Brevet FR3123144A1 — publié le 20221125

Procédé de préparation d’un composant microélectronique comprenant une couche à base d’un matériau III-V L’invention concerne un procédé de préparation d’un composant microélectronique comprenant un nettoyage de la surface d’une couche exposée à base d’un matériau III-V par un traitement par plasma cyclique, chaque cycle comprenant une phase de purge et une phase de traitement par un plasma. Lors de la formation du plasma, une tension de polarisation V bias-substrat est appliquée au substrat. Le procédé comprend en outre le dépôt, sur la surface nettoyée, d’une couche subséquente. Le procédé permet un nettoyage optimal de la couche exposée tout en minimisant, et de préférence évitant, une éventuelle dégradation de la structure. Le procédé de préparation permet ainsi d’améliorer la qualité de l’interface entre la couche à base d’un matériau III-V et la couche subséquente. Les propriétés électriques du composant sont par conséquent améliorées. Figure pour l’abrégé : Fig.4A Procédé de préparation d’un composant microélectronique comprenant une couche à base d’un matériau III-V La présente invention concerne la préparation d’un composant microélectronique comprenant le nettoyage d’une couche à base d’un matériau III-V. Elle trouve par exemple pour application avantageuse le domaine de la micro-électronique et plus particulièrement les domaines de l’électronique de puissance, des capteurs et de l’optoélectronique. ETAT DE LA TECHNIQUE Les propriétés des matériaux semi-conducteurs III-V rendent ces matériaux particulièrement attractifs pour de nombreuses applications dans le domaine des capteurs, des composants optoélectroniques et également de l’électronique de puissance. Ces matériaux sont généralement utilisés dans des empilements multicouches, à l’interface avec d’autres matériaux tels que des diélectriques. La qualité de ces interfaces est déterminante dans le bon fonctionnement des composants microélectroniques comprenant ces empilements. Par exemple, les diodes électroluminescentes (LED, abrégé de l’anglais Light- Emitting Diode ) peuvent comprendre une ou plusieurs couches à base de nitrure de gallium (GaN) et/ou de nitrure d'indium-gallium (InGaN). Les défauts à l’interface de ces couches induisent des phénomènes de recombinaison, dégradant le fonctionnement des LED. Selon un autre exemple, dans les transistors à haute mobilité d’électrons (abrégé HEMT, de l’anglais High-Electron-Mobility Transi s tor ) à base de GaN et/ou d’AlGaN, les défauts à l’interface entre le semi-conducteur et l’isolant dégradent fortement les performances électriques des composants. Notamment, cette mauvaise qualité d’interface se traduit par des instabilités et par un décalage de la tension de seuil vers des valeurs négatives. Or, pour certaines applications, pour des conditions de sécurité, il est préférable que ces transistors affichent une tension de seuil positive, on parle alors de transistors HEMT « normally -off ». Ainsi, pour ce type applications liées aux HEMT ou aux LED, mais également pour de nombreuses autres applications, il existe un besoin général consistant à proposer une solution permettant d’améliorer la qualité des interfaces de couches de matériaux III-V, par exemple entre une couche d’un matériau III-V et une autre couche d’un matériau III-V, ou entre une couche d’un matériau III-V et une couche d’un matériau diélectrique. Afin d’améliorer la qualité des interfaces de couches à base de matériau III-V, des procédés de préparation par voie humide et/ou sèche sont généralement employés. Dans la littérature, des traitements de surface d’une couche exposée de matériau III-N sont décrits, généralement réalisés in-situ juste avant le dépôt du diélectrique de grille pour la préparation d’HEMT. Ces traitements visent à retirer et/ou réparer la surface de la couche exposée. L’efficacité de ces traitements plasmas à base d’azote a été démontrée pour la préparation de surface des matériaux III-V avant le dépôt du diélectrique de grille. Les performances électriques des HEMT qui en découlent sont alors nettement améliorées, telles que la pente sous le seuil, le rapport du courant On sur Off et la tension de seuil. En dépit de l’existence de ces techniques connues de traitement par plasma, il demeure un besoin consistant à proposer une solution permettant d’améliorer la qualité des interfaces de couches de matériaux III-V, et plus particulièrement de matériaux III-N. Un objet de la présente invention est donc de proposer une solution pour améliorer l’interface entre une couche de matériau de type III-V, plus particulièrement de type III-N, et une couche déposée consécutivement. Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la description suivante et des dessins d'accompagnement. Il est entendu que d'autres avantages peuvent être incorporés. RESUME Pour atteindre cet objectif, selon un premier aspect on prévoit un procédé de préparation d’un composant microélectronique comprenant : une fourniture d’une structure comprenant une couche exposée à base d’un matériau III-V et présentant une surface, dans un réacteur plasma comportant une chambre de réaction à l’intérieur de laquelle un substrat comportant ladite structure est disposé, un nettoyage de la surface de la couche exposée par un traitement par plasma cyclique comprenant plusieurs cycles de traitement, chaque cycle de traitement comprenant au moins : une purge de la chambre de réaction, une injection d’au moins un gaz dans la chambre de réaction et une formation d’un plasma à partir dudit gaz dans la chambre de réaction, lors de laquelle une tension de polarisation V bias - substrat est appliquée au substrat, un dépôt, sur la surface nettoyée, d’une deuxième couche d’un matériau à base d’au moins un élément chimique choisi parmi un élément de la colonne III et un élément de la colonne V du tableau périodique et/ou à base d’un oxyde métallique. Pour une couche à base d’un matériau III-V ou III-N, en interface avec une couche à base d’un matériau III-V et/ou à base d’un oxyde métallique, les défauts structuraux aux interfaces de couches, tels que des dislocations, l’implantation d’éléments, des liaisons pendantes ou des lacunes, ainsi que la contamination de surface telle que l’oxydation des matériaux III-V et III-N ou la contamination carbonée vont dégrader les propriétés du composant microélectronique obtenu. Lors du développement de l’invention, il a été observé qu’un traitement par plasma cyclique permet un nettoyage considérablement amélioré de la surface de la couche exposée tout en minimisant, et de préférence évitant, une éventuelle dégradation de la structure comme cela peut être observé pour les solutions de nettoyage existantes, notamment celles mettant en œuvre un plasma continu. La couche exposée est ainsi particulièrement apte à recevoir le dépôt d’une deuxième couche, pour former une interface de bonne qualité. Le procédé de préparation permet ainsi d’améliorer la qualité de l’interface entre la couche à base d’un matériau III-V et la couche subséquente, par rapport aux solutions existantes. L’application d’une tension de polarisation au substrat permet d’augmenter l’énergie des ions du plasma de façon précise, contrôlée et indépendante du potentiel du plasma V plasma . En pratique, il s’avère en effet que le contrôle de l’énergie des ions par la source plasma est limité et peu fiable. L’efficacité du traitement par plasma cyclique peut ainsi être modulée de façon précise et contrôlée pour améliorer encore les propriétés de l’interface obtenue. Les performances électriques du composant sont par conséquent améliorées. Pour la préparation d’un transistor dont la couche active est à base d’un matériau III-V, le procédé évite notamment de décalage de la tension de seuil vers des tensions négatives, et améliore la pente sous le seuil. Le procédé est ainsi particulièrement avantageux pour la préparation de transistors, en particulier de transistors de puissance, présentant de bonnes propriétés électriques, et notamment pour des transistors de type HEMT. Pour la préparation d’une LED, par l’amélioration de la qualité des interfaces, le procédé permet une diminution des états d’interfaces, ceux-ci pouvant induire des recombinaisons parasites diminuant l’efficacité d’émission lumineuse des LED. Un deuxième aspect concerne un composant microélectronique obtenu par le procédé selon le premier aspect. Selon un exemple, le composant est une LED. Selon un autre exemple, le composant est un transistor dont une couche active est la couche à base d’un matériau III-V nettoyée, de préférence le composant microélectronique est un transistor de puissance, et plus préférentiellement un transistor de type HEMT. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée d’un mode de réalisation de cette dernière qui est illustré par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels : La représente schématiquement un cycle de traitement par plasma cyclique, selon un exemple de réalisation de l’invention. La représente de manière schématique un exemple de réacteur de dépôt pouvant être utilisé pour mettre en œuvre le procédé selon l’invention. La représente une vue en coupe transversale d’un exemple de composant électronique capacitif de type métal-isolant-semi-conducteur obtenu par le procédé selon l’invention. Les figures 4A et 4B représentent un graphique des caractéristiques électriques du composant électronique illustré en , après traitement par un plasma in-situ N 2 -H 2 , respectivement cyclique et continu sur la surface de la couche à base de GaN. La représente un graphique de l’évolution des paramètres extraits des figures 4A et 4B, en fonction d’un traitement plasma cyclique ou contenu, ces paramètres étant (A) : la tension V 3 de la courbe aller extraite à une capacité de 8x10 -10 F ; (B) l’hystérésis H entre le balayage aller et retour extraite pour la même capacité ; (C) la pente S de la courbe aller calculée entre une capacité de 5x10 -10 F et 8x10 -10 F. Les figures 6A et 6B représentent un graphique des caractéristiques électriques du composant électronique illustré en , pour différents gaz à partir desquels le plasma est formé, selon différents exemples de réalisation du procédé. Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier, en figures 2 et 3, les épaisseurs des différentes couches ne sont pas représentatives de la réalité. Procédé de préparation d’un composant microélectronique (4) comprenant : une fourniture d’une structure (3) comprenant une couche exposée (30) à base d’un matériau III-V et présentant une surface (30a), dans un réacteur plasma (200) comportant une chambre de réaction (210) à l’intérieur de laquelle un substrat comportant ladite structure (3) est disposé, un nettoyage de la surface (30a) de la couche exposée (30) par un traitement par plasma cyclique comprenant plusieurs cycles (1) de traitement, chaque cycle de traitement comprenant au moins: une purge (10) de la chambre de réaction, une injection d’au moins un gaz dans la chambre de réaction et une formation d’un plasma (11) à partir dudit gaz dans la chambre de réaction (210), lors de laquelle une tension de polarisation V bias -substrat est appliquée au substrat, un dépôt, sur la surface nettoyée, d’une deuxième couche (40) d’un matériau à base d’au moins un élément chimique choisi parmi un élément de la colonne III et un élément de la colonne V du tableau périodique et/ou à base d’un oxyde métallique. Procédé selon la revendication précédente dans lequel la valeur absolue de la tension de polarisation |V bias -substrat | est comprise entre 0 Volt et 130 Volts, de préférence égale à 40 Volts. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la tension de polarisation V bias -substrat est appliquée pendant au moins 70% de la durée T P de formation du plasma, de préférence au moins 90%, et encore plus préférentiellement pendant toute la durée T P de formation du plasma (11). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’au moins un gaz injecté est à base d’au moins un parmi de l’azote et de l’hydrogène, de préférence l’au moins un gaz injecté comprend du diazote, du dihydrogène, de l’ammoniac, de l’argon ou leur mélange. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le gaz injecté est un mélange de diazote et de dihydrogène. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, l’au moins un gaz injecté comprend du dihydrogène, la fraction de dihydrogène est comprise entre 1% et 99%, de préférence égale à 33%. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la durée T P de la formation du plasma (11) est supérieure à 7 secondes, de préférence supérieure ou égale à 10 secondes, et de préférence égale à 15 secondes. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la durée de la purge (10) est supérieure ou égale à 1 seconde, de préférence supérieure ou égale à 3 secondes, et de préférence égale à 6 secondes Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le nettoyage de la surface (30a) comprend un nombre de cycles inférieur ou égal à 20 cycles, de préférence inférieure ou égale à 10 cycles. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le nettoyage de la surface (30a) comprend un nombre de cycles supérieur ou égal à 3 cycles, de préférence supérieur ou égal à 5 cycles. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la formation du plasma (11) est réalisée par une source déportée (260), de préférence une source radiofréquence inductive. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel lors de la formation du plasma (11), la puissance de la source radiofréquence inductive est comprise entre 100 et 300W, de préférence 300W, Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lors de la formation du plasma (11), et de préférence lors du nettoyage, la température du substrat est comprise entre 200 et 350°C, de préférence la température du substrat est égale à 300°C. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lors de la formation du plasma (11), la pression dans la chambre de réaction est inférieure ou égale à 50 mTorr, de préférence égale à 10 mTorr. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque cycle comprend au moins une stabilisation des gaz injectés (12) dans la chambre de réaction (210), la stabilisation (12) étant effectuée au moins avant la formation du plasma (11). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la structure (3) est prise parmi : une couche, une structure en trois dimensions, une pluralité de structures en trois dimensions. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la couche exposée (30) est à base d’un matériau III-N. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la couche exposée (30) est à base de nitrure de gallium. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la deuxième couche (40) déposée sur la surface nettoyée est à base d’un matériau diélectrique, de préférence à base d’alumine. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le composant microélectronique (4) est un transistor dont une couche active est la couche à base d’un matériau III-V nettoyée, de préférence le composant microélectronique (4) est un transistor de puissance, et plus préférentiellement un transistor de type HEMT. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 18, dans lequel le composant microélectronique (4) est une diode électroluminescente.