FR2972292A1 - Semiconductor substrate manufacturing method for forming e.g. semiconductor device, involves forming metal layer, and separating transfer layer from donor structure to form composite substrate comprising transfer layer and metal layer - Google Patents

Semiconductor substrate manufacturing method for forming e.g. semiconductor device, involves forming metal layer, and separating transfer layer from donor structure to form composite substrate comprising transfer layer and metal layer Download PDF

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Abstract

The method involves forming a weakened area (220) in a donor structure (210) to predetermined depth to define a transfer layer (230). A metal layer is formed on a mounting surface, where coefficient of thermal expansion of the metal layer corresponds closely to coefficient of thermal expansion of the transfer layer. The metal layer is allowed to provide sufficient rigidity to provide structural support to the transfer layer. The transfer layer is separated from the donor structure to form a composite substrate comprising the transfer layer and the metal layer.

Description

SUPPORT METALLIQUE POUR LE TRANSFERT DE COUCHE ET PROCEDES POUR FORMER.CE SUPPORT METAL SUPPORT FOR LAYER TRANSFER AND METHODS FOR FORMER.CE SUPPORT

Domaine La présente invention concerne généralement la fabrication de substrats fonctionnels pour une utilisation dans la fabrication de structures ou de dispositifs à semi-conducteurs, des structures intermédiaires formées pendant la fabrication de structures ou de dispositifs à semi-conducteurs, et des structures ou des dispositifs à semi-conducteurs utilisant des substrats fonctionnels. Field The present invention relates generally to the manufacture of functional substrates for use in the manufacture of semiconductor structures or devices, intermediate structures formed during the fabrication of semiconductor structures or devices, and structures or devices. semiconductors using functional substrates.

Contexte Des substrats qui comprennent une ou plusieurs couches de matériau semi-conducteur sont utilisés pour former un grand nombre de structures et de dispositifs à semi-conducteurs comprenant, par exemple, des dispositifs à circuit intégré (CI) (par exemple, des processeurs logiques et des dispositifs de mémoire) et des dispositifs discrets, tels que des dispositifs d'émission de rayonnement (par exemple, des diodes électroluminescentes (DEL), des diodes électroluminescentes à cavité résonante (RCLED), des diodes lasers à cavité verticale émettant par la surface (VCSEL)), et des dispositifs de détection de rayonnement (par exemple, des capteurs optiques). Ces dispositifs à semi-conducteurs sont formés de manière classique couche par couche (c'est-à-dire, lithographiquement) sur et/ou dans une surface d'un substrat semi-conducteur. Historiquement, une majeure partie de ces substrats semi-conducteurs qui ont été utilisés dans l'industrie de fabrication de dispositifs à semi- conducteurs comprenaient des disques minces ou « tranches » de matériau à base de silicium. Ces tranches semi-conductrices de matériau à base de silicium sont fabriquées en formant d'abord un grand lingot monocristallin en silicium généralement cylindrique et en découpant par la suite le lingot monocristallin perpendiculairement à son axe longitudinal pour former une pluralité de tranches de silicium. Ces tranches de silicium peuvent avoir des diamètres aussi grands que d'environ trente centimètres (30 cm) ou plus (environ douze pouces (12 pouces) ou plus). Bien que les tranches de silicium aient généralement des épaisseurs de plusieurs centaines de microns (par exemple, d'environ 700 microns) ou plus, seulement une couche très mince (par exemple, de moins d'environ trois cent nanomètres (300 nm)) du matériau semi-conducteur sur une surface principale de la tranche de silicium est généralement utilisée pour former des dispositifs actifs sur la tranche de silicium. Cependant, dans certaines applications de dispositif, la majeure partie de l'épaisseur de la tranche de silicium peut être incluse dans le trajet électrique d'une ou de plusieurs structures de dispositif formées à partir de la tranche de silicium, ces structures de dispositif étant généralement appelées structures de dispositif "verticales". Background Substrates that include one or more layers of semiconductor material are used to form a large number of semiconductor structures and devices including, for example, integrated circuit (IC) devices (e.g., logic processors). and memory devices) and discrete devices, such as radiation emitting devices (e.g., light emitting diodes (LEDs), resonant cavity light emitting diodes (RCLEDs), vertical cavity laser diodes emitting by the surface (VCSEL)), and radiation detection devices (for example, optical sensors). These semiconductor devices are conventionally layered (i.e., lithographically) formed on and / or in a surface of a semiconductor substrate. Historically, a majority of these semiconductor substrates that have been used in the semiconductor device manufacturing industry have included thin disks or "slices" of silicon-based material. These semiconductor wafers of silicon-based material are fabricated by first forming a large single-crystal silicon ingot generally cylindrical and subsequently cutting the monocrystalline ingot perpendicular to its longitudinal axis to form a plurality of silicon wafers. These silicon wafers can have diameters as large as about thirty centimeters (30 cm) or more (about twelve inches (12 inches) or more). Although silicon wafers generally have thicknesses of several hundred microns (e.g., about 700 microns) or more, only a very thin layer (e.g., less than about three hundred nanometers (300 nm)) Semiconductor material on a main surface of the silicon wafer is generally used to form active devices on the silicon wafer. However, in some device applications, most of the thickness of the silicon wafer may be included in the electrical path of one or more device structures formed from the silicon wafer, such device structures being generally referred to as "vertical" device structures.

Des « substrats dits fonctionnels » ont été développés qui comprennent une couche relativement mince de matériau semi-conducteur (par exemple, une couche ayant une épaisseur inférieure à environ trois cents nanomètres (300 nm)) disposée sur une couche de matériau diélectrique (par exemple, du dioxyde de silicium (SiO2), du nitrure de silicium (Si3N4), ou de l'oxyde d'aluminium (Al2O3)). En option, la couche de matériau diélectrique peut être relativement mince (par exemple, trop mince pour permettre une manipulation par un équipement de fabrication de dispositif à semi-conducteurs classique), et le matériau semi-conducteur et la couche de matériau diélectrique peuvent être disposés sur un hôte ou un substrat de base relativement plus épais pour faciliter la manipulation du substrat fonctionnel global par un équipement de fabrication. En conséquence, le substrat de base est souvent appelé dans l'art « poignée » ou substrat de « manipulation ». Le substrat de base peut également comprendre un matériau semi-conducteur autre que le silicium. Un grand nombre de substrats fonctionnels sont connus dans l'art et peuvent comprendre des matériaux semi-conducteurs tels que, par exemple, du silicium (Si), du germanium (Ge), des matériaux semi-conducteurs du type III-V et des matériaux semi-conducteurs du type II-VI. Par exemple, un substrat fonctionnel peut comprendre une couche épitaxiale de matériau semi- conducteur du type III-V formée sur une surface d'un substrat de base, tel que, par exemple, de l'oxyde d'aluminium (Al2O3) (qui peut être appelé « saphir »). La couche épitaxiale peut être formée sur la surface du substrat de base par un processus de transfert à partir d'une structure de donneur, par exemple un substrat donneur ou un lingot donneur. Le transfert à partir d'une structure de donneur peut être souhaitable lorsque le matériau de donneur a une très grande valeur ou est rare. En utilisant un tel substrat fonctionnel, des couches supplémentaires de matériau peuvent être formées et traitées (par exemple, dessinées) sur la couche épitaxiale de matériau semi-conducteur du type III-V pour former un ou plusieurs dispositifs sur le substrat fonctionnel. Cependant, un défaut de correspondance (ou une différence) de coefficient de dilatation thermique entre la couche épitaxiale et le substrat de base comprenant le substrat fonctionnel peut influencer la formation et le traitement des couches supplémentaires de matériau. Par exemple, si le défaut de correspondance de coefficient de dilatation thermique entre la couche épitaxiale et le substrat de base est important, alors le substrat fonctionnel peut être influencé négativement pendant la formation de couches supplémentaires de matériaux. "So-called functional substrates" have been developed which include a relatively thin layer of semiconductor material (for example, a layer having a thickness of less than about three hundred nanometers (300 nm)) disposed on a dielectric material layer (e.g. , silicon dioxide (SiO2), silicon nitride (Si3N4), or aluminum oxide (Al2O3)). Optionally, the layer of dielectric material may be relatively thin (e.g., too thin to allow manipulation by conventional semiconductor device manufacturing equipment), and the semiconductor material and the dielectric material layer may be arranged on a relatively thicker host or base substrate to facilitate manipulation of the overall functional substrate by manufacturing equipment. As a result, the base substrate is often referred to in the "handle" art or "manipulation" substrate. The base substrate may also comprise a semiconductor material other than silicon. A large number of functional substrates are known in the art and may include semiconductor materials such as, for example, silicon (Si), germanium (Ge), III-V semiconductor materials and semiconductor materials of type II-VI. For example, a functional substrate may comprise an epitaxial layer of III-V semiconductor material formed on a surface of a base substrate, such as, for example, aluminum oxide (Al2O3) (which can be called "sapphire"). The epitaxial layer may be formed on the surface of the base substrate by a transfer process from a donor structure, for example a donor substrate or a donor ingot. Transfer from a donor structure may be desirable when the donor material is very valuable or rare. Using such a functional substrate, additional layers of material may be formed and processed (eg, drawn) on the III-V type semiconductor material epitaxial layer to form one or more devices on the functional substrate. However, a mismatch (or difference) in the coefficient of thermal expansion between the epitaxial layer and the base substrate comprising the functional substrate may influence the formation and processing of the additional layers of material. For example, if the thermal expansion coefficient mismatch between the epitaxial layer and the base substrate is large, then the functional substrate may be negatively influenced during the formation of additional layers of materials.

