EP2875519A1 - Procédé de fabrication d'une couche monocristalline - Google Patents

Procédé de fabrication d'une couche monocristalline

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EP2875519A1
EP2875519A1 EP13747450.8A EP13747450A EP2875519A1 EP 2875519 A1 EP2875519 A1 EP 2875519A1 EP 13747450 A EP13747450 A EP 13747450A EP 2875519 A1 EP2875519 A1 EP 2875519A1
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EP
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thin film
sample
interface region
layer
thin layer
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Withdrawn
Application number
EP13747450.8A
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Inventor
Lamine BENAISSA
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Filing date
Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a monocrystalline layer, in particular a semiconductor material, intended for applications in the fields of microelectronics, microsystems, photovoltaics, display or data storage. .
  • the present invention relates to a composite structure adapted to obtain a monocrystalline layer, in particular a semiconductor material by application of this manufacturing method.
  • a layer of an electrically insulating material is also advantageously disposed between the monocrystalline layer and the support substrate.
  • lateral epitaxial growth techniques such as ELO (Epitaxial Lateral Overgrowth) and MELO (Merged Epitaxial Lateral Overgrowth) ensure the growth of a thin layer on a seed substrate, through openings formed. in an electric insulating growth mask. It is thus possible to obtain localized SOI structures (acronym for Silicon On Insulator) by this means.
  • a silicon seed support substrate having on the surface an amorphous silicon oxide layer is first formed. Then, openings in the amorphous layer are obtained by etching so as to form a growth mask.
  • a first vertical growth of silicon monocrystalline pads is made from the silicon seed substrate in the formed openings.
  • the deposition conditions are modified so as to obtain a vertical and lateral growth of silicon to cover the entire SiO 2 mask.
  • This selective growth by epitaxy (SEG: Selective Epitaxial Growth) remains a sensitive process and quite delicate to achieve.
  • SEG Selective Epitaxial Growth
  • the epitaxial fronts resulting from the vertical growth of the silicon pads meet, crystalline defects are formed.
  • the surface of the resulting thin layer is not flat and requires a chemical mechanical polishing step to remove excess silicon.
  • the width of the SOI type patterns produced is imitated by the low ratio of lateral / vertical growth (estimated at about 1: 1 0) so that the dimensions of the SOI pads obtained do not exceed 500 ⁇ .
  • ZMR Zero Melting Recrystallization
  • ELO ELO
  • the melted zone cools down.
  • the zone in contact with the seed substrate recrystallizes according to the crystalline information thereof and leads to a monocrystalline film.
  • the films obtained are of low quality because the presence of the mask and the zones of germ create differences in heat dissipation.
  • the thermal conductivity of a SiO2 mask is for example about 100 times lower than that of the silicon support.
  • the energy source thus horizontally sweeps a region having a vertical thermal resistance discontinuity. In these conditions, it becomes difficult to control the crystallization front and a local coexistence of solid and liquid zones creates an accumulation of stresses resulting in the appearance of crystalline defects.
  • the known methods do not make it possible to provide at low cost layers of monocrystalline semiconductor material of very good crystalline quality and large dimensions. Moreover, the constraints inherent in these methods do not allow a wide choice in the nature and quality of the support substrates.
  • the subject of the invention is a method for manufacturing a monocrystalline thin film, in particular for applications in the fields of microelectronics, photovoltaics, display, microsystems, data storage, the method comprising the steps of:
  • the expression "crystalline information" means the crystalline characteristics of the seed sample n such as the symmetry of the crystal lattice, the mesh parameter of the crystals, the atoms that compose them.
  • the term "plane surface" of the support substrate means a substantially flat surface, that is to say having a surface whose topology is not likely to trap or promote the agglomeration of material. liquefied, so as to favor a good anchorage.
  • seed sample means a portion of material different from a continuous layer and serving as seed for the formation of a monocrystalline material.
  • the proportion of seed sample n and the proportion of thin film n are measured along the y axis perpendicular to the planar surface of the support substrate.
  • the proportion of the seed sample n decreases as a function of the distance separating the first peripheral portion n from the second peripheral portion n in the present application.
  • the term "the first peripheral portion n and the second peripheral n" flanking the initial interface region n is defined along the x axis, parallel to the plane surface of the substrate and corresponding to the axis of displacement of the energy supply or the support substrate with respect to the energy input.
  • initial interface region in the present application refers to the entire contact area between the seed sample n and the thin layer n.
  • the term "the initial interface region substantially becoming a solid-liquid interface region” is also understood to mean the possibility that under the effect of the heat generated by local melting of the thin layer n, a small proportion of germ sample n of the interface region n melt.
  • the solid-liquid interface n can thus be slightly offset in a direction parallel to the planar surface compared to the initial interface region n.
  • the configuration of the solid-liquid interface n remains identical to that of the initial interface region n, ie the proportion of seed sample n also decreases from the first peripheral part n to the second peripheral part n in the solid-liquid interface n so as to facilitate the transfer of the crystalline information.
  • the expression "ensuring a relative displacement of the energy input and the support substrate” is meant in this document that the energy input is mobile relative to the fixed support substrate or that the substrate support is mobile and moves relative to the energy supply or that the support substrate and the supply of energy are mobile and their distance evolves.
  • the process of the invention allows the controlled crystallization of a thin layer based on the crystal information of a seed sample n.
  • the specific configuration of the interface region between the seed sample n and the thin film n makes it possible to provide a large contact area between the thin film n and the crystal information of the seed n.
  • This configuration also makes it possible to obtain an interface that is favorable to wetting, unlike an interface that is strictly vertical.
  • the energy input is absorbed locally in the thin film n so as to create sufficient thermal agitation to locally liquefy the thin film n.
  • the supply remains localized so that upstream of this input, the thermal agitation is limited and solidification takes place. Initially, the solid-liquid interface is created at the interface between the seed sample n and the thin film n.
  • this solid-liquid interface is displaced substantially parallel to the flat surface of the support substrate by liquefying and then locally crystallizing a portion of the thin film n according to the crystalline information of the sample germ n, so that a monocrystalline layer of very good quality can be obtained.
  • the portion thus crystallized from the thin layer n acts as if it prolongs the seed sample n by transmitting its crystalline information to the n-liquefied portion of the thin film n during its solidification.
  • the specific displacement of the energy input allows the creation of a single solidification and crystallization front avoiding the formation of crystalline defects arising from the meeting of several fronts.
  • the configuration of the initial interface region n is such that a small amount of seed monocrystalline material is sufficient for carrying out the method, which limits manufacturing costs.
  • This configuration of the interface also makes it possible to crystallize several thin layers n; n + 1 stacked to obtain monocrystalline layers n; n + 1 with a single germ sample n.
  • the process is adaptable to a wide range of materials to crystallize, including all materials that can be heated locally and selectively relative to the substrate on which the material is deposited.
  • the interface between the germ sample n and the thin film n is substantially oblique with respect to the flat surface of the support substrate and to the direction of displacement of the energy supply, this interface being able to be rectilinear or non-rectilinear .
  • the proportion of germ sample n of the initial interface region n decreases continuously from the first peripheral part n to the second peripheral part n, which favors the propagation of the crystalline information at the solidification front of the the thin layer n.
  • step a) comprises a step of forming a buffer layer n on the flat surface of the support substrate and on which the thin layer n is deposited, the buffer layer n having an amorphous material at the interface with the thin layer n.
  • the surface on which the thin layer is crystallized does not provide crystallization sites that are likely to parasitize the crystallization of the thin layer liquefied n.
  • the material of the buffer layer n is a thermal insulator.
  • the thickness of the buffer layer n can be modulated according to the temperature reached so as to always form a thermal barrier. This makes it possible to use a wide choice of substrate substrate material and in particular to use substrates at low cost and having large dimensions without it deteriorating or being deformed under the effect of heat.
  • the flat surface of the support substrate comprises an amorphous material on which the thin layer n is deposited, so that it is not necessary to provide a specific buffer layer n.
  • step c) consists in depositing the thin film n in the form of an amorphous material.
  • the thin layer is homogeneous and reacts identically to the supply of energy at any point. It is then easy to make sure that the The melting of the n portion of the thin layer n is locally complete, unlike a polycrystalline thin layer whose grain boundaries locally affect the absorption of the energy.
  • the deposition of the amorphous n-thin layer requires a lower temperature than the deposition of a polycrystalline layer so that the deposition costs are lower.
  • an amorphous layer is liquefied at a lower temperature than a polycrystalline and especially crystalline layer of the same material. Thus, if the seed is of the same material as the thin amorphous layer, it is more easily preserved.
  • the thin layer n is made of a semiconductor material.
  • the energy input is then advantageously generated using wavelength radiation adapted to be absorbed in the thin film n.
  • the energy input is generated by magnetic or electrical excitation, in particular when the material of the thin film n is ferromagnetic or ferroelectric material, for example an oxide of perovskite structure, for which a magnetized bar may serve as a localized energy supply.
  • the material of the thin film n is ferromagnetic or ferroelectric material, for example an oxide of perovskite structure, for which a magnetized bar may serve as a localized energy supply.
  • the energy input is achieved using at least one radiation source which is selected from an electron gun or a laser whose beam has a maximum intensity on the region to be liquefied.
  • at least one radiation source which is selected from an electron gun or a laser whose beam has a maximum intensity on the region to be liquefied.
  • the beam of the laser having a very precise wavelength and when the material of the thin layer n is a semiconductor, it has a forbidden band of energy also very precise, the laser can be chosen so that the length emitted wave coincides best with that absorbed by the material of the thin film n.
  • the irradiation is specifically and efficiently absorbed by the thin film n.
  • the power of the energy supply is adjusted so as to locally liquefy the thin film n over its entire thickness while limiting the impact on the environment of the thin film n, such as on the support substrate .
  • the seed sample n comprises a material of identical symmetry and a mesh parameter different from less than 3% of that of the nominal material n crystallized thin layer. This avoids constraints likely to cause the formation of defects, including dislocations, blocking the transmission of the crystalline information of the seed n during crystallization.
  • the seed sample n comprises a material identical to that of the thin film n so as to obtain a perfect match of mesh parameter and a thin film n of very good crystalline quality.
  • the method comprises between step c) and step e) a step d) of depositing and arranging a confinement layer n on the thin layer n so as to isolate the thin layer n of the atmosphere and promote the propagation of crystalline information.
  • This confinement layer n indeed avoids the superficial oxidation of the thin layer n in contact with the atmosphere and promotes the control of the crystallization process by avoiding the agglomeration of the material of the thin film n when it is in liquid form .
  • the material of the confinement layer n does not absorb the energy supplied so that the layer n remains solid.
  • the wavelength is such that it is not absorbed by the material of the confinement layer n so as not to be liquefied.
  • the confinement layer n absorbs less than 10% of the focused energy. As a result, the loss of efficiency of the process when applying energy through the confinement layer n is limited.
  • the confinement layer n is typically made of at least one material whose melting temperature is greater than that of the material of the thin layer n so as to remain solid during the supply of energy and not interfere in the crystallization process.
  • the confinement layer n has an amorphous material at the interface with the thin layer n.
  • the confinement layer n is deposited in the form of an amorphous material so as to limit the deposition costs and not to present parasitic nucleation sites for the crystallization of the thin layer n.
  • the method also comprises the steps of: g) forming an n + 1 buffer layer on the thin film n such that the surface opposite to the thin film n of the n + 1 buffer layer; has an amorphous material,
  • n + 1 buffer layer having an amorphous material at the interface with the n + 1 thin layer so as to form an initial interface region n + 1 with the germ sample n + 1 the initial interface regimen n + 1 comprising a proportion of germ sample n + 1 and a proportion of thin film n + 1 the initial interface region n + 1 being flanked on either side and parallel to the flat surface, of a first peripheral part n + 1 comprising only the seed sample n + 1 and a second peripheral part n + 1 comprising only the thin layer n + 1 the proportion of germ sample n + 1 along the axis perpendicular to the plane surface, decreasing from the first peripheral part n + 1 to the second peripheral part n + 1,
  • the index n applies to a thin film n and the layers surrounding the thin film n, such as the buffer layer n and / or the confinement layer n. It is the same for the index n + 1.
  • the thin film n and the thin film n + 1 are co n st itu es of a me riausem i-cond ucteu r, ferromag ne tic or ferroelectric.
  • n + 1 buffer layer has an amorphous material at the interface with the n + 1 thin film, the surface on which the n + 1 thin film is crystallized does not provide crystallization sites capable of parasitizing the crystallization of the layer. thin liquefied n + 1.
  • step i) comprises depositing an n + 1 confinement layer on the n + 1 thin layer, so as to isolate the n + 1 thin layer from the atmosphere.
  • This n + 1 confinement layer avoids the surface oxidation of the n + 1 thin film in contact with the atmosphere and promotes the control of the crystallization process by avoiding agglomeration of the n + 1 thin-film material when is in liquid form.
  • the buffer layer n + 1 is formed by a confinement layer n of the thin film n and whose surface opposite to the thin film n has an amorphous material.
  • the buffer layer n + 1 is deposited on the confinement layer n of the thin layer n.
  • step f) also comprises a step of total or partial removal of the confinement layer n after complete solidification of the thin film n and an n + 1 buffer layer is deposited on the thin film n or on the residue of the confinement layer n.
  • the melting temperature of the material of the buffer layer n is greater than that of the material of the thin layer n so as to avoid the melting of the buffer layer n during the liquefaction of the thin layer n.
  • the buffer layer n and / or n + 1 is produced in at least one electrical insulating material so as to produce thin films n and / or n + 1 of monocrystalline on insulator materials, advantageously used in applications in the fields of microelectronics, photovoltaics, data display or storage.
  • the seed sample n + 1 is formed by the seed sample n. Manufacturing costs are thus reduced. In fact, in the case where the thickness of the seed sample n is greater than that of the thin film n, the seed sample n can emerge from the surface during the deposition. the n + 1 thin layer so that it can again serve to form a new initial interface region with the n + 1 thin layer.
  • the seed sample n + 1 is deposited on the n + 1 buffer layer, the seed samples n and n + 1 have different natures of materials.
  • the n in and n + 1 layers may have different natures of materials.
