FR2994615A1 - Method for planarizing epitaxial layer of structure to form photovoltaic cell in e.g. photovoltaic fields, involves removing masking layer to obtain surface of epitaxial layer whose protuberances exhibit height lower than height threshold - Google Patents
Method for planarizing epitaxial layer of structure to form photovoltaic cell in e.g. photovoltaic fields, involves removing masking layer to obtain surface of epitaxial layer whose protuberances exhibit height lower than height threshold Download PDFInfo
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Abstract
Description
La présente invention concerne un procédé de planarisation d'une couche épitaxiée, notamment en matériau III-V, en vue d'applications dans les domaines tels que la microélectronique, l'optronique ou le photovoltaïque. La présente invention concerne une structure de planarisation adaptée à la planarisation d'une couche épitaxiée. Les couches en matériau constitué d'alliage d'éléments III-V, tel que le GaN, InP, GaAs, GaInP, GalnAs, GalnAsP, InGaAs, AlAs, InAs, sont classiquement réalisés par épitaxie selon différentes techniques, telles que la MBE (acronyme anglais de Molecular Beam Epitaxy), la MOCVD (acronyme anglais de Metal Organic Chemical Vapor Deposition) ou la MOVPE (acronyme anglais de Metal Organic Vapor Phase Epitaxy) à partir de substrats support en matériau tel que l'InP, GaAs, saphir, ou le silicium. Or, ces couches ou empilements de couches obtenues par épitaxie présentent des défauts de croissance en surface, et notamment des défauts de type protubérances ou excroissances. Ces défauts peuvent atteindre latéralement plusieurs micromètres voire plusieurs centaines de micromètres, pour quelques nanomètres à quelques dizaines de micromètres de hauteur. Ces défauts ou protubérances sont répartis aléatoirement sur toute la surface de la couche épitaxiée. Typiquement, plus l'épaisseur de la couche épitaxiée est importante et plus les protubérances formées présentent une hauteur élevée. La présence de ces défauts de surface peut limiter, voire empêcher, l'utilisation de structures comportant des couches de matériaux III-V épitaxiées pour certaines applications, notamment lorsque des étapes de collage direct, de lithographie, de dépôts de couches minces ou autres étapes pour lesquelles une surface sensiblement plane est requise. Il n'est pas possible d'utiliser des techniques de polissage mécano-chimique (CMP de l'anglais Chem ical Physical Polishing) pour éliminer ces défauts. En effet, il est connu que pour planariser des surfaces par CMP, il est nécessaire de retirer au moins trois fois l'épaisseur des protubérances à lisser.The present invention relates to a planarization method of an epitaxial layer, in particular of III-V material, for applications in fields such as microelectronics, optronics or photovoltaics. The present invention relates to a planarization structure adapted to the planarization of an epitaxial layer. The layers made of III-V alloy material, such as GaN, InP, GaAs, GaInP, GalnAs, GalnAsP, InGaAs, AlAs, InAs, are conventionally produced by epitaxy using various techniques, such as MBE ( acronym for Molecular Beam Epitaxy), MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) or MOVPE (acronym for Metal Organic Vapor Phase Epitaxy) from support substrates made of material such as InP, GaAs, sapphire, or silicon. However, these layers or stacks of layers obtained by epitaxy have surface growth defects, and in particular defects of the protuberance or growth type. These defects can laterally reach several micrometers or even several hundred micrometers, for a few nanometers to a few tens of micrometers in height. These defects or protuberances are randomly distributed over the entire surface of the epitaxial layer. Typically, the greater the thickness of the epitaxial layer, the higher the protuberances formed. The presence of these surface defects can limit or even prevent the use of structures with layers of III-V epitaxial materials for certain applications, especially when direct bonding steps, lithography, thin film deposition or other steps for which a substantially planar surface is required. It is not possible to use chemical mechanical polishing (CMP) techniques to eliminate these defects. Indeed, it is known that to planarize surfaces by CMP, it is necessary to remove at least three times the thickness of the protuberances to be smoothed.
Ainsi pour des protubérances de l'ordre de 10 micromètres de hauteur, il faudrait enlever au moins 30 micromètres de matériau de la couche. Or, la couche épitaxiée est mince, son épaisseur est notamment de l'ordre de quelques dizaines de micromètres, voire d'une épaisseur inférieure. La technique CMP n'est donc pas utilisable sur ces couches, elle reviendrait 35 notamment à retirer beaucoup trop de matériau.Thus for protuberances of the order of 10 micrometers in height, at least 30 micrometers of material should be removed from the layer. However, the epitaxial layer is thin, its thickness is in particular of the order of a few tens of micrometers, or even of a lower thickness. The CMP technique is therefore not usable on these layers, it would in particular remove much too much material.
Une technique d'amincissement purement mécanique peut être envisagée bien que l'amincissement obtenu présente moins de un micromètre voire de deux micromètres de précision, sans diminution du nombre de protubérances. Ainsi, toutes les protubérances initiales subsisteraient à 5 l'amincissement avec une hauteur de 1 à 2 micromètres. Or le problème de la densité de protubérances (nombre de protubérances ramené à la surface de la couche épitaxiée) peut être très important : par exemple, le collage direct n'est pas réalisable dans le cas d'une densité supérieure à 1000 protubérances (de hauteur 1 à 2 pm) pour une surface d'un diamètre de 100 mm. Le collage 10 devient possible pour une densité inférieure à 500. Un des buts de l'invention est de pallier un ou plusieurs de ces inconvénients. A cet effet et selon un premier aspect, l'invention a pour objet un procédé de planarisation d'une couche épitaxiée comprenant les étapes consistant à : 15 a) Fournir une structure comprenant une couche épitaxiée comportant une surface plane de référence et dont une face exposée comprend des protubérances présentant une hauteur supérieure ou égale à une hauteur seuil par rapport à la surface plane de référence, b) Déposer une couche de masquage sur la face exposée de 20 sorte à recouvrir toutes les protubérances et à former une structure intermédiaire, c) Abraser la surface exposée de la structure intermédiaire jusqu'à former une ouverture traversant la couche de masquage au niveau de chacune des protubérances présentant une hauteur supérieure ou égale à la 25 hauteur seuil, d) Graver la couche épitaxiée au niveau de chaque ouverture traversant la couche de masquage jusqu'à atteindre la surface plane de référence, et e) Retirer la couche de masquage de sorte à obtenir une face 30 exposée de la couche épitaxiée dont les protubérances présentent une hauteur inférieure à la hauteur seuil. Dans l'ensemble de la demande, par l'expression 'surface plane de référence' on entend une surface de la couche épitaxiée majoritairement présente à la cote souhaitée. 