Brevet FR2834124A1 — publié le 20030627

d'aluminium et le saphir. 1 2834124 PROCEDE DE PRODUCTION DE COUCHES SEMI-CONDUCTRICES L'invention concerne un procédé de production de couches semi- conductrices et notamment de production d'une couche utile qui comprend au moins une couche semi-conductrice, dans lequel la couche utile est séparée d'un support. Dans la production de composants à semi-conducteur à couche mince comme, par exemple, des LED à couche mince, on dépose habituellement une couche ou plusieurs couches semi-conductrices successivement sur un support approprié. En règle générale, le support est un substrat ou un quasi-substrat sur lequel on fait cro^'tre, par épitaxie, I'une après l'autre les diverses couches semi-conductrices. Ensuite, on détache les couches semi-conductrices qui représentent ensemble ce que l'on appelle la "couche utile" du support. A cet effet il est prévu dans le support ou aussi dans la couche utile un plan de consigne de séparation le long duquel doit s'effectuer la séparation. Avant le détachement, ia couche utile doit, en raison de son épaisseur qui est petite et du manque de solidité mécanique qui lui est inhérente, étre reliée à un support auxiliaire (désigné aussi par "supportwafer"). Comme la surface de la couche utile est en règle générale métallisée pour constituer des bornes électriques, le support auxiliaire est habituellement relié eutectiquement à la surface métallisée de la couche utile. Toutefois, un composite préparé de cette façon, constitué du support, de la couche utile et du support auxiliaire, a tendance à se séparer dans le plan de métallisation, c'est-à-dire dans le plan dans lequel se trouve la liaison entre le support auxiliaire et la couche utile au lieu de le faire dans le plan de consigne de séparation. On court alors le danger que la couche utile soit endommagée ou reste en partie sur le support. Un transfert de la couche utile n'est pas possible dans ce cas. En raison des grandes difficultés technologiques pour la séparation du support et de la couche utile lorsque l'on utilise un support auxiliaire à composé métallique, on a relié jusqu'ici directement le support auxiliaire à la couche utile ou on l'a collé sur du verre ("Silicon on Glass", SOC), de manière à ne pas former de couche métallique entre le support auxiliaire et la couche utile. L'invention vise un procédé de production d'une couche semi conductrice, dans lequel la couche semi-conductrice est détachée d'un support autant que possible entièrement le long d'un plan de consigne de 2 2834124 séparation prévu à l'avance. On cherche notamment à pouvoir effectuer le procédé avec un support auxiliaire qui a une couche métallique ou qui est relié à la couche semi-conductrice au moyen d'une couche métallique. Le procédé suivant l'invention est caractérisé par les stades: a) de dépôt de la couche utiie sur le support, b) de dépôt d'un support auxiliaire sur le côté de la couche utile qui est éloigné du support, au moyen d'une couche de liaison qui a de préférence un matériau métallique, à une température de jonction, c) de détachement mécanique du support à une température qui est supérieure ou égale à la température de jonction et qui est inférieure au point de fusion de la couche de liaison, au moins une partie de la couche utile étant détachée ensemble avec le support auxiliaire du support. De préférence: - la couche utile ou la couche semi-conductrice comporte un nitrure semi-conducteur, - le nitrure semi-conducteur est un nitrure des éléments du troisième eVou du cinquième groupe principal, notamment GaN, AlGaN, InGaN, AlinGaN, AIN ou InN, - le support contient du SiC, - le support est un quasi-substrat qui comprend un corps de substrat, une couche intermédiaire et une couche de croissance, la couche utile étant déposée sur la couche de croissance, - la couche de croissance eVou le corps du substrat contiennent du siliclum, un oxyde de siliclum ou du carbure de silicium, - la couche intermédiaire contient un oxyde de siliclum, - au stade c) la couche utile et le support sont séparés le long de la couche intermédiaire, - au stade b) il est constitué une couche de liaison, de préférence une couche métallique de liaison entre la couche utile et le support auxiliaire, dont le point de fusion est supérieur à la température de jonction, - la