  • the n + 1 mole layer is made of a material different from that of thin film n, such as silicon and germanium, respectively. It is then easy to form a stack of two layers of monocrystalline materials of different types on the same support substrate. The manufacturing method can then be used to form structures with a wide variety of applications, especially when the material of the thin film n and / or of the thin film n + 1 is a semiconductor material.
  • the method comprises a step I) consisting of repeating steps g) to k), the integer n being incremented by one unit, so as to produce a stack comprising a numerous superposition of monocrystalline materials, in particular semiconductor materials.
  • the thin film n comprises first and second initial interface regions n with the seed sample n and that the steps e) to f) and / or the steps j) to k) are carried out on the first initial interface region n so as to crystallize a first portion of the thin film n and form an extension of the seed sample in the continuity of the second initial interface region n and the steps respectively e) to f and / or steps j) to k) are performed on the second initial interface region n extended by the first crystallized portion of the thin film n so as to crystallize a second part of the thin film n complementary to the first part .
  • the germ sample is made by micromachining the support substrate so that it is not necessary to stick the seed sample to the support substrate.
  • step b) or g) comprises a step of structuring a substrate of monocrystalline material by micromachining or lithography and etching so as to form at least one germ sample n and a step of arranging the germ sample n on the support substrate. This makes it possible to conform several seed samples n simultaneously and thus to limit costs.
  • step b) and / or g) comprises a bonding of a monocrystalline material substrate onto the support substrate and then a chemical etching so as to reach the desired geometrical configuration to form an initial interface region. n as previously described.
  • n is monocrystalline, for the same crystalline symmetry, isotropic or anisotropic chemical etching is possible so that different geometrical configurations can be obtained.
  • the single-crystal material may be directly contacted with the flat surface of the support substrate as on one or more layers of material already present on the flat surface of the support substrate.
  • a physical machining of the seed sample n can be performed before or after its disposition on the support substrate n.
  • step b) and / or g) consists of a direct bonding of the seed sample n and n + 1 on the support substrate.
  • direct bonding means a bonding by molecular adhesion, opposed to bonding using layers of adhesives, glue, etc.
  • This direct bonding of the sample germinates n and n + 1 on the support substrate can be made directly in contact with the flat surface of the support substrate as in contact with a layer such as a thin film n, buffer layer n interven present on the flat surface of the support substrate.
  • step c) comprises the deposition of a thin film n comprising doping species, the realization of steps e) and f) leading to electrically activate at least a portion of the doping species of the thin film n.
  • the doped material remains very short at this temperature.
  • the time during which the doping species can diffuse into the thin layer n is very short.
  • the spatially focused focus of the laser beam (laterally micrometric and nanometric in depth) confi nes the activation process within thin film n.
  • the activated dopants are stably fixed in the crystalline structure of the thin film n, the doping profile within the n layer is perfectly controlled, because of the low possibility of diffusion of the dopants.
  • the scanning of the thin layer n by laser successively allows the treatment of spatially confined areas to finally crystallize and activate all the dopants present throughout the thin film n.
  • the deposition of a thin film n with doping species makes it possible to vary the nature and / or the concentration of the doping species during the deposition of the thin film n. It is then easy to produce a vertical stack with variable doping within the thin layer n, so as to form a vertical succession of junctions, once the electrical activation and crystallization has been performed.
  • step c) comprises a step of implantation of dopant species in the thin film n, the carrying out of steps e) and f) leading to electrically activating at least a portion of the doping species of the thin film.
  • This method also makes it possible to obtain localized doping, making it possible later to define device zones, such as a PN junction for a diode or source and drain zones for MOS transistors.
  • the doping of the thin film n can be obtained by plasma immersion.
  • the support substrate is a rigid substrate.
  • a rigid support substrate is a substrate having a thickness greater than 50 microns.
  • the flat surface of the support substrate may therefore consist of the entire surface of the substrate.
  • the supply of energy is preferably carried out by scanning the support substrate.
  • the method comprises a step m) after step f) of performing collective surface treatments on the thin film n.
  • step a) comprises a step of providing a flexible substrate wound on itself to have a general roll shape, followed by a step of unrolling at least part of the substrate flexible so as to provide the support substrate comprising the flat surface.
  • Steps b) to f) can then be implemented from this flat surface.
  • This variant is advantageously compatible with a roll-to-roll manufacturing method in which the substrate is initially wound and the assembly manufactured can also be wound at the end of the process.
  • the flexible substrate is typically unrolled and moved continuously under stationary positions allowing in particular the deposition of the thin film and the supply of energy.
  • the flexible substrate consists of a film of polymer, metal such as aluminum, or carbon.
  • the flexible substrate consists of any substrate whose thickness is less than or equal to 50 microns.
  • the method comprises a step n) carried out after step f) of winding the assembly comprising the support substrate and the thin film n on itself so that the assembly has a general shape of a roll .
  • step a) consists in providing a support substrate comprising a first flat surface and a second flat surface
  • step b) comprises disposing a first seed sample n of monocrystalline material having a crystalline information on the first planar surface, and arranging a second seed sample n of material monocrystalline having a crystalline information on the second flat surface, and
  • step c) comprises depositing a first thin film n on the first flat surface, so as to respectively form a first initial interface region n comprising a proportion of the first seed sample n and a proportion of the first thin film n, the first initial interface region n being framed on both sides and parallel to the first plane surface, of a first peripheral part n comprising only the first seed sample n and a second peripheral portion n comprising only the first thin layer n, the first proportion of seed sample n, along the axis perpendicular to the first planar surface, decreasing from the first peripheral portion n to the second peripheral portion n,
  • a second thin layer n on the second planar surface so as to respectively form a second initial interface region n comprising a proportion of the second seed sample n and a proportion of the second thin layer n, the second region of initial interface n being framed on both sides and parallel to the second flat surface, a peripheral n primary portion comprising only the second seed sample n and a secondary peripheral portion n comprising only the second thin layer n, the second proportion of seed sample n, according to the axis perpendicular to the second planar surface, decreasing from the peripheral n primary part to the secondary peripheral part n.
  • the monocrystalline materials of the first and second seed samples n are different and the first and second thin layers n are made of different materials. It is then possible to manufacture two monocrystalline thin films of a different material on the same support substrate with a manufacturing time similar to the manufacture of a single monocrystalline thin film.
  • the energy input is achieved by means of two radiation sources disposed respectively on either side of the substrate so as to respectively illuminate the first flat surface and the second flat surface.
  • the support substrate is made of silicon
  • the buffer layer n is made of SiO 2
  • the thin layer n is made of silicon
  • the confinement layer n is made of SiO 2
  • the energy input is made by a laser with a wavelength ranging from infrared to UV so as to form a monocrystalline monocrystalline layer of silicon on insulator, of the SOI type, which is particularly interesting for applications in high performance microelectronics.
  • the support substrate is made of borosilicate glass
  • the thin layer is made of silicon
  • the confinement layer n is made of SiO 2
  • the energy input is produced by a laser of a wavelength from infrared to UV so as to form a monocrystalline silicon monocrystalline layer on SOG (acronym for Silicon On Glass) glass, advantageously used in photovoltaic or display applications.
  • the n + 1 thin film is made of silicon and the energy input is produced by a UV laser so as to form a monocrystalline silicon-on-insulator n + 1 thin layer arranged on a thin monocrystalline germanium on insulator layer.
  • the monocrystalline n-germanium thin layer is obtained beforehand from a n-thin layer of germanium and the energy input of a laser of wavelength ranging from infrared to UV.
  • the invention relates to a composite structure adapted to obtain a monocrystalline layer by providing focused energy comprising:
  • a buffer layer n disposed on the flat surface of the support substrate, the surface opposite the support substrate of amorphous material
  • a seed sample n of a monocrystalline material having a crystalline information, disposed on the support substrate, a thin layer n disposed on the buffer layer n so as to comprise an initial interface region n with the seed sample n, the initial interface region n comprising a proportion of seed sample n and a proportion of thin layer n, the initial interface region n being framed on both sides and parallel to the plane surface, of a first peripheral part n comprising only the seed sample n and a second peripheral part n comprising only the thin film n, the proportion of germ sample n, along the axis perpendicular to the flat surface, decreasing from the first peripheral portion n to the second peripheral portion n.
  • the thin film is made of a semiconductor material, such as silicate or germanium, or a ferromagnetic or ferroelectric material.
  • the support substrate is made of borosilicate glass or a film of polymer, carbon or aluminum, and
  • the buffer layer n consists of silicon oxide or silicon nitride.
  • the composite structure comprises a confinement layer n arranged on the thin layer n so as to isolate the thin layer n from the atmosphere and promote the propagation of the crystalline information.
  • This confinement layer n indeed avoids the superficial oxidation of the thin layer n in contact with the atmosphere and promotes the control of the crystallization process by avoiding the agglomeration of the material of the thin film n when it is in liquid form .
  • FIG. 1 to 6 schematically illustrate a first embodiment of the method according to the invention.
  • FIGS. 9, 10 and 11 show variants of composite structures suitable for implementing the method of the invention.
  • FIG. 12 is a perspective view of an embodiment of the invention.
  • FIG. 15 illustrates an alternative embodiment of the method according to the invention.
  • FIGS. 16 to 19 illustrate a second embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 20 further illustrates an alternative embodiment of the method according to the invention.
  • a buffer layer n; 2 of amorphous silicon oxide with a thickness of about 400 nm is deposited on a flat surface of a glass substrate support 3 by CVD (acronym for Chemical Vapor Deposition), PECVD (acronym for Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), LPCVD (acronym for Low Pressure Chemical Vapor Deposition) or any other method of low temperature deposition and low pressures, easy to implement on large support substrates 3 and / or sensitive substrates.
  • This buffer layer n; 2 of SiO2 has a melting point higher than that of silicon.
  • the sample germinates n; 4 is prepared from a monocrystalline silicon substrate on the back surface of which is deposited a hard mask, for example silicon nitride by PECVD (acronym Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition).
  • PECVD cronym Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition
  • This mask 5 serves in particular, to protect the back surface of the substrate against the chemical etching effected by the lerquency for the conformation of the flanks 6 of the seed sample n; 4.
  • the silicon substrate is then cut to form one or more easy-to-handle seed samples, e.g., a sample n; 4 having a surface of 3 x 3 mm 2 and a thickness of about 325 micrometers.
  • FIG. 2 illustrates the direct collation of the front surface of the seed sample n; 4 on a peripheral edge of the buffer layer n; 2, following prior chemical cleaning of the surfaces contacted by typical cleaning sequences with CARO (H 2 SO 5 ) solutions, and / or RCA.
  • An annealing of bonding and degassing reinforcement is then carried out for example around 400 ° C. during a period of a few minutes to a few hours under a nitrogen atmosphere.
  • Figure 3 illustrates the chemical etching performed on the seed sample n; 4 so as to obtain the configuration of the flanks 6 necessary for the subsequent obtaining of an initial interface region 7 with the thin film n; Having a large contact area between the mid-layer; 1 to crystallize and the monocrystalline material for the volume of the initial interface region n; 7 formed.
  • the application of a solution of potassium hydroxide KOH on the sample n; 4 monocrystalline silicon symmetry ⁇ 100> allows in particular to obtain flanks 6 having a regular slope forming a bevel.
  • the size of the bevel depends on the concentration of KOH in the etching solution and the size of the sample n; 4.
  • the rear and flat surface of sample n; 4 protected by nitride mask 5 is not etched.
  • FIG. 4 illustrates the partial etching of the Si 3 N 4 mask by a phosphoric acid solution H 3 PO 4 so as to expose and be able to cover at least part of the flanks 6 of the seed sample n; 4 by deposition of a thin film n; 1 of amorphous silicon.
  • Deposition of the thin film n; 1 is achieved by an inexpensive deposition technique such as LPCVD to a thickness of about 200 nm.
  • the interface thus formed in this embodiment is oblique and straight.
  • the initial interface region n; 7 is inserted, in a direction parallel to the flat surface of the support substrate, between a first peripheral portion n; 8 comprising only the seed sample n; 4 and a second peripheral part n; 9 comprising only the thin layer 1.
  • FIG. 5 illustrates a new partial etching of the Si3N4 mask 5 by a solution of H3PO4 so as to be able to expose the inital interface region n; 7 and deposit a confinement layer n; 1 1 amorphous SiO2 material on the thin film n; 1 including the initial interface region 7.
  • the confinement layer n; 1 1 is deposited with a thickness of 400 nm by an inexpensive deposition technique such as LPCVD.
  • the mask 5 of Si3N is fully etched at the step illustrated in FIG. 4 so that all of the rear surface of the sample n; 4 is exposed, thus facilitating the subsequent deposition of layers.
  • Figure 6 illustrates a step of locally supplying energy to the thin film n; 1 through a radiation 12 from a laser beam emitting at a silicon absorption wavelength of the thin film n; 1 and for which the confinement layer n; 1 1 and the buffer layer n; 2 in SiO2 are completely transparent.
  • the wavelengths in the UV are adapted.
  • the laser can be continuous or pulsed. This may be in particular a UV pulsed laser, for example XeCI emitting at the wavelength of 308 nm.
  • the beam 12 from the laser scans the entire surface with a frequency of 6000 Hz, an energy of 150 mJ, a power of 900W and a recovery of pulses of 60%, in a direction from the first peripheral portion n; 8 of the initial interface region n; 7 to the second peripheral part n; 9 away from the germ sample n; 4 and beyond.
  • the local portion n; 13 of the thin film n; 1 illuminated absorbs energy and causes thermal agitation of the thin layer 1.
  • the local increase of the temperature in the local portion n; 13 illuminated leads to melting of the material and liquefaction of a portion n; 13 of the thin layer 1.
  • the initial interface region n; 7 then becomes substantially a solid-ionic interface region; 4.
  • the displacement of the beam 12 generates the solidification by cooling of the portion n; 1 3 liquefied upstream of the beam 12, from the crystalline information from the seed n; 4.
  • solidifying the material of the thin layer not; 1 is organized and forms a crystal lattice duplicating the crystalline imprint provided by the seed sample n; 4.
  • the large contact area between thin film n; 1 and the germ sample n; 4 for an initial interface region n; 7 of given dimensions contributes to the propagation of the crystalline information of the sample germ n; 4 during the cooling of the thin layer 1.
  • the solidified region acts as an extension of the seed sample n; 4 and the solid-liquid interface n; 14 moves with the displacement of the beam 12 while propagating the crystal information of the seed n; 4.
