Brevet FR3134234A1 — publié le 20231006

L’invention concerne une structure composite pour la fabrication de composants microélectroniques comprenant une couche mince monocristalline, disposée sur un substrat support en carbure de silicium poly-cristallin, ledit substrat support présentant une orientation cristalline préférentielle selon laquelle : - un coefficient de texture C 422 est inférieur à 30%, et - un coefficient de texture C 220 est supérieur à 60% ou la somme des coefficients de texture C 111 +C 222 +C 511 est supérieure à 70%. L’invention concerne également un procédé de fabrication d’une telle structure composite. Figure à publier avec l’abrégé : Pas de figure STRUCTURE COMPOSITE COMPRENANT UNE COUCHE MINCE MONOCRISTALLINE SUR UN SUBSTRAT SUPPORT EN CARBURE DE SILICIUM POLY-CRISTALLIN ET PROCEDE DE FABRICATION ASSOCIE DOMAINE DE L’INVENTION La présente invention concerne le domaine des matériaux semi-conducteurs pour composants microélectroniques. Elle concerne en particulier une structure composite comprenant une couche mince monocristalline disposée sur un substrat support en carbure de silicium poly-cristallin. La couche mince monocristalline est préférentiellement en carbure de silicium, et la structure composite vise les applications d’électronique de puissance. ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION Le SiC est de plus en plus largement utilisé pour la fabrication de dispositifs de puissance innovants, pour répondre aux besoins de domaines montants de l'électronique, comme notamment les véhicules électriques. En effet, les dispositifs de puissance et les systèmes intégrés d'alimentation basés sur du carbure de silicium monocristallin peuvent gérer une densité de puissance beaucoup plus élevée par rapport à leurs homologues traditionnels en silicium, et ce avec des dimensions de zone active inférieures. 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 SiC monocristallin (issue du substrat en c-SiC de haute qualité) sur un substrat support plus bas coût, par exemple en SiC poly-cristallin (p-SiC). Les composants électroniques peuvent ensuite être élaborés sur et/ou dans la couche mince. Une solution de transfert de couche mince bien connue est le procédé Smart Cut TM , basé sur une implantation d’ions légers et sur un assemblage, par collage direct, entre un substrat donneur monocristallin et un substrat support, au niveau d’une interface de collage. Des substrats en p-SiC, susceptibles de former des substrats supports, sont actuellement disponibles sur le marché. Néanmoins, leurs caractéristiques mécaniques, électriques, voire thermiques ne sont pas nécessairement optimaux pour l’obtention, à partir d’un procédé de transfert de couche mince, d’une structure composite de haute qualité, visant des applications de puissance. Comme évoqué plus haut, les applications d’électronique de puissance requièrent une excellente conduction électrique verticale dans la structure composite. La couche mince monocristalline peut ainsi être dopée, selon les besoins de l’application : par exemple, pour présenter un dopage de type N et une résistivité inférieure ou égale à 30mohm.cm, à 10mohm.cm, voire inférieure à 1mohm.cm. Mais il est également requis d’assurer une bonne conductivité électrique dans le substrat support de la structure composite. Pour cela, il est habituel de doper fortement (en particulier, de type N) le substrat poly-cristallin, pour atteindre une résistivité inférieure à 30mohm.cm. En outre, l’interface d’assemblage de la structure composite doit être élaborée de manière à ne pas (ou très peu) augmenter la résistance électrique verticale. Il existe néanmoins d’autres applications, qui ne nécessitent pas une conduction électrique verticale, mais au contraire qui visent une haute résistivité du substrat support : c’est en particulier le cas des applications radiofréquences. Les autres caractéristiques du substrat support énoncées ci-dessous (mécaniques, voire thermiques) sont requises pour ces applications RF, ainsi que pour les applications de puissance. Un procédé de transfert de couche mince, basé sur un collage direct par adhésion moléculaire, est très dépendant de la qualité de surface des substrats assemblés. En particulier, une rugosité inférieure ou égale à 1nm RMS (rugosité moyenne quadratique) est requise, couplée à une défectivité de surface (particules, trous... ou autres reliefs susceptibles de générer des défauts de collage) très faible, tant pour le substrat support que pour le substrat donneur. La dureté du SiC ainsi que la présence de grains à la surface du substrat support poly-cristallin complexifie grandement la préparation de surface et une qualité parfaite s’avère difficile à obtenir. Enfin, il est essentiel d’utiliser des substrats supports présentant une courbure ou déformation faible. La courbure correspond à la flèche ou « warp » selon la terminologie anglo-saxonne, lequel équivaut à la différence algébrique des déviations du substrat par rapport à un plan de référence. Une courbure réduite est requise d’une part, pour que ces substrats supports soient compatibles avec un assemblage direct de bonne qualité et une forte énergie de collage, et d’autre part pour qu’ils ne soient pas susceptibles de provoquer des dommages dans la couche mince monocristalline durant ou après le procédé de transfert, du fait de contraintes mécaniques importantes. Une courbure faible est également importante pour garantir les performances des étapes de fabrication (par exemple, photolithographie) des composants sur/dans la couche mince de la structure composite. Le rayon