INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Pour les barres 53B, 54B, 55B, 56B, 57B et 58B, une couche protectrice en carbone a été déposée sur une surface en SiC monocristallin selon les conditions du tableau 1, et un recuit à 1700°C a été réalisé. Les recuits ont une durée comprise entre 30 et 60 minutes. Par la suite, la couche en carbone a été retirée pour la mesure du RMS. Pour tous les échantillons, la rugosité est inférieure à 2 nm RMS.
Pour les barres 53C, 54C, 55C, 56C, 57C et 58C, une couche protectrice en carbone a été déposée sur une surface en SiC monocristallin selon les conditions de la table 1, et un recuit à 1800°C a été réalisé. Par la suite, la couche en carbone a été retiré pour la mesure du RMS. Pour tous les échantillons, la rugosité est inférieure à 5 nm RMS.
On observe donc une considérable réduction de la formation de terrasses pour toutes les couches de carbone déposées. Les résultats les plus favorables ont été obtenus pour les échantillons 58A – 58C pour lesquelles la durée du dépôt de la couche carbonée est de 30 minutes, qui est supérieure à la durée de formation des autres couches protectrices. Selon les besoins de réduction du step bunching, la durée du procédé et la température du recuit envisagée et la durée du recuit nécessaire, on peut ajuster les paramètres du dépôt de la couche protectrice afin de réduire au mieux l’apparition de terrasses sans inutilement prolonger le procédé.
Dans un autre exemple, on transfère une couche de GaN sur un substrat support tel qu’un substrat en carbure de silicium polycristallin, nitrure d’aluminium polycristallin ou un autre substrat support semiconducteur. On procède au dépôt d’une couche de protection en carbone par un procédé tel que décrit ci-dessus sur la surface libre de la couche de GaN. La formation de billes de gallium étant susceptible d’intervenir à partir d’une température de 850°C sous une atmosphère d’azote à pression atmosphérique, le dépôt de la couche de carbone est, par exemple, réalisé à une température inférieure à 800°C. Toutefois, des dépôts à plus haute température sont également susceptibles d’être réalisés dans certaines circonstances, par exemple si une pression partielle de gallium élevée limite l’apparition de billes de gallium.
On peut ensuite réaliser un traitement thermique pour l’activation des dopants présents dans la couche de GaN et/ou pour renforcer le collage suite au transfert de la couche de GaN. Pendant le traitement thermique, la surface du GaN est protégée contre la formation de terrasses et la formation de billes de gallium.
On procède ensuite au retrait de la couche de carbone par gravure ionique réactive ou par gravure au plasma et/ou par un polissage mécano-chimique.
Présentation du four Afin de rendre un procédé de traitement d’une pluralité de substrats efficace et rapide, on utilise de préférence un four de recuit pouvant traiter simultanément un maximum de substrats dans des conditions identiques. Un tel four est classiquement appelé four de « batch anneal » dans le domaine de la microélectronique.
La illustre le principe du moteur d’apprentissage ou réseau d’apprentissage conjoint RC qui se compose d’un premier moteur d’apprentissage automatique du flux optique RFO de paramètres θ et d’un second moteur d’apprentissage automatique des différences d’intensité RDI de paramètres θ c . Chacun des deux moteurs d’apprentissage peut être implémenté au moyen d’un ou plusieurs réseaux de neurones, par exemple un réseau de neurones convolutionnels ou un réseau de type « transformer », par exemple en utilisant des architectures de réseaux de neurones de types RAFT, GMA ou SCV telles que décrites dans les références [2], [3] ou [4]. En particulier l’architecture de la figure 7 de l’annexe A du document [2] peut être utilisée.
En particulier, le second moteur d’apprentissage RDI peut être mis en œuvre au moyen d’un encodeur et d’un suréchantillonneur tels que décrit dans l’architecture RAFT [2]. L’architecture peut comprendre un ou plusieurs réseaux de neurones convolutionnels.
La représente, sur un schéma, un exemple non limitatif d’architecture du second moteur d’apprentissage RDI.