35 Ainsi, cette méthode permet d'éliminer simplement et à bas coût les protubérances les plus gênantes sur la face exposée de la couche épitaxiée, c'est-à-dire les protubérances dont la hauteur est supérieure ou égale à une hauteur seuil pouvant gêner les étapes de procédé ultérieures, sans altérer la qualité du matériau, tout en conservant l'épaisseur initiale ou la cote souhaitée de la couche épitaxiée. Contrairement à l'amincissement 5 mécanique l'élimination des protubérances les plus gênantes est totale et la densité de protubérances résiduelles est ainsi diminuée. Il est important de noter que les protubérances résiduelles (de hauteur inférieure à la hauteur seuil) peuvent générer des défauts lors des étapes ultérieures, par contre grâce à l'invention ces défauts sont moins importants (en taille et densité) que 10 dans le cas où les étapes seraient appliquées directement sur les couches épitaxiées, ou même après un traitement par amincissement mécanique. De préférence, l'étape consistant à déposer la couche de masquage est obtenue par une méthode de type PVD (Physical Vapor Deposition) ou CVD (Chemical Vapor Deposition), telle que la PECVD( Plasma 15 Enhanced Chemical Vapor Deposition) ou l'évaporation. Ces techniques de dépôt sont peu couteuses et permettent un bon recouvrement des protubérances de la couche épitaxiée, notamment les flancs des protubérances, quelles que soit leurs formes, verticales, obliques, courbes ou autres. 20 Avantageusement, la couche de masquage est déposée sur une épaisseur inférieure à la hauteur seuil. Cette épaisseur suffit en effet pour masquer efficacement la surface de la couche épitaxiée et l'ensemble des protubérances. Elle limite de plus le coût de la couche de masquage par l'utilisation d'une faible quantité de matériau. 25 Selon une possibilité, l'étape consistant à abraser la surface exposée de la structure intermédiaire est obtenue par amincissement mécanique, telle que par rectification (ou grinding en anglais). Par exemple, une meule comportant des dents de différentes granulométries arase la face exposée de la structure intermédiaire qui est par 30 ailleurs maintenue par aspiration sur un support (par un chuck en anglais). Cette méthode permet un bon contrôle de l'uniformité et de l'épaisseur retirée pour atteindre la hauteur seuil souhaitée. De préférence, le matériau de la couche de masquage est choisi tel que sa dureté mécanique est similaire à celle du matériau de la couche 35 épitaxiée de sorte à favoriser un amincissement mécanique homogène de la face exposée de la structure intermédiaire. En effet, si la dureté du matériau de la couche de masquage est équivalente à celle du matériau des protubérances, la vitesse de l'amincissement sera similaire en tout point de la surface, qu'elle soit constituée de la couche de masquage et/ou de protubérances.A purely mechanical thinning technique can be envisaged although the thinning obtained has less than one micrometer or even two micrometers of precision, without reducing the number of protuberances. Thus, all initial protuberances would remain at thinning with a height of 1 to 2 micrometers. But the problem of the density of protuberances (number of protuberances brought to the surface of the epitaxial layer) can be very important: for example, direct bonding is not feasible in the case of a density greater than 1000 protuberances (of height 1 to 2 μm) for a surface with a diameter of 100 mm. Gluing 10 becomes possible for a density of less than 500. One of the aims of the invention is to overcome one or more of these disadvantages. For this purpose and according to a first aspect, the invention relates to a planarization method of an epitaxial layer comprising the steps of: a) providing a structure comprising an epitaxial layer comprising a flat reference surface and one face exposed comprises protuberances having a height greater than or equal to a threshold height with respect to the reference plane surface; b) depositing a masking layer on the exposed face so as to cover all the protuberances and to form an intermediate structure; ) Abrase the exposed surface of the intermediate structure to form an opening through the masking layer at each of the protuberances having a height greater than or equal to the threshold height, d) etching the epitaxial layer at each through aperture the masking layer until reaching the flat reference surface, and e) Remove the masking layer e so as to obtain an exposed face of the epitaxial layer whose protuberances have a height less than the threshold height. Throughout the application, the term "reference plane surface" is understood to mean a surface of the epitaxial layer predominantly present at the desired dimension. Thus, this method makes it possible to eliminate, simply and at low cost, the most troublesome protuberances on the exposed face of the epitaxial layer, that is to say the protuberances whose height is greater than or equal to a threshold height which may interfere with subsequent process steps, without altering the quality of the material, while maintaining the initial thickness or the desired dimension of the epitaxial layer. In contrast to mechanical thinning the removal of the most troublesome protuberances is complete and the density of residual protuberances is thereby reduced. It is important to note that the residual protuberances (of height less than the threshold height) can generate defects in subsequent steps, however, thanks to the invention these defects are less important (in size and density) than 10 in the case where the steps would be applied directly to the epitaxial layers, or even after mechanical thinning treatment. Preferably, the step of depositing the masking layer is obtained by a method of PVD (Physical Vapor Deposition) or CVD (Chemical Vapor Deposition) type, such as PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) or evaporation. . These deposition techniques are inexpensive and allow a good recovery of the protuberances of the epitaxial layer, including the flanks of the protuberances, whatever their shape, vertical, oblique, curved or other. Advantageously, the masking layer is deposited on a thickness less than the threshold height. This thickness is indeed sufficient to effectively hide the surface of the epitaxial layer and all the protuberances. It further limits the cost of the masking layer by the use of a small amount of material. According to one possibility, the step of abrading the exposed surface of the intermediate structure is obtained by mechanical thinning, such as by grinding (or grinding in English). For example, a grinding wheel having teeth of different grain sizes flushes the exposed face of the intermediate structure which is also maintained by suction on a support (by a chuck in English). This method provides good control over the uniformity and thickness removed to achieve the desired threshold height. Preferably, the material of the masking layer is chosen such that its mechanical hardness is similar to that of the material of the epitaxial layer so as to promote a homogeneous mechanical thinning of the exposed face of the intermediate structure. Indeed, if the hardness of the material of the masking layer is equivalent to that of the material of the protuberances, the speed of the thinning will be similar at any point on the surface, whether it consists of the masking layer and / or protuberances.
