Brevet FR2814854A1 — publié le 20020405

PROCEDE DE FABRICATION D'ILOTS JUXTAPOSES PAR DEPOT AUTOORGANISE SUR UN SUBSTRAT ET STRUCTURE AINSI OBTENUE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un procédé de fabrication d'îlots juxtaposés par dépôt autoorganisé sur un substrat. Elle concerne également une structure obtenue par ce procédé. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE La fabrication d'objets de très petites dimensions (souvent appelés nanostructures ou microstructures) constitués de matériaux différents et organisés dans l'espace trouve des applications en électronique (pour la réalisation de composants mémoire à très fort degré d'intégration lorsque les structures ont des tailles nanométriques) ou en optique (lorsque les structures ont des tailles micrométriques). Le brevet américain NO 4 591 889 divulgue des dispositifs semiconducteurs possédant des superréseaux de monocouches. Ces dispositifs présentent des variations périodiques de composition dans une direction parallèle à la surface du substrat ainsi que dans une direction perpendiculaire à cette surface. Pour réaliser ces variations de composition, la surface du substrat a été usinée en marches d'escalier. Les monocouches sont obtenues par croissance épitaxiale, cette croissance se faisant par les bords de marches (ou contremarches) qui servent de sites de nucléation. La croissance ne se fait donc pas à partir de la surface des marches mais par avancée latérale sur cette surface, sans variation de hauteur. EXPOSÉ DE L'INVENTION Afin de fabriquer des objets de très petites dimensions, il est proposé selon la présente invention de partir d'un substrat dont une surface présente non pas une série de marches comme pour l'art antérieur cité, mais des terrasses de dimensions réduites. Le substrat peut être en matériau cristallin ou amorphe. Les îlots peuvent être constitués de matériaux isolants, métalliques, semiconducteurs ou amorphes. L'invention a donc pour objet un procédé de fabrication d'îlots juxtaposés par dépôt autoorganisé sur un substrat, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - mise en forme d'une surface d'un substrat selon un réseau périodique de terrasses constituées par l'intersection de deux réseaux de marches, chaque terrasse ayant une première dimension correspondant à la largeur de marche de l'un des réseaux de marches et une deuxième dimension correspondant à la largeur de marche de l'autre réseau de marches, - dépôts de matière sur ladite surface mise en forme, les dépôts de matière se faisant par avancée de bord de marche, chaque avancée recouvrant partiellement chaque terrasse, pour former successivement une superposition de monocouches, la composition des monocouches étant choisie entre au moins une première composition et une deuxième composition, d'où il résulte que chaque terrasse supporte au moins deux îlots formés d'une superposition différente de monocouches. Avantageusement, l'étape de mise en forme d'une surface d'un substrat conduit à des terrasses de forme choisie parmi le parallélépipède, le rectangle, le losange et le carré. L'étape de mise en forme peut être réalisée par une opération de lithographie optique ou électronique suivie d'une opération de gravure. Elle peut aussi être réalisée à partir d'un substrat cristallin dont la surface est désorientée par rapport à un plan cristallin. Un procédé particulier de mise en oeuvre est caractérisé en ce que : - l'étape de mise en forme d'une surface d'un substrat conduit à des terrasses de dimensions identiques, carrées et de même hauteur, - l'étape de dépôts de matière sur ladite surface mise en forme consiste à effectuer, par terrasse, au moins une alternance d'un premier dépôt d'un premier matériau sur une avancée recouvrant une portion de terrasse correspondant à une fraction x d'une dimension ou côté de la terrasse, et d'un deuxième dépôt d'un deuxième matériau sur une avancée recouvrant la portion libre restante de la terrasse correspondant à la fraction 1-x du côté de la terrasse, d'où il résulte que chaque terrasse supporte un îlot carré formé uniquement de monocouches de premier