  • the crystallization front 14 has substantially the same configuration as that of the inital interface region n; 7 (and flanks 6) and propagates continuously following the illuminated portion n; 13 in the thin layer 1.
  • the crystalline information of the germ n; 4 is then propagated over the entire thin film n; 1 by a single crystallization front 14.
  • the monocrystalline obtained then has a very good crystalline quality and a surface whose peak-valley roughness is less than 10 nm with a variation of plus or minus 3 nm RMS.
  • the confinement layer n; 1 1 is formed of a thick substrate having a thickness of the order of 100 to 700 ⁇ for example, and transparent to the wavelength of the laser used to liquefy the thin layer 1, such as a glass substrate.
  • This thick substrate 1 1 then has sufficient mechanical rigidity to support the thin layer 3 and make it possible to dissociate the support substrate 3 from the thin layer 1.
  • the thin film n; 1 initial is in germanium with a first germ sample n also in germanium.
  • the wavelengths adapted to be absorbed by germanium range from infrared to UV.
  • the same laser as that previously described can therefore be used.
  • a second thin layer n + 1; 1 of an amorphous silicon semiconductor material is crystallized by energy input according to the method previously described.
  • the confinement layer n; 1 1 of amorphous SiO 2 previously deposited on the thin film n; 1 of silicon is used as n + 1 buffer layer; 2 on which a second the sample germinates n + 1; 4 of silicon is glued and etched so as to have flanks 6 to form the inital interface region n; 7 configured as previously described.
  • the second thin layer n + 1; 1 amorphous silicon is deposited by LPCVD to a thickness of 200 nm.
  • a second n + 1 confinement layer; 1 1 of amorphous SiO 2 is also deposited by CVD so as to encapsulate the new initial interface region 7 and the second n + 1 thin layer; 1.
  • Local irradiation with a mobile beam 12 under the same conditions as those previously described is applied so as to liquefy the silicon, then solidify it by cooling in contact with the seed sample n + 1; 4 to crystallize and propagate the crystal information of the n + 1 seed; 4 with the advancement of the solidification front or solid-liquid interface region n; 14 within the n + 1 thin layer; 1 of silicon, following the displacement of the beam 12.
  • the sample germinates n; 4 initial has a macroscopic character such that its thickness may be sufficient to be used as the seed sample n + 1; 4 for the different levels of thin layers n; n + 1; 1, especially when the thin layers n; 1 and n + 1; 1 are made of identical materials.
  • the seed n; 4 is common to the thin films n; 1 and n + 1; 1 to recrystallize. This unique macroscopic seed gives the possibility to recrystallize several hundreds of nanometric layers.
  • FIG. 9 illustrates a composite structure 15 suitable for the manufacture of a thin film n; 1 monocrystalline on a support substrate 3 according to an alternative embodiment of the invention.
  • the composite structure 15 comprises a support substrate 3 of borosilicate glass on the periphery of which is disposed a seed sample n; 4 monocrystalline silicon.
  • the flanks 6 of the sample germ n; 4 were prepared beforehand by chemical etching performed with an etching agent such as HNA (acid mixture comprising HF, HNO 3 and CH 3 COOG) so as to have flanks 6 of a concave surface.
  • HNA acid mixture comprising HF, HNO 3 and CH 3 COOG
  • a thin layer n; 1 in amorphous silicon semiconductor material is then deposited by LPCVD directly on the surface of the support substrate 3, in the absence of buffer layer n; 2.
  • the support substrate 3 being consisting of an amorphous material, it does not have parasitic nucleation sites for the crystallization of the thin layer 1.
  • the initial interface region 7 between thin film n; 1 and the germ n; 4 then has a proportion of seed sample n; 4 and a proportion of thin film n; 1 variables in a direction parallel to the flat surface of the support substrate 3.
  • the proportion of germ sample n; 4 decreases indeed since a first peripheral part n; 8 to a second peripheral part n; 9 flanking the initial interface region 7.
  • This configuration of the initial interface region 7 thus allows contact over a large area between the seed material n; 4 and the material of the thin film n; 1 amorphous.
  • a beam 12 of a laser irradiating at 308 nm then illuminates the thin layer 1. Irradiation is performed as previously described by scanning from the initial interface region n; 7 contiguous to the first peripheral part n; 8 to the second peripheral part n; 9 and finally moving away from the seed sample 3, over the rest of the thin layer 1.
  • Thin layer n; 1 then warms up locally until it liquefies on a local portion n; Illuminated while the sample germinates; 4 retains much of its solid and monocrystalline character.
  • the support substrate 3 being made of a thermal insulating material, it forms an insulating barrier and horizontally confines heating of the thin layer n; 1 irradiated according to the displacement of the beam 12.
  • This insulating characteristic makes it possible to prevent heating of the support 3 during liquefaction of the thin layer 1. This advantageously avoids inducing thermomechanical stresses in the thin film n; 1 may lead to the formation of defects during cooling.
  • the crystallization front 14 in the thin film n; 1 continues to transmit the crystalline information of the germ n; 4 by contact with a thin film portion n; 1 being solidified.
  • the thin film n; 1 is deposited in amorphous form by an inexpensive deposition process but the process of the invention can be used from monocrystalline thin films 1 of poor quality for example or thin layers 1 polycrystalline.
  • the merger of the portion n; 13 is more complex to control because the distribution of heat is not uniform due to the presence of grain boundaries in the material but once reached, the layer 1 can be recrystallized effectively from the crystalline information. of the sample germ n; 4.
  • the sample germinates n; 4 may be directly disposed on the support substrate 3 when it is formed of an amorphous material otherwise good thermal insulation. According to a variant of real isation not lustrous, the sample germinates n; 4 may be formed prior to the deposition of the thin film n; 1 by micromachining of the support substrate 3. Moreover, the size of the sample germinates n; 4 is the result of a compromise between the cost of the monocrystalline material used and the difficulty of handling a sample of too small dimensions. A sample of small dimensions will require in particular the use of specific and expensive equipment. A happy medium is found, for example, with a seed sample n; 4 of a surface of a few square millimeters over a thickness of some hundreds of microns for example. These dimensions are clearly sufficient for the propagation of the crystalline information over the entire surface of the thin film n; 1 when the configuration of the initial interface region n; 7 as previously described is respected.
  • FIG. 10 illustrates an alternative embodiment implemented on a composite structure 15 comprising a buffer layer n; 2 inserted between a set consisting of the seed sample n; 4 of silicon and the thin film n; 1 in amorphous silicon and a support substrate 3 made of glass.
  • This method also applies the focused energy source 12 directly to the exposed surface of the magnetic layer 1, in the absence of a confinement layer n; 1 1.
  • Buffer layer n; 2 is formed in an amorphous SiO 2 material so as to avoid creating parasitic nucleation sites and to limit the costs of deposition.
  • Buffer layer n; 2 advantageously has a melting point (1600 ° C.) greater than that of the thin film n; 1 (1414 ° C) so as not to interfere in the crystallization process of silicon.
  • the buffer layer n; 2 is advantageously made of a thermal insulating material so as to confine the energy locally i brought to the system.
  • the minimum thickness of the buffer layer n; 2 is then conditioned by its thermal insulation efficiency and its ability to avoid dissipation vertical thermal. The maximum thickness has no limit because the buffer layer n; 2 can fully form the support substrate 3.
  • this confinement makes it possible to maintain a horizontal temperature gradient in the thin film n; 1 and a crystallization front 14 allowing the liquefied zone 13 to maintain contact with a solid portion having the crystal information of the seed sample n; 4.
  • this buffer layer n; 2 allows a greater freedom of choice of the material constituting the support substrate 3 and allows the use in particular of low cost substrates, not transparent to the wavelength of the laser 12 used.
  • Figure 1 1 illustrates a composite structure 1 5 adapted to the crystallization of a thin film n; 1 comprising a seed sample n; 4, whose flanks 6 have a convex surface, on the buffer layer n; 2 and a thin film n; 1 encapsulated by a confinement layer n; 1 1 also covering the initial interface region 7.
  • This confinement layer n; 1 1 is formed of an amorphous material so as to limit the costs of deposition and avoid the creation of parasitic nucleation sites.
  • the confinement layer n; 1 1 has at most a low absorption coefficient of the energy supplied to the composite structure 15 so that the beams 12 can pass through it to mainly irradiate the thin layer 1.
  • the confinement layer n; 1 1 has a melting point higher than that of the thin layer 1.
  • the confinement layer makes it possible to prevent agglomeration phenomena likely to appear on thin film n; 1 liquefied when its surface is not protected, these phenomena may lead to breaks in the propagation of the crystalline information.
  • the confinement layer n; 1 1 also avoids all chemical interactions between the thin film n; 1 and the atmosphere (oxidation, absorption ...) that can disrupt the crystallization process.
  • the confinement layer n; 1 1 has dewetting properties vis-à-vis the liquid phase of the thin layer 1, the contracted liquid phase is exhausted to the seed sample n; 4 or to the crystallized layer 1. Good contact with sample n; 4 is conserved and a good transmission of the crystalline information takes place.
  • Fig. 12 is a perspective illustration of a composite structure in which the sample seeds n; 4 has a length substantially equal to the width of the support substrate 3 along the z axis and extends transversely close to a transverse edge of the flat surface of the support substrate 3.
  • the thin layer n; 1 is deposited on the support substrate 3 so as to form an initial interface region 7 as defined above with the sample n; 4.
  • the beam 12 used has a width inferior to that of the inital interface region n; 7 and a length substantially equal to the width of the support substrate 3 and therefore the width of the thin film n; 1 along the z axis.
  • the irradiation then consists of a single scan of the entire surface of the thin film n; 1 parallel to the planar surface of the support substrate 3 (along the x-axis) starting with the initial interface region n; 7 contiguous to the peripheral part n; 8.
  • This embodiment allows the propagation of a single crystallization front 14 formed at the initial interface region 7 and extending over the entire width of the thin film n; 1 (along the z axis).
  • a seed sample n; 4 machined on only a small proportion in order to recycle the latter.
  • Figs. 13 and 14 illustrate a perspective view of a composite structure comprising a seed sample n; 4 disposed at an angle of the support substrate 3 and having lateral dimensions smaller than the width (along the z axis) and the length of the support substrate 3 (along the x axis).
  • the configuration of the sample germinates n; 4 is designed to form with the thin film n; 1 of the first and second initial interface regions 7, 7 'as previously defined.
  • a first scan of a laser beam 12 having a length similar to the dimension of a peripheral lateral side of the sample n; 4 (along the z axis) is started from a first inital interface region n; 7. This first scan leads to crystallize a first part of the thin film n; 1 forming an extension of the sample germ n; 4 in the continuity of the second initial interface region n; 7 '.
  • a second scan along the x-axis is then performed from the second initial interface region 7 'extended by the first thin-film portion n; 1 having been crystallized with a beam 12 whose length is similar to that of the second region 7 'extended.
  • a second part of the thin layer 1, complementary to the first part, is then crystallized.
  • the sample germ n; 4 is removed for recycling.
  • An x-axis scan may be performed from the second initial interface region 7 'so as to propagate the crystalline information for crystallization of the second portion of the thin film 1.
  • a germ sample n; 4 extends transversely and in the center of a support substrate 3, the seed germ n; 4 having a length substantially equal to the width of the support substrate 3.
  • a thin layer n; 1 amorphous is deposited so as to create first and second interface regions 7; 7 'on both sides of the sample germ n; 4.
  • Two bundles 12 having a length similar to the length of the seed sample n; 4 are then used at the same time to scan the thin layer n; 1 from the two initial interface regions 7; 7 'starting from the center of the support substrate 3 and moving away from the seed sample n; 4 to the peripheral sides of the support substrate 3. In this way, the cycle time of the process for manufacturing a thin film n; 1 is greatly reduced.
  • the surfaces of the sidewalls 6 can be oblique and have a linear regular slope, a concave or convex surface.
  • the sample germinates n; 4 may be prepared so as to have any flank configuration 6 adapted to obtain an initial interface region n; 7.7 'as previously described, namely any configuration allowing gradient decrease, variable or not, of the proportion of seed sample n; 4 in the initial interface region n; 7.7.
  • FIG. 15 illustrates a variant of step c) of the method in which the thin film n; 1 comprises doping species.
  • These doping species can be introduced into the thin film n; 1 during the deposition of the thin layer, so that it is easy to form a stack of sublayers, within the thin layer, each comprising a concentration of dopant species or a different type of doping species.
  • the doping species are introduced by implantation or plasma immersion which advantageously allows local control, laterally and in depth, the concentration and nature of the dopant species introduced into the thin layer 1.
  • the energy input according to steps e) and f) of the method allows the electrical activation of the doping species at the same time that the thin layer is crystallized.
  • the duration of the energy supply for crystallization being locally very short, especially when performed by electron gun or laser, the doping species diffuse little in the thin film n; 1.
  • the profile of activated dopant species is very precise.
  • Step a) consists in providing a flexible substrate wound on itself so as to have a roll shape extending along the axis z as illustrated in FIG. 16.
  • Part of the flexible substrate is unwound (FIG. 17) so as to provide a support substrate 3 comprising a flat surface and allow the arrangement of the seed sample n; 4 according to step b) and the deposition of the thin layer (1) according to step c) of the method.
  • the thin layer is deposited and an energy input is applied, for example by a fixed laser beam 12, starting with the initial interface region n; 7 between the thin layer n; 1 and the seed sample 4.
  • the support substrate 3 is moved in the direction indicated by the x-axis (step f) with respect to the energy supply source 12 and with respect to the stationary device for depositing the thin film n; 1.
  • the movement of the support substrate 3 is preferably implemented so that the planar surface has at least one dimension similar to that of the energy input when the planar surface receives the energy input.
  • the locally liquefied thin film is then locally crystallized by its removal from the energy source on the basis of the crystal information of the seed sample n; 4.
  • FIG. 19 illustrates a step n) of the method in which the assembly comprising the support substrate 3 and the thin film n; 1 crystallized again is rolled on itself so as to have a general shape of roll.
  • the method comprises a step m) of performing collective surface treatments on the support substrate 3 covered with the thin film n; 1 not rolled up. It is then possible to perform the cutting of large plates dimensions from the support substrate 3 covered with the thin film n; 1 crystallized, for the realization for example of solar panels.
