FR3132592A1 - Fabrication d’un composant emetteur de rayonnement a partir d’un substrat de carbure de silicium - Google Patents
Fabrication d’un composant emetteur de rayonnement a partir d’un substrat de carbure de silicium Download PDFInfo
- Publication number
- FR3132592A1 FR3132592A1 FR2201064A FR2201064A FR3132592A1 FR 3132592 A1 FR3132592 A1 FR 3132592A1 FR 2201064 A FR2201064 A FR 2201064A FR 2201064 A FR2201064 A FR 2201064A FR 3132592 A1 FR3132592 A1 FR 3132592A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- substrate
- radiation
- volume
- ion implantation
- component
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 119
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title claims abstract description 44
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 27
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 title claims description 19
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 25
- 238000005280 amorphization Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000002513 implantation Methods 0.000 claims abstract description 15
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 claims description 30
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 20
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 15
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 10
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000007943 implant Substances 0.000 claims description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 6
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- -1 aluminum ions Chemical class 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Substances N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 3
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0054—Processes for devices with an active region comprising only group IV elements
- H01L33/0058—Processes for devices with an active region comprising only group IV elements comprising amorphous semiconductors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0054—Processes for devices with an active region comprising only group IV elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/025—Physical imperfections, e.g. particular concentration or distribution of impurities
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/16—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/34—Materials of the light emitting region containing only elements of Group IV of the Periodic Table
- H01L33/343—Materials of the light emitting region containing only elements of Group IV of the Periodic Table characterised by the doping materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0095—Post-treatment of devices, e.g. annealing, recrystallisation or short-circuit elimination
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/34—Materials of the light emitting region containing only elements of Group IV of the Periodic Table
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
Un procédé de fabrication d’un composant émetteur de rayonnement (R) à partir d’un substrat (1) de carbure de silicium cristallin comprend d’implanter des ions à température ambiante dans ledit substrat. L’implantation produit une amorphisation du substrat dans un volume (VS) qui est situé sous la surface dudit substrat. Il en résulte une diminution locale de la densité du substrat, qui améliore une sortie du rayonnement provenant de l’intérieur du substrat. Le composant peut être un émetteur de photons uniques à centres colorés (CC), ou une photodiode.Figure d’abrégé : Figure 2a
Description
La présente description concerne un procédé de fabrication d’un composant émetteur de rayonnement, ainsi qu’un composant qui peut être obtenu de cette manière. De façon générale, un tel composant émetteur de rayonnement peut être du type à centres colorés, par exemple pour émettre des photons uniques, ou du type à jonction bipolaire, tel qu’une diode électroluminescente.
L’utilisation de carbure de silicium (SiC) cristallin pour produire des composants émetteurs de rayonnement présente de nombreux avantages, qui proviennent en particulier des propriétés suivantes du matériau : son inertie chimique, sa stabilité thermique, sa conductivité thermique et sa large bande interdite («gap» en anglais), notamment en comparaison du silicium (Si) qui est le matériau semiconducteur le plus utilisé aujourd’hui en microélectronique. Le carbure de silicium permet en particulier de produire de façon contrôlée du rayonnement dans l’intervalle spectral de la lumière visible, et aussi autour de 1,5 µm (micromètre), par exemple pour des applications de télécommunication.
L’efficacité d’extraction du rayonnement qui est produit à l’intérieur du composant en carbure de silicium, éventuellement dopé intentionnellement, vers l’extérieur de ce composant afin que le rayonnement puisse être utilisé pour l’application voulue, est alors un enjeu majeur. En effet, une extraction du rayonnement qui est plus efficace permet de réduire une consommation énergétique du composant à quantité égale de rayonnement qui est utilisable. En outre, il est essentiel de pouvoir produire en série des composants dont l’efficacité d’émission est contrôlée et reproductible.
Un but de la présente invention est donc d’améliorer l’efficacité de sortie du rayonnement qui est produit au sein d’un composant à base de carbure de silicium, vers l’extérieur de ce composant. En particulier, cette amélioration est recherchée de façon à pouvoir la mettre en œuvre de façon reproductible et contrôlée pour des séries importantes de composants fabriqués.