Des exemples de dispositifs qui peuvent tirer avantage de substrats fonctionnels sont les dispositifs haute puissance et les dispositifs photoniques, tels que les diodes électroluminescentes (DEL) et les diodes laser. La figure 1 illustre une DEL classique. Un substrat 110, qui peut être un substrat fonctionnel, comprend une couche de type n 120 disposée sur celui-ci. Une région active 130, qui peut comprendre de multiples couches, telles que des puits quantiques, des couches de barrière, des couches de blocage d'électrons (EBL), etc., est disposée entre la couche de type n 120 et une couche de type p 140. Il en résulte une DEL formée par la couche de type n 120, la région active 130 et la couche de type p 140. Un premier contact 160 effectue une connexion électrique à la couche de type n 120 et un deuxième contact 150 effectue une autre connexion électrique à la couche de type p 140. Ces contacts peuvent être opaques à la longueur d'onde de lumière émise par la DEL et, en conséquence, peuvent diminuer la quantité de lumière globale qui peut être obtenue de la DEL. Ainsi, seule la zone entre le premier contact 160 et le deuxième contact 150 peut produire des quantités importantes de lumière. L'agencement physique du deuxième contact 150 par rapport à la couche de type n 120 peut entraîner une circulation importante du courant entre la couche de type p 140 et la couche de type n 120. De plus, l'agencement physique peut nécessiter que les contacts de type p et n soient tous deux disposés sur une surface supérieure de la structure de DEL, un tel agencement physique pouvant nécessiter le retrait d'une partie des couches de dispositif pour exposer des régions pour un contact. Le retrait d'une partie des couches de dispositif peut augmenter la complexité de fabrication de dispositif, peut réduire la zone disponible pour la génération de lumière et peut également diminuer la production de dispositifs. Compte tenu de ce qui précède et pour d'autres raisons examinées ci-dessous, il existe un besoin pour une technologie de substrat qui fournisse un substrat de base approprié pour un matériau donné provenant d'une structure de donneur. De plus, il existe un besoin pour des dispositifs et des procédés qui fournissent un substrat de support avec un coefficient de dilatation thermique (CTE) correspondant étroitement à celui d'un substrat fonctionnel. Examples of devices that can take advantage of functional substrates are high power devices and photonic devices, such as light emitting diodes (LEDs) and laser diodes. Figure 1 illustrates a conventional LED. A substrate 110, which may be a functional substrate, includes an n-type layer 120 disposed thereon. An active region 130, which may include multiple layers, such as quantum wells, barrier layers, electron blocking layers (EBLs), etc., is disposed between the n-type layer 120 and a layer of p type 140. This results in an LED formed by the n-type layer 120, the active region 130 and the p-type layer 140. A first contact 160 makes an electrical connection to the n-type layer 120 and a second contact 150 makes another electrical connection to the p-type layer 140. These contacts can be opaque to the wavelength of light emitted by the LED and, therefore, can decrease the overall amount of light that can be obtained from the LED. Thus, only the area between the first contact 160 and the second contact 150 can produce significant amounts of light. The physical arrangement of the second contact 150 with respect to the n-type layer 120 can cause a large current flow between the p-type layer 140 and the n-type layer 120. In addition, the physical arrangement may require that the Both p-type and n-type contacts are disposed on an upper surface of the LED structure, such a physical arrangement may require removal of a portion of the device layers to expose regions for contact. Withdrawing some of the device layers may increase the complexity of device manufacturing, may reduce the area available for light generation and may also decrease the production of devices. In view of the foregoing and for other reasons discussed below, there is a need for a substrate technology that provides a suitable base substrate for a given material from a donor structure. In addition, there is a need for devices and methods that provide a support substrate with a thermal expansion coefficient (CTE) corresponding closely to that of a functional substrate.

Bref résumé Les divers modes de réalisation de la présente invention concernent généralement des substrats 35 fonctionnels et des procédés de production des substrats fonctionnels qui fournissent un substrat de base approprié avec un CTE qui correspond étroitement à un CTE du substrat fonctionnel. Ce résumé est proposé pour introduire une sélection de concepts sous une forme simplifiée qui sont décrits davantage dans la description détaillée ci-dessous de quelques modes de réalisation exemplaires de l'invention. Ce résumé n'est pas destiné à identifier des caractéristiques principales ou des caractéristiques essentielles de l'objet revendiqué et il n'est pas non plus destiné à être utilisé pour limiter l'étendue de l'objet revendiqué. Dans certains modes de réalisation, la présente invention comprend des procédés de fabrication d'un substrat semi-conducteur, les procédés consistant à former une zone affaiblie dans une structure de donneur à une profondeur prédéterminée pour définir une couche de transfert entre une surface de fixation et la zone affaiblie et une structure de donneur résiduelle entre la zone affaiblie et une surface opposée à la surface de fixation. Une couche métallique est formée sur la surface de fixation et fournit un coefficient de dilatation thermique (CTE) adapté pour la couche métallique qui correspond étroitement à un CTE de la couche de transfert, et une rigidité suffisante pour fournir un support structurel à la couche de transfert. La couche de transfert est séparée de la structure de donneur au niveau de la zone affaiblie pour former un substrat composite comprenant la couche de transfert et la couche métallique. Dans des modes de réalisation supplémentaires, la présente invention comprend des procédés de fabrication d'un substrat semi-conducteur, les procédés consistant à former une zone affaiblie dans une structure de donneur à une profondeur prédéterminée pour définir une couche de transfert entre une surface de fixation et la zone affaiblie et une structure de donneur résiduelle entre la zone affaiblie et une surface opposée à la surface de fixation. Un contact ohmique est formé entre la couche de transfert et une couche de contact disposée sur celle-ci. Un couplage à faible impédance est formé entre une couche métallique réfractaire et la couche de contact, la couche métallique réfractaire fournissant un support structurel pour le substrat semi-conducteur. Les procédés consistent également à séparer la couche de transfert de la structure de donneur au niveau de la zone affaiblie pour former un substrat composite comprenant la couche de transfert, la couche de contact et la couche métallique réfractaire. Dans d'autres modes de réalisation, la présente invention comprend un substrat semi-conducteur comprenant un substrat de support métallique configuré pour fournir une rigidité suffisante au substrat semi- conducteur. Le substrat semi-conducteur comprend également une couche de transfert comprenant un matériau semi-conducteur en contact avec une surface de fixation du substrat de support métallique, la couche de transfert étant détachée d'une structure de donneur comprenant le matériau semi-conducteur et comprenant une zone affaiblie dans la structure de donneur à une profondeur prédéterminée de la surface de fixation pour définir la couche de transfert entre la surface de fixation et la zone affaiblie. Un CTE adapté du substrat de support métallique correspond étroitement à un CTE de la couche de transfert. D'autres aspects, détails et d'autres combinaisons des éléments des modes de réalisation de l'invention seront évidents à partir de la description détaillée qui suit. Brief Summary The various embodiments of the present invention generally relate to functional substrates and methods for producing functional substrates that provide a suitable base substrate with a CTE that closely matches a CTE of the functional substrate. This summary is proposed to introduce a selection of concepts in a simplified form which are further described in the following detailed description of some exemplary embodiments of the invention. This summary is not intended to identify key features or essential characteristics of the claimed subject matter nor is it intended to be used to limit the extent of the claimed subject matter. In some embodiments, the present invention includes methods of making a semiconductor substrate, the methods of forming a weakened area in a donor structure at a predetermined depth to define a transfer layer between a fixing surface and the weakened area and residual donor structure between the weakened area and a surface opposite the attachment surface. A metal layer is formed on the attachment surface and provides a thermal expansion coefficient (CTE) adapted for the metal layer that closely matches a CTE of the transfer layer, and sufficient rigidity to provide structural support to the transfer. The transfer layer is separated from the donor structure at the weakened region to form a composite substrate comprising the transfer layer and the metal layer. In further embodiments, the present invention includes methods of manufacturing a semiconductor substrate, the methods of forming a weakened area in a donor structure at a predetermined depth to define a transfer layer between a surface of fixation and the weakened area and a residual donor structure between the weakened area and a surface opposite to the attachment surface. An ohmic contact is formed between the transfer layer and a contact layer disposed thereon. A low impedance coupling is formed between a refractory metal layer and the contact layer, the refractory metal layer providing structural support for the semiconductor substrate. The methods also include separating the transfer layer from the donor structure at the weakened area to form a composite substrate comprising the transfer layer, the contact layer, and the refractory metal layer. In other embodiments, the present invention includes a semiconductor substrate comprising a metal support substrate configured to provide sufficient rigidity to the semiconductor substrate. The semiconductor substrate also includes a transfer layer comprising a semiconductor material in contact with an attachment surface of the metal support substrate, the transfer layer being detached from a donor structure comprising the semiconductor material and comprising a weakened area in the donor structure at a predetermined depth of the attachment surface to define the transfer layer between the attachment surface and the weakened area. A CTE adapted to the metal support substrate closely matches a CTE of the transfer layer. Other aspects, details and other combinations of the elements of the embodiments of the invention will be apparent from the following detailed description.

Brève description des dessins La présente invention peut être plus totalement comprise en faisant référence à la description détaillée qui suit de modes de réalisation exemplaires de la présente invention, qui sont illustrés sur les figures jointes, sur lesquelles : la figure 1 est un dessin en coupe transversale simplifié d'une structure de DEL classique ; la figure 2 est un dessin en coupe transversale simplifié d'une structure de donneur avec une zone affaiblie pour créer une couche de transfert ; les figures 3A et 3B sont des dessins en coupe transversale simplifiés illustrant le développement d'un substrat composite avec un support métallique réfractaire et une couche de transfert selon un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention ; les figures 4A à 4C sont des dessins en coupe transversale simplifiés illustrant le développement d'un substrat composite avec un support métallique réfractaire, une couche de transfert et une couche de contact entre eux selon un ou plusieurs modes de réalisation ; les figures 5A à 5C illustrent un substrat composite avec une couche de transfert en nitrure de gallium (GaN) dopée n et un dispositif photonique formé sur le substrat composite selon un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention ; les figures 6A à 6C illustrent un substrat composite avec une couche de transfert en nitrure de gallium (GaN) dopée p et un dispositif photonique formé sur le substrat composite selon un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention ; les figures 7A à 7C illustrent un substrat 35 composite avec une couche de transfert en carbure de silicium (SiC) et un dispositif électronique haute puissance formé sur le substrat composite selon un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention ; et les figures 8A à 8D illustrent un substrat composite avec une couche de transfert en nitrure de gallium (GaN) dopée n et un dispositif photonique formé sur le substrat composite, qui est retourné pour former un dispositif photonique à couche n vers le haut selon un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention. Brief Description of the Drawings The present invention may be more fully understood by reference to the following detailed description of exemplary embodiments of the present invention, which are illustrated in the accompanying drawings, in which: Figure 1 is a sectional drawing simplified cross-section of a conventional LED structure; Figure 2 is a simplified cross-sectional drawing of a donor structure with a weakened area to create a transfer layer; FIGS. 3A and 3B are simplified cross-sectional drawings illustrating the development of a composite substrate with a refractory metal support and a transfer layer according to one or more embodiments of the invention; Figs. 4A to 4C are simplified cross-sectional drawings illustrating the development of a composite substrate with a refractory metal support, a transfer layer and a contact layer therebetween in one or more embodiments; FIGS. 5A to 5C illustrate a composite substrate with an n-doped gallium nitride (GaN) transfer layer and a photonic device formed on the composite substrate according to one or more embodiments of the invention; FIGS. 6A to 6C illustrate a composite substrate with a p-doped gallium nitride (GaN) transfer layer and a photonic device formed on the composite substrate according to one or more embodiments of the invention; Figs. 7A to 7C illustrate a composite substrate with a silicon carbide transfer layer (SiC) and a high power electronic device formed on the composite substrate according to one or more embodiments of the invention; and Figs. 8A-8D illustrate a composite substrate with an n-doped gallium nitride (GaN) transfer layer and a photonic device formed on the composite substrate, which is inverted to form an upward n-layer photonic device in accordance with a or more embodiments of the invention.