Selon une possibilité, la hauteur seuil est de un micromètre et de préférence de 0,5 micromètre. Les protubérances inférieures à 1 voire à 0.5 micromètre sont en effet peu gênantes pour la suite du procédé. Ainsi, la technique de rectification permettant un amincissement à moins de un micromètre, voire de 0,5 micromètres de précision est tout à fait adaptée à la hauteur seuil souhaitée. Avantageusement, l'étape consistant à graver la couche épitaxiée est obtenue par gravure sélective et de préférence par gravure sélective anisotropique. La couche de masquage reste donc inerte à la gravure et l'anisotropie de la gravure permet de graver plus rapidement les plans parallèles à la surface de la couche épitaxiée que les plans perpendiculaires. Une gravure avec différents pics de profondeurs est ainsi évitée. Les protubérances sont gravées jusqu'à obtenir une surface sensiblement lisse, à la profondeur de la surface plane de référence. Ceci favorise l'estimation du temps de gravure et le contrôle précis de l'épaisseur gravée pour atteindre la surface plane de référence. Selon une possibilité, la gravure sélective de la couche épitaxiée est effectuée par voie chimique ou par voie sèche, telle que par RIE (de l'anglais Reactive Ion Etching signifiant gravure ionique réactive). Avantageusement, l'étape consistant à retirer la couche de 25 masquage est obtenue par gravure sélective, par voie sèche ou par voie humide, de sorte à ne pas endommager le matériau de la couche épitaxiée et conserver la planéité obtenue à l'étape d). Selon une possibilité, le procédé comprend après l'étape e) une étape f) consistant à effectuer un polissage mécano-chimique CMP de la face 30 exposée de sorte à planariser les protubérances de hauteur inférieure à la hauteur seuil. Selon une configuration particulière, le procédé comprend, après l'étape e) une étape g) consistant à réaliser une implantation d'espèces ioniques dans la couche épitaxiée de sorte à former une zone de fragilisation 35 délimitant une couche mince et une étape h) consistant à effectuer un transfert de la couche mince sur un substrat support final. Ainsi, lorsque par exemple le matériau de la couche mince transférée est du GaN et le substrat support final du silicium, on obtient une structure adaptée pour des applications dans différents domaines tels que la puissance et l'optoélectronique. Selon une autre configuration, l'étape a) consiste à fournir une structure comprenant au moins une couche épitaxiée sur un substrat support et en ce que le procédé comprend, après l'étape e) une étape i) consistant à réaliser un collage de la face exposée sur un substrat support final par l'intermédiaire d'au moins une couche métallique et une étape j) consistant à éliminer le substrat support.According to one possibility, the threshold height is one micrometer and preferably 0.5 micrometer. The protuberances less than 1 or even 0.5 micrometer are indeed not a problem for the rest of the process. Thus, the grinding technique allowing thinning to less than one micrometer, or even 0.5 micrometers accuracy is quite suitable for the desired threshold height. Advantageously, the step of etching the epitaxial layer is obtained by selective etching and preferably by selective anisotropic etching. The masking layer therefore remains inert to etching and the anisotropy of the etching makes it possible to etch more rapidly the planes parallel to the surface of the epitaxial layer than the perpendicular planes. Etching with different peaks of depth is avoided. The protuberances are etched to a substantially smooth surface at the depth of the reference plane surface. This favors the estimation of the etching time and the precise control of the etched thickness to reach the reference plane surface. According to one possibility, the selective etching of the epitaxial layer is carried out chemically or by dry route, such as RIE (English Reactive Ion Etching means reactive ion etching). Advantageously, the step of removing the masking layer is obtained by selective etching, dry or wet, so as not to damage the material of the epitaxial layer and maintain the flatness obtained in step d) . According to one possibility, the method comprises, after step e), a step f) of performing a chemical-mechanical polishing CMP of the exposed face 30 so as to planarize the protuberances of height less than the threshold height. According to a particular configuration, the process comprises, after step e) a step g) consisting in performing an implantation of ionic species in the epitaxial layer so as to form an embrittlement zone delimiting a thin layer and a step h) carrying out a transfer of the thin layer onto a final support substrate. Thus, when, for example, the material of the transferred thin film is GaN and the final silicon support substrate, a structure adapted for applications in various fields such as power and optoelectronics is obtained. According to another configuration, step a) consists in providing a structure comprising at least one epitaxial layer on a support substrate and in that the method comprises, after step e), a step i) consisting in bonding the exposed face on a final support substrate via at least one metal layer and a step j) of removing the support substrate.
Il est ainsi possible de réaliser une structure pour futur dispositif, comportant plusieurs couches épitaxiées et adaptée selon les matériaux utilisés à des applications photovoltaïques. Selon une disposition particulière, la structure comprend un empilement d'une ou de plusieurs couches épitaxiées sur un substrat support, de préférence formées en un matériau choisi parmi les alliages binaires, ternaires ou quaternaires d'éléments des colonnes III et V, tels que le GaN, InP, GaAs, GaInP, GalnAs, GalnAsP, InGaAs, AlAs, InAs. Selon un deuxième aspect, l'invention a pour objet une structure de planarisation comprenant une couche épitaxiée d'un matériau III-V sur un substrat support, la couche épitaxiée comportant une surface plane de référence et une face exposée comprenant des protubérances présentant une hauteur inférieure ou égale à une hauteur seuil par rapport à la surface plane de référence, et une couche de masquage déposée sur la face exposée et recouvrant les protubérances, la couche de masquage présentant des fenêtres traversantes au sommet des protubérances de hauteur égale à la hauteur seuil de sorte que le sommet de ces protubérances est exposé. Cette structure permet avantageusement d'éliminer les protubérances d'une hauteur seuil déterminée par une gravure sélective du matériau de la couche épitaxiée. Le retrait de la couche de masquage permet ensuite de récupérer une couche épitaxiée présentant des protubérances inférieures à la hauteur seuil de sorte qu'elle peut être utilisée dans d'autres étapes de procédés. D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés. Les figures ne respectent pas nécessairement l'échelle de tous les éléments représentés de sorte à améliorer leur lisibilité.It is thus possible to produce a structure for a future device, comprising several epitaxial layers and adapted according to the materials used for photovoltaic applications. According to one particular arrangement, the structure comprises a stack of one or more epitaxial layers on a support substrate, preferably formed from a material chosen from binary, ternary or quaternary alloys of elements of columns III and V, such as the GaN, InP, GaAs, GaInP, GalnAs, GalnAsP, InGaAs, AlAs, InAs. According to a second aspect, the subject of the invention is a planarization structure comprising an epitaxial layer of a III-V material on a support substrate, the epitaxial layer comprising a reference plane surface and an exposed face comprising protuberances having a height less than or equal to a threshold height with respect to the reference plane surface, and a masking layer deposited on the exposed face and covering the protuberances, the masking layer having through windows at the apex of the protuberances of height equal to the threshold height. so that the top of these protuberances is exposed. This structure advantageously makes it possible to eliminate the protuberances of a threshold height determined by a selective etching of the material of the epitaxial layer. The removal of the masking layer then makes it possible to recover an epitaxial layer having protuberances below the threshold height so that it can be used in other process steps. Other aspects, objects and advantages of the present invention will appear better on reading the following description of an embodiment thereof, given by way of nonlimiting example and with reference to the accompanying drawings. The figures do not necessarily respect the scale of all the elements represented so as to improve their readability.