Pour atteindre ce but ou un autre, un premier aspect de l’invention propose un procédé de fabrication d’un composant émetteur de rayonnement à partir d’un substrat de carbure de silicium cristallin, ce procédé comprenant les étapes suivantes :
/1/ dans une surface du substrat, déterminer au moins une portion de cette surface qui est destinée à constituer, lors d’une utilisation du composant, une fenêtre de sortie vers l’extérieur du substrat du rayonnement qui provient de l’intérieur du substrat ; et
/2/ pendant que le substrat possède une température inférieure à 200°C (degré Celsius), implanter des ions dans le substrat, à travers la portion de la surface du substrat qui est destinée à constituer la fenêtre de sortie du rayonnement, avec des valeurs de dose d’implantation ionique et d’énergie d’implantation ionique qui sont adaptées pour produire une amorphisation du substrat dans un volume situé sous sa surface.
/1/ dans une surface du substrat, déterminer au moins une portion de cette surface qui est destinée à constituer, lors d’une utilisation du composant, une fenêtre de sortie vers l’extérieur du substrat du rayonnement qui provient de l’intérieur du substrat ; et
/2/ pendant que le substrat possède une température inférieure à 200°C (degré Celsius), implanter des ions dans le substrat, à travers la portion de la surface du substrat qui est destinée à constituer la fenêtre de sortie du rayonnement, avec des valeurs de dose d’implantation ionique et d’énergie d’implantation ionique qui sont adaptées pour produire une amorphisation du substrat dans un volume situé sous sa surface.
En effet, les inventeurs ont découvert que contrairement à une implantation ionique qui est effectuée pendant que le substrat possède une température supérieure à 300°C, par exemple comprise entre 300°C et 600°C, une implantation ionique qui est effectuée pendant que la température du substrat est inférieure à 200°C est plus efficace pour amorphiser le matériau de carbure de silicium. Ce matériau de carbure de silicium qui est ainsi amorphisé possède alors une densité qui est réduite par rapport au matériau cristallin tel qu’existant avant l’implantation ou en dehors du volume traversé par les ions implantés. Pour cette raison, l’indice de réfraction du matériau de carbure de silicium est réduit dans la portion de matériau qui est intermédiaire entre la surface du substrat et la profondeur d’implantation des ions, et cette réduction d’indice de réfraction produit un effet antireflet au moins partiel pour le rayonnement qui provient de l’intérieur du substrat, notamment du volume du substrat dans lequel les ions ont été implantés, et dont la direction d’émission traverse la surface du substrat dans la fenêtre de sortie. Grâce à cet effet antireflet, la sortie du rayonnement vers l’extérieur du composant est favorisée, si bien que le composant présente un rendement de production de rayonnement qui est amélioré. De cette façon, une consommation d’énergie par le composant est réduite, à quantité égale de rayonnement qui est émise.
La réduction de la densité du substrat dans le volume d’amorphisation peut produire un gonflement de celui-ci qui apparaît au niveau de sa surface. Ce gonflement constitue alors une preuve de la réduction de la densité du matériau de carbure de silicium qu’a produite l’implantation ionique. Dans ce cas, les valeurs de profondeur dans le substrat qui sont citées dans la suite sont mesurées à partir de la surface du substrat telle que résultant du gonflement.
Dans le jargon de l’Homme du métier, l’implantation ionique qui est effectuée alors que la température du substrat est inférieure à 200°C, est dite à température ambiante lorsqu’aucun chauffage n’est appliqué intentionnellement au substrat, ou lorsqu’un chauffage limité est utilisé. Le plus souvent, aucun moyen de contrôle de la température du substrat peut n’être utilisé pendant cette implantation dite à température ambiante. Mais il est aussi possible de réaliser l’implantation ionique de l’étape /2/ pendant que le substrat est refroidi en utilisant des moyens appropriés. De façon générale, la température du substrat pendant l’étape /2/ peut être supérieure à 4 K (degré Kelvin).
De façon préférée, à l’étape /2/, les valeurs de dose d’implantation ionique et d’énergie d’implantation ionique peuvent être sélectionnées pour produire une amorphisation du substrat entre sa surface et une valeur de profondeur qui est comprise entre 0,2 µm et 1 µm, mesurée à partir de la surface du substrat. En particulier, ces valeurs de dose et d’énergie d’implantation peuvent être adaptées par rapport à la longueur d’onde du rayonnement qui sera produit dans le substrat pendant l’utilisation du composant et destiné à sortir du substrat. Autrement dit, le volume d’amorphisation, sous la surface du substrat, constitue une couche à effet antireflet dont l’épaisseur peut être optimisée avantageusement par rapport à la longueur d’onde du rayonnement. A titre d’exemple, ce rayonnement qui est produit par le composant peut être de la lumière visible ou du rayonnement infrarouge, par exemple avec une longueur d’onde proche de 1,5 µm.
