Brevet FR3128056A1 — publié le 20230414

L’invention concerne un procédé de fabrication d’une structure composite comprenant une couche mince en carbure de silicium monocristallin disposée sur un substrat support en carbure de silicium poly-cristallin, le procédé comprenant : a) une étape de fourniture d’un substrat initial en carbure de silicium monocristallin, présentant une face avant et une face arrière, et d’un substrat support en carbure de silicium poly-cristallin présentant une face avant et une face arrière, b) une étape de porosification appliquée au substrat initial, pour former une couche poreuse au moins du côté de la face avant du substrat initial, c) une étape de formation d’une couche superficielle en carbure de silicium amorphe, sur la couche poreuse, d) une étape d’assemblage du substrat initial et du substrat support au niveau de leurs faces avant respectives, menant à l’obtention d’une première structure intermédiaire, e) une étape de traitement thermique appliqué à la première structure intermédiaire, à une température supérieure à 900°C, pour cristalliser la couche superficielle, au moins en partie sous forme de carbure de silicium monocristallin, à partir d’une interface de contact avec la couche poreuse, pour former la couche mince, l’étape e) menant à l’obtention d’une deuxième structure intermédiaire, f) une étape de séparation dans la couche poreuse de la deuxième structure intermédiaire, pour obtenir d’une part la structure composite et d’autre part le reste du substrat initial. Figure à publier avec l’abrégé : Pas de figure PROCEDE DE FABRICATION D’UNE STRUCTURE COMPOSITE COMPRENANT UNE COUCHE MINCE EN SIC MONOCRISTALLIN SUR UN SUBSTRAT SUPPORT EN SIC POLY-CRISTALLIN DOMAINE DE L’INVENTION La présente invention concerne le domaine des matériaux semi-conducteurs pour composants microélectroniques. Elle concerne en particulier un procédé de fabrication d’une structure composite comprenant une couche mince en carbure de silicium monocristallin sur un substrat support en carbure de silicium poly-cristallin. 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. 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. Pour limiter encore les dimensions des dispositifs de puissance sur SiC, il est avantageux de fabriquer des composants verticaux plutôt que latéraux. Pour cela, une conduction électrique verticale, entre une électrode disposée en face avant de la structure SiC et une électrode disposée en face arrière, doit être autorisée par ladite structure. 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). Une solution de transfert de couche mince bien connue est le procédé Smart Cut®, mettant en œuvre une implantation d’ions légers dans un substrat donneur monocristallin, et un assemblage, par collage direct, au niveau d’une interface de collage, sur un substrat support. Le transfert sur le substrat support de la couche mince, issue du substrat donneur, se fait grâce à une fracture le long d’un plan fragile enterré généré par l’implantation d’ions légers. Une autre solution de transfert connue, en particulier pour les substrats silicium, est le procédé Eltran®, qui implique une couche poreuse sur laquelle est crue par épitaxie la couche mince monocristalline, et un assemblage par collage direct sur le substrat support. Le transfert sur le substrat support de la couche mince se fait grâce à une séparation dans la couche poreuse. OBJET DE L’INVENTION La présente invention concerne une solution alternative à celles de l’état de la technique. Elle concerne un procédé de fabrication d’une structure composite comprenant une couche mince en SiC monocristallin disposée sur un substrat support en SiC poly-cristallin. Elle concerne également une structure intermédiaire obtenue au cours dudit procédé de fabrication. BREVE DESCRIPTION DE L’INVENTION L’invention concerne un procédé de fabrication d’une structure composite comprenant une couche mince en carbure de silicium monocristallin disposée sur un substrat support en carbure de silicium poly-cristallin, le procédé comprenant : a) une étape de fourniture d’un substrat initial en carbure de silicium monocristallin, présentant une face avant et une face arrière, et d’un substrat support en carbure de silicium poly-cristallin présentant une face avant et une face arrière, b) une étape de porosification appliquée au substrat initial, pour former une couche poreuse au moins du côté de la face avant du substrat initial, c) une étape de formation d’une couche superficielle en carbure de silicium amorphe, sur la couche poreuse, d) une étape d’assemblage du substrat initial et du substrat support au niveau de leurs faces avant respectives, menant à l’obtention d’une première structure intermédiaire, e) une étape de traitement thermique appliqué à la première structure intermédiaire, à une température supérieure à 900°C, pour