Brevet FR3010228A1 — publié le 20150306

B12568 - 12-T0-0806 1 PROCÉDÉ DE TRAITEMENT D'UNE COUCHE DE NITRURE DE GALLIUM COMPORTANT DES DISLOCATIONS Domaine La présente demande concerne la réalisation de composants électroniques dans et sur des substrats mono-cristallins en nitrure de gallium. Elle vise plus particu- lièrement un procédé de traitement ou de préparation d'un substrat en nitrure de gallium monocristallin dopé en vue de la réalisation de composants électroniques dans et sur ce substrat. Exposé de l'art antérieur On a déjà proposé de réaliser des composants 10 électroniques, notamment des composants de puissance tels que des diodes Schottky, en utilisant du nitrure de gallium monocristallin dopé comme matériau semiconducteur. Classiquement, les substrats de nitrure de gallium peuvent être des substrats massifs, de quelques dizaines à 15 quelques centaines de micromètres d'épaisseur, ou se présenter sous la forme d'une couche de nitrure de gallium de quelques micromètres d'épaisseur revêtant un support d'un autre matériau, par exemple un support de silicium. Qu'ils soient massifs (autosupportés) ou qu'ils 20 reposent sur un matériau support, les substrats de nitrure de gallium présentent généralement des dislocations, correspondant B12568 - 12-T0-0806 2 à des discontinuités dans l'organisation de leur structure cristalline. Ces dislocations peuvent poser problème dans certaines applications. Résumé Ainsi, un mode de réalisation prévoit un procédé de traitement d'un substrat de nitrure de gallium dopé d'un premier type de conductivité, présentant des dislocations débouchant du côté d'au moins une de ses faces, comprenant : a) former des évidements s'étendant dans le substrat depuis ladite au moins une face, en regard des dislocations ; et b) remplir les évidements de nitrure de gallium dopé du second type de conductivité. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'étape b) comprend une étape de dépôt épitaxial, sur ladite au moins une face, d'une couche de nitrure de gallium mono-cristallin dopé du second type de conductivité, suivie d'une étape de planarisation de cette couche. Selon un mode de réalisation de la présente invention, lors de l'étape de planarisation, la couche de nitrure de 20 gallium est retirée partout sauf dans les évidements. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'étape de planarisation comprend un polissage mécano-chimique. Selon un mode de réalisation de la présente invention, à l'étape a), les évidements sont formés à l'aide d'une solution 25 de gravure humide appliquée sur ladite au moins une face. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la solution de gravure comprend de l'hydroxyde de potassium à une concentration comprise entre 10 et 90%. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 30 la solution de gravure comprend de l'acide phosphorique à un concentration comprise entre 10 et 90%. Selon un mode de réalisation de la présente invention, à l'étape a), les évidements sont formés à l'aide d'un plasma au chlore. B12568 - 12-T0-0806 3 Selon un mode de réalisation de la présente invention, à l'étape a), la formation des évidements comprend une étape de recuit du substrat à une température supérieure ou égale à 830°C. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les premier et second types de conductivité sont respectivement le type N et le type P. Un autre mode de réalisation prévoit un procédé de fabrication d'un composant semiconducteur au nitrure de gallium, comportant : traiter, selon le procédé susmentionné, un substrat de nitrure de gallium dopé d'un premier type de conductivité, présentant des dislocations débouchant du côté d'au moins une de ses faces ; et déposer au moins une couche conductrice, semiconductrice ou isolante sur ladite au moins une face. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le composant est une diode Schottky, et la couche conductrice, semiconductrice ou isolante est une couche métallique. Brève description des dessins Ces caractéristiques et leurs avantages, ainsi que 20 d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : les figures LA à 1D sont des vues en coupe illustrant de façon schématique un exemple d'un mode de réalisation d'un 25 procédé de traitement d'un substrat de nitrure de gallium en vue de la réalisation de composants électroniques dans et sur ce substrat. Par souci de clarté, de mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures et, de 30 plus, comme cela est habituel dans la représentation des circuits intégrés, les diverses figures ne sont pas tracées à l'échelle. Description détaillée Dans la suite de la présente description, sauf 35 indication contraire, les termes "de l'ordre de", "approxi- B12568 - 12-T0-0806 4 mativement", "sensiblement" et "environ" signifient à dix pourcents près. La figure lA représente schématiquement un substrat 101 de nitrure de gallium (GaN) monocristallin dopé de type N. Dans cet exemple, le substrat 101 est formé sur un support de silicium 103. Les modes de réalisation décrits par la suite sont toutefois compatibles avec des substrats massifs (autosupportés) de nitrure de gallium. Comme cela apparaît sur la figure lA, le substrat 101 10 comprend des dislocations. Certaines de ces dislocations, référencées 105 sur la figure, débouchent du côté de la face du substrat 101 opposée au support de silicium 103, que l'on appellera ci-après par convention la face supérieure du substrat 101. 15 Les dislocations débouchantes ou émergentes 105 sont susceptibles de provoquer des dysfonctionnements dans des composants électroniques dans lesquels une ou plusieurs couches conductrices, semiconductrices ou isolantes (non représentées) revêtent la face supérieure du substrat 101. Elles posent tout 20 particulièrement problème lorsque l'on souhaite réaliser une diode Schottky comprenant un contact Schottky entre le substrat 101 et une couche conductrice (non représentée), par exemple en métal, revêtant la surface supérieure du substrat 101. En effet, les zones de contact entre les dislocations 105 et la couche 25 conductrice constituent des zones de plus faible barrière de potentiel dans la jonction Schottky, ce qui diminue localement la tenue en tension en inverse de la diode et augmente les courants de fuite en inverse par rapport à une diode ne comportant pas de dislocation débouchant sur le contact 30 Schottky. On propose ici de traiter le substrat 101 pour pallier tout ou partie des inconvénients liés à la présence des dislocations 105 débouchant du côté de sa face supérieure. Pour cela, on prévoit d'ouvrir une partie supérieure 35 des dislocations 105 débouchant du côté de la face supérieure du B12568 - 12-T0-0806 substrat 101, c'est-à-dire de former dans le substrat 101, du côté de sa face supérieure, des évidements en regard des dislocations 105, puis de remplir les ouvertures de nitrure de gallium de type de conductivité opposé à celui du substrat. 5 La figure 1B illustre une étape de formation d'évidements 107 dans le substrat 101, du côté de sa face supérieure, en regard des dislocations 105 débouchant du côté de la face supérieure du substrat. Dans un mode de réalisation préféré, pour former les 10 évidements 107, on met la face supérieure du substrat 101 en contact avec une solution de gravure chimique adaptée à graver préférentiellement les zones du substrat 101 entourant les dislocations 105, par rapport aux zones du substrat 101 ne comportant pas de dislocations débouchant sur la face supérieure 15 du substrat. Une solution à base d'hydroxyde de potassium (KOH) peut par exemple être utilisée. A titre de variante, une solution à base d'acide orthophosphorique (H3PO4) peut être utilisée. Pour obtenir une gravure prononcée des zones de substrat entourant les dislocations 105, la concentration de 20 l'agent de gravure dans la solution est de préférence relativement élevée, par exemple comprise entre 10% et 90% dans le cas de l'hydroxyde de potassium ou de l'acide orthophosphorique. A titre de variante, pour former les évidements 107, 25 on peut soumettre la face supérieure du substrat 101 à un plasma de gravure, par exemple un plasma chloré ou argon ou tout autre gaz de gravure approprié. A titre de variante, pour former les évidements 107, on peut prévoir de recuire le substrat 101 à une température 30 relativement élevée, de préférence supérieure à 830°C, ce qui entraîne une ouverture de la partie supérieure des dislocations 105 débouchant sur la face supérieure du substrat. Plus généralement, toute méthode adaptée à former des évidements 107 s'étendant dans le substrat 101 depuis sa face B12568 - 12-T0-0806 6 supérieure, en regard des dislocations 105, pourra être utilisée. A titre d'exemple, les évidements 107 s'étendent dans le substrat 101 depuis sa face supérieure sur une profondeur de 5 l'ordre de 0,2 à 10 pin, et ont un diamètre ou une largeur de l'ordre de 0,001 à 0,5 pin. Dans l'exemple représenté (figures 1C et 1D), pour remplir les évidements 107, on prévoit de former, par épitaxie, une couche de nitrure de gallium dopé de type de conductivité 10 opposé à celui du substrat (à savoir une couche de type P dans cet exemple) revêtant la surface supérieure du substrat 101, puis de planariser cette couche de façon à l'éliminer partout sauf à l'intérieur des évidements 107. La figure 1C illustre une étape, postérieure à l'étape 15 de formation des évidements 107, de dépôt épitaxial d'une couche 109 de nitrure de gallium monocristallin dopé de type P sur toute la surface du substrat 101. La couche 109 est par exemple formée par dépôt chimique en phase vapeur, selon un procédé couramment désigné dans la technique par le sigle MOCVD (de 20 l'anglais "metalorganic chemical vapour deposition" - dépôt chimique en phase vapeur aux organométalliques). A titre de variante, la couche 109 est formée selon un procédé couramment désigné dans la technique par le sigle MBE (de l'anglais "Molecular Beam Epitaxy" - épitaxie par jet moléculaire) ou par 25 un procédé couramment désigné dans la technique par le sigle RPCVD (de l'anglais "Remote Plasma Chemical Vapor Deposition" dépôt chimique en phase vapeur à plasma déporté). Toute autre méthode adaptée au dépôt d'une couche de nitrure de gallium dopé de type de conductivité opposé à celui du substrat 101 pourra 30 être utilisée. Pour obtenir un dopage de type P, du magnésium peut par exemple être prévu dans la source de dépôt. Le niveau de dopage de la couche 109 est de préférence supérieur à celui du substrat 101. A titre d'exemple, le substrat 101 a un niveau de dopage compris entre 1015 et 2*1016 atomes/cm3, et la couche 35 109 a un niveau de dopage supérieur à 1017 atomes/cm3. B12568 - 12-T0-0806 7 L'épaisseur de la couche 109 est de préférence choisie de façon à remplir entièrement les évidements 107 (jusqu'au niveau de la face supérieure du substrat 101). A titre d'exemple, la couche 109 a une épaisseur comprise entre 0,2 et 15 um. La figure 1D illustre une étape de planarisation, postérieure au dépôt de la couche 109, au cours de laquelle la couche 109 est amincie par sa face supérieure, jusqu'à son élimination complète en regard des régions du substrat 101 non évidées à l'étape décrite en relation avec la figure lB, de façon à libérer l'accès à la face supérieure du substrat 101 dans ces régions. Lors de l'étape de planarisation, le nitrure de gallium dopé de type P de la couche 109 est éliminé partout sauf dans les évidements 107. Une faible épaisseur du substrat 101 peut éventuellement être retirée lors de la planarisation, pour garantir l'élimination de tout résidu de nitrure de gallium dopé de type P sur la surface supérieure des régions du substrat 101 non évidées à l'étape décrite en relation avec la figure lB. On prévoit d'interrompre la planarisation avant d'atteindre le fond des évidements 107, de façon à conserver des zones de nitrure de gallium dopé de type P faisant interface entre les dislocations 105 et la surface supérieure de la structure semiconductrice. Dans un mode de réalisation préféré, l'étape de planarisation de la figure 1D est effectuée au moins en partie et de préférence en totalité par polissage mécano-chimique (CMP). Un avantage du mode de réalisation décrit en relation avec les figures LA à 1D est qu'il permet d'éviter que des dislocations du substrat ne débouchent directement sur une face du substrat destinée à recevoir des couches conductrices, semiconductrices ou isolantes d'un composant semiconducteur au nitrure de gallium. Ce mode de réalisation présente un intérêt tout particulier pour la réalisation d'une diode Schottky comprenant 35 un contact Schottky entre le substrat 101 et une couche B12568 - 12-T0-0806 8 conductrice (non représentée), par exemple en métal, revêtant la surface supérieure du substrat 101. En effet, la présence des régions d'interface localisées dopées de type P, permet d'éviter une chute de barrière de potentiel en regard des dislocations 105 lorsque la diode est polarisée en inverse. Ceci permet d'améliorer la tenue en tension en inverse de la diode. Ceci permet de plus de diminuer les fuites de courant en inverse dans la diode via les dislocations 105. On notera que dans le cas d'une diode Schottky, le niveau de dopage des régions dopées de type P doit être suffisamment élevé pour que la tenue en tension en inverse de la diode se fasse au niveau de l'interface Schottky, et non pas au niveau des