de courbure (proportionnel à l’inverse du « warp ») des substrats supports en p-SiC est typiquement visé supérieur à environ 25m, soit une courbure (« warp ») inférieure ou égale à 100 microns pour un substrat de 150mm de diamètre par exemple. De surcroit, il apparait souvent important que le substrat support garantisse une bonne conductibilité thermique, pour évacuer efficacement la chaleur, notamment générée par des composants de puissance. L’ensemble de ces spécifications est très complexe à atteindre par les substrats en p-SiC. Le document US10934634 propose un substrat en p-SiC pour lequel le taux de changement de la taille des grains entre les deux faces du substrat est inférieur à 0,43%, ce qui lui procure un rayon de courbure supérieur à 142m. En outre, une face au moins dudit substrat présente une rugosité moyenne arithmétique inférieure à 1nm. Ce procédé demeure néanmoins dispendieux et très consommateur en énergie et en matière, car une importante portion du p-SiC initialement déposé sur un substrat de graphite est retirée et perdue pour obtenir le substrat proposé en p-SiC (typiquement 2mm initialement déposés pour former un substrat en p-SiC de 350 microns). OBJET DE L’INVENTION La présente invention propose une structure composite comportant une couche mince en matériau monocristallin, en particulier en c-SiC, disposée sur un substrat support en p-SiC. Elle concerne également un procédé de fabrication d’une telle structure composite. BREVE DESCRIPTION DE L’INVENTION L’invention concerne une structure composite pour la fabrication de composants microélectroniques comprenant une couche mince monocristalline, disposée sur un substrat support en carbure de silicium poly-cristallin, ledit substrat support présentant une orientation cristalline préférentielle selon laquelle : - un coefficient de texture C 422 est inférieur à 30%, en particulier inférieur à 20%, et - un coefficient de texture C 220 est supérieur à 60% ou la somme des coefficients de texture C 111 +C 222 +C 511 est supérieure à 70%, en particulier supérieure à 80%. Selon d’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l’invention, prises seules ou selon toute combinaison techniquement réalisable : le substrat support présente un dopage à l’azote et une résistivité inférieure à 30mOhm.cm ; la couche mince est composée de carbure de silicium ; la couche mince est composée de diamant ; la structure composite comprend une couche intermédiaire continue ou discontinue, disposée entre la couche mince et le substrat support, et composée d’au moins un matériau métallique ou semi-conducteur ; la couche intermédiaire est composée de silicium, de carbure de silicium, de tungstène, et/ou de titane ; le coefficient de texture C 422 est inférieur à 15%, voire inférieur à 10% ; le substrat support présente une épaisseur comprise entre 60 microns et 500 microns ; la structure composite comprend un composant électronique sur et/ou dans la couche mince, et optionnellement comprend un contact électrique au niveau de la face arrière du substrat support. La présente invention concerne également un procédé de fabrication d’une structure composite comportant une couche mince monocristalline disposée sur un substrat support en carbure de silicium poly-cristallin, le procédé de fabrication comprenant les étapes suivantes : a) la fourniture d’un substrat support en carbure de silicium poly-cristallin présentant une orientation cristalline préférentielle selon laquelle : - un coefficient de texture C 422 est inférieur à 30%, en particulier inférieur à 20%, et - un coefficient de texture C 220 est supérieur à 60% ou la somme des coefficients de texture C 111 +C 222 +C 511 est supérieure à 70%, en particulier supérieure à 80%, b) la fourniture d’un substrat donneur en un matériau monocristallin, c) le transfert d’une couche mince issue du substrat donneur sur le substrat support. Selon d’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l’invention, prises seules ou selon toute combinaison techniquement réalisable : l’étape c) de transfert comprend : c1) la formation d’un plan fragile enterré dans le substrat donneur, délimitant la couche mince entre ledit plan fragile enterré et une face avant du substrat donneur, c2) l’assemblage par collage par adhésion moléculaire du substrat donneur sur le substrat support, directement ou via une couche intermédiaire, c3) la séparation le long du plan fragile enterré pour donner lieu au transfert de la couche mince sur le substrat support ; l’étape c2) comprend, avant l’assemblage des deux substrats : - la formation d’une couche intermédiaire sur le substrat donneur, avant ou après l’étape c1), et/ou - la formation d’une couche intermédiaire sur le substrat support, la couche intermédiaire (30) étant formée en au moins un matériau métallique ou semi-conducteur, choisi parmi le silicium, le carbure de silicium, le tungstène et le titane ; le matériau monocristallin composant le substrat donneur est le carbure de silicium ; le procédé de fabrication comprend en outre l’élaboration de composants électroniques sur et/ou dans la couche mince de la structure composite ; l’élaboration de composants électroniques comprend notamment une étape d’homoépitaxie ou d’hétéroépitaxie sur la couche mince. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée de l’invention qui va suivre en référence aux figures annexées sur lesquelles : La présente un substrat composite conforme à l’invention ; La présente une table répertoriant les 10 pics de diffraction, classés par indices de Miller (hkl) croissants, pris en compte dans un substrat SiC de polytype 3C et mesurables par diffraction aux rayons X ; sont également indiquées dans la table, la position des pics et leur intensité théorique ; Les figures 3a, 3b, 3c présentent des micrographies (MEB) de substrats supports, élaborés dans différentes conditions et présentant différentes orientations cristallines préférentielles ou textures, mis en œuvre pour fabriquer des structures composites conformes à la présente invention ; La présente un substrat composite conforme à l’invention ; Les figures 5a, 5b, 5c, 5c’, 5c’’ et 5d présentent des étapes du procédé de fabrication conforme à l’invention ; La présente des conditions d’élaboration et les caractéristiques associées de cinq types de substrats supports, les substrats supports 2, 3 et 4 étant adaptés pour des structures composites conformes à la présente invention. Les mêmes références sur les figures pourront être utilisées pour des éléments de même type. 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 ; et les épaisseurs relatives des couches entre elles ne sont pas nécessairement respectées sur les figures. Structure composite (100) pour la fabrication de composants microélectroniques comprenant une couche mince (10) monocristalline, disposée sur un substrat support (20) en carbure de silicium poly-cristallin, ledit substrat support (20) présentant une orientation cristalline préférentielle selon laquelle : - un coefficient de texture C 422 est inférieur à 30%, en particulier inférieur à 20%, et - un coefficient de texture C 220 est supérieur à 60% ou la somme des coefficients de texture C 111 +C 222 +C 511 est supérieure à 70%, en particulier supérieure à 80%. Structure composite (100) selon la revendication précédente, dans laquelle le substrat support (20) présente un dopage à l’azote et une résistivité inférieure à 30mOhm.cm. Structure composite (100) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle la couche mince (10) est composée de carbure de silicium. Structure composite (100) selon l’une des revendications 1 et 2, dans laquelle la couche mince (10) est composée de diamant. Structure composite (100) selon l’une des revendications précédentes, comprenant une couche intermédiaire (30) continue ou discontinue, disposée entre la couche mince (10) et le substrat support (20) et composée d’au moins un matériau métallique ou semi-conducteur. Structure composite (100) selon la revendication précédente, dans laquelle la couche intermédiaire (30) est composée de silicium, de carbure de silicium, de tungstène, et/ou de titane. Structure composite (100) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le coefficient de texture C 422 est inférieur à 15%, voire inférieur à 10%. Structure composite (100) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le substrat support (20) présente une épaisseur comprise entre 60 microns et 500 microns. Structure composite (100) selon l’une des revendications précédentes, comprenant un composant électronique sur et/ou dans la couche mince (10) et comprenant optionnellement un contact électrique au niveau de la face arrière du substrat support (20). Procédé de fabrication d’une structure composite (100) comportant une couche mince (10) monocristalline disposée sur un substrat support (20) en carbure de silicium poly-cristallin, le procédé de fabrication comprenant les étapes suivantes : a) la fourniture d’un substrat support (20) en carbure de silicium poly-cristallin présentant une orientation cristalline préférentielle selon laquelle : - un coefficient de texture C 422 est inférieur à 30%, en particulier inférieur à 20%, et - un coefficient de texture C 220 est supérieur à 60% ou la somme des coefficients de texture C 111 +C 222 +C 511 est supérieure à 70%, en particulier supérieure à 80%, b) la fourniture d’un substrat donneur (1) en un matériau monocristallin, c) le transfert d’une couche mince (10) issue du substrat donneur (1) sur le substrat support (20). Procédé de fabrication selon la revendication précédente, dans lequel l’étape c) de transfert comprend : c1) la formation d’un plan fragile enterré (11) dans le substrat donneur (1), délimitant la couche mince (10) entre ledit plan fragile enterré (11) et une face avant (1a) du substrat donneur (1), c2) l’assemblage par collage par adhésion moléculaire du substrat donneur (1) sur le substrat support (20), directement ou via une couche intermédiaire (30), c3) la séparation le long du plan fragile enterré (11) pour donner lieu au transfert de la couche mince (10) sur le substrat support (20). Procédé de fabrication selon la revendication précédente, dans lequel l’étape c2) comprend, avant l’assemblage des deux substrats (1,20) : - la formation d’une couche intermédiaire (30) sur le substrat donneur (1), avant ou après l’étape c1), et/ou - la formation d’une couche intermédiaire (30) sur le substrat support (20), la couche intermédiaire (30) étant formée en au moins un matériau métallique ou semi-conducteur, choisi parmi le silicium, le carbure de silicium, le tungstène et le titane. Procédé de fabrication selon l’une des deux revendications précédentes, dans lequel le matériau monocristallin composant le substrat donneur (1) est le carbure de silicium. Procédé de fabrication selon l’une des revendications 10 à 13, comprenant en outre l’élaboration de composants électroniques sur et/ou dans la couche mince (10) de la structure composite (100). Procédé de fabrication selon la revendication précédente, dans lequel l’élaboration de composants électroniques comprend notamment une étape d’homoépitaxie ou d’hétéroépitaxie sur la couche mince (10).