  • a buffer layer n; 2 is deposited on the flat face before the deposition of the thin film n; 1 and a confinement layer n; 11 is deposited on the thin layer n; 1 before the latter is exposed to energy input.
  • Figure 20 illustrates an alternative embodiment in which the support substrate 3 comprises a first planar surface and a second planar surface.
  • a first sample germ n; 4 is disposed on the first planar surface and then a first n thin layer; 1 is deposited on the first planar surface so as to create a first initial interface region n; 7.
  • a second germ sample n; 4 is disposed on the second flat surface and a second n thin layer; 1 is deposited on the second planar surface so as to create a second initial interface region n; 7.
  • Two sources of energy input such as two laser beams, located on either side of the support substrate 3 respectively irradiate the first thin layer n; 1 and the second thin layer n; 1 so as to achieve the crystallization of the first and second thin layers 1 simultaneously.
  • the irradiation of the first and second thin layers 1 is shifted in time.
  • the method of the invention proposes a low cost method for both the steps used and for the raw material consumed, the process is easy to implement on large dimensions, flexible with respect to the nature of the support substrate 3. It is also adaptable to a wide range of materials, in particular semiconductor materials, and repeatable several times on the same substrate support 3 thus allowing the formation of several monocrystalline thin layers 1 which may be of the same nature or of a different nature.
  • the method also guarantees a very good control of the crystallization process thanks to a physicochemical and geometric confinement of the thin film n; 1 to crystallize.
  • This confinement coupled with the use of a focused and directional energy supply 12 allows the complete transformation of a layer 1 into a semiconductor material, preferably an amorphous material, in intimate contact with a seed n; 4 monocrystalline in a layer of monocrystalline material of very good quality.

Abstract

Procédé de fabrication d'une couche mince n;(1)monocristalline, comprenant les étapes consistant à: a)fournir un substrat support n;(3), b)disposer un échantillon germe n;(4), c)déposer une couche mince n;(1) de sorte à former une région d'interface initiale n;(7) comprenant une proportion d'échantillon germe n;(4) et une proportion de couche mince n;(1)la proportion d'échantillon germe n;(4) diminuant depuis une première partie périphérique n;(8) vers une deuxième partie périphérique n;(9), e)apporter une énergie à la région d'interface initiale n;(7) contigüe à la première partie périphérique n;(8)de sorte à liquéfier une portion n;(13) de la couche mince et former une région d'interface solide-liquide n; (14), et f)déplacer l'apport d'énergie en l'éloignant progressivement de l'échantillon germe n;(4) de sorte à solidifier la portion n;(13) de sorte à progressivement déplacer la région d'interface solide-liquide n;(14).

Description

Procédé de fabrication d'une couche monocristalline
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une couche monocristalline, notamment en matériau semi-conducteur, destinée à des appl ications dans les domaines de la m icroélectron ique, des microsystèmes, du photovoltaïque, de l'affichage ou du stockage de données. De plus, la présente invention concerne une structure composite adaptée à l'obtention d'une couche monocristalline notamment en un matériau semiconducteur par application de ce procédé de fabrication.
Da n s l e do m a i n e d es m atéri a u x sem i-conducteurs, il est avantageux de former des dispositifs électroniques sur ou dans des films minces constitués d'un matériau monocristallin disposés sur un substrat support. U ne couche d'un matériau isolant électriq ue est par ailleurs avantageusement disposée entre la couche monocristalline et le substrat support.
On connaît plusieurs méthodes pour obtenir de tels substrats mais ces méthodes sont coûteuses ou ne permettent pas l'obtention de couches de la qualité cristalline suffisante pour atteindre de hautes performances des applications visées.
Par exemple des techniques de croissance par épitaxie latérale de type ELO (l'acronyme anglais Epitaxial Latéral Overgrowth) et MELO (Merged Epitaxial Latéral Overgrowth) assurent la croissance d'une couche mince sur un substrat germe, par l'intermédiaire d'ouvertures formées dans un masque de croissance isolant électrique. Il est ainsi possible d'obtenir des structures de type SOI localisées (acronyme anglais de Silicon On Insulator) par ce biais. Pour ce faire, un substrat support germe de silicium présentant en surface une couche en oxyde de silicium amorphe est tout d'abord formé. Puis, des ouvertures dans la couche amorphe sont obtenues par gravure de sorte à former un masque de croissance. Une croissance tout d'abord verticale de plots de silicium monocristallin est réalisée à partir du substrat germe de silicium dans les ouvertures formées. Puis, lorsque les plots de silicium émergent de la surface du masque, les conditions de dépôt sont modifiées de sorte à obtenir une croissance verticale et latérale de silicium pour recouvrir la totalité du masque de SiO2. Mais cette croissance sélective par épitaxie (SEG : Sélective Epitaxial Growth) reste un procédé sensible et assez délicat à réaliser. Lorsque les fronts d'épitaxie issus de la croissance verticale des plots de silicium se rejoignent, des défauts cristallins sont formés. De plus, la surface de la couche m ince obtenue n'est pas plane et nécessite une étape de polissage mécano-chimique pour éliminer l'excédent de silicium. Par ailleurs, la largeur des motifs de type SOI réalisés est l im itée par le faible ratio de croissance latérale/verticale (estimé à environ 1 : 1 0) si bien que les dimensions des plots de SOI obtenues ne dépassent pas 500 μιτι.
En outre, ces techniques nécessitent d'utiliser un substrat initial germe monocristallin du même matériau que celui de la couche mince ce qui laisse peu d'alternative sur la nature du substrat support. Il est donc impossible par exemple de fabriquer une couche de silicium sur un substrat de verre SOG (acronyme anglais de Silicon On Glass) par ces méthodes de croissance latérale.
Une autre technique connue consiste à recristalliser un film déposé polycristallin sur un substrat support. Cette méthode appelée ZMR (Zone Melting Recrystallisation) repose sur l'emploi d'une d'énergie mobile permettant la liquéfaction locale d'une couche polycristalline déposée par la technique ELO précédemment décrite. Après le passage de la source d'énergie, la zone fondue se refroidit. La zone en contact avec le substrat germe se recristallise selon l'information cristalline de celui-ci et conduit à un film monocristallin. Mais en pratique les films obtenus sont de faible qualité car la présence du masque et des zones de germe créent des différences de dissipation thermique. En effet, la conductivité thermique d'un masque en SiO2 est par exemple environ 100 fois inférieure à celle du support en silicium. La source d'énergie balaie donc horizontalement une région présentant une discontinuité verticale de résistance thermique. Il devient dans ces conditions difficile de contrôler le front de cristallisation et une coexistence locale de zones solides et liquides créée une accumulation de contraintes entraînant l'apparition de défauts cristallins.
Il est également possible d'appliquer la technique ZMC (acronyme anglais de Zone Melting Crystallisation) pour la cristallisation d'un film déposé amorphe sur un substrat germe monocristallin selon le même principe que celui de la méthode ZMR. L'inconvén ient de ces deux méthodes est qu'il est n écessa i re q u e l e su bstrat su pport g erm e com pren n e u n matériau monocristallin et de préférence de même nature que celui de la couche mince. Il est ainsi impossible de parvenir à un film de silicium monocristallin à partir d'un substrat support de verre amorphe par exemple. En somme, l'approche ZMR\ZMC est une méthode à bas coût, compatible avec des grandes dimensions mais qui ne produit que des films cristallins de qualité moyenne.
On connaît également une autre technique de recristall isation LEGO (Latéral Expitaxial Overgrowth) combinant la technologie ELO et ZMR. Un masque de SiO2 est formé sur un substrat monocristall in de sil icium laissant apparaître des zones de germe comme dans l'approche ELO. Une épitaxie non sélective est réalisée sur la structure permettant la croissance de silicium monocristallin à partir des zones de germe et la formation de silicium polycristallin partout ailleurs. L'emploi d'une source d'énerg ie mobile va conduire à une recristallisation avec création de défauts similaires à l'approche ZM R de sorte q u 'une source de chaleu r stationna ire q u i permet une recristall isation simultanée de tout le film est préférée. Ainsi, même si le procédé LEGO permet de surpasser la limitation de croissance latérale du film (caractéristique du procédé ELN), sa mise en œuvre sur une grande surface (wafer de 200mm par exemple) devient difficile. En effet, pour contraindre tout le film à se conformer à la structure cristalline souhaitée, il est important de mu lti pl ier les zones de germe . La rencontre des d ifférents fronts de solidification génère des défauts. De plus, la liquéfaction de l'ensemble de la surface créée nécessairement des contra intes thermomécan iques sur l 'ensemble du su bstrat. Ce phénomène s'agg rave en aug mentant les dimensions de travail.
Enfin, une autre techn ique connue (notamment du document TW200826195) consiste à déposer un film mince non cristallin sur un substrat. Un échantillon germe est ensuite collé au film à l'une de ses extrémités. Un faisceau laser illuminant au travers d u substrat à la long ueu r d 'onde d'absorption du film sem i-conducteur bal aye ensu ite le fil m m in ce en commençant par l'extrémité où est collé le matériau germe de sorte que le film se liquéfie puis cristallise/recristallise en refroidissant à la surface en contact avec le germe. Il est difficile dans cette configuration de contrôler le front de solidification ce qui peut affecter la qualité cristalline du film mince. Par ailleurs, il est nécessaire que le substrat soit transparent à la longueur d'onde du laser, ce qui limite les choix possibles.
Ainsi, les procédés connus ne permettent pas de fournir à bas coût des couches de matériau semi-conducteur monocristallin de très bonne qualité cristalline et de grandes dimensions. Par ailleurs, les contraintes inhérentes à ces procédés ne permettent pas un large choix dans la nature et la qualité des substrats supports.
Un des buts de l'invention est de pallier un ou plusieurs de ces inconvénients. A cet effet, et selon un premier aspect, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une couche mince n monocristalline, notamment pou r des appl ications dans les domaines de la microélectronique, du photovoltaïque, de l'affichage, des microsystèmes, du stockage de données, le procédé comprenant les étapes consistant à:
a) fournir un substrat support comprenant une surface plane, b) disposer un échantillon germe n en matériau monocristallin présentant une information cristalline, sur la surface plane, n étant un entier différent de zéro,
c) déposer une couche mince n sur la surface plane de sorte à former u ne rég ion d ' interface i n itia le n comprenant une proportion d'échantillon germe n et une proportion de couche mince n la région d'interface initiale n étant encadrée de part et d'autre et parallèlement à la surface plane, d'une première partie périphérique n comprenant uniquement l'échantillon germe n et d'une deuxième partie périphérique n comprenant uniquement la couche m ince n la proportion d'échantil lon germe n selon l'axe perpendiculaire à la surface plane, diminuant depuis la première partie périphérique n vers la deuxième partie périphérique n ,
e) apporter u ne énerg ie à la rég ion d'interface initiale n contigue à la première partie périphérique n de sorte que l'énerg ie est localement absorbée par la couche mince n afin de liquéfier localement une portion n de la couche m ince n ia rég ion d'interface initiale n devenant sensiblement une région d'interface solide-liquide n et
f) assurer un déplacement relatif de l'apport d'énergie et du substrat support, pa ra l l è l em e nt à l a s u rfa ce p l a n e , e n é l o ig n a n t progressivement l'apport d'énergie et l'échantillon germe n pour solidifier la portion n préalablement l iquéfiée en amont de l'apport d'énergie selon l'information cristalline de l'échantillon germe n et de sorte à progressivement déplacer la région d'interface solide-liquide n au sein de la couche mince n.
Dans la présente demande, par l'expression 'information cristalline' on entend les caractéristiques cristallines de l'échantillon germe n telles que la symétrie du réseau cristallin, le paramètre de maille des cristaux, les atomes qui les composent. Dans la présente demande, par l'expression 'surface plane' du substrat support, on entend une surface sensiblement plane, c'est-à-dire présentant une surface dont la topologie ne risque pas de piéger ou de favoriser l'agglomération de matériau liquéfié, de sorte à favoriser un bon mouillage.
Egalement, dans la présente demande, par l'expression 'échantillon germe', on entend une portion de matériau différent d'une couche continue et servant de germe pour la formation d'un matériau monocristallin.
I l est entend u q ue dans la présente demande la proportion d'échantillon germe n et la proportion de couche mince n sont mesurées selon l'axe y, perpendiculaire à la surface plane du substrat support.
Par ail leurs, il est également entend u que la proportion de l'échantillon germe n diminue en fonction de la distance séparant la première partie périphérique n de la deuxième partie périphérique n dans la présente demande.
Dans l a présente dema nd e, le term e « la première partie périphérique n et la deuxième périphérique n» encadrant la région d'interface initiale n est défini selon l'axe x, parallèle à la surface plane du substrat et correspondant à l'axe de déplacement de l'apport d'énergie ou du substrat support par rapport à l'apport d'énergie.
On entend dans la présente demande par l'expression « la région d'interface initiale » la totalité de la surface de contact entre l'échantillon germe n et la couche mince n.
On entend également dans la présente demande par l'expression « la région d'interface initiale devenant 'sensiblement' une région d'interface solide - liquide » la possibilité que sous l'effet de la chaleur dégagée par la fusion locale de la couche mince n, une petite proportion d'échantillon germe n de la région d'interface n entre en fusion. L'interface solide - liquide n peut ainsi se trouver légèrement décalée dans une direction parallèle à la surface plane par comparaison à la région d'interface initiale n. Toutefois, la configuration de l'interface solide - liquide n reste identique à celle de la région d'interface initiale n c'est à dire que la proportion d'échantillon germe n diminue également depuis la première partie périphérique n vers la deuxième partie périphérique n dans l'interface solide - liquide n de sorte à faciliter le transfert de l'information cristalline. Par ailleurs, par l'expression 'assurer un déplacement relatif de l'apport d'énergie et du substrat support' on entend dans le présent document que l'apport d'énergie est mobile par rapport au substrat support fixe ou bien que le substrat support est mobile et se déplace par rapport à l'apport d'énergie ou encore que le substrat support et l'apport d'énergie sont mobiles et que leur éloignement évolue.
