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FR3142829A1 - Procédé de fabrication d’un substrat pour un dispositif électronique de puissance ou radiofréquence - Google Patents

Procédé de fabrication d’un substrat pour un dispositif électronique de puissance ou radiofréquence Download PDF

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FR3142829A1
FR3142829A1 FR2212757A FR2212757A FR3142829A1 FR 3142829 A1 FR3142829 A1 FR 3142829A1 FR 2212757 A FR2212757 A FR 2212757A FR 2212757 A FR2212757 A FR 2212757A FR 3142829 A1 FR3142829 A1 FR 3142829A1
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silicon carbide
support substrate
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carbon inclusions
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Hugo BIARD
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Original Assignee
Soitec SA
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Publication date
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Abstract

L’invention concerne un procédé de fabrication d’un substrat (15) pour un dispositif électronique de puissance ou radiofréquence, comprenant la formation d’un substrat support (10) comprenant un dépôt d’au moins une couche (100) de carbure de silicium polycristallin par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) dans des conditions choisies pour former des inclusions de carbone (1) dans ladite couche de carbure de silicium, et l’assemblage du substrat support (10) et d’une couche superficielle (20) en un matériau monocristallin. Figure pour l’abrégé : Fig 2A

Description

Procédé de fabrication d’un substrat pour un dispositif électronique de puissance ou radiofréquence
La présente invention concerne un substrat pour un dispositif électronique, notamment pour application à l’électronique de puissance ou radiofréquence. L’invention se rapporte également à un dispositif électronique comprenant un tel substrat, et à un procédé de fabrication d’un tel substrat.
 Etat de la technique
Le carbure de silicium (SiC) est largement utilisé pour la fabrication de composants électroniques de puissance ou radiofréquence.
Un substrat pour réaliser de tels composants comprend typiquement un substrat support pouvant être en SiC polycristallin (p-SiC), et une couche superficielle de SiC monocristallin (m-SiC) s’étendant sur le substrat support. Des composants électroniques sont fabriqués dans ou sur la couche de SiC monocristallin. La structure est découpée sous forme de puces comprenant chacune un ou plusieurs composants électroniques. Chaque puce est brasée sur un empilement de dissipation thermique, comprenant des couches métalliques, une céramique conductrice de chaleur et un dissipateur thermique.
La chaleur est ainsi évacuée principalement par l’empilement de dissipation thermique, impliquant des contraintes thermiques importantes sur le matériau d’apport liant par brasage le composant électronique et la couche métallique supérieure de l’empilement de dissipation thermique.
Cependant, le coefficient de dilatation thermique (CTE) et le module de Young du SiC et de l’empilement thermique, notamment le cuivre, sont très différents. Des variations en température engendrent donc des déformations d’ampleur inégale dans les différentes couches au-dessus et en-dessous de la brasure. En particulier, puisque le module de Young du SiC est élevé par rapport à celui des autres matériaux, les contraintes se concentrent dans ceux-ci et notamment dans le matériau d’apport.
Ainsi, le matériau d’apport est très sollicité, ce qui entraine des fissures, délaminations, ou un effritement au niveau de l’interface de la brasure, résultant en une durée de vie du dispositif raccourcie.
Pour diminuer ces contraintes mécaniques, il est connu d’amincir les couches de la structure composite, notamment du substrat de base en SiC polycristallin. Cependant, l’abrasion d’un tel substrat de base est longue et laborieuse, résultant en un coût élevé du composant électronique. En outre, l’amincissement implique un risque de casse, rendant la structure composite inutilisable.
Une autre solution est de modifier les matériaux utilisés pour réaliser le brasage, ce qui est difficile à mettre en œuvre, en particulier en préservant la solidité mécanique et la conductivité électrique et thermique du brasage.
Un but de l’invention est de proposer une structure composite pour la réalisation des dispositifs électroniques, présentant une meilleure tenue aux cycles en température, en évitant des fissures, délaminations et effritements au niveau de l’interface de brasage.
A cette fin, l’invention propose un procédé de fabrication d’un substrat pour un dispositif électronique de puissance ou radiofréquence, comprenant
  • la formation d’un substrat support comprenant un dépôt d’au moins une couche de carbure de silicium polycristallin par dépôt chimique en phase vapeur, CVD, dans des conditions choisies pour former des inclusions de carbone dans ladite couche de carbure de silicium, et
  • l’assemblage du substrat support et d’une couche superficielle en un matériau monocristallin.