couche de liaison contient du Pdin, de l'AuSi, du PdSi ou du PtSi, - le support auxiliaire contient du siliclum ou du molybdène, - au stade b) le support auxiliaire est déposé au moyen d'un procédé de liaison par diffusion sur la couche utile, 3 2834124 - au stade b) le support auxiliaire est déposé au moyen d'un procédé isotherme de solidification sur la couche utile, - la couche utile est déposée par épitaxie sur le support. Dans le procédé suivant l'invention de production d'une couche utile comprenant au moins une couche semi-conductrice, on dépose dans un premier stade la couche utile sur un support et dans un autre stade, à une température de jonction un support auxiliaire sur la face de la couche utile qui est éloignée du support au moyen d'une couche de liaison qui présente, de préférence, un matériau métallique. Ensuite, on détache le support à une température qui est supérieure ou égale à la température de jonction et qui est inférieure au point de fusion de la couche de liaison, la couche utile étant séparée du support au moins en partie et de préférence complètement ensemble avec le support auxiliaire. Le détachement s'effectue de préférence mécaniquement. L'invention repose sur la considération qu'il faut réduire autant. que possible la contrainte mécanique se formant par la liaison du support auxiliaire à la couche utile pour ne pas porter atteinte à l'opération de séparation. Des contraintes mécaniques peuvent se former notamment par la modification de température nécessaire à la liaison du support auxiliaire à la couche utile. C'est ainsi que dans le cas d'une liaison effective du support auxiliaire, le système est porté à une température dans laquelle se produit la réaction de jonction. Tout le système est exempt de tension à cette température. Par la formation de la liaison de jonction, le support auxiliaire est immobilisé sur la couche utile. Dans les procédés habituels, le composite constitué du support de la couche utile et du support auxiliaire est refroidi ensuite en vue d'être traité supplémentairement. Comme les coefficients de dilatation thermique des métaux utilisés habituellement pour la liaison de jonction, comme par exemple Au, Pt. Pd. Al sont sensiblement plus grands que ceux de la plupart des semiconducteurs, il se crée au refroidissement des tensions mécaniques, de sorte que la couche de liaison est déformée en traction à la température amblante. Lors du transfert de couche qui a lieu dans les procédés habituels à la température amblante, il est initié d'abord une fissure de séparation entre le support et la couche utile. En raison de la contrainte mécanique ou du champ de tension dans le système, la fissure de séparation passe dans la couche de métallisation et entrane une séparation défectueuse, c'est-à-dire une 4 2834124 séparation le long de la couche métallique et ainsi un détachement peu souhaitable du support auxiliaire. Il s'est avéré, suivant l'invention, qu'en effectuant une séparation à une température qui correspond à peu près à la température de jonction ou qui est supérieure à la température de jonction, on peut éviter une mauvaise séparation de ce genre. Lors de la séparation mécanique à la température de jonction, la fissure de séparation entre ie support et la couche utile ayant le support auxiliaire s'étend dans le plan de consigne de fissure, c'est-à-dire que la couche utile est. ensemble avec le support auxiliaire, séparée comme on le souhaite du support d'origine. D'une manière surprenante, une élévation de la température entrane donc une liaison meilleure entre le support auxiliaire et la couche utile bien que théoriquement on aurait dû s'attendre à ce que, par exemple, un composé métallique soit rendu plus tendre et ainsi plus instabie lorsque l'on en élève la température. Ce qui est essentiel dans l'invention est que le composite constitué de la couche utile et du support ait, lors de l'opération de séparation, au moins à peu près la température de jonction ou que le composite soit pour l'opération de séparation porté au moins au niveau de la température de jonction. Par l'élévation de la température on compense ou au moins on diminue tant le gradient de contrainte dans la zone du plan de consigne de séparation ou de la couche de liaison, par exemple métallique, entre la couche utile et le support