Selon cet exemple, le moteur d’apprentissage RDI comporte un encodeur ENC suivi d’un module de génération d’une carte de corrections COR et d’un module de suréchantillonnage SUR.
L’encodeur ENC est composé de plusieurs couches de réseaux de neurones artificiels en série. Chaque couche de convolution est suivie d’une couche de normalisation d’instance (« instance normalization » en anglais). En entrée de l’encodeur, une première couche 501 de convolution reçoit en entrée des images concaténées à une résolution donnée HxW avec 3 canaux RGB pour la première image, 3 canaux RGB pour la seconde image et, optionnellement, 1 canal pour la carte d’occultation, soit 6 ou 7 canaux au total. Sur cet exemple, la première couche 501 utilise un noyau de convolution de taille 7x7 avec un paramètre de décalage ou « stride » en anglais égal à 2 afin d’augmenter la taille du champ récepteur des neurones des couches suivantes tout en diminuant le coût de calcul. La première couche 501 fourni 64 canaux en sortie correspondant à des caractéristiques ou « features » en anglais. Plusieurs unités résiduelles 502-507 sont ensuite disposées en série. Chaque unité résiduelle est constituée de deux couches de convolution de dimension 3x3 avec différents paramètres de décalage (ou « stride » en anglais).
Plus précisément, les unités résiduelles 502, 503, 505, 507 sont composées de deux couches de convolution utilisant un noyau de convolution de taille 3x3, un paramètre de décalage égal à 1 et autant de canaux en entrée qu’en sortie. Le nombre de canaux d’entrée et de sortie sont identifiés sur la pour chaque unité résiduelle. Les unités 502 et 503 reçoivent 64 canaux en entrée et en produisent 64 en sortie. L’unité 505 reçoit 96 canaux en entrée et en produit 96 en sortie. L’unité 507 reçoit 128 canaux en entrée et en produit 128 en sortie. En plus, l’entrée de la première couche est sommée avec la sortie de la deuxième couche.
Les unités résiduelles 504 et 506 sont composées de deux couches de convolution utilisant un noyau de convolution de taille 3x3. La première couche utilise un paramètre de décalage égal à 2 et renvoie davantage de canaux en sortie qu’elle n’en reçoit en entrée alors que la seconde couche a un paramètre de décalage égal à 1 et autant de canaux en entrée qu’en sortie. Le nombre de canaux d’entrée et de sortie sont identifiés sur la pour chaque unité résiduelle. L’unité 504 reçoit 64 canaux en entrée et en produit 96 en sortie. L’unité 506 reçoit 96 canaux en entrée et en produit 128 en sortie. En plus, la sortie de la deuxième couche est sommée avec l’entrée de la première couche à laquelle on a appliqué une autre couche de convolution utilisant un noyau de convolution de taille 1x1 et un paramètre de décalage égal à 2. Afin de sommer des données de même dimension, le nombre de canaux en entrée et en sortie de cette couche est le même que celui de l’unité résiduelle dans laquelle il se trouve.
L’architecture de la permet de réduire la dimensionnalité des données en entrée ainsi coût du fait de l’application du paramètre de décalage égal à 2 pour 3 couches de convolution, diminuant ainsi le coût de calcul. De ce fait la dernière couche de convolution 508 (qui reçoit 128 canaux en entrée, produit 256 canaux en sortie et utilise un noyau de convolution de taille 1x1 et un paramètre de décalage de 1) génère des données de dimension H/8xW/8, c’est-à-dire diminuées d’un facteur 8 en hauteur et en largeur par rapport à la dimension des images d’entrée.