diodes PN formées entre le nitrure de gallium de type P remplissant les évidements 107 et le substrat 101. Des modes de réalisation particuliers ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, les modes de réalisation décrits ci-dessus ne se limitent pas à la réalisation d'une diode comprenant un contact Schottky entre le substrat 101 et une couche conductrice revêtant la face supérieure du substrat. Le procédé de traitement du substrat 101 décrit en relation avec les figures lA à 1D pourra être utilisé en vue de la réalisation d'autres composants semiconducteurs au nitrure de gallium, par exemple des diodes PN de puissance, des transistors bipolaires de puissance, des diodes électroluminescentes, des transistors à hétérojonction, des diodes à hétérojonction, ou tout autre composant au nitrure de gallium pouvant tirer profit du traitement proposé des dislocations débouchant du côté de la face supérieure du substrat. Par ailleurs, les modes de réalisation décrits ne se limitent pas au traitement des seules dislocations débouchant du côté de la face supérieure du substrat. Ainsi, dans le cas d'un substrat massif (autosupporté), l'homme de l'art saura adapter le procédé décrit en relation avec les figures lA et 1B pour B12568 - 12-T0-0806 9 traiter non seulement les dislocations débouchant du côté de la face supérieure du substrat, mais aussi les dislocations débouchant du côté de la face inférieure du substrat si cela présente un intérêt pour l'utilisation envisagée du substrat. En outre, les modes de réalisation décrits ne se limitent pas au traitement d'un substrat de nitrure de gallium dopé de type N, mais pourront être appliqués au traitement d'un substrat dopé de type P. Dans ce cas, on prévoira de remplir de nitrure de gallium dopé de type N les évidements 107 formés à l'étape de la figure 1B. REVENDICATIONS1. Procédé de traitement d'un substrat (101) de nitrure de gallium dopé d'un premier type de conductivité, présentant des dislocations (105) débouchant du côté d'au moins une de ses faces, comprenant : a) former des évidements (107) s'étendant dans le substrat (101) depuis ladite au moins une face, en regard des dislocations (105) ; et b) remplir les évidements (107) de nitrure de gallium (109) dopé du second type de conductivité. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape b) comprend une étape de dépôt épitaxial, sur ladite au moins une face, d'une couche (109) de nitrure de gallium monocristallin dopé du second type de conductivité, suivie d'une étape de planarisation de cette couche (109). 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel, lors de l'étape de planarisation, ladite couche (109) est retirée partout sauf dans les évidements (107). 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, dans lequel l'étape de planarisation comprend un polissage mécano-chimique. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel à l'étape a), les évidements (107) sont formés à l'aide d'une solution de gravure humide appliquée sur ladite au moins une face. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel 25 ladite solution comprend de l'hydroxyde de potassium à une concentration comprise entre 10 et 90%. 7. Procédé selon la revendication 5, dans lequel ladite solution comprend de l'acide phosphorique à un concentration comprise entre 10 et 90%. 30 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel, à l'étape a), les évidements (107) sont formés à l'aide d'un plasma au chlore. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel, à l'étape a), la formation des évidementsB12568 - 12-T0-0806 11 (107) comprend une étape de recuit du substrat (101) à une température supérieure ou égale à 830°C. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel les premier et second types de conductivité 5 sont respectivement le type N et le type P. 11. Procédé de fabrication d'un composant semiconducteur au nitrure de gallium, comportant : traiter, selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, un substrat (101) de nitrure de gallium dopé d'un premier 10 type de conductivité, présentant des dislocations (105) débouchant du côté d'au moins une de ses faces ; et déposer au moins une couche conductrice, semiconductrice ou isolante sur ladite au moins une face. 12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel le 15 composant est une diode Schottky, et dans lequel ladite au moins une couche conductrice, semiconductrice ou isolante est une couche métallique.