Les ions qui sont implantés à l’étape /2/ peuvent être sélectionnés parmi des ions d’aluminium (Al), des ions de bore (B) et des ions d’azote (N). Mais d’autres ions aussi adaptés pour produire des dopages voulus peuvent être utilisés alternativement.
Préférentiellement, à l’étape /2/, la valeur de dose d’implantation ionique peut être comprise entre 1014et 1016ions par cm2(centimètre-carré), et la valeur d’énergie d’implantation ionique peut être comprise entre 20 keV (kiloélectron-volt) et 800 keV. En effet, ces valeurs sont particulièrement appropriées pour produire une réduction d’indice de réfraction qui soit suffisante pour accroître sensiblement l’efficacité de sortie du rayonnement vers l’extérieur du composant.
Avantageusement, et notamment pour réaliser une diode électroluminescente dans le substrat de carbure de silicium, les ions peuvent être implantés dans le substrat à l’étape /2/, à travers la portion de sa surface qui est destinée à constituer la fenêtre de sortie du rayonnement, avec un premier couple de valeurs pour la dose d’implantation ionique et l’énergie d’implantation ionique, et avec un second couple de valeurs pour ces paramètres d’implantation ionique, le premier couple de valeurs étant adapté pour doper au moins une partie d’une diode électroluminescente située dans le substrat, à une profondeur mesurée à partir de la surface du substrat qui est supérieure à une épaisseur du volume d’amorphisation, cette épaisseur étant mesurée perpendiculairement à la surface du substrat, et le second couple de valeurs étant adapté pour produire l’amorphisation du substrat dans le volume situé sous sa surface. Une telle combinaison d’implantation ionique est particulièrement avantageuse pour réduire le coût de fabrication de la diode électroluminescente. De préférence, l’implantation avec le premier couple de valeurs et effectuée avant celle avec le second couple de valeurs.
De façon générale, le procédé de l’invention peut comprendre en outre l’étape suivante, qui est effectuée le cas échéant après l’étape /2/ :
/3/ appliquer un traitement thermique au substrat, ce traitement thermique produisant une activation d’un dopage du substrat par les ions implantés.
Une recristallisation qui pourrait être provoquée par ce traitement thermique est en général partielle, et insuffisante pour modifier significativement la densité du matériau du substrat dans le volume d’amorphisation. Le traitement thermique de cette étape /3/ peut être réalisé à pression atmosphérique, sous argon (Ar), avec une température qui est comprise entre 800°C et 1900°C, de préférence entre 1600°C et 1800°C, pendant une durée qui est inférieure à 1 heure. Au-delà de cette durée, ce traitement thermique pourrait réduire l’effet d’antireflet qui est procuré par l’amorphisation du substrat en dessous de la fenêtre de sortie du rayonnement. Le traitement thermique de l’étape /3/ peut être effectué pendant ou après une implantation d’ions dans le substrat qui est destinée à doper au moins une partie d’une diode électroluminescente qui est située dans ce substrat.
/3/ appliquer un traitement thermique au substrat, ce traitement thermique produisant une activation d’un dopage du substrat par les ions implantés.
Une recristallisation qui pourrait être provoquée par ce traitement thermique est en général partielle, et insuffisante pour modifier significativement la densité du matériau du substrat dans le volume d’amorphisation. Le traitement thermique de cette étape /3/ peut être réalisé à pression atmosphérique, sous argon (Ar), avec une température qui est comprise entre 800°C et 1900°C, de préférence entre 1600°C et 1800°C, pendant une durée qui est inférieure à 1 heure. Au-delà de cette durée, ce traitement thermique pourrait réduire l’effet d’antireflet qui est procuré par l’amorphisation du substrat en dessous de la fenêtre de sortie du rayonnement. Le traitement thermique de l’étape /3/ peut être effectué pendant ou après une implantation d’ions dans le substrat qui est destinée à doper au moins une partie d’une diode électroluminescente qui est située dans ce substrat.