Pour revenir à une carte de correction d’intensité applicable à une image à la résolution HxW, un module de suréchantillonnage SUR est appliqué pour générer des coefficients de suréchantillonnage. Il est composé d’une première couche de convolution avec une fonction d’activation Relu, 256 canaux d’entrée, 256 canaux de sortie et utilisant un noyau de convolution de dimension 3x3 avec un paramètre de décalage égal à 1, suivi d’une seconde couche de convolution avec une fonction d’activation SoftMax, 256 canaux d’entrée, 8x8x9 canaux de sortie et utilisant un noyau de convolution de dimension 1x1 avec un paramètre de décalage égal à 1. Le nombre de canaux de sortie correspond aux 64 pondérations à appliquer aux valeurs des pixels de la carte de correction d’intensité dans un voisinage de taille 3x3 pixels afin de suréchantillonner chaque pixel de cette carte en 8x8 nouveaux pixels.
Le module COR permet quant à lui de générer une carte de corrections d’intensité de dimension H/8xW/8x3. Il est composé d’une première couche de convolution avec une fonction d’activation Relu, 256 canaux d’entrée, 256 canaux de sortie et utilisant un noyau de convolution de dimension 3x3 avec un paramètre de décalage égal à 1, suivi d’une seconde couche de convolution avec une fonction d’activation tangente hyperbolique, 256 canaux d’entrée, 3 canaux de sortie et utilisant un noyau de convolution de dimension 1x1 avec un paramètre de décalage égal à 1. La fonction tangente hyperbolique est choisie à la place de la fonction ReLU pour pouvoir générer des valeurs positives ou négatives de correction d’intensité dans toute la plage des valeurs d’intensité que peuvent prendre les pixels.
La sortie du module COR correspond aux valeurs de correction d’intensité pour une image RGB (3 canaux) de taille H/8xW/8. Pour obtenir les valeurs de corrections pour l’image à la dimension HxW, chaque pixel de la carte en sortie du module COR doit être transformé en 8x8 pixels. On applique pour cela à la sortie du module COR, les coefficients de pondération obtenus en sortie du module SUR. Plus précisément, chaque valeur de la carte de correction finale est égale à une somme pondérée sur un voisinage 3x3 des valeurs de la carte sous-échantillonnée par les coefficients de suréchantillonnage.
L’exemple d’architecture donnée à la est fourni à titre illustratif et non limitatif. Par exemple, si tous les paramètres de décalage (stride) sont pris égaux à 1 dans l’encodeur, le module de suréchantillonnage SUR est rendu optionnel. De façon générale, tout modèle d’intelligence artificielle, en particulier utilisant un ou plusieurs réseaux de neurones convolutionnels ou « transformers » peut être utilisé pour implémenté les réseaux d’apprentissage RFO et RDI.
Le premier réseau d’apprentissage RFO reçoit en entrée un couple d’images (I 1 ,I 2 ) composé de deux images successives d’une séquence d’images et apprend la fonction F 1 qui correspond au flux optique permettant de passer de I 1 vers I 2 .
Le second réseau d’apprentissage RDI reçoit en entrée l’image I 1 et l’image reconstruite en appliquant la fonction F 1 estimée par le premier réseau RFO à la seconde image I 2 pour la déformer (via une fonction de déformation DEF) afin d’obtenir une version reconstruite de la première image. La fonction de déformation DEF consiste à déplacer les pixels de I 2 selon le flux optique défini par F 1 . Optionnellement, le second réseau RDI reçoit également en entrée une carte des occultations O 1 qui est un masque binaire qui vaut 1 pour chaque pixel appartenant à un point d’observation qui est visible à la fois dans I 1 et dans I 2 et qui vaut 0 si il n’est visible que dans l’image I 1 . La carte des occultations permet de prendre en compte dans l’optimisation les occultations d’un objet par un autre qui interviennent entre les deux images. Le second réseau RDI apprend la carte de corrections d’intensité C 1 de dimensions (H,W,C) qui contient les valeurs à appliquer pour compenser les changements d’intensité de I 1 vers I 2 pour les pixels visibles dans les deux images. Il s’agit ici d’estimer les changements d’intensité entre deux pixels correspondant aux mêmes points d’intérêt dans les deux images.
Le schéma de principe du réseau d’apprentissage conjoint RC est applicable pour estimer F 1 et C 1 dans le sens temporel direct mais aussi pour estimer F 2 et C 2 dans le sens inverse, il suffit alors d’inverser l’ordre des images I 1 ,I 2 en entrée des deux réseaux.
Une première possibilité pour calculer la fonction d’erreur photométrique consiste à estimer une erreur entre I 1 +C 1 et par exemple au moyen de l’équation (2) :
La couche de carbone est stable au moins jusqu’à une température de 2000°C et permet de limiter la formation de terrasses pendant que le substrat est exposé à une température supérieure à la température de formation de terrasses.
Etapes à haute température nécessitant la couche protectrice
Après la formation de la couche de carbone, on peut procéder à d’autres étapes à réaliser sur le substrat à une température supérieure à la température de formation de terrasses. De telles étapes sont par exemple des recuits afin de guérir des défauts dans la maille cristalline provoqués pendant une implantation d’espèces ioniques, pour modifier la structure cristalline du substrat, ou pour l’activation de dopants. Pendant ces étapes, la surface du matériau semiconducteur monocristallin est protégée par la couche de carbone et la formation de terrasses sur ladite surface est évitée. Les étapes de recuit sont effectuées à des températures comprises entre 1300°C et 2000°C, typiquement supérieures à 1700°C.
Retrait de la couche protectrice A la fin des étapes de recuit, on baisse la température à une température inférieure à la température de formation de terrasses, c’est-à-dire inférieure à 1300°C. Avantageusement, on baisse la température jusqu’à 900°C pour l’ablation de la couche de carbone. On peut ensuite retirer la couche de carbone car la température est suffisamment basse pour qu’aucune formation de terrasses ne se produise sur la surface du matériau semiconducteur. La faible épaisseur de la couche de carbone favorise un retrait rapide et sans résidus sur le substrat.
Le retrait de la couche en carbone peut être réalisé par un plasma réactif, par exemple un plasma d’oxygène selon la réaction :
C(solide)+O2(gazeux) CO 2 (gazeux)
Dans certains cas, le retrait peut être effectué dans la même chambre de dépôt que celui dans lequel les étapes de formation de la couche protectrice en carbone et/ou les étapes à haute température ont été réalisées. Cependant, si des éléments de la chambre de dépôt sont en graphite non-protégé ou d’autres matériaux pouvant être endommagés par un contact avec le plasma réactif, il est préférable de réaliser un transfert du substrat vers une autre enceinte pour le retrait de la couche en carbone.
De manière alternative, la couche de carbone peut être retirée par gravure ionique réactive (RIE, acronyme du terme anglo-saxon « Reactive Ion Etching »), par exemple par des ions d’oxygène ou d’un mélange d’oxygène et d’hexafluorure de soufre.
Dans certains cas, la couche de carbone est retirée pendant une étape de finition du substrat, par exemple une étape de polissage mécanique, sans étape de retrait spécifique.
Afin de retirer d’éventuels résidus de carbone et/ou d’assurer une bonne qualité de la surface du matériau semiconducteur monocristallin, une étape de polissage mécano-chimique adapté peut être effectuée après le retrait de la couche de carbone.
A l’issue de cette étape, en référence à la , le substrat 11 est finalisé et la couche de carbone est retirée. On peut maintenant utiliser le substrat 11 et la surface libre du matériau semiconducteur monocristallin pour la croissance par épitaxie d’une couche d’un matériau semiconducteur monocristallin (identique ou différent de celui du substrat 11) et/ou la fabrication d’un composant électronique de puissance ou radiofréquence.
Déroulement d’un procédé de fabrication d’une structure semiconductrice
On va maintenant décrire un procédé de fabrication d’une structure semiconductrice pour applications électroniques, présentant une surface en carbure de silicium monocristallin.
On met à disposition un substrat donneur 220 en carbure de silicium monocristallin à partir duquel la couche superficielle en carbure de silicium monocristallin sera formée. En référence à la , comme schématisé par les flèches, on met en œuvre une implantation d’espèces ioniques, telles que de l’hydrogène et/ou de l’hélium, de sorte à former une zone de fragilisation 21 dans le substrat donneur 220. Ladite zone de fragilisation 21 définit une couche 20 en carbure de silicium monocristallin à transférer.
