Brevet FR3132976A1 — publié le 20230825

L’invention concerne un procédé de fabrication d’une structure composite comprenant une couche mince en un premier matériau monocristallin disposée sur un substrat support, le procédé de fabrication comprenant les étapes suivantes : a) la fourniture d’un substrat initial en un deuxième matériau poly-cristallin, b) le dépôt par enduction centrifuge, au moins sur une face avant du substrat initial, d’une couche de résine polymère comportant des liaisons carbone-carbone préformées dans les trois dimensions, c) l’application d’un premier recuit à une température comprise entre 120°C et 180°C au substrat initial muni de la couche de résine polymère, pour former une couche de résine polymère réticulée, d) l’application d’un deuxième recuit à une température supérieure à 600°C, sous atmosphère neutre, pour transformer la couche de résine polymère réticulée en un film de carbone vitreux. L’invention concerne également une structure composite comprenant une couche mince en un premier matériau monocristallin disposée sur un substrat support, ledit substrat support incluant : - un substrat initial en un deuxième matériau poly-cristallin, - un film de carbone vitreux, en contact avec la surface avant du substrat initial. Figure N/A STRUCTURE COMPOSITE ET PROCEDE DE FABRICATION ASSOCIE DOMAINE DE L’INVENTION La présente invention vise le domaine de la microélectronique et des semi-conducteurs. En particulier, l’invention concerne un substrat en matériau poly-cristallin comportant un film superficiel en carbone vitreux, et particulièrement adapté pour recevoir une couche mince transférée d’un substrat donneur. L’invention concerne également un procédé de fabrication dudit substrat support et de la structure composite issue du transfert de la couche mince sur le substrat support. ARRIÈRE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION Le carbure de silicium (SiC) est de plus en plus largement utilisé pour la fabrication de dispositifs de puissance performants. Les substrats en SiC monocristallin (c-SiC) de haute qualité, destinés à l’industrie microélectronique, restent néanmoins chers et difficiles à approvisionner en grande taille. Il est donc avantageux de recourir à des solutions de transfert de couches, pour élaborer des structures composites comprenant typiquement une couche mince en c-SiC (issue d’un substrat en c-SiC de haute qualité et destinée à accueillir les parties fonctionnelles sensibles des dispositifs) sur un substrat support plus bas coût, par exemple en SiC poly-cristallin (p-SiC). Une solution de transfert de couche mince bien connue est le procédé Smart Cut®, basé sur une implantation d’ions légers dans un substrat donneur (c-SiC) et sur un assemblage, par collage direct, au niveau d’une interface de collage entre le substrat donneur et un substrat support (par exemple en p-SiC). Les substrats en p-SiC, du fait de la dureté du matériau et de la structure poly-cristalline, sont difficiles à polir et présentent en général des rugosités de surface résiduelles qui complexifient un assemblage par collage direct. En effet, un collage direct ne fait pas appel à des substances adhésives mais fait intervenir des liaisons moléculaires entre les surfaces des substrats mis en contact : un tel collage nécessite donc une excellente planéité ainsi que de très faibles rugosités et défectivités de surface. Il est connu de déposer une couche intermédiaire sur l’un et/ou l’autre des substrats à assembler, ladite couche étant facile à préparer (faible rugosité, notamment) en vue de l’assemblage par collage direct. Il est à noter que cette couche intermédiaire ne doit pas affecter les performances des dispositifs élaborés sur la structure composite ; en l’occurrence, pour les dispositifs verticaux de puissance, une telle couche intermédiaire ne doit pas affecter la conductivité électrique verticale entre la couche mince en c-SiC et le substrat support en p-SiC. Il est notamment connu de l’état de la technique l’utilisation de couches intermédiaires métalliques pour assurer une conduction verticale dans la structure composite. Bien que la présente introduction évoque essentiellement l’intérêt de structures composites à base de carbure de silicium, des structures composites à base d’autres matériaux, performants mais onéreux en substrat de grande dimension et complexes à préparer en vue d’un transfert de couche mince, comme l’est le SiC, peuvent également être concernées. On peut citer par exemple une structure composite comprenant une couche mince en nitrure de galium (GaN) et un substrat support poly-cristallin, par exemple en nitrure d’aluminium (AlN). OBJET DE L’INVENTION La présente invention propose une solution, alternative aux solutions de l’état de la technique, qui favorise l’obtention d’une faible rugosité de surface du substrat support et favorise ses propriétés électriques et thermiques. L’invention concerne en particulier un substrat