Ainsi, le procédé de l'invention permet la cristallisation contrôlée d'une couche m ince n en s'appuyant sur l'information cristalline d'un échantillon germe n. La configuration spécifique de la région d'interface entre l'échantillon germe n et la couche mince n permet en effet de procurer une grande surface de contact entre la couche mince n et l'information cristalline du germe n. Cette configuration permet également d'obtenir une interface favorable au mouillage contrairement à une interface qui serait strictement verticale. L'apport d'énergie est absorbé localement dans la couche mince n de sorte à créer une agitation thermique suffisante pour liquéfier localement la couche mince n. L'apport reste localisé de sorte qu'en amont de cet apport, l'agitation thermique est limitée et qu'une solidification s'opère. Initialement, l'interface solide-liquide est créée à l'interface entre l'échantillon germe n et la couche mince n. Combinée au déplacement de l'apport d'énergie, cette interface solide-liquide est déplacée de façon sensiblement parallèle à la surface plane du substrat support en liquéfiant puis cristallisant localement une portion de la couche mince n selon l'information cristalline de l'échantillon germe n, de sorte qu'une couche monocristalline de très bonne qualité peut être obtenue. La portion ainsi cristallisée de la couche mince n agit comme si elle prolongeait l'échantillon germe n en transmettant son information cristalline à la portion n liquéfiée de la couche mince n au cours de sa solidification. De plus, dans cette configuration spécifique, le déplacement spécifique de l'apport d'énergie permet la création d'un seul front de solidification et de cristallisation évitant la formation de défauts cristallins provenant de la rencontre de plusieurs fronts. Par ailleurs, la configuration de la région d'interface initiale n est telle qu'une petite quantité de matériau monocristallin germe est suffisante pour la réalisation du procédé, ce qui limite les coûts de fabrication. Cette configuration de l'interface permet également de procéder à la cristallisation de plusieurs couches minces n ; n+1 empilées pour l'obtention de couches monocristallines n ; n+1 avec un seul échantillon germe n. Enfin, le procédé est adaptable à un large panel de matériaux à cristalliser, notamment tous les matériaux qui peuvent être échauffés localement et de façon sélective par rapport au substrat sur lequel le matériau est déposé.
Avantageusement, l'interface entre l'échantillon germe n et la couche mince n est sensiblement oblique par rapport à la surface plane du substrat support et à la direction du déplacement de l'apport d'énergie, cette interface pouvant être rectiligne ou non rectiligne.
De préférence, la proportion d'échantillon germe n de la région d'interface initiale n diminue de façon continue depuis la première partie périphérique n vers la deuxième partie périphérique n, ce qui favorise la propagation de l'information cristalline au front de solidification de la couche mince n.
Selon une possibilité, l'étape a) comprend une étape de formation d'une couche tampon n sur la surface plane du substrat support et sur laquelle la couche mince n est déposée, la couche tampon n présentant un matériau amorphe à l'interface avec la couche mince n. Ainsi, la surface sur laquelle la couche mince n est cristall isée n'offre pas de sites de cristal l isation susceptibles de parasiter la cristallisation de la couche mince n liquéfiée.
De préférence, le matériau de la couche tampon n est un isolant thermique. Ceci permet de confiner l'apport d'énergie dans la couche mince n. De la sorte, la température souhaitée dans la couche mince n est facilement atteinte, et compte tenu de la très faible diffusion thermique, la température est bien maintenue et favorise la liquéfaction de la couche n. L'épaisseur de la couche tampon n peut être modulée en fonction de la température atteinte de sorte à toujours former une barrière thermique. Ceci permet d'utiliser un large choix de matériau de substrat support et notamment d'utiliser des substrats à bas coûts et présentant de grandes dimensions sans que celui-ci ne se détériore ou ne se déforme sous l'effet de la chaleur.
Selon une variante, la surface plane du substrat support comporte un matériau amorphe sur laquelle la couche mince n est déposée, de sorte qu'il n'est pas nécessaire de prévoir une couche tampon n spécifique.
Avantageusement, l'étape c) consiste à déposer la couche mince n sous la forme d'un matériau amorphe. Ainsi, au contraire d'une couche de matériau polycristallin, la couche mince n est homogène et réagit de façon identique à l'apport d'énergie en tout point. Il est alors facile de s'assurer que la fusion de la portion n de la couche mince n est localement complète, contrairement à une couche mince polycristall ine dont les joints de grain affectent localement l'absorption de l 'énerg ie. Par ailleurs, le dépôt de la couche mince n amorphe nécessite une température moins élevée que le dépôt d'une couche polycristalline de sorte que les coûts de dépôt sont moins élevés. De plus, une couche amorphe se liquéfie à plus basse température qu'une couche polycristalline et à fortiori cristalline du même matériau. Ainsi, si le germe n est du même matériau que la couche mince n amorphe, il est plus facilement préservé.
Selon les applications visées, la couche mince n est réalisée en un matériau semi-conducteur.
L'apport d'énergie est alors avantageusement généré à l'aide d'un rayonnement de longueur d'onde adaptée pour être absorbé dans la couche mince n.
Selon une alternative, l'apport d'énergie est généré par excitation magnétique ou électrique, notamment lorsque le matériau de la couche mince n est matériau ferromagnétique ou ferroélectrique, par exemple un oxyde de structure pérovskite, pour lequel un barreau aimanté peut servir d'apport d'énergie localisé.
Typiquement, l'apport d'énergie est réalisé à l'aide d'au moins une source de rayonnement qui est choisie parmi un canon à électron ou un laser dont le faisceau présente un maximum d'intensité sur la région à liquéfier. Ceci permet d'assurer la propagation efficace de l'information cristall ine de l'échantillon germe n. Le faisceau du laser présentant une longueur d'onde très précise et lorsque le matériau de la couche mince n est un semi-conducteur, il présente une bande interdite d'une énergie également très précise, le laser peut être choisi de sorte que la longueur d'onde émise coïncide au mieux avec celle absorbée par le matériau de la couche mince n. Ainsi, l'irradiation est spécifiquement et efficacement absorbée par la couche mince n.
De préférence, la puissance de l'apport d'énergie est réglée de sorte à localement liquéfier la couche mince n sur toute son épaisseur tout en limitant l'impact sur l'environnement de la couche mince n, tel q ue sur le substrat support.
Typiquement, l'échantillon germe n comprend un matériau de symétrie identique et un paramètre de maille différent de moins de 3% de ceux du matériau nominal la couche mince n cristallisée. Ceci permet d'éviter les contraintes susceptibles d'engendrer la formation de défauts, dont des dislocations, bloquant la transmission de l'information cristalline du germe n lors de la cristallisation.
De préférence, l'échantillon germe n comprend un matériau identique à celui de la couche mince n de sorte à obtenir un accord parfait de paramètre de maille et une couche mince n de très bonne qualité cristalline.
Selon une disposition de l'invention, le procédé comprend entre l'étape c) et l'étape e) une étape d) consistant à déposer et agencer une couche de confinement n sur la couche mince n de sorte à isoler la couche mince n de l'atmosphère et favoriser la propagation de l'information cristalline. Cette couche de confinement n évite en effet l'oxydation superficielle de la couche mince n au contact de l'atmosphère et favorise le contrôle du processus de cristallisation en évitant l'agglomération du matériau de la couche mince n lorsqu'il est sous forme liquide.
Typiquement, le matériau de la couche de confinement n n'absorbe pas l'énergie apportée de sorte que la couche n reste solide. Lorsque l'énergie est par exemple apportée par rayonnement, la longueur d'onde est telle qu'elle n'est pas absorbée par le matériau de la couche de confinement n de sorte à ne pas être liquéfiée.
Selon un mode de mise en œuvre, la couche de confinement n absorbe moins de 10% de l'énergie focalisée. De ce fait, la perte d'efficacité du procédé lors de l'application de l'énergie au travers la couche de confinement n est limitée.
Selon une alternative, la couche de confinement n est typiquement réalisée d'au moins un matériau dont la température de fusion est supérieure à celle du matériau de la couche mince n de sorte à rester solide lors de l'apport d'énergie et ne pas interférer dans le processus de cristallisation.
Avantageusement, la couche de confinement n présente u n matériau amorphe à l'interface avec la couche mince n.
De préférence, la couche de confinement n est déposée sous la forme d'un matériau amorphe de sorte à limiter les coûts de dépôt et à ne pas présenter de sites de nucléation parasites pour la cristallisation de la couche mince n.
Avantageusement, le procédé comprend également les étapes consistant à : g) former une couche tampon n+1 sur la couche mince n de sorte que la surface opposée à la couche mince n de la couche tampon n+1 ; présente un matériau amorphe,
h) disposer un échantillon germe n+1 sur la couche tampon n+1 ,
i) déposer une couche mince n+1 amorphe sur la couche tampon n + 1 la couche tam pon n + 1 présentant un matériau amorphe à l'interface avec la couche mince n+1 de sorte à former une région d'interface in itiale n + 1 avec l'échantillon germe n + 1 la rég ion d'interface in itiale n+1 comprenant une proportion d'échantillon germe n+1 et une proportion de couche mince n+1 la région d'interface initiale n+1 étant encadrée de part et d'autre et parallèlement à la surface plane, d'une première partie périphérique n+1 comprenant uniquement l'échantillon germe n+1 et d'une deuxième partie périphérique n+1 comprenant uniquement la couche mince n+1 la proportion d'échantillon germe n+ 1 selon l'axe perpend iculaire à la surface plane, diminuant depuis la première partie périphérique n+1 vers la deuxième partie périphérique n+1 ,
j) apporter u ne énerg ie à la rég ion d' interface in itiale n+1 contigue à la première partie périphérique n+1 de sorte que l'énergie est localement absorbée par la couche mince n+1 afin de liquéfier localement une portion n+1 d e l a co u c h e m i n ce n + 1 , la rég ion d'interface in itiale n+1 devenant sensiblement une région d'interface solide-liquide n+1 , et
k) assurer un déplacement relatif de l'apport d'énergie et du substrat support parallèlement à la surface plane en éloignant progressivement l'apport d'énergie et l'échantillon germe n + 1 pou r sol id ifier la portion n+1 préalablement liquéfiée en amont de l'apport d'énergie selon l'information cristalline de l'échantillon germe n+1 et de sorte à progressivement déplacer la région d'interface solide-liquide n+1 au sein de la couche mince n+1 .
Il est entendu que dans la présente demande, l'indice n s'applique à une couche mince n et aux couches encadrant la couche mince n, telles que la couche tampon n et/ou la couche de confinement n. Il en est de même pour l'indice n+1 .
Ainsi, grâce à ce procédé, il est possible de former un empilement de deux couches minces n et n + 1 de matériau monocristallin de nature différente ou identique. Avantageusement, la couche mince n et la couche mince n+1 sont co n st i t u é e s d ' u n m a té r i a u s e m i-cond ucteu r, ferromag nétiq ue ou ferroélectrique.
La couche tampon n+1 présentant à l 'interface avec la couche mince n+1 un matériau amorphe, la surface sur laquelle la couche mince n+1 est cristallisée n'offre pas de sites de cristallisation susceptibles de parasiter la cristallisation de la couche mince n+1 liquéfiée.
Selon une disposition, l'étape i) comprend le dépôt d'une couche de confinement n+1 sur la couche mince n+1 , de sorte à isoler la couche mince n+ 1 de l'atmosphère. Cette couche de confinement n+1 évite l'oxydation superficielle de la couche mince n+1 au contact de l'atmosphère et favorise le contrôle du processus de cristallisation en évitant l'agglomération du matériau de la couche mince n+1 lorsqu'il est sous forme liquide.
Selon une possibilité, la couche tampon n+1 est formée par une couche de confinement n de la couche mince n et dont la surface opposée à la couche mince n présente un matériau amorphe.
En variante, la couche tampon n+1 est déposée sur la couche de confinement n de la couche mince n.
Dans une autre variante encore, l'étape f) comprend également une étape de retrait total ou partiel de la couche de confinement n après solidification complète de la couche mince n et une couche tampon n+1 est déposée sur la couche mince n ou sur le résidu de la couche de confinement n.
Avantageusement, la température de fusion du matériau de la couche tampon n est supérieure à celle du matériau de la couche mince n de sorte à éviter la fusion de la couche tampon n lors de la liquéfaction de la couche mince n.
De préférence, la couche tampon n et/ou n+1 est réalisée dans au moins un matériau isolant électrique de sorte à fabriquer des couches minces n et/ou n+1 de matériaux monocristallins sur isolant, avantageusement utilisées dans des appl ications dans les domaines de la m icroélectron ique, du photovoltaïque, de l'affichage ou du stockage de données.
Selon une variante de réalisation l'échantillon germe n+1 est formé par l'échantillon germe n. Les coûts de fabrication sont ainsi réduits. En effet, dans le cas où l'épaisseur de l'échantillon germe n est supérieure à celle de la couche mince n, l'échantillon germe n peut émerger de la surface lors du dépôt de la couche mince n+1 de sorte qu'il peut à nouveau servir pour former une nouvelle région d'interface initiale avec la couche mince n+1 .
Selon une autre variante de réalisation, l'échantillon germe n+1 est déposé sur la couche tampon n+1 , les échantillons germes n et n+1 présentent des natures différentes de matériaux. Ainsi les couches m inces n et n+ 1 peuvent présenter des natures différentes de matériaux.
Selon un mode de mise en œuvre, la couche m ince n + 1 est réalisée dans un matériau différent de celui de la couche mince n, tel que respectivement du silicium et du germanium. Il est alors facile de former un empilement de deux couches de matériaux monocristallins de différentes natures sur un même substrat support. Le procédé de fabrication peut alors être utilisé pour former des structures aux applications très variées, notamment lorsque le matériau de la couche mince n et/ou de la couche mince n+1 est un matériau semi-conducteur.
Selon une autre possibilité, le procédé comprend une étape I) consistant à répéter les étapes g) à k), l'entier n étant incrémenté d'une unité, de sorte à fabriquer un empilement comprenant une nombreuse superposition de matériaux monocristallins, notamment des matériaux semi-conducteurs.
Selon une disposition particulière, la couche mince n comprend des première et deuxième régions d'interfaces initiales n avec l'échantillon germe n et en ce que les étapes e) à f) et/ou les étapes j) à k) sont réalisées sur la première région d'interface initiale n de sorte à cristalliser une première partie de la couche mince n et former une prolongation de l'échantillon germe dans la continuité de la deuxième région d'interface initiale n pu is les étapes respectivement e) à f) et/ou les étapes j) à k) sont réalisées sur la deuxième région d'interface initiale n prolongée par la première partie cristallisée de la couche mince n de sorte à cristalliser une deuxième partie de la couche mince n complémentaire de la première partie.
