FR2921749A1 - Procede de fabrication d'une structure comprenant un substrat et une couche deposee sur l'une de ses faces. - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une structure (1) pour l'électronique, l'optique ou l'optoélectronique, la structure (1) comprenant un substrat (10) et une couche (20) formée par dépôt d'un matériau sur l'une des faces du substrat (10), ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend des étapes de :- formation d'un substrat (12) fragilisé comprenant une zone de fragilisation (11) définissant d'une part ledit substrat (10) et d'autre part un reliquat,- dépôt d'une couche (20, 21) dudit matériau sur chacune des deux faces du substrat (12) fragilisé- clivage du substrat (12) fragiliséde manière à former la structure (1) dans laquelle une face (1B) du substrat (10) est recouverte de la couche (20) de matériau déposé tandis que son autre face (1A) est nue.
Description
i PROCEDE DE FABRICATION D'UNE STRUCTURE COMPRENANT UN SUBSTRAT ET UNE COUCHE DEPOSEE SUR L'UNE DE SES FACES
DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une structure pour l'électronique, l'optique ou l'optoélectronique, la structure comprenant un substrat et une couche formée par dépôt d'un matériau sur une seule des faces du substrat.
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION L'état de la technique montre qu'il est possible de sélectionner la face d'un substrat sur laquelle une couche mince sera déposée selon une technologie adaptée telle que la PECVD (acronyme du terme anglo-saxon Plasma-Enhanced Chemical Vapour Deposition ). Néanmoins, le procédé est complexe, il peut conduire à des contaminations métalliques et la couche déposée peut délaminer.
L'utilisation d'une technique non sélective aboutit au dépôt sur les deux faces du substrat. Il est ensuite possible d'éliminer la couche déposée sur la face sur laquelle elle n'est pas désirée. A cet effet, on peut par exemple coller la couche que l'on souhaite conserver sur un autre matériau, de manière à la protéger, puis à effectuer une attaque chimique pour éliminer la couche sur la face non protégée. Toutefois, selon la nature de cette couche (notamment si elle est en SiN, AIN ou diamant), son retrait est parfois très difficile et non sélectif par rapport au matériau du substrat. Il est par ailleurs possible d'utiliser une gravure RIE (acronyme du terme anglo-saxon Reactive Ion Etching ), dont on trouvera une description dans l'ouvrage Silicon Processing for the VLSI Era, Vol. 1: Process Technology by Stanley Wolf and Richard N. Tauber, Lattice Press; 2nd edition (November 1, 1999), ISBN-10: 0961672161 au chapitre "14. Dry etching for VLSI". Cette gravure sèche assistée par plasma permet de choisir la face à décaper sans avoir à protéger l'autre face, mais son efficacité dépend du matériau à éliminer. De plus, cette technologie relativement lourde nécessite l'utilisation de gaz très toxiques et polluants tels que NF3 ou SF6.
Elle implique donc des conditions de mise en oeuvre spécifiques, notamment un confinement particulier.
Un exemple particulier de cette problématique est rencontré lors de la formation d'une couche de silicium polycristallin en face arrière d'un substrat SopSiC (acronyme anglo-saxon de Silicon On Polycrystalline SiC ) ou SiCopSiC (acronyme anglo-saxon de Silicon Carbide On Polycrystalline SiC ). Le substrat SopSiC étant principalement transparent au rayonnement infra-rouge, il n'est pas possible de le chauffer suffisamment au travers de la face arrière de ce substrat pour atteindre une température adaptée à la réalisation, en face avant, d'une épitaxie par jets moléculaires (EJM). Une couche de silicium polycristallin déposée en face arrière, qui absorbe le rayonnement infra-rouge, peut être chauffée à une température élevée et permet ainsi de chauffer le substrat SopSiC par conduction de manière à atteindre les températures nécessaires pour réaliser l'épitaxie. On pourra à cet égard se référer aux documents US 5,296,385, US 2004/0152312, EP 0 449 524, WO 2006/082467 et FR 07 54172. Le procédé de réalisation actuel consiste à déposer le silicium polycristallin sans sélection de face sur le substrat SopSiC, c'est-à-dire sur les deux faces de celui-ci, puis à réaliser une gravure pour éliminer la couche formée sur la face où elle n'est pas souhaitée. En référence à la figure 1A, on forme par implantation dans un substrat 520 en silicium monocristallin une zone de fragilisation 510 délimitant une couche 500.