auxiliaire, qu'une fissure de séparation une fois initiée se propage dans le plan de consigne de séparation. On utilise ainsi une liaison entre la couche utile et le support auxiliaire qui a suffisamment de résistance mécanique à la température de jonction et qui, notamment, ne fond pas. De préférence, on utilise pour la liaison un système de matière dont le point de fusion après l'opération de liaison est suffisamment supérieur à la température de jonction. Des systèmes de matière appropriés pour la liaison du support auxiliaire et de la couche utile sont, par exemple, Pdin, AuSi, PdSi ou PtSi. Des températures de fusion de composés de ce genre sont nettement supérieures à leur température de jonction. C'est ainsi, par exemple, que dans un composé Pd in, la température de jonction est de 200 C environ alors que le point de fusion est de 664 C. Les températures J 2834124 correspondantes des autres systèmes de matière mentionnés sont du même ordre. D'une manière générale, on préfère dans l'invention des matériaux dans la liaison, dans lesquels la différence entre le point de fusion et la température de jonction est supérieure ou égale à 40 % de la température de jonction, notamment supérieure ou égale à 100 % de la température de jonction. Dans l'invention, un choix approprié de procédés de jonction et de métallisation est notamment essentiel, de sorte qu'il y ait à la température de jonction ou à des températures analogues des liaisons stables mécaniquement. De préférence, on assemble suivant l'invention le support auxiliaire et la couche utile par des jonctions par diffusion ou par solidification isotherme. L'invention permet avantageusement l'apport de couches métalliques intermédiaires entre la couche utile et le support auxiliaire, qui conviennent pour un transfert métallique de couche (wafertransfer). On peut ainsi traiter également les couches utiles métallisées sur la face supérieure décrite au début du présent mémoire. Les procédés Liftoff ou les procédés de sépa ration par coin con n us dans la tech nologie SOG peuvent être a insi transposés à des systèmes de matière, dans lesquels une liaison directe n'était pas possible jusqu'ici. L'invention convient notamment ainsi pour des matériaux semi conducteurs à base de nitrure semi-conducteur. Par nitrure semi-conducteur on entend des nitrures des éléments des troisième eVou cinquième groupe principal de la classification périodique des éléments chimiques, notamment GaN, AlGaN, InGaN, AlinGaN, AIN ou InN. Des couches semi-conductrices de ce genre croissent de préférence sur des supports contenant du SiC (carbure de siliclum), par exemple sous forme de substrats en SiC ou de quasi-substrats en SiC/Si. Un quasi-substrat est un composite constitué d'un corps de substrat, d'une couche de croissance ainsi que le cas échéant une couche intermédiaire interposée entre eux. En règle générale, la couche de croissance est sensiblement plus mince que le corps du substrat et est optimisée du point de vue d'un dépôt épitexial de la couche utile. La séparation s'effectue de préférence le long de la couche intermédiaire. Il est avantageux à cet égard de modifier la solidité de la liaison de ia couche 6 2834124 intermédiaire de façon à faciliter une séparation le long de la couche intermédiaire. Pour des quasi-substrats ayant un corps de substrat en SiC et une couche de croissance en SiC, une couche intermédiaire en oxyde de siliclum convient, par exemple. Comme support auxiliaire, on peut utiliser, par exemple, un substrat en Si. Le transfert de couche (mécanique) pour des systèmes hétérogènes couche utile-support auxiliaire, est en outre rendu possible par l'invention sans nécessiter un collage. L'invention sera explicitée d'une manière plus précise dans ce qui suit au moyen d'un exemple de réalisation en liaison avec les figures 1 et 2. Aux dessins: la figure 1 est une représentation schématique d'un composite constitué d'un support, d'une couche utile et d'un support auxiliaire pour un procédé suivant l'invention ainsi que le tracé qui s'ensuit de la fissure de séparation et la figure 2 est une représentation schématique d'un composite constitué d'un support, d'une couche utile et d'un support auxiliaire ainsi que du tracé de la fissure de séparation pour un procédé suivant l'état de la technique. Les éléments identiques ou