FR3118304A1 - Procédé de réalisation d’une couche à base de matériaux III-N - Google Patents
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Abstract
Titre : Procédé de réalisation d’une couche à base de matériaux III-N
L’invention concerne un procédé d’obtention d’au moins une couche (550) de nitrure à base d’un matériau III-N, le procédé comprenant les étapes successives suivantes :
- fournir un empilement comprenant un substrat de support (100) et une pluralité de plots (1000A1-1000B4), chaque plot (1000A1-1000B4) comprenant au moins :
- un tronçon basal (300),
- un tronçon de germination (500), porté par le tronçon basal (300),
- modifier le tronçon basal (300) de sorte à former un tronçon basal modifié (310) présentant une rigidité plus faible que le tronçon basal (300) avant modification,
- faire croître par épitaxie une cristallite (510A1-510B4) depuis le sommet (1010) de certains au moins desdits plots (1000A1-1000B4) de l’ensemble (1000A, 1000B) et poursuivre la croissance par épitaxie, de manière à former sur l’ensemble (1000A, 1000B) de plots (1000A1-1000B4) ladite couche (550) de nitrure.
Figure pour l’abrégé : Fig.1D
Description
L’invention concerne la réalisation d’une couche à base d’un matériau III-N, par exemple un nitrure (N) obtenu à partir d’au moins l’un parmi le gallium (Ga), l’indium (In) et l’aluminium (Al). L’invention trouve par exemple pour application le domaine des dispositifs optoélectroniques comprenant une pluralité de diodes électroluminescentes (LED) de taille micrométrique, généralement appelées micro-LEDs ou encore la réalisation de composants de puissance tels que des transistors ou des diodes de puissance.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Pour de nombreuses applications micro-électroniques ou optoélectroniques, on souhaite réaliser des couches en matériau III-N, typiquement des nitrures d’au moins l’un parmi le gallium, l’indium et l’aluminium. Des applications spécifiques concernent par exemple la réalisation de micro-LEDs (µLED). D’autres applications spécifiques peuvent concerner la réalisation de dispositifs électroniques de puissance tels que des diodes ou des transistors de puissance, par exemple des transistors HEMT (acronyme de leur appellation anglo-saxonne « High Electron Mobility Transistor » signifiant transistor à effet de champ à haute mobilité d'électrons) ou encore des transistors ou diodes verticaux.
Pour ces applications, il est nécessaire d’utiliser une couche de nitrure, par exemple du nitrure de gallium GaN, qui présente :
- une forte épaisseur (typiquement supérieure à 5 voire 8 µm 10-6mètres), et
- une faible densité de dislocations (typiquement inférieure à 1E8 cm2).
Un enjeu majeur consiste donc à minimiser la densité de défauts dans la couche de nitrure obtenue par épitaxie. En effet, les performances des dispositifs micro-électroniques ou optoélectroniques réalisés à partir de ces couches de nitrure sont très sensibles à la densité de défauts de structure tels que les dislocations.
Ces dislocations ont pour origine la différence de paramètres de maille entre la couche épitaxiée et le substrat, ainsi que la coalescence des grains de faible dimension qui sont formés au début de la croissance ; ces grains sont légèrement désorientés les uns par rapport aux autres et ils se joignent en formant au niveau du joint de coalescence, des dislocations qui traversent ensuite toute la structure épitaxiée.
La façon la plus directe pour résoudre ces problèmes consiste à utiliser des substrats de même nature que les couches que l’on veut épitaxier (homo-substrats). Typiquement, on utilise des plaques de GaN dites freestanding ou bulk (autoportantes ou massives). Ces plaques ne sont disponibles qu’en diamètre inférieur ou égale à 100 mm, ce qui est un frein à leur industrialisation et à des coûts de production raisonnables à l’échelle industrielle.
Actuellement, la solution la plus largement utilisée pour fabriquer les plaques GaN freestanding est l’épitaxie de couches par HVPE (Hybrid Vapor Phase Epitaxy - épitaxie en phase vapeur hybride) sur substrat comme le saphir. La croissance se fait de façon à diminuer la densité de dislocations en surface, et pour avoir une couche finale qui fait quelques centaines de micromètres (µm) d’épaisseur. Avec ces solutions connues, le substrat saphir peut donc être retiré, en laissant une couche de GaN qui pourrait être utilisée comme plaque. Cette solution présente pour inconvénient d’être particulièrement coûteuse et longue. En outre, elle est difficile à mettre en œuvre sur des plaques de grand diamètre.
Les solutions connues de croissance de GaN à partir d’un substrat de silicium ne permettent pas d’obtenir des très couches épaisses et présentant une densité de dislocation acceptable, typiquement inférieure à 1E8/cm2.
Les solutions envisagées à ce jour pour des applications industrielles reposent donc principalement sur l’utilisation d’hétéro-substrats en combinaison avec des méthodes dites de « recroissance latérale » ou ELOG, acronyme de l’anglais « epitaxial lateral overgrowth ». Cette méthode, basée sur l’utilisation d’un masque pour bloquer les dislocations, permet de réduire la densité de ces dernières. En revanche, ces dislocations sont distribuées de façon non uniforme, ce qui peut poser problème lors de la fabrication des dispositifs.
Une autre solution consiste à faire recroitre par épitaxie du matériau sur des plots préexistants de ce matériau : il s’agit du procédé dit de pendeo-épitaxie. En revanche, les solutions classiques de pendeo-épitaxie ne permettent pas d’éliminer, voire de réduire significativement, l’apparition de défauts générés par la coalescence de germes adjacents.
La demande de brevet WO2019122461, décrit une solution qui consiste à faire croître une couche de nitrure sur des plots, également désignés piliers. Ces plots comprennent un tronçon de fluage surmonté d’un tronçon cristallin. Plus précisément, ces plots sont formés par gravure d’un substrat de type SOI (silicium sur isolant). Le film mince de silicium (active layer) et la couche d’oxyde enterré (burried oxyde - BOX) du substrat SOI, forment, après gravure, respectivement le tronçon cristallin et le tronçon de fluage de chaque plot. Après formation des plots dans le substrat SOI, on fait ensuite croître par épitaxie des cristallites à la surface des plots. Les cristallites se rejoignent lors de la coalescence, les tronçons de fluage se déformant pour permettre une coalescence sans formation de défauts, puis forment une couche de nitrure qui poursuit sa croissance en s’épaississant.
Cette solution présente pour inconvénient d’être relativement couteuse.
Il existe donc un besoin consistant à proposer une solution pour réduire, voire pour supprimer, au moins certains des inconvénients que présentent les solutions connues.
Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la description suivante et des dessins d'accompagnement. Il est entendu que d'autres avantages peuvent être incorporés.
RESUME
Pour atteindre cet objectif, selon un mode de réalisation la présente invention on prévoit un procédé d’obtention d’au moins une couche de nitrure à base d’un matériau III-N.
Le procédé comprend les étapes successives suivantes:
- fournir un empilement comprenant une pluralité de plots s’étendant depuis un substrat de support de l’empilement, les plots étant répartis sur le substrat de support de manière à former au moins un ensemble de plots, chaque plot comprenant au moins:
- un tronçon basal, cristallin, s’étendant de préférence depuis une face supérieure du substrat de support,
- un tronçon de germination, cristallin, porté par le tronçon basal,
- modifier sélectivement le tronçon basal vis-à-vis du tronçon de germination sorte à former un tronçon basal modifié présentant une rigidité plus faible que le tronçon basal avant modification. Ainsi, le tronçon basal et plus globalement le plot sont rendus plus aisément déformables, notamment sous l’effet d’une contrainte mécanique générée lors de la phase de coalescence des cristallites.
- après modification du tronçon basal, faire croître par épitaxie une cristallite depuis le sommet de certains au moins desdits plots de l’ensemble et poursuivre la croissance épitaxiale des cristallites jusqu’à coalescence des cristallites portées par les plots adjacents de l’ensemble, de manière à former sur l’ensemble de plots ladite couche de nitrure.
Ainsi, le procédé proposé prévoit de disposer dans un premier temps de plots, puis de modifier les tronçons basaux cristallins, par exemple à base de Si, afin de les rendre plus aisément déformables lors de l’étape de croissance par épitaxie.
Sous la force d’une contrainte mécanique générée lors de l’épitaxie, la portion du plot qui est formée par le tronçon basal modifié peut alors se déformer. Ainsi, lorsque deux cristallites qui sont supportées par un même ensemble de plots entrent en contact et coalescent, les contraintes mécaniques générées par ce contact sont transférées aux plots et donc aux tronçons basaux. Ces derniers se déforment, absorbant de ce fait une partie voire toutes les contraintes mécaniques. On peut ainsi réduire considérablement, voire éviter, l’apparition et la propagation de dislocations au niveau des joints de coalescence entre les cristallites qui forment, par exemple, une vignette de matériau III-N.
En particulier, si les cristallites sont désorientées les unes par rapport aux autres dans le plan dans lequel le substrat s’étend principalement (« twist ») ou hors plan (« tilt »), la désorientation entre cristallites résulte en la création d’un joint de grains à la coalescence. Ce joint de grains est fortement énergétique puisqu’il résulte de la superposition des champs de contrainte des défauts qui le composent. Si les cristallites poussent sur des plots qui peuvent se déformer comme le permet le procédé décrit, les cristallites adjacentes s’orientent alors dans le plan ou hors plan pour minimiser l’énergie totale du système sans qu’il y ait formation de joints de grains. Au contraire, si les cristallites poussent sur des plots qui ne peuvent pas se déformer, il y a formation de joints de grains et donc apparition de dislocations.
Le procédé proposé permet :
- qu’avant l’étape de modification des tronçons basaux, les plots soient relativement peu déformables, et
- qu’après l’étape de modification et avant l’étape de croissance par épitaxie, les plots soient rendus plus déformables.
Cela présente de nombreux avantages.
En effet, on peut prévoir de relâcher considérablement les contraintes sur les dimensions de la section des plots avant la croissance par épitaxie. Cette section est prise dans un plan sensiblement parallèle à une face supérieure depuis laquelle s’étendent les plots. Plus précisément, le procédé proposé permet que les plots, avant l’étape de modification, présentent une section importante, et en particulier une section qui ne permettrait pas aux tronçons basaux cristallins de se déformer suffisamment lors de la croissance par épitaxie afin d’éviter la formation de dislocations. Cette section de plots initiaux, puisqu’elle est relativement importante, peut être obtenue avec un très large choix de procédés classiques de fabrication, tels que la photolithographie par ultraviolet qui est peu couteuse.
