WO2024052615A1 - Procede de traitement d'une plaquette de carbure de silicium polycristallin - Google Patents

Procede de traitement d'une plaquette de carbure de silicium polycristallin Download PDF

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WO2024052615A1
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silicon carbide
polycrystalline silicon
front face
wafer
surface roughness
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PCT/FR2023/051332
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Walter Schwarzenbach
Séverin ROUCHIER
Sylvain MONNOYE
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Soitec
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    • H01L21/185—Joining of semiconductor bodies for junction formation
    • H01L21/187—Joining of semiconductor bodies for junction formation by direct bonding

Definitions

  • the field of the invention is that of polycrystalline silicon carbide wafers intended to serve as supports for thin layers of monocrystalline silicon carbide.
  • SiC Silicon carbide
  • Monocrystalline SiC substrates intended for the microelectronics industry nevertheless remain expensive and difficult to supply in large sizes. It is therefore advantageous to use layer transfer solutions to develop composite structures typically comprising a thin layer of monocrystalline SiC on a lower cost support substrate.
  • a well-known thin film transfer solution is the Smart CutTM process. Such a method makes it possible, for example, to manufacture a composite structure comprising a thin layer of monocrystalline SiC, taken from a donor substrate of monocrystalline SiC (mSiC), in contact with a recipient substrate of polycrystalline SiC (pSiC).
  • This recipient substrate is a pSiC wafer obtained from a relatively thick pSiC plate (generally referred to by the English term slab) (for example 0.6 to 3 mm thick).
  • a deposition of pSiC on a growth substrate typically a chemical vapor deposition at a temperature between 1100°C and 1400°C, makes it possible to form the pSiC plate.
  • the pSiC wafer is subjected to a process of forming one or more wafers (so-called wafer!
  • the thickness of the polycrystalline SiC wafer thus manufactured is, according to the SEMI standard, 350 pm +/- 25 pm for a substrate with a diameter of 150mm, or 500pm +/- 25pm for a substrate with a diameter of 200mm.
  • the Smart CutTM process applied to SiC requires specific surface preparation before bonding the donor (mSiC) and recipient (pSiC) substrates, the bonding being able to be carried out for example using the ADB technique (acronym for the English name). Saxon “Atomic Diffusion Bonding”) or according to the SAB technique (acronym for the Anglo-Saxon name “Surface activation bonding”).
  • This surface preparation aims to create a specific surface condition, characterized by its roughness over a spatial frequency range going from 5x5pm to 150x150pm.
  • the invention aims to reduce this rejection rate in order to reduce the cost of the Smart CutTM process applied to SiC and its environmental impact.
  • the invention proposes a method for processing a polycrystalline silicon carbide wafer, comprising the following steps: characterizing a surface roughness of a front face of the polycrystalline silicon carbide wafer; - when the characterized surface roughness meets a predetermined specification for bonding the polycrystalline silicon carbide wafer with a monocrystalline silicon carbide substrate with the front face at the bonding interface: carrying out said bonding;
  • the reduction by removing a thickness of material between 3 pm and 10 pm from the front face of the polycrystalline silicon carbide wafer, of the surface roughness from the front; reiteration of the characterization of the surface roughness of the front face; when the surface roughness characterized by the reiteration of the characterization meets said predetermined specification, carrying out said bonding.
  • the predetermined specification corresponds to a criterion previously determined as being sufficient, when fulfilled, to, for example, obtain total bonding of the pSiC wafer with the mSiC substrate with the front face at the bonding interface.
  • the bonding is said to be total when the mSiC substrate is bonded over the entire front face excluding a peripheral ring with a width less than 10 mm at any point, preferably less than 6 mm, even more preferably less than 5 mm.
  • the bonding step and the material removal step are alternatives conditioned respectively on the conformity or non-compliance of the characterization of the surface roughness of the face to be bonded.
  • the method according to the invention allows the identification of polycrystalline silicon carbide wafers among a batch of wafers resulting from the same watering process which risks leading to an incomplete transfer of a layer of monocrystalline silicon carbide to correct said wafers until the surface condition of the wafer allows satisfactory bonding, so as to avoid rejecting a significant number of wafers.
  • the removal of material from the front face includes grinding
  • - grinding successively includes coarse grinding and fine grinding; - coarse grinding is carried out with a grinding wheel whose abrasive grain size is characterized by a mesh less than 5000;
  • - fine grinding is carried out with a grinding wheel whose abrasive grain size is characterized by a mesh greater than 5000;
  • the removal of material from the front face further includes, following grinding, polishing of the front face
  • - polishing is chemical or mechanical-chemical polishing
  • the method further comprises the prior formation of the polycrystalline silicon carbide wafer from a polycrystalline silicon carbide plate, said prior formation comprising a double-sided thinning of the polycrystalline silicon carbide plate, said double-sided thinning comprising for example, successively, very coarse grinding, coarse grinding and fine grinding;
  • the preliminary training further comprises steps of sawing, engraving and/or polishing the rear face and/or the front face of the polycrystalline silicon carbide plate;
  • the characterization of the surface state of the front face of the polycrystalline silicon carbide wafer includes a measurement of haze by light diffusion
  • the polycrystalline silicon carbide wafer is initially supplied with an initial thickness included in a range of acceptable thicknesses and has, after reduction of the surface roughness of the front face, a final thickness included in the same range of acceptable thicknesses .
  • the invention extends to a process for constituting a batch of polycrystalline silicon carbide wafers each having a final thickness included in a range of acceptable thicknesses comprising:
  • the invention extends to a method for constituting a batch of multilayer structures, each multilayer structure comprising a thin layer of monocrystalline silicon carbide deposited on a wafer of polycrystalline silicon carbide, the method comprising, for each wafer of a batch of polycrystalline silicon carbide wafers constituted as previously mentioned, bonding a monocrystalline silicon carbide substrate on the front face of said polycrystalline silicon carbide wafer.
  • Figure 1 is a diagram illustrating different stages of a Smart CutTM process integrating treatment of a pSiC wafer according to the invention.
  • the invention relates to a method for processing a pSiC wafer intended to serve as a support for a thin layer of mSiC.
