FR2939151A1 - Lingots formes d'au moins deux lingots elementaires, un procede de fabrication et une plaquette qui en est issue - Google Patents

Abstract

La présente invention se rapporte notamment à un lingot (3) de matériau susceptible d'être utilisé dans les domaines de l'électronique, l'optique, l'opto-électronique ou de la photovoltaïque, caractérisé par le fait qu'il est constitué d'au moins deux lingots élémentaires (2) assemblés l'un à l'autre le long de deux de leurs faces longitudinales respectives complémentaires (5).

Description

La présente invention concerne un procédé de fabrication de lingots et de plaques en des matériaux susceptibles d'applications dans les domaines de l'électronique, l'optique, l'opto-électronique, ou du photovoltaïque. L'invention porte également sur ces lingots et plaques.

D'une façon générale, les composants électroniques sont formés sur des plaquettes semi-conductrices généralement circulaires, d'environ 100 à 300 millimètres de diamètre. Chaque plaquette peut ainsi comprendre de nombreux composants. Historiquement, l'amélioration des performances et la réduction des coûts de fabrication des dispositifs électroniques ont été obtenues principalement par une plus grande densité d'intégration des composants et par une augmentation de la taille des plaques qui les reçoivent. La taille des lingots et des plaques qui en sont issues, est directement liée à la nature du matériau qui les compose. Ainsi par exemple, les dernières générations de plaques en silicium monocristallin pour des applications en micro-électronique sont disponibles sous la forme de plaques circulaires présentant un diamètre de 300 mm. Les plaques en germanium sont quant à elles disponibles sous la forme de plaques circulaires présentant un diamètre de 200 mm. Similairement, les plaques en SiC ou en GaN présentent un diamètre de 100 mm. L'élaboration de lingots et de plaques présentant une taille et/ou une dimension et/ou une forme non conventionnelle, c'est-à-dire différente(s) de celle(s) couramment employée(s) représente un investissement important de développement.

On connaît des techniques de réalisation de substrats assemblant des couches les unes aux autres sur un support de plus grande dimension. Ainsi, le document US 2007/0026638 propose une technique de fabrication de substrats, obtenus par transfert d'un grand nombre de couches issus de substrats donneurs sur un tel support.