Description détaillée de modes de réalisation de l'invention Les illustrations présentées dans le présent document ne doivent pas être considérées comme des vues réelles d'un matériau, d'un dispositif ou d'un procédé particulier, mais sont simplement des représentations idéalisées qui sont utilisées pour décrire des modes de réalisation de la présente invention. On devrait comprendre que toute référence dans le présent document à un élément en utilisant une désignation telle que « premier », « deuxième », etc. ne limite pas la quantité ou l'ordre de ces éléments, à moins que cette limitation soit explicitement formulée. Au lieu de cela, ces désignations peuvent être utilisées dans le présent document en tant que procédé de distinction commode entre deux éléments ou instances d'élément ou plus. Ainsi, une référence à des premier et deuxième éléments ne signifie pas que deux éléments seulement peuvent être utilisés ou que le premier élément doit précéder le deuxième élément d'une certaine manière. Par ailleurs, sauf indication contraire, un ensemble d'éléments peut comprendre un ou plusieurs éléments. Les éléments décrits dans le présent document 35 peuvent comprendre de multiples instances du même élément. Ces éléments peuvent génériquement par un désignateur être indiqués numérique (par exemple, 110) et indiqués l'indicateur numérique suivi spécifiquement par d'un désignateur alphabétique (par exemple, 110A) ou d'un indicateur numérique précédé d'un « tiret » (par exemple, 110-1). Pour faciliter la description qui suit, pour la majeure partie, les indicateurs de numéro d'élément commencent avec le numéro du dessin sur lequel les éléments sont introduits ou examinés le plus complètement. Ainsi, par exemple, les identifiants d'élément sur la figure 1 seront principalement au format numérique lxx et les éléments sur la figure 4 seront principalement au format numérique 4xx. DETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS OF THE INVENTION The illustrations presented herein are not intended to be actual views of a particular material, device or process, but are merely idealized representations that are used to describe embodiments of the present invention. It should be understood that any reference in this document to an element using a designation such as "first", "second", etc. does not limit the quantity or order of these elements, unless this limitation is explicitly stated. Instead, these designations may be used in this document as a convenient method of distinguishing between two or more element elements or instances. Thus, a reference to first and second elements does not mean that only two elements can be used or that the first element must precede the second element in a certain way. In addition, unless otherwise specified, a set of elements may include one or more elements. The elements described herein may include multiple instances of the same element. These elements can generically by a designator be indicated numerically (eg, 110) and indicated the numerical indicator followed specifically by an alphabetic designator (eg, 110A) or a numerical indicator preceded by a "dash" ( for example, 110-1). To facilitate the following description, for the most part, element number indicators begin with the number of the drawing on which elements are introduced or examined most completely. Thus, for example, the item identifiers in Fig. 1 will mainly be in lxx numeric format and the elements in Fig. 4 will be mainly in 4xx numeric format.

La description qui suit fournit des détails spécifiques, tels que des types de matériaux et des conditions de traitement, afin de fournir une description approfondie de modes de réalisation de la présente invention et de leur mise en oeuvre. Cependant, un homme du métier comprendra que les modes de réalisation de la présente invention peuvent être mis en pratique sans utiliser ces détails spécifiques et conjointement avec des techniques de fabrication classiques. De plus, la description donnée dans le présent document ne forme pas un flux de processus complet pour la fabrication d'un dispositif ou d'un système à semi-conducteurs. Seules les actions et structures de processus nécessaires pour comprendre les modes de réalisation de la présente invention sont décrites en détail dans le présent document. Les matériaux décrits dans le présent document peuvent être formés (par exemple, déposés ou développés) par n'importe quelle technique appropriée comprenant, mais sans y être limitée, un revêtement par centrifugation, un revêtement à la racle, un traitement de Bridgeman et Czochralski, un dépôt chimique en phase vapeur ("CVD"), un dépôt chimique en phase vapeur amélioré par plasma ("PECVD"), un dépôt de couches atomiques ("ALD"), un ALD amélioré par plasma ou un dépôt physique en phase vapeur ("PVD"). Bien que les matériaux décrits et illustrés dans le présent document puissent être formés en tant que couches, les matériaux ne sont pas limités à des couches et peuvent être formés dans d'autres configurations tridimensionnelles. The following description provides specific details, such as types of materials and processing conditions, to provide a thorough description of embodiments of the present invention and their implementation. However, one skilled in the art will appreciate that the embodiments of the present invention can be practiced without using these specific details and in conjunction with conventional manufacturing techniques. In addition, the description given herein does not form a complete process flow for the manufacture of a semiconductor device or system. Only the actions and process structures necessary to understand the embodiments of the present invention are described in detail in this document. The materials described herein may be formed (e.g., deposited or developed) by any suitable technique including, but not limited to, spin coating, doctor blade coating, Bridgeman and Czochralski treatment. , chemical vapor deposition ("CVD"), plasma enhanced chemical vapor deposition ("PECVD"), atomic layer deposition ("ALD"), plasma enhanced ALD, or physical phase deposition steam ("PVD"). Although the materials described and illustrated herein may be formed as layers, the materials are not limited to layers and may be formed in other three-dimensional configurations.

Les termes tels que « horizontal » et « vertical », tels qu'utilisés dans le présent document, définissent des positions relatives d'éléments ou de structures par rapport à un plan principal ou une surface principale d'une structure semi-conductrice (par exemple, une tranche semi-conductrice, une puce, un substrat, etc.), indépendamment de l'orientation de la structure semi-conductrice, et sont des dimensions orthogonales interprétées par rapport à l'orientation de la structure décrite. Tels qu'utilisés dans le présent document, le terme « vertical » désigne et comprend une dimension sensiblement perpendiculaire à la surface principale d'une structure semi-conductrice, et le terme « horizontal » désigne une dimension sensiblement parallèle à la surface principale de la structure semi-conductrice. Telle qu'utilisée dans le présent document, l'expression « structure semi-conductrice » désigne et comprend n'importe quelle structure qui est utilisée pour la formation d'un dispositif à semi-conducteurs. Les structures semi-conductrices comprennent, par exemple, des puces et des tranches semi-conductrices (par exemple, des substrats de support et des substrats de dispositif), ainsi que des ensembles ou des structures composites qui comprennent deux puces et/ou tranches semi-conductrices ou plus intégrées de manière tridimensionnelle les unes avec les autres. Les structures semi-conductrices comprennent également des dispositifs à semi-conducteurs entièrement fabriqués, ainsi que des structures intermédiaires formées pendant la fabrication de dispositifs à semi-conducteurs. Les structures semi-conductrices peuvent comprendre des matériaux conducteurs, des matériaux semi-conducteurs, des matériaux non conducteurs (par exemple, des isolants électriques), et des combinaisons de ceux-ci. Telle qu'utilisée dans le présent document, l'expression « structure semi-conductrice traitée » comprend n'importe quelle structure semiqui comprend une ou plusieurs structures de moins partiellement formées. Les semi-conductrices traitées sont un sous-structures semi-conductrices, et toutes les semi-conductrices traitées sont des structures semi-conductrices. 20 Telle qu'utilisée dans le présent document, l'expression « semi-conducteur III-V » désigne et comprend n'importe quel matériau semi-conducteur qui est au moins principalement composé d'un ou de plusieurs éléments du groupe IIIA de la table 25 périodique (par exemple, B, Al, Ga, In et Ti) et d'un ou de plusieurs éléments du groupe VA de la table périodique (par exemple, N, P, As, Sb et Bi). Sauf spécification contraire, telle qu'utilisée dans le présent document, l'expression « coefficient de 30 dilatation thermique », lorsqu'elle est utilisée en relation avec un matériau ou une structure, désigne le coefficient de dilatation thermique linéaire moyen du matériau ou de la structure à température ambiante. Telle qu'utilisée dans le présent document, 35 l'expression « substrat fonctionnel », dans son sens le désigne et conductrice dispositif au structures ensemble de structures plus large, désigne et comprend n'importe quel substrat comprenant deux couches ou plus de matériau et qui est destiné à être utilisé en tant que substrat pour la fabrication d'un ou de plusieurs dispositifs à semi- conducteurs sur celui-ci. Les substrats fonctionnels comprennent, en tant qu'exemples non limitatifs, des substrats de type semi-conducteur sur isolant. Telle qu'utilisée dans le présent document, l'expression « rigidité suffisante » désigne une rigidité pour une structure semi-conductrice qui fournit une rigidité suffisante pour qu'un endommagement structurel du fait d'une déformation plastique ou élastique ne se produise pas dans la structure semi-conductrice pendant un traitement ou une manipulation ultérieur. En tant qu'exemples non limitatifs, cet endommagement structurel peut comprendre des dislocations, une fissuration, un endommagement du réseau cristallin, un voilement, un voilement longitudinal et une séparation des couches. Terms such as "horizontal" and "vertical", as used herein, define relative positions of elements or structures with respect to a main plane or a major surface of a semiconductor structure (for example, for example, a semiconductor wafer, a chip, a substrate, etc.), regardless of the orientation of the semiconductor structure, and are orthogonal dimensions interpreted with respect to the orientation of the described structure. As used herein, the term "vertical" refers to and includes a dimension substantially perpendicular to the major surface of a semiconductor structure, and the term "horizontal" refers to a dimension substantially parallel to the major surface of the semiconductor structure. semiconductor structure. As used herein, the term "semiconductor structure" refers to and includes any structure that is used for the formation of a semiconductor device. Semiconductor structures include, for example, chips and semiconductor wafers (for example, support substrates and device substrates), as well as composite assemblies or structures that include two chips and / or semi-wafers. -conductors or more integrated three-dimensionally with each other. Semiconductor structures also include fully-manufactured semiconductor devices, as well as intermediate structures formed during the fabrication of semiconductor devices. The semiconductor structures may include conductive materials, semiconductor materials, non-conductive materials (e.g., electrical insulators), and combinations thereof. As used herein, the term "treated semiconductor structure" includes any semicircle structure comprising one or more less partially formed structures. The semiconductors treated are a semiconductor substructure, and all semiconductors treated are semiconductor structures. As used herein, the term "III-V semiconductor" refers to and includes any semiconductor material that is at least predominantly composed of one or more elements of Group IIIA of the present invention. periodic table (e.g., B, Al, Ga, In and Ti) and one or more members of the group VA of the periodic table (e.g., N, P, As, Sb and Bi). Unless otherwise specified, as used herein, the term "coefficient of thermal expansion", when used in connection with a material or structure, refers to the average linear thermal expansion coefficient of the material or material. the structure at room temperature. As used herein, the term " functional substrate ", in its meaning, refers to and refers to any substrate comprising two or more layers of material. which is intended to be used as a substrate for the manufacture of one or more semiconductor devices thereon. Functional substrates include, as nonlimiting examples, semiconductor-on-insulator substrates. As used herein, the term "sufficient rigidity" refers to a stiffness for a semiconductor structure that provides sufficient rigidity for structural damage due to plastic or elastic deformation not to occur in the structure. the semiconductor structure during further processing or manipulation. As non-limiting examples, this structural damage may include dislocations, cracking, damage to the crystal lattice, buckling, longitudinal buckling, and layer separation.

