Brevet FR3127627A1 — publié le 20230331

L’invention concerne un procédé de fabrication d’une structure composite comprenant une couche mince en carbure de silicium monocristallin (c-SiC) disposée sur un substrat support en carbure de silicium poly-cristallin (p-SiC), le procédé comprenant: a) une étape de fourniture d’un substrat initial en c-SiC, b) une première étape de dépôt à une température supérieure à 1100°C pour former une première couche en p-SiC sur une face avant du substrat initial, la première couche présentant une épaisseur inférieure à 1μm et une concentration en dopants supérieure à 10 19 /cm 3 , c) une étape d’implantation ionique d’espèces légères à travers la première couche, pour former un plan fragile enterré dans le substrat initial, délimitant la couche mince entre ledit plan fragile enterré et la face avant du substrat initial, d) une deuxième étape de dépôt à une température inférieure à 900°C pour former une deuxième couche en SiC amorphe et/ou poly-cristallin sur la première couche, la deuxième couche présentant une épaisseur supérieure ou égale à 10μm et une concentration en dopants du même type que ceux de la première couche, supérieure à 10 19 /cm 3 , e) une troisième étape de dépôt à une température supérieure à 1000°C pour former une troisième couche p-SiC sur la deuxième couche, les première, deuxième et troisième couches formant le substrat support, une séparation le long du plan fragile enterré s’opérant au cours de la troisième étape de dépôt. Figure à publier avec l’abrégé : Pas de figure PROCÉDÉ DE FABRICATION D’UNE STRUCTURE COMPOSITE COMPRENANT UNE COUCHE MINCE EN SIC MONOCRISTALLIN SUR UN SUBSTRAT SUPPORT EN SIC POLYCRISTALLIN 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, et procurant une bonne conduction électrique verticale entre la couche mince et le substrat support. ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION 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 destinés à l’industrie microélectronique restant chers et difficiles à approvisionner en grande taille, il est avantageux de recourir à des solutions de transfert de couches minces, pour élaborer des structures composites comprenant typiquement une couche mince en SiC monocristallin sur un substrat support plus bas coût. Une solution de transfert de couche mince bien connu est le procédé Smart Cut TM , basé sur une implantation d’ions légers et sur un assemblage par collage direct. Un tel procédé permet par exemple de fabriquer une structure composite comprenant une couche mince en SiC monocristallin (c-SiC), prélevée d’un substrat donneur en c-SiC, en contact direct avec un substrat support en SiC poly-cristallin (p-SiC), et autorisant une conduction électrique verticale. Il reste néanmoins difficile de réaliser un collage direct par adhésion moléculaire de bonne qualité entre deux substrats c-SiC et p-SiC, car la gestion de la rugosité et de l’état de surface desdits substrats est complexe, sans compter que le c-SiC et le p-SiC sont susceptibles de présenter des polytypes différents. Différentes méthodes dérivées de ce procédé sont également connues de l’état de la technique. Par exemple, F.Mu et al (ECS Transactions, 86 (5) 3-21, 2018) mettent en œuvre un collage direct, après activation des surfaces à assembler par bombardement d’argon (SAB pour « Surface Activation Bonding ») : un tel traitement préalable au collage génère une très forte densité de liaisons pendantes, lesquelles favorisent la formation de liaisons covalentes à l’interface d’assemblage, et donc une forte énergie de collage. Cette méthode présente néanmoins l’inconvénient de générer une couche amorphe, à la surface du substrat donneur en SiC monocristallin, qui impacte défavorablement la conduction électrique verticale entre la couche mince en c-SiC et le substrat support en p-SiC. Des solutions ont été proposées pour résoudre ce problème, en particulier dans le document EP3168862, mettant en œuvre une implantation d’espèces dopantes dans ladite couche amorphe, pour restaurer ses propriétés électriques. L’inconvénient principal de cette approche est sa complexité et donc son coût. On connaît par ailleurs le document WO2021/019137, qui décrit un procédé de fabrication d’une structure composite comportant une couche mince en carbure de silicium monocristallin disposée sur un substrat support en carbure de silicium poly-cristallin, le procédé comprenant : - une étape de fourniture d’un substrat initial en carbure de silicium monocristallin, - une première étape de dépôt à une température supérieure à 1000°C pour former une couche intermédiaire en carbure de silicium poly-cristallin sur le substrat initial, la couche intermédiaire présentant une épaisseur supérieure ou égale à 1,5 microns, - une étape d’implantation ionique d’espèces légères à travers la couche intermédiaire, pour former un plan fragile enterré dans le substrat initial, délimitant la couche mince entre ledit plan fragile enterré et la couche intermédiaire, - une deuxième étape de dépôt à une température supérieure à 1000°C pour former une couche additionnelle en carbure de silicium poly-cristallin sur la couche intermédiaire, ladite couche intermédiaire et la couche additionnelle formant le substrat support. Une séparation le long du plan fragile enterré s’opère au cours de la deuxième étape de dépôt, menant à l’obtention de la structure composite. Cependant, l’implantation ionique à travers une couche intermédiaire en p-SiC épaisse demeure relativement complexe et couteuse car elle implique des énergies et doses d’implantation éloignées des standards. OBJET DE L’INVENTION La présente invention concerne une solution alternative à celles de l’état de la technique, et vise à remédier à tout ou partie des inconvénients précités. Elle concerne en particulier un procédé de fabrication d’une structure composite comprenant une couche mince en c-SiC disposée sur un substrat support en p-SiC, et procurant une excellente conduction électrique verticale entre la couche mince et le substrat support. 