Le procédé CVD sous atmosphère gazeuse est une alternative au procédé de frittage connu. Le procédé CVD permet de contrôler la composition et morphologie de la couche déposée. En particulier, il peut permettre de créer un gradient de concentration d’inclusions dans un seul procédé de dépôt.
Les grains de carbure de silicium de forme allongée sont susceptibles de générer une résistivité électrique et thermique anisotrope qui est plus faible dans une direction perpendiculaire à la surface du substrat. Cela améliore l’évacuation de la chaleur et la conduction d’électricité en direction de la surface arrière du substrat. La présence des inclusions de carbone ne pénalise pas le fonctionnement du dispositif électronique qui est fabriqué dans ou sur la couche monocristalline superficielle, laquelle est dépourvue de telles inclusions.
De préférence, la couche superficielle est en un matériau semiconducteur, de préférence en carbure de silicium ou en nitrure de gallium ou en diamant.
De manière avantageuse, au moins une première phase du dépôt chimique en phase vapeur est réalisée à une température supérieure à 1200 °C, de préférence supérieure à 1400°C.
Avantageusement, une première température de début de dépôt chimique en phase vapeur est supérieure à une deuxième température de fin de dépôt chimique en phase vapeur.
L’invention se rapport aussi à un substrat pour dispositif électronique de puissance ou radiofréquence, comprenant
  • un substrat support en carbure de silicium polycristallin présentant une face avant et une face arrière, et
  • une couche superficielle en un matériau monocristallin s’étendant sur la face avant dudit substrat support,
ledit substrat étant caractérisé en ce qu’au moins une portion dudit le substrat support comprend une pluralité de grains de carbure de silicium présentant une forme allongée orientés selon une direction perpendiculaire à la surface du substrat et une pluralité d’inclusions de carbone situées entre lesdits grains.
De préférence, la couche superficielle est en un matériau semiconducteur, de préférence en carbure de silicium ou en nitrure de gallium ou en diamant.
De manière avantageuse, le rapport entre la longueur et la largeur des grains de carbure de silicium dans le substrat support est supérieur ou égal à 1 :1,2, avantageusement supérieur à 1:10 et plus avantageusement supérieur à 1:20.
Le rapport entre la longueur et la largeur des grains de carbure de silicium facilite en outre le polissage. Ainsi, si le polissage provoque un arrachement d’un grain de carbure de silicium allongé dans une direction perpendiculaire à la surface du substrat, on obtient une cavité présentant des dimensions horizontales réduites en comparaison avec l’arrachement d’un grain dans une structure isotrope. En outre, l’arrachement est rendu plus difficile puisque le grain est plus profondément inclus dans la matrice formée par les autres grains.
Avantageusement, les inclusions de carbone sont discontinues.
De préférence, le rapport entre la largeur et la longueur des inclusions de carbone est de 1 :1,2, avantageusement supérieur à 1:20 et plus avantageusement supérieur à 1:30.
De manière avantageuse, le substrat support présente un gradient de concentration des inclusions de carbone, de sorte que la densité des inclusions de carbone augmente de la face avant en direction de la face arrière.
Dans certains modes de réalisation, seule une portion du substrat support comprend lesdites inclusions de carbone et le substrat support (30) comprend en outre une portion dépourvue d’inclusions de carbone entre la couche superficielle de SiC monocristallin et la portion comprenant les inclusions de carbone.
De préférence, le taux volumique des inclusions de carbone dans le substrat support est compris entre 1% et 40%, de préférence compris entre 1% et 20%.
L’invention se rapporte également à un dispositif électronique comprenant un substrat tel que décrit ci-dessus et au moins un composant électronique de puissance ou radiofréquence formé dans ou sur la couche superficielle, et un dispositif d’évacuation de chaleur, le substrat étant brasé sur le dispositif d’évacuation de chaleur par l’intermédiaire d’un matériau d’apport de sorte que le matériau d’apport est en contact solidaire d’au moins une partie de la portion comprenant des inclusions de carbone sur la face arrière du substrat support.
 Brève description des figures
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
La illustre un dispositif comprenant deux composants électroniques réalisés à partir d’un substrat selon l’invention et un empilement de dissipation de chaleur.