matériau et de côté égal à x fois le côté de la terrasse, un îlot carré formé uniquement de monocouches de deuxième matériau et de côté égal à (1-x) fois le côté de la terrasse, et de deux îlots formés d'une alternance d'une monocouche de premier matériau et d'une monocouche de deuxième matériau. Un autre procédé particulier de mise en oeuvre est caractérisé en ce que : - l'étape de mise en forme d'une surface d'un substrat conduit à des terrasses de dimensions identiques, carrées et de même hauteur, - l'étape de dépôts de matière sur ladite surface mise en forme consiste à effectuer, par terrasse, au moins une alternance d'un premier dépôt d'un premier matériau sur une avancée recouvrant une portion de terrasse correspondant à une fraction x d'une dimension ou côté de la terrasse, d'un deuxième dépôt d'un deuxième matériau sur une avancée recouvrant une partie de la portion libre restante de la terrasse correspondant à une fraction y du côté de la terrasse, et d'un troisième dépôt d'un troisième matériau sur une avancée recouvrant ce qui reste de ladite portion libre restante de la terrasse correspondant à une fraction 1-x-y du côté de la terrasse, d'où il résulte que chaque terrasse supporte un îlot carré formé uniquement de monocouches de premier matériau et de côté égal à x fois le côté de la terrasse, un îlot carré formé uniquement de monocouches de deuxième matériau et de côté égal à y fois le côté de la terrasse, un îlot carré formé uniquement de monocouches de troisième matériau et de côté égal à (1-x-y) fois le côté de la terrasse, de deux îlots formés d'une alternance d'une monocouche de premier matériau et d'une monocouche de deuxième matériau, de deux îlots formés d'une alternance d'une monocouche de premier matériau et d'une monocouche de troisième matériau, et de deux îlots formés d'une alternance d'une monocouche de deuxième matériau et d'une monocouche de troisième matériau. L'invention a aussi pour objet une structure constituée d'un substrat dont une surface supporte des îlots juxtaposés, formés d'une superposition de monocouches, caractérisée en ce que les îlots reposent sur un réseau périodique de terrasses constituées par l'intersection de deux réseaux de marches, chaque terrasse ayant une première dimension correspondant à la largeur de marche de l'un des réseaux de marches et une deuxième dimension correspondant à la largeur de marche de l'autre réseau de marches, chaque terrasse supportant au moins deux îlots formés d'une superposition différente de monocouches dont la composition est choisie entre au moins une première composition et une deuxième composition. Avantageusement, les terrasses sont de forme choisie parmi le parallélépipède, le rectangle, le losange et le carré. Selon une variante particulière, la structure est caractérisée en ce que les terrasses étant de forme carrée, de dimensions identiques et de même hauteur, chaque terrasse supporte un îlot carré formé uniquement de monocouches d'un premier matériau et de côté égal à une fraction x d'une dimension ou côté de la terrasse, un îlot carré formé uniquement de monocouches d'un deuxième matériau et de côté égal à (l-x) fois le côté de la terrasse, et de deux îlots formés d'une alternance d'une monocouche de premier matériau et d'une monocouche de deuxième matériau. Selon une autre variante particulière, la structure est caractérisée en ce que, les terrasses étant de forme carrée, de dimensions identiques et de même hauteur, chaque terrasse supporte un îlot carré formé uniquement de monocouches d'un premier matériau et de côté égal à une fraction x d'une dimension ou côté de la terrasse, un îlot carré formé uniquement de monocouches d'un deuxième matériau et de côté égal à une fraction y du côté de la terrasse, un îlot carré formé uniquement de monocouches d'un troisième matériau et de côté égal à une fraction 1-x-y du côté de la terrasse, de deux îlots formés d'une alternance d'une monocouche de premier matériau et d'une monocouche de deuxième matériau, de deux îlots formés d'une alternance d'une monocouche de premier matériau et d'une monocouche de troisième matériau, et de deux îlots formés d'une alternance d'une monocouche de deuxième matériau et d'une monocouche de troisième matériau. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, accompagnée des dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique et en perspective de la surface d'un substrat mise en forme selon un réseau périodique de terrasses conformément à l'invention, - les figures 2 à 5 représentent différentes formes de terrasses utilisables selon la présente invention, - les figures 6,7 et 8 illustrent la croissance de deux monocouches de matériaux différents par avancée de bord de marche sur la surface d'un substrat mise en forme selon un réseau périodique de terrasses carrées, selon l'invention, - les figures 9,10 et 11 sont des vues de dessus de la surface des substrats représentés respectivement aux figures 6,7 et 8, la composition des différents dépôts étant précisée, - les figures 12 et 13 sont des vues de dessus d'autres surfaces de substrats sur lesquelles on a fait croître deux monocouches de matériaux différents, selon l'invention, - la figure 14 est une vue de dessus d'une autre surface de substrat sur laquelle on a fait croître trois monocouches de matériaux différents, selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE RALISATION DE L'INVENTION La figure 1 représente, de manière schématique et en perspective, la surface d'un substrat mise en forme selon un réseau périodique de terrasses conformément à l'invention. La surface du substrat est mise en forme selon un réseau périodique de terrasses (figurant des cases en vue de dessus) issues de l'intersection de deux réseaux de marches parallèles aux directions du plan X et Y. Dans le cas représenté, les marches ont toutes la même hauteur h. A l'intersection de ces deux réseaux de marches apparaissent des zones locales avec un saut de deux marches d'une hauteur égale à 2 h. Ce double réseau de marches permet ainsi de créer des terrasses, référencées 1 sur la figure 1, dont la forme dépend des directions X et Y. Les figures 2 à 5 sont des vues de dessus de surfaces de substrats mises en forme conformément à l'invention. La figure 2 montre des terrasses (ou cases) 2 de forme parallélépipédique quelconque. La figure 3 montre des terrasses 3 de forme rectangulaire. La figure 4 montre des terrasses 4 en forme de losange. La figure 5 montre des terrasses 5 de forme carrée, l'ensemble de ces terrasses constituant un damier. Le réseau périodique du substrat peut être obtenu par exemple par lithographie optique ou électronique suivie d'une étape de gravure. Il peut être obtenu naturellement en utilisant un substrat cristallin dont la surface est désorientée par rapport à un plan cristallin. Il se forme alors un réseau périodique de marches atomiques organisé suivant un motif géométrique défini par l'angle entre la direction naturelle des marches et la direction de désorientation. Si cet angle est égal à 450, on peut obtenir un motif en forme de damier. La surface du substrat mise en forme va recevoir des dépôts de matière. Ces dépôts sont obtenus par une croissance se faisant par avancée de bord de marche. La croissance se fait donc horizontalement, sans agglomérat donc sans variation de hauteur. Les figures 6,7 et 8 illustrent la croissance de deux monocouches de matériaux différents par avancée de bord de marche sur la surface d'un substrat mise en forme selon un réseau périodique de terrasses carrées et de hauteurs identiques. Les figures 9,10 et 11 sont des vues de dessus de la surface des substrats représentés respectivement aux figures 6,7 et 8, la composition des différents dépôts étant précisée. Les figures 6,7 et 8 montrent en partie A une vue de dessus des terrasses de la surface d'un substrat, en partie B une coupe selon l'axe bb'et en partie C une coupe selon l'axe cc'. La figure 6 montre la surface du substrat mise en forme avant le dépôt de matière. Cette surface présente des terrasses 6 de forme carrée et de hauteurs identiques. La figure 9, associée à la figure 6, montre les terrasses 6 de cette surface qui sont d'une même composition chimique. On procède alors à la croissance