cristalliser la couche superficielle, au moins en partie sous forme de carbure de silicium monocristallin, à partir d’une interface de contact avec la couche poreuse, pour former la couche mince, l’étape e) menant à l’obtention d’une deuxième structure intermédiaire, f) une étape de séparation dans la couche poreuse de la deuxième structure intermédiaire, pour obtenir d’une part la structure composite et d’autre part le reste du substrat initial. Selon d’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l’invention, prises seules ou selon toute combinaison techniquement réalisable : à l’issue de l’étape b), la couche poreuse présente une épaisseur comprise entre 0,5μm et 5μm ; à l’issue de l’étape b), la couche poreuse comprend des pores dont la taille est comprise entre 1nm et 50nm, et présente un taux de porosification compris entre 10% et 70% ; à l’issue de l’étape c), la couche superficielle présente une épaisseur inférieure ou égale à 10μm ; à l’issue de l’étape c), la couche superficielle présente une épaisseur inférieure ou égale à 1μm, typiquement de l’ordre de cent à quelques centaines de nanomètres ; l’étape c) comprend le dépôt d’une couche en carbure de silicium amorphe, au moins sur la couche poreuse, pour former la couche superficielle ; la couche en carbure de silicium amorphe déposée est fortement dopée et présente une concentration en espèces dopantes supérieure à 10 19 /cm 3 , voire supérieure à 10 20 /cm 3 ; l’étape d) comprend, préalablement à l’assemblage du substrat initial et du substrat support, la formation d’une couche de collage sur l’un et/ou l’autre des substrats, du côté de leurs faces avant respectives, la couche de collage présentant, après assemblage, une épaisseur totale inférieure ou égale à 10nm ; la couche de collage est composée d’au moins un matériau choisi parmi le silicium, le nickel, le titane et le tungstène ; au cours de l’étape e), une segmentation sous forme de nodule ou une dissolution de la couche de collage autorise un contact direct, au moins localement, entre la couche superficielle et le substrat support ; le traitement thermique de l’étape e) est effectué à une température supérieure ou égale à 1000°C, préférentiellement supérieure ou égale à 1400°C, voire supérieure ou égale à 1850°C ; à l’étape e), la cristallisation de la couche superficielle (12) s’opère au moins en partie sous forme de carbure de silicium poly-cristallin, à partir d’une interface de contact avec le substrat support, pour former une couche intermédiaire ; le procédé comprend, après l’étape f), une étape g) de finition comprenant des traitement(s) mécanique(s) et/ou chimique(s) de la structure composite, pour éliminer des résidus de couche poreuse de la face avant de la couche mince et/ou pour corriger l’uniformité d’épaisseur de la structure composite ; l’étape g) comprend un traitement thermique, appliqué à la structure composite, à une température comprise entre 1000°C et 1900°C, avant ou après les traitements mécanique(s) et/ou chimique(s) ; le procédé comprend une étape de reconditionnement du reste du substrat initial en vue d’une réutilisation en tant que substrat initial pour la fabrication d’une nouvelle structure composite. L’invention concerne également une structure intermédiaire comprenant : - un substrat support en carbure de silicium poly-cristallin, - une couche superficielle en carbure de silicium amorphe, disposée directement en contact ou via une couche de collage, sur le substrat support, du côté de sa face avant, une interface de collage étant présente entre le substrat support et la couche superficielle, - une couche poreuse sur la couche superficielle, - un substrat initial en carbure de silicium monocristallin sur la couche poreuse. 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 une structure composite élaborée selon un procédé de fabrication conforme à l’invention ; Les figures 2a à 2g présentent des étapes d’un procédé de fabrication conforme à l’invention. Les 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. Procédé de fabrication d’une structure composite (100) comprenant une couche mince (1) en carbure de silicium monocristallin disposée sur un substrat support (20) en carbure de silicium poly-cristallin, le procédé comprenant: a) une étape de fourniture d’un substrat initial (10) en carbure de silicium monocristallin, présentant une face avant (10a) et une face arrière (10b), et d’un substrat support (20) en carbure de silicium poly-cristallin présentant une face avant (20a) et une face arrière (20b), b) une étape de porosification appliquée au substrat initial (1), pour former une couche poreuse (11) au moins du côté de la face avant (10a) du substrat initial (10), c ) une étape de formation d’une couche superficielle (12) en carbure de silicium amorphe, sur la couche poreuse (11), d) une étape d’assemblage du substrat initial (10) et du substrat support (20) au niveau de leurs faces avant respectives, menant à l’obtention d’une première structure intermédiaire (30’), e) une étape de traitement thermique appliqué à la première structure intermédiaire (30), à une température supérieure à 900°C, pour cristalliser la couche superficielle (12), au moins en partie sous forme de carbure de silicium monocristallin, à partir d’une interface de contact avec la couche poreuse (11), pour former la couche mince (1), l’étape e) menant à l’obtention d’une deuxième structure intermédiaire (40), f ) une étape de séparation dans la couche poreuse (11) de la deuxième structure intermédiaire (40), pour obtenir d’une part la structure composite (100) et d’autre part le reste (10’) du substrat initial. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, dans lequel, à l’issue de l’étape b), la couche poreuse (11) présente une épaisseur comprise entre 0,5μm et 5μm. Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, à l’issue de l’étape b), la couche poreuse (11) comprend des pores dont la taille est comprise entre 1nm et 50nm, et présente un taux de porosification compris entre 10% et 70%. Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, à l’issue de l’étape c), la couche superficielle (12) présente une épaisseur inférieure ou égale à 10μm. Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, à l’issue de l’étape c), la couche superficielle (12) présente une épaisseur inférieure ou égale à 1μm, typiquement de l’ordre de cent à quelques centaines de nanomètres. Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’étape c) comprend le dépôt d’une couche en carbure de silicium amorphe, au moins sur la couche poreuse (11), pour former la couche superficielle (12). Procédé de fabrication selon la revendication précédente, dans lequel la couche en carbure de silicium amorphe déposée est fortement dopée et présente une concentration en espèces dopantes supérieure à 10 19 /cm 3 , voire supérieure à 10 20 /cm 3 . Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’étape d) comprend, préalablement à l’assemblage du substrat initial (10) et du substrat support (20), la formation d’une couche de collage sur l’un et/ou l’autre des substrats, du côté de leurs faces avant respectives, la couche de collage présentant, après assemblage, une épaisseur totale inférieure ou égale à 10nm. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, dans lequel la couche de collage est composée d’au moins un matériau choisi parmi le silicium, le nickel, le titane et le tungstène. Procédé de fabrication selon l’une des deux revendications précédentes, dans lequel, au cours de l’étape e), une segmentation sous forme de nodule ou une dissolution de la couche de collage autorise un contact direct, au moins localement, entre la couche superficielle (12) et le substrat support (20). Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, le traitement thermique de l’étape e) est effectué à une température supérieure ou égale à 1000°C, préférentiellement supérieure ou égale à 1400°C, voire supérieure ou égale à 1850°C. Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, à l’étape e), la cristallisation de la couche superficielle (12) s’opère au moins en partie sous forme de carbure de silicium poly-cristallin, à partir d’une interface de contact avec le substrat support (20), pour former une couche intermédiaire (22). Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, comprenant, après l’étape f), une étape g) de finition comprenant des traitement(s) mécanique(s) et/ou chimique(s) de la structure composite (100), pour éliminer des résidus (11r) de couche poreuse (11) de la face avant (1a) de la couche mince (1) et/ou pour corriger l’uniformité d’épaisseur de la structure composite (100). Procédé de fabrication selon la revendication précédente, dans lequel l’étape g) comprend un traitement thermique, appliqué à la structure composite (100), à une température comprise entre 1000°C et 1900°C, avant ou après les traitements mécanique(s) et/ou chimique(s). Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, comprenant une étape de reconditionnement du reste (10’) du substrat initial en vue d’une réutilisation en tant que substrat initial (10) pour la fabrication d’une nouvelle structure composite (100). Structure intermédiaire (30’) comprenant : - un substrat support (20) en carbure de silicium poly-cristallin, - une couche superficielle (21,12) en carbure de silicium amorphe, disposée directement en contact ou via une couche de collage, sur le substrat support (20), du côté de sa face avant (20a), une interface de collage (3’) étant présente entre le substrat support (20) et la couche superficielle (12), - une couche poreuse (11) sur la couche superficielle (12), - un substrat initial (10) en carbure de silicium monocristallin sur la couche poreuse (11).