  • This process may include a prior step of forming the wafer from a pSiC wafer (slab). To do this, the pSiC plate is subjected to a wafering process. This process may in particular include a double-sided thinning of the plate and possibly a planarization of the plate in order to compensate for any possible curvature. Thinning can be achieved by grinding.
  • This grinding can include in succession very coarse grinding (coarse grinding in English) which brings the thickness to around 400 pm, coarse grinding (rough grinding in English) which brings the thickness to around 360 pm and fine grinding (fine grinding in English) which eliminates the last microns of material.
  • the different grindings are distinguished by the size of the grains of the grinding wheel used, these grains being increasingly smaller in the succession of grindings.
  • the different grindings are carried out both on the front face and on the rear face of the polycrystalline silicon carbide plate.
  • the “wafering” process may include one or more steps of cleaning, etching and/or polishing the front face and/or the rear face of the polycrystalline silicon carbide plate.
  • polishing includes mechanical-chemical polishing. Polishing makes it possible to reduce the surface roughness of the polycrystalline silicon carbide plate and/or to rectify the flatness of said polycrystalline silicon carbide plate. Cleaning removes contamination.
  • the “watering” process may include sawing, particularly when several polycrystalline silicon carbide wafers must be manufactured from the same polycrystalline silicon carbide wafer.
  • the pSic plate is prepared by CVD deposition on graphite, so that the double-sided thinning of said pSic carbide plate is preceded by a graphite detachment step.
  • the polycrystalline silicon carbide wafer from the pSic plate preferably has an initial thickness included in a range of acceptable thicknesses or range of target thicknesses and chosen so that after reduction of the surface roughness of the front face of said polycrystalline silicon carbide wafer by one or more successive removals of material as described below, the final thickness of the pSiC wafer remains within the same range of acceptable thicknesses, the initial thickness and the thickness final designating the average thickness of the pSiC wafer respectively before and after all the material removals.
  • the initial thickness and the final thickness of the polycrystalline silicon carbide wafer belong to intervals respectively called initial thickness distribution and final thickness distribution of the polycrystalline silicon carbide wafer.
  • the initial thickness distribution of the polycrystalline silicon carbide wafer is chosen to fall within the range of acceptable thicknesses and the midpoint of said initial thickness distribution is chosen greater than the midpoint of the range of acceptable thicknesses , so that the final thickness distribution of the polycrystalline silicon carbide wafer is also included in the interval of acceptable thicknesses, where the midpoint of each of the intervals designates the average value of the lower and upper limits of said interval.
  • the midpoint of the initial thickness distribution is larger than the midpoint of the acceptable thickness range of 15 pm.
  • Such an embodiment advantageously makes it possible to obtain polycrystalline silicon carbide wafers which meet a thickness standard despite the implementation of one or more successive reductions in surface roughness by removal of material.
  • the thickness standard can correspond to an accepted range of thicknesses by semiconductor industry equipment.
  • the thickness standard can either meet a specification commonly adopted in the semiconductor industry, or be clearly defined by a semiconductor industry standard.
  • the range of acceptable thicknesses is that defined by the SEMI standard for pSic plates of 150 mm in diameter, i.e. 350 pm +/- 25 pm.
  • the range of acceptable thicknesses is that commonly adopted by most semiconductor manufacturers for pSic wafers of 200 mm in diameter, or 500 pm +/- 25 pm.
  • the wafer resulting from the pSic plate of 150 mm in diameter can have an initial thickness included in an initial thickness distribution shifted towards 365 pm, for example an initial thickness of 365 pm +/- 10 pm and the wafer from the pSic plate of 200 mm in diameter may have an initial thickness included in an initial thickness distribution shifted towards 515 pm, for example a thickness of 515 pm +/- 10 pm.
  • This embodiment allows the final thickness of the 150 mm diameter pSiC wafer to remain compliant with the SEMI standard by having a final thickness included in a final thickness distribution of 350 pm +/- 25 pm and at the final thickness of the pSiC wafer of 200 mm diameter to remain compliant with the specification commonly accepted by the semiconductor industry, by presenting a final thickness included in a final thickness distribution of 500 +/- 25 pm , while in accordance with the invention described below one or more operations for correcting the surface state of the pSiC wafer are carried out in order to ensure the correct implementation of the Smart CutTM process following its bonding with an mSiC substrate.
  • the method according to the invention can thus comprise a step RI of supplying a pSiC wafer.
  • the method according to the invention further comprises a step (designated by R2 in Figure 1) consisting of carrying out a characterization of a surface state of a front face of the pSiC wafer, typically a characterization of a roughness of this front face.
  • This characterization may in particular include a measurement of haze by light diffusion.
  • a haze measurement makes it possible to characterize the surface roughness of the front face of the wafer.
  • pSiC This haze comes from a method using the optical reflectivity properties of the surface to be characterized and corresponds to an optical signal scattered by the surface, due to its microroughness.
  • Haze measurement can for example be carried out using the Surfscan SP1 or SPA2 inspection system from the company KLA-Tencor or by the SICA88 inspection system from the company Lasertec.
  • the method according to the invention then comprises a step consisting of determining whether or not the characterized surface roughness meets a predetermined specification.
  • said determined specification is a criterion previously determined as being sufficient, when fulfilled, to obtain total bonding of the pSiC wafer with the mSiC substrate with the front face at the bonding interface.
  • the bonding is said to be total when the mSiC substrate is bonded over the entire front face excluding a peripheral ring with a width less than 10 mm at any point, preferably less than 6 mm, even more preferably less than 5 mm.
  • the substrates generally having a chamfer on their edge, the bonding of the mSiC substrate and consequently the subsequent transfer of the thin mSiC layer occurs on most of the surface of the pSiC wafer but not in a peripheral crown extending from the edge of the insert, the width of which depends in particular on the geometry of the chamfer.
  • the predetermined specification may relate to an indirect measurement of surface roughness.
  • the predetermined specification may be that the measured haze level must be below a predetermined threshold, in other words at a haze level limit value. previously determined as guaranteeing successful bonding, that is to say in particular total bonding as previously defined.