par bord de marche d'une première monocouche d'un composé A. Le dépôt est contrôlé pour que la croissance du composé A provoque une avancée de matériau jusqu'au milieu des côtés des terrasses. Ce premier dépôt provoque l'apparition de zones différentes par terrasse. C'est ce que montre la figure 7. Une terrasse initiale 6, représentée en traits interrompus, se subdivise en une zone 61 située vers la partie montante des marches, une zone 62 située vers la partie descendante des marches et deux zones 63 et 64 situées à un niveau intermédiaire. Les zones 61,62, 63 et 64 ont chacune une forme carrée de côté égal à la moitié du côté d'une terrasse 6. La zone 61 supporte deux monocouches superposées de composé A. Les zones 63 et 64 supportent chacune une seule monocouche de composé A. La zone 62 n'est pas recouverte. Ces zones 61 à 64 sont aussi représentées à la figure 10 associée à la figure 7. On procède ensuite à la croissance par bord de marche d'une deuxième monocouche d'un composé B. Le dépôt est contrôlé pour que la croissance du composé B provoque une avancée de matériau correspondant à la moitié des côtés des terrasses. La croissance de la deuxième monocouche, de composé B, complète la structure obtenue précédemment de sorte que l'épaisseur de matériau déposé sur chaque zone est égale à deux monocouches. Ainsi, la zone 62, non recouverte précédemment, est maintenant recouverte de deux monocouches du composé B. Les zones 63 et 64, recouvertes précédemment chacune d'une seule monocouche de composé A, sont aussi recouvertes chacune d'une monocouche du composé B. La zone 61 reste uniquement recouverte de deux monocouches du composé A. C'est ce que montre la figure 8 associée à la figure Il. En répétant ces dépôts successifs, on peut former des colonnes à base carrée uniquement formées de composé A en contact par les côtés avec des colonnes de composition mixte A et B. Les colonnes de composé A sont en contact par les arêtes avec les colonnes de composé B. Cette technique de dépôt permet de contrôler la taille des îlots en faisant varier la quantité des composés A et B déposés sur la surface. On a vu précédemment que des avancées de composé A et de composé B égales à la moitié des côtés des terrasses (de forme carrée) conduit à des îlots carrés (4 îlots par terrasse) de côtés égaux à la moitié du côté d'une terrasse. Il est possible d'obtenir des îlots de tailles différentes par contrôle des avancées de matériau. C'est ce qu'illustrent les figures 12 et 13 qui sont des vues de dessus de surfaces mises en forme de façon à obtenir des terrasses carrées et de même hauteur. La surface du substrat montrée à la figure 12 comporte des terrasses 7 de côté L. Un premier dépôt, de composé A, est contrôlé pour procurer une avancée de matière sur une distance CA = 0, 25 x L. Une terrasse initiale 7 se subdivise alors en une zone 71 située vers la partie montante des marches, une zone 72 située vers la partie descendante des marches et deux zones 73 et 74 situées à un niveau intermédiaire. La zone 71 supporte deux monocouches superposées de composé A. Les zones 73 et 74 supportent chacune une seule monocouche de composé A. La zone 73 n'est pas recouverte. Un deuxième dépôt, de composé B, est réalisé par avancée de bord de marche. Il fournit deux monocouches de composé B sur la zone 72, une seule monocouche de composé B sur les zones 73 et 74 et aucun dépôt sur la zone 71. On obtient finalement : - une zone carrée 71, de côté CA = 0, 25 x L, supportant deux monocouches de composé A, - une zone carrée 72, de côté CB = 0, 75 x L, supportant deux monocouches de composé B, - des zones rectangulaires 73 et 74, de largeur CA et de longueur CE'supportant une monocouche de composé A et une monocouche de composé B. La figure 13 montre une variante dimensionnelle comprenant des terrasses 8 de côté L. Par la même méthode que précédemment, mais pour un premier dépôt, de composé A, procurant une avancée de matière sur une distance CA = 0, 33 x L, on obtient : - une zone carrée 81, de côté CA = 0, 33 X L, supportant deux monocouches de composé A, - une zone carrée 82, de côté CB = 0, 67 x