Jusqu’avant l’étape /2/ qui produit l’amorphisation d’une partie du substrat de carbure de silicium, ce dernier peut être monocristallin, notamment selon le polytype 3C, 6H ou 4H.
Un second aspect de l’invention propose un composant émetteur de rayonnement, qui comprend un substrat de carbure de silicium cristallin, ce substrat ayant une surface et possédant une première valeur de densité de matériau dans un volume situé sous une portion de cette surface qui est destinée à constituer, lors d’une utilisation du composant, une fenêtre de sortie vers l’extérieur du substrat pour du rayonnement en provenance de l’intérieur du substrat, cette première valeur de densité de matériau étant inférieure à une seconde valeur de densité de matériau qui est effective dans le substrat à une profondeur supérieure à une épaisseur du volume correspondant à la première valeur de densité, la profondeur et l’épaisseur étant mesurées perpendiculairement à la surface du substrat, la profondeur étant mesurée à partir de la surface du substrat.
Pour obtenir une augmentation supérieure de l’efficacité de sortie du rayonnement, un quotient de la première valeur de densité de matériau sur la seconde valeur de densité de matériau peut être inférieur à 0,95, de préférence inférieur à 0,90.
Dans un tel composant, le substrat de carbure de silicium peut être monocristallin, au moins en dehors du volume qui correspond à la première valeur de densité du matériau.
Un tel composant peut constituer un émetteur à centre coloré, par exemple pour émettre des photons uniques, ou une diode électroluminescente, situé(e) dans le substrat. Alors, lors de l’utilisation de ce composant, le rayonnement est émis par le centre coloré ou par la diode électroluminescente et traverse la fenêtre de sortie. Le centre coloré ou la diode électroluminescente, selon le cas, est situé(e) sous la surface du substrat à une profondeur qui est supérieure ou égale à l’épaisseur du volume correspondant à la première valeur de densité du matériau.
Les caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement dans la description détaillée ci-après d’exemples de réalisation non-limitatifs, en référence aux figures annexées parmi lesquelles :
Pour raison de clarté, les dimensions des éléments qui sont représentés dans ces figures ne correspondent ni à des dimensions réelles, ni à des rapports de dimensions réels. En outre, des références identiques qui sont indiquées dans des figures différentes désignent des éléments identiques ou qui ont des fonctions identiques.
Conformément à , un substrat 1 de carbure de silicium (SiC) monocristallin, par exemple de polytype 3C, possède une surface S. Cette surface S peut être recouverte d’un masque 3, appelé masque dur. Le masque dur 3 peut être du type masque métallique, par exemple à base de nickel (Ni), d’aluminium (Al) ou de chrome (Cr). Alternativement, le masque dur 3 peut être en matériau diélectrique, tel que de la silice (SiO2), ou en une résine qui résiste aux procédés d’implantation et qui peut être retirée complètement ensuite. De façon générale, le masque dur 3 peut être en tout matériau adapté pour être gravé localement.
Une couche encapsulante 2, facultative, peut être intermédiaire entre la surface S du substrat 1 et le masque dur 3. Lorsqu’elle est utilisée, la couche encapsulante 2 est destinée à limiter ou supprimer une sublimation d’atomes de silicium qui serait susceptible de se produire à partir de la surface S du substrat 1 lors d’un chauffage, mais d’autres méthodes pour éviter une telle sublimation des atomes de silicium sont connues, et peuvent être utilisées alternativement. Une telle couche encapsulante 2 peut être constituée de carbone graphite (C), par exemple telle qu’obtenue en pyrolysant in-situ une couche de résine photolithographique déposée sur la surface S du substrat 1. Le traitement de pyrolyse de la résine peut être effectué à 750°C pendant 30 minutes sous atmosphère d’azote (N2), par exemple. Une telle couche d’encapsulation 2 est efficace pour protéger le carbure de silicium contre des dégradations activées thermiquement, notamment contre la sublimation d’atomes de silicium (Si) jusqu’à environ 1800°C.
