Brevet FR3024279A1 — publié le 20160129

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE PLAQUETTE DE MATERIAU SEMI- CONDUCTEUR A BASE DE NITRURE D'ELEMENTS 13 DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne le domaine technique général de la fabrication de plaquettes - ou « wafer » selon la terminologie anglo-saxonne - de matériau semiconducteur à base d'éléments des colonnes 13 et 15 du tableau périodique - tels que du nitrure de gallium. Un tel matériau semi-conducteur peut être destiné à la réalisation de structures semi-conductrices telles que des diodes électroluminescentes (DEL) ou des diodes laser (DL). PRESENTATION DE L'ART ANTERIEUR Les matériaux semi-conducteurs à base de nitrures d'éléments 13 du tableau périodique occupent une place de plus en plus importante dans les domaines de l'électronique et de l'optoélectronique, notamment pour la fabrication de composants semi-conducteurs tels que des diodes électroluminescentes (DEL) ou des diodes laser (DL). Les procédés actuels de fabrication de plaquettes de matériau semiconducteur à base de nitrure d'élément 13 reposent sur la technique dite d'hétéroépitaxie qui consiste à faire croître un cristal - tel qu'un cristal de nitrure de gallium GaN - sur un substrat de départ de nature différente - tel qu'un substrat de saphir. Toutefois, la technique d'hétéro-épitaxie induit de nombreux défauts cristallins dans la structure de nitrure d'élément 13, tels que des dislocations. Ces défauts cristallins limitent les performances et la durée de vie des composants à base de nitrure d'élément 13. Pour pallier cet inconvénient, on connaît des procédés de fabrication de plaquettes de matériau semi-conducteur dans lesquelles les défauts cristallins sont concentrés dans certaines zones de la plaquette. On obtient ainsi des plaquettes incluant des zones actives présentant un nombre limité de défauts cristallins (densité de dislocation TDD 5mètres) et en formant une couche de nitrure d'élément 13 de faible épaisseur (de l'ordre du millimètre). La variation des pas de motif réel des zones actives est dans ce cas principalement due aux déformations thermiques. 15 Comme illustré à la figure 4, pour un pas de masque Pc sur le masque de protection, on obtient, après croissance de la couche de nitrure d'élément 13 un pas de motif réel P2 différents sur la face avant de la couche de nitrure d'élément 13. Ainsi, sur la face avant de la couche de nitrure d'élément 13, les pas de motif réel des zones actives varient entre le centre et la périphérie du matériau semi- 20 conducteur en fonction du rayon de courbure de la face de croissance du substrat de départ. Notamment, l'écart entre le pas de masque P et les pas de motif réel P1, P2, P3, P4 obtenus sur la face avant de la couche de nitrure d'élément 13 est donnée par la formule suivante : 25 DeltaMax = Am -- (Pa PC)e' 2 (3) PC Pour compenser ces variations, il est possible de calculer un pas de masque à partir du pas théorique désiré pour les zones actives en appliquant la formule suivante : 2 Am 1 Po = Pc X + 1) x (I) 1 + (TC - TA) x (CTEsubstrat CTEmatériau) 30 OÙ : 3024279 16 - po est le pas de masque, I- D, est le pas de motif théorique, - Am est la valeur de tolérance, - (I) est le diamètre du substrat de départ perpendiculairement à la direction de 5 croissance A-A', - TC est la température de croissance du matériau, - TA est la température ambiante, E substrat est le coefficient de dilatation thermique du substrat de départ, - CT Ematériau est le coefficient de dilatation thermique de la couche de nitrure 10 d'élément 13. Des composants électroniques peuvent ensuite être réalisés dans les zones actives de la couche de nitrure d'élément 13. 3. Conclusions 15 Ainsi, le procédé selon l'invention propose la mise en oeuvre d'une étape de calcul d'un pas de masque réel à partir d'un pas de masque théorique correspondant à une distance souhaitée par l'utilisateur entre deux zones actives adjacentes. Bien entendu les formes et dimensions des zones actives et inactives peuvent 20 varier en fonction de l'application visée. Ce procédé permet d'obtenir un matériau semi-conducteur incluant une couche de nitrure d'élément 13 comportant sur sa face avant des zones actives et inactives, les zones actives étant espacées d'un pas de motif réel égal à un pas de motif théorique à une valeur de tolérance près. 25 L'homme du métier aura compris que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'invention décrite ci-dessus sans sortir matériellement des nouveaux enseignements présentés ici. Il est donc bien évident que les exemples qui viennent d'être donnés ne sont que des illustrations particulières en aucun cas limitatives. 30 REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un matériau semi-conducteur incluant une couche (50) de nitrure d'élément 13 comprenant des zones actives (52) pour la fabrication de composants électroniques, et des zones inactives (51), les zones actives et inactives s'étendant sur une face avant (53) de la couche de nitrure d'élément 13, la concentration de défauts cristallins dans les zones actives étant inférieure à la concentration de défauts dans les zones inactives , le procédé comprenant les étapes consistant à : - utiliser (100, 600) un masque de protection (20, 21) pour former sur un substrat de départ (10) : o des premières régions pour la croissance des zones actives et o des deuxièmes régions (11) pour la croissance des zones inactives, le masque de protection comprenant une pluralité d'ouvertures définissant chacune un motif de zone active sur le substrat de départ, et - faire croître (700) la couche de nitrure d'élément 13 comprenant les zones actives et inactives sur les premières et deuxièmes régions, caractérisé en ce que le procédé comprend en outre les étapes suivantes : - la réception d'un pas de motif théorique, le pas de motif théorique correspondant à une distance désirée entre deux motifs de zone active adjacents sur la face avant de la couche de nitrure d'élément 13, - le calcul d'au moins un pas de masque différent du pas de motif théorique pour compenser des décalages de motifs de zone active, les décalages de motifs de zone active étant dus aux conditions de croissance du matériau semi-conducteur, le pas de masque correspondant à une distance entre deux ouvertures adjacentes du masque de protection. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape de calcul d'au moins un pas de masque consiste à estimer l'au moins un pas de masque pour obtenir à l'issue de l'étape de croissance des zones actives et inactives, des motifs de zone active espacés d'un pas de motif réel égal au pas de motif théorique à une marge d'erreur près, le pas de motif réel correspondant à une distance entre deux motifs de zone active adjacents sur la face avant de la couche de nitrure 3024279 18 d'élément 13, le pas de masque étant estimé en fonction du pas de motif théorique et des conditions de croissance du matériau semi-conducteur. 3. Procédé de fabrication selon la revendication 2, lequel comprend en outre une 5 étape consistant à recevoir une valeur de tolérance « DeltaMax » correspondant à l'erreur maximale tolérée entre le pas de motif théorique et le pas de motif réel, le calcul de l'au moins un pas de masque étant fonction du pas de motif théorique, des conditions de croissance du matériau semi-conducteur et de la valeur de tolérance. 10 4. Procédé de fabrication selon la revendication 1 à 3, dans lequel l'étape de calcul du pas de masque permet de compenser des déformations thermiques du matériau semi-conducteur, le calcul de l'au moins un pas de masque étant fonction d'une variation de température entre une température initiale, tel qu'une 15 température ambiante, et une température de croissance de la couche de nitrure d'élément 13, du coefficient d'expansion thermique du substrat de départ et du coefficient d'expansion thermique de la couche de nitrure d'élément 13. 5. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans 20 lequel l'étape de calcul du pas de masque comprend la résolution de l'équation suivante : 2 Am 1 Po = Pc X ( + 1) x (I) 1 + (TC - TA) x (CTEsubstrat - CTEmatériau) Où: - po est le pas de masque, - ID, est le pas de motif théorique, 25 - Am est la valeur de tolérance, - (I) est le diamètre du substrat de départ perpendiculairement à la direction de croissance A-A', - TC est la température de croissance du matériau, - TA est la température ambiante, 30 - CTEsubstrat est le coefficient de dilatation thermique du substrat de départ, - CTEmatériau est le coefficient de dilatation thermique de la couche de nitrure d'élément 13. 3024279 19 6. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'étape de calcul du pas de masque permet de compenser des déformations géométriques, le calcul de l'au moins un pas de masque étant 5 fonction du rayon de courbure du substrat de départ déformé à l'issue de la croissance du matériau semi-conducteur. 7. Procédé de fabrication selon la revendication 6, dans lequel l'étape de calcul de l'au moins un pas de masque consiste à estimer une pluralité de pas de masque 10 variables de sorte à obtenir des motifs de zone active espacés d'un pas de motif réel constant sur la face avant de la couche de nitrure d'élément 13. 8. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, dans lequel l'étape de calcul du pas de masque comprend la résolution de l'équation 15 suivante : Po = Pc tan 4(11 (R ± H) - le 0 2 Où: - (I) est le diamètre du substrat de départ,po est le pas de masque, - ID, est le pas de motif théorique, - R est le rayon de courbure d'une face de croissance du substrat de départ, 20 - H est la distance entre la face avant et la face arrière de la couche de nitrure d'élément 13. 9. Procédé selon les revendications 3 et 6 prises en combinaison, lequel comprend en outre une étape de calcul de première et deuxième hauteurs dans la couche 25 de nitrure d'élément 13, lesdites première et deuxième hauteurs définissant une épaisseur de la couche de nitrure d'élément 13 dans laquelle l'écart entre le pas de motif théorique et le pas de motif réel est inférieur à la valeur de tolérance. 10. Procédé selon la revendication 9, lequel comprend en outre la formation de 30 tranches dans l'épaisseur de la couche de nitrure d'élément 13 entre les première et deuxième hauteurs calculées. 3024279 20 11. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le procédé comprend une étape de calcul des positions des ouvertures (21) du masque de protection sur le substrat de départ (10) de sorte à 5 compenser les décalages de motifs de zone active sur toute la surface de la face avant (53) de la couche de nitrure d'élément 13. 12. Matériau semi-conducteur, caractérisé en ce qu'il est susceptible d'être obtenu par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, ledit matériau 10 incluant une couche (50) de nitrure d'élément 13 comportant sur sa face avant (53) des zones actives et inactives, les zones actives étant espacées d'un pas de motif réel égal à un pas de motif théorique à une valeur de tolérance près.