  • the process according to the invention continues with the bonding (designated by C in Figure 1), for example according to the ADB technique, of the pSiC wafer with an mSiC substrate , the front face of the pSiC wafer being at the bonding interface.
  • detachment is then carried out (designated by D in Figure 1), caused by a heat treatment, a mechanical action or a combination of these means, of the mSiC substrate along a weakening plane previously formed therein by ion implantation in order to transfer a thin layer of mSiC onto the pSiC wafer and thus form a composite structure.
  • Figure 1 designates by DI the supply of the mSiC substrate and by D2 the ion implantation making it possible to weaken it.
  • a finishing treatment is carried out (designated by F in Figure 1) of the composite structure and , on the other hand, to a possible recycling R of the remainder of the mSiC substrate to allow its reuse.
  • the method according to the invention comprises a step (designated by R3 in Figure 1) of reduction, by removal of material from the front face of the wafer of pSiC, the surface roughness of this front face. Unlike the prior double-sided thinning of the pSiC plate, material removal can be carried out only on the front side.
  • This removal of material from the front face removes a thickness of material of between 3 and 10 pm. It can be produced by grinding the front face. As previously mentioned, the grinding of the pSiC wafer can be carried out here only on the front face intended to be bonded to the mSiC substrate. This grinding only on the front face is made possible due to the double-sided grinding carried out previously during the wafering process and which made it possible to balance the constraints between the front and rear faces.
  • the grinding may successively include coarse grinding and fine grinding.
  • Coarse grinding can be carried out with a grinding wheel whose abrasive grain size is characterized by a mesh of less than 5000.
  • Coarse grinding preferably removes a thickness of material less than 10 ⁇ m, for example a thickness of 5 ⁇ m.
  • Fine grinding can be carried out with a grinding wheel whose abrasive grain size is characterized by a mesh greater than 5000, for example a mesh between 8000 and 1200. Fine grinding preferably removes a thickness of material less than 3 p.m.
  • the removal of material from the front face may also include, following grinding, polishing the front face.
  • This polishing can be chemical or mechanical-chemical polishing. Polishing preferably removes a thickness of material less than 1 ⁇ m.
  • the pSiC wafer initially has a thickness greater than that expected by the standard, for example a thickness of 365 pm, so that at the end of the correction it presents the thickness of 350 pm expected by the standard or so that it can undergo several correction operations of the surface condition while maintaining a final thickness greater than the lower limit of 325 pm expected by the standard.
  • the method comprises a reiteration of the characterization of the surface condition of the front face and, when the surface condition characterized by the reiteration of the characterization meets the predetermined specification, the realization of the bonding.
  • the method may include an additional reduction, by removal of material, of the surface roughness of the front face.
  • the method according to the invention may comprise one or more additional reductions, by material removal, of the surface roughness of the front face, each preceded by a characterization of the surface state.
  • Each additional material removal is preferably identical to the first material removal. With 3 to 10 ⁇ m removed from each material removal, an initial material removal and up to 3 additional material removals can typically be achieved while maintaining a final thickness that complies with the SEMI standard.
  • the method according to the invention can also be repeated to treat a set of wafers resulting from the same "watering" process and constitute a batch of wafers each suitable for bonding with a monocrystalline SiC substrate despite the lack of reproducibility of the surface condition of the wafers resulting from said “watering” process.
  • the invention extends to a process for constituting a batch of polycrystalline silicon carbide wafers comprising: - the supply of a set of polycrystalline silicon carbide inserts;
  • o the characterization of a surface roughness of a front face of the plate; o when the characterized surface roughness meets a predetermined specification for bonding the wafer with a monocrystalline silicon carbide substrate with the front face at the bonding interface, adding the wafer to said batch; o when the characterized surface roughness does not meet said predetermined specification, reducing, by removing a thickness of material between 3 pm and 10 pm from the front face of the polycrystalline silicon carbide wafer, the roughness of surface of the front face, the reiteration of the characterization of the surface roughness of the front face; then, when the surface roughness characterized by the reiteration of the characterization meets said predetermined specification, adding the wafer to said batch.
  • the wafers of the batch thus constituted can then each be bonded with a monocrystalline SiC substrate.
  • Each polycrystalline silicon carbide wafer of the set of polycrystalline silicon carbide wafers is preferably provided with an initial thickness within a range of acceptable thicknesses and has, after reduction of the surface roughness of the front face, a thickness final included in the same range of acceptable thicknesses.
  • each polycrystalline silicon carbide wafer resulting from the batch constitution process has a final thickness in a target range, each polycrystalline silicon carbide wafer of the set of polycrystalline silicon carbide wafers having initially been supplied with a thickness initial included in a restricted range included in the target range, the restricted range being centered on a value greater than the central value of the target range.

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Abstract

L'invention porte sur un procédé de traitement d'une plaquette de carbure de silicium polycristallin, comprenant : la caractérisation (R2) d'un état de surface d'une face avant de la plaquette de carbure de silicium polycristallin; lorsque l'état de surface caractérisé ne répond pas à une spécification prédéterminée pour le collage (C) de la plaquette de carbure de silicium polycristallin avec un substrat de carbure de silicium monocristallin avec la face avant à l'interface de collage, la correction (R3), par retrait de matière de la face avant de la plaquette de carbure de silicium polycristallin, de l'état de surface de la face avant.

Description

PROCEDE DE TRAITEMENT D'UNE PLAQUETTE DE CARBURE DE SILICIUM POLYCRISTALLIN
DOMAINE TECHNIQUE
Le domaine de l'invention est celui des plaquettes de carbure de silicium polycristallin destinées à servir de supports pour des couches minces de carbure de silicium monocristallin.
TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Le carbure de silicium (SiC) est de plus en plus largement utilisé dans des applications d'électronique de puissance, notamment pour répondre aux besoins de domaines montants de l'électronique comme par exemple les véhicules électriques. Les dispositifs de puissance et les systèmes intégrés d'alimentation basés sur du SiC monocristallin peuvent effectivement gérer une densité de puissance beaucoup plus élevée que leurs homologues traditionnels en silicium, et ce avec des dimensions de zone active inférieures.