Les divers modes de réalisation de la présente invention concernent des substrats fonctionnels et des procédés de production des substrats fonctionnels qui réalisent un substrat de base approprié avec un CTE qui correspond étroitement à un CTE du substrat fonctionnel. Les modes de réalisation de l'invention peuvent avoir des applications dans une large gamme de matériaux à base de silicium, de germanium, de carbure de silicium et de matériaux semi-conducteurs des groupes III-V en tant que substrats. Par exemple, les procédés et les structures des modes de réalisation de l'invention peuvent être appliqués à des nitrures III, des arséniures III, des phosphures III et des antimoniures III, sous une forme binaire, ternaire, quaternaire et quinaire. The various embodiments of the present invention relate to functional substrates and methods for producing functional substrates that provide a suitable base substrate with a CTE that closely matches a CTE of the functional substrate. Embodiments of the invention may have applications in a wide range of silicon, germanium, silicon carbide and III-V semiconductor materials as substrates. For example, the methods and structures of the embodiments of the invention can be applied to nitrides III, arsenides III, phosphides III and antimonides III, in binary, ternary, quaternary and quinary forms.

La figure 2 est un dessin en _ coupe transversale simplifié d'une structure de donneur 210 avec une zone affaiblie 220 pour créer une couche de transfert 230. En tant qu'exemples non limitatifs, un processus de détachement décrit dans le présent document peut utiliser une technologie SMART-CUTTM. Ces processus sont décrits en détail, par exemple, dans le brevet US n° RE39 484 de Bruel, le brevet US n° 6 303 468 d'Aspar et d'autres, le brevet US n° 6 335 258 d'Aspar et d'autres, le brevet US n° 6 756 286 de Moriceau et d'autres, le brevet US n° 6 809 044 d'Aspar et d'autres, le brevet US n° 6 946 365 d'Aspar et d'autres, le brevet US n° 7 531 428 de Dupont, le brevet US n° 6 858 107 de Ghyselen et d'autres, et le brevet US n° 6 867.067 de Ghyselen et d'autres. Cependant, on devrait comprendre que d'autres processus appropriés pour la fabrication d'une tranche semi-conductrice en un matériau composite qui comprennent l'utilisation de zones affaiblies prédéterminées pourraient également être utilisés. Pour effectuer ce processus de détachement, une zone affaiblie 220 prédéterminée peut être formée dans la structure de donneur 210. La figure 2 montre l'utilisation de la technologie SMART-CUTTM dans laquelle des espèces atomiques 250, telles qu'un ou plusieurs ions d'hydrogène, ions d'hélium ou d'autres ions de gaz inertes, sont implantées à travers une surface de fixation 240 en une dose et avec une énergie pour créer la zone affaiblie 220 dans la structure de donneur 130. La zone affaiblie 220 est sensiblement parallèle à la surface de fixation principale 240 et à une profondeur prédéterminée basée sur les paramètres du processus d'implantation d'espèces atomiques. La couche de transfert 230 est ainsi formée entre la surface de fixation 240 et la zone affaiblie 220. De _pLus , une structure_ de donneur_ résiduelle _est formée entre la zone affaiblie 220 et une surface opposée à la surface de fixation 240. La structure de donneur 210 comprend un matériau semi-conducteur et, dans certains modes de réalisation, peut comprendre du silicium, du germanium, un nitrure du groupe III (par exemple, du GaN, InGaN, AlGaN), et du SiC. Le matériau semi-conducteur peut être non dopé ou, pour certaines applications, dopé n+ ou p+. Le semi-conducteur peut être une tranche semi-conductrice autoporteuse comme montré sur la figure 2 ou une structure de gabarit, par exemple, du GaN sur une base de saphir. La structure de donneur 210 peut également comprendre au moins une partie d'un lingot (ou préforme) de matériau semi-conducteur et, dans certains modes de réalisation, ladite au moins une partie du lingot (ou préforme) peut comprendre du silicium, du germanium, un nitrure du groupe III (par exemple, du GaN, InGaN, AlGaN), et du SiC. Le lingot (ou préforme) peut comprendre une structure telle que celles décrites dans le brevet US n° 6 858 107 de Ghyselen et d'autres et le brevet US n° 6 867 067 de Ghyselen et d'autres. Si la structure de donneur 210 est un matériau de nitrure III, la polarité de la surface implantée devrait être prise en considération pour déterminer la polarité du substrat composite final. En tant qu'exemple non limitatif, une structure de donneur en GaN peut être utilisée pour développer une face de gallium polaire ou une face d'azote polaire pour un traitement subséquent. En tant qu'autre exemple non limitatif, une structure de donneur en InGaN peut être utilisée pour développer une face métallique polaire ou une face d'azote polaire pour un traitement subséquent. Pour un transfert de couche classique sur une tranche semi-conductrice de support, un processus de lia_on __e_scéné~le~net uti]_is suivi-dom la_sli~isi~n de la tranche semi-conductrice implantée au moyen d'un certain traitement thermique. Le processus de liaison nécessite que les surfaces à lier soient de grande qualité pour éviter des défauts de grandes aires (zones non transférées), tandis que les coefficients de dilatation thermique (CTE) des deux tranches semi-conductrices ne devraient pas être trop différents pour éviter une rupture de tranche en conséquence du processus de division. Pour certaines applications, une liaison conductrice d'un matériau semi-conducteur à un substrat conducteur est souhaitable pour construire des structures de dispositif verticales, c'est-à-dire, des dispositifs qui ont la zone active à proximité de la surface de la couche semi-conductrice et une zone de contact à proximité de l'interface du semi-conducteur avec le substrat ou avec la tranche semi-conductrice de support. Cependant, une telle approche est difficile à réaliser étant donné qu'aujourd'hui la plupart des processus de liaison impliquent des couches de dioxyde de silicium (SiO2) sur les faces de liaison pour une liaison de haute qualité. Cependant, le un isolant et rendra la conduction électrique de plus, empêchera une dissipation thermique efficace du dispositif vers le substrat. En conséquence, les modes de réalisation de la présente invention fournissent des structures et des 30 traitements pour réaliser une structure de support qui peut effectuer une dissipation thermique et avec un CTE qui correspond étroitement à un CTE de la couche de transfert 230. Dans certains modes de réalisation, un contact électrique peut être développé, par exemple, un 35 contact ohmique ou Schottky, entre la couche de garantir SiO2 est difficile, voire impossible et, transfert _2.3 0 et une_ couche de support métallique . SZn - contact ohmique (c'est-à-dire, un contact avec une résistance indépendante de la tension) est développé au niveau d'une jonction métal-semi-conducteur si la hauteur de la barrière Schottky est nulle ou négative. Autrement dit, un contact ohmique aura des caractéristiques de courant en fonction de la tension qui sont sensiblement linéaires et symétriques. Dans de tels cas, les porteurs sont libres de circuler dans ou hors du semi-conducteur de sorte qu'il y a une résistance minimale à travers le contact ohmique. Les figures 3A et 3B sont des dessins en coupe transversale simplifiés illustrant le développement d'un substrat composite avec une couche métallique réfractaire 280 et une couche de transfert 230 selon un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention. La couche métallique réfractaire 310 peut être formée avec une épaisseur suffisante pour former un substrat de support métallique avec une rigidité suffisante pour réaliser un support structurel pour la couche de transfert 230. La couche métallique réfractaire 310 est formée sur la surface de fixation 240 par un processus approprié pour réaliser un contact électrique, par exemple un contact ohmique, entre la couche métallique réfractaire 310 et la couche de transfert 230. Avant le dépôt de la couche métallique réfractaire 310, la surface du semi-conducteur peut nécessiter un traitement pour retirer tout oxyde de surface qui peut nuire à la qualité de la couche métallique réfractaire 310, par exemple, une couche d'oxyde de gallium mince peut devoir être retirée avant de déposer la couche métallique réfractaire 310 et pour la formation d'un contact électrique, par exemple, d'un contact ohmique. _La_ strucfur_e ratière de la structure de donneur 210 et du substrat de support métallique 310 peut être placée dans un four (non montré) et chauffée de sorte que la zone affaiblie 220 puisse être affaiblie davantage. Avec l'affaiblissement, la couche de transfert 230 et le substrat de support métallique 310 associé peuvent être séparés de la structure de donneur au niveau de la zone affaiblie 220. Au lieu de fournir une énergie thermique, une énergie supplémentaire sous d'autres formes, par exemple, une énergie mécanique, une énergie chimique, ou une combinaison d'énergies thermique, mécanique et chimique, pourrait être utilisée pendant les actions d'affaiblissement et de détachement. FIG. 2 is a simplified cross-sectional drawing of a donor structure 210 with a weakened area 220 to create a transfer layer 230. As non-limiting examples, a detachment process described herein may be used. SMART-CUTTM technology. These processes are described in detail, for example, in US Pat. No. RE39,484 to Bruel, U.S. Patent No. 6,303,468 to Aspar and Others, U.S. Patent No. 6,335,258 to Aspar and US Pat. others, U.S. Patent No. 6,756,286 to Moriceau et al., U.S. Patent No. 6,809,044 to Aspar et al., U.S. Patent No. 6,946,365 to Aspar and others, U.S. Patent No. 7,531,428 to Dupont, U.S. Patent No. 6,858,107 to Ghyselen and others, and U.S. Patent No. 6,867,067 to Ghyselen and others. However, it should be understood that other suitable processes for manufacturing a semiconductor wafer of a composite material that include the use of predetermined weakened areas could also be used. To perform this detachment process, a predetermined weakened zone 220 may be formed in the donor structure 210. FIG. 2 shows the use of SMART-CUTTM technology in which atomic species 250, such as one or more hydrogen, helium ions, or other inert gas ions are implanted through a fixation surface 240 in a dose and with an energy to create the weakened zone 220 in the donor structure 130. The weakened zone 220 is substantially parallel to the main attachment surface 240 and at a predetermined depth based on the parameters of the atomic species implantation process. The transfer layer 230 is thus formed between the attachment surface 240 and the weakened area 220. In addition, a residual donor structure is formed between the weakened area 220 and a surface opposite the attachment surface 240. The donor structure 210 comprises a semiconductor material and, in some embodiments, may include silicon, germanium, group III nitride (eg, GaN, InGaN, AlGaN), and SiC. The semiconductor material may be undoped or, for some applications, doped n + or p +. The semiconductor may be a self-supporting semiconductor wafer as shown in Figure 2 or a template structure, for example, GaN on a sapphire base. The donor structure 210 may also comprise at least a portion of an ingot (or preform) of semiconductor material and, in some embodiments, said at least a portion of the ingot (or preform) may comprise silicon, germanium, a Group III nitride (eg, GaN, InGaN, AlGaN), and SiC. The ingot (or preform) may comprise a structure such as those described in U.S. Patent No. 6,858,107 to Ghyselen and others and U.S. Patent No. 6,867,067 to Ghyselen and others. If the donor structure 210 is a nitride material III, the polarity of the implanted surface should be considered to determine the polarity of the final composite substrate. As a non-limiting example, a GaN donor structure may be used to develop a polar gallium face or a polar nitrogen face for subsequent treatment. As another non-limiting example, an InGaN donor structure may be used to develop a polar metal face or a polar nitrogen face for subsequent treatment. For a conventional layer transfer on a support semiconductor wafer, a process of lia_on __e_scene ~ le ~ net uti] _is followed-dom la_sli ~ isi ~ n of the semiconductor wafer implanted by means of a certain heat treatment . The binding process requires that the surfaces to be bonded be of high quality to avoid defects of large areas (non-transferred areas), whereas the thermal expansion coefficients (CTE) of the two semiconductor wafers should not be too different for avoid a slice breakage as a result of the splitting process. For some applications, a conductive connection of a semiconductor material to a conductive substrate is desirable for constructing vertical device structures, i.e., devices that have the active area near the surface of the device. semiconductor layer and a contact area near the interface of the semiconductor with the substrate or with the carrier semiconductor wafer. However, such an approach is difficult to achieve since today most bonding processes involve layers of silicon dioxide (SiO2) on the bonding faces for high quality bonding. However, the one insulator will make electrical conduction more, will prevent efficient heat dissipation of the device to the substrate. Accordingly, the embodiments of the present invention provide structures and processes for providing a support structure that can perform heat dissipation and with a CTE that closely matches a CTE of the transfer layer 230. In one embodiment, an electrical contact may be developed, for example, ohmic or Schottky contact, between the SiO 2 layer is difficult, if not impossible, and transfer and a metal support layer. SZn - ohmic contact (ie, contact with voltage-independent resistance) is developed at a metal-semiconductor junction if the height of the Schottky barrier is zero or negative. In other words, an ohmic contact will have current characteristics as a function of the voltage that are substantially linear and symmetrical. In such cases, the carriers are free to flow in or out of the semiconductor so that there is minimal resistance across the ohmic contact. FIGS. 3A and 3B are simplified cross-sectional drawings illustrating the development of a composite substrate with a refractory metal layer 280 and a transfer layer 230 according to one or more embodiments of the invention. The refractory metal layer 310 may be formed with a thickness sufficient to form a metal support substrate with sufficient rigidity to provide structural support for the transfer layer 230. The refractory metal layer 310 is formed on the attachment surface 240 by a process suitable for making an electrical contact, for example an ohmic contact, between the refractory metal layer 310 and the transfer layer 230. Before the deposition of the refractory metal layer 310, the surface of the semiconductor may require treatment to remove any surface oxide which may impair the quality of the refractory metal layer 310, for example, a thin gallium oxide layer may have to be removed before depositing the refractory metal layer 310 and for the formation of an electrical contact, by example, ohmic contact. The structure of the donor structure 210 and the metal support substrate 310 can be placed in a furnace (not shown) and heated so that the weakened zone 220 can be further weakened. With the weakening, the transfer layer 230 and the associated metallic support substrate 310 can be separated from the donor structure at the weakened zone 220. Instead of providing thermal energy, additional energy in other forms for example, a mechanical energy, a chemical energy, or a combination of thermal, mechanical and chemical energies could be used during the weakening and detachment actions.