Dans la suite de la description, par souci de simplification, des éléments identiques, similaires ou équivalents des différentes formes de réalisation portent les mêmes références numériques. - Les figures 1 à 5 sont une illustration du schéma de principe du 5 procédé selon un mode de réalisation de l'invention. - Les figures 6 à 9 sont une illustration schématique d'étapes ultérieures au procédé pour la préparation d'une structure adaptées à différentes applications selon un mode de réalisation de l'invention. - Les figures 10 à 15 illustrent une variante de réalisation du 10 procédé et des étapes de préparation d'une structure pour dispositif photovoltaïque selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 1 (étape a) illustre une structure 1 comportant une couche épitaxiée 2 sur un substrat support 10. La couche épitaxiée 2 est constituée d'un alliage d'éléments III-V et comporte une surface plane de référence 3 à 15 une cote souhaitée. La couche épitaxiée 2 présente également une face exposée 4 comportant des défauts d'épitaxie tels que des protubérances 5 qui peuvent atteindre une hauteur allant jusqu'à plusieurs dizaines de micromètres par rapport à la surface plane de référence 3. A partir d'une hauteur seuil 6 de l'ordre de 1 voire de 0,5 micromètre (symbolisée par les traits pointillés sur la 20 figure 1), ces protubérances 5 deviennent particulièrement gênante pour la réalisation d'étapes ultérieures, telles que le dépôt de couches minces ou le collage direct par exemple, en vue de la préparation de structures pour dispositifs, notamment lorsque leur densité est importante. La figure 2 illustre une structure intermédiaire 7 formée à l'étape b) 25 par le dépôt d'une couche de masquage 9 recouvrant la face exposée 4 de la couche épitaxiée 2 et toutes ses protubérances 5. Parmi les méthodes de dépôt envisageables, la PVD (acronyme anglais de Physical Vapor Deposition) et la CVD (acronyme anglais de Chemical Vapor Deposition) telle que la PECVD (acronyme anglais de Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 30 sont les méthodes préférées du fait de leur faible coût et de leur capacité à recouvrir la face exposée 4 de la couche épitaxiée 2, toutes les protubérances 5 ainsi que leurs flancs 8. Les paramètres du dépôt sont ajustés de sorte que la couche de masquage 9 formée présente une épaisseur relativement homogène, notamment sur la topologie, et inférieure à la hauteur seuil 6. 35 En plus de son inertie à la gravure des matériaux III-V, la couche de masquage 9 est de préférence choisie dans un matériau présentant la même dureté mécanique que le matériau III-V de la couche épitaxiée 2. Ceci permet d'obtenir la même résistance vis-à-vis de l'amincissement mécanique. La dureté mécanique des matériaux III-V sont bien référencés dans l'art antérieur. Par exemple, selon le site internet chttp://www.ioffe.ru/SVA/NSM/ 5 'consulté le 15/06/2012, pour un matériau de couche épitaxiée 2 de faible dureté, tel que l'InP, InAs ou l'InSb, la couche de masquage 9 est avantageusement formée à partir de Si amorphe ou de résines de polymères. Pour un matériau de dureté plus élevée, tel que le GaAs ou le GaN, les matériaux adaptés de couche de masquage 9 sont choisis parmi le 5i02, SiN, 10 AIN ou le Ni. La figure 3 illustre l'étape c) du procédé consistant à abraser la surface exposée de la structure intermédiaire 7 jusqu'à former une ouverture 11 au travers la couche de masquage 9 au niveau de chacune des protubérances 5 dont la hauteur est supérieure ou égale à la hauteur seuil 6. 15 Cette abrasion est réalisée par amincissement mécanique tel que par rectification (grinding en anglais). Selon une possibilité non illustrée, la rectification est obtenue par le biais d'une meule dont les dents peuvent être de différentes granulométries. La structure intermédiaire 7 est maintenue sur un support par aspiration (chuck en anglais) de toute sa surface de sorte à pouvoir 20 facilement contrôler l'uniformité et la hauteur lors de l'amincissement. Le TTV (acronyme anglais de Total Thickness Variation) impacté par la rectification est inférieur à environ un micromètre et le contrôle de l'épaisseur est réalisé à plus ou moins 0,5 micromètre. Selon une possibilité, l'abrasion est effectuée jusqu'à ce que la 25 hauteur résiduelle de la structure intermédiaire 7 soit égale à la hauteur seuil 6. De ce fait, les protubérances 5 dont la hauteur est supérieure à la hauteur seuil 6 sont réduites et les protubérances 5 dont la hauteur est égale à la hauteur seuil 6 ont leur sommet au niveau de la surface exposée à la fin l'abrasion. Dans le même temps, une ouverture 11 traversante a été formée dans la 30 couche de masquage 9 au niveau de ces protubérances 5. Par contre, la couche de masquage 9 n'a pas été ouverte au niveau des protubérances 5 dont la hauteur est inférieure à la hauteur seuil 6. Selon une disposition non illustrée, le contrôle de la hauteur est réalisé par le biais de comparateurs mécaniques installés dans le dispositif 35 d'abrasion qui permettent en cours d'amincissement de connaitre la hauteur résiduelle de la structure intermédiaire 7 par rapport à la surface plane de référence 3. La figure 4 illustre l'étape d) du procédé qui consiste à graver sélectivement et de façon anisotropique le matériau des protubérances 5 à 5 partir des ouvertures 11 formées dans la couche de masquage 9. La gravure des défauts peut être réalisée par voie chimique ou par voie sèche (par exemple par RIE - Reactive Ion Etching en anglais) jusqu'à atteindre la surface plane de référence 3. Le temps de gravure est mesuré en fonction de l'agent de gravure utilisé et du matériau gravé. Pour les matériaux à base d'InP et de 10 GaAs, les solutions de gravure sont bien connues et référencées dans la littérature. Quelques exemples sont représentés dans le tableau 1 ci-dessous. Tableau 1(1)(2) : Agent de gravure HC1: H3P01: H2801 C,40- HC1: 03: H C'1: HC1 : H20 BHF 1-1202: : F120 2 :E1202 HNo, H2SO4 H202: : H20 H20 .H20 .H20 .1-120 H» Matériau 1-1,POI GaAs S G G DC G G G S InP G S S S G G G InGaAs S G G DC S InGaAsP S G GaInP G S GaAsP G G AlGaP G AlGaAs DC DC AllnP G G G InAlAs DC DC InGaAlAs DC S 02 G S: le matériau permet de Stopper la gravure, G: le matériau est Gravé, DC: le comportement est Dépendant de la Composition de l'agent de gravure. 15 (2) Ces informations sont extraites d'un site internet consulté à la date du 13/01/2012 à l'adresse : tittp://terpconnect.umd.edu/-browns/wetetch.html' et qui rapporte les résultats mentionnés dans plusieurs articles publiés, issus notamment du journal J. Electrochem. Soc. Selon une possibilité non illustrée, la gravure du GaN peut être réalisée par gravure ionique réactive (RIE) ou par gravure utilisant une torche à 20 plasma ICP RIE (acronyme anglais de `Inductively Coupled Plasma Reactive lonic Etching') qui augmente le taux de gravure, en utilisant des gaz chlorés, tels que le BCI3 ou SiCI4. (se reporter aux articles Reactive Ion Etching of GaN using BCI3 C de ML.E. Lin et al. paru dans Appl. Phys. Lett. 64 (7), 14 February 1994, p 887-888 et 'Advanced in GaN Dry Etching Process Capabilities' de M. De Vre et al. Unaxis USA, Inc, Nextral (Accessible à l'adresse : http://www.plasmatherm.com/ dans la rubrique R&D, technical papers - consulté le 13/08/2012) Par ailleurs, la couche de masquage 9 recouvrant les flancs 8 des protubérances, la gravure par les flancs 8 est évitée, ce qui permet de contrôler précisément l'épaisseur gravée. Selon une possibilité non illustrée, la gravure peut être poursuivie légèrement au-delà de la surface plane de référence 3 sans pour autant affecter l'intérêt de la couche épitaxiée 2 ainsi planarisée. En effet, les dépressions (ou dénivellations) formées par une légère sur-gravure génèrent des défauts de tailles moins importantes que les défauts issus des protubérances 5 lors