La technique exposée dans ce document requiert néanmoins le transfert de multiples couches, ce qui représente un grand nombre d'étapes et est donc peu économique, pour réaliser le substrat final de grande taille. Aussi, ce document ne règle pas le problème de la fourniture du support qui présente une taille non conventionnelle, c'est-à-dire non habituelle par rapport au matériau et à l'application visées, au regard des pratiques actuelles. Le problème de la fourniture de lingots et plaques de dimensions non conventionnelles reste donc un problème non traité par les documents 10 d'art antérieurs connus. La présente invention apporte des solutions à ce problème. Ainsi, selon un premier aspect, celle-ci concerne un lingot de matériau susceptible d'être utilisé dans les domaines de l'électronique, l'optique, l'opto-électronique ou de la photovoltaïque, caractérisé par le fait 15 qu'il est constitué d'au moins deux lingots élémentaires assemblés l'un à l'autre le long de deux de leurs faces longitudinales respectives complémentaires. Ce lingot peut être autoporteur, c'est-à-dire qu'il est dépourvu de moyens additionnels de soutien et/ou de retenue desdits lingots 20 élémentaires. De cette manière, partant de lingots élémentaires, on constitue un lingot de plus grande taille, non conventionnelle, qui répond aux besoins précités. De plus, étant préférentiellement dépourvu de moyens additionnels de soutien et/ou de retenue, le lingot ainsi obtenu n'est constitué que du 25 matériau réellement nécessaire à son utilisation ultérieure. Selon des caractéristiques avantageuses et non limitatives de ce lingot : - au moins un des lingots élémentaires est en matériau semi-conducteur ; 30 - au moins un des lingots élémentaires est en matériau mono cristallin ou poly cristallin ; - au moins un des lingots élémentaires est un solide choisi parmi les cylindres, les prismes, les polyèdres tel qu'un parallélépipède, à section carrée, rectangulaire, triangulaire, pentagonale, hexagonale, heptagonale, octogonale, ennéagonale, décagonale, ou à section en forme de portion de cercle ; - les matériaux des lingots élémentaires sont choisis parmi le silicium, le germanium, le carbure de silicium, le nitrure de gallium, l'arséniure de gallium, le saphir, le verre, le quartz, l'AIN, l'InP, les matériaux ferroélectriques tels que du LiTaO3, LiNbO3 ; - tous les lingots élémentaires sont constitués du même matériau ; - au moins deux lingots élémentaires sont constitués de matériaux de nature différente ; - sa section droite présente une surface supérieure à 0,07 m2, et 15 au moins un lingot élémentaire est constitué de silicium ou de germanimum ; - sa section droite présente une surface supérieure à 0,007 m2 et il est constitué d'un alliage, notamment en GaN ou en AIN ; - la distance joignant les faces d'extrémité opposées d'au moins 20 un lingot élémentaire est supérieure à 100mm, et de manière préférentielle supérieure à 1 m, ce lingot élémentaire étant constitué de silicium ou de germanimum ; - la distance joignant les faces d'extrémité opposées d'au moins un lingot élémentaire est supérieure à 10 mm, ce lingot élémentaire étant 25 constitué d'un alliage par exemple en GaN, AIN, InP ou GaAs. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un lingot qui comprend les étapes suivantes : . fourniture d'au moins deux lingots élémentaires présentant chacun une face longitudinale complémentaire, 30 . assemblage des lingots élémentaires le long de leurs faces longitudinales respectives complémentaires ; Selon des caractéristiques avantageuses : - l'assemblage entre les lingots élémentaires est réalisé par collage moléculaire, anodique ou par fusion ; - l'assemblage entre les différents lingots élémentaires est obtenu sous presse avec application d'un budget thermique ; - l'assemblage entre les différents lingots élémentaires est obtenu par soudure ou brasage ; - l'assemblage entre les différents lingots élémentaires est obtenu par collage, via une couche de collage ; - la couche de collage est choisie parmi une résine, une glue, un polymère, une couche semi-conductrice, une couche en matériau binaire, ternaire, une couche isolante, une couche amorphe, une couche dopée, une couche poly cristalline ; - l'assemblage via une couche dopée est obtenu par application de micro-ondes ; - des marques d'alignement sont intégrées dans la couche de collage ; - le matériau binaire, ternaire est choisi parmi du SiGe GaN,.SiC, AIN, InGaN, GaAs, InP ; - la couche amorphe ou poly cristalline est recristallisée par 20 application d'un traitement thermique avec une température est supérieure à 500°C; - un traitement thermique est appliqué au lingot obtenu après assemblage d'au moins deux lingots élémentaires. Enfin, l'invention se rapporte à une plaquette de matériau 25 constituée d'une tranche de lingot conforme à l'une des caractéristiques ci-dessus ou obtenue selon le procédé précité. Dans l'ensemble de la présente demande, on entendra par l'expression "lingot élémentaire" aussi bien un lingot brut qu'un lingot dont on aura rectifié la forme, notamment pour enlever sa gangue externe. 30 Par ailleurs, on définit par "faces longitudinales", les faces d'un lingot dont les arêtes les plus longues sont parallèles à l'axe longitudinal du lingot initial.

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, plusieurs modes de réalisation possibles.

Sur ces dessins : Les figures 1A à 1 D sont des schémas représentant un premier type de lingot obtenu selon un premier mode de réalisation du procédé conforme à l'invention, Les figures 2A à 2C sont des schémas représentant un deuxième 10 type de lingot obtenu selon un deuxième mode de réalisation du procédé conforme à l'invention, Les figures 3A à 3C sont des schémas représentant un troisième type de lingot obtenu selon un troisième mode de réalisation du procédé conforme à l'invention, 15 Les figures 4A à 4D sont des schémas représentant un quatrième type de lingot obtenu selon un quatrième mode de réalisation du procédé conforme à l'invention, Les figures 5A à 5E sont des schémas représentant un cinquième type de lingot obtenu selon un cinquième mode de réalisation du 20 procédé conforme à l'invention. Le procédé conforme à l'invention s'applique à la fabrication de plaques de grande taille mais aussi d'une manière plus générale à celle de lingots de grande taille. Ce procédé est d'autant plus pertinent lorsqu'il vise des lingots en matériau monocristallin ou poly cristallin de bonne qualité. Il 25 vise plus particulièrement les matériaux semi-conducteurs. D'une façon générale, la taille ou le diamètre des lingots dépend de la nature même du matériau constituant ledit lingot. Ainsi, dans le cas du silicium monocristallin, l'homme de l'art définit aujourd'hui un grand diamètre par un diamètre supérieur à 300 mm, plus particulièrement 450 30 mm qui est décrit comme étant la prochaine génération. Dans le cas de lingots de germanium monocristallin, un grand diamètre est défini comme un diamètre supérieur à 150 mm, plus particulièrement supérieure à 200 mm. Pour des matériaux polycristallins, les dimensions qualifiées de grand diamètre peuvent différer du fait des différences de difficultés d'obtention des-dits lingots. Pour le silicium polycristallin, un grand diamètre est un diamètre supérieur à 500 mm.