Il est ainsi possible de fabriquer une couche monocristalline à partir d'un échantillon germe n dont les dimensions selon l'axe x et l'axe y sont chacune inférieures à celles du substrat support. Ainsi, une grande surface de couche monocristalline peut être formée avec une petite quantité d'échantillon germe n au coût très restreint.
Selon une possibilité, l'échantillon germe n est fabriqué par microusinage du substrat support de sorte qu'il n'est pas nécessaire de coller l'échantillon germe au substrat support. Selon une variante, l'étape b) ou g) comprend une étape de structuration d'un substrat de matériau monocristallin par micro-usinage ou lithographie et gravure de sorte à former au moins un échantillon germe n et une étape consistant à disposer l'échantillon germe n sur le substrat support. Ceci permet de conformer plusieurs échantillons germes n simultanément et de ainsi de limiter les coûts.
Selon une autre variante, l'étape b) et/ou g) comprend un collage d'un substrat de matériau monocristall in sur le substrat support puis une gravure chimique de sorte à atteindre la configuration géométrique souhaitée pour former une région d'interface initiale n telle que précédemment décrite. L'échantillon germe n étant monocristallin, pour une même symétrie cristalline, une gravure chimique isotropique ou anisotropique est possible de sorte que différentes configurations géométriques peuvent être obtenues. Il est entendu d a n s l a présente d em a nde q u e l e col l ag e d u su bstrat d e matériau monocristallin peut être directement effectué au contact de la surface plane du substrat support comme sur une ou plusieurs couches de matériaux déjà présentes sur la surface plane du substrat support.
De la même façon, un usinage physique de l'échantillon germe n peut être réalisé avant ou après sa disposition sur le substrat support n.
Selon une possibilité, l'étape b) et/ou g) consiste en un collage direct de l'échantillon germe n et n+1 sur le substrat support. Il est entendu dans la présente demande que l'expression 'collage direct' signifie un collage par adhésion moléculaire, opposé au collage utilisant des couches d'adhésifs, glue, etc, Ce collage direct de l'échantillon germe n et n+1 sur le substrat support peut être réalisé directement au contact de la surface plane du substrat support comme au contact d'une couche telle qu'une couche mince n , couche tampon n (...) présente sur la surface plane du substrat support.
Selon une disposition particulière, l'étape c) comprend le dépôt d'une couche mince n comportant des espèces dopantes, la réalisation des étapes e) et f) conduisant à activer électriquement au moins une partie des espèces dopantes de la couche mince n.
Il est ainsi possible de tirer profit des particularités du procédé pour activer des espèces dopantes introdu ites dans la couche mince n simultanément à la cristallisation. De plus, l'activation électrique des dopants selon cette disposition est d'autant plus efficace que l'on procède à l'activation à la température de fusion du matériau de la couche mince.
Par ailleurs, lors de l'utilisation d'un laser excimer qui permet d'atteindre très rapidement la température de fusion de la couche mince n (inférieur à la centaine de nanoseconde) le matériau dopé reste très peu de temps à cette température. Ainsi la durée pendant laquelle les espèces dopantes peuvent diffuser dans la couche mince n est très brève. De plus, le caractère focalisé du faisceau laser sur le plan spatial (dimensions latéralement micrométrique et nanométriq ue en profondeu r) confi n e l e processu s d'activation au sein de la couche mince n. Dans ces conditions, les dopants activés sont fixés de manière stable dans la structure cristalline de la couche mince n, le profil de dopage au sein de la couche n est parfaitement maîtrisé, du fait de la faible possibilité de diffusion des dopants. Le balayage de la couche mince n par laser permet successivement le traitement de zones confinées sur le plan spatial pour finalement cristalliser et activer l'ensemble des dopants présents dans toute la couche mince n.
De surcroit, le dépôt d'une couche mince n avec des espèces dopantes permet de varier la nature et/ou la concentration des espèces dopantes au cours du dépôt de la couche mince n. Il est alors aisé de réaliser un empilement vertical au dopage variable au sein de la couche mince n, de sorte à former une succession verticale de jonctions, une fois l'activation électrique et la cristallisation effectuée.
Selon une variante, l'étape c) comprend une étape d'implantation d'espèces dopantes dans la couche mince n, la réalisation des étapes e) et f) conduisant à activer électriquement au moins une partie des espèces dopantes de la couche mince n. Des empilements verticaux peuvent ainsi être crées dans la couche mince n, de même qu'une variation latérale du profil de la concentration de dopant peut être obtenue.
Cette méthode permet également d'obtenir un dopage localisé, permettant de définir ultérieurement des zones de dispositifs, telles qu'une jonction PN pour une diode ou des zones source et drain pour des transistors MOS.
Selon encore une autre variante, le dopage de la couche mince n peut être obtenu par immersion plasma.
Selon une possibilité, le substrat support est un substrat rigide. Par exemple un substrat support rigide est un substrat qui présente une épaisseur supérieure à 50 micromètres.
La surface plane du substrat support peut donc être constituée de la totalité de la surface du substrat.
L'apport d'énergie est de préférence effectué par balayage du substrat support.
Selon une possibilité, le procédé comprend une étape m) après l'étape f) consistant à effectuer des traitements collectifs de surface sur la couche mince n.
Selon une variante de réalisation, l'étape a) comprend une étape consistant à fournir un substrat souple enroulé sur lu i-même de sorte à présenter une forme générale de rouleau, suivi d'une étape consistant à dérouler au moins en partie le substrat souple de sorte à fournir le substrat support comprenant la surface plane.
Les étapes b) à f) peuvent ensuite être mises en œuvre à partir de cette surface plane.
Cette variante est avantageusement compatible avec un procédé de fabrication de type 'roll-to-roll' dans lequel le substrat est initialement enroulé et l'ensemble fabriqué peut également être enroulé en fin de procédé. Dans cette variante, le substrat souple est typiquement déroulé et déplacé en continu sous des postes fixes permettant notamment le dépôt de la couche mince n et l'apport d'énergie.
Selon une possibilité, le substrat souple est constitué d'un film de polymère, de métal tel que de l'aluminium, ou de carbone.
Selon une variante, le substrat souple est constitué de tout substrat dont l'épaisseur est inférieure ou égale à 50 micromètres.
Selon une disposition complémentaire, le procédé comprend une étape n) réalisée après l'étape f) consistant à enrouler l'ensemble comprenant le substrat support et la couche mince n sur lui-même de sorte que l'ensemble présente une forme générale de rouleau.
Selon une autre disposition de l'invention, l'étape a) consiste à fournir un substrat support comprenant une première surface plane et une seconde surface plane,
l'étape b) consiste à disposer un premier échantillon germe n en matériau monocristallin présentant une information cristalline sur la première surface plane, et à disposer un second échantillon germe n en matériau monocristallin présentant une information cristalline sur la seconde surface plane, et
l'étape c) consiste à déposer une première couche mince n sur la première surface plane, de sorte à former respectivement une première région d'interface initiale n comprenant une proportion du premier échantillon germe n et une proportion de la première couche mince n, la première région d'interface initiale n étant encadrée de part et d'autre et parallèlement à la première surface plane, d'une première partie périphérique n comprenant uniquement le premier échantillon germe n et d ' u n e deuxième partie périphérique n comprenant uniquement la première couche mince n, la première proportion d'échantillon germe n, selon l'axe perpendiculaire à la première surface plane, diminuant depuis la première partie périphérique n vers la deuxième partie périphérique n,
et à déposer une seconde couche mince n sur la seconde surface plane, de sorte à former respectivement une seconde région d'interface initiale n comprenant une proportion du second échantillon germe n et une proportion de la seconde couche mince n, la seconde région d'interface initiale n étant encadrée de part et d'autre et parallèlement à la seconde surface plane, d'une partie périphérique n primaire comprenant uniquement le second échantillon germe n et d'une partie périphérique n secondaire comprenant uniquement la seconde couche mince n, la seconde proportion d'échantillon germe n, selon l'axe perpendiculaire à la seconde surface plane, diminuant depuis la partie périphérique n primaire vers la partie périphérique n secondaire.
Les temps de cycles pour la fabrication de deux couches minces n cristallines sont alors nettement réduits.
Avantageusement, les matériaux monocristallins des premier et second échantillons germes n sont différents et les première et seconde couches minces n sont constituées de matériaux différents. Il est alors possible de fabriquer deux couches minces n monocristallines d'un matériau différent sur un même substrat support avec un temps de fabrication similaire à la fabrication d'une seule couche mince n monocristalline.
Selon une disposition, l'apport d'énergie est réalisé à l'aide de deux sources de rayonnement disposées respectivement de part et d'autre du substrat de sorte à illuminer respectivement la première surface plane et la seconde surface plane. Selon une réalisation particulière de l'invention, le substrat support est en silicium, la couche tampon n est en SiO2, la couche mince n est en silicium, la couche de confinement n est en SiO2 et l'apport d'énergie est réalisé par un laser de longueur d'onde allant de l'infrarouge à l'UV de sorte à former une couche mince n monocristalline de silicium sur isolant, de type SOI, particulièrement intéressante pour des applications en microélectronique haute performance.
Selon une autre disposition particulière, le substrat support est en verre borosilicate, la couche mince est en silicium, la couche de confinement n est en SiO2 et l'apport d'énergie est réalisé par un laser d'une longueur d'onde al lant de l ' infrarouge à l 'UV de sorte à former u n e couche m i nce n monocristalline de silicium sur verre SOG (acronyme anglais de Silicon On Glass) avantageusement utilisée dans des applications photovoltaïques ou d'affichage.
Avantageusement, la couche mince n+1 est en silicium et l'apport d'énergie est réalisé par un laser UV de sorte à former une couche mince n+1 monocristalline de silicium sur isolant disposée sur une couche mince n de germanium monocristallin sur isolant. La couche mince de germanium n monocristalline étant obtenue au préalable à partir d'une couche mince n de germanium et l'apport d'énergie d'un laser de longueur d'onde allant de l'infrarouge à l'UV. Cet empilement de couches est avantageusement utilisé dans des applications telle que décrites dans le document de L.Benaissa et al., 'Monolithically Integrated lll-V and Si CMOS Devices on Silicon on lattice engineered substrates (SOLES)', CS Mantech conférence, May 1 8th-21 st, 2009, Tampa, Florida, USA.
Selon un deuxième aspect, l'invention concerne une structure composite adaptée à l'obtention d'une couche monocristalline par apport d'énergie focalisée comprenant :
- un substrat support présentant une surface plane,
- une couche tampon n disposée sur la surface plane du substrat support dont la surface opposée au substrat support est en matériau amorphe,
- un échantillon germe n d'un matériau monocristallin, présentant une information cristalline, disposé sur le substrat support, une couche mince n disposée sur la couche tampon n de sorte à comprendre une région d'interface initiale n avec l'échantillon germe n, la région d'interface initiale n comprenant, une proportion d'échantillon germe n et une proportion de couche mince n, la région d'interface initiale n étant encadrée de part et d'autre et parallèlement à la surface plane, d'une première partie périphérique n comprenant uniquement l'échantillon germe n et d'une deuxième partie périphérique n comprenant uniquement la couche mince n, la proportion d'échantillon germe n, selon l'axe perpendiculaire à la surface plane, diminuant depuis la première partie périphérique n vers la deuxième partie périphérique n.
Il est ainsi aisé d'appliquer à partir de cette structure composite une énergie focalisée à la région d'interface initiale n contigue à la première partie périphérique n de sorte que l'énergie est localement absorbée par la couche mince n afin de liquéfier localement une portion n de la couche mince n, la région d'interface initiale n devenant sensiblement une région d'interface solide- liquide, puis de déplacer l'apport d'énergie parallèlement à la surface plane du substrat support en l'éloignant progressivement de l'échantillon germe n de sorte à solidifier la portion n préalablement liquéfiée en amont de l'apport d'énergie selon l'information cristalline de l'échantillon germe n et de sorte à progressivement déplacer la région d'interface solide- liquide n au sein de la couche mince n.
Selon une disposition particulière de l'invention, la couche mince n est constituée d'un matériau semi conducteur, tel q ue d u sil icium ou d u germanium, ou d'un matériau ferromagnétique ou ferroélectrique
le substrat support est con stitu é d e s i l ic i u m ou d e verre borosilicate, ou d'un film de polymère, de carbone ou d'aluminium, et
la couche tampon n est constitué d'oxyde de silicium ou de nitrure de silicium.
De préférence, la structure composite comprend une couche de confinement n agencée sur la couche mince n de sorte à de sorte à isoler la couche mince n de l'atmosphère et favoriser la propagation de l'information cristalline. Cette couche de confinement n évite en effet l'oxydation superficielle de la couche mince n au contact de l'atmosphère et favorise le contrôle du processus de cristallisation en évitant l'agglomération du matériau de la couche mince n lorsqu'il est sous forme liquide.
D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description suivante de différents modes de réalisation de celle-ci, donnée à titre d'exemples non limitatifs et faite en référence aux dessins annexés. Les figures ne respectent pas nécessairement l'échelle de tous les éléments représentés de sorte à améliorer leur lisibilité. Dans la suite de la description, par souci de simplification, des éléments identiques, similaires ou équivalents des différentes formes de réalisation portent les mêmes références numériques.
- Les figures 1 à 6 illustrent schématiquement un premier mode de réalisation du procédé selon l'invention.
- La figure 7 illustre schématiquement une variante de réalisation du procédé selon l'invention.
- La figure 8 illustre schématiquement une variante de réalisation du procédé selon l'invention.
- es figures 9, 10 et 1 1 illustrent des variantes de structures composites adaptées à la mise en œuvre du procédé de l'invention.
- La figure 12 est une vue en perspective d'un mode de réalisation de l'invention.
- Les figures 13 et 14 illustrent selon une vue en perspective d'une variante de réalisation du procédé de l'invention.
- La figure 15 illustre une variante de réalisation du procédé selon l'invention.
- Les figures 16 à 19 illustrent un second mode de réalisation du procédé selon l'invention,
- La figure 20 illustre encore une variante de réalisation du procédé selon l'invention.