Les structures ainsi formées après la séparation sont une structure de donneur résiduelle (non montrée) capable de donner d'autres couches de transfert minces et un substrat composite 450 comprenant le substrat de support métallique 310 et la couche de transfert 230. The structures thus formed after separation are a residual donor structure (not shown) capable of providing other thin transfer layers and a composite substrate 450 comprising the metal support substrate 310 and the transfer layer 230.

En tant qu'exemples non limitatifs, la couche de transfert 230 peut avoir une épaisseur inférieure à 1000 nanomètres et plus vraisemblablement une épaisseur d'environ 500 nanomètres. Comme montré sur la figure 3B, le substrat composite 450 peut être retourné pour un traitement supplémentaire sur la surface exposée de la couche de transfert 230. Avant d'effectuer d'autres étapes de traitement, le substrat composite 450 peut recevoir un traitement de surface, tel que, par exemple, un polissage, un nettoyage ou une combinaison de ceux-ci. Un traitement supplémentaire peut comprendre, en tant qu'exemple non limitatif, l'ajout de structures de dispositif sur la structure composite. Les structures de dispositif peuvent comprendre de multiples couches de matériau semi-conducteur dopé, de matériau semi- conducteur non dopé, et des zones actives comme__cela_ est connu dans l'art pour produire des éléments électroniques, des éléments photoniques, et des combinaisons de ceux-ci. As non-limiting examples, the transfer layer 230 may have a thickness of less than 1000 nanometers and more likely a thickness of about 500 nanometers. As shown in FIG. 3B, the composite substrate 450 can be inverted for further processing on the exposed surface of the transfer layer 230. Prior to performing other processing steps, the composite substrate 450 can receive a surface treatment , such as, for example, polishing, cleaning or a combination thereof. Additional processing may include, as a non-limiting example, the addition of device structures to the composite structure. The device structures may include multiple layers of doped semiconductor material, undoped semiconductor material, and active areas as is known in the art for producing electronic elements, photonic elements, and combinations of those -this.

Les figures 4A à 4C sont des dessins en coupe transversale simplifiés illustrant le développement d'un substrat composite 450 avec une couche métallique réfractaire 310, une couche de transfert 230 et une couche de contact 410 entre elles selon un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention. Dans les modes de réalisation des figures 4A à 4C, une couche de contact 410 de métal est déposée sur la surface de fixation 240. Cette couche de contact 410 est configurée pour réaliser un contact ohmique qui est de haute qualité (par exemple, de faible résistance) entre la couche de transfert 230 et la couche de contact 410. En tant qu'exemple non limitatif, si le matériau de donneur est du GaN dopé n+, alors la couche métallique de contact peut être, par exemple, un empilage de Ti/Al/Ni/Au ou un empilage de Ti/Al lorsque l'utilisation d'or peut être néfaste pour la performance du dispositif. En tant qu'autre exemple non limitatif, si le matériau de donneur est du GaN dopé p+, alors la couche métallique de contact peut être, par exemple, un empilage de Ni/Au ou du Ni (le premier métal dans la liste étant le plus proche du semi- conducteur). Avant le dépôt de la couche de contact 410, la surface du semi-conducteur peut devoir être traitée pour retirer tout oxyde de surface ou toutes autres couches superficielles qui peuvent nuire à la qualité de la couche de contact 410, par exemple, une couche d'oxyde de gallium mince peut devoir être retirée avant le dépôt de la couche de contact 410. La couche de contact 410 peut être déposée par revêtement par pulvérisation, par évaporation thermique, par évaporation par faisceau électronique, etc. Dans certains modes de réalisation, la couche de contact 410 peut également fonctionner en tant qu'un métal germe pour le dépôt subséquent d'un support métallique épais, un tel germe peut améliorer l'adhérence avec la couche de transfert 230 et améliorer les propriétés de conduction électrique avec la couche de transfert 230. La couche de contact 410 peut être aussi mince que quelques monocouches. Dans certains modes de réalisation, la couche de contact 410 peut avoir une épaisseur d'environ un nanomètre à environ 50 nanomètres. Comme montré sur la figure 4B, une couche métallique réfractaire 310 est formée sur la couche de contact 410 par un processus approprié pour réaliser un couplage à faible impédance entre la couche métallique réfractaire 310 et la couche de contact 410. Dans les modes de réalisation des figures 4A à 4C, la combinaison de la couche de contact 410 et de la couche métallique réfractaire 310 peut être appelée dans le présent document substrat de support métallique 310A. La structure entière de la structure de donneur 210 et du substrat de support métallique 310A peut être placée dans un four (non montré) et chauffée de sorte que la zone affaiblie 220 puisse être affaiblie davantage. Avec l'affaiblissement, la couche de transfert 230 et le substrat de support métallique 310A associé peuvent être séparés de la structure de donneur au niveau de la zone affaiblie 220. Au lieu de fournir une énergie thermique, une énergie supplémentaire sous d'autres formes, par exemple, une énergie mécanique, une énergie chimique, ou une combinaison d'énergie thermique, mécanique et chimique, pourrait être utilisée pendant les étapes d'affaiblissement et de détachement. FIGS. 4A to 4C are simplified cross-sectional drawings illustrating the development of a composite substrate 450 with a refractory metal layer 310, a transfer layer 230 and a contact layer 410 therebetween according to one or more embodiments of the invention. 'invention. In the embodiments of Figs. 4A to 4C, a metal contact layer 410 is deposited on the attachment surface 240. This contact layer 410 is configured to provide ohmic contact which is of high quality (e.g. resistance) between the transfer layer 230 and the contact layer 410. As a non-limiting example, if the donor material is n + doped GaN, then the metal contact layer may be, for example, a Ti stack. / Al / Ni / Au or a stack of Ti / Al when the use of gold can be detrimental to the performance of the device. As another non-limiting example, if the donor material is p + doped GaN, then the metal contact layer may be, for example, a stack of Ni / Au or Ni (the first metal in the list being the closer to the semiconductor). Before the deposition of the contact layer 410, the surface of the semiconductor may need to be treated to remove any surface oxide or other surface layers that may adversely affect the quality of the contact layer 410, for example Thin gallium oxide may need to be removed prior to the deposition of the contact layer 410. The contact layer 410 may be deposited by spray coating, thermal evaporation, electron beam evaporation, etc. In some embodiments, the contact layer 410 may also function as a seed metal for the subsequent deposition of a thick metal support, such a seed can improve adhesion with the transfer layer 230 and improve the properties. electrical conduction with the transfer layer 230. The contact layer 410 may be as thin as some monolayers. In some embodiments, the contact layer 410 may have a thickness of about one nanometer to about 50 nanometers. As shown in FIG. 4B, a refractory metal layer 310 is formed on the contact layer 410 by a suitable process for performing a low impedance coupling between the refractory metal layer 310 and the contact layer 410. In embodiments of FIGS. 4A to 4C, the combination of the contact layer 410 and the refractory metal layer 310 may be referred to herein as metallic support substrate 310A. The entire structure of the donor structure 210 and the metal support substrate 310A can be placed in a furnace (not shown) and heated so that the weakened area 220 can be further weakened. With the weakening, the transfer layer 230 and the associated metal support substrate 310A can be separated from the donor structure at the weakened zone 220. Instead of providing thermal energy, additional energy in other forms for example, mechanical energy, chemical energy, or a combination of thermal, mechanical, and chemical energy could be used during the decay and detachment steps.