d'étapes ultérieures, telles que le collage ou l'adhérence d'une couche déposée. Ceci peut s'expliquer par la rigidité de la contre-plaque collée à la surface planarisée ou à la conformité de la technique de dépôt utilisée. Par ailleurs, du fait de leurs tailles réduites, l'impact des défauts générés par les dépressions est nettement moins important dans la suite de la fabrication de dispositifs.In the remainder of the description, for the sake of simplification, identical, similar or equivalent elements of the various embodiments bear the same numerical references. Figures 1 to 5 are an illustration of the block diagram of the method according to one embodiment of the invention. FIGS. 6 to 9 are a schematic illustration of steps subsequent to the method for the preparation of a structure adapted to different applications according to one embodiment of the invention. FIGS. 10 to 15 illustrate an alternative embodiment of the method and steps for preparing a photovoltaic device structure according to one embodiment of the invention. FIG. 1 (step a) illustrates a structure 1 comprising an epitaxial layer 2 on a support substrate 10. The epitaxial layer 2 consists of an alloy of elements III-V and comprises a flat surface of reference 3 at one side desired. The epitaxial layer 2 also has an exposed face 4 having epitaxial defects such as protuberances 5 which can reach a height of up to several tens of micrometers with respect to the reference plane surface 3. From a height 6 threshold of the order of 1 or 0.5 micrometer (symbolized by the dashed lines in Figure 1), these protuberances 5 become particularly troublesome for the achievement of subsequent steps, such as the deposition of thin layers or the direct bonding for example, for the preparation of structures for devices, especially when their density is important. FIG. 2 illustrates an intermediate structure 7 formed in step b) 25 by the deposition of a masking layer 9 covering the exposed face 4 of the epitaxial layer 2 and all its protuberances 5. Among the possible deposition methods, the PVD (acronym for Physical Vapor Deposition) and CVD (Chemical Vapor Deposition) such as PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) are the preferred methods because of their low cost and their ability to covering the exposed face 4 of the epitaxial layer 2, all the protuberances 5 and their flanks 8. The deposition parameters are adjusted so that the masking layer 9 formed has a relatively homogeneous thickness, especially on the topology, and less than the threshold height 6. In addition to its inertia in the etching of III-V materials, the masking layer 9 is preferably chosen from a material having the my mechanical hardness than the III-V material of the epitaxial layer 2. This provides the same vis-à-vis the mechanical thinning resistance. The mechanical hardness of III-V materials are well referenced in the prior art. For example, according to the website http://www.ioffe.ru/SVA/NSM/ 5 'accessed on 15/06/2012, for an epitaxial layer material 2 of low hardness, such as InP, InAs or InSb, the masking layer 9 is advantageously formed from amorphous Si or from polymer resins. For a material of higher hardness, such as GaAs or GaN, the suitable masking layer materials 9 are selected from 5iO 2, SiN, AlN or Ni. FIG. 3 illustrates step c) of the method of abrading the exposed surface of the intermediate structure 7 to form an opening 11 through the masking layer 9 at each of the protuberances 5 whose height is greater than or equal to at the threshold height 6. This abrasion is achieved by mechanical thinning such as by grinding. According to a possibility not shown, the grinding is obtained by means of a grinding wheel whose teeth can be of different grain sizes. The intermediate structure 7 is held on a suction support (chuck in English) of its entire surface so that it can easily control uniformity and height during thinning. The TTV (acronym for Total Thickness Variation) impacted by the rectification is less than about one micrometer and the thickness control is performed at plus or minus 0.5 micrometer. According to one possibility, the abrasion is carried out until the residual height of the intermediate structure 7 is equal to the threshold height 6. As a result, the protuberances 5 whose height is greater than the threshold height 6 are reduced. and the protuberances 5 whose height is equal to the threshold height 6 have their vertex at the surface exposed at the end abrasion. At the same time, a through opening 11 has been formed in the masking layer 9 at these protuberances 5. On the other hand, the masking layer 9 has not been opened at the level of the protuberances 5 whose height is less than at the threshold height 6. According to an arrangement that is not illustrated, the height control is carried out by means of mechanical comparators installed in the abrasion device which make it possible, during thinning, to know the residual height of the intermediate structure 7 relative to the plane reference surface 3. FIG. 4 illustrates step d) of the method which selectively and anisotropically etches the material of the protuberances 5 from the openings 11 formed in the masking layer 9. etching of the defects can be carried out chemically or by dry route (for example by RIE - Reactive Ion Etching in English) until reaching the flat reference surface 3. The etching time is measured according to the etching agent used and the etched material. For InP and GaAs-based materials, etching solutions are well known and referenced in the literature. Some examples are shown in Table 1 below. Table 1 (1) (2): Engraving agent HC1: H3P01: H2801 C, 40-HCl: 03: H C'1: HCl: H20 BHF 1-1202 :: F120 2: E1202 HNo, H2SO4 H202 :: H20 H20 .H20 .H20 .1-120 H "Material 1-1, POI GaAs SGG DC GGGS InP GSSSGGG InGaAs SGG DC S InGaAsP SG GaInP GS GaAsP GG AlGaP G AlGaAs DC DC AllnP GGG InAlAs DC DC InGaAlAs DC S 02 GS: the material allows to stop the etching, G: the material is etched, DC: the behavior is dependent on the composition of the etching agent. 15 (2) This information is extracted from a website accessed on 13/01/2012 at: tittp: //terpconnect.umd.edu/-browns/wetetch.html 'and which reports the results mentioned in several published articles, notably from the journal J. Electrochem. Soc. According to one possibility not illustrated, the GaN etching can be carried out by reactive ion etching (RIE) or by etching using an ICP RIE (Inductively Coupled Plasma Reactive Lonic Etching) plasma torch which increases the etching rate. using chlorine gases, such as BCI3 or SiCl4. (See Reactive Ion Etching of GaN using BCI3C by ML.E. Lin et al., published in Appl., Phys., Lett., 64 (7), 14 February 1994, p 887-888 and Advanced in GaN Dry Etching. Process Capabilities' by Mr De Vre et al Unaxis USA, Inc., Nextral (Available at: http://www.plasmatherm.com/ in the R & D section, technical papers - accessed on 13/08/2012) Moreover, the masking layer 9 covering the flanks 8 of the protuberances, the etching by the flanks 8 is avoided, which makes it possible to precisely control the etched thickness According to a possibility not illustrated, the etching can be continued slightly beyond of the flat surface of reference 3 without affecting the interest of the epitaxial layer 2 thus planarized.In fact, the depressions (or unevenness) formed by a slight over-etching generate defects of smaller sizes than the defects resulting from protuberances 5 in subsequent steps, such as the bonding or adhesion of a deposited layer. This can be explained by the rigidity of the backplate bonded to the planarized surface or the compliance of the deposit technique used. Moreover, because of their reduced sizes, the impact of the defects generated by the depressions is much smaller in the subsequent manufacture of devices.
