Brevet FR3139413A1 — publié le 20240308

L’invention porte sur un procédé de traitement d’une plaquette de carbure de silicium polycristallin, comprenant : la caractérisation (R2) d’un état de surface d’une face avant de la plaquette de carbure de silicium polycristallin ; lorsque l’état de surface caractérisé ne répond pas à une spécification prédéterminée pour le collage (C) de la plaquette de carbure de silicium polycristallin avec un substrat de carbure de silicium monocristallin avec la face avant à l’interface de collage, la correction (R3), par retrait de matière de la face avant de la plaquette de carbure de silicium polycristallin, de l’état de surface de la face avant. Figure pour l’abrégé : Figure 1 Procédé de traitement d’une plaquette de carbure de silicium polycristallin Le domaine de l’invention est celui des plaquettes de carbure de silicium polycristallin destinées à servir de supports pour des couches minces de carbure de silicium monocristallin. Le carbure de silicium (SiC) est de plus en plus largement utilisé dans des applications d’électronique de puissance, notamment pour répondre aux besoins de domaines montants de l'électronique comme par exemple les véhicules électriques. Les dispositifs de puissance et les systèmes intégrés d'alimentation basés sur du SiC monocristallin peuvent effectivement gérer une densité de puissance beaucoup plus élevée que leurs homologues traditionnels en silicium, et ce avec des dimensions de zone active inférieures. Les substrats en SiC monocristallin 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 sur un substrat support à plus bas coût. Une solution de transfert de couche mince bien connue est le procédé Smart Cut™. Un tel procédé permet par exemple de fabriquer une structure composite comprenant une couche mince en SiC monocristallin, prélevée d'un substrat donneur en SiC monocristallin (mSiC), en contact avec un substrat receveur en SiC polycristallin (pSiC). Ce substrat receveur est une plaquette de pSiC obtenue à partir d’une plaque de pSiC (généralement désignée par le terme anglais de slab ) relativement épaisse (par exemple de 0,6 à 3 mm d’épaisseur). Un dépôt de pSiC sur un substrat de croissance (par exemple un substrat de graphite), typiquement un dépôt chimique en phase vapeur à une température comprise entre 1100°C et 1400°C, permet de former la plaque de pSiC. Suite au retrait du substrat de croissance, la plaque de pSiC est soumise à un processus de formation d’une ou plusieurs plaquettes (processus dit de wafering en anglais) qui comprend différentes étapes de nettoyage, gravure, meulage et polissage et permet d’obtenir une ou plusieurs plaquettes de pSiC ayant une forme voulue (notamment un pourtour en biseau) et une épaisseur désirée. Un sciage peut également être réalisé au cours de ce processus notamment lorsque plusieurs plaquettes doivent être fabriquées à partir d’une même plaque. L’épaisseur de la plaquette de SiC polycristallin ainsi fabriquée est, selon la norme SEMI, de 350 µm +/- 25 µm. Le procédé Smart Cut™ appliqué au SiC requiert de disposer d’une préparation de surface spécifique avant collage, typiquement selon la technique ADB (acronyme de la dénomination anglo-saxonne « Atomic Diffusion Bonding »), des substrats donneur (mSiC) et receveur (pSiC). Cette préparation de surface vise à créer un état de surface spécifique, caractérisé par sa rugosité sur une gamme de fréquence spatiale allant de 5x5µm au 150x150µm. Or cette préparation de surface n’apparaît pas parfaitement reproductible puisque de nombreuses plaquettes de pSiC ainsi préparées risquent de conduire à un transfert incomplet de la couche de mSiC lors du procédé Smart Cut™. Ainsi, en pratique, il est procédé à un tri préalable des plaquettes de pSiC ainsi préparées pour rejeter celles qui ne respectent pas des spécifications attendues en termes de rugosité pour répondre aux contraintes du procédé de collage. Le taux de rejet s’avère important alors même que les plaquettes de pSiC ont un coût élevé et que leur fabrication nécessite une importante quantité d’énergie. L’invention a pour objectif de réduire ce taux de rejet afin de réduire le coût du procédé Smart Cut™ appliqué au SiC et son impact environnemental. A cet effet, l’invention