L’étape de modification effectuée sur les tronçons cristallins, par exemple en réduisant leur section et/ou en modifiant leur matériau par oxydation par modification, permet d’augmenter la capacité de ces plots à se déformer, ceci afin de réduire, voire éviter, les dislocations.
Le procédé proposé permet donc, en relâchant les contraintes dimensionnelles sur la définition des plots, de réduire la durée et le coût de fabrication des couches de nitrure III-N et des composants réalisés à partir de ces couches. Typiquement, avec la solution décrite dans le document WO2019122461 mentionné précédemment, les plots gravés dans le substrat SOI doivent présenter une section très petite, par exemple inférieure à 200 nm. Cette dimension faible implique l’utilisation de techniques de lithographie fortement coûteuses et longues à mettre en œuvre. Typiquement, pour former des plots dans la section est inférieure à 200 nanomètres il faut recourir à de la gravure par faisceau d’électrons (E-beam). Ce procédé est particulièrement long puisqu’il nécessite de définir individuellement et successivement chacun des plots. Il devient excessivement coûteux lorsqu’il devient nécessaire de réaliser de nombreux plots.
On notera également que la réalisation des plots par impression nanométrique (nanoimprint), présenterait également des inconvénients, notamment puisque ces procédés, surtout lorsqu’ils sont utilisés à une échelle industrielle, entraînent un taux de d’effectivité important et une forte dispersion dans la définition des motifs réalisés.
Si le procédé proposé est particulièrement avantageux lorsque les plots sont définis par des techniques peu contraignantes et coûteuses telles que la photolithographie par ultraviolet, des techniques plus complexes telles que la lithographie E-beam ou la nanoimpression peuvent parfaitement être utilisées pour mettre en œuvre le procédé proposé.
En outre, le procédé proposé permet d’utiliser des tronçons basaux cristallins présentant une épaisseur relativement importante (l’épaisseur est prise selon une direction perpendiculaire à la face supérieure du substrat de support). Il est alors possible de mettre en œuvre ce procédé à partir de substrats massifs (bulk substrate). Ce type de substrats est beaucoup moins onéreux que des substrats élaborés comportant une fine couche cristalline. C’est par exemple le cas des substrats SOI, dans lesquels une fine couche cristalline (la couche active) repose sur une couche diélectrique qui elle-même repose sur un substrat de support. Les substrats de type SOI sont onéreux et impactent à la hausse le prix de la fabrication des composants à base de matériaux III-N.
Par ailleurs, le procédé proposé permet d’obtenir des couches formées de matériau III-N dont la coalescence est habituellement plus complexe à obtenir. Tel est le cas de l’AlN. Pour ces matériaux, la direction privilégiée de croissance est sensiblement perpendiculaire à la face supérieure du substrat de base. Cette direction, désignée la direction c, n’est pas propice à une coalescence rapide des cristallites portées par les plots adjacents. En effet, la coalescence rapide nécessite d’avoir une croissance importante dans le plan perpendiculaire à la direction c (i.e., dans un plan parallèle à celui de la face supérieure du substrat de support). Le procédé proposé, en prévoyant des plots très étroits, permet de rapprocher fortement les plots adjacents. La distance entre plots adjacents étant réduite, les cristallites doivent croître sur très peu de distance pour entrer en contact avec les cristallites adjacentes. La coalescence des cristallites s’effectue alors plus rapidement. Le procédé proposé permet ainsi de réduire le temps et le coût de l’obtention des couches de matériaux III-N dans lesquelles la croissance de la direction c est fortement prépondérante. Le procédé proposé permet ainsi de réduire le coût d’obtention des composants à base d’AlN, tels que les LED UV. Plus précisément, la coalescence à partir de plots rapprochés permet une coalescence plus rapide. Par ailleurs, la croissance à partir de plots déformables permet de réduire la densité de dislocations dans l’AlN. La qualité cristalline des couches tampon (buffer layer) d’AlN est un facteur prédominant pour les LEDs UV.
Par ailleurs, le procédé proposé procure les avantages de la méthode décrite dans le document WO2019122461, en termes de réduction, voire de suppression, des dislocations au niveau des joints de coalescence entre deux cristallites. Ainsi, le procédé proposé permet d’obtenir dans une couche, même épaisse, des densités de dislocation plus faibles que celles obtenues avec les solutions classiques de croissance de GaN sur silicium (Si) ou sur carbure de silicium (SiC) ou sur saphir.
Ainsi, le procédé proposé permet d’obtenir des couches de matériaux III-N, présentant une épaisseur importante et une faible densité de dislocation. Le procédé proposé est alors particulièrement avantageux pour la réalisation de composants micro-électroniques tels que des LED, des composants de puissance, par exemple des transistors verticaux ou des transistors HEMTs.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée d’un mode de réalisation de cette dernière qui est illustrée par les dessins
Les figures 2 à 6 illustrent plusieurs modes de réalisation pour effectuer l’étape de modification des tronçons basaux de sorte à les rendre moins rigides.
Les figures sont données à titre d’exemples et ne sont pas limitatives de l’invention. Elles sont des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont donc pas nécessairement à la même échelle que les applications pratiques. En particulier, les épaisseurs relatives des différentes couches, tronçons, cristallites et vignettes ne sont pas représentatives de la réalité.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
Avant d’entamer une revue détaillée de modes de réalisation de l’invention, sont énoncées ci-après des caractéristiques optionnelles qui peuvent éventuellement être utilisées en association ou alternativement :
Selon un exemple, fournir l’empilement comprenant une pluralité de plots comprend :
- fournir une structure de base comprenant au moins :
- un substrat de base, cristallin, de préférence à base de silicium, par exemple du Si, du SiGe ou du SiC,
- au moins une couche de germination surmontant le substrat de base.
- définir dans la structure de base, par gravure à travers toute l’épaisseur de la couche de germination et à travers une portion seulement de l’épaisseur du substrat de base, la pluralité de plots.
De préférence, la gravure définit, dans la couche de germination, le tronçon de germination de chaque plot. Cette gravure définit également dans le substrat de base :
- le tronçon basal de chaque plot et
- le substrat de support depuis lequel s’étend le tronçon basal de chaque plot.
Selon un exemple, la section des tronçons basaux est supérieure à 100nm (10-9mètres), de préférence supérieure à 200nm.
Selon un exemple, la gravure pour définir dans la structure de base la pluralité de plots, est effectuée à travers un masque de gravure surmontant la couche de germination, le masque de gravure étant réalisé de préférence photolithographie par ultra-violet.
Selon un exemple, la modification est effectuée de sorte à ce que la force F1 qu’il convient d’appliquer pour obtenir une déformation donnée du tronçon basal modifié soit inférieure à 0.8 * F2, F2 étant la force qu’il convient d’appliquer pour obtenir une déformation identique à la déformation donnée du tronçon basal non modifié, de préférence, F1 ≤ 0.6*F2 et de préférence, F1 ≤ 0.4*F2.
Selon un exemple, modifier sélectivement le tronçon basal comprend une gravure du tronçon basal sélectivement au tronçon de germination, de sorte à former un tronçon basal modifié présentant une section d310inférieure à une section d500du tronçon de germination, de préférence d310≤ 0.8* d500et de préférence d310≤ 0.5* d500. Selon un exemple d310 ≤ 0.8*d300et de préférence d310≤ 0.5*d300. Selon un exemple la gravure est une gravure isotrope.
Selon un exemple, modifier sélectivement le tronçon basal comprend transformer le tronçon basal de sorte à rendre le matériau du tronçon basal plus facilement déformable notamment à une température Tépitaxieà laquelle l’empilement est soumis lors de la croissance par épitaxie. Ainsi, après transformation, le tronçon basal présente une rigidité plus faible que le tronçon basal avant modification.
Selon un exemple, modifier sélectivement le tronçon basal ou transformer le matériau du tronçon basal comprend une amorphisation au moins partielle du tronçon basal, de préférence sélectivement au tronçon de germination, de sorte à former un tronçon basal modifié amorphe. Selon un mode de réalisation, l’amorphisation est obtenue par oxydation du tronçon basal, de préférence sélectivement au tronçon de germination. Ainsi, le tronçon basal est modifié par oxydation.
Selon un exemple, le tronçon basal est en silicium et le tronçon basal modifié est en SixOy, x et y étant des entiers non nuls, de préférence le SixOy étant du SiO2. Selon un exemple, l’oxydation est une oxydation thermique.
Selon un exemple, le tronçon modifié présente alors le comportement d’un matériau visqueux. Ainsi, le tronçon modifié par oxydation présente une température de transition vitreuse Ttransition vitreuse.
Selon un exemple, la croissance épitaxiale est effectuée à une température Tépitaxie, telle que :
- Tépitaxie≥ k1 x Ttransition vitreuse, avec k1 ≥ 0,8
Selon un exemple, dans lequel k1 ≥ 1, et de préférence k1 ≥ 1,5.
Selon un exemple, l’oxydation est effectuée de sorte à oxyder le tronçon basal sur une épaisseur e320correspondant à moins de la moitié de la section d300du tronçon basal, les épaisseurs e320et d300étant prises dans un plan parallèle à un plan xy dans lequel s’étend principalement une face supérieure du substrat de support. Cela permet par exemple de rendre les tronçons basaux plus facilement déformables lors de épitaxie. Cela permet également de passiver les faces libres des tronçons basaux de sorte à éviter une croissance par épitaxie sur les tronçons basaux.
Selon un exemple, l’oxydation est effectuée de sorte à oxyder toute la section d300du tronçon basal, la section étant prise dans un plan parallèle à un plan dans lequel s’étend principalement une face supérieure du substrat de support. Ainsi, dans ce mode de réalisation, e320= d300.
Selon un autre mode de réalisation, la transformation du matériau du tronçon basal est obtenue par nitruration du tronçon basal.