En référence à la figure 1B, on forme une structure 100 nommée SopSiC en collant, par l'intermédiaire d'une couche de collage 300 en SiO2, le substrat 520 en silicium monocristallin sur un support 400 en SiC polycristallin (également noté p-SiC) et en transférant la couche 500 sur le support 400. En référence à la figure 1C on stabilise le collage de la structure 100 par un recuit sous atmosphère de vapeur d'eau à une température de l'ordre de 800 à 1200°C , ce qui contribue à la formation de couches 110 et 120 de SiO2 de part et d'autre de la structure 100 par oxydation thermique du silicium et du SiC c'est-à-dire par consommation du silicium en surface des couches 400 et 500. En référence à la figure 1 D, on effectue ensuite un dépôt de couches 200 de silicium polycristallin (également noté p-Si) sans distinction de face sur la structure obtenue précédemment. A cet effet, on peut employer une technique de LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) à une température de 620°C. En référence à la figure 1E, on retire la couche 200 de p-Si située du côté de la couche en silicium monocristallin 500 de la structure SopSiC, par une gravure RIE.
En référence à la figure IF, on retire la couche 110 de SiO2 située du côté de la couche en silicium monocristallin 500 de la structure SopSiC, par action d'une solution de HF qui dissout sélectivement le SiO2 et laisse le silicium intact. Enfin, on nettoie la surface de la couche 500 en silicium monocristallin pour la préparer à l'épitaxie par EJM.
On comprend que ce procédé comporte un grand nombre d'étapes et utilise une technique complexe et coûteuse à mettre en oeuvre pour effectuer la gravure sélective. De surcroît, une couche 120 en SiO2, qui est un fort isolant thermique, est formée entre la couche arrière 200 en silicium polycristallin et la couche 400 en SiC polycristallin, ce qui diminue l'efficacité du chauffage par cette couche arrière. La suppression de cette couche 120 de SiO2 nécessiterait une étape de gravure supplémentaire très coûteuse à mettre en oeuvre. L'un des buts de l'invention est donc de proposer un procédé de fabrication d'une structure où une couche d'un matériau est déposée sur une seule face d'un substrat, utilisant une technique de dépôt non sélective simple et peu coûteuse à mettre en oeuvre, et évitant de recourir à une gravure de type RIE.
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION Conformément à l'invention, il est proposé un procédé de fabrication d'une structure pour l'électronique, l'optique ou l'optoélectronique, la structure comprenant un substrat et une couche formée par dépôt d'un matériau sur l'une des faces du substrat, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend des étapes de : -formation d'un substrat fragilisé comprenant une zone de fragilisation définissant d'une part ledit substrat et d'autre part un reliquat, - dépôt d'une couche dudit matériau sur chacune des deux faces du substrat fragilisé - clivage du substrat fragilisé de manière à former ladite structure dans laquelle une face du substrat est recouverte de la couche de matériau déposé tandis que son autre face est nue. Selon un mode de réalisation, le budget thermique de clivage est supérieur au budget thermique apporté par le dépôt. L'étape de dépôt est alors effectuée avant l'étape de clivage. Selon un deuxième mode de réalisation, le budget thermique de clivage est inférieur au budget thermique apporté par le dépôt. L'étape de clivage peut alors être effectuée pendant l'étape de dépôt. Le substrat fragilisé est de préférence maintenu de sorte que les parties clivées ne s'écartent pas pendant l'étape de dépôt ; de manière particulièrement avantageuse, il est maintenu à l'horizontale pendant l'étape de dépôt. Selon un mode préféré de réalisation, l'étape de clivage est réalisée dans la chambre de dépôt du matériau de la couche. Selon une variante de mise en oeuvre de l'invention, le procédé comprend les étapes successives de : - dépôt sur les deux faces du substrat fragilisé du matériau sous forme amorphe - clivage du substrat fragilisé - recuit à une température apte à cristalliser le matériau. Selon d'autres caractéristiques possibles de l'invention : - la zone de fragilisation est formée par implantation d'espèces ioniques dans le substrat ; - le substrat est un substrat composite comprenant un substrat support et une couche germe ; - le substrat comprend l'un des matériaux suivants : AI2O3, ZnO, les matériaux du groupe III / V et leurs alliages ternaires et quaternaires, Si, SiC, SiC polycristallin, le diamant, Ge et leurs alliages ; - le matériau déposé est choisi parmi les matériaux suivants : Si amorphe, Si monocristallin, Si polycristallin, Ge, SiC, SiC polycristallin, SiC amorphe, les matériaux du groupe III / V et leurs alliages ternaires et quaternaires, AI2O3, SiO2, Si3N4 et le diamant ; - le substrat est une structure composite de type SopSiC ou SiCopSiC et la couche de matériau déposé est en silicium polycristallin ; - le procédé comprend en outre la réalisation d'une épitaxie par jets moléculaires sur la face nue du substrat de la structure ainsi formée.