Les- stxur.tnres ainsi- foxmées apr.s sa s_éparati on sont une structure de donneur résiduelle (non montrée) capable de donner d'autres couches de transfert minces et un substrat composite 450 comprenant la couche métallique réfractaire 310, la couche de contact 410 et la couche de transfert 230. En tant qu'exemples non limitatifs, la couche de transfert 230 peut avoir une épaisseur inférieure à 1000 nanomètres et plus vraisemblablement une épaisseur d'environ 500 nanomètres. Comme montré sur la figure 4C, le substrat composite 450 peut être retourné pour un traitement supplémentaire sur la surface exposée de la couche de transfert 230. Avant d'effectuer d'autres étapes de traitement, le substrat composite 450 peut recevoir un traitement de surface, tel que, par exemple, un polissage, un nettoyage ou une combinaison de ceux-ci. Le traitement supplémentaire peut comprendre, en tant qu'exemple non limitatif, l'ajout de structures de dispositif sur la structure composite. Les structures de dispositif peuvent comprendre de multiples couches de matériau semi-conducteur dopé, de matériau semi-conducteur non dopé, et des zones actives comme cela est connu dans l'art pour produire des éléments électroniques, des éléments photoniques et des combinaisons de ceux-ci. La structure de donneur résiduelle peut être réutilisée pour former des structures composites supplémentaires en répétant le processus tel qu'illustré sur la figure 2 et les figures 3A et 3B ou sur la figure 2 et les figures 4A et 4C. Avant d'effectuer d'autres étapes de traitement, la structure de donneur résiduelle peut devoir recevoir un traitement de surface, tel que, par exemple, un polissage, un nettoyage_ou une combinaison_ de ceux-ci, afin de rétablir la qualité de surface d'origine. Dans les deux modes de réalisation des figures 3A et 3B et des figures 4A à 4C, la couche métallique réfractaire 310 devrait être capable de rester stable chimiquement et physiquement à des températures suffisamment élevées pour un traitement subséquent, tel que, par exemple, le chauffage pour la séparation et la croissance/le dépôt/le traitement de couches supplémentaires. En tant qu'exemple non limitatif, pour un traitement subséquent d'ajout de couches de GaN, la couche métallique réfractaire 310 devrait être capable de résister à des températures dans la plage d'environ 900 °C à environ 1100 °C. De plus, pour un traitement subséquent, la couche métallique réfractaire 310 devrait être capable de résister à l'environnement chimique dans l'équipement de croissance/dépôt/traitement supplémentaire. La couche métallique réfractaire 310 peut être suffisamment épaisse pour fournir une rigidité suffisante pour réaliser un support structurel pour la couche de transfert 230. En tant qu'exemples non limitatifs, la couche métallique réfractaire 310 peut avoir une épaisseur entre environ 10 microns et environ 150 microns et plus vraisemblablement une épaisseur entre environ 10 microns et environ 20 microns. En tant qu'exemples non limitatifs, la couche métallique réfractaire 310 peut être déposée par des procédés de revêtement par pulvérisation, de revêtement par pulvérisation au plasma ou de dépôt (par exemple, un dépôt chimique sans courant et un dépôt électrolytique). La couche métallique réfractaire 310 peut avoir un CTE adapté qui correspond étroitement à un CTE de la couche de transfert 230, par exemple, pour éviter une contrainte_ et une fissura_tion__pendan_t des _racessus de croissance subséquents. Le tableau 1 énumère des valeurs de CTE pour certains matériaux non limitatifs pour la couche de transfert 230 et la couche métallique réfractaire 310. Matériau CTE (10-6/°K) GaN 5,6 SiC 4,5 Tungstène 4,5 Molybdène 5,4 Hafnium 6,1 Rhénium 6,2 Tantale 6,5 Zirconium 5,9 TABLEAU 1 The capsules thus formed after its separation are a residual donor structure (not shown) capable of providing other thin transfer layers and a composite substrate 450 comprising the refractory metal layer 310, the contact layer. 410 and the transfer layer 230. As non-limiting examples, the transfer layer 230 may have a thickness of less than 1000 nanometers and more likely a thickness of about 500 nanometers. As shown in FIG. 4C, the composite substrate 450 can be inverted for further processing on the exposed surface of the transfer layer 230. Prior to performing other processing steps, the composite substrate 450 can receive a surface treatment , such as, for example, polishing, cleaning or a combination thereof. The additional processing may include, as a non-limiting example, the addition of device structures to the composite structure. The device structures may include multiple layers of doped semiconductor material, undoped semiconductor material, and active areas as known in the art to produce electronic elements, photonic elements, and combinations of those -this. The residual donor structure may be reused to form additional composite structures by repeating the process as illustrated in Figure 2 and Figures 3A and 3B or Figure 2 and Figures 4A and 4C. Prior to performing other processing steps, the residual donor structure may need to be surface treated, such as, for example, polishing, cleaning, or a combination thereof, in order to restore the surface quality of the surface. 'origin. In both embodiments of FIGS. 3A and 3B and FIGS. 4A to 4C, the refractory metal layer 310 should be able to remain chemically and physically stable at sufficiently high temperatures for subsequent processing, such as, for example, heating. for separation and growth / deposition / treatment of additional layers. As a non-limiting example, for subsequent GaN layer addition treatment, the refractory metal layer 310 should be capable of withstanding temperatures in the range of about 900 ° C to about 1100 ° C. In addition, for subsequent treatment, the refractory metal layer 310 should be able to withstand the chemical environment in the additional growth / deposition / processing equipment. The refractory metal layer 310 may be sufficiently thick to provide sufficient rigidity to provide structural support for the transfer layer 230. As non-limiting examples, the refractory metal layer 310 may have a thickness between about 10 microns and about 150 microns. microns and more likely a thickness between about 10 microns and about 20 microns. As non-limiting examples, the refractory metal layer 310 may be deposited by spray coating, plasma spray coating or deposition methods (e.g., electroless chemical deposition and electroplating). The refractory metal layer 310 may have a matched CTE that closely matches a CTE of the transfer layer 230, for example, to avoid stress and cracking of subsequent growth patterns. Table 1 lists CTE values for certain non-limiting materials for the transfer layer 230 and the refractory metal layer 310. Material CTE (10-6 / ° K) GaN 5.6 SiC 4.5 Tungsten 4.5 Molybdenum 5 , 4 Hafnium 6.1 Rhenium 6.2 Tantalum 6.5 Zirconium 5.9 TABLE 1

Dans certains modes de réalisation, le CTE de la couche métallique réfractaire 310 peut être dans les limites d'environ 20 % du CTE, ou dans les limites d'environ 10 % du CTE du matériau semi-conducteur de la couche de transfert 230. Ainsi, pour ces modes de réalisation, le tungstène, le molybdène et le zirconium utilisés en tant que couche métallique réfractaire 310 correspondraient étroitement à une couche de transfert 230 en SiC et, dans certains modes de réalisation, particulièrement en tungstène. De manière similaire, pour ces modes de réalisation, le zirconium, le hafnium, le rhénium et le tantale utilisés en tant que couche métallique réfractaire 310 correspondraient étroitement à une couche de transfert 230 en GaN et, dans certains modes de réalisation, particulièrement en molybdène. In some embodiments, the CTE of the refractory metal layer 310 may be within about 20% of the CTE, or within about 10% of the CTE of the semiconductor material of the transfer layer 230. Thus, for these embodiments, tungsten, molybdenum and zirconium used as the refractory metal layer 310 would closely match a SiC transfer layer 230 and, in some embodiments, particularly tungsten. Similarly, for these embodiments, zirconium, hafnium, rhenium and tantalum used as the refractory metal layer 310 would closely match a GaN transfer layer 230 and, in some embodiments, particularly molybdenum .

Etant donné que l'empilage semi-conducteur/métal est adapté quant au CTE, des couches épitaxiales epaisses _de matériau semi-conducteur pauvent- être-développées sur l'empilage sans fissuration afin d'achever la fabrication d'une structure de dispositif. Si nécessaire, une tranche métallique épaisse du même type que la couche métallique pulvérisée/évaporée peut servir de support pour augmenter la rigidité de l'empilage sans perdre ses propriétés avantageuses. Les figures 5A à 5C illustrent un substrat composite 450N avec une couche de transfert en nitrure de gallium (GaN) dopée n 230N et un dispositif photonique formés sur le substrat composite 450N selon un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention. Sur la figure 5A, le substrat composite 450N comprend une couche de transfert 230N d'une couche de GaN dopée n qui est du Ga polaire sur une couche de contact de Ti/Al/Ni/Au 410 sur une couche métallique réfractaire 310 (par exemple, du molybdène). La couche de transfert 230 peut être fournie par l'un ou l'autre d'un substrat en GaN n+ ou du GaN n+ (Ga polaire) sur un gabarit en saphir. Un transfert à partir du substrat en GaN n+ peut être effectué par implantation ionique dans le substrat à face polaire n. Le dépôt de la couche de contact 410 et de la couche métallique réfractaire 310 est suivi d'une séparation de couche de transfert entre la couche de transfert 230 et le substrat. Le transfert pour le GaN n+ sur un saphir serait effectué avec un transfert double pour fournir une couche de GaN n+ de Ga polaire sur le substrat composite. Since the semiconductor / metal stack is suitable for the CTE, thick epitaxial layers of semiconductor material can be developed on the stack without cracking in order to complete the fabrication of a device structure. If necessary, a thick metal wafer of the same type as the sputtered / evaporated metal layer can serve as a support for increasing the rigidity of the stack without losing its advantageous properties. FIGS. 5A to 5C illustrate a 450N composite substrate with a 230N-doped gallium nitride (GaN) transfer layer and a photonic device formed on the 450N composite substrate according to one or more embodiments of the invention. In FIG. 5A, the composite substrate 450N comprises a 230N transfer layer of an n-doped GaN layer which is polar Ga on a Ti / Al / Ni / Au contact layer 410 on a refractory metal layer 310 (by example, molybdenum). The transfer layer 230 may be provided by either of a GaN n + substrate or GaN n + (polar Ga) on a sapphire jig. A transfer from the GaN n + substrate can be carried out by ion implantation in the polar-face substrate n. The deposition of the contact layer 410 and the refractory metal layer 310 is followed by a transfer layer separation between the transfer layer 230 and the substrate. The transfer for GaN n + on a sapphire would be performed with a double transfer to provide a layer of GaN n + Ga of polar on the composite substrate.