L, supportant deux monocouches de composé B, - deux zones rectangulaires 83 et 84, de largeur CA et de longueur Ça, supportant une monocouche de composé A et une monocouche de composé B. Comme précédemment, ces dépôts successifs peuvent être répétés pour obtenir des colonnes. En déposant n composés différents, il est possible de subdiviser une terrasse en n2 zones de tailles variables et de composition définie. On peut alors faire en sorte d'obtenir, parmi ces n2 zones, n zones constituées chacune de monocouches d'un même matériau, les (n-n) zones restantes comprenant des monocouches de matériaux différents. C'est ce que montre la figure 14. La figure 14 montre, vue de dessus, une surface d'un substrat comportant des terrasses 9 carrées, de tailles identiques et de même hauteur. On dépose successivement, par avancée de bord de marche sur une distance représentant 1/3 du côté L d'une terrasse, un composé A, un composé B et un composé C. On obtient : - une zone carrée 91 supportant deux monocouches de composé A, - une zone carrée 92 supportant deux monocouches de composé B, - une zone carrée 93 supportant deux monocouches de composé C, les zones 91,92 et 93 étant alignées, - deux zones carrées 94 et 95 supportant une monocouche de composé A et une monocouche de composé B, - deux zones carrées 96 et 97 supportant une monocouche de composé A et une monocouche de composé C, - deux zones carrées 98 et 99 supportant une monocouche de composé B et une monocouche de composé C. Toutes ces zones carrées ont pour côté 1/3 L. Comme précédemment, ces dépôts successifs peuvent être répétés pour obtenir des colonnes. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'îlots juxtaposés par dépôt autoorganisé sur un substrat, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - mise en forme d'une surface d'un substrat selon un réseau périodique de terrasses (1) constituées par l'intersection de deux réseaux de marches, chaque terrasse (1) ayant une première dimension correspondant à la largeur de marche de l'un des réseaux de marches et une deuxième dimension correspondant à la largeur de marche de l'autre réseau de marches, - dépôts de matière sur ladite surface mise en forme, les dépôts de matière se faisant par avancée de bord de marche, chaque avancée recouvrant partiellement chaque terrasse, pour former successivement une superposition de monocouches, la composition des monocouches étant choisie entre au moins une première composition et une deuxième composition, d'où il résulte que chaque terrasse supporte au moins deux îlots formés d'une superposition différente de monocouches. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de mise en forme d'une surface d'un substrat conduit à des terrasses de forme choisie parmi le parallélépipède (2), le rectangle (3), le losange (4) et le carré (5). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de mise en forme est réalisée par une opération de lithographie optique ou électronique suivie d'une opération de gravure. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de mise en forme est réalisée à partir d'un substrat cristallin dont la surface est désorientée par rapport à un plan cristallin. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que : - l'étape de mise en forme d'une surface d'un substrat conduit à des terrasses (6,7, 8) de dimensions identiques, carrées et de même hauteur, - l'étape de dépôts de matière sur ladite surface mise en forme consiste à effectuer, par terrasse (6,7, 8), au moins une alternance d'un premier dépôt d'un premier matériau sur une avancée recouvrant une portion de terrasse correspondant à une fraction x d'une dimension ou côté de la terrasse, et d'un deuxième dépôt d'un deuxième matériau sur une avancée recouvrant la portion libre restante de la terrasse correspondant à la fraction 1-x du côté de la terrasse, d'où il résulte que chaque terrasse supporte un îlot carré (61,71, 81) formé uniquement de monocouches de premier matériau et de côté égal à x fois le côté de la terrasse, un îlot carré (62,72, 82) formé uniquement de monocouches de deuxième matériau et de côté égal à (1-x) fois le côté de la terrasse, et de deux îlots (63,64, 73,74, 83,84) formés d'une alternance d'une monocouche de premier matériau et d'une monocouche de deuxième matériau. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que : - l'étape de mise en forme d'une surface d'un substrat conduit à des terrasses (9) de dimensions identiques, carrées et de même hauteur, - l'étape de dépôts de matière sur ladite surface mise en forme consiste à effectuer, par terrasse (9), au moins une alternance d'un premier dépôt d'un premier matériau sur une avancée recouvrant une portion de terrasse correspondant à une fraction x d'une dimension ou côté de la terrasse, d'un deuxième dépôt d'un deuxième matériau sur une avancée recouvrant une partie de la portion libre restante de la terrasse correspondant à une fraction y du côté de la terrasse, et d'un troisième dépôt d'un troisième matériau sur une avancée recouvrant ce qui reste de ladite portion libre restante de la terrasse correspondant à une fraction 1-x-y du côté de la terrasse, d'où il résulte que chaque terrasse supporte un îlot carré formé uniquement de monocouches de premier matériau et de côté égal à x fois le côté de la terrasse, un îlot carré formé uniquement de monocouches de deuxième matériau et de côté égal à y fois le côté de la terrasse, un îlot carré formé uniquement de monocouches de troisième matériau et de côté égal à (1-x-y) fois le côté de la terrasse, de deux îlots formés d'une alternance d'une monocouche de premier matériau et d'une monocouche de deuxième matériau, de deux îlots formés d'une alternance d'une monocouche de premier matériau et d'une monocouche de troisième matériau, et de deux îlots formés d'une alternance d'une monocouche de deuxième matériau et d'une monocouche de troisième matériau. 7. Structure constituée d'un substrat dont une surface supporte des îlots juxtaposés, formés d'une superposition de monocouches, caractérisée en ce que les îlots reposent sur un réseau périodique de terrasses (6) constituées par l'intersection de deux réseaux de marches, chaque terrasse (6) ayant une première dimension correspondant à la largeur de marche de l'un des réseaux de marches et une deuxième dimension correspondant à la largeur de marche de l'autre réseau de marches, chaque terrasse supportant au moins deux îlots formés d'une superposition différente de monocouches dont la composition est choisie entre au moins une première composition et une deuxième composition. 8. Structure selon la revendication 7, caractérisée en ce que les terrasses sont de forme choisie parmi le parallélépipède (2), le rectangle (3), le losange (4) et le carré (5). 9. Structure selon la revendication 7, caractérisée en ce que les terrasses (6,7, 8) étant de forme carrée, de dimensions identiques et de même hauteur, chaque terrasse supporte un îlot carré formé uniquement de monocouches d'un premier matériau et de côté égal à une fraction x d'une dimension ou côté de la terrasse, un îlot carré formé uniquement de monocouches d'un deuxième matériau et de côté égal à (1-x) fois le côté de la terrasse, et de deux îlots formés d'une alternance d'une monocouche de premier matériau et d'une monocouche de deuxième matériau. 10. Structure selon la revendication 7, caractérisée en ce que, les terrasses (9) étant de forme carrée, de dimensions identiques et de même hauteur, chaque terrasse supporte un îlot carré formé uniquement de monocouches d'un premier matériau et de côté égal à une fraction x d'une dimension ou côté de la terrasse, un îlot carré formé uniquement de monocouches d'un deuxième matériau et de côté égal à une fraction y du côté de la terrasse, un îlot carré formé uniquement de monocouches d'un troisième matériau et de côté égal à une fraction 1-x-y du côté de la terrasse, de deux îlots formés d'une alternance d'une monocouche de premier matériau et d'une monocouche de deuxième matériau, de deux îlots formés d'une alternance d'une monocouche de premier matériau et d'une monocouche de troisième matériau, et de deux îlots formés d'une alternance d'une monocouche de deuxième matériau et d'une monocouche de troisième matériau.