Et l'invention n'est pas limitée à des lingots de forme cylindrique, format habituellement utilisé en microélectronique. La forme des lingots finaux est quelconque. Il peut s'agit par exemple d'un polyèdre dont les arêtes les plus longues sont parallèles à l'axe longitudinal principal du lingot initial. Pour les applications photovoltaïques par exemple, des formes de plaques carrées sont aujourd'hui préférées. Dans le cas d'un polyèdre, la section dont il est fait référence tout au long de la présente invention mais de façon non limitative, correspond au polygone obtenu dans le plan perpendiculaire aux arêtes les plus longues, c'est-à-dire dans le plan orthogonal à l'axe longitudinal du lingot. Ainsi, les lingots finaux ou initiaux peuvent être choisis parmi des polyèdres à section polygonale, l'ordre du polygone étant compris entre 3 (on parle alors de section triangulaire) et l'infini, plus précisément entre 3 et 10 000 (on parle alors de section myriagonale). Par exemple, la section peut être également carrée, rectangulaire, pentagonale, hexagonale, heptagonale, octogonale, ennéagonale, décagonale. Il faut toutefois noter que l'on aura tendance à choisir une section polygonale d'ordre important afin de limiter la perte dans la découpe du polyèdre, si celui ci est obtenu à partir d'un lingot initial cylindrique.

De plus, la section des lingots, notamment des lingots à assembler, peut également avoir une forme en portion de cercle, comme par exemple en forme de 1 /2 cercle, de 1 /4 de cercle, de 1/X de cercle (X compris entre 1 et 100). Les polyèdres avec une section de 1/X de cercle sont choisis de telle sorte qu'ils aient un rayon de courbure adapté en fonction du diamètre du lingot final visé. L'invention n'est bien sûr pas limitée à cette liste mais ouverte à toutes sortes de forme de lingots.

Le nombre de lingots à assembler va dépendre de la forme finale ciblée mais aussi de la forme initiale des lingots à assembler. Ainsi, le lingot final de grande taille sera issu de l'assemblage d'au moins deux lingots. Les lingots à assembler sont en matériaux cristallins ou non.

Un premier type de lingot obtenu selon un premier mode de réalisation du procédé conforme à l'invention, va maintenant être décrit brièvement. Dans un premier temps et comme représenté sur la figure 1A, des lingots à assembler 2 sont découpés dans un lingot initial cylindrique 1.

Dans cet exemple, les lingots à assembler 2 ont une section en forme de 1/4 de cercle comme cela est représenté dans la figure I B. Chaque lingot est donc délimité par deux faces d'extrémité parallèles 3 et 4 à contour en forme de quart de cercle, deux grandes faces longitudinales perpendiculaires l'une à l'autre 5 et une face courbe (en arc de cercle) 6.