Selon un exemple, modifier sélectivement le tronçon basal comprend :
- ladite transformation, de préférence par oxydation, et
- avant ou après la transformation, ladite gravure du tronçon basal sélectivement au tronçon de germination.
De préférence, la gravure est réalisée avant amorphisation par oxydation, car il est souhaitable d’avoir des temps et températures plus élevés pour faire une oxydation thermique plus épaisse.
Selon un exemple, modifier le tronçon basal comprend une porosification du tronçon basal, de préférence sélectivement au tronçon de germination.
De préférence, le substrat de Si présente ou est une couche fortement dopée en surface pour limiter l’extension de la porosification.
Selon un exemple, modifier sélectivement le tronçon basal comprend :
- ladite transformation et
- après ou, de préférence avant ladite transformation, ladite porosification du tronçon basal.
Selon un exemple, modifier sélectivement le tronçon basal comprend au moins deux et de préférence les trois étapes suivantes:
- ladite transformation, par exemple par amorphisation du tronçon basal, et
- ladite porosification du tronçon basal.
- ladite gravure du tronçon basal sélectivement au tronçon de germination.
De préférence, l’amorphisation est réalisée après la porosification.
De préférence, la transformation, par exemple par amorphisation, est réalisée après la porosification et la porosification est réalisée après la gravure.
Selon un exemple, les plots sont répartis sur le substrat de support de manière à former une pluralité d’ensembles de plots et l’étape de croissance par épitaxie est interrompue avant que des cristallites appartenant à deux ensembles distincts n’entrent en coalescence, de sorte à ce que la couche formée sur chaque ensemble forme une vignette, les vignettes étant distantes les unes des autres.
Selon un exemple, le tronçon de germination, cristallin, est fait d’un deuxième matériau III-N, possiblement identique au matériau III-N de ladite couche de nitrure à base d’un matériau III-N nitrure. Selon un exemple, le tronçon de germination est à base de l’un parmi le gallium (Ga), l’indium (In) et l’aluminium (Al). Selon un exemple, le tronçon de germination, cristallin, est fait d’un matériau différent du matériau du tronçon basal.
Selon un exemple, le tronçon basal s’étend depuis une face supérieure du substrat de support.
Selon un exemple, le tronçon basal et le substrat de support sont formés d’un même matériau.
Selon un exemple, le tronçon basal est fait ou est à base de l’un parmi le silicium (Si), le germanium (Ge) le silicium germanium (Si-Ge), carbure de silicium (SiC).
Selon un exemple, les plots comprennent également au moins un tronçon tampon, situé entre le tronçon basal et le tronçon de germination.
Selon un exemple, le tronçon basal est à base de Si, le tronçon tampon (400) est en AlN et le tronçon de germination est en GaN. De préférence le tronçon tampon est directement au contact du tronçon basal. De préférence le tronçon tampon est directement au contact du tronçon de germination.
Selon un exemple, le tronçon basal est à base de Si, le tronçon de germination est en AlN, le tronçon de germination étant de préférence directement au contact du tronçon basal.
Selon un exemple, les tronçons de germination sont séparés d’une distance D et la section d500des tronçons de germination est telle que D<d500, de préférence, D<0.7*d500et de préférence D<0.5*d500. Cela permet que la coalescence des cristallites adjacentes s’effectue rapidement après le début de la croissance par épitaxie. Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux lorsque le matériau III-N croit principalement dans la direction c et peu rapidement dans un plan perpendiculaire xy à la direction principale z dans laquelle étendent les plots. De préférence, la section d310des tronçons basaux modifiée 310 est telle que d310≤0.5* d500.
Selon un exemple, chacune de ces couches présente une face inférieure et une face supérieure, sensiblement parallèle à une face supérieure du substrat. Chaque couche forme une vignette. Toutes les faces inférieures des couches sont sensiblement comprises dans un même plan. Il en est de même pour les faces supérieures.
Selon un exemple, le tronçon basal modifié, par exemple par oxydation, est fait d’un matériau visqueux. Il présente une transition viscoplastique.
Selon un exemple, la croissance épitaxiale étant effectuée à une température Tépitaxie, telle que : Tépitaxie k1 x Ttransition vitreuse, avec k1 ≥ 0,8.
De manière optionnelle, la croissance épitaxiale est effectuée à une température Tépitaxie, telle que : Tépitaxie k1 x Ttransition vitreuse, avec k1 ≥ 0,8.
Selon un exemple, k1 = 1, et de préférence k1 = 1,5. Selon un exemple de réalisation, k1 = 0.87 ou k1 = 0.9. Selon un exemple particulièrement avantageux, k1 = 0.92. Ainsi, dans le cas où les tronçons basaux modifiés sont formés enSiO2,Tépitaxie≥ 1104°C, Ttransition vitreusepour le SiO2étant égale à 1200°C. Selon un exemple de réalisation encore plus préférentiel, k1 = 0.95. Selon un exemple de réalisation encore plus préférentiel, k1 = 1, et de préférence k1 = 1,5.
Dans le mode de réalisation dans lequel les plots sont répartis sur le substrat de support de manière à former une pluralité d’ensembles de plots et que l’étape de croissance par épitaxie est interrompue avant que des cristallites appartenant à deux ensembles distincts n’entrent en coalescence, de sorte à ce que la couche formée sur chaque ensemble forme une vignette, les vignettes étant distantes les unes des autres, le procédé peut présenter au moins l’une quelconque des caractéristiques et étapes suivantes qui peuvent être combinées ou prises séparément :
Selon un exemple, la distance D séparant deux plots adjacents d’un même ensemble est inférieure à la distance W1 séparant deux plots adjacents appartenant à deux ensembles différents. W1 > D et de préférence W1 ≥ 2 x D.
Selon un exemple, W1 ≥ k4 x D, avec k4 = 1.5, de préférence k4 = 2. Cela permet d’avoir des pixels de petites tailles et une densité d’intégration importante dans le cas de la réalisation de micro-LED. De préférence k4 = 5. W1 peut être égale à 1,5 micron.
W2 étant la distance séparant deux vignettes adjacentes (voir W2 en ), il faut que W2 soit non nulle pour que les deux vignettes adjacentes ne se touchent pas. Ainsi, W2 > 0.
Selon un exemple, W1 ≥ k5 x W2, avec :
Selon un exemple, W1 ≥ k5 x W2, avec :
- W1 est la distance séparant deux plots adjacents appartenant à deux ensembles distincts ;
- W2 est la distance séparant deux vignettes adjacentes, W2 étant > 0. De préférence k5 = 1.2, de préférence k5 = 1.5, de préférence k5 = 2.
Selon un exemple, au moins avant l’étape de modification, chaque plot présente une section dont la dimension maximale dplotest comprise entre 10 et 500 nm (10-9mètres), la dimension maximale dplotétant mesurée dans un plan parallèle à un plan (xy) dans lequel s’étend principalement une face supérieure du substrat, de préférence 20 nm ≤ dplot ≤ 200 nm et de préférence 50 nm ≤ dplot≤ 100 nm. dplot= dplotRou dplotS.
Selon un exemple, chaque vignette présente une section dont la dimension maximale dvignetteest comprise entre 0,5 à 20 µm (10-6mètres), la dimension maximale dvignetteétant mesurée dans un plan parallèle à un plan (xy) dans lequel s’étend principalement une face supérieure du substrat, de préférence 0.8 µm ≤ dvignette≤ 3 µm et de préférence 1 µm ≤ dvignette≤ 2 µm. La dimension maximale dvignettecorrespond ainsi à la dimension maximale d’une projection de la vignette dans un plan parallèle au plan xy dans lequel s’étend principalement la face supérieure du substrat.
Alternativement, les plots d’un même ensemble sont répartis sur le substrat de manière non périodique. De manière optionnelle, mais avantageuse, les vignettes sont réparties sur le substrat de manière périodique.
Selon un exemple, les plots comprennent au moins un tronçon tampon surmontant le tronçon basal cristallin. Ce tronçon tampon est fait en un matériau différent de celui des vignettes de nitrure. Selon cet exemple, les vignettes de nitrure sont faites en nitrure de gallium (GaN) et la couche tampon est en nitrure d’aluminium (AlN). Cela permet, d’éviter l’apparition du phénomène de melt back etching (gravure par refusion), généré par la très forte réactivité entre le gallium et le silicium.
Selon un exemple, chaque plot présente une face supérieure encore désigné sommet et la croissance par épitaxie des cristallites s’effectue en partie au moins et de préférence uniquement à partir de ladite face supérieure.
Selon un exemple, le tronçon basal présente une hauteur h310telle que h310≥ 0.1xdplot, dplotétant le diamètre du plot ou plus généralement la distance bord à bord du plot prise, au niveau du tronçon basal et dans une direction parallèle à un plan (xy) dans lequel s’étend principalement une face supérieure du substrat. De préférence h310≥ 1xdplot. Ces valeurs, permettent d’obtenir une déformation suffisante pour réduire les contraintes au niveau du joint de grain.
Selon un exemple, les plots présentent une hauteur Hplot, et dans lequel deux plots adjacents sont distants d’une distance D, telle que : Hplot / D < 2 et de préférence Hplot/ D ≤ 1.
Selon un exemple, le tronçon basal, avant modification, est à base de silicium. De préférence le tronçon basal est en silicium.
Le tronçon basal cristallin peut être aussi à base de matériaux autres que le Si et qui permettent l’épitaxie de matériaux nitrures. Par exemple, le tronçon basal cristallin peut être à base de SiC ou de Al203.
Selon un exemple de réalisation, le substrat de base ayant servi à former le tronçon basal cristallin est une couche monocristalline.
De préférence, on fait croitre par épitaxie des cristaux sur tous les plots.
Selon un exemple de réalisation, le nitrure des vignettes est un nitrure Selon un autre mode de réalisation, le matériau formant le nitrure (N) des vignettes est l’un quelconque parmi: le nitrure de gallium (GaN), le nitrure d’indium (InN), le nitrure d’aluminium (AlN), le nitrure d’aluminium gallium (AlGaN), le nitrure d’indium gallium (InGaN), le nitrure d’aluminium gallium indium (AlGaInN), le nitrure d’aluminium indium (AlInN), le nitrure d’aluminium indium gallium (AlInGaN).