Les substrats en SiC monocristallin destinés à l'industrie microélectronique restent néanmoins chers et difficiles à approvisionner en grande taille. Il est donc avantageux de recourir à des solutions de transfert de couches pour élaborer des structures composites comprenant typiquement une couche mince en SiC monocristallin sur un substrat support à plus bas coût. Une solution de transfert de couche mince bien connue est le procédé Smart Cut™. Un tel procédé permet par exemple de fabriquer une structure composite comprenant une couche mince en SiC monocristallin, prélevée d'un substrat donneur en SiC monocristallin (mSiC), en contact avec un substrat receveur en SiC polycristallin (pSiC).
Ce substrat receveur est une plaquette de pSiC obtenue à partir d'une plaque de pSiC (généralement désignée par le terme anglais de slab) relativement épaisse (par exemple de 0,6 à 3 mm d'épaisseur). Un dépôt de pSiC sur un substrat de croissance (par exemple un substrat de graphite), typiquement un dépôt chimique en phase vapeur à une température comprise entre 1100°C et 1400°C, permet de former la plaque de pSiC. Suite au retrait du substrat de croissance, la plaque de pSiC est soumise à un processus de formation d'une ou plusieurs plaquettes (processus dit de wafer! ng en anglais) qui comprend différentes étapes de nettoyage, gravure, meulage et polissage et permet d'obtenir une ou plusieurs plaquettes de pSiC ayant une forme voulue (notamment un pourtour en biseau) et une épaisseur désirée. Un sciage peut également être réalisé au cours de ce processus notamment lorsque plusieurs plaquettes doivent être fabriquées à partir d'une même plaque. L'épaisseur de la plaquette de SiC polycristallin ainsi fabriquée est, selon la norme SEMI, de 350 pm +/- 25 pm pour un substrat de diamètre 150mm, ou 500pm +/- 25pm pour un substrat de diamètre 200mm.
Le procédé Smart Cut™ appliqué au SiC requiert de disposer d'une préparation de surface spécifique avant collage des substrats donneur (mSiC) et receveur (pSiC), le collage pouvant être réalisé par exemple selon la technique ADB (acronyme de la dénomination anglo-saxonne « Atomic Diffusion Bonding ») ou selon la technique SAB (acronyme de la dénomination anglo-saxonne « Surface activation bonding »). Cette préparation de surface vise à créer un état de surface spécifique, caractérisé par sa rugosité sur une gamme de fréquence spatiale allant de 5x5pm au 150x150pm.
Or cette préparation de surface n'apparaît pas parfaitement reproductible puisque de nombreuses plaquettes de pSiC ainsi préparées risquent de conduire à un transfert incomplet de la couche de mSiC lors du procédé Smart Cut™. Ainsi, en pratique, il est procédé à un tri préalable des plaquettes de pSiC ainsi préparées pour rejeter celles qui ne respectent pas des spécifications attendues en termes de rugosité pour répondre aux contraintes du procédé de collage. Le taux de rejet s'avère important alors même que les plaquettes de pSiC ont un coût élevé et que leur fabrication nécessite une importante quantité d'énergie._
EXPOSÉ DE L'INVENTION
L'invention a pour objectif de réduire ce taux de rejet afin de réduire le coût du procédé Smart Cut™ appliqué au SiC et son impact environnemental.
A cet effet, l'invention propose un procédé de traitement d'une plaquette de carbure de silicium polycristallin, comprenant les étapes suivantes : la caractérisation d'une rugosité de surface d'une face avant de la plaquette de carbure de silicium polycristallin ; - lorsque la rugosité de surface caractérisée répond à une spécification prédéterminée pour le collage de la plaquette de carbure de silicium polycristallin avec un substrat de carbure de silicium monocristallin avec la face avant à l'interface de collage : la réalisation dudit collage ;
- lorsque la rugosité de surface caractérisée ne répond pas à ladite spécification, la réduction, par retrait d'une épaisseur de matière comprise entre 3 pm et 10 pm de la face avant de la plaquette de carbure de silicium polycristallin, de la rugosité de surface de la face avant ; la réitération de la caractérisation de la rugosité de surface de la face avant ; lorsque la rugosité de surface caractérisée par la réitération de la caractérisation répond à ladite spécification prédéterminée, la réalisation dudit collage.
La spécification prédéterminée correspond à un critère préalablement déterminé comme étant suffisant, lorsqu'il est rempli, pour, par exemple, obtenir un collage total de la plaquette de pSiC avec le substrat mSiC avec la face avant à l'interface de collage. Le collage est dit total lorsque le substrat mSiC est collé sur toute la face avant à l'exclusion d'un anneau périphérique de largeur inférieure en tout point à 10 mm, préférentiellement inférieure à 6 mm, encore plus préférentiellement inférieure à 5 mm. L'étape de collage et l'étape de retrait de matière sont des alternatives conditionnées respectivement à la conformité ou à la non-conformité de la caractérisation de la rugosité de surface de la face à coller. Ainsi, le procédé selon l'invention permet l'identification des plaquettes de carbure de silicium polycristallin parmi un lot de plaquettes issues d'un même procédé de watering risquant de conduire à un transfert incomplet d'une couche de carbure de silicium monocristallin pour corriger lesdites plaquettes jusqu'à ce que l'état de surface de la plaquette permette un collage satisfaisant, de sorte à éviter de rejeter un nombre important de plaquettes.