initial poly-cristallin comportant un film superficiel en carbone vitreux, particulièrement adapté pour recevoir une couche utile transférée d’un substrat donneur. L’invention concerne également un procédé de fabrication dudit substrat support et de la structure composite issue du transfert de la couche mince sur le substrat support. BREVE DESCRIPTION DE L’INVENTION La présente invention concerne un procédé de fabrication d’une structure composite comprenant une couche mince en un premier matériau monocristallin disposée sur un substrat support, le procédé de fabrication comprenant les étapes suivantes : a) la fourniture d’un substrat initial en un deuxième matériau poly-cristallin, b) le dépôt par enduction centrifuge, au moins sur une face avant du substrat initial, d’une couche de résine polymère comportant des liaisons carbone-carbone préformées dans les trois dimensions, c) l’application d’un premier recuit à une température comprise entre 120°C et 180°C au substrat initial muni de la couche de résine polymère, pour former une couche de résine polymère réticulée, d) l’application d’un deuxième recuit à une température supérieure à 600°C, sous atmosphère neutre, pour transformer la couche de résine polymère réticulée en un film de carbone vitreux. Selon des caractéristiques avantageuses de l’invention, prises seules ou selon toute combinaison réalisable : le procédé comprend, après l’étape d), une étape e) de polissage mécanique et/ou mécano-chimique du film de carbone vitreux ; la résine polymère est à base de goudron de houille, de phénol formaldéhyde, d’alcool polyfurfurylique, d’alcool polyvinylique, de polyacrylonitrile, de chlorure de polyvinylidène, et/ou de polystyrène ; le procédé comprend une étape f) de transfert d’une couche mince formée du premier matériau monocristallin directement sur le film de carbone vitreux ou via une couche intermédiaire ; l’étape f) met en œuvre un assemblage entre un substrat donneur comprenant le premier matériau monocristallin, dont sera issue la couche mince, et le film de carbone vitreux, par collage direct, pour former un ensemble collé ; le substrat donneur comprend un plan fragile enterré qui délimite, avec une face avant dudit substrat, la couche mince à transférer, et l’étape f) met en œuvre une séparation de l’ensemble collé le long du plan fragile enterré, pour donner lieu d’une part, à une structure composite incluant la couche mince disposée sur le film de carbone vitreux, elle-même disposée sur le substrat initial, et d’autre part, le reste du substrat donneur ; le premier matériau monocristallin est choisi parmi le carbure de silicium, le nitrure de galium, le silicium, le silicium-germanium, le germanium, les composés III-V, ou autres matériaux semi-conducteurs, ou parmi les matériaux piézoélectriques ; le deuxième matériau poly-cristallin est choisi parmi le carbure de silicium, le nitrure d’aluminium, le silicium, le silicium-germanium, le germanium, les composés III-V ou autres matériaux semi-conducteurs, ou parmi les matériaux piézoélectriques ; le premier matériau et le deuxième matériau sont semi-conducteurs. L’invention concerne également une structure composite comprenant une couche mince en un premier matériau monocristallin disposée sur un substrat support, ledit substrat support incluant : - un substrat initial en un deuxième matériau poly-cristallin, - un film de carbone vitreux, en contact avec la surface avant du substrat initial. Selon des caractéristiques avantageuses de l’invention, prises seules ou selon toute combinaison réalisable : le substrat initial présente une rugosité de surface comprise entre 10nm et 2μm crête-à-creux, mesurée par microscopie à force atomique sur une zone de surface inférieure ou égale à 30μm x 30μm ; le film de carbone vitreux présente une épaisseur comprise entre 100nm et 4μm ; la structure composite comprend une couche intermédiaire, entre la couche mince et le film de carbone vitreux, choisie parmi le silicium, le carbure de silicium, le carbone, le tungstène ou le titane ; le premier matériau monocristallin est choisi parmi le carbure de silicium, le nitrure de gallium, ou autres matériaux semi-conducteurs, et le deuxième matériau poly-cristallin est choisi parmi le carbure de silicium, le nitrure d’aluminium, ou autres matériaux semi-conducteurs. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre en référence aux figures annexées sur lesquelles : Les figures 1a, 1b, 1c et 1d présentent des étapes d’un procédé de fabrication d’un substrat support, conforme à l’invention ; La présente un exemple d’état de surface d’un substrat initial composant un substrat support conforme à l’invention ; La présente un exemple d’état de surface d’un film de carbone vitreux composant un substrat support conforme à l’invention ; Les figures 4a, 4b, 4c, 4c’, 4d présentent des étapes du procédé de fabrication d’une structure composite, conforme à l’invention. Certaines figures sont des représentations schématiques qui, dans un objectif de lisibilité, ne sont pas à l’échelle. En particulier, les épaisseurs des couches selon l’axe z ne sont pas à l’échelle par rapport aux dimensions latérales selon les axes x et y. Les mêmes références sur les figures ou dans la description pourront être utilisées pour des éléments de même nature. Procédé de fabrication d’une structure composite (100) comprenant une couche mince (10) en un premier matériau monocristallin disposée sur un substrat support (20), le procédé de fabrication comprenant les étapes suivantes : a) la fourniture d’un substrat initial (2) en un deuxième matériau poly-cristallin, b) le dépôt par enduction centrifuge, au moins sur une face avant (2a) du substrat initial (2), d’une couche de résine polymère (3) comportant des liaisons carbone-carbone préformées dans les trois dimensions, c) l’application d’un premier recuit à une température comprise entre 120°C et 180°C au substrat initial (2) muni de la couche de résine polymère (3), pour former une couche de résine polymère réticulée (3’), d) l’application d’un deuxième recuit à une température supérieure à 600°C, sous atmosphère neutre, pour transformer la couche de résine polymère réticulée (3’) en un film de carbone vitreux (30). Procédé de fabrication selon la revendication précédente, comprenant, après l’étape d), une étape e) de polissage mécanique et/ou mécano-chimique du film de carbone vitreux (30). Procédé de fabrication selon la revendication précédente, dans lequel la résine polymère (3) est à base de goudron de houille, de phénol formaldéhyde, d’alcool polyfurfurylique, d’alcool polyvinylique, de polyacrylonitrile, de chlorure de polyvinylidène, et/ou de polystyrène. Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, comprenant une étape f) de transfert d’une couche mince (10) formée du premier matériau monocristallin directement sur le film de carbone vitreux (30) ou via une couche intermédiaire (4). Procédé de fabrication selon la revendication précédente, dans lequel l’étape f) met en œuvre un assemblage entre un substrat donneur (1) comprenant le premier matériau monocristallin, dont sera issue la couche mince (10), et le film de carbone vitreux (30), par collage direct, pour former un ensemble collé (50). Procédé de fabrication selon la revendication précédente, dans lequel : - le substrat donneur (1) comprend un plan fragile enterré (11) qui délimite, avec une face avant (1a) dudit substrat (1), la couche mince (10) à transférer, et - l’étape f) met en œuvre une séparation de l’ensemble collé (50) le long du plan fragile enterré (11), pour donner lieu d’une part, à une structure composite (100) incluant la couche mince (10) disposée sur le film de carbone vitreux (30), elle-même disposée sur le substrat initial (2), et d’autre part, le reste du substrat donneur (1). Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le premier matériau monocristallin est choisi parmi le carbure de silicium, le nitrure de galium, le silicium, le silicium-germanium, le germanium, les composés III-V, ou autres matériaux semi-conducteurs, ou parmi les matériaux piézoélectriques. Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le deuxième matériau poly-cristallin est choisi parmi le carbure de silicium, le nitrure d’aluminium, le silicium, le silicium-germanium, le germanium, les composés III-V ou autres matériaux semi-conducteurs, ou parmi les matériaux piézoélectriques. Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le premier matériau et le deuxième matériau sont semi-conducteurs. Structure composite (100) comprenant une couche mince (10) en un premier matériau monocristallin disposée sur un substrat support (20), ledit substrat support (20) incluant : - un substrat initial (2) en un deuxième matériau poly-cristallin, - un film de carbone vitreux (30), en contact avec la surface avant (2a) du substrat initial (2). Structure composite (100) selon la revendication précédente dans laquelle le substrat initial (2) présente une rugosité de surface comprise entre 10nm et 2μm crête-à-creux, mesurée par microscopie à force atomique sur une zone de surface inférieure ou égale à 30μm x 30μm. Structure composite (100) selon l’une des deux revendications précédentes, dans laquelle le film de carbone vitreux (30) présente une épaisseur comprise entre 100nm et 4μm. Structure composite (100) selon la revendication précédente comprenant une couche intermédiaire (4), entre la couche mince (10) et le film de carbone vitreux (30), choisie parmi le silicium, le carbure de silicium, le carbone, le tungstène ou le titane. Structure composite (100) selon l’une des revendications 10 à 13, dans laquelle le premier matériau monocristallin est choisi parmi le carbure de silicium, le nitrure de gallium, ou autres matériaux semi-conducteurs, et le deuxième matériau poly-cristallin est choisi parmi le carbure de silicium, le nitrure d’aluminium, ou autres matériaux semi-conducteurs.