Le masque dur 3 est alors retiré sélectivement à l’intérieur d’une portion W de la surface S, qui est destinée à constituer une fenêtre de sortie du rayonnement d’un composant photoémetteur réalisé dans le substrat 1. Un tel retrait sélectif du masque dur 3, à l’intérieur de la fenêtre W, peut être réalisé d’une des façons connues de l’Homme du métier, par exemple par lithographie optique ou électronique puis en utilisant un procédé gravure, humide ou à plasma, qui est adapté pour éliminer le masque dur 3 dans chaque zone où ce dernier est exposé, c’est-à dire dans la fenêtre W. Pour créer une telle fenêtre W, un procédé par lift-off peut être utilisé alternativement, pour obtenir le masque dur 3 sélectivement en dehors de la fenêtre W sur le substrat 1. La configuration qui est montrée par est alors obtenue.
Lorsque la couche encapsulante 2 est utilisée, le substrat 1 peut alors être mis en contact avec un plasma d’oxygène (O2) pour retirer la couche encapsulante 2 dans les endroits où elle n’est plus recouverte par le masque dur 3, comme montré par . Alternativement, un procédé de gravure par faisceau d’ions d’oxygène ou un traitement d’oxydation thermique peuvent aussi être utilisés pour retirer les portions découvertes de la couche encapsulante 2.
Des ions, par exemple des ions d’aluminium (Al), de bore (B) ou d’azote (N) selon le type de dopage voulu, sont ensuite implantés dans le substrat 1, à travers l’ouverture qui a été pratiquée précédemment dans le masque dur 3, et dans la couche encapsulante 2 le cas échéant. Une énergie d’implantation ionique est adoptée, pour que ces ions soient finalement fixés dans une portion V du substrat 1 qui s’étend à partir d’une profondeur P sensiblement égale à 0,25 µm. Alors, le substrat 1 est amorphisé entre sa surface S et cette profondeur P, à cause des collisions contre les atomes de carbone et de silicium du substrat 1, des ions implantés jusqu’à leurs sites de fixation. Selon l’invention, cette implantation ionique est réalisée à température ambiante, ou à une température de refroidissement, pour favoriser l’amorphisation du substrat 1 à partir de sa surface S jusqu’à la profondeur P, en ligne avec la fenêtre W. Par exemple, les paramètres suivants peuvent être adoptés pour l’implantation ionique : énergie d’implantation sensiblement égale à 200 keV, et dose implantée sensiblement égale à 1,75·1015ions par cm2. Dans ces conditions, la profondeur P est sensiblement égale à 250 nm (nanomètre) si des ions d’aluminium sont utilisés pour l’implantation, et l’amorphisation du substrat 1 sous la fenêtre W produit dans celle-ci un gonflement SW de la surface S, comme montré dans . Ce gonflement SW, qui est de l’ordre de 50 nm au centre de la fenêtre W, résulte d’une diminution de la densité du matériau du substrat 1 produite par son amorphisation. Il est sensiblement égal à 50 nm pour les conditions d’implantation précitées. Ainsi, la densité du carbure de silicium dans le volume superficiel VS qui est limité par la fenêtre W, la surface S et une profondeur sous cette surface S qui est inférieure ou égale à P, est sensiblement égale à 0,8 fois la densité du carbure de silicium du substrat 1 en dehors de ce volume VS. Cette réduction de densité provoque une diminution de l’indice de réfraction lumineuse du matériau du substrat 1 dans le volume VS. Ce volume à valeur réduite d’indice de réfraction lumineuse produira alors un effet antireflet au moins partiel, pour du rayonnement provenant de la zone de fixation des ions implantés.
La partie résiduelle du masque dur 3, en dehors de la fenêtre W, est ensuite retirée, de nouveau par gravure humide, puis un traitement thermique est appliqué au substrat pour activer le dopage constitué par les ions implantés. Lors de ce traitement thermique d’activation, le substrat 1 peut être amené à une température sensiblement égale à 1700°C pendant 30 minutes, à pression atmosphérique sous argon (Ar). De tels paramètres de traitement thermique permettent d’activer la fonction de dopage sans ré-augmenter significativement la densité du carbure de silicium dans le volume VS. Ainsi, l’efficacité de sortie à travers la fenêtre W, du rayonnement qui provient de l’intérieur du substrat 1 en dessous du volume VS pendant une utilisation du composant fabriqué, est maintenue.