Un exemple de cristallisation d'une couche mince n; 1 de silicium amorphe est maintenant décrit en détail conformément aux figures 1 à 6. Comme illustré à la figure 1 , une couche tampon n ; 2 d'oxyde de silicium amorphe d'une épaisseur d'environ 400 nm est déposée sur une surface plane d'un substrat support 3 en verre par CVD (acronyme anglais de Chemical Vapor Déposition), PECVD (acronyme anglais de Plasma Enhanced Chemical Vapor Déposition) , LPCVD (acronyme anglais de Low Pressure Chemical Vapor Déposition) ou toute autre méthode de dépôt basse température et basses pressions, facile à mettre en œuvre sur des substrats supports 3 de grandes dimensions et/ou les substrats sensibles. Cette couche tampon n; 2 de SiO2 présente un point de fusion supérieur à celui du silicium.
En parallèle, l'échantillon germe n ; 4 est préparé à partir d'un substrat de silicium monocristallin sur lasurface arrière duquel est déposé un masque 5 dur, par exemple de nitrure de silicium par PECVD (acronyme anglais de Plasma-Enhanced Chemical Vapor Déposition). Ce masque 5 sert notamment à protéger lasurface arrière du substrat du vis-à-vis de la gravure ch im ique opérée u ltérieu rement pou r la conformation des flancs 6 de l'échantillon germe n; 4. Le substrat de silicium est ensuite découpé de sorte à former un ou plusieurs échantillons germes 4 faciles à manipuler, par exemple un échantillon n ; 4 présentant une surface de 3 x 3 mm2 et une épaisseur d'environ 325 micromètres.
La fig u re 2 i l l u stre l e col l age d i rect d e l a surface avant de l'échantillon germe n; 4 sur un bord périphérique de la couche tampon n; 2, suite à un nettoyage chimique préalable des surface mises en contact par des séquences typiques de nettoyage par des solutions CARO (H2SO5), et/ou RCA. Un recuit de renforcement de collage et de dégazage est ensuite réalisé par exemple autour de 400°C pendant u ne d urée de quelques minutes à quelques heures sous atmosphère d'azote.
La figure 3 illustre la gravure chimique opérée sur l'échantillon germe n ; 4 de sorte à obtenir la configuration des flancs 6 nécessaire à l'obtention ultérieure d'une région d'interface initiale 7 avec la couche mince n; I présentant une grande surface de contact entre la couche mi n ce n ; 1 à cristalliser et le matériau monocristallin pour le volume de la région d'interface initiale n; 7 formée. L'application d'une solution d'hydroxyde de potassium KOH sur l'échantillon n ; 4 en silicium monocristallin de symétrie <100> permet notamment d'obtenir des flancs 6 présentant une pente régulière formant un biseau. La taille du biseau dépend de la concentration de KOH dans la solution de gravure et de la dimension de l'échantillon n ; 4. Lasurface arrière et plane de l'échantillon n ; 4 protégée par le masque 5 de nitrure n'est pas gravée.
La figure 4 illustre la gravure partielle du masque 5 de Si3N4 par une solution d'acide phosphorique H3PO4 de sorte à exposer et pouvoir recouvrir au moins en partie les flancs 6 de l'échantillon germe n; 4 par dépôt d'une couche mince n; 1 de silicium amorphe. Le dépôt de la couche mince n; 1 est réalisé par une technique de dépôt peu coûteuse telle que la LPCVD jusqu'à atteindre une épaisseur d'environ 200 nm. L'interface ainsi formée dans ce mode de réalisation est oblique et rectiligne. La région d'interface initiale n; 7 est intercalée, selon une direction parallèle à lasurface plane du substrat support, entre une première partie périphérique n; 8 comprenant uniquement l'échantillon germe n; 4 et une deuxième partie périphérique n; 9 comprenant uniquement la couche mince 1 . La proportion d'échantillon germe diminue de façon l i néa i re et conti n ue j usq u 'à disparaître vers la deuxième partie périphérique n; 9. Cette conformation particulière de la région d'interface initiale 7 permet une grande surface de contact avec la couche mince n; 1 de sorte à favoriser la transmission ultérieure de l'information cristalline.
La figure 5 illustre une nouvelle gravure partielle du masque 5 de Si3N4 par une solution de H3PO4 de sorte à pouvoir exposer la région d'interface in itiale n; 7 et déposer une couche de confinement n ; 1 1 en matériau SiO2 amorphe sur la couche mince n; 1 dont la région d'interface initiale 7. La couche de confinement n; 1 1 est déposée avec une épaisseur de 400 nm par une technique de dépôt peu coûteuse telle que la LPCVD.
Selon une alternative non illustrée, le masque 5 de Si3N est totalement gravé à l'étape illustrée à la figure 4 de sorte que la totalité de lasurface arrière de l'échantillon n ; 4 est exposée, facilitant ainsi les dépôts ultérieurs de couches.
La figure 6 illustre une étape consistant à apporter localement de l'énergie à la couche mince n; 1 par l'intermédiaire d'un rayonnement 12 issu d'un faisceau laser émettant à une longueur d'onde d'absorption du silicium de la couche mince n; 1 et pour laquelle la couche de confinement n; 1 1 et la couche tampon n; 2 en SiO2 sont totalement transparentes. Les longueurs d'onde dans l'UV sont adaptées. Le laser peut être continu ou puisé. Ce peut être notamment un laser puisé UV, par exemple XeCI émettant à la longueur d'onde de 308 nm. Le faisceau 12 issu du laser balaie toute la surface avec une fréquence de 6000 Hz, une énergie de 150 mJ, une puissance de 900W et un recouvrement de puises de 60%, dans une direction allant de la première partie périphérique n; 8 de la région d'interface initiale n; 7 vers la deuxième partie périphérique n; 9 en s'eloignant de l'échantillon germe n; 4 et au-delà. La portion locale n; 13 de la couche mince n; 1 illuminée absorbe l'énergie et provoque une agitation thermique de la couche mince 1 . L'augmentation locale de la température dans la portion locale n; 13 illuminée conduit à la fusion du matériau et liquéfaction d'une portion n; 13 de la couche mince 1 . L'échantillon germe n ; 4 monocristallin ayant un point de fusion supérieur à celui du matériau amorphe, l'échantillon germe n; 4 ne se liquéfie pas, ou seulement dans une très faible proportion. La région d'interface initiale n; 7 devient alors sensiblement une région d'interface solide-l iqu ide n ; 1 4. Par ailleurs, le déplacement du faisceau 12 génère la solidification par refroidissement de la portion n; 1 3 liquéfiée en amont du faisceau 12, à partir de l'information cristalline issue du germe n; 4. En se solidifiant, le matériau de la couche mince n; 1 s'organise et forme un réseau cristallin dupliquant l'empreinte cristalline fournie par l'échantillon germe n; 4. De plus, la grande surface de contact entre la couche mince n; 1 et l'échantillon germe n; 4 pour une région d'interface initiale n; 7 de dimensions données, contribue à la propagation de l'information cristalline de l'échantillon germe n; 4 au cours du refroidissement de la couche mince 1 . Ainsi, la région solidifiée agit comme une prolongation de l'échantillon germe n; 4 et l'interface solide-liquide n; 14 se déplace avec le déplacement du faisceau 12 tout en propageant l'information cristalline du germe n; 4. Le front de cristallisation 14 présente sensiblement la même configuration que celle de la région d'interface in itiale n ; 7 (et des flancs 6) et se propage sans interruption en suivant la portion illuminée n ; 13 dans la couche mince 1 . L'information cristalline du germe n; 4 est alors propagée sur la totalité de la couche mince n; 1 par un seul front de cristallisation 14.
La couche mince n; 1 monocristalline obtenue présente alors une très bonne qualité cristalline et une surface dont la rugosité pic - vallée est inférieure à 10 nm avec une variation de plus ou moins 3 nm RMS.
En variante non représentée, la couche de confinement n; 1 1 est formée d'un substrat épais présentant une épaisseur de l'ordre de 100 à 700μηη par exemple, et transparent à la longueur d'onde du laser utilisé pour liquéfier la couche mince 1 , tel qu'un substrat de verre. Ce substrat épais 1 1 présente alors une rigidité mécanique suffisante pour supporter la couche mince 3 et permettre de dissocier le substrat support 3 de la couche mince 1 . On pourra notamment prévoir d'éliminer par rectification (grinding en anglais) tout ou partie du substrat support 3 de sorte à obtenir la couche mince n; 1 sur le substrat épais 1 1 .
Selon une possibilité illustrée à la figure 7, la couche mince n ; 1 initiale est en germanium avec un premier échantillon germe n également en germanium. Les longueurs d'ondes adaptées pour être absorbées par le germanium vont de l'infrarouge à l'UV. Le même laser que celui précédemment décrit peut donc être utilisé. Une deuxième couche mince n+1 ; 1 d'un matériau semi-conducteur amorphe de silicium est cristallisée par apport d'énergie selon la méthode précédement décrite. La couche de confinement n ; 1 1 de SiO2 amorphe précédemment déposée sur la couche mince n ; 1 de silicium est utilisée comme couche tampon n+1 ; 2 sur laquelle un deuxième l'échantillon germe n+1 ; 4 de silicium est collé puis gravé de sorte à présenter des flancs 6 permettant de former la région d'interface in itiale n; 7 configurée comme précédemment décrite. La deuxième couche mince n+1 ; 1 en silicium amorphe est déposée par LPCVD sur une épaisseur de 200 nm. Une deuxième couche de confinement n+1 ; 1 1 de SiO2 amorphe est également déposée par CVD de sorte à encapsuler la nouvelle région d'interface initiale 7 et la deuxième couche mince n+1 ; 1 . Une irradation locale par faisceau 12 mobile selon les mêmes conditions que celles précédemment décrites est appliquée de sorte à liquéfier le silicium, puis le solidifier par refroidissement au contact de l'échantillon germe n+1 ; 4 monocristallin de sorte à provoquer sa cristallisation et à propager l'information cristalline du germe n + 1 ; 4 avec l'avancement du front de solidication ou région d'interface solide-liquide n; 14 au sein de la couche mince n + 1 ; 1 de silicium, suivant le déplacement du faisceau 12.
Il est ainsi possible de former plusieurs niveaux de couche mince n ; n+1 ; 1 monocristalline de matériaux différents ou identiques selon les applications visées.
Avantageusement Héchantillon germe n ; 4 initial présente un caractère macroscopique telle que sonépaisseur peut être suffisante pour pouvoir être utilisé comme l'échantillon germe n + 1 ; 4 pour les différents niveaux de couches minces n ; n+1 ; 1 , notamment lorsque les couches minces n ; 1 et n+1 ; 1 sont constitués de matériaux identiques.
Selon une variante de réalisation illustrée à la figure 8 le germe n ;4 est commun aux couches minces n; 1 et n + 1 ;1 à recristralliser. Ce germe macroscopique unique donne la possibilité de recristalliser plusieurs centaines de couches nanométriques.
La figure 9 illustre une structure composite 15 adaptée à la fabrication d'une couche mince n; 1 monocristalline sur un substrat support 3 selon une variante de réalisation de l'invention. La structure composite 15 comporte un substrat support 3 en verre borosilicate en périphérie duquel est disposé un échantillon germe n; 4 en silicium monocristallin. Les flancs 6 de l'échantillon germe n; 4 ont été préparés au préalable par gravure chimique exécutée avec un agent de gravure tel que le HNA (mélange acide comportant du HF, HNO3 et CH3COOG) de sorte à présenter des flancs 6 d'une surface concave.
Une couche mince n; 1 en matériau semi-conducteur amorphe en silicium est ensuite déposée par LPCVD directement à la surface du substrat support 3, en absence de couche tampon n; 2. Le substrat support 3 étant constitué d'un matériau amorphe, il ne présente pas de sites de nucléation parasites pour la cristallisation de la couche mince 1 .
Du fait des flancs 6 de l'échantillon germe n; 4, la région d'interface initiale 7 entre la couche mince n ; 1 et le germe n; 4 présente alors une proportion d'échantillon germe n; 4 et une proportion de couche mince n; 1 variables selon une direction parallèle à la surface plane du substrat support 3. La proportion d'échantillon germe n; 4 diminue en effet depuis une première partie périphérique n; 8 vers une deuxième partie périphérique n; 9 encadrant la région d'interface initiale 7. Cette configuration de la région d'interface initiale 7 permet ainsi un contact sur une grande surface entre le matériau germe n; 4 et le matériau de la couche mince n; 1 amorphe.
Un faisceau 12 d'un laser irradiant à 308 nm illumine ensuite la couche mince 1 . L'irradiation est réalisée comme précédemment décrit par balayage à partir de la région d'interface initiale n; 7 contigue à la première partie périphérique n; 8 vers la deuxième partie périphérique n; 9 et enfin en s'éloignant de l'échantillon germe 3, sur le reste de la couche mince 1 . La couche mince n; 1 s'échauffe alors localement jusqu'à se liquéfier sur une portion locale n; 13 illuminée, tandis que l'échantillon germe n; 4 conserve en grande partie son caractère solide et monocristallin. Le substrat support 3 étant constitué d'un matériau isolant thermique, il forme une barrière isolante et confine horizontalement échauffement de la couche mince n; 1 irradiée selon le déplacement du faisceau 12. Ceci favorise la propagation d'un seul front de cristallisation par déplacement de l'interface solide-liquide n; 14 et optimise la qualité cristalline obtenue en évitant la génération de défauts résultant de la rencontre de plusieurs fronts de solidification. Cette caractéristique isolante, permet d'éviter réchauffement du support 3 lors de liquéfaction de la couche mince 1 . Ceci évite avantageusement d'indu ire des contraintes thermomécaniques dans la couche mince n ; 1 pouvant aboutir à la formation de défauts au cours de refroidissement. Lorsque l'irradiation du laser 12 atteint une zone ne comprenant plus d'échantillon germe n; 4, le front de cristallisation 14 dans la couche mince n; 1 continue de transmettre l'information cristalline du germe n; 4 par contact avec une portion de couche mince n; 1 en cours de solidification.
Dans ce mode de réalisation, la couche mince n; 1 est déposée sous forme amorphe par un procédé de dépôt peu coûteux mais le procédé de l'invention peut être utilisé à partir de couches minces 1 monocristallines de mauvaise qualité par exemple ou de couches minces 1 polycristallines. La fusion de la portion n; 13 locale est plus complexe à contrôler car la répartition de la chaleur n'est pas uniforme du fait de la présence de joints de grains dans le matériau mais une fois atteinte, la couche 1 peut être recristall isée efficacement à partir de l'information cristalline de l'échantillon germe n; 4.