La figure 5 illustre l'étape e) consistant à retirer la couche de masquage 9 par une gravure sélective sans altérer le matériau sous-jacent de la couche épitaxiée 2. Cette gravure est effectuée par exemple par gravure sèche sélective ou par le biais de solutions chimiques bien connues telles qu'une solution d'acide fluorhydrique diluée pour un matériau de masquage en 5i02, ou de TMAH (Tetramethylammonium hydroxide) pour le silicium. Ainsi, les protubérances 5 de la couche épitaxiée 2 dont la hauteur initiale était supérieure ou égale à la hauteur seuil 6 ont été totalement éliminées, diminuant ainsi la densité de protubérances résiduelles. La face exposée 4 planarisée présente ainsi des protubérances 5 inférieures à la hauteur seuil 6 en faible densité de sorte à ne pas faire obstacle à la réalisation d'étapes ultérieures entrant dans la fabrication de dispositifs. Un exemple détaillé de réalisation du procédé est maintenant décrit en référence aux figures 1 à 9. La couche épitaxiée 2 en GaN est déposée par MOVPE (acronyme anglais de Metal Organic Vapor Phase Epitaxy) sur un 35 substrat support 10 de saphir (figure 1, étape a). La couche 2 présente une épaisseur d'environ dix micromètres. Le GaN formé est de type n du fait de la présence dopant avec une proportion de 1-3.1018 Si/cm3. Le GaN présente une structure cristalline de type wurzite, dont l'axe c est normal au plan ou à la surface plane de référence 3 de la couche épitaxiée 2.FIG. 5 illustrates the step e) of removing the masking layer 9 by selective etching without altering the underlying material of the epitaxial layer 2. This etching is carried out for example by selective dry etching or by means of solutions Well-known chemical such as dilute hydrofluoric acid solution for a 5iO 2 masking material, or TMAH (Tetramethylammonium hydroxide) for silicon. Thus, the protuberances 5 of the epitaxial layer 2 whose initial height was greater than or equal to the threshold height 6 have been totally eliminated, thus reducing the density of residual protuberances. The planarized exposed face 4 thus has protuberances 5 lower than the threshold height 6 in low density so as not to hinder the achievement of subsequent steps involved in the manufacture of devices. A detailed example of embodiment of the process is now described with reference to FIGS. 1 to 9. The GaN epitaxial layer 2 is deposited by MOVPE (acronym for Metal Organic Vapor Phase Epitaxy) on a sapphire support substrate 10 (FIG. step a). The layer 2 has a thickness of about ten micrometers. GaN formed is n-type because of the doping presence with a proportion of 1-3.1018 Si / cm3. GaN has a crystalline structure of wurzite type, the axis c of which is normal to the plane or to the plane plane of reference 3 of the epitaxial layer 2.
La couche 2 de GaN ainsi formée présente en surface des marches d'une hauteur de 1 à 1,5 micromètre, du fait de la croissance épitaxiale, et des défauts de croissance ronds ou hexagonaux, d'une dimension latérale variant de quelques dizaines de micromètres à 1 mm, et d'une hauteur de l'ordre de quelques centaines de nm. Ces protubérances 5 rendent impossibles le collage direct de la couche 2. Comme illustré à la figure 2 (étape b) une couche de masquage 9 en nickel est alors formée par PVD avec une épaisseur d'environ 100 nm sur la face exposée 4 du GaN de sorte à préparer une structure intermédiaire 7 dont toutes les protubérances 5 sont recouvertes.The layer 2 of GaN thus formed has on the surface steps of a height of 1 to 1.5 microns, due to epitaxial growth, and round or hexagonal growth defects, with a lateral dimension varying from a few tens of times. micrometers to 1 mm, and a height of the order of a few hundred nm. These protuberances 5 make it impossible to directly bond the layer 2. As illustrated in FIG. 2 (step b), a nickel masking layer 9 is then formed by PVD with a thickness of about 100 nm on the exposed face 4 of the GaN so as to prepare an intermediate structure 7 of which all the protuberances 5 are covered.