Selon un perfectionnement de l’invention, l’implantation des ions peut être effectuée en deux étapes distinctes, pour différencier les fonctions d’amorphisation du matériau de carbure de silicium dans le volume VS, et de dopage dans un volume V qui est situé d’un côté opposé à la surface S par rapport au volume VS. Autrement dit, le volume V est situé sous le volume VS dans le substrat 1, le volume VS étant alors appelé volume superficiel. Dans ces conditions, le volume superficiel VS est essentiellement dédié à produire l’effet antireflet pour favoriser la sortie du rayonnement, et le volume V est dédié à produire le rayonnement. Alors, l’implantation des ions dans le volume V peut être effectuée avec un premier couple de valeurs pour la dose d’implantation ionique et l’énergie d’implantation ionique afin de doper le substrat 1 dans le volume V, puis un second couple de valeurs pour ces paramètres d’implantation afin d’amorphiser le matériau de carbure de silicium dans le volume superficiel VS. La profondeur P correspond alors à une limite supérieure du volume V, en direction de la surface S du substrat 1. Par exemple, les valeurs pour amorphiser le substrat 1 dans le volume superficiel VS peuvent être 1015ions par cm2pour la dose d’implantation, et 100 keV pour l’énergie d’implantation, et celles pour créer le dopage dans le volume V peuvent être 101 4ions par cm2et 200 keV.
Enfin, est une vue en coupe d’une photodiode fabriquée par le procédé de l’invention. Le substrat monocristallin de carbure de silicium 1 qui est utilisé peut être originellement dopé de type N, et le dopage qui est effectué pour créer le volume superficiel VS peut être de type P, comme le volume V. La limite inférieure du volume V, notée J dans la figure, est la jonction de photodiode. Le composant peut être complété par une électrode arrière 4 et une électrode supérieure 5. L’électrode supérieure 5 peut être formée d’une façon connue de l’Homme du métier, sur le gonflement SW de la surface S. Lorsqu’un courant est injecté entre les deux électrodes 4 et 5, avec une polarisation électrique directe de la photodiode, du rayonnement R est émis par la jonction J, dont une partie sort du substrat 1 par la fenêtre W. De même que précédemment, cette partie du rayonnement qui est produite par la photodiode et qui émerge du substrat 1 est accrue grâce à l’invention.
Il est entendu que l’invention peut être reproduite en modifiant des aspects secondaires des modes de réalisation qui ont été décrits en détail ci-dessus, tout en conservant certains au moins des avantages cités. Notamment, un composant fabriqué conformément à l’invention peut être d’un autre type qu’un émetteur de photons uniques ou une photodiode. En outre, toutes les valeurs numériques qui ont été citées ne l’ont été qu’à titre d’illustration, et peuvent être changées en fonction de l’application considérée.
Claims (11)
- Procédé de fabrication d’un composant émetteur de rayonnement à partir d’un substrat (1) de carbure de silicium cristallin, le procédé comprenant :
/1/ dans une surface (S) du substrat (1), déterminer au moins une portion de ladite surface qui est destinée à constituer, lors d’une utilisation du composant, une fenêtre (W) de sortie vers l’extérieur du substrat du rayonnement (R) en provenance de l’intérieur dudit substrat ; et
/2/ pendant que le substrat (1) possède une température inférieure à 200°C, implanter des ions dans le substrat, à travers la portion de la surface (S) dudit substrat qui est destinée à constituer la fenêtre (W) de sortie du rayonnement (R), avec des valeurs de dose d’implantation ionique et d’énergie d’implantation ionique qui sont adaptées pour produire une amorphisation du substrat dans un volume (VS) situé sous ladite surface du substrat. - Procédé selon la revendication 1, suivant lequel, à l’étape /2/, les valeurs de dose d’implantation ionique et d’énergie d’implantation ionique sont sélectionnées pour produire une amorphisation du substrat (1) entre la surface (S) dudit substrat et une valeur de profondeur (P) comprise entre 0,2 µm et 1 µm, mesurée à partir de ladite surface du substrat.