Certains aspects préférés mais non limitatifs de ce procédé sont les suivants :
- le retrait de matière est réalisé uniquement sur la face avant;
- le retrait de matière de la face avant comprend un meulage ;
- le meulage comprend en succession un meulage grossier et un meulage fin ; - le meulage grossier est réalisé avec une meule dont une grosseur du grain abrasif est caractérisée par un mesh inférieur à 5000 ;
- le meulage grossier vient retirer une épaisseur de matière inférieure à 10 pm ;
- le meulage fin est réalisé avec une meule dont une grosseur du grain abrasif est caractérisée par un mesh supérieur à 5000 ;
- le meulage fin vient retirer une épaisseur de matière inférieure à 3 pm ;
- le retrait de matière de la face avant comprend en outre, suite au meulage, un polissage de la face avant ;
- le polissage est un polissage chimique ou mécano-chimique ;
- le polissage vient retirer une épaisseur de matière inférieure à 1 pm ;
- le procédé comprend en outre la formation préalable de la plaquette de carbure de silicium polycristallin à partir d'une plaque de carbure de silicium polycristallin, ladite formation préalable comprenant un amincissement double face de la plaque de carbure de silicium polycristallin, ledit amincissement double face comprenant par exemple, successivement, un meulage très grossier, un meulage grossier et un meulage fin ;
- la formation préalable comprend en outre des étapes de sciage, de gravure et/ou de polissage de la face arrière et/ou de la face avant de la plaque de carbure de silicium polycristallin ;
- la caractérisation de l'état de surface de la face avant de la plaquette de carbure de silicium polycristallin comprend une mesure de haze par diffusion de lumière ;
- il comprend, lorsque la rugosité de surface caractérisée par la réitération de la caractérisation de la rugosité de surface de la face avant ne répond pas à ladite spécification, une réduction additionnelle, par retrait de matière, de la rugosité de surface de la face avant;
- la plaquette de carbure de silicium polycristallin est fournie initialement avec une épaisseur initiale comprise dans un intervalle d'épaisseurs acceptables et présente, après réduction de la rugosité de surface de la face avant, une épaisseur finale comprise dans le même intervalle d'épaisseurs acceptables. L'invention s'étend à un procédé de constitution d'un lot de plaquettes de carbure de silicium polycristallin présentant chacune une épaisseur finale comprise dans un intervalle d'épaisseurs acceptables comprenant :
- la fourniture d'un ensemble de plaquettes de carbure de silicium polycristallin présentant chacune une épaisseur initiale comprise dans le même intervalle d'épaisseurs acceptables ;
- pour chacune des plaquettes de l'ensemble, successivement : o la caractérisation d'une rugosité de surface d'une face avant de la plaquette ; o lorsque la rugosité de surface caractérisée répond à une spécification prédéterminée pour le collage de la plaquette avec un substrat de carbure de silicium monocristallin avec la face avant à l'interface de collage, l'ajout de la plaquette audit lot ; o lorsque la rugosité de surface caractérisée ne répond pas à ladite spécification prédéterminée : la réduction, par retrait d'une épaisseur de matière comprise entre 3 pm et 10 pm de la face avant de la plaquette de carbure de silicium polycristallin, de la rugosité de la face avant ; la réitération de la caractérisation de la rugosité de surface de la face avant ; lorsque la rugosité de surface caractérisée par la réitération de la caractérisation répond à ladite spécification prédéterminée, l'ajout de la plaquette audit lot.
Enfin, l'invention s'étend à un procédé de constitution d'un lot de structures multicouches, chaque structure multicouche comprenant une couche mince de carbure de silicium monocristallin déposée sur une plaquette de carbure de silicium polycristallin, le procédé comprenant, pour chaque plaquette d'un lot de plaquettes de carbure de silicium polycristallin constitué tel que précédemment mentionné, le collage d'un substrat de carbure de silicium monocristallin sur la face avant de ladite plaquette de carbure de silicium polycristallin. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est un schéma illustrant différentes étapes d'un procédé Smart Cut™ intégrant un traitement d'une plaquette de pSiC conforme à l'invention.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
L'invention porte sur un procédé de traitement d'une plaquette de pSiC destinée à servir de support pour une couche mince de mSiC. Ce procédé peut comprendre une étape préalable de formation de la plaquette à partir d'une plaque de pSiC (slab). Pour ce faire, la plaque de pSiC est soumise à un processus de wafering. Ce processus peut notamment comprendre un amincissement double face de la plaque et éventuellement une planarisation de la plaque afin d'en rattraper une éventuelle courbure. L'amincissement peut être réalisé par meulage. Ce meulage peut comprendre en succession un meulage très grossier (coarse grinding en anglais) qui vient amener l'épaisseur vers 400 pm, un meulage grossier (rough grinding en anglais) qui vient amener l'épaisseur vers 360 pm et un meulage fin (fine grinding en anglais) qui vient éliminer les derniers microns de matériau. Les différents meulages se distinguent par la taille des grains de la meule utilisée, ces grains étant de plus en plus petits dans la succession des meulages. Les différents meulages sont mis en œuvre à la fois sur la face avant et sur la face arrière de la plaque de carbure de silicium polycristallin.
Additionnellement au meulage, le procédé de « wafering » peut comprendre une ou plusieurs étapes de nettoyage, de gravure et/ou de polissage de la face avant et/ou de la face arrière de la plaque de carbure de silicium polycristallin. Par exemple, le polissage comprend un polissage mécano-chimique. Le polissage permet de réduire la rugosité de surface de la plaque de carbure de silicium polycristallin et/ou de rectifier la planéité de ladite plaque de carbure de silicium polycristallin. Le nettoyage permet de supprimer la contamination. Enfin, le processus de « watering » peut comprendre un sciage notamment lorsque plusieurs plaquettes de carbure de silicium polycristallin doivent être fabriquées à partir d'une même plaque de carbure de silicium polycristallin.
Par exemple, la plaque de pSic est préparée par dépôt CVD sur du graphite, de sorte que l'amincissement double face de ladite plaque de carbure pSic est précédé d'une étape de détachement du graphite.
La plaquette de carbure de silicium polycristallin issue de la plaque de pSic présente préférentiellement une épaisseur initiale comprise dans un intervalle d'épaisseurs acceptables ou intervalle d'épaisseurs cible et choisie de sorte qu'après réduction de la rugosité de surface de la face avant de ladite plaquette de carbure de silicium polycristallin par un ou plusieurs retraits de matière successifs tels que décrits par la suite, l'épaisseur finale de la plaquette de pSiC reste comprise dans le même intervalle d'épaisseurs acceptables, l'épaisseur initiale et l'épaisseur finale désignant l'épaisseur moyenne de la plaquette de pSiC respectivement avant et après l'ensemble des retraits de matière.