équivalents sont munis dans les figures des mêmes signes de référence. A la figure 1 est représenté un composite constitué d'un support 1, d'une couche 2 utile et d'un support 3 auxiliaire. Le support 1 est réalisé en quasi-substrat et comprend un corps 1 a de substrat, une couche 1 b intermédiaire et une couche 1c de croissance. Le corps 1a de substrat est de préférence sous la forme d'une tranche de SiC, la couche 1b intermédiaire sous la forme d'une couche de SiO et la couche de croissance sous la forme d'une couche de SiC. Suivant une autre possibilité, on peut utiliser comme support 1 également un quasi-substrat comprenant une tranche de Si servant de corps 1a de substrat, une couche 1b intermédiaire en SiO et une couche 1 c de croissance en Si ou en SiC. Sur la couche 1c de croissance on a fait cro^'tre par épitaxie la couche 2 utile, de préférence à base d'un nitrure semi-conducteur. La couche 2 utile peut comprendre notamment une pluralité de couches semi conductrices à base de nitrure semi-conducteur comme GaN, AlGaN, InGaN, AlinGaN, AIN. C'est ainsi, par exemple, que l'on peut déposer par épitaxie en 7 2834124 tant que couche utile une pile de couches semi-conductrices en GaN, AlGaN, InGaN, AlinGaN, AIN eVou InN sur le support 1 ou sur la couche 1c de croissance. Sur la couche 2 utile est déposée un support 3 auxiliaire, une liaison métallique ou une couche 4 de liaison étant constituée entre le support 3 auxiliaire et la couche 2 utile. Comme support 3 auxiliaire, on peut utiliser par exemple un substrat en siliclum. Un support auxiliaire en molybdène pourrait aussi convenir. Pour constituer cette liaison, on met l'un contre l'autre la couche 2 utile et ie support 3 auxiliaire à une température de jonction qui peut être, par exemple, de 200 C environ et on forme le composé 4 par liaison par diffusion ou par solidification isotherme. Il est essentiel à cet égard que le point de fusion du composé 4 soit supérieur à la température de jonction. Comme matériau pour la liaison 4 conviennent, par exemple, Pdin. On peut en outre utiliser pour la liaison comme matériau AuSi, PdSi ou PtSi. Ensuite on sépare suivant l'invention la couche 2 utile et le support 3 auxiliaire ainsi que la couche 1c de croissance mécaniquement du corps 1a du substrat à la température de jonction. Il est ainsi initié dans la couche 1b intermédiaire une fissure 7 de séparation qui se propage le long de la couche intermédiaire jusqu'à ce que le corps 1 a du substrat soit séparé complètement. A titre de comparaison, il est représenté à la figure 2 un composite habituel constitué du support 1, de la couche 2 utile et du support 3 auxiliaire suivant l'état de la technique. La séparation a lieu à la température ambiante (RT). En raison de la température sensiblement plus basse que la température de jonction lors de la séparation, il est utilisé dans les procédés habituels, pour la liaison 10 entre la couche 2 utile et le support 3 auxiliaire, également d'autres matériaux métalliques comme, par exemple, AuSn. Le - danger d'un affaiblissement de la liaison 10 par fusion est négligeable dans ce cas puisqu'il n'est pas prévu de réchauffer la liaison 10 lors de la séparation. En raison du refroidissement de la température de jonction à la température ambiante (RT) ainsi que du coefficiént de dilatation thermique sensiblement plus grand du composé 10 par rapport aux couches 2 et 3 adjacentes, le composé 10 est fortement sollicité en traction. La tension S mécanique est représentée schématiquement à gauche à côté du composite. Une tension positive correspond à une contrainte de compression, une tension négative à une contrainte de traction. Comme le montre le tracé des contraintes le long du composite, il règne une forte contrainte de traction dans la région de la couche 10 de liaison. Lors de la séparation, la fissure 9 de séparation se propage du S point 7 o la fissure est initiée d'abord dans la couche 1b intermédiaire, puis en direction de la couche 10 de liaison et ensuite le long de la couche 10 de liaison, de sorte que pour la plus grande partie seul le support 3 auxiliaire est séparé. Tandis donc que le plan 5 de consigne de séparation qui est prévu se trouve au sein de la couche 1b intermédiaire, le plan 6 réel de séparation, le long duquel le composite est séparé, s'étend en fait dans la