- Procédé selon la revendication 1 ou 2 suivant lequel, à l’étape /2/, la valeur de dose d’implantation ionique est comprise entre 1014et 1016ions par cm2, et la valeur d’énergie d’implantation ionique est comprise entre 20 keV et 800 keV.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes suivant lequel, à l’étape /2/, les ions sont implantés dans le substrat (1), à travers la portion de la surface (S) dudit substrat qui est destinée à constituer la fenêtre (W) de sortie du rayonnement, avec un premier couple de valeurs pour la dose d’implantation ionique et l’énergie d’implantation ionique, et avec un second couple de valeurs pour ladite dose d’implantation ionique et ladite énergie d’implantation ionique, le premier couple de valeurs étant adapté pour doper au moins une partie d’une diode électroluminescente située dans le substrat, à une profondeur (P) mesurée à partir de la surface du substrat qui est supérieure à une épaisseur du volume (VS) d’amorphisation, ladite épaisseur étant mesurée perpendiculairement à la surface du substrat, et le second couple de valeurs étant adapté pour produire l’amorphisation du substrat dans le volume (VS) situé sous la surface dudit substrat.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre l’étape suivante, effectuée après l’étape /2/ :
/3/ appliquer un traitement thermique au substrat (1), ledit traitement thermique produisant une activation d’un dopage du substrat par les ions implantés. - Procédé selon la revendication 5, suivant lequel le traitement thermique de l’étape /3/ est réalisé à pression atmosphérique, sous argon, avec une température comprise entre 800°C et 1900°C, de préférence entre 1600°C et 1800°C, pendant une durée inférieure à 1 heure.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, suivant lequel le substrat (1) de carbure de silicium est monocristallin avant l’étape /2/.
- Composant émetteur de rayonnement, comprenant un substrat (1) de carbure de silicium cristallin, ledit substrat ayant une surface (S) et possédant une première valeur de densité de matériau dans un volume (VS) situé sous une portion de ladite surface qui est destinée à constituer, lors d’une utilisation du composant, une fenêtre (W) de sortie vers l’extérieur du substrat pour du rayonnement (R) en provenance de l’intérieur dudit substrat, ladite première valeur de densité de matériau étant inférieure à une seconde valeur de densité de matériau qui est effective dans le substrat à une profondeur supérieure à une épaisseur du volume correspondant à la première valeur du matériau, la profondeur et l’épaisseur étant mesurées perpendiculairement à la surface du substrat, la profondeur étant mesurée à partir de ladite surface du substrat.
- Composant selon la revendication 8, dans lequel un quotient de la première valeur de densité de matériau sur la seconde valeur de densité de matériau est inférieur à 0,95, de préférence inférieur à 0,90.
- Composant selon la revendication 8 ou 9, dans lequel le substrat (1) de carbure de silicium est monocristallin, au moins en dehors du volume (VS) correspondant à la première valeur de densité de matériau.
- Composant selon l’une quelconque des revendications 8 à 10, formant un émetteur à centre coloré ou une diode électroluminescente, situé(e) dans le substrat (1), et tel que lors de l’utilisation dudit composant, le rayonnement (R) soit émis par le centre coloré ou par la diode électroluminescente et traverse la fenêtre (W) de sortie, ledit centre coloré ou ladite diode électroluminescente étant située sous la surface (S) du substrat à une profondeur (P) qui est supérieure ou égale à l’épaisseur du volume (VS) correspondant à la première valeur de densité de matériau.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2201064A FR3132592A1 (fr) | 2022-02-08 | 2022-02-08 | Fabrication d’un composant emetteur de rayonnement a partir d’un substrat de carbure de silicium |
| PCT/FR2023/050089 WO2023152432A1 (fr) | 2022-02-08 | 2023-01-23 | Fabrication d'un composant emetteur de rayonnement a partir d'un substrat de carbure de silicium |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2201064 | 2022-02-08 | ||
| FR2201064A FR3132592A1 (fr) | 2022-02-08 | 2022-02-08 | Fabrication d’un composant emetteur de rayonnement a partir d’un substrat de carbure de silicium |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3132592A1 true FR3132592A1 (fr) | 2023-08-11 |
Family
ID=81648856