Cependant, d'une façon plus générale, la face en forme d'arc de cercle peut avoir un rayon de courbure adapté en fonction du diamètre du lingot final visé, mais aussi en fonction du nombre de lingots à assembler, qui vont être découpés. La découpe du lingot initial 1 permet d'obtenir le lingot à assembler 2, et l'assemblage de quatre lingots à assembler 2 permet d'obtenir un lingot final 7 de grande taille, c'est-à-dire de diamètre supérieur au diamètre du lingot initial 1 comme cela est représenté dans les figures 1C et 1D. Les lingots initiaux 1 et donc les lingots finaux 7 sont dans des matériaux cristallins ou non. Ils sont choisis parmi les matériaux semiconducteurs tels le silicium, le germanium, le carbure de silicium, le nitrure de gallium, l'arséniure de gallium et plus généralement les semiconducteurs composés dont entre autres des matériaux des groupes III/V, des groupes Il/VI, ou encore parmi le saphir, le quartz, les matériaux piézoélectriques, ferroélectriques, tels que du LiTaO3, LiNbO3. L'assemblage des lingots à assembler 2 peut être réalisé selon différentes méthodes, par toutes les techniques de collage connues, par exemple via une couche de collage (résine, glue, polymère, ..), par collage moléculaire, collage anodique, ou encore collage par fusion de matériaux (soudures, brasures). Dans ce cas, le lingot final 7 des figures 1C et 1 D est obtenu suite à la fusion des interfaces entre chacun des lingots à assembler. Après préparation des faces 5 des lingots 2 à assembler, celles ci sont mises en contact puis l'ensemble est soumis à un recuit dont la température dépend du matériau considéré. Par fusion, il ne faut pas ici nécessairement entendre passage à l'état liquide mais reconstruction par diffusion au travers des interfaces des espèces composant le matériau. Pour le silicium, des températures supérieures à 1200°C seront avantageusement utilisées. La préparation des faces 5 des lingots 2 à assembler consisteront avantageusement en des étapes de mise en forme telles que le fraisage, le polissage etc... pour rendre les-dites surfaces suffisamment planes pour pouvoir s'épouser. Cette préparation comportera avantageusement aussi des étapes de nettoyage (nettoyages chimiques, brossage, ..) visant entre autres à éliminer tout débris ou particule trop encombrant pouvant pénaliser la mise en contact des surfaces à coller. Enfin, une mise sous presse sera avantageusement mise en oeuvre lors du traitement thermique de fusion afin de faciliter la solidarisation et consolidation des interfaces d'assemblage. Toute technique connue de l'homme de l'art (dans le domaine des matériaux frittés par exemple) sera avantageusement mise en oeuvre.

Un autre mode de réalisation de la présente invention va être maintenant décrit en faisant référence aux figures 2A à 2C. Les mêmes éléments portent les mêmes références numériques et ne seront pas décrits de nouveau. Selon cette variante, les lingots à assembler 2 ont une forme de polyèdre à section carré comme cela est représenté dans la figure 2A, la longueur de l'arête du carré est choisie en fonction de la taille du lingot final 7 ciblé, les faces à assembler étant référencées 5.

Dans cette variante particulière, une couche de collage 8 est formée à la surface des faces 5 des lingots 2 à assembler. Il faut noter que la couche de collage doit être présente sur toutes les faces ou au moins une des faces des lingots à assembler 2 qui sont destinées à être mises en contact les unes avec les autres. Ainsi, il faudra adapter le nombre de couches de collages en fonction du nombre de faces de lingots à assembler 2 à coller les unes aux autres, mais aussi en fonction de l'interface de collage que l'on veut créer, celle-ci pouvant comporter une ou alors deux couches de collage superposées.

Dans le cas présent, la couche de collage 8 est une couche composée du même matériau mais dont les propriétés cristallines et/ou structurelles avant collage sont modifiées par rapport au matériau à coller. Dans le cas présent de lingots en silicium monocristallin, la modification consiste à utiliser une couche de silicium amorphe, polycrisyalline ou poreuse, obtenue par toute technique connue de l'homme de l'art. Elle peut être obtenue par dépôt, par exemple par des techniques CVD, selon l'acronyme anglophone Chemical Vapor Deposition. Elle peut aussi résulter d'une modification par endommagement des surfaces à coller. Une amorphisation suite à une implantation ionique sera à ce titre avantageuse.

Les espèces implantées peuvent être soit identiques au matériau à assembler, ici du silicium, soit différer comme par exemple du Germanium. Dans ce dernier cas, les interfaces de collage pourront alors présenter une composition déviant du matériau pur à assembler, ce qui est tolérable pour la plupart des applications. Un sablage est un autre exemple d'endommagement mécanique pour modifier la surface du silicium. La modification structurelle de la surface à coller peut encore résulter d'une anodisation menant à une porosification surfacique. Un traitement plasma peut également être mis en oeuvre dans le processus de modification des propriétés des faces à assembler, comme par exemple des traitements de plasma par immersion. Les épaisseurs typiques de modifications structurelles se situent entre quelques nanomètres et quelques micromètres.