Selon l'étape c) du procédé illustré à la figure 3, l'étape de rectification est réalisée sur la surface exposée de la structure intermédiaire 7 jusqu'à atteindre une hauteur seuil 6 de 0,5 micromètre au-dessus de la surface plane de référence 3 du GaN. Des ouvertures 11 traversantes dans la couche 9 de nickel sont ainsi formées au niveau des protubérances 5 de GaN d'une hauteur supérieure ou égale à 0,5 micromètre. La figure 4 illustre l'étape d) du procédé consistant à réaliser une gravure RIE des défauts de croissance 5 de GaN au niveau des ouvertures 11 dans la couche de masquage 9. Les conditions précises de la gravure sont exposées dans l'article Reactive Ion Etching of GaN using BCI3 C de ML.E. Lin et al. paru dans Appl. Phys. Lett. 64 (7), 14 February 1994, p 887-888. Après élimination des protubérances 5 de GaN d'une hauteur initiale supérieure ou égale à 0.5 micromètre, la couche de masquage 9 de nickel est éliminée par une solution de solvant organique (tel que l'éthylène glycol diméthyl éther ou diméthoxyéthane DME) contenant du HF (étape e)- figure 5). La face exposée 4 de la couche 2 de GaN ainsi planarisée est ensuite recouverte d'une couche de collage 12 en 5i02 déposée sur une épaisseur de 10 nanomètres qui reproduit les défauts 5 sans pour autant empêcher le collage (figure 6). Dans les plus mauvais des cas, cette surépaisseur génère un défaut local à l'interface du collage. La couche 2 recouverte est ensuite implantée avec des espèces ioniques à base de H+ avec une énergie de 60keV et une dose de 3,5E17 H/cm2 (figure 7- étape g)). L'implantation génère une zone de fragilisation 13 délimitant une couche mince 14 au sein de la couche de GaN. La structure implantée est ensuite nettoyée par un enchaînement d'étapes de nettoyage de type Caro / SC1 / Scrubber.According to step c) of the method illustrated in FIG. 3, the grinding step is carried out on the exposed surface of the intermediate structure 7 until reaching a threshold height 6 of 0.5 micrometer above the flat surface. reference number 3 GaN. Through-openings 11 in the nickel layer 9 are thus formed at the level of the GaN protuberances 5 of a height greater than or equal to 0.5 micrometer. FIG. 4 illustrates the step d) of the method consisting in performing RIE etching of the GaN growth defects at the openings 11 in the masking layer 9. The precise conditions of the etching are described in the article Reactive Ion Etching of GaN using BCI3 C from ML.E. Lin et al. appeared in Appl. Phys. Lett. 64 (7), 14 February 1994, pp 887-888. After removing the GaN protuberances with an initial height greater than or equal to 0.5 micrometer, the nickel masking layer 9 is removed by an organic solvent solution (such as ethylene glycol dimethyl ether or dimethoxyethane DME) containing HF. (step e) - Figure 5). The exposed face 4 of the GaN layer 2 and thus planarized is then covered with a bonding layer 12 in 5iO 2 deposited on a thickness of 10 nanometers which reproduces the defects 5 without preventing the bonding (Figure 6). In the worst case, this extra thickness generates a local defect at the bonding interface. The coated layer 2 is then implanted with ionic species based on H + with an energy of 60keV and a dose of 3.5E17 H / cm 2 (Figure 7- step g)). The implantation generates a weakening zone 13 delimiting a thin layer 14 within the GaN layer. The implanted structure is then cleaned by a series of Caro / SC1 / Scrubber type cleaning steps.
Comme illustré à la figure 8, la face de GaN recouverte de la couche de collage 12 de Si02 est ensuite collée par collage direct sur un substrat support final 15 de silicium ayant été nettoyé au préalable selon les mêmes étapes. Les défauts issus des protubérances résiduelles 5 sont très minces par rapport à l'échelle du collage si bien qu'elles ne sont pas illustrées sur les schémas pour des raisons de clarté. Un traitement thermique conduit à la fracture au niveau de la zone de fragilisation 13 de sorte qu'une couche mince 14 ou film de GaN d'une épaisseur de l'ordre de 480nm est transféré sur le substrat support final 15 de Si (figure 9- étape h)). Selon une possibilité non illustrée, un polissage léger et/ou un recuit à haute température (dans la gamme des 800°C à 1000°C) peut alors être appliqué pour éliminer les défauts éventuels au niveau de la surface fracturée. Les protubérances résiduelles, de hauteur inférieure à la hauteur seuil et en faible densité, peuvent éventuellement générer des défauts de collage et de transfert mais l'invention permet de rendre le collage et le transfert possible sur la majorité de la surface de GaN tout en limitant la taille et la densité des défauts. On obtient ainsi une structure finale 16 composée de GaN/5i02/Si qui peut être utilisée pour différentes applications, notamment dans les domaines tels que la puissance ou l'optoélectronique. Un deuxième exemple de réalisation est maintenant décrit en détail en référence aux figures 10 à 15 permettant la préparation d'une structure 17 adaptée à la formation d'une cellule photovoltaïque. Le substrat support 10 est par exemple en GaAs massif de type n (dopé au silicium dans une gamme de 1-2E18 Si/cm3). Il est placé dans un réacteur d'épitaxie de type MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition). Un empilement de couches 2 de matériaux III-V est épitaxié à sa surface, l'empilement est constitué des couches 2 de matériaux suivants : couche de (A1)GaInP 2a (jonction p-n pour une sous-cellulle 1 en anglais csubcell 1') / couche de Ga(ln)As 2b (jonction p-n pour subcell 2) / couche de GalnAs 2c (jonction p-n pour subcell 3) (figure 10, étape a). En référence à la figure 11 (étape b), une couche de masquage 9 35 en 5i02 est déposée par PECVD sur une épaisseur de 200 nm de sorte que toutes les aspérités de la face exposée 4 de la couche de GalnAs 2c soient recouvertes. La couche de Si02 est ensuite densifiée par un recuit à 500°C pendant 2h. En référence à la figure 12 (étape c), l'abrasion est réalisée par 5 rectification (tout d'abord grossière puis de finition) jusqu'à une hauteur seuil 6 de 1 micromètre au-dessus de la surface plane de référence 3 de la couche de GalnAs 2c. Ainsi, les protubérances 5 de hauteur initiale supérieure à 1 micromètre se trouvent diminuées jusqu'à une hauteur de 1 micromètre, et la couche de masquage 9 de Si02 est ouverte au niveau de ces protubérances 5.As illustrated in FIG. 8, the GaN face coated with the SiO 2 bonding layer 12 is then glued by direct bonding to a silicon final support substrate 15 having been previously cleaned in the same steps. The defects resulting from the residual protuberances 5 are very thin compared to the scale of the gluing so that they are not illustrated in the diagrams for the sake of clarity. Heat treatment leads to the fracture at the embrittlement zone 13 so that a thin film 14 or GaN film with a thickness of the order of 480 nm is transferred onto the final Si substrate 15 (FIG. step h)). According to one possibility not illustrated, light polishing and / or annealing at high temperature (in the range of 800 ° C to 1000 ° C) can then be applied to eliminate any defects in the fractured surface. The residual protuberances, of height less than the threshold height and in low density, may possibly generate gluing and transfer defects, but the invention makes it possible to make the gluing and the transfer possible on the majority of the GaN surface while limiting the size and density of the defects. This gives a final structure 16 composed of GaN / 5iO 2 / Si that can be used for various applications, particularly in areas such as power or optoelectronics. A second exemplary embodiment is now described in detail with reference to FIGS. 10 to 15 for the preparation of a structure 17 adapted to the formation of a photovoltaic cell. The support substrate 10 is, for example, of n-type solid GaAs (doped with silicon in a range of 1-2E18 Si / cm 3). It is placed in an epitaxy reactor type MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition). A stack of layers 2 of III-V materials is epitaxially grown on its surface, the stack consists of layers 2 of the following materials: layer of (A1) GaInP 2a (pn junction for a sub-cell 1 in English csubcell 1 ') / Ga (ln) As layer 2b (pn junction for subcell 2) / GalnAs 2c layer (pn junction for subcell 3) (Figure 10, step a). With reference to FIG. 11 (step b), a 5iO 2 masking layer 9 is deposited by PECVD to a thickness of 200 nm so that all the asperities of the exposed face 4 of the GalnAs layer 2c are covered. The SiO 2 layer is then densified by annealing at 500 ° C for 2h. With reference to FIG. 12 (step c), the abrasion is achieved by grinding (first coarse and then finishing) to a threshold height 6 of 1 micrometer above the plane reference surface 3 of FIG. the layer of GalnAs 2c. Thus, the protuberances 5 of initial height greater than 1 micrometer are decreased to a height of 1 micrometer, and the masking layer 9 of SiO 2 is open at these protuberances 5.