propose un procédé de traitement d’une plaquette de carbure de silicium polycristallin, comprenant : la caractérisation d’une rugosité de surface d’une face avant de la plaquette de carbure de silicium polycristallin ; lorsque l’état de surface caractérisé ne répond pas à une spécification prédéterminée pour le collage de la plaquette de carbure de silicium polycristallin avec un substrat de carbure de silicium monocristallin avec la face avant à l’interface de collage, la réduction, par retrait de matière de la face avant de la plaquette de carbure de silicium polycristallin, de la rugosité de surface de la face avant. Certains aspects préférés mais non limitatifs de ce procédé sont les suivants : - le retrait de matière de la face avant vient retirer une épaisseur de matière comprise entre 3 et 10 µm ; - le retrait de matière de la face avant comprend un meulage ; - le meulage comprend en succession un meulage grossier et un meulage fin ; - le meulage grossier est réalisé avec une meule dont une grosseur du grain abrasif est caractérisée par un mesh inférieur à 5000 ; - le meulage fin est réalisé avec une meule dont une grosseur du grain abrasif est caractérisée par un mesh supérieur à 5000 ; - le meulage fin vient retirer une épaisseur de matière inférieure à 3 µm ; - le retrait de matière de la face avant comprend en outre, suite au meulage, un polissage de la face avant ; - le polissage est un polissage chimique ou mécano-chimique ; - le polissage vient retirer une épaisseur de matière inférieure à 1 µm ; - la plaquette de carbure de silicium polycristallin présente, après correction de l’état de surface de la face avant, une épaisseur de 350 µm +/- 25 µm ; - la plaquette de carbure de silicium polycristallin présente, avant correction de l’état de surface de la face avant, une épaisseur de 365 µm +/- 10 µm ; - la plaquette de carbure de silicium polycristallin est issue d’un amincissement double face d’une plaque de carbure de silicium polycristallin ; - la caractérisation de l’état de surface de la face avant de la plaquette de carbure de silicium polycristallin comprend une mesure de haze par diffusion de lumière ; - il comprend en outre, après correction de l’état de surface de la face avant, le collage de la plaquette de carbure de silicium polycristallin avec le substrat de carbure de silicium monocristallin avec la face avant de la plaquette de carbure de silicium polycristallin à l’interface de collage ; - il comprend en outre, après la correction de l’état de surface de la face avant et avant le collage, une réitération de la caractérisation de l’état de surface de la face avant et : lorsque l’état de surface caractérisé par la réitération de la caractérisation ne répond pas à la spécification prédéterminée, une correction additionnelle, par retrait de matière, de l’état de surface de la face avant ; ou lorsque l’état de surface caractérisé par la réitération de la caractérisation répond à la spécification prédéterminée, la réalisation dudit collage. D'autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels la est un schéma illustrant différentes étapes d’un procédé Smart Cut TM intégrant un traitement d’une plaquette de pSiC conforme à l’invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS L’invention porte sur un procédé de traitement d’une plaquette de pSiC destinée à servir de support pour une couche mince de mSiC. Ce procédé peut comprendre une étape préalable de formation de la plaquette à partir d’une plaque de pSiC ( slab ). Pour ce faire, la plaque de pSiC est soumise à un processus de wafering . Ce processus peut notamment comprendre un amincissement double face de la plaque et éventuellement une planarisation de la plaque afin d’en rattraper une éventuelle courbure. L’amincissement peut être réalisé par meulage. Ce meulage peut comprendre en succession un meulage très grossier ( coarse grinding en anglais) qui vient amener l’épaisseur vers 400 µm, un meulage grossier ( rough g rinding en anglais) qui vient amener l’épaisseur vers 360 µm et un meulage fin ( fine g rinding en anglais) qui vient éliminer les derniers microns de matériau. Les différents meulages se distinguent par la taille des grains de la meule utilisée, ces grains étant de plus en plus petits