couche 10 de liaison. Le détachement souhaité de la couche 2 utile n'est pas obtenu, abstraction faite de la petite partie à proximité du point 7 o la fissure est in itiée. B ien a u contra ire il s'effectue essentiellement seulement u n détachement défectueux du support 3 auxiliaire, la couche 2 utile étant IS détruite en partie. En revanche, suivant l'invention, la contrainte mécanique dans la liaison 4 est sensiblement plus petite en valeur absolue comme le montre le tracé de la contrainte S le long du composite qui est représenté à la figure 1. On évite ainsi une propagation de la fissure 8 de séparation en direction de la couche 4 de liaison ou le long de la couche 4 de liaison. En outre, il règne une petite contra inte S positive, donc une légère contra inte de compression dans la couche 4 de liaison, ce qui est avantageux pour le procédé de séparation. Dans l'invention, la fissure 8 de séparation se propage le long du plan 5 de consigne de séparation, par exemple dans la couche 1 b intermédiaire, de sorte qu'un détachement complet dans une grande mesure de la couche 2 utile est possible. Le plan 6 réel de séparation et le plan 5 de consigne de séparation coincident. L'explication de l'invention au moyen des exemples de réalisation ne doit pas être considérée comme limitative. 9 2834124 REVENDICATIONS 1. Procédé de production d'une couche (2) utile, qui comprend au moins une couche semi-conductrice, dans lequel la couche (2) utile est séparée d'un support (1), caractérisé par les stades a) de dépôt de la couche (2) utile sur le support (1), b) de dépôt d'un support (3) auxiliaire sur le côté de la couche (2) utile qui est éloignée du support (1), au moyen d'une couche (4) de liaison qui a de préférence un matériau métallique, à une température de jonction, c) de détachement mécanique du support à une température qui est supérieure ou égale à la température de jonction et qui est inférieure au point de fusion de la couche de liaison, au moins une partie de la couche (2) utile étant détachée ensemble avec le support (3) auxiliaire du support (1). 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la couche (2) utile ou la couche semi conductrice comporte un nitrure semi-conducteur. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le nitrure semi-conducteur est un nitrure des éléments du troisième eVou du cinquième groupe principal, notamment GaN, AlGaN, InGaN, AlinGaN, AIN ou InN. 4. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le support (1) contient du SiC. 5. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le support (1) est un quasi-substrat qui comprend un corps (1a) de substrat, une couche (1b) intermédiaire et une couche (1c) de croissance, la couche (2) utile étant déposée sur la couche (1 c) de croissance. 6. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la couche (1c) de croissance eVou ie corps (1a) du substrat contiennent du silicium, un oxyde de silicium ou du carbure de siliclum. 7. Procédé suivant la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la couche (1b) intermédiaire contient un oxyde de silicium. 8. Procédé suivant l'une des revendications 5 à 7, 23341 24 caractérisé en ce qu'au stade c) la couche (2) utile et le support (1) sont séparés le long de la couche (1 b) intermédiaire. 9. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'au stade b) il est constitué une couche (4) de liaison, de préférence une couche métallique de liaison entre la couche (2) utile et le support (3) auxiliaire, dont le point de fusion est supérieur à la température de jonction. 10. Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que la couche (4) de liaison contient du Pd in, de I'AuSi, du PdSi ou du PtSi. 1 1. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 1 O. caractérisé en ce que le support (3) auxiliaire contient du siliclum ou du molybdène. 12. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'au stade b) le support (3) auxiliaire est déposé au moyen d'un procédé de liaison par diffusion sur la couche (2) utile. 13. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'au stade b) le support (3) auxiliaire est déposé au moyen d'un procédé isotherme de solidification sur la couche (2) utile. 14. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la couche (2) utile est déposée par épitexie sur le support (1).