10 Par ailleurs, les protubérances 5 de hauteur initiale égale à 1 micromètre ne sont pas diminuées, par contre la couche 9 de Si02 est également ouverte au niveau de ces protubérances 5. Les protubérances 5 de hauteur initiale inférieure à 1 micromètre ne sont pas diminuées et la couche 9 de Si02 les recouvre entièrement.In addition, the protuberances 5 of initial height equal to 1 micrometer are not decreased, against the layer 9 of SiO 2 is also open at these protuberances 5. The protuberances 5 of initial height less than 1 micrometer are not decreased and the layer 9 of SiO 2 completely covers them.
15 En référence à la figure 13 (étape d)), la gravure des protubérances 5 de la couche de GalnAs 2c est réalisée par une attaque chimique sélective dans les conditions suivantes : H3PO4 : H202: H20 dans les proportions 1:1:38. La vitesse de gravure du GalnAs est de -0.10 micromètre/minute. La gravure est donc réalisée pendant 20 minutes de 20 manière à entièrement graver les protubérances 5 dont la hauteur initiale était supérieure ou égale à 1 micromètre. La durée de la gravure peut varier selon les proportions de réactifs utilisés. La couche 9 de Si02 est ensuite éliminée par gravure humide sélective dans une solution de HF diluée à 10% pendant 10min.With reference to FIG. 13 (step d)), the etching of the protuberances 5 of the GalnAs 2c layer is carried out by selective etching under the following conditions: H 3 PO 4: H 2 O 2: H 2 O in the proportions 1: 1: 38. The etching rate of GalnAs is -0.10 micrometre / minute. The etching is therefore carried out for 20 minutes so as to completely etch the protuberances 5 whose initial height was greater than or equal to 1 micrometer. The duration of the etching may vary according to the proportions of reagents used. The SiO 2 layer 9 is then removed by selective wet etching in a 10% dilute HF solution for 10 min.
25 La face exposée de la couche de GalnAs 2c est ainsi planarisée : toutes les protubérances 5 de hauteur initiale supérieure ou égale à 1 micromètre ont été entièrement éliminées et les protubérances 5 résiduelles ont une hauteur inférieure à 1 micromètre et une densité réduite de sorte à limiter leur impact lors de la réalisation d'étapes ultérieures.The exposed face of the GalnAs 2c layer is thus planarized: all the protuberances 5 of initial height greater than or equal to 1 micrometer have been entirely eliminated and the residual protuberances have a height of less than 1 micrometer and a reduced density so that limit their impact when carrying out subsequent steps.
30 Après un nettoyage avec une solution de (NH4)2S pendant 40 minutes, puis un rinçage et un séchage de la structure obtenue, un dépôt métallique est alors réalisé sur la surface de la couche de GalnAs 2c planarisée, de sorte à former l'empilement 18 suivant : Ti 50nm / Pt 200nm / Au 1 micromètre. Le même dépôt est réalisé sur un substrat support final 15 de 35 silicium après un nettoyage par une solution de HF dilué à 1% pendant 1 minute. Les deux surfaces recouvertes de l'empilement 18 de Ti / Pt /Au sont alors collées par thermo-compression à 250°C sous une pression de 30KN appliquée pendant 30 minutes (étape i - figure 14). A l'échelle du collage, les surépaisseurs sont infimes et ne sont donc pas représentées au niveau de couches 18. Les protubérances 5 résiduelles ayant une épaisseur inférieure à l'épaisseur totale de l'empilement déposé et une faible densité, le collage est obtenu sans défaut macroscopique (observable en microscopie acoustique par exemple). Enfin, selon l'étape j) (figure 15) le substrat support 10 initial de GaAs est éliminé par gravure chimique dans une solution d'acide phosphorique H3PO4 : H202 : H20 pour exposer la couche de (A1)GaInP 2a et libérer la jonction de la sous-cellule 1. La structure finale 17 obtenue correspond à une cellule photovoltaïque à concentration de type « inverted metamorphic multijunction » sur laquelle il reste à réaliser les contacts en face avant et face arrière. Ainsi, la présente invention propose un procédé de planarisation de protubérances 5 présentes en surface de couches épitaxiées 2, notamment en matériau III-V, qui est simple à mettre en oeuvre, applicable à de nombreux matériaux, et peu coûteux. Ce procédé permet d'obtenir des faces exposées suffisamment planes pour être facilement utilisées ultérieurement dans des étapes de fabrication de dispositifs telles que le collage, la lithographie ou le dépôt de film. Il va de soi que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit ci-dessus à titre d'exemple mais qu'elle comprend tous les équivalents 25 techniques et les variantes des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons.After cleaning with a solution of (NH4) 2S for 40 minutes and then rinsing and drying the resulting structure, a metallic deposit is then made on the surface of the planarized GalnAs 2c layer, so as to form the next stack 18: Ti 50nm / Pt 200nm / Au 1 micrometer. The same deposit is made on a final silicon support substrate after cleaning with a 1% dilute HF solution for 1 minute. The two surfaces covered with the stack 18 of Ti / Pt / Au are then glued by thermo-compression at 250 ° C. under a pressure of 30KN applied for 30 minutes (step i - FIG. 14). On the scale of the bonding, the extra thicknesses are minute and are not represented at layers 18. The residual protuberances 5 having a thickness less than the total thickness of the deposited stack and a low density, the bonding is obtained without macroscopic defect (observable by acoustic microscopy for example). Finally, according to step j) (FIG. 15), the initial GaAs support substrate 10 is removed by chemical etching in a phosphoric acid solution H 3 PO 4: H 2 O 2: H 2 O to expose the (A1) GaInP 2a layer and to release the junction of the sub-cell 1. The final structure 17 obtained corresponds to a photovoltaic cell concentration type "inverted metamorphic multijunction" on which it remains to achieve the front and rear face contacts. Thus, the present invention proposes a planarization process protuberances 5 present on the surface of epitaxial layers 2, in particular III-V material, which is simple to implement, applicable to many materials, and inexpensive. This method makes it possible to obtain exposed faces that are sufficiently flat to be easily used later in device manufacturing steps such as gluing, lithography or film deposition. It goes without saying that the invention is not limited to the embodiment described above by way of example but that it includes all the technical equivalents and variants of the means described as well as their combinations.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP4235751A3 (en) * | 2014-12-01 | 2023-11-15 | The Boeing Company | Removal of defects by in-situ etching during chemical-mechanical polishing processing |
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2012
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