La figure 5B illustre une structure de DEL, en tant que type de dispositif photonique, composé d'un dispositif à semi-conducteurs supplémentaire sur le substrat composite 450N. La structure de DEL comprend une région active, qui peut comprendre de multiples couches, telle que, par exemple, des puits quantiques disposés _sur la couche de_transfert en GaN dopée --n---230N. Une ou plusieurs couches de type p 520 sont disposées sur la couche active 510. Il en résulte une DEL formée par la couche de transfert en GaN dopée n 230N, la couche active 510 et la couche de type p 520. Une couche de contact 530 réalise une connexion électrique à la couche de type p 520. La structure de DEL résultante fournit une structure de diode verticale, qui, par opposition à la structure de diode de la figure 1, ne nécessite pas qu'une connexion électrique supplémentaire soit exposée sur les couches supérieures pour une connexion au côté n de la diode. La figure 5C illustre une autre action optionnelle pour inclure un substrat métallique épais 550. L'épaisseur du métal de support peut être augmentée par une liaison métal-métal entre la couche métallique réfractaire 310 déposée et le substrat métallique épais 550, cet épaississement du support métallique pouvant être effectué avant la formation de la couche de dispositif si le substrat métallique épais 550 est capable de résister aux conditions de croissance de réacteur corrosives. Les figures 6A à 6C illustrent un substrat composite 450P avec une couche de transfert en nitrure de gallium (GaN) dopée p 230P et un dispositif photonique formés sur le substrat composite 450P selon un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention. Les couches dans les modes de réalisation des figures 6A à 6C sont similaires à celles des modes de réalisation des figures 5A à 5C, excepté que la couche de transfert 230 comprend une couche de transfert en GaN dopée p 230P. Une couche de contact 410 correspondante peut être, par exemple, en Ni/Au. Figure 5B illustrates an LED structure, as a type of photonic device, composed of an additional semiconductor device on the 450N composite substrate. The LED structure comprises an active region, which may comprise multiple layers, such as, for example, quantum wells disposed on the doped GaN transfer layer --n --- 230N. One or more p-type layers 520 are disposed on the active layer 510. The result is an LED formed by the n-doped GaN transfer layer 230N, the active layer 510 and the p-type layer 520. A contact layer 530 makes an electrical connection to the p-type layer 520. The resulting LED structure provides a vertical diode structure, which, as opposed to the diode structure of Fig. 1, does not require that an additional electrical connection be exposed on the upper layers for a connection to the n side of the diode. FIG. 5C illustrates another optional action to include a thick metal substrate 550. The thickness of the support metal can be increased by a metal-metal bond between the deposited metal refractory layer 310 and the thick metal substrate 550, this thickening of the support metal can be made prior to formation of the device layer if the thick metal substrate 550 is capable of withstanding corrosive reactor growth conditions. FIGS. 6A to 6C illustrate a composite substrate 450P with a 230P doped gallium nitride (GaN) transfer layer and a photonic device formed on the composite substrate 450P according to one or more embodiments of the invention. The layers in the embodiments of Figs. 6A-6C are similar to those of the embodiments of Figs. 5A-5C, except that the transfer layer 230 comprises a 230P p-doped GaN transfer layer. A corresponding contact layer 410 may be, for example, Ni / Au.

La figure 6_B illustre une structure de DEL en tant-que dispositif photonique qui comprend une région active, qui peut comprendre de multiples couches, telles que, par exemple, des puits quantiques disposés sur la couche de transfert en GaN dopée p 230P. Une ou plusieurs couches de type n 620 sont disposées sur la couche active 610. Il en résulte une DEL formée par la couche de transfert en GaN dopée p 230P, la couche active 610 et la couche de type n 620. Une couche de contact 630 réalise une connexion électrique avec la couche de type n 620. La structure de DEL résultante fournit une structure de diode verticale, qui, par opposition à la structure de diode de la figure 1, ne nécessite pas qu'une connexion électrique supplémentaire soit exposée sur les couches supérieures pour une connexion au côté p de la diode. La figure 6C illustre une action optionnelle supplémentaire pour inclure un substrat métallique épais 650. L'épaisseur du métal de support peut être augmentée par une liaison métal-métal entre la couche métallique réfractaire 310 déposée et le substrat métallique épais 650, cet épaississement du support métallique pouvant être effectué avant la formation de la couche de dispositif si le substrat métallique épais 650 est capable de résister aux conditions de croissance de réacteur corrosives. Les figures 7A à 7C illustrent un substrat composite 450S avec une couche de transfert en carbure de silicium (SiC) 230S et un dispositif électronique de forte puissance formés sur le substrat composite 450S selon un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention. Le substrat composite 450S comprend la couche de transfert en SiC 230S sur la couche métallique réfractaire 310, par exemple, en tungstène 310T. Comme_on_peut 1e_ v_oir à parti r_ du ta hl Pau 1, la couche de transfert en SiC 230 et la couche métallique réfractaire en tungstène 310T sont adaptées quant au CTE de sorte que la couche de transfert en SiC 230 et le dispositif électronique de forte puissance formé sur celle-ci ne subissent que peu d'effets de contrainte, voire aucun des effets de contrainte dus à l'absence de correspondance en les CTE pendant la formation du dispositif. Figure 6_B illustrates an LED structure as a photonic device that includes an active region, which may include multiple layers, such as, for example, quantum wells disposed on the 230P p-doped GaN transfer layer. One or more n-type layers 620 are disposed on the active layer 610. The result is an LED formed by the p-doped GaN transfer layer 230P, the active layer 610 and the n-type layer 620. A contact layer 630 makes an electrical connection to the n-type layer 620. The resulting LED structure provides a vertical diode structure, which, as opposed to the diode structure of Fig. 1, does not require that an additional electrical connection be exposed on the upper layers for a connection to the p side of the diode. FIG. 6C illustrates an additional optional action to include a thick metal substrate 650. The thickness of the support metal can be increased by a metal-metal bond between the deposited metal refractory layer 310 and the thick metal substrate 650, this thickening of the support metal can be made prior to formation of the device layer if the thick metal substrate 650 is capable of withstanding corrosive reactor growth conditions. FIGS. 7A to 7C illustrate a composite substrate 450S with a 230S silicon carbide (SiC) transfer layer and a high power electronic device formed on the composite substrate 450S according to one or more embodiments of the invention. The composite substrate 450S comprises the SiC transfer layer 230S on the refractory metal layer 310, for example 310T tungsten. As can be seen from FIG. 1, the SiC transfer layer 230 and the 310T tungsten refractory metal layer are CTE adapted so that the SiC transfer layer 230 and the high power electronic device formed on this one undergo only few effects of constraint, or none of the effects of stress due to the absence of correspondence in the CTE during the formation of the device.

Comme illustré sur la figure 7B, un dispositif de puissance peut être formé avec une ou plusieurs couches de dispositif de puissance 710 sur la couche de transfert en SiC 230S. Une couche de contact 730 réalise une connexion électrique à la couche de dispositif de puissance 710. La figure 7C illustre une action supplémentaire optionnelle pour inclure un substrat métallique épais 750. L'épaisseur du métal de support peut être augmentée par une liaison métal-métal entre la couche métallique réfractaire 310 déposée et le substrat métallique épais 750, cet épaississement du support métallique pouvant être effectué avant la formation de la couche de dispositif si le substrat métallique épais 750 est capable de résister aux conditions de croissance de réacteur corrosives. Les figures 8A à 8D illustrent un substrat composite avec une couche de transfert en nitrure de gallium (GaN) dopée n 230 et un dispositif photonique formés sur le substrat composite 450, qui est retourné pour former un dispositif photonique à couche n vers le haut selon un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention. Les couches dans le mode de réalisation de la figure 8A sont similaires à celles des modes de réalisation de la figure 3B. Cependant, par opposition aux modes de réalisation des figures 4A_ à _6C, l-es-modes-_ de réalisation des figures 8A à 8D ne comprennent pas de couche de contact adjacente au substrat composite 450. Au lieu de cela, un dispositif photonique, tel que, par exemple, une DEL, peut être formé sur le matériau semi-conducteur 230, qui est formé en tant que couche de transfert en nitrure de gallium (GaN) dopée n 230N dans ce mode de réalisation. Comme montré sur la figure 8B, le dispositif photonique peut comprendre une région active 810, qui peut comprendre de multiples couches, telles que, par exemple, des puits quantiques disposés sur la couche de transfert en nitrure de gallium (GaN) de type n 230N. Une ou plusieurs couches en GaN de type p 820 peuvent être disposées sur la couche active 810. Il en résulte une DEL formée par la couche de transfert en nitrure de gallium (GaN) de type n 230N, la couche active 810 et la couche de type p 820. La structure de dispositif photonique étant formée, une couche de contact 840, telle que celles décrites ci-dessus, peut être formée sur la couche de GaN de type p 820 en réalisant une connexion électrique avec la couche de type p 820. Un dissipateur de chaleur, tel que, par exemple, un substrat métallique épais 850 peut être formé sur la couche de contact 810. La structure résultante peut être considérée comme étant retournée. La configuration retournée est illustrée sur la figure 8C. Le métal réfractaire 310 peut alors être retiré pour exposer la couche de transfert en nitrure de gallium (GaN) de type n 230N. La structure de DEL résultante fournit une structure de diode verticale, qui, par opposition à la structure de diode de la figure 1, ne nécessite pas qu'une connexion électrique supplémentaire soit exposée sur les couches supérieures pour une connexion au côté p de la diode. An lieu de cela, un contact avec le côté p de la diode peut être effectué à travers la couche de contact 840 et le substrat métallique épais 850. Une couche de contact 850 peut être formée pour réaliser une connexion électrique à une couche de transfert en nitrure de gallium (GaN) dopée n 230N. As illustrated in Fig. 7B, a power device may be formed with one or more power device layers 710 on the 230S SiC transfer layer. A contact layer 730 provides an electrical connection to the power device layer 710. Figure 7C illustrates an optional additional action to include a thick metal substrate 750. The thickness of the support metal can be increased by a metal-to-metal bond between the deposited refractory metal layer 310 and the thick metal substrate 750, this thickening of the metal support can be performed prior to formation of the device layer if the thick metal substrate 750 is capable of withstanding corrosive reactor growth conditions. FIGS. 8A-8D illustrate a composite substrate with an n-230 doped gallium nitride nitride (GaN) transfer layer and a photonic device formed on the composite substrate 450, which is inverted to form an upward n-layer photonic device according to one or more embodiments of the invention. The layers in the embodiment of Figure 8A are similar to those of the embodiments of Figure 3B. However, in contrast to the embodiments of Figs. 4A-6C, the embodiments of Figs. 8A-8D do not include a contact layer adjacent to the composite substrate 450. Instead, a photonic device, such as, for example, an LED, may be formed on the semiconductor material 230, which is formed as a n-230N doped gallium nitride (GaN) transfer layer in this embodiment. As shown in FIG. 8B, the photonic device may comprise an active region 810, which may comprise multiple layers, such as, for example, quantum wells disposed on the 230N n-type gallium nitride (GaN) transfer layer. . One or more p-type GaN layers 820 may be disposed on the active layer 810. This results in an LED formed by the 230N n-type gallium nitride nitride (GaN) transfer layer, the active layer 810 and the p type 820. The photonic device structure being formed, a contact layer 840, such as those described above, can be formed on the p-type GaN layer 820 by making an electrical connection with the p-type layer 820. A heat sink, such as, for example, a thick metal substrate 850 may be formed on the contact layer 810. The resulting structure may be considered as turned over. The returned configuration is illustrated in Figure 8C. The refractory metal 310 can then be removed to expose the 230N n-type gallium nitride (GaN) transfer layer. The resulting LED structure provides a vertical diode structure, which, as opposed to the diode structure of Fig. 1, does not require an additional electrical connection to be exposed on the upper layers for connection to the p side of the diode . Instead, contact with the p-side of the diode can be made through the contact layer 840 and the thick metal substrate 850. A contact layer 850 can be formed to provide an electrical connection to a transfer layer. gallium nitride (GaN) doped n 230N.