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui va suivre, à partir des figures annexées sur lesquelles : - les figures 1A à 1 F illustrent les étapes d'une technique de dépôt non sélective de l'art antérieur, - les figures 2A à 2C illustrent la formation de la zone de fragilisation dans le substrat de départ ; - les figures 3A et 3B illustrent les étapes d'un premier mode de réalisation de l'invention -les figures 4A et 4B illustrent les étapes d'un deuxième mode de réalisation de l'invention - les figures 5A à 5C illustrent les étapes d'un troisième mode de réalisation de l'invention, - la figure 6 représente une structure obtenue par le procédé conforme à 20 l'invention et la structure résiduelle, - les figures 7A à 7H illustrent un premier exemple d'application de l'invention au dépôt d'une couche arrière en p- Si sur un substrat SopSiC, selon une première variante, - les figures 8A à 8D illustrent une deuxième variante d'application de l'invention 25 au dépôt d'une couche arrière en p-Si sur un substrat SopSiC, - les figures 9A à 9D illustrent un exemple d'application de l'invention au dépôt d'une couche arrière en p-Si sur un substrat SiCopSiC.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION 30 D'une manière générale, l'invention comprend la fabrication d'un substrat 12, qui peut être massif ou composite (c'est-à-dire comprenant plusieurs couches de matériaux différents), le substrat 12 comprenant une zone de fragilisation 11 selon laquelle le substrat 12 peut être clivé. Par clivage ou fracture , on entend le fait de scinder un substrat en deux couches le long d'un plan parallèle à la surface du substrat initial, permettant ainsi leur éloignement ou détachement ultérieur : les deux couches ainsi formées sont indépendantes, mais un phénomène de capillarité ou un effet de succion peut créer une certaine adhérence entre elles. On précise donc que l'étape d'éloignement est une étape postérieure au clivage et distincte de celui-ci. Dans la description qui va suivre, lorsque l'on évoque un substrat clivé, on doit comprendre que les deux couches sont encore en contact l'une avec l'autre. Après la formation de la zone de fragilisation, on procède au dépôt du matériau sur les deux faces du substrat fragilisé et au clivage du substrat fragilisé. Selon les cas qui vont être détaillés ci-dessous, l'étape de clivage peut avoir lieu pendant ou après l'étape de dépôt.
Enfin, les étapes de dépôt et de clivage décrites ci-dessus sont suivies de l'éloignement des deux parties clivées du substrat 12, de manière à obtenir une structure 1 formée de la partie 10 du substrat 12, dont la face ayant subi l'implantation est nue et l'autre face est recouverte du matériau déposé. La face nue peut être préparée pour une utilisation ultérieure, par exemple une épitaxie.
On va maintenant détailler les différentes étapes du procédé conforme à l'invention. L'invention s'applique aussi bien à un substrat 10 massif qu'à un substrat composite, c'est-à-dire formé d'au moins deux couches de matériaux différents, ou de matériaux présentant des caractéristiques cristallines différentes.
Dans le cas d'un substrat massif, on choisit la face de ce substrat qui ne sera au final pas recouverte de la couche déposée. La question du choix peut se poser lorsque le matériau du substrat est polaire, ou encore selon l'usage ultérieur prévu tel qu'une épitaxie par exemple. En fonction par exemple de la rugosité ou de la densité de défauts, l'homme du métier pourra choisir l'une ou l'autre des faces du substrat.
Dans la suite du texte, on appellera face avant la face du substrat qui devra rester nue, et face arrière la face recouverte du matériau déposée.
Dans le cas d'une épitaxie sur un substrat composite comprenant un substrat support et une couche germe, la face avant sera la surface libre de la couche germe, dans un matériau en général choisi pour son paramètre de maille adapté à celui du matériau épitaxié.