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, b) une première étape de dépôt à une température supérieure à 1100°C pour former une première couche en carbure de silicium poly-cristallin sur une face avant du substrat initial, la première couche présentant une épaisseur inférieure à 1μm et une concentration en dopants supérieure à 10 19 /cm 3 , c) une étape d’implantation ionique d’espèces légères à travers la première couche, pour former un plan fragile enterré dans le substrat initial, délimitant la couche mince entre ledit plan fragile enterré et la face avant du substrat initial, d) une deuxième étape de dépôt à une température inférieure à 900°C pour former une deuxième couche en carbure de silicium amorphe et/ou poly-cristallin sur la première couche, la deuxième couche présentant une épaisseur supérieure ou égale à 10μm et une concentration en dopants du même type que ceux de la première couche, supérieure à 10 19 /cm 3 , e) une troisième étape de dépôt à une température supérieure à 1000°C pour former une troisième couche en carbure de silicium poly-cristallin sur la deuxième couche, les première, deuxième et troisième couches formant le substrat support, une séparation le long du plan fragile enterré s’opérant au cours de la troisième étape de dépôt. Selon d’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l’invention, prises seules ou selon toute combinaison techniquement réalisable : la première étape de dépôt et la troisième étape de dépôt sont réalisées par dépôt chimique en phase vapeur, à une température comprise entre 1100°C et 1600°C, préférentiellement comprise entre 1200°C et 1600°C, encore préférentiellement comprise entre 1200°C et 1400°C ; la première couche présente une concentration en dopants supérieure à 5.10 19 /cm 3 ; à l’issue de la première étape de dépôt, la première couche présente une épaisseur comprise entre 50nm et 500nm, voire entre 50nm et 200nm ; le procédé de fabrication comprend, avant la première étape de dépôt, une étape de préparation du substrat initial comportant au moins une désoxydation d’une face avant dudit substrat initial ; le procédé de fabrication comprend, avant l’étape b), une étape a’) de formation d’une couche intermédiaire sur la face avant du substrat initial pour favoriser la conduction électrique, la première couche étant ensuite formée sur ladite couche intermédiaire au cours de l’étape b) ; la couche intermédiaire est en silicium ; la troisième couche formée à l’étape e) présente une épaisseur supérieure ou égale à 100μm et une concentration en dopants supérieure à 10 19 /cm 3 , au moins sur ses cents premiers microns d’épaisseur. 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, 2b, 2c, 2d, 2e, 2e’ et 2f 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 respectées sur les figures. Procédé de fabrication d’une structure composite (1) comprenant une couche mince (10) 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 (11) en carbure de silicium monocristallin, b) une première étape de dépôt à une température supérieure à 1100°C pour former une première couche (21) en carbure de silicium poly-cristallin sur une face avant (11a) du substrat initial (11), la première couche (21) présentant une épaisseur inférieure à 1μm et une concentration en dopants supérieure à 10 19 /cm 3 , c) une étape d’implantation ionique d’espèces légères à travers la première couche (21), pour former un plan fragile enterré (12) dans le substrat initial (11), délimitant la couche mince (10) entre ledit plan fragile enterré (12) et la face avant du substrat initial (11), d) une deuxième étape de dépôt à une température inférieure à 900°C pour former une deuxième couche (22) en carbure de silicium amorphe et/ou poly-cristallin sur la première couche (21), la deuxième couche (22) présentant une épaisseur supérieure ou égale à 10μm et une concentration en dopants du même type que ceux de la première couche (21), supérieure à 10 19 /cm 3 , e) une troisième étape de dépôt à une température supérieure à 1000°C pour former une troisième couche (23) en carbure de silicium poly-cristallin sur la deuxième couche (22), les première (21), deuxième (22) et troisième (23) couches formant le substrat support (20), une séparation le long du plan fragile enterré (12) s’opérant au cours de la troisième étape de dépôt. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, dans lequel la première étape de dépôt et la troisième étape de dépôt sont réalisées par dépôt chimique en phase vapeur, à une température comprise entre 1100°C et 1600°C, préférentiellement comprise entre 1200°C et 1600°C, encore préférentiellement comprise entre 1200°C et 1400°C. Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, la première couche (21) présente une concentration en dopants supérieure à 5.10 19 /cm 3 . Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, à l’issue de la première étape de dépôt, la première couche (21) présente une épaisseur comprise entre 50nm et 500nm, voire entre 50nm et 200nm. Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, comprenant, avant la première étape de dépôt, une étape de préparation du substrat initial (11) comportant au moins une désoxydation d’une face avant dudit substrat initial (11). Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, comprenant avant l’étape b), une étape a’) de formation d’une couche intermédiaire sur la face avant du substrat initial (11) pour favoriser la conduction électrique, la première couche (21) étant ensuite formée sur ladite couche intermédiaire au cours de l’étape b). Procédé de fabrication selon la revendication précédente, dans lequel la couche intermédiaire est en silicium. Procédé de fabrication selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la troisième couche (23) formée à l’étape e) présente une épaisseur supérieure ou égale à 100μm et une concentration en dopants supérieure à 10 19 /cm 3 , au moins sur ses cents premiers microns d’épaisseur.