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR2201064A Pending FR3132592A1 (fr) | 2022-02-08 | 2022-02-08 | Fabrication d’un composant emetteur de rayonnement a partir d’un substrat de carbure de silicium |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3132592A1 (fr) |
| WO (1) | WO2023152432A1 (fr) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1263058A2 (fr) * | 2001-05-29 | 2002-12-04 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Dispositif émetteur de lumière |
| US20100001312A1 (en) * | 2008-07-01 | 2010-01-07 | Epistar Corporation | Light-emitting device and method for manufacturing the same |
| US20210091270A1 (en) * | 2017-07-14 | 2021-03-25 | Agc Glass Europe | Light-emitting devices having an anti reflective silicon carbide or sapphire substrate and methods of forming the same |
-
2022
- 2022-02-08 FR FR2201064A patent/FR3132592A1/fr active Pending
-
2023
- 2023-01-23 WO PCT/FR2023/050089 patent/WO2023152432A1/fr active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1263058A2 (fr) * | 2001-05-29 | 2002-12-04 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Dispositif émetteur de lumière |
| US20100001312A1 (en) * | 2008-07-01 | 2010-01-07 | Epistar Corporation | Light-emitting device and method for manufacturing the same |
| US20210091270A1 (en) * | 2017-07-14 | 2021-03-25 | Agc Glass Europe | Light-emitting devices having an anti reflective silicon carbide or sapphire substrate and methods of forming the same |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| VLASKINA S. I.: "Silicon carbide LED", SEMICONDUCTOR PHYSICS, QUANTUM ELECTRONICS & OPTOELECTRONICS, 2002, VOL. 5, NO 1, 1 January 2002 (2002-01-01), pages 71 - 75, XP055965268, Retrieved from the Internet <URL:http://journal-spqeo.org.ua/users/pdf/n1_2002/5_1_071.pdf> [retrieved on 20220927] * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023152432A1 (fr) | 2023-08-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FR2929755A1 (fr) | Procede de traitement d'un substrat semi-conducteur par activation thermique d'elements legers | |
| FR3099294A1 (fr) | Procédé de traitement d’un precurseur de cellule photovoltaïque a hétérojonction | |
| EP2822028B1 (fr) | Procédé d'activation électrique d'espèces dopantes dans un film de GaN | |
| FR2942073A1 (fr) | Procede de realisation d'une couche de cavites | |
| EP0092266A1 (fr) | Procédé de fabrication de transistors à effet de champ, en GaAs, par implantations ioniques et transistors ainsi obtenus | |
| EP0262030A1 (fr) | Procédé de réalisation d'une prise de contact électrique sur un substrat en HgCdTe de conductivité P et application à la fabrication d'une diode N/P | |
| EP3331031B1 (fr) | Procede de fabrication d'une cellule photovoltaique et cellule photovoltaique | |
| FR3132592A1 (fr) | Fabrication d’un composant emetteur de rayonnement a partir d’un substrat de carbure de silicium | |
| WO2014154993A1 (fr) | Procédé de fabrication d'une structure à multijonctions pour cellule photovoltaïque | |
| FR2905799A1 (fr) | Realisation d'un substrat en gan | |
| WO2013102664A1 (fr) | Substrat structure pour leds a forte extraction de lumiere | |
| EP0012181B1 (fr) | Convertisseur d'énergie solaire au silicium | |
| EP3673518B1 (fr) | Procédé amélioré de dopage de cellule solaire | |
| EP3347921A1 (fr) | Procédé de fabrication d'un dispositif à jonction électronique et dispositif associé | |
| WO2023152433A1 (fr) | Creation d'une fenetre de sortie de rayonnement pour un composant photoemetteur | |
| EP0245169A1 (fr) | Photodiode à avalanche HgCdTe | |
| EP3242335B1 (fr) | Procédé de fabrication d'une cellule photovoltaïque à hétérojonction | |
| EP3660928B1 (fr) | Procédé de fabrication de cellules photovoltaiques | |
| EP3841618B1 (fr) | Realisation de zones dopees n+ et n++ pour cellule solaire | |
| WO2021037846A1 (fr) | Procédé de fabrication d'une cellule photovoltaïque | |
| FR2801726A1 (fr) | Procede de fabrication d'une lamelle ou plaquette photovoltaique et cellule comportant une telle plaquette | |
| FR3114442A1 (fr) | Procédé de fabrication d’une cellule photovoltaïque à contacts passivés | |
| EP3213352B1 (fr) | Procede de fabrication d'une cellule photovoltaïque | |
| EP4300582A1 (fr) | Dispositif optoélectronique et procédé de fabrication d'un tel dispositif | |
| FR3124640A1 (fr) | Procede de realisation d’une cellule photovoltaïque a contacts passives |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20230811 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |