FR2857982A1 - Procede de fabrication d'une couche epitaxiee - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'une couche épitaxiée (6).Ce procédé est remarquable en ce qu'il comprend les étapes suivantes consistant à :a) effectuer une implantation d'espèces atomiques à l'intérieur d'un substrat support (1), de façon à y définir une zone de fragilisation (12) qui délimite une couche mince de support (13) du reste (11) de ce substrat,b) faire croître ladite couche épitaxiée (6) par une épitaxie effectuée soit directement sur ladite couche mince de support (13), soit sur une couche intercalaire (5, 23, 31, 32) reportée sur celle-ci,c) détacher ledit reste (11) de la couche mince de support (13), le long de la zone de fragilisation (12), par un apport volontaire d'énergie extérieure.Application dans les domaines de l'optique, l'optoélectronique ou l'électronique.

Description

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une couche

épitaxiée, c'est-à-dire obtenu par épitaxie, destinée notamment à des

applications dans les domaines de l'optique, l'optoélectronique ou l'électronique.

Certains matériaux, par exemple le silicium, dont les propriétés sont 5 particulièrement intéressantes dans les domaines précités, peuvent être obtenus en grande quantité et avec une excellente qualité par des techniques de tirage de lingots bien connues de l'homme du métier.

Les lingots ainsi obtenus sont ensuite aisément découpés en tranches qui après un grand nombre d'étapes de mise en forme deviennent des substrats 10 utilisés par exemple pour la réalisation de circuits intégrés.

D'autres matériaux, tels l'arséniure de gallium, le nitrure de gallium, le phosphure d'indium, le germanium ou le carbure de silicium suscitent également l'intérêt. Toutefois, tous ces matériaux ne peuvent pas forcément être obtenus par tirage de lingots avec une bonne qualité cristalline. De plus, il n'est pas toujours 15 possible de fabriquer des substrats à partir de ces lingots pour des raisons de coûts trop élevés ou de mise en oeuvre trop complexe du procédé.

Ainsi à titre d'exemple, à l'heure actuelle, il n'existe pas de procédé de fabrication de lingots de nitrure de gallium (GaN), à un stade de développement industriel.

Le document "Bulk and homoepitaxial GaN growth and characterisation", Porowski-S, Journal of Crystal Growth, vol 189-190, Juin 1998, p 153-158, décrit un procédé de croissance de lingot de GaN monocristallin en phase liquide, sous une pression de 12 à 20 kbars (12 à 20.108 Pa) et à une température comprise entre 1400 et 1700 C. Ces conditions sont toutefois difficiles 25 à mettre en oeuvre au cours d'une production de masse. En outre, elles ne permettent d'obtenir que des cristaux d'un diamètre maximal de 18 mm.

D'autres équipes de chercheurs ont également travaillé sur un procédé de croissance de lingot en phase liquide, à pression réduite, (inférieure à 2 bars (2.105 Pa)) et à une température de 1000 C. Le diamètre des cristaux obtenus 30 est supérieur, voisin de 50 mm, mais la qualité cristalline obtenue est moins bonne qu'avec la technique précitée.

Enfin, le document "Growth and characterisation of GaN single crystals", Balka et al., Journal of Crystal Growth, vol 208, janvier 2000, p 100-106, divulgue la croissance de GaN monocristallin par sublimation. Les conditions de fabrication utilisées sont une pression inférieure à 1 bar (105 Pa) et une température de 1000 à 1200 C. La qualité cristalline obtenue est très bonne, mais la taille des cristaux est de 3 mm, ce qui est nettement insuffisant pour les applications envisagées.

Il n'existe donc pas sur le marché de nitrure de gallium monocristallin, sous une forme massive, de bonne qualité, avec des diamètres suffisants et un prix raisonnable.

Pour résoudre ce problème d'obtention de certains matériaux 10 spécifiques, on note dans l'état de la technique de nombreuses tentatives de fabrication de substrats par épitaxie ou par hétéroépitaxie.

L'épitaxie permet d'associer des matériaux de natures différentes sous forme de films minces et d'en combiner les propriétés pour la réalisation de composants, par exemple des transistors HEMT, des diodes ou des lasers.

L'hétéroépitaxie consiste à déposer par épitaxie le matériau souhaité sur un support de nature cristallographique différente puis, si cela est possible et nécessaire pour la suite du procédé, à éliminer ce support.

Le principal inconvénient de cette technique est que le matériau constituant le support et celui déposé par épitaxie présentent généralement des 20 paramètres de maille et des coefficients de dilatation thermique différents.

Les différences de paramètres de maille cristalline entre le support et la couche épitaxiée créent un grand nombre de défauts cristallins dans le matériau épitaxié tels que des dislocations ou des fautes d'empilement par exemple.

A cela s'ajoute le fait que les épitaxies sont généralement effectuées à 25 des températures élevées, supérieures à 600 C et pouvant atteindre 1000 à 1100 C par exemple pour une épitaxie de nitrure de gallium réalisée par dépôt chimique en phase vapeur d'organo-métallique (connue de l'homme du métier sous l'acronyme "MOCVD", de l'expression anglo- saxonne "Metal Organic Chemical Vapor Deposition"). De ce fait, lors du retour à température ambiante de la structure ainsi 30 formée, la couche épitaxiée obtenue présente de nombreuses tensions et contraintes résiduelles, liées aux différences de dilatation thermique avec son support.

Pour pallier cet inconvénient, il est préférable de choisir comme support un matériau dont la structure cristalline et le coefficient de dilatation thermique sont très proches de ceux du matériau que l'on souhaite épitaxier. Ainsi, 35 par exemple, on arrive à obtenir par épitaxie et avec une qualité cristallographique suffisante pour réaliser des composants, de l'arséniure de gallium et d'indium ou de l'arséniure de gallium et d'aluminium, sur un substrat support en arséniure de gallium.

Toutefois, pour d'autres matériaux, il n'existe pas toujours de support compatible se présentant sous forme de substrat. C'est le cas notamment de matériaux comme le nitrure de gallium ou le carbure de silicium cubique.

Jusqu'à présent, on a réalisé des composants ayant comme couche active l'un de ces deux matériaux par hétéroépitaxie.

Ainsi, pour le nitrure de gallium, on a réalisé des diodes électroluminescentes (LED) et des lasers émettant dans le bleu, le violet et l'ultra10 violet ainsi que des composants haute fréquence de puissance en utilisant comme support du saphir, du carbure de silicium hexagonal ou du silicium.

Pour le carbure de silicium qui est indisponible sous forme de substrat dans sa structure cristalline cubique, des micro composants électromécaniques (connu sous l'acronyme anglais de "MEMS") ou des transistors 15 de puissance ont été réalisés en déposant du carbure de silicium par épitaxie sur un substrat en silicium.

Toutefois, pour améliorer encore la qualité des composants obtenus, il serait souhaitable de fabriquer des substrats massifs en nitrure de gallium ou en carbure de silicium cubique de même nature que la couche épitaxiée déposée 20 dessus.

Les tentatives effectuées jusqu'à présent ont toutes abouti à des résultats présentant un certain nombre d'inconvénients.

A titre d'exemple, une voie intermédiaire a consisté à utiliser une technique dite "d'épitaxie à fort taux de croissance" pour réaliser un film épitaxié 25 aussi épais que le substrat qui le supporte. On élimine ensuite ce substrat support et on ne garde que le film épitaxié épais qui devient à son tour un substrat pour la réalisation d'une épitaxie classique. Des procédés existent pour le nitrure de gallium et le carbure de silicium en ce sens, mais la qualité des substrats obtenus est généralement médiocre du fait de l'influence du substrat support d'origine dont la 30 nature cristallographique est différente.

Ainsi, typiquement, on observe des contraintes résiduelles importantes dans le cas d'une épitaxie de carbure de silicium cubique sur du silicium. Ces contraintes aboutissent généralement à une courbure très importante du carbure de silicium épitaxié une fois que l'on a supprimé le substrat support 35 d'origine en silicium. Cette courbure le rend inutilisable pour toute étape de mise en forme ultérieure.

De même, pour le nitrure de gallium ainsi obtenu, l'influence du substrat support s'illustre par l'apparition d'un très grand nombre de dislocations et par le craquage du film épitaxié lors de la redescente en température, notamment lorsque ce film épitaxié dépasse une certaine épaisseur critique.

On connait également d'après le document US 6 146 457 une autre méthode utilisant les contraintes apparaissant lors de la redescente en température après l'épitaxie comme moteur de détachement entre un substrat support d'origine et une couche épaisse épitaxiée. On obtient ce résultat en insérant une couche dite "fragile" entre le substrat support et la couche épitaxiée épaisse, de sorte que 10 lorsque les contraintes du système augmentent (ce qui est le cas lors du refroidissement), c'est cette couche fragile qui se rompt naturellement et qui assure ainsi le détachement contrôlé entre le support et la couche épitaxiée épaisse.

Toutefois cette technique de détachement est difficile à contrôler sur un échantillon de grande taille. De plus, elle impose l'insertion d'une couche particulière au début 15 de l'épitaxie ou durant celle-ci, ce qui peut être dommageable pour la qualité cristallographique de ladite couche épitaxiée.

On connaît aussi d'après le document "Physical properties of bulk GaN crystals grown by HVPE", Melnik et al., MRS Internet Journal of Nitride Semiconductor Research, vol 2, art 39, un procédé de croissance de monocristaux 20 de nitrure de gallium (GaN), par HVPE, sur un substrat en carbure de silicium (SiC) monocristallin, avec retrait de ce substrat par une technique de gravure ionique réactive, (connue de l'homme du métier sous l'acronyme de RIE, d'après l'expression anglaise de Reactive Ionic Etching ). Toutefois, ce substrat de SiC est très long à enlever car très inerte chimiquement.

Enfin, on connaît également d'après le document "Large freestanding GaN substrates by hydride vapor phase epitaxy et laser induced lift-off,", Kelly et al., Jpn. J. Appl. Phys., vol 38, 1999, un procédé de croissance par épitaxie HVPE de GaN sur un substrat en saphir, puis retrait de ce substrat par élimination au laser, (connue sous la terminologie anglaise de "laser-induced lift-off ). Cette 30 technique est basée sur l'utilisation d'un laser dont la longueur d'onde n'est absorbée que par le nitrure de gallium et non par le saphir. Le balayage de la structure obtenue permet d'assurer le détachement des deux matériaux par une modification locale des propriétés du GaN après passage du laser.

Toutefois, cette technique de retrait est délicate à mettre en oeuvre 35 pour traiter de grandes surfaces, car le balayage par faisceau laser prend du temps. Il est également possible de retirer le substrat en saphir par un polissage mécanique, mais ce procédé est également long et présente de plus un risque de rupture de la couche de nitrure de gallium au moment du retrait du substrat, par libération des contraintes existantes.

L'invention a pour but de remédier aux inconvénients précités de 5 l'état de la technique et de fournir un procédé de fabrication d'une couche épitaxiée d'excellente qualité cristallographique et susceptible d'être détachée aisément de son support d'épitaxie.

L'invention s'applique plus particulièrement à tous les matériaux qui jusqu'à présent ne pouvaient être obtenus que par hétéroépitaxie et notamment aux 10 matériaux à large bande interdite.

A cet effet, l'invention concerne un procédé de fabrication d'une couche épitaxiée notamment pour des applications dans les domaines de l'optique, l'optoélectronique ou l'électronique.

Ce procédé est remarquable en ce qu'il comprend les étapes suivantes 15 consistant à: a) effectuer une implantation d'espèces atomiques à l'intérieur d'un premier substrat, dit de "support", de façon à y définir une zone de fragilisation qui délimite une couche mince dite de "support" du reste de ce substrat, b) faire croître ladite couche épitaxiée par une épitaxie effectuée 20 soit directement sur ladite couche mince de support, soit sur une couche intercalaire reportée sur celle-ci, c) détacher le reste du substrat support de la couche mince de support, le long de la zone de fragilisation de ce substrat support, par un apport volontaire d'énergie extérieure.

Ce procédé résout le problème de l'élimination du substrat support alors que cette étape peut être difficile à mettre en oeuvre, comme mentionné précédemment dans l'analyse de l'état de la technique, par exemple pour des matériaux durs, tels que le saphir ou le carbure de silicium qui sont longs et difficiles à éliminer par des techniques classiques de rodage ou de gravure chimique 30 ou ionique.

Le procédé selon l'invention présente également les autres caractéristiques avantageuses et non limitatives suivantes, prises isolément ou en combinaison: - ladite couche intercalaire est une couche mince de nucléation dont 35 la nature est appropriée à la croissance ultérieure par épitaxie de ladite couche épitaxiée; - ladite couche mince de nucléation est reportée: . en réalisant une implantation d'espèces atomiques à l'intérieur d'un deuxième substrat (2) dit "de nucléation" de façon à y définir une zone de fragilisation qui délimite ladite couche mince de nucléation du reste de ce substrat, 5. en collant les deux substrats soit directement l'un contre l'autre, soit à l'aide d'au moins une couche intermédiaire de collage, de façon que leurs couches minces respectives soient situées en regard l'une de l'autre, et en procédant au détachement du reste du substrat de nucléation le long de la zone de fragilisation de ce substrat, les paramètres des implantations réalisées dans le substrat support et dans le substrat de nucléation étant choisis de façon telle que combinés à la nature des matériaux constituant ces deux substrats, le budget énergétique à apporter lors du détachement du reste le long de la zone de fragilisation soit supérieur au budget énergétique cumulé apporté lors de toutes les étapes qui 15 précèdent ce détachement; - les paramètres des implantations réalisées dans le substrat support et dans le substrat de nucléation sont choisis de façon telle que combinés à la nature des matériaux constituant ces deux substrats, le budget thermique à apporter lors du détachement du reste le long de la zone de fragilisation soit supérieur au budget 20 thermique cumulé apporté lors de toutes les étapes qui précèdent ce détachement et en ce que les étapes de détachement des deux restes sont effectuées par chauffage.

Par ailleurs, ce procédé permet d'obtenir une couche épitaxiée d'excellente qualité cristallographique grâce à l'utilisation de la couche de nucléation dont les paramètres de mailles et la valeur du coefficient de dilatation 25 sont bien appropriés à l'épitaxie ultérieure.

Enfin, ce procédé permet de combiner un substrat support avec un coefficient de dilatation thermique proche de celui de la couche épitaxiée avec une couche de nucléation dont la structure cristalline est proche de celle de ladite couche épitaxiée. Ceci n'est pas possible si on utilise un substrat simple et non un 30 substrat "hybride" comme celui de l'invention. Un tel substrat "hybride" permet simultanément d'améliorer la qualité cristalline de la couche épitaxiée obtenue et de limiter les contraintes résiduelles dans cette couche.

Le procédé présente également les autres caractéristiques suivantes prises isolément ou en combinaison: - le détachement du reste du substrat de nucléation ou le détachement du reste du substrat de support est effectué par application d'un apport d'énergie d'origine mécanique, optique et/ou chimique; - ladite couche mince de nucléation est reportée: 5. en collant un deuxième substrat dit "de nucléation" sur ladite couche mince de support, en diminuant l'épaisseur de ce substrat depuis sa face arrière par rodage et/ou gravure chimique et/ou gravure ionique jusqu'à obtenir ladite couche mince de nucléation; - la couche intermédiaire de collage est une couche de matériau diélectrique; - le matériau diélectrique est choisi parmi l'oxyde de silicium, le nitrure de silicium et les oxynitrures de silicium; - le collage entre les deux couches minces soit directement l'une 15 contre l'autre, soit en présence d'au moins une couche intermédiaire de collage est un collage par adhésion moléculaire; ladite couche intercalaire est une couche fine de nucléation formée sur ladite couche mince de support ou sur ladite couche mince de nucléation; ladite couche fine de nucléation est réalisée par épitaxie en phase 20 vapeur d'organométalliques (MOCVD), par épitaxie en phase vapeur d'hydrure (HVPE), par épitaxie par jet moléculaire (MBE), par dépôt par pulvérisation cathodique ou par des méthodes de croissance latérale (ELOG) ou de pendéoépitaxie; - il comprend l'étape supplémentaire d'élimination de la couche 25 mince de support, et si elles sont présentes, de la couche mince de nucléation, de la couche fine de nucléation et de la ou des couches de collage intermédiaire restées solidaires de la couche épitaxiée; - la couche épitaxiée est réalisée dans un matériau semi-conducteur à large bande interdite; - la couche épitaxiée est en nitrure de gallium; - la couche épitaxiée est en carbure de silicium cubique; - la couche épitaxiée est d'une épaisseur suffisante pour constituer une couche autoportée; - la couche épitaxiée obtenue à l'issue de l'étape b) est d'une épaisseur 35 insuffisante pour être autoportée et en ce que le procédé comprend les étapes supplémentaires suivantes effectuées entre les étapes b) et c) et consistant à: appliquer une première couche de métal sur ladite couche mince épitaxiée et une seconde couche de métal sur un troisième substrat dit "substrat d'accueil", placer les deux couches de métal au contact l'une de l'autre et effectuer leur scellement, de façon à obtenir à l'issue de l'étape d) la couche épitaxiée mince reportée sur ledit substrat d'accueil; - le substrat support est recouvert d'une couche supérieure d'amorce et en ce que l'implantation d'espèces atomiques est effectuée soit à l'intérieur dudit 10 substrat support à travers cette couche supérieure d'amorce, soit à l'intérieur même de cette couche supérieure d'amorce, les paramètres de l'implantation réalisée dans le substrat support ou dans la couche d'amorce étant choisis de façon telle que combinés à la nature des matériaux constituant ce substrat et cette couche d'amorce, le budget énergétique à apporter lors du détachement du reste le long de la zone de 15 fragilisation soit supérieur au budget énergétique cumulé apporté lors de toutes les étapes qui précèdent ce détachement.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description qui va maintenant en être faite, en référence aux dessins annexés qui en représentent, à titre indicatif mais non limitatif, des modes de réalisation possibles. 20 Sur ces dessins: - les figures 1 à 8 sont des schémas représentant les différentes étapes successives d'un premier mode de réalisation du procédé conforme à l'invention, -les figures 9 à 13 sont des schémas représentant les différentes étapes successives d'un deuxième mode de réalisation du procédé, et -les figures 14 à 17 et 18 à 22 sont des schémas représentant les différentes étapes successives d'un troisième et d'un quatrième mode de réalisation du procédé.

Sur ces figures, on notera que les différentes couches ne sont pas représentées à leur échelle réelle, notamment en ce qui concerne leurs épaisseurs 30 relatives, et ce, à des fins de simplification.

Le procédé conforme à l'invention utilise un premier substrat 1 dit "substrat support" et un deuxième substrat 2, dénommé "substrat de nucléation".

Le substrat support 1 présente une face 130 dite "avant", destinée à venir au contact ultérieurement du substrat de nucléation 2 ou a servir directement 35 de couche de nucléation pour une épitaxie ultérieure, comme cela sera décrit ultérieurement dans un autre mode de réalisation, et une face opposée 110 dite "arrière".

De façon similaire, le substrat de nucléation 2 présente une face avant 230 et une face arrière opposée 210.

Le matériau constituant le substrat support 1 est choisi de façon à présenter une bonne tenue mécanique, même à des températures élevées pouvant atteindre 1 300 à 1 400 C. Il est également choisi en fonction de la nature du matériau constituant le substrat de nucléation 2 comme cela sera décrit ultérieurement. On utilisera avantageusement les substrats massifs couramment 10 disponibles sur le marché.

A titre d'exemple purement illustratif, on peut citer le silicium, le saphir, le carbure de silicium polycristallin, le carbure de silicium monocristallin 6H ou 4H, le nitrure de gallium (GaN), le nitrure d'aluminium (AIN) et l'oxyde de zinc (ZnO).

Le substrat de nucléation 2 est choisi de façon que sa nature et ses paramètres de maille permettent la croissance ultérieure par épitaxie de la future couche de matériau épitaxié que l'on souhaite obtenir et qui porte la référence numérique 6 ou 6' (voir les figures 7 à 9 et 10 à 14).

A titre d'exemple, on peut choisir comme substrat de nucléation 2 un 20 matériau semi-conducteur, tel que le nitrure de gallium (GaN), le silicium (Si), le carbure de silicium (SiC), le saphir, le diamant, l'arséniure de gallium (AsGa) ou le nitrure d'aluminium (AlN). Cette liste n'est toutefois pas limitative.

Lorsque l'on souhaite réaliser une couche épitaxiée en nitrure de gallium, ce substrat de nucléation 2 est choisi de préférence parmi le silicium (111), 25 le carbure de silicium (SiC), le saphir ou le nitrure de gallium (GaN) et lorsque la couche épitaxiée est en carbure de silicium cubique, le substrat de nucléation 2 est de préférence en silicium Si (001) ou du carbure de silicium.

Les deux substrats 1 et 2 peuvent être de nature identique ou être différents.

On effectue ensuite une opération d'implantation d'espèces atomiques à l'intérieur du substrat support 1 et du substrat de nucléation 2, de préférence sur leurs faces avant respectives 130 et 230.

Par implantation d'espèces atomiques, on entend tout bombardement d'espèces atomiques, moléculaires ou ioniques, susceptible d'introduire ces espèces 35 dans un matériau, avec un maximum de concentration de ces espèces situé à une profondeur déterminée par rapport à la surface bombardée, ici les surfaces 130 ou 230. Les espèces atomiques moléculaires ou ioniques sont introduites dans le matériau avec une énergie également distribuée autour d'un maximum.

L'implantation des espèces atomiques peut être réalisée par exemple grâce à un implanteur par faisceau d'ions ou un implanteur par immersion dans un plasma.

De préférence, cette implantation est réalisée par bombardement ionique. De préférence, l'espèce ionique implantée est de l'hydrogène. D'autres espèces ioniques peuvent avantageusement être utilisées seules ou en combinaison avec l'hydrogène, telles les gaz rares (l'hélium par exemple).

A ce sujet, on pourra se référer à la littérature concernant le procédé connu sous la marque déposée "Smart Cut".

Cette implantation a pour effet de créer dans le volume du substrat source 1 et à une profondeur moyenne de pénétration des ions, une zone de fragilisation 12. Celle-ci divise le substrat 1 en deux parties, à savoir une couche 15 mince 13, dénommée ci-après "couche mince de support" et le reste 11 de ce substrat.

La couche mince 13 s'étend entre la zone de fragilisation 12 et la face avant 130.

De façon similaire, le substrat de nucléation 2 présente après 20 l'implantation une zone de fragilisation 22, une couche mince de nucléation 23 et un reste 21.

De façon optionnelle et non représentée sur la figure 1, il est possible de former sur la couche avant 130 du substrat 1 et/ou sur la face avant 230 du substrat 2, une couche de matériau de protection.

Dans le cas où ces couches de protection sont présentes, l'implantation d'espèces atomiques peut être réalisée à travers, notamment par implantation sur leurs faces supérieures libres respectives. Ces couches peuvent être des couches sacrificielles qui ont pour rôle de masquer et donc de protéger les substrats 1 et 2 pendant l'implantation. Elles peuvent donc être éliminées après cette 30 implantation.

Les paramètres des deux implantations d'espèces atomiques, c'est-àdire la dose et l'énergie d'implantation, seront choisis en fonction de critères détaillés ultérieurement.

Conformément à ce qui est représenté sur la figure 2, on procède 35 ensuite au collage du substrat support 1 sur le substrat de nucléation 2, de façon que leurs couches minces respectives 13 et 23 soient situées en regard l'une de l'autre. Il

De façon avantageuse, ce collage est effectué par adhésion moléculaire. Ces techniques de collage sont connues de l'homme du métier et sont décrites par exemple dans l'ouvrage de Gosële, Semiconductor wafer bonding Sciences and technology, Q.Y. Tong, U. Gosële, Wiley Interscience publication.

L'interface de collage entre la face avant 130 du substrat support 1 et la face avant 230 du substrat support 2 porte la référence numérique 4.

Toutefois, il est également possible de réaliser le collage entre les couches minces 13 et 23 à l'aide d'au moins une couche intermédiaire de collage formée sur la couche avant 130 du substrat 1 et/ou sur la face avant 230 du substrat 10 2. Ces couches peuvent être par exemple les couches de protection pendant l'implantation mentionnées précédemment ou être des couches spécifiques dites "couches favorisant le collage" et portant les références 31 et 32. L'interface de collage 4 est alors l'interface entre la face supérieure 310 de la couche de matériau 31 et la face supérieure 320 de la couche de matériau 32.

A titre d'exemple, ces couches de matériau 31 et 32 peuvent être du silicium amorphe ou polycristallin ou de l'alumine (A1203).

De façon avantageuse, ces couches de matériau 31 et 32 favorisant le collage peuvent être des couches de matériau diélectrique choisies par exemple parmi l'oxyde de silicium (SiO2), le nitrure de silicium (Si3N4) ou les oxynitrures de 20 silicium (SixOyN). Elles peuvent être de nature identique ou être différentes et sont d'une épaisseur comprise entre quelques dizaines de nanomètres et 1 micromètre (1 pm) environ.

Ces couches 31 et 32 peuvent être obtenues par exemple par dépôt chimique en phase vapeur notamment par une technique de dépôt connue de 25 l'homme du métier sous l'acronyme "PECVD" de l'anglais "Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition" qui signifie "dépôt chimique en phase vapeur assisté par une source plasma" ou par oxydation du substrat lorsque ce dernier est en silicium ou en carbure de silicium mono-cristallin.

Le collage des deux surfaces en contact est effectué après une 30 préparation appropriée des surfaces, par exemple de façon bien connue de l'homme du métier, par un nettoyage dans des bains de produits chimiques de type SC1 et SC2 bien connus de l'homme du métier, par un polissage mécano-chimique ou une activation par plasma ou par ultra-violets-ozone de l'une ou des deux surfaces en contact. L'activation par ultra-violetsozone est une exposition aux ultra-violets 35 dans un environnement gazeux tel que les ultra-violets interagissent avec cet environnement et génèrent ainsi de l'ozone qui va activer la surface. Ces diverses méthodes peuvent également être combinées.

L'abréviation "SC" correspond à la terminologie anglo-saxonne de "standard clean". Le produit de nettoyage SC1 est à base d'ammoniaque, de 5 peroxyde d'hydrogène et d'eau et le produit SC2 à base d'acide chlorhydrique, de peroxyde d'hydrogène et d'eau.

Le collage peut encore être renforcé par un recuit thermique. Ce recuit est adapté pour ne pas avoir d'influence sur les zones de fragilisation 12et 22 et ne pas entraîner à ce stade du procédé de détachement le long de ces zones.

Le but de ce traitement est d'obtenir un collage fort au niveau de l'interface de collage 4 et d'assurer un effet "raidisseur" qui maintient la croissance des défauts formés au niveau des zones de fragilisation 12 et 22 dans un plan parallèle à celui de cette interface de collage 4.

Le détachement du reste 21 du substrat de nucléation 2 représenté sur 15 la figure 3 peut ensuite être effectué par application d'un apport d'énergie ayant une origine mécanique, thermique, optique et/ou chimique.

A cet effet, on notera que les deux implantations d'espèces atomiques mentionnées précédemment sont réalisées avec des paramètres de dose et d'énergie d'implantation choisis de façon telle que, combinés à la nature du couple des 20 matériaux constituant le substrat support 1 et le substrat de nucléation 2, le budget énergétique à apporter pour effectuer ultérieurement le détachement du reste 11 le long de la zone de fragilisation 12 soit supérieur au budget énergétique cumulé apporté lors de toutes les étapes qui précèdent ce détachement.

De façon avantageuse, ces paramètres sont choisis de façon que le 25 budget thermique à apporter lors du détachement du reste 11 le long de la zone de fragilisation 12 soit supérieur au budget thermique cumulé apporté lors de toutes les étapes qui précèdent ce détachement et les étapes de détachement du reste 11 et du reste 21 sont effectuées par chauffage.

De plus, on notera que la résistance de l'interface de collage 4 est 30 suffisante pour supporter les deux détachements précités, sans se décoller.

L'application d'un apport d'énergie d'origine thermique peut être réalisée par l'apport d'un budget thermique approprié, par exemple par chauffage de l'empilement de couches illustré sur la figure 2 pendant un temps donné.

L'application d'un apport d'énergie d'origine mécanique peut 35 consister par exemple à exercer une flexion et/ou une traction sur le reste 21 du substrat de nucléation 2 ou à introduire au niveau de la zone de fragilisation 22, une lame ou un jet de fluide (liquide ou gazeux) par exemple. Il peut également s'agir de l'application de forces de cisaillement ou d'ultrasons.

Des contraintes mécaniques peuvent également résulter de l'apport d'une énergie d'origine électrique (application d'un champ électrostatique ou 5 électromagnétique). Elles peuvent également avoir pour origine une énergie thermique dérivant de l'application d'un champ électromagnétique, d'un faisceau d'électrons, d'un chauffage thermoélectrique, d'un fluide cryogénique, d'un liquide super-refroidi, etc. Elles peuvent aussi avoir une origine optique qui consiste à appliquer un faisceau laser au niveau de la zone de fragilisation, l'absorption de 10 lumière par le matériau fournissant alors l'énergie suffisante pour générer le détachement le long de la ligne de fragilisation.

Un apport d'énergie d'origine chimique peut être une gravure dans bain de produit chimique.

De façon avantageuse et comme représenté sur la figure 4, il est 15 possible d'améliorer l'état de surface de la surface libre 231 de la couche 23 de façon à limiter sa rugosité résiduelle observée après l'étape de détachement du reste 21. Ceci peut être utile pour assurer le succès des étapes ultérieures du procédé et notamment le dépôt d'une couche par épitaxie.

Cette diminution de la rugosité peut être obtenue par différentes 20 méthodes telles que par exemple le polissage mécano chimique, une oxydation thermique suivie d'une désoxydation (dans un bain d'acide fluorhydrique par exemple), une gravure sous plasma, un lissage par faisceau d'ions ou amas d'ions dénommé "ion cluster".

Dans le cas particulier où la couche de nucléation 23 est du silicium 25 sur lequel on souhaite déposer ultérieurement par épitaxie du carbure de silicium cubique, il est également possible de préparer la surface libre 231 par le procédé de formation de motifs >> décrit dans le document EP1288346.

Les épaisseurs des couches minces 13 et 23 sont de l'ordre de 10 nanomètres (10 nm) à 10 micromètres (10 jum) environ, et de préférence sont 30 comprises entre quelques dizaines de nanomètres et 1, 5 micromètres (1,5 gtm).

L'étape illustrée sur la figure 5 est facultative. Elle consiste à former par épitaxie une couche fine de nucléation 5, sur la couche mince de nucléation 23.

Cette couche 5 peut être réalisée dans le même matériau que celui 35 utilisé ultérieurement pour la réalisation de la couche épitaxiée. Elle sert alors de germe d'homoépitaxie, ce qui permet d'améliorer la qualité cristallographique de cette couche.

Cette couche fine 5 peut également être utilisée pour compenser les différences de coefficients de dilatation et de paramètres de maille existant entre la 5 couche de nucléation 23 et la couche 6 qui sera déposée ultérieurement par épitaxie.

L'épaisseur de cette couche fine 5 est comprise entre environ 200 nanomètres (200 nm) et 100 micromètres (100!tm).

A titre d'exemple, et notamment pour le GaN, l'épitaxie de cette couche fine 5 peut être réalisée par un dépôt chimique en phase vapeur d'organo10 métallique "MOCVD" ou par épitaxie par jet moléculaire (connue de l'homme du métier sous l'acronyme "MBE", de l'expression anglo-saxonne "Molecular Beam Epitaxy").

La couche fine de nucléation 5 peut aussi être obtenue par épitaxie en phase vapeur d'hydrure connue de l'homme du métier sous l'acronyme "HVPE" qui 15 signifie "hydride vapor phase epitaxy", ou par dépôt par pulvérisation cathodique connue sous la terminologie anglo-saxonne de "sputtering".

Il est également possible d'utiliser des techniques de croissance latérale, connues de l'homme du métier sous l'acronyme ELOG , de l'expression anglo-saxonne Epitaxial Lateral Over Growth ou une technique dite de "pendéo20 epitaxie" où l'on grave des motifs dans la couche mince de nucléation 23 avant le dépôt de la couche mince 5. Pour la description de ces techniques, on peut se reporter par exemple à l'article de Morgan et al., "Evaluation of GaN growth improvement techniques", Materials Science and Engineering B90 (2002) 201-205.

La liste de ces techniques n'est pas exhaustive. 25 Le matériau utilisé pour la réalisation de la couche fine de nucléation peut également être différent de celui utilisé pour la couche de nucléation 23 et pour la future couche épitaxiée 6.

Quelque soit la variante de réalisation choisie, c'est-à-dire que la couche fine de nucléation 5 ait été déposée ou non, on procède alors au dépôt par 30 épitaxie du matériau destiné à former la future couche épitaxiée 6 que l'on souhaite obtenir, soit sur la surface libre 231 de la couche de nucléation 23, soit sur la face supérieure libre 50 de la couche fine de nucléation 5, si cette dernière est présente.

Cette étape est représentée sur la figure 6.

La couche épitaxiée 6 peut être constituée de n'importe quel matériau 35 susceptible d'être déposé par épitaxie, par exemple de préférence des matériaux semi-conducteurs à large bande interdite, notamment le nitrure de gallium et le carbure de silicium cubique.

Selon une première variante de réalisation, ce dépôt est poursuivi de façon que la couche 6 atteigne une épaisseur d'au moins 100 microns, elle est alors 5 autoportée et constitue en elle-même un substrat qui pourra par exemple être utilisé ultérieurement à son tour comme substrat d'épitaxie.

De façon avantageuse, cette couche épitaxiée 6 est obtenue par une technique d'épitaxie à fort taux de croissance.

Dans le cas du nitrure de gallium, une méthode particulièrement 10 adaptées est l'épitaxie en phase vapeur d'hydrure (connue de l'homme de métier sous l'acronyme HVPE de l'expression anglo-saxonne "Hydride Vapor Phase Epitaxy"). Ce dépôt est effectué à une température comprise entre 700 et 1100 C. Dans le cas du carbure de silicium cubique, une méthode particulièrement adaptée est le dépôt chimique en phase vapeur dans un bâti à 15 parois froides (connu sous la terminologie anglo-saxonne de "cold wall CVD reactor").

A des fins de clarification, on définie une structure multicouches portant la référence générale 7' comme comprenant la couche mince de support 13, la couche mince de nucléation 23, la couche fine de nucléation 5 et, si elles sont 20 présentes les couches de matériau favorisant le collage 31 et 32.

Lorsque la couche fine de nucléation 5 n'est pas présente, la structure multicouches porte la référence générale 7.

Comme illustré sur la figure 7, on applique alors à l'empilement de couches représenté sur la figure 7, un apport énergétique suffisant pour provoquer le 25 détachement du reste 11, de la couche mince de nucléation 13, le long de la zone de fragilisation 12.

Cet apport énergétique est supérieur à celui apporté pour effectuer le détachement le long de la zone de fragilisation 22 du substrat de nucléation 2.

En particulier dans la variante comprenant la couche de nucléation 5, 30 cet apport énergétique est supérieur au budget énergétique cumulé appliqué lors du détachement au niveau de la zone de fragilisation 22 et lors de l'épitaxie de la fine couche de nucléation 5 et à l'étape d'épitaxie de la couche 6 ou 6'.

Dans la variante sans la couche de nucléation 5, il suffit que cet apport énergétique soit supérieur à celui apporté pour effectuer le détachement le 35 long de la zone de fragilisation 22 du substrat de nucléation et l'épitaxie de la couche 6 ou 6'.

Ce détachement est effectué par les mêmes techniques que celles mentionnées précédemment pour le détachement le long de la zone de fragilisation 22.

Enfin comme représenté sur la figure 8, de façon avantageuse, on 5 élimine les structures multicouches 7 ou 7', de la couche épitaxiée 6, par exemple par gravure chimique, gravure ionique réactive (RIE) ou polissage mécanochimique ou une combinaison de ces techniques. On obtient ainsi la couche épitaxiée 6 seule ou avec la couche fine de nucléation 5.

Dans le mode de réalisation qui vient d'être décrit, la couche de 10 nucléation 23 a été obtenue par formation d'une zone de fragilisation dans le substrat de nucléation 2. Toutefois, selon une autre variante de réalisation, non représentée sur les figures, la couche mince de nucléation 23 peut être obtenue de façon différente, par collage d'un substrat 2 qui ne présente pas de zone de fragilisation sur le substrat support 1, avec ou sans couche "favorisant le collage" 31 15 et 32, puis par attaque de la face arrière 210 de ce substrat 2. Cette attaque peut s'effectuer soit par gravure chimique seule, soit par un amincissement mécanique (connu sous le terme anglais de "grinding") suivi d'un gravure chimique et/ou d'une gravure ionique. Ce procédé est connu de l'homme du métier sous l'acronyme "BESOI", de l'expression anglo-saxonne "Bond and Etch back Silicon On 20 Insulator".

On va maintenant décrire une seconde variante de réalisation du procédé conjointement avec les figures 9 à 13.

Les premières étapes de ce procédé sont identiques à celles représentées sur les figures 1 à 4 du premier procédé et ne seront donc pas décrites 25 de nouveau.

On dépose par épitaxie sur la couche de nucléation 23 de l'empilement de couches représenté sur la figure 4, une couche de matériau qui porte la référence numérique 6'.

Cette couche épitaxiée 6' est déposée par les mêmes techniques que 30 celles décrites précédemment pour le dépôt de la couche épitaxiée 6 mais elle présente une épaisseur inférieure à environ 100 gm, de sorte qu'elle n'est pas autoportée.

Ce dépôt peut être effectué par l'une des techniques décrites dans le premier mode de réalisation ou par dépôt chimique en phase vapeur d'organo35 métallique ("MOCVD") ou par épitaxie par jet moléculaire (MBE).

Une telle couche mince peut constituer la partie active d'un composant et l'on doit alors la reporter sur un troisième substrat ou substrat d'accueil qui devient alors le support mécanique du composant final.

Un exemple de technique de report de cette couche mince épitaxiée 6' est représentée sur la figure 10.

Il s'agit de la technique de scellement métallique. Pour la description de cette technique on peut se reporter par exemple au document US 6 335 263.

Cette technique consiste à déposer une première couche de métal 81 sur la couche mince épitaxiée 6' et une seconde couche de métal 82 sur un substrat 10 d'accueil 9.

Les couches métalliques 81 et 82 peuvent également être remplacées par de multiples couches superposées de métaux et/ou d'alliages de métaux.

Le choix de ces métaux est effectué pour obtenir un bon scellement et/ou une bonne conduction électrique et/ou pour réfléchir la lumière.

On place ensuite les couches métalliques 81 et 82 au contact l'une de l'autre, comme représenté sur la figure 11 et l'on scelle l'interface ainsi formée par un traitement à une température et une pression adaptée.

On procède alors au détachement du reste 11 du substrat support 1 de la couche mince de support 13, (voir figure 12), selon les techniques de 20 détachement mentionnées précédemment pour le premier mode de réalisation.

Enfin, comme représenté sur la figure 13, on élimine la structure multicouches 7 jusqu'à obtenir la couche épitaxiée 6' reposant sur le support 9 et susceptible de constituer une structure conductrice.

Selon une variante de réalisation non représentée sur les figures 9 à 25 13, il serait également possible de déposer la couche mince épitaxiée 6' sur une couche fine de nucléation 5 déposée sur la couche de nucléation 23 selon les modalités décrites précédemment pour le premier mode de réalisation.

Une troisième variante de réalisation est illustrée sur les figures 14 à 17 dans laquelle le substrat support porte la référence numérique 1' et joue à la fois 30 le rôle de support mécanique et de couche de nucléation. On n'utilise pas de substrat de nucléation 2.

On effectue une implantation d'espèces atomiques dans ce substrat support 1' ce qui a pour effet d'y créer une zone de fragilisation 12'. Les mêmes couches que celles du substrat support 1 portent les mêmes références numériques 35 majorées du signe prime. De façon avantageuse, ces paramètres sont choisis de façon que le budget énergétique à apporter lors du détachement du reste 11 le long de la zone de fragilisation 12 soit supérieur au budget énergétique cumulé apporté lors de toutes les étapes qui précèdent ce détachement, en particulier lors de l'étape d'épitaxie de la couche 6 ou 6' et de la couche 5 si elle est présente.

On procède ensuite au dépôt par épitaxie de la couche épaisse 6 en présence ou non d'une couche fine de nucléation 5, voir figure 15.

Il serait également possible de former une couche épitaxiée mince 6'. Ces couches 5, 6 et 6' sont identiques à celles décrites pour les modes de réalisation précédents et ne seront pas décrites de nouveau.

On détache ensuite le reste 11' le long de la zone de fragilisation 12' 10 et on élimine la couche 13' comme décrit pour les modes de réalisation précédents, voir les figures 16 et 17.

Ce procédé permet de détacher facilement le support d'épitaxie de la couche épitaxiée 6 ou 6'.

Une quatrième variante de réalisation est illustrée sur les figures 18 à 15 22 dans laquelle le substrat support 1' est recouvert d'une couche supérieure d'amorce 10' (connue sous la terminologie anglo-saxonne de "template layer").

Cette couche d'amorce est obtenue par les mêmes techniques que celles citées précédemment pour la réalisation de la couche de nucléation 5.

L'implantation d'espèces atomiques est effectuée à l'intérieur de cette 20 couche supérieure d'amorce 10'. La zone de fragilisation est référencée 103'. Bien que cela ne soit pas représenté sur les figures, l'implantation pourrait également être effectuée à l'intérieur du substrat support 1' à travers cette couche d'amorce 10'.

L'épitaxie des couches épaisses 6 ou minces 6' est ensuite réalisée (voir figure 20).

Comme représenté sur la figure 21, le détachement est réalisé à l'intérieur de la couche d'amorce 10' le long de la zone de fragilisation 103', pour former deux couches 101' et 102'. Le reste (couche 102' et substrat 1') porte la référence 104'.

Bien entendu, les paramètres d'implantation sont choisis de façon que 30 le budget énergétique à apporter lors du détachement du reste 104' le long de la zone de fragilisation 103' soit supérieur au budget énergétique cumulé apporté lors de toutes les étapes qui précèdent ce détachement, en particulier lors de l'étape d'épitaxie de la couche 6 ou 6'.

Enfin, la figure 22 illustre l'étape d'élimination de la couche 35 résiduelle 101'. On peut se reporter à ce sujet aux étapes de finition illustrées sur les figures 8 et 13.

On donnera ci-après trois exemples de réalisation du procédé conforme à l'invention.

Exemple 1: Obtention d'une couche épitaxiée épaisse en nitrure de gallium.

On procède à l'implantation d'hydrogène dans un substrat de nucléation 2 en silicium [111], à travers une couche d'oxyde de silicium 32 obtenue par oxydation thermique.

On procède également à une implantation d'hydrogène sur un substrat support 1 en carbure de silicium (SiC) polycristallin, à travers une couche 10 d'oxyde de silicium 31 obtenue par dépôt.

Dans le substrat de nucléation 2 en silicium, les conditions d'implantation sont une énergie de 120 keV et une dose de 5. 1016 H+/cm2 et dans le substrat support 1 en SiC, une énergie de 95 keV et une dose comprise entre 1. 1016 H+/cm2 et 4.5. 1016 H+/cm2 de préférence 3. 1016 H+ /cm2.

Les couches d'oxydes de silicium 31 et 32 subissent un polissage mécanochimique (connu sous l'acronyme anglais de "CMP" qui signifie "chemicomecanical polishing"), pour les activer et favoriser leur collage par adhésion moléculaire.

On provoque ensuite le détachement du reste 21 de la couche de 20 silicium [111] par un recuit à une température de 500 C pendant deux heures. On notera que le budget thermique appliqué pour assurer le détachement dans le silicium est inférieur à celui nécessaire pour provoquer le détachement dans le carbure de silicium de sorte que le détachement ne peut s'effectuer le long de la zone de fragilisation 12.

On place ensuite la structure obtenue dans un bâti d'épitaxie HVPE et l'on dépose une couche épaisse 6 de nitrure de gallium (GaN). Il faut noter que le budget thermique de l'épitaxie (qui est ici de quelques heures entre 700 et 1100 C) est inférieur au budget énergétique nécessaire pour assurer le détachement le long de la zone de fragilisation 12.

La couche épaisse de GaN mesure plusieurs centaines de microns.

On réalise ensuite le détachement du reste 11 par un recuit à une température de 1300 C pendant 2 heures effectué in-situ dans le bâti d'épitaxie, ce qui permet d'effectuer ce détachement après l'épitaxie proprement dite mais avant la descente en température. On évite ainsi les problèmes d'apparition de contraintes. 35 Enfin, on élimine la structure multicouches 7 par gravure chimique.

La couche épaisse de GaN obtenue présente une très bonne qualité cristallographique et elle présente en outre l'avantage d'être détachée de son substrat d'origine. Le détachement est parfaitement contrôlé et est effectif seulement après l'épitaxie.

Exemple 2: Obtention d'une couche épitaxiée épaisse en carbure de silicium cubique monocristallin.

On procède à l'implantation d'hydrogène dans un substrat de nucléation 2 en silicium (001) monocristallin, à travers une couche d'oxyde de silicium 32 obtenue par oxydation thermique.

On procède également à une implantation d'hydrogène sur un substrat support 1 en carbure de silicium (SiC) polycristallin, à travers une couche d'oxyde de silicium 31 obtenue par dépôt.

Dans le substrat de nucléation 2 en silicium, les conditions d'implantation sont une énergie de 120 keV et une dose de 5. 1016 H+/cm2 et dans le 15 substrat support 1 en SiC, une énergie de 95 keV et une dose comprise entre 1. 1016 H+/cm2 et 4.5.1016 H+/cm2, de préférence 2. 1016 H+/cm2.

Les couches d'oxydes de silicium 31 et 32 subissent un polissage mécanochimique pour les activer et favoriser leur collage par adhésion moléculaire.

On provoque ensuite le détachement du reste 21 de la couche de silicium [001] par un recuit à une température de 500 C pendant deux heures. On notera que le budget thermique appliqué pour assurer le détachement dans le silicium est inférieur à celui nécessaire pour provoquer le détachement dans le carbure de silicium de sorte que le détachement ne peut s'effectuer le long de la 25 zone de fragilisation 12.

On prépare ensuite la surface supérieure 231 du silicium [001] par un polissage mécano-chimique et par un traitement thermique de type oxydation sacrificielle, ou par le procédé de formation de motifs décrit dans le document EP1288346.

On place ensuite la structure obtenue dans un bâti de dépôt chimique en phase vapeur à parois froides (connu sous la terminologie anglo-saxonne de "cold wall CVD reactor") qui permet d'épitaxier du carbure de silicium cubique en couche épaisse. On dépose ainsi une couche épaisse 6 de carbure de silicium cubique de plusieurs centaines de microns. Il faut noter que le budget thermique de 35 l'épitaxie est inférieur au budget énergétique nécessaire pour assurer le détachement le long de la zone de fragilisation 12.

On réalise ensuite le détachement du reste 11 du substrat support en SiC par un apport d'énergie par voie mécanique après l'épitaxie et la descente en température. On utilise pour ce faire l'insertion d'une lame ou la torsion de la structure ou une combinaison de ces deux techniques.

Enfin, on élimine la structure multicouches 7 par gravure chimique.

La couche épaisse de SiC obtenue présente une très bonne qualité cristallographique. En outre, elle est détachée de son substrat d'origine. Le détachement est parfaitement contrôlé et est effectif seulement après l'épitaxie. De plus, la couche épaisse de SiC ne présente pas de contrainte résiduelle majeure 10 puisque le substrat support de SiC polycristallin possède les mêmes caractéristiques de dilatation thermique que le SiC cubique épitaxié.

Exemple 3: Obtention d'une couche épitaxiée épaisse en nitrure de gallium.

On procède à une implantation d'hydrogène dans un substrat support 15 1' en carbure de silicium (SiC) monocristallin de polytype 6H (hexagonal), à travers une couche d'oxyde de silicium sacrificielle éliminée après l'implantation.

Les conditions d'implantation sont une énergie comprise entre 50 et 200 keV, de préférence 95 keV et une dose comprise entre 1. 1016 H+/cm2 et 4. 5.

1016 H+/cm2, de préférence 3. 1016 H+/cm2.

On réalise ensuite une épitaxie d'une couche mince 6' de GaN par MOCVD, cette couche comprenant une zone active de diode électroluminescente (LED) . On notera que la budget thermique de cette épitaxie (quelques heures de recuit entre 700 et 1100 C) est inférieur au budget énergétique nécessaire ultérieurement au détachement le long de la zone de fragilisation 12'.