En référence à la , on colle le substrat donneur 220 ainsi implanté sur un substrat de base 11. Le substrat donneur peut être collé directement sur le substrat de base comme illustré sur la , ou via une ou plusieurs couches intermédiaires qui peuvent être agencées sur le substrat donneur et/ou sur le substrat de base avant le collage (non représenté).
En référence à la , on détache ensuite le substrat donneur 220 le long de la zone de fragilisation 21, ce qui conduit au transfert de la couche en carbure de silicium monocristallin sur le substrat de base 11, formant ainsi le substrat support 10 tel que représenté sur la . La portion détachée 221 du substrat donneur peut être réutilisée pour le transfert d’autres couches de carbure de silicium monocristallin sur d’autres substrats de base.
On réalise par la suite un procédé de traitement, comprenant successivement une étape de stabilisation de la surface par la formation d’une couche protectrice en carbone, un recuit à haute température destiné à guérir les défauts créés dans la couche de carbure de silicium monocristallin lors de l’implantation des espèces ioniques, et le retrait subséquent de la couche protectrice de carbone.
Dans certains modes de réalisation, le procédé de traitement d’un substrat présentant une surface en carbure de silicium monocristallin est réalisé dans un seul four de recuit. Dans ce cas, le dépôt de la couche en carbone est également réalisé dans le four de recuit. Ainsi, on évite un transfert d’une chambre de dépôt dédiée au dépôt de la couche protectrice vers un four de recuit pendant le procédé en cours, et ainsi obtenir un procédé plus simple, plus rapide et sans risque de contamination du substrat.
La illustre un profil de température pour un tel procédé dans un four de recuit en fonction du temps écoulé. On peut distinguer trois séquences principales du procédé qui correspondent à la formation d’une couche protectrice en carbone (S1), un recuit à haute température (S2), c’est-à-dire au-dessus de la température à laquelle la formation de terrasses débute, et une étape de retrait de la couche protectrice (S3).
Le gaz injecté en haut du four est évacué sous un flux du gaz porteur est évacué par le bas du four pendant toutes les séquences du procédé.
La première séquence S1 commence à un temps t0. Le substrat se trouve à température ambiante qui est typiquement d’environ 20°C ou à une température inférieure à la température de formation de terrasses. On introduit le substrat dans la chambre de dépôt. On commence à chauffer le substrat à une température T1 de dépôt de la couche de carbone. La température de dépôt T1 est comprise entre 1000°C et 1200°C. Ainsi, T1 est inférieure à la température de début de formation de terrasses qui est d’environ 1300°C à une pression de 101 kPa (1 atm).
On maintient la température de dépôt T1 constante et procède au dépôt de la couche de carbone. Pendant ce temps, la pression dans le four est maintenue à 80 kPa (800 mbar) ou 100 kPa (1 bar).
La durée de la formation de la couche de carbone est typiquement comprise entre 10 et 30 minutes. Le débit du propane injecté pour obtenir du gaz carboné dépend du volume de la chambre et est par exemple d’environ 10 sccm. Ces paramètres peuvent être ajustés pour obtenir une couche de carbone avec une épaisseur et une homogénéité souhaitées adaptées pour une protection optimale pendant la séquence suivante, et pendant un temps suffisamment court pour optimiser le procédé en termes de durée et de coût.
Le dépôt de la couche de carbone commence à un temps t1.
Dans certains cas (non illustrés), le dépôt de la couche de carbone est suivi d’une étape d’épaississement de la couche de carbone à une température supérieure à T1. L’étape S1 comprend ainsi plusieurs paliers de températures différentes. L’utilisation d’un premier palier permet d’obtenir une couche de protection à une température à laquelle la formation de terrasses est très réduite et donc négligeable. L’utilisation d’un deuxième palier à une température plus élevée permet d’obtenir une croissance plus rapide pour épaissir la couche de carbone.