La illustre un substrat selon un premier mode de réalisation.
La illustre un substrat selon un deuxième mode de réalisation.
La illustre un substrat selon un troisième mode de réalisation.
Les figures 3A à 3D illustrent les étapes de réalisation d’un substrat support selon l’invention.
Les figures 4A à 4C illustrent les étapes d’assemblage du substrat support avec la couche superficielle.
La est un graphe des différentes phases de carbure de silicium obtenues lors d’un procédé CVD en fonction de la température et de la composition de gaz dans l’enceinte de dépôt.
Description détaillée de modes de réalisation
La illustre un dispositif électronique de puissance ou radiofréquence comprenant une ou plusieurs puces électroniques 11, 12 réalisées à partir d’un substrat selon l’invention. Les puces peuvent être liées par des interconnexions. Dans le cas d’un dispositif radiofréquence, la puce électronique peut porter un dispositif latéral en nitrure de gallium.
Les puces électroniques 11, 12 sont montées sur une structure dissipatrice de chaleur par des brasures 22, 23. Cette structure dissipatrice (DBC, acronyme du terme anglo-saxon « Direct Bonded Copper ») comprend deux métallisations en cuivre 17, 19 et un substrat 18 en une céramique conductrice de chaleur et électriquement isolante, par exemple en nitrure d’aluminium. Des connexions électriques 27, 28 sont fixées sur la métallisation en cuivre 17 par l’intermédiaire de brasures 25, 26.
Une brasure 29 fixe le dispositif sur un dissipateur thermique 34 et une plaque de base 32. Une couche de graisse thermique 31 assure le contact thermique entre le dissipateur 34 et la plaque de base 32. Le dispositif électronique de puissance ou radiofréquence est encapsulé dans un boitier 39 qui est typiquement en plastique.
Chaque puce est formée à partir d’un substrat comprenant un substrat support en carbure de silicium et une couche superficielle en un matériau monocristallin dans ou sur laquelle est formé au moins un composant électronique de puissance ou un composant électronique radiofréquence.
Présentation du substrat
La figures 2A à 2C illustrent des substrats 15 pour un dispositif électronique de puissance ou radiofréquence selon différents modes de réalisation. Chaque substrat 15 comprend, de sa face arrière vers sa face avant, un substrat support 10 et une couche superficielle 20. La face arrière 105, 106 du substrat support 10 est destinée à être fixée sur l’empilement thermique 17,18,19 de la par une brasure 22. Un ou plusieurs composants électroniques 11, 12 peuvent être formés dans ou sur la couche superficielle 20.
Le substrat support 10 est en carbure de silicium polycristallin. Au moins une partie du substrat support 10 comprend des inclusions de carbone 1. Le carbure de silicium se présente sous forme d’une pluralité de grains 2 de forme allongée. Le rapport entre la largeur et la longueur des grains 2 est supérieur ou égal à 1 :1,2, et de préférence supérieur à 1 :10. Dans les modes de réalisation préférés, le rapport entre la largeur et la longueur des grains est supérieur à 1:20. Les grains 2 sont orientés selon une direction Z perpendiculaire à la surface 220 du substrat et liés entre eux. La mesure et la variation de la taille des grains peuvent être évaluées en comptant le nombre d’intersections entre une ligne parallèle à la base du substrat et les joints de grains. Une telle mesure est par exemple réalisée par une observation technique de microscopie électronique comme la microscopie d'électrons rétrodiffusés (BSE, acronyme du terme anglo-saxon « backscattered electrons »).
Les inclusions de carbone 1 sont dispersées de manière discontinue entre les grains 2 de carbure de silicium. Le rapport entre la largeur et la longueur des inclusions de carbone 1 est supérieur ou égal à 1 :1,2, et de préférence supérieur à 1 :10. Dans les modes de réalisation préférés, le rapport entre la largeur et la longueur des inclusions de carbone 1 est supérieur à 1:30.
La géométrie allongée des grains 2 de carbure de silicium et des inclusions 1 de carbone entraine une conductivité électrique et/ou thermique dans une direction Z perpendiculaire à la surface 220 du substrat améliorée par rapport à la conductivité perpendiculaire à Z, car le nombre de joints de grains à traverser entre les deux faces est limité. Une telle conductivité thermique favorise en particulier une bonne évacuation de la chaleur vers un empilement thermique lié à la face arrière 105 du substrat par une brasure.