Claims (17)

REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un substrat semi-conducteur, REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un substrat semi-conducteur, consistant à : former une zone affaiblie dans une structure de donneur à une profondeur prédéterminée pour définir une couche de transfert entre une surface de fixation et la zone affaiblie et une structure de donneur résiduelle entre la zone affaiblie et une surface opposée à la surface de fixation ; former une couche métallique sur la surface de fixation, dans lequel la couche métallique fournit : un coefficient de dilatation thermique (CTE) adapté pour la couche métallique qui correspond étroitement à un CTE de la couche de transfert ; et une rigidité suffisante pour fournir un support structurel à la couche de transfert ; et séparer la couche de transfert de la structure de donneur au niveau de la zone affaiblie pour former un substrat composite comprenant la couche de transfert et la couche métallique. REVENDICATIONS1. Method of manufacturing a semiconductor substrate, Claims 1. A method of manufacturing a semiconductor substrate comprising forming a weakened area in a donor structure at a predetermined depth to define a transfer layer between a fixation surface and the weakened zone and a residual donor structure between the weakened area and a surface opposite to the attachment surface; forming a metal layer on the attachment surface, wherein the metal layer provides: a thermal expansion coefficient (CTE) adapted for the metal layer that closely matches a CTE of the transfer layer; and sufficient rigidity to provide structural support to the transfer layer; and separating the transfer layer from the donor structure at the weakened region to form a composite substrate comprising the transfer layer and the metal layer. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la formation de la couche métallique sur la surface de fixation comprend en outre la formation de la couche métallique pour réaliser un contact ohmique entre la couche métallique et la couche de transfert. The method of claim 1, wherein forming the metal layer on the attachment surface further comprises forming the metal layer to provide ohmic contact between the metal layer and the transfer layer. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la formation de la couche métallique sur la surface de fixation comprend en outre la formation de la couche métallique pour réaliser un contact Schottky entre la couche métallique et la couche de transfert. The method of claim 1, wherein forming the metal layer on the attachment surface further comprises forming the metal layer to make a Schottky contact between the metal layer and the transfer layer. 4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la formation de la zone affaiblie dans la structure de donneur comprend la formation de la zone affaiblie dans au moins une partie d'un lingot de matériau semi- conducteur ou d'une préforme de matériau semi-conducteur. The method of claim 1, wherein forming the weakened area in the donor structure comprises forming the weakened zone in at least a portion of a semiconductor material ingot or a semi-material preform. -driver. 5. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre la formation de la couche métallique en formant une couche de contact sur la surface de fixation, dans lequel la couche de contact réalise un contact électrique avec la couche de transfert ; et formant une couche métallique réfractaire couplée de manière conductive à la couche de contact et sur celle-ci, dans lequel la couche métallique réfractaire est relativement épaisse comparée à la couche de contact, fournit la rigidité suffisante et fournit le CTE adapté. The method of claim 1, further comprising forming the metal layer by forming a contact layer on the attachment surface, wherein the contact layer makes electrical contact with the transfer layer; and forming a refractory metal layer conductively coupled to and over the contact layer, wherein the refractory metal layer is relatively thick compared to the contact layer, provides sufficient rigidity and provides the adapted CTE. 6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le CTE adapté est dans les limites de 10 % du CTE de la couche de transfert. The method of claim 1, wherein the adapted CTE is within 10% of the CTE of the transfer layer. 7. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre la sélection de la structure de donneur dans le groupe consistant en le silicium, le germanium, le SiC, le GaN, l'AIN, l'InGaN et le GaAs. The method of claim 1, further comprising selecting the donor structure from the group consisting of silicon, germanium, SiC, GaN, AlN, InGaN and GaAs. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel la sélection de la structure de donneur comprend en outre la sélection de la structure de donneur avec une base de saphir fixée à la structure de donneur opposée à la surface de fixation. The method of claim 7, wherein the selection of the donor structure further comprises selecting the donor structure with a sapphire base attached to the donor structure opposite to the attachment surface. 9. Procédé selon la revendication 1, comprenant_._ en outre la sélection de la structure de donneur de manière à ce qu'elle comprenne du SiC et la sélection de la couche métallique de manière à ce qu'elle comprenne du tungstène ou du molybdène. The method of claim 1, further comprising selecting the donor structure to include SiC and selecting the metal layer to include tungsten or molybdenum. . 10. Procédé selon la revendication 9, comprenant en outre la sélection de la structure de donneur de manière à ce qu'elle comprenne du SiC et la sélection de la couche métallique de manière à ce qu'elle comprenne du tungstène. The method of claim 9, further comprising selecting the donor structure to include SiC and selecting the metal layer to include tungsten. 11. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre la sélection de la structure de donneur de manière à ce qu'elle comprenne du GaN et la sélection de la couche métallique de manière à ce qu'elle comprenne du molybdène, du zirconium, du hafnium, du rhénium ou du tantale. The method of claim 1, further comprising selecting the donor structure to include GaN and selecting the metal layer to include molybdenum, zirconium, hafnium, rhenium or tantalum. 12. Procédé selon la revendication 11, comprenant en outre la sélection de la structure de donneur de manière à ce qu'elle comprenne du GaN et la sélection de la couche métallique de manière à ce qu'elle comprenne du molybdène. The method of claim 11, further comprising selecting the donor structure to include GaN and selecting the metal layer to include molybdenum. 13. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre la formation de structures semi-conductrices supplémentaires dans la couche de transfert, sur la couche de transfert ou une combinaison de celles-ci. The method of claim 1, further comprising forming additional semiconductor structures in the transfer layer, on the transfer layer, or a combination thereof. 14. Substrat semi-conducteur, comprenant : un substrat de support métallique configuré pour fournir une rigidité suffisante au substrat semi-conducteur ; et 25 30 une couche de transfert comprenant. un matériau semi-conducteur en contact avec une surface de fixation du substrat de support métallique, dans lequel la couche de transfert est détachée d'une structure de donneur comprenant le matériau semi-conducteur et comprenant une zone affaiblie dans la structure de donneur à une profondeur prédéterminée de la surface de fixation pour définir la couche de transfert entre la surface de fixation et la zone affaiblie ; dans lequel un coefficient de dilatation thermique (CTE) adapté du substrat de support métallique correspond étroitement à un CTE de la couche de transfert. A semiconductor substrate, comprising: a metal support substrate configured to provide sufficient rigidity to the semiconductor substrate; and a transfer layer comprising. a semiconductor material in contact with an attachment surface of the metal support substrate, wherein the transfer layer is detached from a donor structure comprising the semiconductor material and comprising a weakened area in the donor structure at a predetermined depth of the attachment surface for defining the transfer layer between the attachment surface and the weakened area; wherein a thermal expansion coefficient (CTE) matched to the metal support substrate closely corresponds to a CTE of the transfer layer. 15. Substrat semi-conducteur selon la revendication 14, dans lequel le substrat de support métallique comprend : une couche de contact adjacente à la surface de fixation et réalisant un contact conducteur avec la 20 couche de transfert ; et une couche métallique réfractaire couplée de manière conductive à la couche de contact et adjacente à celle-ci, dans lequel la couche métallique réfractaire fournit la rigidité suffisante pour 25 réaliser un support structurel pour le substrat semi-conducteur et fournit le CTE adapté. The semiconductor substrate of claim 14, wherein the metal support substrate comprises: a contact layer adjacent to the attachment surface and providing conductive contact with the transfer layer; and a refractory metal layer conductively coupled to and adjacent the contact layer, wherein the refractory metal layer provides sufficient rigidity to provide structural support for the semiconductor substrate and provides the adapted CTE. 16. Substrat semi-conducteur selon la revendication 15, dans lequel le contact conducteur 30 comprend un contact ohmique. The semiconductor substrate of claim 15, wherein the conductive contact comprises an ohmic contact. 17. Substrat semi-conducteur selon la revendication 15, dans lequel le contact conducteur comprend un contact Schottky. 3518_._-S-ubst-r -t ÇPmi-candircteu-r --selon ---la revendication 15, dans lequel le CTE adapté est dans les limites de 20 % du CTE de la couche de transfert. 19. Substrat semi-conducteur selon la revendication 15, dans lequel la couche de transfert comprend du SiC et la couche métallique réfractaire comprend au moins l'un du tungstène, du molybdène et du zirconium. 20. Substrat semi-conducteur selon la revendication 15, dans lequel la couche de transfert comprend du GaN et la couche métallique réfractaire comprend au moins l'un du zirconium, du hafnium, du rhénium et du tantale. 21. Substrat semi-conducteur selon la revendication 15, dans lequel la couche de transfert comprend du GaN dopé n et la couche de contact comprend au moins l'un du titane, de l'aluminium, du nickel et de l'or. 22. Substrat semi-conducteur selon la revendication 15, dans lequel la couche de transfert comprend du GaN dopé p et la couche de contact comprend au moins l'un du nickel et de l'or. 23. Substrat semi-conducteur selon la revendication 15, comprenant en outre un substrat métallique épais couplé de manière conductive à la couche métallique réfractaire et adjacent à celle-ci. 24. Substrat semi-conducteur selon la revendication 14, dans lequel la couche de transfert 35 comprend du GaN dopé n et comprend en outre des couches de dispo _i t_,_f __ serai -r.enducteiars Intégrées sur 1 a couche de transfert pour former au moins un élément photonique. 25. Substrat semi-conducteur selon la revendication 14, dans lequel la couche de transfert comprend du GaN dopé p et comprend en outre des couches de dispositif à semi-conducteurs intégrées sur la couche de transfert pour former au moins un élément photonique. 26. Substrat semi-conducteur selon la revendication 14, dans lequel la couche de transfert comprend du SiC et comprend en outre des couches de dispositif à semi-conducteurs intégrées sur la couche de transfert pour former au moins un dispositif électronique de forte puissance. The semiconductor substrate of claim 15, wherein the conductive contact comprises a Schottky contact. The method according to claim 15, wherein the adapted CTE is within 20% of the CTE of the transfer layer. The semiconductor substrate of claim 15, wherein the transfer layer comprises SiC and the refractory metal layer comprises at least one of tungsten, molybdenum and zirconium. The semiconductor substrate of claim 15, wherein the transfer layer comprises GaN and the refractory metal layer comprises at least one of zirconium, hafnium, rhenium and tantalum. The semiconductor substrate of claim 15, wherein the transfer layer comprises n-doped GaN and the contact layer comprises at least one of titanium, aluminum, nickel and gold. The semiconductor substrate of claim 15, wherein the transfer layer comprises p-doped GaN and the contact layer comprises at least one of nickel and gold. The semiconductor substrate of claim 15, further comprising a thick metal substrate conductively coupled to and adjacent to the refractory metal layer. 24. The semiconductor substrate according to claim 14, wherein the transfer layer comprises n-doped GaN and further comprises layer-integrated layers on the transfer layer to form at least one photonic element. The semiconductor substrate of claim 14, wherein the transfer layer comprises p-doped GaN and further comprises semiconductor device layers integrated on the transfer layer to form at least one photonic element. The semiconductor substrate of claim 14, wherein the transfer layer comprises SiC and further comprises semiconductor device layers integrated on the transfer layer to form at least one high power electronic device.
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