L’alimentation en gaz carboné est arrêtée à la fin de la séquence S1. Les résidus du gaz carboné sont évacués sous le flux du gaz porteur.
Quand le dépôt de la couche de carbone est achevé à un temps t2, on procède à la deuxième séquence S2. La deuxième séquence S2 comprend un échauffement à partir de la température de dépôt T1 à une température de recuit T2 et un plateau de température d’une durée qui est typiquement comprise entre 30 et 120 min. La température de recuit T2 et la durée du traitement sont choisies en fonction de l’état et du substrat avant le procédé en cours, et de la structure cristalline du substrat envisagée. Typiquement, le recuit est réalisé à une température T2 comprise entre 1600°C et 2000°C.
A la fin de la séquence S2, le substrat est refroidi pour conserver les propriétés cristallines obtenues lors du recuit. A un temps t3, le substrat atteint une troisième température T3 de 900°C.
On procède ensuite à la troisième séquence S3 pendant laquelle la couche protectrice en carbone est retirée par oxydation, comme décrit précédemment. Pendant cette étape, la température T3 = 900°C est maintenue constante. La durée du retrait et typiquement comprise entre 10 et 120s à un taux de taux de décapage d’environ 100nm par minute. La durée totale de la séquence S3 comprend également une stabilisation du four et est comprise entre 5 et 60 min. Quand, au temps t4, la couche de carbone est complètement retirée, on refroidit le substrat afin de le retirer du four.
De manière alternative, le dépôt de la couche protectrice peut être effectué dans une enceinte de dépôt chimique en phase vapeur. Dans ce cas, on ajoute une étape de transfert de l’enceinte de dépôt vers le four de recuit de substrats au moment t2. Cette étape implique typiquement un refroidissement du substrat et un réchauffement subséquent.
Dans certains modes de réalisation, quand des éléments du four de recuit ne doivent pas être exposés à une atmosphère d’oxygène, on ajoute une étape de transfert du four de recuit vers une enceinte de retrait de la couche protectrice. L’enceinte de retrait peut être adapté au retrait de la couche par gravure ionique réactive ou par gravure au plasma. Une telle étape implique un refroidissement du substrat à t3 et un réchauffement à la température de retrait en début de la séquence S3.
Quand le procédé de traitement du substrat comprend une étape de transfert, les différentes séquences peuvent être réalisées séparément dans le temps.
Il faut enfin diviser ce résultat par le nombre total de pixels.
Cela donne l’erreur d’intensité globale normalisée entre 0 et 1.
On a, si : est proche de 0 : les images sont très corrélées,
est proche de 1 : les images ont très peu de points communs.
En effet, si l’image initiale I 0 et l’image courante I n sont complètement décorrélées, donc sans point commun, l’unité de traitement 22 ne peut pas estimer de manière fiable les coordonnées u x , u y du point U dans le repère R 2 .
Le seuil de fiabilité prédéfini est par exemple égal à 40%.
L’unité de traitement 22 considère que l’image initiale I 0 et l’image courante I n ne sont pas suffisamment proches si l’erreur est supérieure au seuil de fiabilité prédéfini de 40% par exemple, ce qui peut se traduire par le fait que l’image initiale I0 et l’image courante I n se chevauchent à 60 %.
Dans ce cas, l’unité de traitement 22 n’ajuste pas les paramètres audio mais avertit uniquement l’utilisateur du déplacement.
Si le critère de fiabilité est vérifié, l’unité de traitement 22 ajuste les paramètres audio de sorte que la restitution sonore est à nouveau optimisée dans la position d’écoute optimale initiale U.
L’action corrective consiste donc à ajuster les paramètres audio de sorte que la restitution sonore est à nouveau optimisée dans la position d’écoute optimale initiale U. L’ajustement automatique des paramètres audio en fonction du déplacement du boîtier décodeur 11 peut se faire de plusieurs manières.