Dans tous les cas, au moins une des deux faces de deux lingots à assembler 2 est soumise à la formation de cette couche de collage 8. On peut en effet envisager de coller une couche de collage 8 présente sur la face 5 d'un premier lingot à assembler 2, avec la face 5 d'un deuxième lingot à assembler 2, qui, elle, n'est pas revêtue d'une couche de collage 8. On peut également envisager que la couche de collage 8 soit présente sur les deux faces à assembler. La mise en contact des quatre lingots à assembler 2 est représentée sur les figures 2B et 2C.

Des traitements de préparation de surface de la couche de collage 8 peuvent être envisagés afin de faciliter un collage de bonne qualité. On peut ainsi soumettre les faces des lingots à assembler à des traitements de nettoyage, brossage, séchage, activation de surface, ainsi qu'à des opérations visant à améliorer la géométrie (planéité, rugosité...) des surfaces à assembler, comme par exemple une étape de rodage ou de polissage. Une fois la mise en contact effectuée, la structure obtenue est soumise à un traitement thermique permettant la reconstruction, et généralement la recristallisation de la couche de collage 8, en même temps que le collage des faces en contact les unes avec les autres afin d'obtenir le lingot final 3. Ce traitement thermique consiste à appliquer une température suffisante dont la valeur dépend des matériaux à assembler et de la nature des couches de collage. Dans le cas de lingots de silicium et de couches de collage constituées de silicium amorphe, des températures supérieures à 500°C, pendant une durée de 1 minute à 2 heures seront privilégiées. Un troisième mode de réalisation représenté sur les figures 3A à 3C va être maintenant détaillé. Les mêmes éléments portent les mêmes références numériques et ne seront pas décrits de nouveau. Tout comme le deuxième mode de réalisation, le matériau des lingots à assembler est préférentiellement du silicium, mais dans cet exemple, les applications photovoltaïques sont particulièrement visées et les lingots initiaux de silicium sont monocristallins ou polycristallins. Tout comme le deuxième de mode de réalisation, une couche de collage 8 est présente à la surface des faces à mettre en contact, mais des couches de nature différente que celle du matériau à assembler sont considérées. Ainsi, l'on s'intéresse ici à des couches de collage obtenues par dépôt et ayant la faculté d'être un isolant électrique. Ainsi, comme cela est représenté dans la figure 3A, le lingot à assembler 2 en forme de parallélépipède à section rectangulaire est utilisé comme lingot initial. Dans cet exemple, quatre lingots de ce type sont assemblés mais le nombre de lingots à assembler n'est pas limité à ce chiffre. On peut envisager d'en assembler deux ou plus de quatre. Dans l'exemple présenté, les lingots à assembler 2 sont en silicium. Une couche de collage 8 est alors formée sur les faces 5 du lingot à assembler 2 qui seront assemblées avec les faces 5 d'autres lingots. La couche de collage 8 dans le cas présent correspond à une couche isolante, telle qu'une couche de d'oxyde de silicium (SiO2) ou encore de nitrure de silicium (Si3N4), elle peut être également en oxynitrure de silicium (SiXOyNZ) ou tout autre matériau isolant selon la nature initiale du lingot traité. Dans une autre configuration où le lingot à assembler 2 est en germanium, on peut par exemple envisager la formation d'une couche de collage 8 en GeOXNy. La couche de collage 6 peut être formée par l'une des différentes techniques habituelles de dépôts telles que par CVD (Chemical Vapor Deposition), PECVD (Plasma Enhanced Chemical vapor Deposition), LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition).

Alternativement ou en complément aux techniques de dépôts, la couche de collage peut en partie être formée grâce une oxydation thermique aboutissant dans le cas de ligots de silicium à une couche superficielle de SiO2 au niveau des faces 5 des lingots à assembler 2. De façon optionnelle, le deuxième lingot à assembler avec le premier lingot, peut également ou non être doté des mêmes couches de collage pour aboutir à un système de collage respectivement symétrique ou non.

Lors de cette étape de formation de couche de collage 8, des marques de repérage peuvent être également intégrées au sein même de la couche. On peut en effet envisager de former par exemple des repères qui permettront une fois les lingots tranchés en plaquettes, de positionner correctement plusieurs plaquettes les unes sur les autres par rapport aux joints existants. Le lingot final 3 de la figure 3C est obtenu par collage moléculaire. Le collage par adhésion moléculaire ( direct wafer bonding ou fusion bonding selon la terminologie anglo-saxonne) est une technique permettant de faire adhérer l'un à l'autre deux substrats présentant des surfaces parfaitement planes ( poli-miroir ), et cela sans application d'adhésif supplémentaire telle qu'une colle. Le collage est typiquement initié par application locale d'une pression sur les deux substrats mis en contact. Une onde de collage se 15 propage ensuite sur toute l'étendue des substrats. Pour réaliser ce type de collage moléculaire, les lingots à assembler 2 sont soumis au niveau de leurs faces 5 à une préparation de surface avant collage qui consiste tout d'abord en une finition mécanique de précision (polissage, rodage) et un traitement de nettoyage, brossage, 20 séchage. Le nettoyage peut par exemple être un nettoyage de type "RCA", pour éliminer les particules contaminantes. Pour mémoire, le traitement à l'aide d'un bain chimique dénommé "RCA" consiste à traiter lesdites faces, successivement avec une 25 première solution comprenant un mélange d'hydroxyde d'ammonium (NH4OH), de peroxyde d'hydrogène (H2O2) et d'eau déionisée, puis d'une seconde solution comprenant un mélange d'acide chlorhydrique (HCI), de peroxyde d'hydrogène (H2O2) et d'eau déionisée; l'application des différentes solutions pouvant être couplée ou non à un brossage. 30 Les lingots sont ensuite brossés et/ou rincés (avec de l'eau déionisée par exemple), voire séchés.

De façon optionnelle, l'une ou l'autre ou les deux faces 5 à assembler peuvent être soumises à un traitement d'activation plasma, sous une atmosphère inerte, par exemple contenant de l'argon ou de l'azote, ou sous une atmosphère contenant de l'oxygène. Cette activation, si elle a lieu est effectuée de préférence après un nettoyage. Enfin, les quatre lingots à assembler sont mis en contact l'un avec l'autre, les uns après les autres ou simultanément, de façon à réaliser un collage par adhésion moléculaire formant ainsi le lingot final 3 de grande taille tel que représenté sur la figure 3C.

Une fois l'assemblage effectué, le lingot final 3 est soumis à un traitement final, comme par exemple un traitement thermique de renforcement des interfaces de collage entre les différentes faces 5 des lingots 2 assemblés. Le traitement thermique est appliqué dans une gamme de température comprise entre 200°C et 1350°C, dans le cas de lingots en silicium pendant une durée de 1 minute à 2 heures, ou alors à un température supérieure à 1500°C dans le cas du carbure de silicium pour la même gamme de durée d'application. En effet, ce traitement thermique final sera adapté selon la nature des matériaux présents, en visant des températures maximales correspondant à la température de fusion des matériaux considérés. Une quatrième variante de la présente invention va être maintenant présentée en faisant référence aux figures 4A à 4C. Ce mode de réalisation consiste à assembler des lingots en forme de polyèdres de section triangulaire 2, afin de former un lingot final 3 25 dont la section est hexagonale. La figure 4A décrit par exemple un premier lingot à assembler 2 en silicium. Dans ce mode de mise en oeuvre, les lingots à assembler sont collés les uns aux autres par l'intermédiaire de couches de siliciure. Avant 30 assemblage, l'une au moins des faces à assembler est recouverte directement par une couche de siliciure ou par une couche métallique dont la réaction en température avec le silicium formera ledit siliciure recherché.

Un traitement thermique permet finalement le scellement définitif des lingots à assembler, à une température qui dépend du choix du siliciure mais généralement supérieure à 350°C. La mise sous presse de l'ensemble pendant l'opération de scellement est avantageusement utilisée.

On aboutit ainsi à la structure finale 3 telle que décrite à la figure 4C. Une cinquième variante de la présente invention va maintenant être décrite en faisant référence aux figures 5A à 5F. Selon cette variante et comme représenté sur les figures 5A et 5B, des lingots à assembler 2 de section en forme de quart de cercle sont taillés dans des lingots initiaux 1 de silicium. La taille du lingot à assembler peut se faire selon différentes manières. Ainsi par exemple selon les figures 5A et 5B, seules les deux faces à assembler 5 sont découpées dans le lingot initial 1, le reste 9 étant éliminé après assemblage. Une autre manière consiste à découper en une seule étape le lingot à assembler 2 dans le lingot initial 1 afin d'obtenir le lingot en quart de cylindre dès la première étape. Une fois les deux faces 5 du lingot découpées, quatre lingots à assembler 2 sont mis en contact les uns avec les autres afin d'être collés.

Les étapes de préparation habituelles peuvent être appliquées sur les surfaces des faces 5 de chaque lingot avant collage. L'assemblage des différents lingots à assembler est obtenu par fusion des faces complémentaires en vis à vis, comme pour le premier mode de mise en oeuvre de l'invention décrit ci-avant.

Une fois les lingots 2 assemblés, il est alors possible d'éliminer les restes 9 de chaque lingot initial par différentes techniques comme par exemple par des opérations mécaniques (tournage, fraisage...) permettant d'obtenir le lingot final 3 de grande taille tel que représenté sur les figures 5E et 5F.

Les modes de mise en oeuvre de l'invention décrits auparavant se sont concentrés sur le silicium, mais ils s'appliquent, moyennant quelques adaptions à la portée de l'homme du métier, aux autres matériaux dont les plaques sont réalisées à partir de la découpe de lingots (matériaux cristallins ou non, matériaux semiconducteurs tels le silicium, le germanium, le carbure de silicium, le nitrure de gallium, l'arséniure de gallium et plus généralement les semiconducteurs composés dont entre autres des matériaux des groupes III/V, des groupes Il/VI, ou encore le saphir, le quartz, l'AIN, l'InP, les matériaux piézoélectriques, ferroélectriques, tels que du LiTaO3, LiNbO3). Enfin et cela quelque soit le mode de fabrication des lingots finaux de grande taille, les-dits lingots peuvent être découpés en plaquettes ou en tronçons (c'est à dire en lingots de dimensions plus réduites que le lingot final). On obtient ainsi par exemple des plaquettes de grande taille, leur surface correspondant à la section du lingot final. Moyennant quelques opérations classiques supplémentaires de finition des plaques (polissage, définition des tombées de bords, nettoyages..), celles-ci peuvent alors être utilisées sous forme massive (Bulk selon la terminologie Anglo-Saxonne) ou subir quelques opérations supplémentaires, comme par exemple être utilisées pour la fabrication de substrats de type SOI (selon l'acronyme Silicon-On-Insulator ). Dans ce cas, les plaquettes servent tant pour des substrats donneurs de couches fines de silicium, que pour des substrats supports sur lesquels seront transférés les couches fines et sont utilisées dans des procédés de transfert de couches tels que la technologie Smart Cut (marque déposée) ou Eltran (marque déposée). Dans un cas particulier, les plaquettes servent de substrat donneur, et des couches (ou "films) issus de ce substrat donneur sont reportés sur un substrat support conventionnel (c'est-à-dire ne résultant pas d'un assemblage de lingot élémentaire). La plaquette ou le lingot issu de l'invention peut présenter une certaine fragilité mécanique au niveau des zones d'assemblage. Un avantage de ce cas particulier de report, est qu'il est ainsi possible de renforcer la tenue mécanique du "film" issu d'un tel substrat donneur fragile, en reportant ce film sur un substrat mécaniquement plus solide.

Ainsi, on peut envisager de reporter un "film" de GaN issu d'une plaquette de substrat de GaN obtenu selon l'invention, par assemblage de lingots élémentaires de GaN, le substrat ayant un contour circulaire et pouvant présenter un diamètre de 200mm, sur une plaque de silicium massive, connue de l'état de l'art (et de taille conventionnelle ), elle même ayant un contour circulaire et présentant un diamètre de 200mm. Enfin, les tronçons de lingots ou les lingots eux mêmes peuvent faire l'objet d'une découpe pour former des films ou plaquettes, par exemple selon le procédé exposé dans le document US5714395.