Selon un exemple, l’étape de formation des plots est effectuée de sorte que dcristallite/ dplot≥ k3, avec k3 = 3, dplotétant la dimension maximale de la section du plot prise dans une direction parallèle à un plan (xy) dans lequel s’étend principalement une face supérieure du substrat (plot ou plus généralement la distance bord à bord du plot, c’est-à-dire la dimension maximale du plot quelle que soit la forme de sa section), dcrista l litecorrespondant à la dimension de la cristallite mesurée selon la même direction que dplotau moment de la coalescence des cristallites.
Des résultats particulièrement efficaces ont été obtenus pour k3 = 3. Selon un exemple 100 ≥ k3 ≥ 3. De préférence, 50 ≥ k3 ≥ 3. De préférence, 5 ≥ k3 ≥ 3.
Le pas selon lequel les plots d’un même ensemble sont distribués est noté Pplot. De préférence, Pplot/dplot≥ 4, et de préférence Pplot/dplot≥ 5. Selon un exemple qui donne des résultats particulièrement qualitatifs, Pplot/dplot= 5.
Le terme « micro-LED » désigne une LED dont au moins une dimension prise dans un plan parallèle au plan principal dans lequel s’étend le substrat supportant la micro-LED (i.e., le plan xy du repère orthogonal référencé sur les figures) est micrométrique, c’est-à-dire strictement inférieure à 1 mm (10-3mètres). Dans le cadre de l’invention, les micro-LED présentent, en projection dans un plan d’extension principal parallèle aux faces principales des micro-LED, i.e., parallèle à une face supérieure du substrat, des dimensions maximales de dimension micrométrique dans le plan. De préférence, ces dimensions maximales sont inférieures à quelques centaines de micromètres. De préférence, ces dimensions maximales sont inférieures à 500 µm et de préférence inférieures à 100 µm.
Dans la présente invention, on entend par « transistors de type HEMT » (acronyme anglais de « High Electron Mobility Transistor ») des transistors à effet de champ à haute mobilité d'électrons, parfois également désignés par le terme de transistor à effet de champ à hétérostructure. Un tel transistor inclut la superposition de deux couches semi-conductrices ayant des bandes interdites différentes qui forment un puits quantique à leur interface. Des électrons sont confinés dans ce puits quantique pour former un gaz bidimensionnel d’électrons. Pour des raisons de tenue en haute tension et en température, les matériaux de ces transistors sont choisis de façon à présenter une large bande d'énergie interdite.
Dans la suite de la description, les termes cristaux et cristallites seront considérés comme équivalents.
Il est précisé que dans le cadre de la présente invention, les termes « sur », « surmonte », « recouvre » ou « sous-jacent » ou leurs équivalents ne signifient pas « au contact de ». Ainsi par exemple, « le dépôt d’une première couche sur une deuxième couche » ne signifie pas obligatoirement que les deux couches sont directement au contact l’une de l’autre mais cela signifie que la première couche recouvre au moins partiellement la deuxième couche en étant soit directement à son contact, soit en étant séparée d’elle par au moins une autre couche ou au moins un autre élément y compris de l’air. De même, « un plot surmontant une première couche » ne signifie pas que le plot est nécessairement au contact de cette première couche mais signifie que le plot est, soit au contact de cette première couche, soit au contact d’une ou plusieurs couches disposées entre la première couche et le plot.
Les étapes de formation des différentes couches et régions s’entendent au sens large : elles peuvent être réalisées en plusieurs sous-étapes qui ne sont pas forcément strictement successives.
Dans la description qui suit, l’épaisseur ou la hauteur est prise selon une direction perpendiculaire aux faces principales des différentes couches. Sur les figures, l’épaisseur ou la hauteur est prise selon la verticale ou selon l’axe z du repère orthogonal illustré en .
De même lorsqu’on indique qu’un élément est situé au droit d’un autre élément, cela signifie que ces deux éléments sont situés tous deux sur une même ligne perpendiculaire au plan principal du substrat, soit sur une même ligne orientée verticalement (axe z) sur les figures.
On entend par un substrat, une couche, un dispositif, « à base » d’un matériau M, un substrat, une couche, un dispositif comprenant ce matériau M uniquement ou ce matériau M et éventuellement d’autres matériaux, par exemple des éléments d’alliage, des impuretés ou des éléments dopants
Un exemple de procédé de formation d’une couche de nitrure va maintenant être décrit en référence aux figures 1A à 1G. Dans cet exemple non limitatif, on réalise une pluralité de couches en matériau III-N formant chacune une vignette 550A, 550B.
Comme illustré en , on fournit une structure de base 20 comprenant un substrat de base 10, surmonté d’au moins une couche de tampon 40.
Le substrat de base 10 est cristallin, de préférence monocristallin. Selon un exemple, le substrat de base 10 est à base de silicium. De préférence, le substrat de base 10 est un substrat massif (bulk substrate) de silicium monocristallin. Alternativement, le substrat de base 10 peut être fait de germanium (Ge), silicium germanium (SiGe) ou encore être à base de SiC ou de Al203 .
Selon un exemple préféré, le substrat de base 10 est autoportant. Il n’est pas fixé sur un autre substrat. Alternativement, le substrat de base 10 repose lui-même sur un substrat additionnel ou une couche additionnelle, fixé sur sa face inférieure 11.
La couche tampon 40 illustrée en est de préférence déposée par épitaxie sur la face supérieure 12 du substrat de base 10. Cette couche tampon 40 est uniquement optionnelle.
Lorsque les vignettes 550A, 550B que l’on souhaite obtenir au final sont formées de GaN et que le substrat de base 10 est une couche à base de silicium, cette couche tampon 40 est typiquement en nitrure d’aluminium (AlN). Cela permet d’éviter le phénomène dit de «Melt-back etching» (gravure par refusion), généré par la très forte réactivité entre le silicium et le gallium aux températures usuelles d’épitaxie (1000/1100°C) et qui conduit à dégrader très fortement les vignettes 550A, 550B de GaN.
Typiquement, l’épaisseur de la couche d’AlN est comprise entre 10 et 100 nanomètres (10-9mètres).
Comme illustré en , on peut également déposer par épitaxie, sur la face supérieure de la couche tampon 40, une couche de germination 50. Cette couche de germination 50 a pour fonction de faciliter la reprise de croissance des cristallites 510 lors des étapes suivantes. Dans ce cas, c’est à partir d’une face supérieure de la couche de germination 50 que se produit en partie au moins la croissance par épitaxie des cristallites 510A1-510B4, les cristallites étant illustrées en . Cette couche de germination 50 est de préférence réalisée dans le même matériau que celui des vignettes 550A, 550B que l’on souhaite obtenir au final. Typiquement, lorsque le matériau des vignettes 550A, 550B est du nitrure de gallium GaN, la couche de germination 50 est également en GaN. Cette couche de germination 50 présente par exemple une épaisseur comprise entre 50 et 200 nanomètres.
De préférence, la couche tampon 40 est disposée directement au contact du substrat de base 10. De préférence également, la couche tampon 40 est disposée directement au contact de la couche de germination 50.
Par souci de concision et de clarté, seuls quatre plots 1000A1-1000A4 sont représentés sur les figures pour supporter une vignette 550A. Naturellement, une vignette 550A peut être formée sur un nombre supérieur de plots. Comme cela sera décrit par la suite, le nombre de plots ainsi que leur période seront adaptés en fonction de la taille voulue pour le dispositif micro-électronique, tel qu’une LED, un transistor (de type HEMT par exemple) ou une diode de puissance, que l’on souhaite réaliser à partir de cette vignette.
Comme illustré en , on forme ensuite des plots 1000A1-1000B4 à partir de l’empilement. Ces plots sont obtenus par gravure de l’empilement jusque dans le substrat de base 10.
Pour former les plots par gravure, on pourra recourir aux nombreuses techniques de gravure connues de l’homme du métier. On pourra notamment utiliser les techniques classiques de lithographie, telles que les techniques de photolithographie par ultraviolet comprenant la formation d’un masque, par exemple en résine, puis le transfert des motifs du masque dans l’empilement. Ces techniques de gravure présentent comme intérêt majeur d’être rapides et peu coûteuses. On pourra également recourir aux techniques de lithographie par faisceau d’électrons (e-beam) ou aux techniques d’impression nanométrique.
Ces plots 1000A1-1000B4 sont de faibles dimensions et peuvent être qualifiés de nano-plots ou de nano-piliers. Typiquement, la dimension maximale de la section des plots, prise dans un plan parallèle au plan xy du repère orthogonal xyz ou au plan de la face supérieure 110 du substrat 100, est comprise entre quelques dizaines et quelques centaines de nanomètres. Cette dimension est notée dplot en fonction des plots. De préférence, dplot est comprise entre 50 et 1000 nanomètres et de préférence entre 100 et 250 nm et de préférence entre 200 et 500 nm par exemple de l’ordre de 200 nm ou de 300 nm. Cette dimension maximale de la section des plots est référencée dplot en . Si les plots sont de section circulaire, cette dimension maximale dplot correspond au diamètre des plots. Si les plots sont de section hexagonale, cette dimension maximale dplot correspond à la diagonale ou au diamètre du cercle passant par les angles de l’hexagone. Si ces plots sont de section rectangulaire ou carrée, cette dimension maximale dplot correspond à la plus grande diagonale ou au côté du carré.
Les plots 1000A1-1000B4 ne sont pas tous répartis de manière régulière à la surface du substrat 100. Sur l’exemple illustré, les plots 1000A1-1000B4 forment des ensembles 1000A, 1000B de plots, chaque ensemble comprenant une pluralité de plots. Les plots 1000A1-1000A4 formant un même ensemble 1000A définissent un réseau de plots distant du réseau de plots 1000B1-1000B4 formant un autre ensemble 1000B.
Ainsi, les plots adjacents 1000A1-1000A4 d’un même ensemble 1000A sont distants d’une distance D. Les plots adjacents 1000A4-1000B1 appartenant à deux ensembles 1000A, 1000B distincts sont séparés d’une distance W1. Les distances D et W1 sont prises dans des plans parallèles au plan xy et sont illustrées en . Comme cela sera expliqué par la suite, les plots 1000A1-1000A4 d’un même ensemble 1000A sont destinés à supporter une unique vignette 550A qui sera distante d’une autre vignette 550B supportée par un autre ensemble 1000B de plots 1000B1-1000B4.
