du matériau de la couche de recouvrement (1) et/ou du substrat de base (3)

et/ou de leur dopage.

23. Procédé selon la revendication 12, caracté-

risé en ce qu'on applique une couche intermédiaire (9, 9', 9", 10) dans la zone d'une paroi (7) d'un creux (2),

entre le fond (8) du creux (2) et la couche de recouvre-

ment (1), et qu'on choisit pour la couche intermédiaire (9, 9', 9", 10) un matériau conducteur électrique, en

particulier un métal.

24. Procédé selon la revendication 1, caracté-

risé en ce qu'on diminue l'épaisseur (13) de la couche de recouvrement (1) après l'application de cette couche,

créant la structure creuse (12).