En référence à la , les inclusions de carbone 1 peuvent être réparties dans toute l’étendue du substrat support 10. La répartition des inclusions peut être homogène. De manière alternative, le substrat support présente un gradient de concentration des inclusions de carbone. Dans ce cas, la densité des inclusions de carbone diminue de la face arrière en direction de la face avant. Le gradient peut être réalisé de manière continue, ou successivement en plusieurs couches présentant des taux de carbone décroissant de la face arrière vers la surface.
Dans certains cas, en référence à la , une portion 10A s’étendant à partir de la face avant est dépourvue d’inclusions de carbone et une deuxième portion 10B comprend des inclusions, qui peuvent être reparties de manière homogène ou selon un gradient.
Une telle configuration présente une face avant de composition homogène, ce qui facilite la préparation du substrat support pour le collage d’une couche de SiC monocristallin. Notamment les étapes de meulage et/ou de polissage sont plus faciles à réaliser sur une face avant homogène, car les inclusions de carbone sont plus friables que les grains de SiC. Ces inclusions sont donc plus facilement détruites ou arrachées pendant le polissage, ce qui peut entrainer l’augmentation de la rugosité de la surface.
Par exemple, la portion 10B comprenant les inclusions peut être une couche dite fine, présentant une épaisseur comprise entre 100 nm et 3 µm. Dans ce cas, la couche comportant les inclusions impacte très peu la conductivité thermique et électrique.
De manière alternative, la portion 10B comprenant les inclusions est une couche dite épaisse, présentant une épaisseur qui est par exemple comprise d’environ 350 µm. Une telle couche permet un amincissement du substrat par sa face arrière après la fabrication des composants électroniques sur sa face avant. Par exemple, on peut amincir la couche à une épaisseur finale comprise entre 100 et 180 µm. Cela permet de diminuer la résistance totale au passage d’un courant circulant en direction d’un axe Z perpendiculaire à la base du substrat.
Pour toutes les épaisseurs de la portion comprenant les inclusions, également pour des épaisseurs intermédiaires entre 3 et 100 µm, on peut préparer une portion 10B de départ présentant une épaisseur supérieure à l’épaisseur envisagée pour l’application finale, et réaliser un amincissement dans une étape ultérieure.
Dans d’autres modes de réalisation, le substrat peut comporter d’autres couches supplémentaires. En référence à la , le substrat peut comprendre une couche en carbure de silicium poreux 60 s’étendant de sa face arrière 106. Le substrat peut comprendre d’autres couches présentant une porosité différente de la couche 60, ou une ou plusieurs couches comprenant des inclusions obtenues par une méthode différente tel qu’un frittage, ou constituées d’un autre matériau.
Un taux de carbone élevé permet de diminuer le module d’Young du carbure de silicium et ainsi de rapprocher le module d’Young du substrat support du module d’Young d’un empilement thermique sur lequel le composant électronique sera brasé. Cela permet d’éviter des contraintes mécaniques et thermiques dans le substrat, notamment au niveau de la face arrière du substrat support, et dans la brasure. La diminution de contraintes permet d’augmenter la durée de vie du composant.
Le taux volumique des inclusions de carbone dans le substrat support est compris entre 1% et 40%.
L’épaisseur de la couche comprenant les inclusions après le dépôt par CVD est typiquement comprise entre 500 µm et 4 mm, avec des variations d’épaisseur (TTV, acronyme pour le terme anglo-saxon « Total Thickness Variation ») qui sont typiquement comprises entre 50 µm et 1,5 mm.
Après amincissement, l’épaisseur finale de la couche de carbure de silicium formée par CVD peut varier selon l’application envisagée. Par exemple, pour un diamètre du substrat de 150 mm, l’épaisseur de la couche comprenant les inclusions est typiquement de 350 µm ±25µm, et pour un diamètre du substrat de 200 mm, l’épaisseur de la couche comprenant les inclusions est d’environ 500 µm ±25µm.