Le substrat pourra 10 être choisi parmi les matériaux suivants : AI2O3, ZnO, des matériaux du groupe IIIN (par exemple : GaAs, InP, InSb, GaSb, InN, GaN, AIN, P-AIN, p-BN, BN et leurs alliages ternaires ou quaternaires tels que InGaN, AIGaN, InAIGaN), ou encore des matériaux du groupe IV tels que Si, SiC, p-SiC, Ge et leurs alliages. Parmi les substrats composites, on peut citer par exemple les substrats de type SopSiC ou SiCopSiC particulièrement bien adaptés pour des épitaxies de matériaux III/N binaires, ternaires, quaternaires tels que le GaN, AIN, AIGaN, InGaN. Lorsque le substrat 10 est massif, il est préférable de coller un substrat ayant la fonction d'un raidisseur sur la face à travers laquelle l'implantation est effectuée, destinée à être retirée, afin de faciliter son détachement.
Le matériau déposé peut être choisi parmi les matériaux suivants : Si amorphe, Si monocristallin ou polycristallin, SiC amorphe, SiC mono ou polycristallin, Ge, des matériaux du groupe IIIN (InP, GaAs, AIN, p-AIN...), AI2O3, SiO2, Si3N4, diamant. Lorsque l'invention concerne des substrats transparents aux infra rouges que l'on souhaite utiliser en EJM, le matériau déposé est choisi pour absorber les infra rouges. On cherche généralement à obtenir une couche déposée cristalline plutôt qu'une couche amorphe afin de garantir une meilleure adhérence au substrat lors des traitements thermiques ultérieurs. De façon préférée, l'invention concerne des substrats principalement transparents aux infra rouges pour réaliser des épitaxies par EJM. Les matériaux de ces substrats peuvent être choisis par exemple parmi le SiC, le saphir (AI2O3), GaN, AIN (monocristallin comme polycristallin), BN, ZnO, InSb ou le diamant. Ces matériaux constituent le substrat support dans le cas d'un substrat 10 composite. En effet, même si la couche germe est constituée en matériau absorbant, l'ensemble du substrat 10 composite reste principalement transparent aux infra rouges. Le matériau déposé sur la face du substrat 10 opposée à la face qui servira pour l'épitaxie sera alors choisi parmi des matériaux absorbant les rayons infra rouges tels que le silicium (amorphe, monocristallin, polycristallin), le Ge, l'InP et le GaAs. Formation de la zone de fragilisation En référence à la figure 2A, pour un substrat 12 massif, après la préparation du substrat sur lequel on souhaite déposer une couche d'un matériau sur l'une des faces, une première étape du procédé consiste à créer, dans ce substrat 12, une zone de fragilisation 11 selon laquelle le substrat pourra être clivé. Typiquement, la création de cette zone de fragilisation est effectuée par l'implantation d'espèces ioniques dans le substrat. L'homme du métier sait déterminer, en fonction du substrat à implanter, des espèces implantées, et de la profondeur souhaitée de la zone de fragilisation, les conditions (dose et énergie) de l'implantation. La profondeur de la zone de fragilisation définit l'épaisseur du substrat qui sera prélevée avec la couche du matériau déposé sur la face du substrat que l'on souhaite garder nue. Par conséquent, on effectuera de préférence l'implantation au travers de la face du substrat qui ne devra pas être au final recouverte par la couche déposée. L'homme du métier aura généralement intérêt à réaliser une zone de fragilisation peu profonde de manière à limiter la perte de matière du substrat initial. La zone de fragilisation permet de définir deux couches dans le substrat 12 (à savoir le substrat 10 qui appartiendra à la structure finale, et un reliquat), mais ces deux couches ne sont, à ce stade, pas indépendantes. Dans le cadre de l'invention, c'est l'application d'un budget thermique approprié qui permettra de les cliver. Par budget thermique, on entend l'application d'une plage de température déterminée pendant une durée déterminée. Le budget thermique de clivage dépend des conditions de l'implantation réalisée au préalable et des matériaux considérés.
Typiquement, si l'on diminue la dose d'espèces implantées, il faudra appliquer un budget thermique plus important pour effectuer la fracture. La détermination du budget thermique est à la portée de l'homme du métier. Dans le cas précédemment décrit et illustré à la figure 2A, le substrat 10 est massif et le substrat 12 l'est également.