On notera que pour une même vignette, la distance D peut varier. Ainsi, les plots 1000A1-1000A4 d’une même vignette 550A peuvent être répartis de manière non périodique. Leur répartition peut ainsi être adaptée pour favoriser la croissance de la vignette. Par exemple, si l’agencement des plots 1000A1-1000A4 d’une vignette 550A n’est pas périodique, on peut avoir une distance D qui varie pour ces plots 1000A1-1000A4 de plus ou moins 20% ou de plus ou moins 10% par exemple plus ou moins 10 nm autour d’une valeur moyenne. Selon un exemple, D peut prendre les valeurs suivantes pour une même vignette : 100nm, 90nm, 85nm, 107nm.
Les vignettes 550A, 550B formées sur des ensembles de plots 1000A, 1000B répartis de manière non périodique peuvent quant à elles être disposées de manière périodique sur le substrat. Cela facilite la réalisation d’un micro écran.
Les plots 1000A1-1000B4 sont formés d’un empilement de tronçons. Les tronçons s’étendent selon la direction principale d’extension du plot, c’est-à-dire verticalement (z) sur les figures 1A à 1G. Chaque tronçon correspond à l’une des couches de la structure de base 20. Ainsi, un premier tronçon désigné tronçon basal 300 s’étend depuis une portion non gravée du substrat de base 10. Cette portion non gravée du substrat de base 10 définit un substrat de support 100 pour les plots 1000A, 1000B. Le tronçon basal 300 et le substrat de support 100 sont formés dans le substrat de base 10. Ainsi, le tronçon basal 300 présente une continuité de matière avec le substrat de support 100. Les plots 1000A1-1000B4 comprennent, au-dessus du tronçon basal 300, un substrat de germination 500 et optionnellement substrat tampon 400. Le substrat de germination 500 et le substrat tampon 400 correspondent respectivement à la portion non gravée de la couche de germination 50 et à la portion non gravée de la couche de tampon 40.
Les tronçons d’un même plot présentent sensiblement la même section. De préférence, les tronçons sont pleins. La section des tronçons est prise parallèlement au plan xy, soit parallèlement aux plans dans lesquels les faces du substrat de base 10 s’étendent principalement.
Selon un exemple de réalisation, les tronçons basaux 300 des plots 1000A1-1000B4, présentent une hauteur H300, référencée en . Pour rappel, dplot est la dimension maximale de la section du plot prise dans une direction parallèle à un plan (xy) dans lequel s’étend principalement une face supérieure du substrat. De préférence, H300 est telle que, si la technologie de gravure impose dplot >50nm, il est préférable que H300 > 2*dplot soit H300 > 100 nm, de préférence H300 > 150 nm. Pour dplot = 150nm, il faut de préférence H300 > 300nm etc. On notera qu’avantageusement cette hauteur est supérieure à l’épaisseur habituelle de la couche active cristalline d’un substrat de type SOI.
Selon un exemple de réalisation, les tronçons tampon 400, présentent une hauteur H400. De préférence, est supérieure à 50nm. De préférence, H400est supérieure à 100nm. De préférence, H400est supérieure à 150nm. Selon un exemple, H400est comprise entre 100nm et 300nm.
Selon un exemple de réalisation, les tronçons de germination 500, présentent une hauteur H500. De préférence, est supérieure à 100nm. De préférence, H500est supérieure à 200 nm. Selon un exemple, H500est comprise entre 100nm et 2µm.
Les hauteurs H300,H400,H500des tronçons 300, 400, 500 sont mesurées selon une direction z perpendiculaire au plan principal xy dans lequel s’étend principalement une face supérieure 110 du substrat de base 100, les tronçons basaux 300 s’étendant depuis cette face supérieure 110.
De préférence, H300/ D <1, et de préférence h300/ D <1.5. De préférence H300/ D <2. Comme indiqué ci-dessus, D correspond à la distance la plus faible séparant deux plots adjacents avant croissance par épitaxie des cristallites. D est mesurée parallèlement au plan xy.
Chaque plot présente une hauteur, référencée Hplot, correspondant à la somme des hauteurs de ses tronçons.
Selon un exemple, telle que :
Hplot/ D <2 , et de préférence Hplot/ D <1.5. De préférence Hplot/ D ≤ 1. Hplotest mesurées selon la direction z.
Comme illustré en , les plots sont gravés à travers toute la couche de germination 50, toute la couche de tampon 40 (lorsque cette dernière est présente). De préférence, seule une portion de l’épaisseur du substrat de base 10 est gravée.
La illustre l’étape de modification des plots 1000A1-1000B4. Cette étape est également illustrée en . Cette étape est configurée de sorte à rendre, au moins les tronçons basaux 300 plus déformables. À l’issue de cette étape, les tronçons basaux 300 sont modifiés, par exemple en termes de géométrie ou en termes de matériaux. Par conséquent, si les cristallites 510A1-510A1 portées par deux plots 1000A1-1000A2 adjacents sont désorientées l’une par rapport à l’autre, lors de la coalescence de ces deux cristallites, le joint 560 formé à leur interface, habituellement désigné joint de grains ou joint de coalescence, se formera sans dislocation pour rattraper ces désorientations. Ces joints de coalescence sont illustrés en . La déformation des tronçons basaux modifiés 310 permet ainsi de rattraper ces désorientations et d’obtenir des vignettes 550A, 550B sans ou avec très peu de dislocations aux joints 560 de coalescence.
Dans l’exemple illustré en , cette étape de modification comprend une réduction de la section des tronçons basaux 300.
Avant l’étape de modification, les tronçons basaux 300 présentent une section d300. À l’issue de l’étape de modification ils présentent chacun une section d310telle que d310≤ 0.8 * d300. De préférence d310≤ 0.6 * d300, et encore plus préférentiellement d310≤ 0.5 * d300. Les références d300et d310sont indiquées en figures 2.
Selon un exemple, d310≤ 100nm. De préférence d310≤ 50 nm.
De préférence, cette gravure permet de graver le matériau des tronçons basaux 300 sélectivement aux autres tronçons des plots. De préférence, cette gravure est isotrope. De préférence, cette gravure est une gravure par voie humide. Il peut également s’agir d’une gravure sèche isotrope. Ainsi, elle consomme une partie 101b de la face supérieure 110 du substrat de support 100, la partie 101a du substrat de support 100 n’étant pas gravée.
Dans un exemple non limitatif dans lequel le tronçon basal 300 est à base de silicium, le tronçon tampon 400 est en AlN, et le tronçon de germination 500 est en GaN, on peut prévoir une gravure humide basée sur une solution de gravure par voie sèche, à base de XeF2
L’épaisseur e320 du tronçon basal 300 consommée lors de cette gravure est référencée en . Cette épaisseur e320 est de préférence contrôlée au temps.
La illustre la formation de cristallites 510A1-510B4 par croissance épitaxiale à partir de la couche de germination 50.
Comme illustré sur cette , les plots 1000A1-1000B4 supportent chacun une cristallite 510A1-510B4 portée par un empilement de tronçons 500A1-400B4, 300A1-300B4, 400A1-400B4, 300A1-300B4.
Quel que soit le mode de réalisation retenu, c’est-à-dire avec ou sans couche de tampon 40, la croissance par épitaxie des cristallites 510A1-510B4, s’effectue en partie au moins ou uniquement à partir de la face supérieure 1010 du plot 1000A1-1000B4, également désignée sommet 1010 du plot. Cela permet notamment d’obtenir rapidement des cristallites 510A1-510B4 d’épaisseur importante.
On remarquera que les faces supérieures de la couche de tampon 40 et de la couche de germination 50, c’est-à-dire les faces tournées au regard des vignettes 550A, 550B que l’on souhaite faire croître, présentent des polarités de type Gallium (Ga), et non pas azote (N), ce qui facilite considérablement l’obtention de vignettes 550A, 550B de nitrure épitaxié de grande qualité.
La croissance des cristallites 510A1-510B4 se poursuit et s’étend latéralement, en particulier selon des plans parallèles au plan xy. Les cristallites 510A1-510B4 d’un même ensemble 1000A de plots 1000A1-1000A4 se développent jusqu’à coalescer et former un bloc ou vignettes 550A, 550B comme illustré en .
Autrement dit, et comme cela ressort clairement des figures, chaque vignette 550A, 550B s’étend entre plusieurs plots 1000A1-1000A4. Chaque vignette 550A, 550B forme une couche continue.
Ainsi, à l’issue de l’étape 1F, on obtient une pluralité de vignettes 550A, 550B, chaque vignette 550A étant supportée par les plots 1000A1-1000A4 d’un même ensemble 1000A de plots. Deux vignettes adjacentes 550A, 550B sont séparées d’une distance W2, W2 étant la distance la plus faible prise entre ces deux vignettes. W2 est mesurée dans le plan xy.
W2 dépend de W1, de la durée et de la vitesse de la croissance épitaxiale. W2 est non nulle. W2 < W1.
On note dvignettela dimension maximale d’une vignette mesurée parallèlement au plan xy. Ainsi, dvignettecorrespond à la dimension maximale d’une projection de la vignette dans un plan parallèle au plan xy. Selon un exemple 0.8 µm ≤ dvignette≤ 3 µm. Selon un autre exemple 1 µm ≤ dvignette≤ 2 µm. Selon un exemple dvignetteest compris entre 10µm et 200 µm. Tel est le cas par exemple pour les transistors MOSFET verticaux. Selon un exemple dvignetteest de l’ordre de 1000 µm. Tel est le cas par exemple pour les transistors de puissance de type HEMT. dvignettedépend de la vitesse et de la durée de la croissance épitaxiale ainsi que du nombre, de la dimension et du pas Pplotdes plots d’un même ensemble.
Le procédé de réalisation des vignettes 550A, 550B peut être stoppé à l’issue de la . Alternativement, ce procédé peut être poursuivi pour former un dispositif intégrant la couche de matériau III-N. Lorsque la couche de matériau III-N forme une vignette, le procédé peut être poursuivi pour former par exemple une micro-LED, une diode ou un transistor à partir de chacune des vignettes 550A, 550B.