La couche superficielle 20 est en un matériau monocristallin, par exemple en un semiconducteur tel que le carbure de silicium ou le nitrure de gallium ou un autre semiconducteur du type III-V. Dans certains cas, la couche superficielle est en diamant. Dans un mode de réalisation préféré, la couche superficielle est en carbure de silicium monocristallin. Dans une variante, la couche superficielle 20 peut être une couche non continue, par exemple une couche composée d’un ensemble de pavés qui sont chacun en un matériau monocristallin. Cette variante peut être utilisée pour des matériaux non disponibles dans les dimensions correspondant au diamètre du substrat support. Par exemple, la couche superficielle peut être composée d’une pluralité de pavés juxtaposés en diamant.
La fonction du substrat support est de fournir un support mécanique pour le composant à fabriquer, et d’évacuer la chaleur vers l’empilement thermique de manière efficace. Par ailleurs, en raison de l’anisotropie des grains et des inclusions de carbone, la conductivité électrique perpendiculairement à la surface du substrat est maximisée car le nombre de joints de grains à traverser sur le trajet est diminué.
Procédé de fabrication
Nous allons maintenant décrire les étapes d’un procédé de fabrication d’un tel substrat 15. On commence par la mise à disposition d’un support 80 pour la fabrication du substrat support 10. On utilise typiquement un support 80 en graphite facile à retirer ou à brûler après la fabrication du substrat support. On introduit le support 80 dans une enceinte de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) et on chauffe l’enceinte à une première température T1. La première température T1 est supérieure à 1200°C, de préférence supérieure à 1400°C. Une température T1 élevée favorise la formation d’inclusions de carbone dans le substrat support à former.
Simultanément, on introduit un mélange de gaz dans l’enceinte de dépôt. Le mélange de gaz comprend un gaz porteur, typiquement de l’argon, et un précurseur de dépôt fluidifié par un autre gaz qui est typiquement de l’hydrogène.
En référence à la , on dépose ainsi une couche 100 de carbure de silicium comprenant des inclusions de carbone sur le support 80.
Dans le cas où on vise une couche supérieure dépourvue d’inclusions ou un gradient d’inclusions ( ), la température dans l’enceinte est progressivement baissée au cours du procédé de dépôt en phase vapeur pour atteindre une température de fin de dépôt T2 inférieure à T1et/ou on baisse le ratio du gaz Ar/(Ar+H2).
Dans le cas où on dépose une couche avec une répartition homogène des inclusions ( ), on maintient ces paramètres constants.
On continue ainsi le dépôt de la couche de carbure de silicium afin d’obtenir une épaisseur supérieure à l’épaisseur du substrat support à fabriquer. Typiquement, on vise une épaisseur comprise entre 500 µm et 2 mm.
Au début de la croissance de la couche 100 de carbure de silicium, la taille des grains est souvent variable puis devient plus homogène. En favorisant la croissance d’une couche épaisse, on peut retirer ultérieurement la portion dans laquelle la taille des grains varie fortement, et utiliser la portion dans laquelle la taille des grains est homogène et de bonne qualité cristalline. Pendant et après le dépôt, la surface 110 de la couche 100 présente une forte rugosité en raison de l’orientation verticale des grains.
En référence à la , une fois l’épaisseur envisagée de la couche 100 de carbure de silicium atteinte, on retire le support 80 en carbone par voie mécanique ou par combustion.
En référence à la , on procède ensuite au retrait de la portion inférieure 13 de la couche de carbure de silicium dans laquelle la taille de grains est inhomogène et la qualité cristalline moins bonne que dans la portion supérieure réalisée en fin du dépôt par CVD. On retire également une portion surfacique 14 présentant une forte rugosité ou une forte variation locale d’épaisseur à une échelle plus grande que la rugosité.
Le retrait de ces portions excédentaires 13, 14 est typiquement réalisé par un meulage suivi par un polissage mécano-chimique pour atteindre une surface 120 plane et suffisamment lisse pour le collage d’une couche superficielle. Un tel polissage utilise une barbotine contenant des particules abrasives dans un mélange chimiquement actif. Typiquement, après les étapes de retrait, l’épaisseur du substrat support 10 de carbure de silicium est comprise entre 150 et 500 µm et peut varier selon l’application envisagée. Après des étapes ultérieures d’amincissement, l’épaisseur est typiquement comprise entre 100 µm et 180 µm.
En référence à la , on assemble le substrat support 10 ainsi préparé avec une couche superficielle 20 en un matériau monocristallin, typiquement par un procédé du type Smart CutTM.