Selon une variante de réalisation, pour obtenir un substrat 10 massif, il peut être avantageux, en référence à la figure 2B, de former au préalable un substrat 12 composite en collant un raidisseur 10B sur un substrat massif 10A, sur la face du substrat qui ne devra pas au final être recouverte de la couche déposée. Dans ce cas, on crée la zone de fragilisation 11 dans le substrat 10A par implantation à nu c'est à dire avant le collage du raidisseur qui est trop épais pour être traversé par l'implantation de manière à définir le substrat 10 massif. La présence du raidisseur facilite l'éloignement des parties clivées du substrat 12 en rigidifiant la fine couche du substrat 10A qui sera retirée avec la couche déposée. Dans le cas où le substrat 10 est composite, on forme un substrat 12 qui est aussi composite et comprend, en référence à la figure 2C, un substrat support 10C et un substrat source 10E préalablement fragilisé de manière à définir une couche germe 10D. L'implantation est effectuée, avant le collage, au travers de la couche d'oxyde 10F qui sert au collage du substrat source 10E sur le substrat support 10C (on pourra à cet égard se référer à la description détaillée des exemples 1 et 2). Premier cas : le budget thermique apporté par le dépôt est inférieur au budget thermique nécessaire au clivage Par dépôt, on entend dans ce texte l'épitaxie par jets moléculaires (EJM) ou les techniques connues sous le nom de CVD : LPCVD ( Low Pressure Chemical Vapor Deposition , PECVD ( Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ) ou encore MOCVD ( Metal Organic Chemical Vapor Deposition ).
Dans le cas où le budget thermique apporté par le dépôt du matériau est inférieur au budget thermique du clivage, le procédé comprend successivement : - le dépôt du matériau sur le substrat fragilisé : en référence à la figure 3A, on dépose une couche 21 sur la face avant du substrat 12 et une couche 20 en face arrière ; - le clivage du substrat fragilisé (schématisé, sur la figure 3B, par des traits pointillés épais à la place de la zone de fragilisation 11) ; - l'éloignement des deux parties du substrat clivé. Le clivage est principalement effectué par application d'un budget thermique mais il peut être finalisé par insertion d'une lame ou l'application d'une contrainte 30 mécanique. i0 Deuxième cas : le budget thermique apporté par le dépôt est supérieur au budget thermique nécessaire au clivage Dans le cas où le budget thermique nécessaire au clivage est inférieur au budget thermique apporté par le dépôt du matériau, on peut opérer de deux manières différentes : ^ Une première option est d'effectuer successivement les étapes suivantes : réaliser le clivage du substrat fragilisé 12 en apportant le budget thermique nécessaire (comme schématisé à la figure 4A) ; déposer le matériau sans sélection de face à la température adaptée de manière à déposer une couche 21 en face avant et une couche 20 en face arrière (figure 4B) éloigner les deux parties du substrat clivé. On considère dans ce cas que le clivage a lieu pendant l'étape de dépôt ; en effet, la rampe de température appliquée en vue du dépôt proprement dit, et qui apporte le budget thermique nécessaire au clivage, est considérée comme faisant partie de l'étape de dépôt. Le clivage ayant lieu avant le dépôt du matériau, il est dans ce cas souhaitable de maintenir le substrat fragilisé de telle sorte qu'après la fracture, les deux parties clivées ne s'éloignent pas, afin d'éviter que du matériau ne se dépose dans l'interstice. A cet effet, on place donc de préférence le substrat 12 horizontalement, de sorte que, sous le poids de la partie supérieure, les deux parties restent au contact l'une de l'autre pendant l'étape de dépôt. ^ Une deuxième option consiste à effectuer les étapes dans l'ordre suivant : déposer le matériau sous forme amorphe sur le substrat fragilisé : à cet effet, on applique un budget thermique inférieur à celui nécessaire pour le clivage. En référence à la figure 5A, on forme donc une couche amorphe 21A en face avant et une couche amorphe 20A en face arrière. 2921749 Il réaliser le clivage du substrat fragilisé recouvert du matériau amorphe en apportant le budget thermique de clivage (figure 5B) rendre cristallin le matériau déposé en augmentant la température : en référence à la figure 5C, on obtient des couches cristallines 21 et 20 5 respectivement en face avant et en face arrière du substrat. éloigner les deux parties du substrat clivé. Quel que soit l'ordre des étapes de dépôt et de clivage, le budget thermique apporté lors du dépôt du matériau contribue au budget de fracture du substrat fragilisé. En outre, les opérations de dépôt et de clivage peuvent être réalisées dans 10 la même enceinte, par simple adaptation des rampes de température et des budgets thermiques appliqués. Ceci permet de limiter le nombre d'étapes à fournir pour obtenir le substrat 10 recouvert d'une seule couche. Cependant, dans le cas où le matériau fracturé produit des particules qui peuvent contaminer la chambre de dépôt, il est préférable de réaliser le clivage hors de la chambre. Si le clivage est réalisé 15 avant dépôt, le substrat 12 fragilisé sera manipulé de sorte à maintenir les parties clivées en contact jusqu'au dépôt. Eloiqnement Enfin, dans tous les cas, on éloigne les deux parties du substrat clivé. On peut utiliser à cet effet deux précelles qui, par un système d'aspiration, permettent de 20 manipuler le substrat. En référence à la figure 6, on obtient donc d'une part la structure finale 1 comprenant le substrat 10 recouvert, sur la face souhaitée (face arrière 1B), de la couche 20 déposée, et d'autre part une structure résiduelle 2 comprenant le reliquat du substrat 12 recouvert de la couche 21 déposée sur l'autre face. Cette structure résiduelle 2 peut être éliminée mais peut également être 25 recyclée par élimination de la couche déposée 21 et polissage du résidu du substrat source 12 afin de le réutiliser. Etapes ultérieures La face avant 1A de la structure finale 1, dépourvue de la couche déposée 21, peut ensuite être préparée en vue d'une utilisation ultérieure (par exemple, une épitaxie par jets moléculaires).