La illustre un mode de réalisation non limitatif dans lequel on réalise des puits quantiques 590 au sein de chaque vignette 550. Ce mode de réalisation permet avantageusement de réaliser directement une micro-LED de taille correspondant à la taille initiale de la vignette. Pour réaliser des puits quantiques 590 au sein de chaque vignette 550, l’homme du métier pourra mettre en œuvre les solutions connues de l’état de la technique. Ainsi, une fois que les cristallites 510 ont coalescé, on adopte les mêmes conditions de croissance pour les puits que lors d’une croissance bidimensionnelle classique.
La plus faible dimension possible pour les micro-LED est fonction de la résolution ultime des méthodes de structuration choisies : par exemple, pour des réseaux élaborés par nanoimpression, on atteint des tailles de plots de 50 nm et des périodes Pplotde 150 à 200 nm. Ce qui signifie que l’on obtient des dimensions dvignettede vignettes de 1 à 2 µm. Ceci est donc de l’ordre des tailles de pixels recherchées pour les µ-display haute résolution.
Dans l’exemple ci-dessus décrit en référence aux figures 1A à 1G, les plots 1000 sont répartis sur le substrat 100 de manière à former des ensembles 1000A, 1000B distincts de sorte à ce qu’une couche de matériau III-N se forme sur chaque ensemble et que la croissance par épitaxie soit interrompue avant que les différentes couches n’entrent en contact, formant ainsi des vignettes 550A, 550B distinctes et séparées sur le substrat 100.
Naturellement, toutes les caractéristiques, étapes et avantages techniques mentionnés en référence à ce mode de réalisation sont applicables à un mode de réalisation alternatif dans lequel on réalise une unique couche sur le substrat 100. Dans ce cas, on peut prévoir qu’il n’y ait pas de discontinuité entre des ensembles de plots. En tout état de cause, on prévoit de poursuivre la croissance par épitaxie jusqu’à ce qu’une couche continue se forme sur les plots. Dans ce cas, on veillera naturellement à répartir les plots de sorte à ce que la croissance épitaxiale à partir des plots forme cette couche continue. Par exemple W1 = D et W2 = 0. De préférence, cette couche recouvre au moins 50% de préférence au moins 80% de la face supérieure du substrat 100.
Dans chacun de ces deux modes de réalisation, i.e., avec formation d’une unique couche sur le substrat ou formation d’une pluralité de couches formant chacune une vignette, la coalescence s’effectue sans, ou avec peu de dislocations au sein de la couche de matériau III-N. Par ailleurs, cette faible densité de dislocations peut être obtenue alors même que l’épaisseur de la couche de matériau III-N est importante, typiquement supérieurs à 5µm, voire supérieure à 8 voire 20 µm.
Comme indiqué ci-dessus, l’étape de modification des tronçons basaux rend ces derniers moins rigides. Cette rigidité plus faible peut par exemple être vérifiée en appliquant une force, par exemple une torsion autour d’un axe parallèle au plan de la face supérieure du substrat de support :
- sur le sommet d’un plot avant modification puis
- sur le sommet d’un plot après modification.
Cette force peut également être appliquée sur le tronçon basal lui-même. On peut alors mesurer la différence de déformation du plot ou du tronçon basal lorsqu’une force identique est appliquée avant et après modification.
Selon un exemple, la réduction de rigidité du tronçon basal ou du plot est supérieure à 20% et de préférence à 50%. Selon un exemple, la force F1 qu’il convient d’appliquer pour obtenir une déformation donnée du tronçon basal modifié 310 est inférieure à 0.8 * F2, F2 étant la force qu’il convient d’appliquer pour obtenir une déformation identique du tronçon basal 300 non modifié. De préférence, F1 ≤ 0.6*F2. De préférence, F1 ≤ 0.4*F2.
Pour un plot aminci sans modification, le rapport entre F2 et F1 peut simplement être le rapport des sections ou des rayons des plots. Si le matériau du plot est transformé, par exemple par amorphisation, il faut alors faire intervenir les modules élastiques du matériau avant et après modification. Par exemple, si sans modification du plot, il faut des rapports de diamètre d’un facteur deux pour que la même force appliquée produise la même « déformation », ce facteur peut devenir égal à 1 si les modules élastiques, après déformation sont diminués d’un facteur deux.
Plusieurs modes de réalisation peuvent être envisagés pour effectuer l’étape de modification des tronçons basaux 300. Quelques-uns de ces modes de réalisation vont maintenant être décrits en détail en référence aux figures 2 à 6.
Modification par réduction de la section des tronçons basaux
La illustre de manière schématique le mode de réalisation de la . Dans ce mode de réalisation, la modification du tronçon basal 300 est obtenue par réduction de sa section à l’aide d’une gravure, de préférence isotrope. Les détails de ce mode de réalisation ont été indiqués ci-dessus en référence à la .
Ce mode de réalisation présente pour avantage de reposer sur des techniques biens connues. Par ailleurs, il peut être mis en œuvre à basse température. Il n’implique pas non plus de limitation en termes de dopage du silicium.
Modes de réalisation permettent également de former les tronçons basaux 300 à partir de matériaux particulièrement durs tels que Al2O3ou SiC.
Selon un exemple avantageux, on prévoit de former une couche de passivation sur la surface des tronçons basaux 300 avant recroissance du nitrure à base d’un matériau III-N (par exemple GaN). Cela permet d’éviter que la croissance par épitaxie se produise au niveau des tronçons basaux 300. Tel pourrait être le cas si ces tronçons basaux 300 sont en silicium à base de silicium. Pour former cette couche de passivation, on peut prévoir une oxydation ou une nitruration d’une portion seulement de l’épaisseur des tronçons basaux 300. Cette couche de passivation s’étend naturellement depuis la face externe des tronçons basaux 300. À cet effet, on peut prévoir une oxydation très légère ou une nitruration, par exemple avec NH3avant la croissance par épitaxie.
Par ailleurs, cette couche de passivation évite l’apparition du phénomène de gravure par refusion, habituellement désigné meltback ecthing, qui peut se produire lorsque le GaN et le Si sont en contact.
Modification par
transformation du matériau
des tronçons basaux
La illustre un mode de réalisation dans lequel la modification du tronçon basal 300 est obtenue par transformation du matériau cristallin constituant le tronçon basal 300. Cette transformation fait que le matériau du tronçon basal 300 devient plus facilement déformable, notamment à la température Tépitaxie à laquelle l’empilement est soumis lors de la croissance par épitaxie. Après transformation, le tronçon basal 300 présente ainsi une rigidité plus faible qu’avant transformation.
Selon un exemple cette transformation est obtenue par nitruration au moins partielle du matériau cristallin. Selon un exemple préféré, la transformation est obtenue par amorphisation du matériau cristallin. De préférence, l’amorphisation est obtenue par oxydation du matériau cristallin. Le tronçon basal modifié 310 présente alors un matériau différent de celui du tronçon basal 300. De préférence, cette modification est effectuée dans toute la section d300 du tronçon basal 300.
De préférence, cette oxydation n’altère pas les tronçons 400, 500 surmontant le tronçon basal 300. Cette oxydation est donc sélective.
Dans ce mode de réalisation, le tronçon basal modifié 310 par oxydation est fait d’un matériau visqueux. Il présente alors le comportement des matériaux à transition vitreuse ou transition viscoplastique. En particulier, il peut être caractérisé par sa température de transition vitreuse Ttransition vitreuse. Comme tous les matériaux présentant une température de transition vitreuse, le tronçon de fluage 300, sous l’effet d’une élévation de température, se déforme sans rompre et sans reprendre sa position initiale après une baisse de température.
De manière particulièrement avantageuse, la température Tépitaxieà laquelle on effectue l’épitaxie est supérieure ou de l’ordre de la température Ttransition vitreusede transition vitreuse du matériau constituant le tronçon basal modifié 310. Ainsi, lors de l’épitaxie, le tronçon basal modifié 310 est porté à une température qui lui permet de se déformer. Il peut fluer. On peut le qualifier de tronçon de fluage.
Par conséquent, si les cristallites 510A1-510A1 portées par deux plots 1000A1-1000A2 adjacents sont désorientées l’une par rapport à l’autre, lors de la coalescence de ces deux cristallites, la déformation des tronçons basaux modifiés 310 permet ainsi de rattraper ces désorientations et d’obtenir des vignettes 550A, 550B sans ou avec très peu de dislocations au niveau des joints 560 de coalescence.
En pratique, Tépitaxie≥ 600°C (dans le cadre d’une épitaxie par jets moléculaires), Tépitaxie≥ 900°C et de préférence Tépitaxie≥ 1000°C et de préférence Tépitaxie≥ 1100°C. Ces valeurs permettent de réduire de manière particulièrement efficace les défauts dans la vignette ou la couche épitaxiée lorsque les tronçons basaux 300, initialement faits en Si, deviennent en SiO2après l’étape de modification par oxydation. En pratique, Tépitaxie≤ 1500°C.
Afin de faciliter la formation de joints de coalescence 560 sans dislocation, il sera préférable d’appliquer les conditions suivantes :
Tépitaxie≥ k1 x Ttransition vitreuse, avec k1 = 0.8, de préférence k1 = 1 et de préférence k1 = 1,5.
Selon un exemple de réalisation, Tépitaxie≤ k2x Tfusion min, Tfusion minétant la température de fusion la plus faible parmi les températures de fusion des tronçons formant le plot. Selon un exemple de réalisation, k2 = 0.9. Cela permet d’éviter une diffusion des espèces du matériau dont la température de fusion est la plus faible. Si le tronçon tampon 400 et le tronçon de germination 500 sont en AlN et en GaN, dont les températures de fusion sont supérieures à 2000 degrés, le risque de diffusion sera écarté.
De préférence le tronçon basal modifié 310 est un oxyde de silicium SixOy, (x et y étant des entiers non nuls) tel que le SiO2.
À titre d’exemple, on pourra par exemple effectuer une oxydation thermique.
De préférence, cette oxydation affecte de manière isotrope le matériau du substrat de base 10. Ainsi, une portion 101b du substrat de support 100 supportant les tronçons basaux 300 se trouve également oxydée. La portion du substrat de support 100 qui n’est pas oxydée est notée 101a en .