En référence à la , on prépare un substrat donneur 200 monocristallin pour réaliser la couche superficielle 20. On peut appliquer un nettoyage et/ou un traitement de surface à la surface du substrat donneur 200.
On forme ensuite une zone de fragilisation 21 dans le substrat donneur 200, de sorte à délimiter une couche monocristalline 20. La zone de fragilisation 21 est formée dans le substrat donneur 200 à une profondeur prédéterminée qui correspond sensiblement à l'épaisseur de la couche monocristalline destinée à former la couche superficielle du substrat support pour dispositif électronique de puissance ou radiofréquence à former. De préférence, la zone de fragilisation 21 est créée par implantation d'atomes d'hydrogène et/ou d'hélium dans le substrat donneur.
En référence à la , on colle ensuite le substrat donneur 200 sur la couche de carbure de silicium 10.
En référence à la , on provoque un détachement du substrat donneur 200 le long de la zone de fragilisation 21, de sorte à transférer la couche monocristalline 20 sur la couche de carbure de silicium comportant les inclusions de carbone.
On peut, avant ou après l’assemblage avec la couche 20 en carbure de silicium monocristallin, assembler le substrat support 10 avec d’autres couches, par exemple avec une couche 60 de carbure de silicium poreux comme illustré à la .
A partir du substrat finalisé, on peut former des composants électroniques de puissance ou radiofréquence dans ou sur la couche superficielle monocristalline. On brase le substrat sur un dispositif d’évacuation de chaleur. La brasure est réalisée par apport d’un matériau, par exemple de l’argent, d’un époxyde chargé d’argent, de l’or-silicium, de l’or-étain, du plomb-étain, ou d’un matériau fritté en phase liquide, en contact solidaire avec la face inférieure du substrat. Ainsi, le matériau d’apport est en contact thermique avec les inclusions de carbone agencées au niveau de la face arrière du substrat support, ce qui permet d’évacuer la chaleur du substrat vers le dispositif d’évacuation de chaleur de manière efficace.
Formation des grains durant le procédé CVD
L’utilisation d’un procédé CVD favorise la formation de grains dans le carbure de silicium et la formation d’inclusions de carbone. De plus, contrairement à une couche réalisée par frittage, le dépôt par CVD entraine généralement une croissance anisotrope des grains, de manière que leur axe d’élongation maximale s’étende parallèlement à l’axe Z perpendiculaire à la base du substrat. Une forte anisotropie est souhaitée pour favoriser la conductivité thermique et/ou électrique le long de l’axe Z.
La est une représentation des différentes compositions chimiques déposées en fonction de la température et la composition du gaz dans l’enceinte de dépôt. Quand la température et le ratio du gaz Ar/(Ar+H2) sont relativement basses, on obtient un dépôt de carbure de silicium et du silicium pur. Pour des valeurs intermédiaires de ces deux paramètres, uniquement du carbure de silicium est déposé. A des températures élevées et un ratio du gaz Ar/(Ar+H2) important, du carbure de silicium et du carbone sont déposés. Dans les gammes de températures représentées, la quantité de carbone est plus faible que la quantité de carbure de silicium déposée, et le carbone se présente sous forme d’inclusions dans la couche de carbure de silicium. Le taux idéal pour la formation des grains de carbure de silicium et des inclusions de carbone dépend donc de la température et de l’atmosphère dans l’enceinte de dépôt, notamment du ratio du flux de gaz porteur par rapport au gaz de fluidification. La géométrie et la taille des inclusions dépendent également de ces paramètres.
Le procédé par voie CVD pour obtenir un dépôt biphasique de carbure de silicium comportant des inclusions de carbone est expliqué en détail dans R. Liu et al.
En plus de l’obtention d’une structure anisotrope, le dépôt par CVD présente d’autres avantages par rapport à la formation d’une structure biphasique par frittage. On évite l’utilisation d’un liant pouvant être polluant notamment en salle blanche. Le contrôle du flux et de mélange des gaz est en outre facile à maitriser.
En baissant la température au cours du dépôt par CVD avec un ajustement du ratio du gaz Ar/(Ar+H2), on réalise un gradient de concentration d’inclusions dans un seul procédé de dépôt. La diminution de température peut être réalisée en une rampe continue afin de réaliser un gradient continu pour la concentration d’inclusions. De manière alternative, on peut baisser la température par paliers pour créer des couches dans le substrat dans lesquelles le taux d’inclusions diminue par paliers discrets.