Dans le cas de la fabrication d'une structure 1 composite, on effectuera de préférence un recuit de stabilisation de cette structure, destiné à renforcer l'énergie de collage entre les différentes couches. Dans le cas (cf figure 2C) où la couche transférée 10 D non recouverte est en matériau formant un oxyde natif au contact de l'air (tel que du silicium par exemple), il faut définir la profondeur d'implantation dans le substrat source 10E de façon obtenir une épaisseur finale de la couche 10D souhaitée en tenant compte de sa consommation partielle lors de la formation du SiO2 pendant le recuit de stabilisation : l'épaisseur finale de la couche 10D transférée après retrait de l'oxyde est de ce fait plus faible que l'épaisseur initialement transférée. De même, si le matériau de la couche déposée 20 est en matériau formant un oxyde natif, il faut prévoir l'épaisseur qui sera consommée par la formation de l'oxyde et déposer une épaisseur supérieure de matériau en conséquence. On va maintenant décrire différents exemples de mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. Exemple 1 : Formation d'une couche arrière en p- Si sur un substrat composite SopSiC Variante 1 : le clivage est effectué pendant l'étape de dépôt En référence à la figure 7A, on oxyde un substrat source 1200 en silicium 20 monocristallin pour former une couche 3000 de SiO2, de l'ordre de 2000 A d'épaisseur. En référence à la figure 7B, on crée par implantation au travers de la couche 3000 une zone de fragilisation 1100 dans ce substrat source 1200 de manière à définir une couche germe 1000. L'énergie d'implantation est adaptée par l'homme du 25 métier en fonction de la profondeur que l'on souhaite atteindre, la dose d'implantation est de l'ordre de 5.10e16 atomes/cm2. En référence à la figure 7C, on effectue un collage hydrophile en mettant en contact par l'intermédiaire de la couche 3000 de SiO2 le substrat source 1200 fragilisé avec un support 4000 en SiC polycristallin de manière à former une structure 12 30 fragilisée, les surfaces ayant été préparées de manière adéquate.
On place cette structure 12 fragilisée dans la chambre de dépôt, de sorte que les deux parties ne s'écartent pas après le clivage, puis on la chauffe à 350°C pour effectuer un premier renforcement du collage entre le Si monocristallin et le p-SiC. En référence à la figure 7D, on applique une rampe de température destinée à porter la température de 350°C à 620°C, de sorte que le clivage a lieu avant 500°C au cours de la rampe. En référence à la figure 7E, on procède au dépôt de silicium polycristallin pendant 6h30 sans sélection de face à 620°C. On forme ainsi deux couches 20 et 21 de 5 micromètres d'épaisseur sur chacune des faces de la structure 12.
On diminue la température par une rampe appropriée avant l'ouverture de la chambre. En référence à la figure 7F, on éloigne les parties clivées de la structure 12, par exemple à l'aide de précelles. La face en silicium monocristallin du substrat SopSiC 10 est donc nue.