Plus en détail, cette oxydation pourrait être effectuée avec les paramètres suivants : 1000°C sous oxygène ou 950°C sous vapeur. Le temps varie avec la taille de pilier.
L’homme du métier saura également adapter la vitesse d’oxydation. Pour cela, il pourra par exemple se référer à la publication Thermal Oxidation of Structured Silicon Dioxide, Thomas Lehrmann Christiansen, Ole Hansen, Jørgen Arendt Jensen, and Erik Vilain Thomsen, publiée le 5 March 2014 dans The Electrochemical Society ECS Journal of Solid State Science and Technology, Volume 3, Number 5.
Ce mode de réalisation présente également pour avantage d’éviter que lors de l’épitaxie le nitrure des vignettes 550A, 550B croisse à partir de portions cristallines des tronçons basaux 300 ou de la face supérieure 110, cristalline, du substrat de support 100. Rendre amorphe les tronçons basaux 300 et la face supérieure 110 du substrat de support 100 en les oxydant, empêche une épitaxie non souhaitée sur ces surfaces.
Ce mode de réalisation permet d’obtenir des tronçons basaux modifiés 310 particulièrement déformables, en particulier aux températures classiques épitaxie. Par ailleurs, il ne nécessite pas de mettre en œuvre des étapes complexes ou coûteuses de procédé.
Par ailleurs, ce mode de réalisation évite l’apparition du meltback ecthing mentionné ci-dessus
Modification par gravure et
transformation
des tronçons basaux
par
exemple par
amorphisation
La illustre un mode de réalisation dans lequel la modification du tronçon basal 300 est obtenue par :
- réduction de la section du tronçon basal 300, et
- amorphisation, de préférence par oxydation, du matériau cristallin constituant le tronçon basal 300.
Ainsi, ce mode de réalisation correspond à une combinaison des modes de réalisation décrits ci-dessus en référence aux figures 2 et 3. Toutes les caractéristiques, étapes et effets techniques mentionnés ci-dessus en référence aux figures 2 et 3 sont applicables aux modes de réalisation illustrée en .
De préférence, la réduction de la section du tronçon basal 300 par gravure est effectuée avant l’amorphisation.
Alternativement, la réduction de la section du tronçon basal 300 par gravure est effectuée après l’amorphisation sCe mode de réalisation présente pour avantage de rendre encore plus sélective la gravure des tronçons basaux 310 vis-à-vis des autres tronçons 400, 500 du plot. En effet, le silicium oxydé se grave plus aisément que le silicium cristallin. Ce mode de réalisation est par exemple possible avec une gravure par exemple par acide fluorhydrique (HF), pour graver sélectivement et de manière isotrope du SiO2formés lors de l’étape d’oxydation des tronçons basaux 300.
Ce mode de réalisation combinant réduction de la section et amorphisation des tronçons basaux permet de favoriser considérablement la déformation de ces derniers lors de la coalescence, ce qui permet de réduire encore plus la densité de dislocations.
Modification par porosification des tronçons basaux
La illustre un mode de réalisation dans lequel la modification du tronçon basal 300 est obtenue par porosification du matériau cristallin constituant ce tronçon 300.
Le tronçon basal modifié 310 présente alors un matériau différent de celui du tronçon basal 300. En particulier, les modules élastiques ( module de Young E310et module de cisaillement μ ) du tronçon basal modifié 310 est tel que E310≤ E300le rapport entre les deux valeurs étant fonction du taux de porosification du matériau considéré, E300 étant le module de Young du tronçon basal 300 avant modification. Par exemple pour le silicium, pourra se référer à la publication suivante : Phys. Status Solidi C 6, No. 7, 1680–1684 (2009) / DOI 0.1002/pssc.200881053.
Ainsi, les contraintes générées lors de la coalescence des cristallites 510A1-510A1 portées par deux plots 1000A1-1000A2 adjacents permettent de déformer les tronçons basaux modifiés 310. Ces derniers, permettent alors de rattraper les désorientations des cristallites adjacentes et d’obtenir des vignettes 550A, 550B sans ou avec très peu de dislocations au niveau des joints 560 de coalescence.
De préférence, cette modification par porosification est effectuée dans toute la section d300 du tronçon basal 300.
De préférence, cette porosification n’altère pas les tronçons 400, 500 surmontant le tronçon basal 300. Cette porosification est donc sélective.
De préférence, cette porosification affecte de manière isotrope le matériau du substrat de base 10. Ainsi, une portion 101b du substrat de support 100 supportant les tronçons basaux 300 est également rendue poreuse. La une portion du substrat de support 100 qui n’est pas rendue poreuse est référencée 101a en .
De préférence, pour ce mode de réalisation on évite que la croissance par épitaxie se produise entre les piliers et depuis le substrat 100. Pour obtenir une croissance par épitaxie véritablement sélective il est possible d’effectuer une passivation des faces libres, après la porosification et avant la croissance par épitaxie. Cette passivation des faces libres est par exemple obtenue par oxydation.
Ce mode de réalisation par porosification est notamment avantageux lorsque le matériau constituant les tronçons basaux 300 est particulièrement dur. Tel est le cas du carbure de silicium SiC.
Plus en détail, cette porosification peut être effectuée avec les paramètres suivants : la porosification du silicium se fait habituellement dans un électrolyte à base de HF (de préférence HF et alcool isopropylique (IPA) par exemple). En fonction du type de dopage p ou n les conditions sont différentes : dans le cas du Si dopé p, le contrôle du procédé se fait par le potentiel appliqué alors que pour le dopage n une irradiation avec de la lumière visible (puissance importante, par exemple supérieure à 700watts) est nécessaire. Contrairement à d’autres matériaux (comme le GaN) la porosification n’est pas totalement sélective par rapport au dopage. En revanche, les cinétiques des réactions varient en fonction du dopage (résistivité de la plaque). L’enjeu de cette étape est de définir les conditions pour ne porosifier que la base du pilier en Si sans porosifier le GaN. La barrière en AlN et la différence de mécanismes de porosification entre Si p ou n et GaN permet déterminer cette fenêtre de procédé.
Ce mode de réalisation est ainsi particulièrement avantageux lorsque le dopage de la plaque de silicium est contrôlé. Ce dopage de la plaque de silicium peut être effectué par implantation ou lors de l’épitaxie. Il permet également, lorsqu’il est associé à une oxydation, d’effectuer cette oxydation à très basse température.
Modification
porosification
et
par
transformation
des tronçons basaux
La illustre un mode de réalisation dans lequel la modification du tronçon basal 300 est obtenue par :
- porosification de la section du tronçon basal 300, et
- transformation, de préférence par amorphisation, de préférence par oxydation, du matériau cristallin constituant le tronçon basal 300.
Ainsi, ce mode de réalisation combine les modes de réalisation décrits ci-dessus en référence aux figures 2 et 5. Toutes les caractéristiques, étapes et effets techniques mentionnés ci-dessus en référence aux figures 2 et 5 sont applicables aux modes de réalisation illustrée en .
Selon un exemple, la porosification de la section du tronçon basal 300 par gravure est effectuée avant l’amorphisation. Ainsi, dans le cas du Si, le matériau est conducteur lorsqu’il est rendu poreux. Selon un autre exemple, la porosification de la section du tronçon basal 300 par gravure est effectuée avant l’amorphisation.
Ce mode de réalisation combinant porosification et amorphisation des tronçons basaux permet de favoriser considérablement la déformation de ces derniers lors de la coalescence, ce qui permet de réduire encore plus la densité de dislocations.
Autres variantes de modification des tronçons basaux
Selon un mode de réalisation la modification du tronçon basal 300 est obtenue par :
- réduction de la section du tronçon basal 300, puis avant ou après la réduction de section,
- porosification du matériau cristallin constituant le tronçon basal 300.
La porosification peut être effectuée avant ou après la réduction de la section. Lorsque la porosification est effectuée avant la réduction de la section par gravure, la sélectivité de la gravure en est améliorée.
Selon un autre mode de réalisation la modification du tronçon basal 300 est en effectuant chacune des étapes suivantes:
- réduction de la section du tronçon basal 300, et
- porosification du matériau cristallin constituant le tronçon basal 300 et
- transformation, de préférence par amorphisation du matériau cristallin constituant le tronçon basal 300.
Toutes les combinaisons d’ordre de ces étapes peuvent être envisagées. Cependant, comme indiqué ci-dessus, il est souvent préférable que la porosification soit effectuée avant l’amorphisation si cette dernière conduit à rendre le matériau non conducteur.
Les modes de réalisation combinant plusieurs types de modifications permettent d’améliorer encore la capacité du tronçon basal modifié 310 à se modifier lors de l’état de coalescence, favorisant ainsi la réduction de la densité de dislocations.
Dans tous les modes de réalisation mentionnés ci-dessus, il est préférable que la croissance par épitaxie n’ait pas lieu entre les plots. Pour cela, on peut prévoir que la croissance soit sélective afin qu’elle pas depuis la face supérieure 110 du substrat 100. Pour cela, on peut modifier cette face supérieure 110. Cette modification peut être obtenue par oxydation ou par nitruration de cette face supérieure 110.
De manière combinée ou alternative, on peut prévoir que les plots soient suffisamment hauts pour que la coalescence des cristallites s’effectue avant que la croissance à partir de la face supérieure 110 du substrat 100 n’atteigne les cristallites. Ce mode de réalisation est par exemple particulièrement adapté avec de la croissance d’AlN, puisque pour ce matériau la vitesse de croissance latérale étant faible.
Le procédé proposé s’avère particulièrement avantageux pour obtenir des couches ou des vignettes de matériau III-N dont la croissance est rendue complexe du fait que la coalescence entre cristallites adjacentes s’effectue difficilement ou tardivement. Cet avantage va maintenant être explicité en référence aux figures 7A à 8.
Pour certains matériaux III-N, la croissance s’effectue principalement selon une direction parallèle à la direction principale selon laquelle les plots s’étendent. Il s’agit de la direction c, (axe z sur le repère orthogonal de la ). À l’inverse, les cristallites croissent à une faible vitesse dans le plan xy. Cela retarde la coalescence des cristallites portées par les plots adjacents. Cette difficulté se rencontre lorsqu’il s’agit d’obtenir une couche d’AlN par exemple.