Claims (15)

  1. Procédé de fabrication d’un substrat (15) pour un dispositif électronique de puissance ou radiofréquence, comprenant
    • la formation d’un substrat support (10) comprenant un dépôt d’au moins une couche (100) de carbure de silicium polycristallin par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) dans des conditions choisies pour former des inclusions de carbone (1) dans ladite couche de carbure de silicium, et
    • l’assemblage du substrat support (10) et d’une couche superficielle (20) en un matériau monocristallin.
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la couche superficielle (20) est en un matériau semiconducteur, de préférence en carbure de silicium ou en nitrure de gallium ou en diamant.
  3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel au moins une première phase du dépôt chimique en phase vapeur est réalisée à une température supérieure à 1200 °C, de préférence supérieure à 1400°C.
  4. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel une première température (T1) de début de dépôt chimique en phase vapeur est supérieure à une deuxième température (T2) de fin de dépôt chimique en phase vapeur.
  5. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel un ratio de Ar/(Ar+H2) est réduit pendant l’étape de dépôt chimique en phase vapeur.
  6. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la formation du substrat support comprend en outre une étape d’assemblage de ladite au moins une couche de carbure de silicium comportant les inclusions de carbone (1) avec une couche de base en carbure de silicium poreux.
  7. Substrat pour dispositif électronique de puissance ou radiofréquence, comprenant
    • un substrat support (10) en carbure de silicium polycristallin présentant une face avant (410) et une face arrière, et
    • une couche superficielle (20) en un matériau monocristallin s’étendant sur la face avant (410) dudit substrat support (10),
    ledit substrat étant caractérisé en ce qu’au moins une portion dudit le substrat support (10) comprend une pluralité de grains de carbure de silicium présentant une forme allongée orientés selon une direction perpendiculaire à la surface du substrat et une pluralité d’inclusions de carbone situées entre lesdits grains.
  8. Substrat selon la revendication 7, dans lequel la couche superficielle (20) est en un matériau semiconducteur, de préférence en carbure de silicium ou en nitrure de gallium ou en diamant.
  9. Substrat selon la revendication 7 ou la revendication 8, dans lequel le rapport entre la longueur et la largeur des grains (1) de carbure de silicium dans le substrat support (10) est supérieur ou égal à 1 :1,2, avantageusement supérieur à 1:10 et plus avantageusement supérieur à 1:20.
  10. Substrat selon l’une quelconque des revendications 7 à 9, dans lequel les inclusions de carbone (1) sont discontinues.
  11. Substrat selon l’une quelconque des revendications 7 à 10, dans lequel le rapport entre la largeur et la longueur des inclusions de carbone (1) est de 1 :1,2, avantageusement supérieur à 1:20 et plus avantageusement supérieur à 1:30.
  12. Substrat selon l’une quelconque des revendications 7 à 11, dans lequel le substrat support présente un gradient de concentration des inclusions de carbone (1), de sorte que la densité des inclusions de carbone (1) augmente de la face avant en direction de la face arrière.
  13. Substrat selon l’une quelconque des revendications 7 à 12, dans lequel seule une portion du substrat support comprend lesdites inclusions de carbone (1) et le substrat support (30) comprend en outre une portion dépourvue d’inclusions de carbone (1) entre la couche superficielle (20) de SiC monocristallin et la portion comprenant les inclusions de carbone (1).
  14. Substrat selon l’une quelconque des revendications 7 à 13, dans lequel le taux volumique des inclusions de carbone (1) dans le substrat support est compris entre 1% et 40%, de préférence compris entre 1% et 20%.
  15. Dispositif électronique comprenant un substrat selon l’une quelconque des revendications 7 à 14 et au moins un composant électronique de puissance ou radiofréquence formé dans ou sur la couche superficielle (20), et un dispositif d’évacuation de chaleur, le substrat étant brasé sur le dispositif d’évacuation de chaleur par l’intermédiaire d’un matériau d’apport de sorte que le matériau d’apport est en contact solidaire d’au moins une partie de la portion comprenant des inclusions de carbone (1) sur la face arrière du substrat support (10).
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