En référence à la figure 7G, on effectue alors un deuxième recuit de stabilisation du collage sous atmosphère de vapeur d'eau à 900°C, qui conduit à la formation d'une couche de SiO2 50 sur chacune des deux faces. La formation de l'oxyde se fait par consommation du silicium présent sur les deux faces du substrat SopSiC, et notamment du silicium monocristallin détérioré au niveau de la zone de fragilisation par l'implantation, ce qui contribue à éliminer cette zone riche en défauts. En référence à la figure 7H, on retire les couches 50 de SiO2 à l'aide d'une solution de HF, le HF étant sélectif au SiO2 et n'attaquant pas le silicium. Enfin, on nettoie la surface de silicium monocristallin du SopSiC pour la préparer à une épitaxie ultérieure.
Le substrat de silicium monocristallin restant peut être recyclé par un polissage de ses deux surfaces. Variante 2 : le clivage est effectué après le dépôt Le procédé débute par les mêmes étapes que celles décrites en référence aux figures 7A à 7C de la première variante.
En référence à la figure 8A, on place le substrat fragilisé dans la chambre de dépôt. Le clivage étant effectué après le dépôt, le problème de l'écartement des parties clivées ne se pose pas et le substrat peut être placé, par exemple, à la verticale. On chauffe le substrat à 350°C pour effectuer un premier renforcement du collage entre le silicium monocristallin et le p-SiC, puis on dépose du silicium sous forme amorphe à 350°C, de manière à former deux couches 20A et 21A de chaque côté du substrat. En référence à la figure 8B, on applique une rampe de chauffage jusqu'à 620°C, qui permet la fracture du substrat 12 selon la zone de fragilisation. En référence à la figure 8C, on effectue ensuite une rampe de température jusqu'à 620°C pour cristalliser le silicium des couches 20A et 21A en couches 20 et 21. En référence à la figure 8D, on sépare les parties clivées de la structure en-dehors de la chambre, la face avant en silicium monocristallin du SopSiC 10 étant vierge de dépôt. Le procédé s'achève avec les mêmes étapes que celles décrites en référence aux figures 7G et 7H de la variante précédente. Dans l'exemple particulier de la formation d'une couche en p-Si en face arrière d'un substrat SopSiC, dont deux variantes de réalisation viennent d'être décrites, le procédé permet d'augmenter l'efficacité d'absorption infra rouge du SopSiC au moyen de la couche arrière en p-Si puisque, contrairement au procédé connu décrit en référence aux figures 1A à 1 F, il n'y a pas de couche isolante de SiO2 entre le substrat SopSiC et le p-Si (cf couche 120 de la figure 1 F). Cet avantage se vérifie d'une manière générale pour la fabrication de tous les substrats composites dont le substrat support forme un oxyde natif à l'air. Par ailleurs, le matériau à cliver pour fabriquer le SopSiC étant en silicium, les particules formées lors du clivage sont en silicium. Elles ne contaminent pas la chambre de dépôt de silicium si bien que le clivage est avantageusement réalisé dans la chambre. Exemple 2 : Formation d'une couche arrière en Si polycristallin sur un substrat composite SiCopSiC En référence à la figure 9A, on oxyde d'une part un substrat 1200 en SiC monocristallin pendant 2 heures à 1150°C sous oxygène, pour former une couche 3000 de SiO2 de 5000 angstrôms d'épaisseur. Puis on crée une zone de fragilisation 1100 dans ce substrat, par implantation au travers de cette couche, avec une dose de l'ordre de 5.10e16 atomes/cm2, I"énergie étant paramétrée par l'homme du métier selon la profondeur d'implantation souhaitée. On dépose d'autre part une couche 6000 d'oxyde SiO2 de 5000 À d'épaisseur sur la face avant d'un support 4000 en SiC polycristallin. On active ensuite les surfaces des couches d'oxyde 3000 et 6000 en vue d'un collage. A cet effet, on effectue un polissage de l'oxyde 3000 de manière à en enlever 500 A et en diminuer la rugosité. De même, on effectue un polissage de l'oxyde 6000 pour en éliminer 2500 A et lisser sa surface. Les techniques de polissage sont bien connues de l'homme du métier ; on peut notamment mettre en oeuvre un polissage mécano-chimique (CMP). On colle alors le substrat 1200 en SiC et le support 4000 en p-SiC par l'intermédiaire des couches d'oxyde 3000 et 6000, en mettant en contact les deux 15 faces préparées. La structure obtenue est illustrée à la figure 9A. En référence à la figure 9B, on place cette structure 12 fragilisée dans la chambre de dépôt. La structure 12 peut être disposée indifféremment à la verticale ou à l'horizontale. On applique une rampe de température jusqu'à 620°C, puis on dépose du silicium polycristallin pendant 6h30, de manière à former deux couches 20 20 et 21 de 5 micromètres d'épaisseur sur chacune des faces de la structure 12. En référence à la figure 9C, on procède à un chauffage jusqu'à 1000°C ce qui conduit au clivage du substrat 1200 en SiC monocristallin. En référence à la figure 9D, on détache les deux parties clivées en-dehors de la chambre. On obtient donc un substrat 10 dénommé SiCopSiC dont la face avant en 25 SiC monocristallin est nue. Les étapes suivantes sont les mêmes que celles décrites en référence aux figures 7G et 7H de la variante 1 du premier exemple décrit. Le reste du substrat source 1200 de SiC monocristallin peut être recyclé en décapant le silicium déposé (couche 21) et en polissant la surface.