dans la succession des meulages. Dans un mode de réalisation possible, la plaquette issue de la plaque de pSic présente une épaisseur de 350 µm +/- 25 µm, répondant ainsi à la norme SEMI. Dans un autre mode de réalisation possible, la plaquette issue de la plaque de pSic présente une distribution d’épaisseur décalée vers 365 µm, par exemple une épaisseur de 365 µm +/- 10 µm. Ce mode de réalisation permet à l’épaisseur finale de la plaquette de pSiC de rester conforme à la norme SEMI alors que conformément à l’invention décrite ci-après une ou plusieurs opérations de correction de l’état de surface de la plaquette de pSiC sont réalisées afin d’assurer la bonne mise en œuvre du procédé Smart Cut TM suite à son collage avec un substrat de mSiC. Comme représenté par la , le procédé selon l’invention peut ainsi comprendre une étape R1 de fourniture d’une plaquette de pSiC. Le procédé selon l’invention comprend par ailleurs une étape (désignée par R2 sur la ) consistant à procéder à une caractérisation d’un état de surface d’une face avant de la plaquette de pSiC, typiquement une caractérisation d’une rugosité de cette face avant. Cette caractérisation peut notamment comprendre une mesure de haze par diffusion de lumière. Une telle mesure de haze permet de caractériser la rugosité de surface de la face avant de la plaquette de pSiC. Ce haze est issu d'une méthode utilisant les propriétés de réflectivité optique de la surface à caractériser et correspond à un signal optique diffusé par la surface, en raison de sa microrugosité. La mesure de haze peut par exemple être effectuée au moyen du système d’inspection Surfscan SP1 de la société KLA-Tencor ou par le système d’inspection SICA88 de la société Lasertec. Le procédé selon l’invention comprend ensuite une étape consistant à déterminer si l’état de surface caractérisé répond ou non à une spécification prédéterminée pour le collage, avec la face avant à l’interface de collage, de la plaquette de pSiC avec un substrat de mSiC. Dans un mode de réalisation possible, cette détermination consiste à vérifier si le niveau de haze mesuré est inférieur ou non à un seuil prédéterminé. Si l’état de surface de la face avant répond à la spécification prédéterminée, le procédé selon l’invention se poursuit avec le collage (désigné par C sur la ), par exemple selon la technique ADB, de la plaquette de pSiC avec un substrat de mSiC, la face avant de la plaquette de pSiC étant à l’interface de collage. Conformément au procédé Smart Cut TM , il est ensuite procédé au détachement (désigné par D sur la ), provoqué par un traitement thermique, une action mécanique ou une combinaison de ces moyens, du substrat mSiC le long d’un plan de fragilisation préalablement formé dans celui-ci par implantation ionique afin de venir transférer une couche mince de mSiC sur la plaquette de pSiC et former ainsi une structure composite. A cet égard, la désigne par D1 la fourniture du substrat mSiC et par D2 l’implantation ionique permettant de le fragiliser. A l’issue du détachement D et du transfert de la couche mince de mSiC sur la plaquette de pSiC, il est procédé, d’une part, à un traitement de finition (désigné par F sur la ) de la structure composite et, d’autre part, à un éventuel recyclage R du reliquat du substrat de mSiC pour en permettre sa réutilisation. Si l’état de surface de la face avant ne répond pas à la spécification prédéterminée, le procédé selon l’invention comporte une étape (désignée par R3 sur la ) de correction, par retrait de matière de la face avant de la plaquette de pSiC, de l’état de surface de cette face avant. Ce retrait de matière de la face avant peut venir retirer une épaisseur de matière comprise entre 3 et 10 µm. Il peut être réalisé par meulage de la face avant. On relèvera qu’à la différence de l’amincissement double face préalable de la plaque de pSiC, le meulage de la plaquette de pSiC peut être réalisé ici uniquement sur la face avant destinée à être collée au substrat de mSiC. Ce meulage uniquement en face avant est rendu possible du fait du meulage en double face réalisé préalablement lors du processus de wafering et qui a permis d’équilibrer les contraintes entre les faces avant et arrière. Le meulage peut comprendre en succession un meulage