Claims (24)

1. REVENDICATIONS1. Lingot (3) de matériau susceptible d'être utilisé dans les domaines de l'électronique, l'optique, l'opto-électronique ou de la photovoltaïque, caractérisé par le fait qu'il est constitué d'au moins deux lingots élémentaires (2) assemblés l'un à l'autre le long de deux de leurs faces longitudinales respectives complémentaires (5).
2. 2. Lingot (3) selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est autoporteur, c'est-à-dire qu'il est dépourvu de moyens additionnels de soutien et/ou de retenue desdits lingots élémentaires (2).
3. 3. Lingot (3) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au moins un des lingots élémentaires (2) est en matériau semi-conducteur.
4. 4. Lingot (3) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un des lingots élémentaires (2) est en matériau mono cristallin ou poly cristallin.
5. 5. Lingot (3) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'au moins un des lingots élémentaires (2) est un solide choisi parmi les cylindres, les prismes, les polyèdres tel qu'un parallélépipède, à section carrée, rectangulaire, triangulaire, pentagonale, hexagonale, heptagonale, octogonale, ennéagonale, décagonale, ou à section en forme de portion de cercle.
6. 6. Lingot (3) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les matériaux des lingots élémentaires (2) sont choisis parmi le silicium, le germanium, le carbure de silicium, le nitrure de gallium, l'arséniure de gallium, le saphir, le verre, le quartz, l'AIN, l'InP, les matériaux ferroélectriques tels que du LiTaO3, LiNbO3.
7. 7. Lingot (3) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que tous les lingots élémentaires (2) sont constitués du même matériau.
8. 8. Lingot (3) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'au moins deux lingots élémentaires (2) sont constitués de matériaux 30 de nature différente.
9. 9. Lingot (3) selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé par le fait que sa section droite présente une surface supérieure à 0,07 m2, et qu'au moins un lingot élémentaire est constitué de silicium ou de germanium.
10. 10. Lingot (3) selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé par le fait que sa section droite présente une surface supérieure à 0,007 m2 et qu'il est constitué d'un alliage, notamment en GaN ou en AIN.
11. 11. Lingot (3) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la distance joignant les faces d'extrémité opposées d'au moins un lingot élémentaire (2) est supérieure à 100mm, et de manière préférentielle supérieure à 1 m, ce lingot élémentaire étant constitué de silicium ou de germanium.
12. 12. Lingot (3) selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que la distance joignant les faces d'extrémité opposées d'au moins un lingot élémentaire (2) est supérieure à 10 mm, ce lingot élémentaire étant constitué d'un alliage, notamment en GaN, AIN, InP ou GaAs.
13. 13. Procédé de fabrication d'un lingot (3) de matériau susceptible d'être utilisé dans les domaines de l'électronique, l'optique, l'optoélectronique ou de la photovoltaïque, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - fourniture d'au moins deux lingots élémentaires (2) présentant chacun une face longitudinale (5) complémentaire, - assemblage des lingots élémentaires (2) le long de leurs faces longitudinales respectives complémentaires (5).
14. 14. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'assemblage entre les lingots élémentaires (2) est réalisé par collage moléculaire, anodique ou par fusion.
15. 15. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'assemblage entre les différents lingots élémentaires (2) est obtenu sous 30 presse avec application d'un budget thermique.
16. 16. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'assemblage entre les différents lingots élémentaires (2) est obtenu par soudure ou brasage.
17. 17. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que 5 l'assemblage entre les différents lingots élémentaires (2) est obtenu par collage, via une couche de collage (8).
18. 18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que la couche de collage (8) est choisie parmi une résine, une glue, un polymère, une couche semi-conductrice, une couche en matériau binaire, ternaire, une 10 couche isolante, une couche amorphe, une couche dopée, une couche polycristalline.
19. 19. Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que l'assemblage via une couche dopée est obtenu par application de micro-ondes. 15
20. 20. Procédé selon la revendication 18 ou 19, caractérisé en ce que des marques d'alignement sont intégrées dans la couche de collage (8).
21. 21. Procédé selon la revendication 18 caractérisé en ce que le matériau binaire, ternaire est choisi parmi du SiGe, GaN,.SiC, AIN, InGaN, GaAs et InP. 20
22. 22. Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que la couche amorphe ou polycristalline est recristallisée par application d'un traitement thermique avec une température est supérieure à 500°C.
23. 23. Procédé selon l'une des revendications 13 à 22, caractérisé en ce qu'un traitement thermique est appliqué au lingot (3) obtenu après 25 assemblage d'au moins deux lingots élémentaires (2).
24. 24. Plaquette de matériau susceptible d'être utilisé dans les domaines de l'électronique, l'optique, l'opto-électronique ou de la photovoltaïque, caractérisée en ce qu'elle est constituée d'une tranche de lingot (3) selon l'une des revendications 1 à 12, ou obtenu par la mise en 30 oeuvre du procédé selon l'une des revendications 13 à 23.