Plus précisément, l'épaisseur initiale et l'épaisseur finale de la plaquette de carbure de silicium polycristallin appartiennent à des intervalles appelés respectivement distribution d'épaisseur initiale et distribution d'épaisseurfinale de la plaquette de carbure de silicium polycristallin. La distribution d'épaisseur initiale de la plaquette de carbure de silicium polycristallin est choisie comprise dans l'intervalle d'épaisseurs acceptables et le milieu de ladite distribution d'épaisseur initiale est choisi plus grand que le milieu de l'intervalle d'épaisseurs acceptables, de sorte que la distribution d'épaisseur finale de la plaquette de carbure de silicium polycristallin est également comprise dans l'intervalle d'épaisseurs acceptables, où le milieu de chacun des intervalles désigne la valeur moyenne des bornes inférieure et supérieure dudit intervalle. Par exemple, le milieu de la distribution d'épaisseur initiale est plus grand que le milieu de l'intervalle d'épaisseurs acceptables de 15 pm.
Un tel mode de réalisation permet avantageusement d'obtenir des plaquettes de carbure de silicium polycristallin qui répondent à un standard d'épaisseurs malgré la mise en œuvre d'une ou plusieurs réductions successives de la rugosité de surface par retrait de matière. Le standard d'épaisseurs peut correspondre à une gamme d'épaisseurs acceptée par un équipement de l'industrie des semiconducteurs. Alternativement ou additionnellement, le standard d'épaisseurs peut soit répondre à une spécification communément adoptée dans l'industrie des semiconducteurs, soit être clairement défini par une norme de l'industrie des semi-conducteurs.
Par exemple, l'intervalle d'épaisseurs acceptables est celui défini par la norme SEMI pour les plaques de pSic de 150 mm de diamètre, soit 350 pm +/- 25 pm. Par exemple encore, l'intervalle d'épaisseurs acceptables est celui communément adopté par la plupart des industriels des semiconducteurs pour les plaques de pSic de 200 mm de diamètre, soit 500 pm +/- 25pm.
Dans ce cas, la plaquette issue de la plaque de pSic de 150 mm de diamètre peut présenter une épaisseur initiale comprise dans une distribution d'épaisseur initiale décalée vers 365 pm, par exemple une épaisseur initiale de 365 pm +/- 10 pm et la plaquette issue de la plaque de pSic de 200 mm de diamètre peut présenter une épaisseur initiale comprise dans une distribution d'épaisseur initiale décalée vers 515 pm, par exemple une épaisseur de 515 pm +/- 10 pm. Ce mode de réalisation permet à l'épaisseur finale de la plaquette de pSiC de 150 mm de diamètre de rester conforme à la norme SEMI en présentant une épaisseur finale comprise dans une distribution d'épaisseur finale de 350 pm +/- 25 pm et à l'épaisseur finale de la plaquette de pSiC de 200 mm de diamètre de rester conforme à la spécification communément admise par l'industrie des semiconducteurs, en présentant une épaisseur finale comprise dans une distribution d'épaisseur finale de de 500 +/- 25 pm, alors que conformément à l'invention décrite ci-après une ou plusieurs opérations de correction de l'état de surface de la plaquette de pSiC sont réalisées afin d'assurer la bonne mise en œuvre du procédé Smart Cut™ suite à son collage avec un substrat de mSiC.
Comme représenté par la figure 1, le procédé selon l'invention peut ainsi comprendre une étape RI de fourniture d'une plaquette de pSiC. Le procédé selon l'invention comprend par ailleurs une étape (désignée par R2 sur la figure 1) consistant à procéder à une caractérisation d'un état de surface d'une face avant de la plaquette de pSiC, typiquement une caractérisation d'une rugosité de cette face avant. Cette caractérisation peut notamment comprendre une mesure de haze par diffusion de lumière. Une telle mesure de haze permet de caractériser la rugosité de surface de la face avant de la plaquette de pSiC. Ce haze est issu d'une méthode utilisant les propriétés de réflectivité optique de la surface à caractériser et correspond à un signal optique diffusé par la surface, en raison de sa microrugosité. La mesure de haze peut par exemple être effectuée au moyen du système d'inspection Surfscan SP1 ou SPA2 de la société KLA-Tencor ou par le système d'inspection SICA88 de la société Lasertec.
Le procédé selon l'invention comprend ensuite une étape consistant à déterminer si la rugosité de surface caractérisée répond ou non à une spécification prédéterminée.
Dans certains modes de réalisation, ladite spécification déterminée est un critère préalablement déterminé comme étant suffisant, lorsqu'il est rempli, pour obtenir un collage total de la plaquette de pSiC avec le substrat mSiC avec la face avant à l'interface de collage. Le collage est dit total lorsque le substrat mSiC est collé sur toute la face avant à l'exclusion d'un anneau périphérique de largeur inférieure en tout point à 10 mm, préférentiellement inférieure à 6 mm, encore plus préférentiellement inférieure à 5 mm. Il est en effet rappelé que, les substrats présentant généralement un chanfrein sur leur bord, le collage du substrat de mSiC et par conséquent le transfert ultérieur de la couche mince de mSiC se produisent sur la majeure partie de la surface de la plaquette de pSiC mais pas dans une couronne périphérique s'étendant depuis le bord de la plaquette, dont la largeur dépend notamment de la géométrie du chanfrein.
La spécification prédéterminée peut se rapporter à une mesure indirecte de la rugosité de surface. Dans le mode de réalisation possible pour lequel la caractérisation de la rugosité de surface comprend une mesure de haze, la spécification prédéterminée peut être que le niveau de haze mesuré doit être inférieur à un seuil prédéterminé, autrement dit à une valeur limite de niveau de haze préalablement déterminée comme étant garante d'un collage réussi, c'est-à-dire notamment d'un collage total tel que précédemment défini.