grossier et un meulage fin. Le meulage grossier peut être réalisé avec une meule dont une grosseur du grain abrasif est caractérisée par un mesh inférieur à 5000. Le meulage grossier vient de préférence retirer une épaisseur de matière inférieure à 10 µm, par exemple une épaisseur de 5 µm. Le meulage fin peut quant à lui être réalisé avec une meule dont une grosseur du grain abrasif est caractérisée par un mesh supérieur à 5000, par exemple un mesh compris entre 8000 et 1200. Le meulage fin vient de préférence retirer une épaisseur de matière inférieure à 3 µm. Dans un mode de réalisation possible, le retrait de matière de la face avant peut en outre comprendre, suite au meulage, un polissage de la face avant. Ce polissage peut être un polissage chimique ou mécano-chimique. Le polissage vient de préférence retirer une épaisseur de matière inférieure à 1 µm. On comprend que si cette correction de l’état de surface de la face avant destinée à être collée vient retirer, par exemple, une épaisseur de matière de 10 µm, il est alors préférable que la plaquette de pSiC présente initialement une épaisseur plus importante que celle attendue par la norme, par exemple une épaisseur de 365 µm, pour qu’à l’issue de la correction elle présente l’épaisseur de 350 µm attendue par la norme ou encore pour qu’elle puisse subir plusieurs opérations de correction de l’état de surface tout en conservant une épaisseur finale supérieure à la borne basse de 325 µm attendue par la norme. En effet, dans un mode de réalisation possible, suite à une première correction de l’état de surface de la face avant destinée à être collée, le procédé comprend une réitération de la caractérisation de l’état de surface de la face avant. Puis, le procédé comprend : lorsque l’état de surface caractérisé par la réitération de la caractérisation ne répond pas à la spécification prédéterminée, une correction additionnelle, par retrait de matière, de l’état de surface de la face avant ; ou lorsque l’état de surface caractérisé par la réitération de la caractérisation répond à la spécification prédéterminée, la réalisation du collage. Le procédé selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs corrections additionnelles, chacune précédée d’une caractérisation de l’état de surface. Chaque correction additionnelle est de préférence identique à la première correction. Avec 5 à 10 µm retirés à chaque correction, une première correction et jusqu’à 3 corrections additionnelles peuvent typiquement être réalisées tout en conservant une épaisseur finale conforme à la norme SEMI. Le procédé selon l’invention peut par ailleurs être réitéré pour traiter un ensemble de plaquettes et constituer un lot de plaquettes aptes au collage avec un substrat de SiC monocristalline. Ainsi l’invention s’étend à un procédé de fabrication d’un lot de substrats de silicium monocristallin, par exemple des substrats présentant chacun une épaisseur de 350 µm +/- 25 µm, comprenant : la fourniture d’un ensemble de plaquettes de carbure de silicium polycristallin, par exemple des plaquettes présentant chacune une épaisseur de 365 µm +/- 10 µm ; pour chacune des plaquettes de l’ensemble: la caractérisation d’une rugosité de surface d’une face avant de la plaquette ; lorsque l’état de surface caractérisé répond à une spécification prédéterminée pour le collage de la plaquette avec un substrat de carbure de silicium monocristallin avec la face avant à l’interface de collage, l’ajout de la plaquette audit lot ; lorsque l’état de surface caractérisé ne répond pas à ladite spécification prédéterminée, la réduction, par retrait d’une épaisseur de matière de la face avant de la plaquette, de la rugosité de surface de la face avant puis l’ajout de la plaquette audit lot. Les plaquettes du lot ainsi constitué peuvent ensuite faire l’objet d’un collage avec un substrat de SiC polycristallin. Procédé de traitement d’une plaquette de carbure de silicium polycristallin, comprenant : la caractérisation (R2) d’une rugosité de surface d’une face avant de la plaquette de carbure de silicium polycristallin ; lorsque l’état de surface caractérisé ne répond pas à une spécification prédéterminée pour le collage (C) de la plaquette de carbure de silicium polycristallin avec un substrat de carbure de silicium monocristallin avec la face avant à l’interface de collage, la réduction (R3), par retrait de matière de la face avant de la plaquette de carbure de silicium polycristallin, de la rugosité de surface de la face avant. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le retrait de matière de la face avant vient retirer une épaisseur de matière comprise entre 3 et 10 µm. Procédé selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel le retrait de matière de la face avant comprend un meulage. Procédé selon la revendication 3, dans lequel le meulage comprend en succession un meulage grossier et un meulage fin. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le meulage grossier est réalisé avec une meule dont une grosseur du grain abrasif est caractérisée par un mesh inférieur à 5000. Procédé selon l’une des revendications 4 et 5, dans lequel le meulage fin est réalisé avec une meule dont une grosseur du grain abrasif est caractérisée par un mesh supérieur à 5000. Procédé selon l’une des revendications 4 à 6, dans lequel le meulage fin vient retirer une épaisseur de matière inférieure à 3 µm. Procédé selon l’une des revendications 4 à 7, dans lequel le retrait de matière de la face avant comprend en outre, suite au meulage, un polissage de la face avant. Procédé selon la revendication 8, dans lequel le polissage est un polissage chimique ou mécano-chimique. Procédé selon l’une des revendications 8 et 9, dans lequel le polissage vient retirer une épaisseur de matière inférieure à 1 µm. Procédé selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel la plaquette de carbure de silicium polycristallin présente, après correction de l’état de surface de la face avant, une épaisseur de 350 µm +/- 25 µm. Procédé selon l’une des revendications 1 à 11, dans lequel la plaquette de carbure de silicium polycristallin présente, avant correction de l’état de surface de la face avant, une épaisseur de 365 µm +/- 10 µm. Procédé selon l’une des revendications 1 à 12, dans lequel la plaquette de carbure de silicium polycristallin est issue d’un amincissement double face d’une plaque de carbure de silicium polycristallin. Procédé selon l’une des revendications 1 à 13, dans lequel la caractérisation de l’état de surface de la face avant de la plaquette de carbure de silicium polycristallin comprend une mesure de haze par diffusion de lumière. Procédé selon l’une des revendications 1 à 14, comprenant en outre, après correction (R3) de l’état de surface de la face avant, le collage (C) de la plaquette de carbure de silicium polycristallin avec le substrat de carbure de silicium monocristallin avec la face avant de la plaquette de carbure de silicium polycristallin à l’interface de collage. Procédé selon la revendication 15, comprenant en outre, après la correction de l’état de surface de la face avant et avant le collage, une réitération de la caractérisation de l’état de surface de la face avant et : lorsque l’état de surface caractérisé par la réitération de la caractérisation ne répond pas à la spécification prédéterminée, une correction additionnelle, par retrait de matière, de l’état de surface de la face avant ; ou lorsque l’état de surface caractérisé par la réitération de la caractérisation répond à la spécification prédéterminée, la réalisation dudit collage. Procédé de fabrication d’un lot de substrats de silicium monocristallin présentant chacun une épaisseur de 350 µm +/- 25 µm, comprenant : la fourniture d’un ensemble de plaquettes de carbure de silicium polycristallin présentant chacune une épaisseur de 365 µm +/- 10 µm ; pour chacune des plaquettes de l’ensemble: la caractérisation (R2) d’une rugosité de surface d’une face avant de la plaquette ; lorsque l’état de surface caractérisé répond à une spécification prédéterminée pour le collage (C) de la plaquette avec un substrat de carbure de silicium monocristallin avec la face avant à l’interface de collage, l’ajout de la plaquette audit lot ; lorsque l’état de surface caractérisé ne répond pas à ladite spécification prédéterminée, la réduction (R3), par retrait d’une épaisseur de matière d’au moins 3 µm de la face avant de la plaquette, de la rugosité de surface de la face avant puis l’ajout de la plaquette audit lot.