On utilise ensuite la technique de scellement métallique décrite précédemment pour reporter cette couche épitaxiée sur un substrat d'accueil 9 qui peut être du silicium ou du cuivre.

Après l'étape de scellement, on effectue un apport énergétique supplémentaire par voie mécanique (insertion d'une lame par exemple) pour réaliser 30 le détachement au niveau de la zone de fragilisation 12' du substrat support 1'.

La couche mince de support 13' est éliminée par gravure chimique. On peut ainsi supprimer le substrat de SiC qui a été utilisé pour l'épitaxie d'une structure de LED. Le détachement est parfaitement contrôlé et est effectif seulement après l'épitaxie et le scellement métallique. 35

Claims (18)

REVENDICATIONS

1. Procédé de fabrication d'une couche épitaxiée (6, 6') notamment pour des applications dans les domaines de l'optique, l'optoélectronique ou l'électronique, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes consistant à: a) effectuer une implantation d'espèces atomiques à l'intérieur d'un 5 premier substrat (1, 1'), dit de "support", de façon à y définir une zone de fragilisation (12, 12') qui délimite une couche mince (13, 13') dite de "support" du reste (11, I1 ') de ce substrat, b) faire croître ladite couche épitaxiée (6, 6') par une épitaxie effectuée soit directement sur ladite couche mince de support (13, 13'), soit sur une 10 couche intercalaire (5, 23, 31, 32) reportée sur celle-ci, c) détacher le reste (11, 11') du substrat support (1, 1') de la couche mince de support (13, 13'), le long de la zone de fragilisation (12, 12') de ce substrat support, par un apport volontaire d'énergie extérieure.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite 15 couche intercalaire est une couche mince de nucléation (23) dont la nature est appropriée à la croissance ultérieure par épitaxie de ladite couche épitaxiée (6, 6').

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite couche mince de nucléation (23) est reportée: - en réalisant une implantation d'espèces atomiques à l'intérieur d'un 20 deuxième substrat (2) dit "de nucléation" de façon à y définir une zone de fragilisation (22) qui délimite ladite couche mince de nucléation (23) du reste (21) de ce substrat (2), -en collant les deux substrats (1, 2) soit directement l'un contre l'autre, soit à l'aide d'au moins une couche intermédiaire de collage (31, 32), de 25 façon que leurs couches minces respectives (13, 23) soient situées en regard l'une de l'autre, et - en procédant au détachement du reste (21) du substrat de nucléation (2) le long de la zone de fragilisation (22) de ce substrat (2), les paramètres des implantations réalisées dans le substrat support (I) 30 et dans le substrat de nucléation (2) étant choisis de façon telle que combinés à la nature des matériaux constituant ces deux substrats, le budget énergétique à apporter lors du détachement du reste (11) le long de la zone de fragilisation (12, 12') soit supérieur au budget énergétique cumulé apporté lors de toutes les étapes qui précèdent ce détachement.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les paramètres des implantations réalisées dans le substrat support (1) et dans le 5 substrat de nucléation (2) sont choisis de façon telle que combinés à la nature des matériaux constituant ces deux substrats, le budget thermique à apporter lors du détachement du reste (11) le long de la zone de fragilisation (12) soit supérieur au budget thermique cumulé apporté lors de toutes les étapes qui précèdent ce détachement et en ce que les étapes de détachement du reste (11) et du reste (21) 10 sont effectuées par chauffage.

5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le détachement du reste (21) du substrat de nucléation (2) ou le détachement du reste (11) du substrat de support (1) est effectué par application d'un apport d'énergie d'origine mécanique, optique et/ou chimique.

6. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite couche mince de nucléation (23) est reportée: - en collant un deuxième substrat (2) dit "de nucléation" sur ladite couche mince de support (13), - en diminuant l'épaisseur de ce substrat (2) depuis sa face arrière 20 (210) par rodage et/ou gravure chimique et/ou gravure ionique jusqu'à obtenir ladite couche mince de nucléation (23).

7. Procédé selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que la couche intermédiaire de collage (31, 32) est une couche de matériau diélectrique.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le matériau diélectrique (31, 32) est choisi parmi l'oxyde de silicium, le nitrure de silicium et les oxynitrures de silicium.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que le collage entre les deux couches minces (13, 23) soit 30 directement l'une contre l'autre, soit en présence d'au moins une couche intermédiaire de collage (31, 32) est un collage par adhésion moléculaire.

10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en que ladite couche intercalaire est une couche fine de nucléation (5) formée sur ladite couche mince de support (13') ou sur ladite couche mince de 35 nucléation (23).

11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite couche fine de nucléation (5) est réalisée par épitaxie en phase vapeur d'organométalliques (MOCVD), par épitaxie en phase vapeur d'hydrure (HVPE) , par épitaxie par jet moléculaire (MBE), par dépôt par pulvérisation cathodique ou par des méthodes de croissance latérale (ELOG) ou de pendéoépitaxie.

12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape supplémentaire d'élimination de la couche mince de support (13, 13'), et si elles sont présentes, de la couche mince de nucléation (23), de la couche fine de nucléation (5) et de la ou des couches de 10 collage intermédiaire (31, 32) restées solidaires de la couche épitaxiée (6, 6').

13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche épitaxiée (6, 6') est réalisée dans un matériau semiconducteur à large bande interdite.

14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que la 15 couche épitaxiée (6, 6') est en nitrure de gallium.

15. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que la couche épitaxiée (6, 6') est en carbure de silicium cubique.

16. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche épitaxiée (6) est d'une épaisseur suffisante pour 20 constituer une couche autoportée.

17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que la couche épitaxiée (6') obtenue à l'issue de l'étape b) est d'une épaisseur insuffisante pour être autoportée et en ce que le procédé comprend les étapes supplémentaires suivantes effectuées entre les étapes b) et c) et consistant à: 25 - appliquer une première couche de métal (81) sur ladite couche mince épitaxiée (6') et une seconde couche de métal (82) sur un troisième substrat (9) dit "substrat d'accueil", - placer les deux couches de métal (81, 82) au contact l'une de l'autre et effectuer leur scellement, de façon à obtenir à l'issue de l'étape d) la couche épitaxiée mince (6') reportée sur ledit substrat d'accueil (9).

18. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le substrat support (1') est recouvert d'une couche supérieure d'amorce (10') et en ce que l'implantation d'espèces atomiques est effectuée soit à 35 l'intérieur dudit substrat support (1') à travers cette couche supérieure d'amorce (10'), soit à l'intérieur même de cette couche supérieure d'amorce (10'), les paramètres de l'implantation réalisée dans le substrat support (1') ou dans la couche d'amorce (10') étant choisis de façon telle que combinés à la nature des matériaux constituant ce substrat et cette couche d'amorce, le budget énergétique à apporter lors du détachement du reste (11',104') le long de la zone de fragilisation (12',103') 5 soit supérieur au budget énergétique cumulé apporté lors de toutes les étapes qui précèdent ce détachement.