30 Exemple 3 : Formation d'une couche arrière en Si polycristallin sur un substrat massif en SiC monocristallin En référence à la figure 2, on crée par implantation avec une dose de l'ordre de 5.10e16 atomes/cm2 dans un substrat 12 de SiC une zone de fragilisation située au voisinage de la surface, et on place le substrat fragilisé dans la chambre de dépôt. En référence à la figure 3A, on procède au dépôt de Si polycristallin à une température de 620°C, sans distinction de face. On forme ainsi deux couches 20 et 21 sur le substrat 12 fragilisé. En référence à la figure 3B, on applique une rampe de température jusqu'à 900°C pour cliver le substrat 12 selon la zone de fragilisation 11. En référence à la figure 6, on sépare hors de la chambre de dépôt les deux 10 parties clivées, et on récupère un substrat 10 dont une face 1B est recouverte du Si polycristallin déposé (couche 20), et l'autre face 1A est vierge et peut être préparée en vue d'une épitaxie ultérieure.
Claims (9)
1. Procédé de fabrication d'une structure (1) pour l'électronique, l'optique ou l'optoélectronique, la structure (1) comprenant un substrat (10) et une couche (20) formée par dépôt d'un matériau sur l'une des faces du substrat (10), caractérisé en ce qu'il comprend des étapes de : -formation d'un substrat (12) fragilisé comprenant une zone de fragilisation (11) définissant d'une part ledit substrat (10) et d'autre part un reliquat, - dépôt d'une couche (20, 21) dudit matériau sur chacune des deux faces du 10 substrat (12) fragilisé - clivage du substrat (12) fragilisé de manière à former la structure (1) dans laquelle une face (1B) du substrat (10) est recouverte de la couche (20) de matériau déposé tandis que son autre face (1A) est nue. 15
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le budget thermique de clivage est supérieur au budget thermique apporté par le dépôt.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'étape de dépôt 20 est effectuée avant l'étape de clivage.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le budget thermique de clivage est inférieur au budget thermique apporté par le dépôt. 25
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'étape de clivage est effectuée pendant l'étape de dépôt.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le substrat (12) fragilisé est maintenu de sorte que les parties clivées ne s'écartent pas pendant 30 l'étape de dépôt.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le substrat (12) fragilisé est maintenu à l'horizontale pendant l'étape de dépôt.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'étape de clivage est réalisée dans la chambre de dépôt du matériau de la couche (20,21).
9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives de : - dépôt sur les deux faces du substrat (12) fragilisé du matériau (20) sous forme amorphe - clivage du substrat (12) fragilisé - recuit à une température apte à cristalliser le matériau (20). 13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la zone de fragilisation (11) est formée par implantation d'espèces ioniques dans le substrat (12). 14. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le substrat (10) est un substrat composite comprenant un substrat support (10C) et une 20 couche germe (10D). 15. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le substrat (10) comprend l'un des matériaux suivants : AI2O3, ZnO, les matériaux du groupe III / V et leurs alliages ternaires et quaternaires, Si, SiC, SiC polycristallin, le 25 diamant, Ge et leurs alliages. 16. Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le matériau déposé est choisi parmi les matériaux suivants : Si amorphe, Si monocristallin, Si polycristallin, Ge, SiC, SiC polycristallin, SiC amorphe, les 30 matériaux du groupe III / V et leurs alliages ternaires et quaternaires, AI2O3, SiO2, Si3N4 et le diamant. 514. Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le substrat (10) est une structure composite de type SopSiC ou SiCopSiC et en ce que la couche (20) de matériau déposé est en silicium polycristallin. 15. Procédé selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'une épitaxie par jets moléculaires est réalisée sur la face nue (1A) du substrat (10) de la structure (1).
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