Le procédé proposé, permet tout à la fois de :
- définir des tronçons de germination 500 distants les uns des autres d’une distance D faible,
- définir des tronçons basaux 310 modifiés pour être rendus facilement déformables.
La distance D étant faible, les cristallites adjacentes entrent très rapidement en contact les unes des autres pour coalescer. Cela peut être obtenu en définissant des tronçons de germination 500 présentant des sections d500importantes. Pour autant, ces section d500importantes ne sont pas pénalisantes puisque les tronçons basaux 300 sont modifiés pour être rendus aisément déformables afin d’éviter la formation de dislocations.
La représente le substrat de base 10 surmonté d’une couche de germination 50. Dans cet exemple, le substrat de base 10 peut être en silicium et la couche de germination peut être en AlN. L’épaisseur de cette dernière est par exemple de l’ordre de 300 nanomètres.
La illustre le résultat d’une étape de gravure qui permet de définir dans la couche de germination 50 et le substrat de base 10 les plots 1000. Les plots 1000 de cet empilement comprenant ainsi chacun un tronçon basal 300 et un tronçon de germination 50. Les plots 1000 sont espacés d’une distance D et présentent une section notée dplot ou d500.
La illustre le résultat d’une étape de modification des tronçons basaux 300. Dans cet exemple non limitatif, cette étape de modification comprend une réduction par gravure de la section des tronçons basaux 300, jusqu’obtenir une section réduite d310 très inférieure à la section d500. La illustre, en vue du dessus, et de manière agrandie, cette étape illustrée en (on notera que si les cristallites présentent des sections hexagonales, les figures 7A à 7C correspond à des vues en coupe brisée passant par les diagonales des hexagones).
La illustre le résultat de l’étape de croissance par épitaxie. Les cristallites 510 sont entrées en coalescence pour former une vignette 550. Quand bien même la croissance dans le plan xy est lente, la distance D réduite permet que cette coalescence intervienne rapidement.
Au vu de la description qui précède, il apparaît clairement que la présente invention propose une solution particulièrement efficace pour obtenir une unique couche 550 de nitrure ou une pluralité de couche 550 épitaxiées, présentant une densité de dislocations très faible tout en relâchant les contraintes dimensionnelles sur la définition initiale des plots dans la structure de base 20. Par ailleurs, le procédé proposé permet d’utiliser des substrats massifs et ne requiert pas l’utilisation de substrats plus onéreux tels que des substrats SOI.
Le procédé proposé permet ainsi de réduire considérablement les coûts d’obtention d’une couche de nitrure.
Par ailleurs, ce procédé permet d’obtenir des couches de nitrure présentant la fois une forte épaisseur et une densité de dislocations très faible. Ce procédé présente ainsi des avantages considérables pour la réalisation de composants de puissance nécessitant des épaisseurs importantes de matériau III-N.
L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus et s’étend à tous les modes de réalisation couverts par les revendications.
Claims (17)
- Procédé d’obtention d’au moins une couche (550) de nitrure à base d’un matériau III-N, le procédé comprenant les étapes successives suivantes:
- fournir un empilement comprenant un substrat de support (100) et une pluralité de plots (1000A1-1000B4) s’étendant depuis le substrat de support (100), les plots (1000A1-1000B4) étant répartis sur le substrat de support (100) de manière à former au moins un ensemble (1000A, 1000B) de plots (1000A1-1000B4), chaque plot (1000A1-1000B4) comprenant au moins:
- un tronçon basal (300), cristallin, s’étendant depuis une face supérieure (110) du substrat de support (100),
- un tronçon de germination (500), cristallin, porté par le tronçon basal (300) et présentant un sommet (1010),
- modifier sélectivement le tronçon basal (300) vis-à-vis du tronçon de germination (500) de sorte à former un tronçon basal modifié (310) présentant une rigidité plus faible que le tronçon basal (300) avant modification,
- après modification du tronçon basal (300), faire croître par épitaxie une cristallite (510A1-510B4) depuis le sommet (1010) de certains au moins desdits plots (1000A1-1000B4) de l’ensemble (1000A, 1000B) et poursuivre la croissance par épitaxie des cristallites (510A1-510B4) jusqu’à coalescence des cristallites (510A1-510B4) portées par les plots (1000A1-1000B4) adjacents de l’ensemble (1000A, 1000B), de manière à former sur l’ensemble (1000A, 1000B) de plots (1000A1-1000B4) ladite couche (550) de nitrure.
- fournir un empilement comprenant un substrat de support (100) et une pluralité de plots (1000A1-1000B4) s’étendant depuis le substrat de support (100), les plots (1000A1-1000B4) étant répartis sur le substrat de support (100) de manière à former au moins un ensemble (1000A, 1000B) de plots (1000A1-1000B4), chaque plot (1000A1-1000B4) comprenant au moins:
- Procédé selon la revendication précédente, dans lequel fournir l’empilement comprenant une pluralité de plots (1000A1-1000B4) comprend :
- fournir une structure de base (20) comprenant au moins :
- un substrat de base (10), cristallin, de préférence à base de silicium ,
- au moins une couche de germination (50) surmontant le substrat de base (10).
- définir dans la structure de base (20), par gravure à travers toute l’épaisseur de la couche de germination (50) et à travers une portion seulement de l’épaisseur du substrat de base (10), la pluralité de plots (1000A1-1000B4), ladite gravure définissant:
dans le substrat de base (10) le tronçon basal (300) de chaque plot (1000A1-1000B4) et le substrat de support (100) depuis lequel s’étend le tronçon basal (300) de chaque plot (1000A1-1000B4). - fournir une structure de base (20) comprenant au moins :
- Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la gravure pour définir dans la structure de base (20) la pluralité de plots (1000A1-1000B4), est effectuée à travers un masque de gravure surmontant la couche de germination (50), le masque de gravure étant réalisé de préférence photolithographie par ultra-violet..
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel modifier sélectivement le tronçon basal (300) comprend une gravure, de préférence isotrope, du tronçon basal (300) sélectivement au tronçon de germination (500), de sorte à former un tronçon basal modifié (310) présentant une section d310inférieure à une section d500du tronçon de germination (500).
- Procédé selon la revendication précédente, dans lequel d310≤ 0.8* d500et de préférence d310≤ 0.5* d500.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel modifier sélectivement le tronçon basal (300) comprend transformer le tronçon basal (300) de sorte à rendre le matériau du tronçon basal (300) plus facilement déformable notamment à une température Tépitaxieà laquelle l’empilement est soumis lors de la croissance par épitaxie.
- Procédé selon la revendication précédente, dans lequel transformer le matériau du tronçon basal (300) comprend une amorphisation au moins partielle et de préférence complète du tronçon basal (300), de préférence sélectivement au tronçon de germination (500), de sorte à former un tronçon basal modifié (310) amorphe, l’amorphisation étant de préférence obtenue par oxydation ou par nitruration du tronçon basal (300).
- Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l’amorphisation est obtenue par oxydation du tronçon basal (300), le tronçon basal (300) étant en silicium et le tronçon basal modifié (310) étant en SixOy, x et y étant des entiers non nuls, de préférence le SixOy étant du SiO2.
- Procédé selon l’une quelconque des deux revendications précédentes, dans lequel l’amorphisation est obtenue par oxydation du tronçon basal (300), et dans lequel le tronçon basal modifié (310) présente le comportement d’un matériau visqueux et présente une température de transition vitreuse Ttransition vitreuse ,la croissance épitaxiale étant effectuée à une température Tépitaxie, telle que :
- Té pitaxie≥ k1 x Ttransition vitreuse, avec k1 ≥ 0,8
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes prise dans leur combinaison avec les revendications 4 et 6, dans lequel modifier sélectivement le tronçon basal (300) comprend :
- ladite transformation du tronçon basal (300), de préférence par amorphisation et
- avant ou après ladite transformation, ladite gravure du tronçon basal (300) sélectivement au tronçon de germination (500).
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel modifier sélectivement le tronçon basal (300) comprend une porosification du tronçon basal (300), de préférence sélectivement au tronçon de germination (500).
- Procédé selon la revendication précédente en combinaison avec l’une quelconque des revendications 6 à 11, dans lequel modifier sélectivement le tronçon basal (300) comprend :
- ladite transformation du tronçon basal (300), et
- avant ladite transformation, ladite porosification du tronçon basal (300).
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes prise dans leur combinaison avec les revendications 4, 6 et 11, dans lequel modifier sélectivement le tronçon basal (300) comprend au moins deux et de préférence les trois étapes suivantes:
- ladite gravure du tronçon basal (300A1, 300B) la gravure du tronçon basal (300) sélectivement au tronçon de germination (500)
- ladite porosification du tronçon basal (300),
- ladite transformation du tronçon basal (300), par exemple par amorphisation.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes prise dans leur combinaison avec les revendications 4, 6 et 11, dans lequel modifier sélectivement le tronçon basal (300) comprend au moins les trois étapes suivantes effectuées dans l’ordre suivant:
- ladite gravure du tronçon basal (300) sélectivement au tronçon de germination (500)
- ladite porosification du tronçon basal (300),
- ladite transformation du tronçon basal (300), par exemple par amorphisation.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les plots (1000A1-1000B4) sont répartis sur le substrat de support (100) de manière à former une pluralité d’ensembles (1000A, 1000B) de plots (1000A1-1000B4) et l’étape de croissance par épitaxie est interrompue avant que des cristallites (510A1-510B4) appartenant à deux ensembles (1000A, 1000B) distincts n’entrent en coalescence, de sorte à ce que la couche formée sur chaque ensemble (1000A, 1000B) forme une vignette, les vignettes étant distantes les unes des autres.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les tronçons de germination (500) sont séparées d’une distance D et la section d500des tronçons de germination (500) est telle que D<d500, de préférence, D<0.7*d500et de préférence D<0.5*d500.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite modification est effectuée de sorte à ce que la force F1 qu’il convient d’appliquer pour obtenir une déformation donnée du tronçon basal modifié (310) soit inférieur à 0.8 * F2, F2 étant la force qu’il convient d’appliquer pour obtenir une déformation identique du tronçon basal (300) non modifié, de préférence, F1 ≤ 0.6*F2 et de préférence, F1 ≤ 0.4*F2.
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