Si la rugosité de surface caractérisée répond à la spécification prédéterminée, le procédé selon l'invention se poursuit avec le collage (désigné par C sur la figure 1), par exemple selon la technique ADB, de la plaquette de pSiC avec un substrat de mSiC, la face avant de la plaquette de pSiC étant à l'interface de collage. Conformément au procédé Smart Cut™, il est ensuite procédé au détachement (désigné par D sur la figure 1), provoqué par un traitement thermique, une action mécanique ou une combinaison de ces moyens, du substrat mSiC le long d'un plan de fragilisation préalablement formé dans celui- ci par implantation ionique afin de venir transférer une couche mince de mSiC sur la plaquette de pSiC et former ainsi une structure composite. A cet égard, la figure 1 désigne par DI la fourniture du substrat mSiC et par D2 l'implantation ionique permettant de le fragiliser. A l'issue du détachement D et du transfert de la couche mince de mSiC sur la plaquette de pSiC, il est procédé, d'une part, à un traitement de finition (désigné par F sur la figure 1) de la structure composite et, d'autre part, à un éventuel recyclage R du reliquat du substrat de mSiC pour en permettre sa réutilisation.
Si l'état de surface de la face avant ne répond pas à la spécification prédéterminée, le procédé selon l'invention comporte une étape (désignée par R3 sur la figure 1) de réduction, par retrait de matière de la face avant de la plaquette de pSiC, de la rugosité de surface de cette face avant. Contrairement à l'amincissement double face préalable de la plaque de pSiC, le retrait de matière peut être réalisé uniquement sur la face avant.
Ce retrait de matière de la face avant vient retirer une épaisseur de matière comprise entre 3 et 10 pm. Il peut être réalisé par meulage de la face avant. Comme précédemment mentionné, le meulage de la plaquette de pSiC peut être réalisé ici uniquement sur la face avant destinée à être collée au substrat de mSiC. Ce meulage uniquement en face avant est rendu possible du fait du meulage en double face réalisé préalablement lors du processus de wafering et qui a permis d'équilibrer les contraintes entre les faces avant et arrière.
Le meulage peut comprendre en succession un meulage grossier et un meulage fin. Le meulage grossier peut être réalisé avec une meule dont une grosseur du grain abrasif est caractérisée par un mesh inférieur à 5000. Le meulage grossier vient de préférence retirer une épaisseur de matière inférieure à 10 pm, par exemple une épaisseur de 5 pm.
Le meulage fin peut quant à lui être réalisé avec une meule dont une grosseur du grain abrasif est caractérisée par un mesh supérieur à 5000, par exemple un mesh compris entre 8000 et 1200. Le meulage fin vient de préférence retirer une épaisseur de matière inférieure à 3 pm.
Dans un mode de réalisation possible, le retrait de matière de la face avant peut en outre comprendre, suite au meulage, un polissage de la face avant. Ce polissage peut être un polissage chimique ou mécano-chimique. Le polissage vient de préférence retirer une épaisseur de matière inférieure à 1 pm.
On comprend que si cette réduction de la rugosité de surface de la face avant destinée à être collée vient retirer, par exemple, une épaisseur de matière de 10 pm, il est alors préférable que la plaquette de pSiC présente initialement une épaisseur plus importante que celle attendue par la norme, par exemple une épaisseur de 365 pm, pour qu'à l'issue de la correction elle présente l'épaisseur de 350 pm attendue par la norme ou encore pour qu'elle puisse subir plusieurs opérations de correction de l'état de surface tout en conservant une épaisseur finale supérieure à la borne basse de 325 pm attendue par la norme.
En effet, suite à une première correction de la rugosité de surface de la face avant destinée à être collée, le procédé comprend une réitération de la caractérisation de l'état de surface de la face avant et, lorsque l'état de surface caractérisé par la réitération de la caractérisation répond à la spécification prédéterminée, la réalisation du collage.
Lorsque la rugosité de surface caractérisée par la réitération de la caractérisation ne répond pas à la spécification prédéterminée, le procédé peut comprendre une réduction additionnelle, par retrait de matière, de la rugosité de surface de la face avant.
Le procédé selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs réductions additionnelles, par retrait de matière, de la rugosité de surface de la face avant, chacune précédée d'une caractérisation de l'état de surface. Chaque retrait de matière additionnel est de préférence identique au premier retrait de matière. Avec 3 à 10 pm retirés à chaque retrait de matière, un premier retrait de matière et jusqu'à 3 retraits de matière additionnels peuvent typiquement être réalisés tout en conservant une épaisseur finale conforme à la norme SEMI.
Le procédé selon l'invention peut par ailleurs être réitéré pour traiter un ensemble de plaquettes issues d'un même processus de « watering » et constituer un lot de plaquettes chacune apte au collage avec un substrat de SiC monocristalline malgré le manque de reproductibilité de l'état de surface des plaquettes issues dudit processus de « watering ». Ainsi l'invention s'étend à un procédé de constitution d'un lot de plaquettes de carbure de silicium polycristallin comprenant : - la fourniture d'un ensemble de plaquettes de carbure de silicium polycristallin;
- pour chacune des plaquettes de l'ensemble: o la caractérisation d'une rugosité de surface d'une face avant de la plaquette ; o lorsque la rugosité de surface caractérisée répond à une spécification prédéterminée pour le collage de la plaquette avec un substrat de carbure de silicium monocristallin avec la face avant à l'interface de collage, l'ajout de la plaquette audit lot ; o lorsque la rugosité de surface caractérisée ne répond pas à ladite spécification prédéterminée, la réduction, par retrait d'une épaisseur de matière comprise entre 3 pm et 10 pm de la face avant de la plaquette de carbure de silicium polycristallin, de la rugosité de surface de la face avant, la réitération de la caractérisation de la rugosité de surface de la face avant ; puis, lorsque la rugosité de surface caractérisée par la réitération de la caractérisation répond à ladite spécification prédéterminée, l'ajout de la plaquette audit lot.
Les plaquettes du lot ainsi constitué peuvent ensuite faire chacune l'objet d'un collage avec un substrat de SiC monocristallin.
Chaque plaquette de carbure de silicium polycristallin de l'ensemble de plaquettes de carbure de silicium polycristallin est préférentiellement fournie avec une épaisseur initiale comprise dans un intervalle d'épaisseurs acceptables et présente, après réduction de la rugosité de surface de la face avant, une épaisseur finale comprise dans le même intervalle d'épaisseurs acceptables.
Autrement dit, chaque plaquette de carbure de silicium polycristallin issue du procédé de constitution du lot présente une épaisseurfinale dans une gamme cible, chaque plaquette de carbure de silicium polycristallin de l'ensemble de plaquettes de carbure de silicium polycristallin ayant été initialement fournie avec une épaisseur initiale comprise dans une gamme resserrée comprise dans la gamme cible, la gamme resserrée étant centrée sur une valeur supérieure à la valeur centrale de la gamme cible.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de traitement d'une plaquette de carbure de silicium polycristallin, comprenant les étapes suivantes :
- la caractérisation (R2) d'une rugosité de surface d'une face avant de la plaquette de carbure de silicium polycristallin ;
- lorsque la rugosité de surface caractérisée répond à une spécification prédéterminée pour le collage (C) de la plaquette de carbure de silicium polycristallin avec un substrat de carbure de silicium monocristallin avec la face avant à l'interface de collage : la réalisation dudit collage ;
- lorsque la rugosité de surface caractérisée ne répond pas à ladite spécification, la réduction (R3), par retrait d'une épaisseur de matière comprise entre 3 pm et 10 pm de la face avant de la plaquette de carbure de silicium polycristallin, de la rugosité de surface de la face avant ; la réitération de la caractérisation de la rugosité de surface de la face avant ; lorsque la rugosité de surface caractérisée par la réitération de la caractérisation répond à ladite spécification prédéterminée, la réalisation dudit collage.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le retrait de matière est réalisé uniquement sur la face avant.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel le retrait de matière de la face avant comprend un meulage.
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel le meulage comprend en succession un meulage grossier et un meulage fin.
5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le meulage grossier est réalisé avec une meule dont une grosseur du grain abrasif est caractérisée par un mesh inférieur à 5000.
6. Procédé selon l'une des revendications 4 et 5, dans lequel le meulage grossier vient retirer une épaisseur de matière inférieure à 10 pm.
7. Procédé selon l'une des revendications 4 à 6, dans lequel le meulage fin est réalisé avec une meule dont une grosseur du grain abrasif est caractérisée par un mesh supérieur à 5000.
8. Procédé selon l'une des revendications 4 à 7, dans lequel le meulage fin vient retirer une épaisseur de matière inférieure à 3 pm.
9. Procédé selon l'une des revendications 4 à 8, dans lequel le retrait de matière de la face avant comprend en outre, suite au meulage, un polissage de la face avant.
10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel le polissage est un polissage chimique ou mécano-chimique.
11. Procédé selon l'une des revendications 9 etlO, dans lequel le polissage vient retirer une épaisseur de matière inférieure à 1 pm.
12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, comprenant en outre la formation préalable de la plaquette de carbure de silicium polycristallin à partir d'une plaque de carbure de silicium polycristallin, ladite formation préalable comprenant un amincissement double face de la plaque de carbure de silicium polycristallin, ledit amincissement double face comprenant par exemple, successivement, un meulage très grossier, un meulage grossier et un meulage fin.
13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel ladite formation préalable comprend en outre des étapes de sciage, de gravure et/ou de polissage de la face arrière et/ou de la face avant de la plaque de carbure de silicium polycristallin.
14. Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, dans lequel la caractérisation de l'état de surface de la face avant de la plaquette de carbure de silicium polycristallin comprend une mesure de haze par diffusion de lumière.
15. Procédé selon l'une des revendications 1 à 14, comprenant, lorsque la rugosité de surface caractérisée par la réitération de la caractérisation de la rugosité de surface de la face avant ne répond pas à ladite spécification, une réduction additionnelle, par retrait de matière, de la rugosité de surface de la face avant.
16. Procédé selon l'une des revendications 1 à 15, dans lequel la plaquette de carbure de silicium polycristallin est fournie initialement avec une épaisseur initiale comprise dans un intervalle d'épaisseurs acceptables et présente, après réduction de la rugosité de surface de la face avant, une épaisseur finale comprise dans le même intervalle d'épaisseurs acceptables.
17. Procédé de constitution d'un lot de plaquettes de carbure de silicium polycristallin présentant chacune une épaisseur finale comprise dans un intervalle d'épaisseurs acceptables comprenant :
- la fourniture d'un ensemble de plaquettes de carbure de silicium polycristallin présentant chacune une épaisseur initiale comprise dans le même intervalle d'épaisseurs acceptables ;
- pour chacune des plaquettes de l'ensemble, successivement : o la caractérisation (R2) d'une rugosité de surface d'une face avant de la plaquette ; o lorsque la rugosité de surface caractérisée répond à une spécification prédéterminée pour le collage (C) de la plaquette avec un substrat de carbure de silicium monocristallin avec la face avant à l'interface de collage, l'ajout de la plaquette audit lot ; o lorsque la rugosité de surface caractérisée ne répond pas à ladite spécification prédéterminée : la réduction (R3), par retrait d'une épaisseur de matière comprise entre 3 pm et 10 pm de la face avant de la plaquette de carbure de silicium polycristallin, de la rugosité de surface de la face avant ; la réitération de la caractérisation de la rugosité de surface de la face avant ; lorsque la rugosité de surface caractérisée par la réitération de la caractérisation répond à ladite spécification prédéterminée, l'ajout de la plaquette audit lot.
18. Procédé de constitution d'un lot de plaquettes de carbure de silicium polycristallin selon la revendication 17, dans lequel chaque plaquette de carbure de silicium de l'ensemble de plaquettes de carbure de silicium polycristallin est fournie avec une épaisseur initiale comprise dans une gamme resserrée comprise dans l'intervalle d'épaisseurs acceptables, la gamme resserrée étant centrée sur une valeur supérieure à la valeur centrale de l'intervalle des épaisseurs acceptables.
19. Procédé de fabrication d'un lot de structures multicouches, chaque structure multicouche comprenant une couche mince de carbure de silicium monocristallin déposée sur une plaquette de carbure de silicium polycristallin, le procédé comprenant, pour chaque plaquette d'un lot de plaquettes de carbure de silicium polycristallin constitué selon l'une des revendications 17 ou 18, le collage d'un substrat de carbure de silicium monocristallin sur la face avant de ladite plaquette de carbure de silicium polycristallin.
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