Ainsi, l'échantillon germe n; 4 peut être directement disposé sur le substrat support 3 lorsque celui-ci est formé d'un matériau amorphe par ailleurs bon isolant therm ique. Selon une variante de réal isation non il lustrée, l'échantillon germe n; 4 peut être formé préalablement au dépôt de la couche mince n; 1 par micro-usinage du substrat support 3. Par ailleurs, la taille de l'échantillon germe n ; 4 est issu d'un compromis entre le coût du matériau monocristallin utilisé et la difficulté de manipuler un échantillon de trop petites dimensions. Un échantillon de petites dimensions nécessitera notamment l'utilisation d'un appareillage spécifique et coûteux. Un juste milieu est trouvé par exemple avec un échantillon germe n ; 4 d'une surface de quelques millimètres carrés sur une épaisseur de quelque centaines de microns par exemple. Ces dimensions sont nettement suffisantes pour la propagation de l'information cristalline sur toute la surface de la couche mince n; 1 lorsque la configuration de la région d'interface initiale n; 7 telle que précédemment décrite est respectée.
La figure 10 illustre une variante de réalisation mise en œuvre sur une structure composite 15 comportant une couche tampon n; 2 insérée entre un ensemble constitué de l'échantillon germe n; 4 de silicium et de la couche mince n ; 1 en silicium amorphe et un substrat support 3 en verre. Cette méthode applique par ailleurs la source d'énergie 12 focalisée directement sur la surface exposée de la couche m ince 1 , en absence de couche de confinement n; 1 1 .
La couche tampon n; 2 est formée dans un matériau de SiO2 amorphe de sorte à éviter de créer des sites de nucléation parasites et de limiter les coûts de dépôt. La couche tampon n; 2 présente avantageusement un point de fusion (1600°C) supérieur à celui de la couche mince n; 1 (1414°C) de sorte à ne pas interférer dans le processus de cristallisation du silicium. Par ailleurs, la couche tampon n; 2 est avantageusement réalisée en un matériau isolant thermique de sorte à confiner l 'énerg ie localement apportée au système. L'épaisseur minimale de la couche tampon n; 2 est alors conditionnée par son efficacité d'isolation thermique et sa capacité à éviter une dissipation thermique verticale. L'épaisseur maximale n'a pas de limite car la couche tampon n; 2 peut entièrement former le substrat support 3. Combiné avec l'emploi d'une source d'énergie 12 directionnelle, ce confinement permet de conserver un gradient de température horizontal dans la couche mince n; 1 et un front de cristallisation 14 permettant à la zone liquéfiée 13 de conserver un contact avec u ne portion sol ide présentant l' information cristal l ine de l'échantillon germe n; 4. Ainsi, la présence de cette couche tampon n; 2 permet une plus grande liberté de choix du matériau constituant le substrat support 3 et autorise l'utilisation notamment de substrats bas coûts, non transparents à la longueur d'onde du laser 12 utilisé.
La figure 1 1 illustre une structure composite 1 5 adaptée à la cristallisation d'une couche mince n; 1 comprenant un échantillon germe n; 4, dont les flancs 6 présentent une surface convexe, sur la couche tampon n; 2 et une couche mince n ; 1 encapsulée par une couche de confinement n; 1 1 recouvrant également la région d'interface initiale 7. Cette couche de confinement n; 1 1 est formée en un matériau amorphe de sorte à limiter les coûts de dépôt et éviter la création des sites de nucléation parasites. La couche de confinement n; 1 1 présente au plus un faible coefficient d'absorption de l'énergie fournie à la structure composite 15 de sorte que les faisceaux 12 peuvent la traverser pour irradier principalement la couche mince 1 . De la sorte, la vitesse et la qualité de l'apport d'énergie à la couche mince n; 1 est optimisée. Comme la couche tampon n; 2, la couche de confinement n; 1 1 présente un point de fusion supérieur à celle de la couche mince 1 . La couche de confinement permet d'empêcher les phénomènes d'agglomération susceptibles d'apparaître sur la couche mince n; 1 liquéfiée lorsque sa surface n'est pas protégée, ces phénomènes pouvant conduire à des ruptures de la propagation de l'information cristalline. La couche de confinement n; 1 1 permet par ailleurs d'éviter toutes les interactions chimiques entre la couche mince n; 1 et l'atmosphère (oxydation, absorption ...) pouvant perturber le processus de cristallisation. En outre, lorsque la couche de confinement n; 1 1 présente des propriétés démouillantes vis-à-vis de la phase liquide de la couche mince 1 , la phase liquide contractée est répuisée vers l'échantillon germe n; 4 ou vers la couche 1 cristallisée. Un bon contact avec l'échantillon n ; 4 est conservé et une bonne transmission de l'information cristalline a lieu.
La figure 12 est une illustration en perspective d'une structure composite 15 dans lequel l'échantillon germe n ; 4 présente une longueur sensiblement égale à la largeur du substrat support 3 selon l'axe z et s'étend transversalement à proximité d'un bord transversal de la surface plane du substrat support 3. La couche mince n; 1 est déposée sur le substrat support 3 de sorte à former une région d'interface initiale 7 telle que précédemment définie avec l'échantillon n ; 4. Le faisceau 12 utilisé présente une largeur inférieu re à cel le de la région d'interface in itiale n ; 7 et une longueur sensiblement égale à la largeur du substrat support 3 et donc de la largeur de la couche mince n; 1 selon l'axe z. L'irradiation consiste alors en un balayage unique de la totalité de la surface de la couche mince n; 1 parallèlement à la surface plane du substrat support 3 (selon l'axe x) en commençant par la région d'interface initiale n; 7 contigue à la partie périphérique n; 8. Ce mode de réalisation permet la propagation d'un seul front de cristallisation 14 formé à la région d'interface initiale 7 et s'étendant sur toute la largeur de la couche mince n ; 1 (selon l'axe z). Est également représenté à la figure 12, un échantillon germe n; 4 usiné sur seulement une faible proportion dans l'optique de recycler ce dernier.
Les figures 13 et 14 illustrent une vue en perspective d'une structure composite 15 comportant un échantillon germe n; 4 disposé dans un angle du substrat support 3 et présentant des dimensions latérales inférieures à la largeur (selon l'axe z) et la longueur du substrat support 3 (selon l'axe x). La configuration de l'échantillon germe n; 4 est conçue de sorte à former avec la couche mince n; 1 des première et deuxième régions d'interface initiales 7, 7' telles que précédemment définies. Un premier balayage d'un faisceau laser 12 présentant une longueur similaire à la dimension d'un coté latéral périphérique de l'échantillon n ; 4 (selon l'axe z) est débuté à partir d'une première région d'interface in itiale n ; 7. Ce premier balayage condu it à cristalliser une première partie de la couche mince n; 1 en formant une prolongation de l'échantillon germe n; 4 dans la continuité de la deuxième région d'interface initiale n; 7'.
Un deuxième balayage selon l'axe x est ensuite réalisé à partir de la deuxième région d'interface initiale 7' prolongée par la première partie de couche mince n ; 1 venant d'être cristallisée avec un faisceau 12 dont la longueur est similaire à celle de la deuxième région 7' prolongée. Une deuxième partie de la couche mince 1 , complémentaire de la première partie, est alors cristallisée. Ainsi, il est possible que deux balayages successifs d'un faisceau12 soient réalisés selon l'axe z puis selon l'axe x, par exemple, de sorte à propager un seul front de cristall isation 14 comportant une seule information cristalline.
Selon une autre possibilité non illustrée, une fois le premier balayage selon l'axe z effectué et la région d'interface initiale n; 7' formée, l'échantillon germe n; 4 est retiré pour être recyclé. Un balayage selon l'axe x peut être réalisé à partir de la deuxième région d'interface initiale 7' de sorte à propager l'information cristalline pour la cristallisation de la deuxième partie de la couche mince 1 .
Selon un autre mode de réalisation non illustré, un échantillon germe n ; 4 s'étend transversalement et au centre d'un substrat support 3, l'échantillon germe n ; 4 présentant une longueur sensiblement égale à la largeur du substrat support 3. Une couche mince n; 1 amorphe est déposée de sorte à créer des première et deuxième régions d'interface 7 ; 7' de part et d'autre de l'échantillon germe n; 4. Deux faisceaux 12 présentant une longueur similaire à la longueur de l'échantillon germe n; 4 sont alors utilisés en même temps pour balayer la couche mince n; 1 à partir des deux régions d'interfaces initiales 7 ; 7' en partant du centre du substrat support 3 et en s'éloignant de l'échantillon germe n; 4 vers les cotés périphériques du substrat support 3. De la sorte, le temps de cycle du procédé de fabrication d'une couche mince n; 1 est fortement réduit.
Comme nous l'avons vu aux figures 5, 9, 10 et 1 1 , les surfaces des flancs 6 peuvent être obliques et présenter une pente régulière linéaire, une surface concave ou convexe. Mais l'échantillon germe n; 4 peut être préparé de sorte à présenter toute configuration de flancs 6 adaptée à l'obtention d'une région d'interface initiale n; 7,7' telle que précédemment décrite, à savoir toute configuration permettant la diminution par gradient, variable ou non, de la proportion d'échantillon germe n; 4 dans la région d'interface initiale n; 7,7'.
La figure 15 illustre une variante de l'étape c) du procédé dans laquelle la couche mince n; 1 comprend des espèces dopantes. Ces espèces dopantes peuvent être introduites dans la couche mince n; 1 au cours du dépôt de la couche mince, de sorte qu'il est facile de former un empilement de sous- couches, au sein de la couche mince, comprenant chacune une concentration d'espèces dopantes ou une nature d'espèces dopantes différente. Selon une autre possibilité non illustrée, les espèces dopantes sont introduites par implantation ou par immersion plasma qui permet avantageusement de contrôler localement, latéralement et en profondeur, la concentration et la nature des espèces dopantes introduites dans la couche mince 1 . L'apport d'énergie selon les étapes e) et f) du procédé permet l'activation électrique des espèces dopantes dans le même temps que la couche mince est cristallisée. La durée de l'apport d'énergie pour la cristallisation étant localement très courte, notamment lorsqu'elle est effectuée par canon à électron ou par laser, les espèces dopantes diffusent peu dans la couche mince n; 1 . Ainsi, le profil des espèces dopantes activées est très précis.
Les figures 16 à 19 illustrent une variante de réalisation combinée à un procédé de type 'roll-to-roll'. L'étape a) consiste à prévoir un substrat souple enroulé sur lui-même de sorte à présenter une forme de rouleau s'étendant selon l'axe z tel qu'illustré à la figure 16. Une partie du substrat souple est déroulé (figure 17) de sorte à fournir un substrat support 3 comprenant une surface plane et permettre la disposition de l'échantillon germe n ; 4 selon l'étape b) et le dépôt de la couche mince (1 ) selon l'étape c) du procédé. Puis au fur et à mesure que le substrat souple est déroulé, la couche mince est déposée et un apport d'énergie est appliqué, par exemple par faisceau laser 12 fixe, en commençant par la région d'interface initiale n; 7 entre la couche mince n; 1 et l'échantillon germe 4. Comme illustré à la figure 18, le substrat support 3 est déplacé selon la direction indiquée par l'axe x (étape f) par rapport à la source d'apport d'énergie 12 et par rapport au dispositif immobile permettant le dépôt de la couche mince n; 1 . Le mouvement du substrat support 3 est mis en œuvre de préférence de sorte que la surface plane présente au moins une dimension similaire à celle de l'apport d'énergie lorsque la surface plane reçoit l'apport d'énergie.
Ainsi la couche mince localement liquéfiée est ensuite localement cristall isée par son éloignement de la source d'énergie, sur la base de l'information cristalline de l'échantillon germe n; 4.
La figure 19 illustre une étape n) du procédé dans laquelle l'ensemble comprenant le substrat support 3 et la couche mince n; 1 cristallisée est à nouveau enroulée sur lui-même de sorte à présenter une forme générale de rouleau.
Sel o n u n e d i sposition alternative non illustrée, le procédé comprend une étape m) consistant à effectuer des traitements collectifs de surface sur le substrat support 3 recouvert de la couche mince n ; 1 non enroulé. Il est alors possible d'effectuer le découpage de plaques de grandes dimensions à partir du substrat support 3 recouvert de la couche mince n; 1 cristallisée, pour la réalisation par exemple de panneaux solaires.
Par ailleurs, selon une possibilité non illustrée sur les figures 16 à 18, une couche tampon n; 2 est déposée sur la face plane avant le dépôt de la couche mince n; 1 et une couche de confinement n; 1 1 est déposée sur la couche mince n; 1 avant que cette dernière soit exposée à l'apport d'énergie.
La figure 20 illustre une variante de réalisation dans laquelle le substrat support 3 comprend une première surface plane et une seconde surface plane. Un premier échantillon germe n; 4 est disposé sur la première surface plane puis une première couche mince n ; 1 est déposée sur la première surface plane de sorte à créer une première région d'interface initiale n ; 7. Un second échantillon germe n; 4 est disposé sur la seconde surface plane puis une seconde couche mince n; 1 est déposée sur la seconde surface plane de sorte à créer une seconde région d'interface initiale n; 7. Deux sources d'apport d'énergie, tels que deux faisceaux laser, situées de part et d'autre du substrat support 3 irradient respectivement la première couche mince n; 1 et la seconde couche mince n; 1 de sorte à réaliser la cristallisation des première et seconde couches minces 1 simultanément. Selon une autre variante de réalisation, l'irradiation des première et seconde couches minces 1 est décalée dans le temps.
Ainsi, le procédé de l'invention propose une méthode bas coût tant pour les étapes employées que pour la matière première consommée, le procédé est facile à mettre en œuvre sur des grandes dimensions, flexible en ce qui concerne la nature du substrat support 3. Il est également adaptable à un large panel de matériaux, notamment de matériaux semi-conducteurs, et répétable plusieurs fois sur un même substrat support 3 permettant ainsi la formation de plusieurs couches minces monocristallines 1 pouvant être de même nature ou de nature différente. La méthode garantit par ailleurs un très bon contrôle du processus de cristallisation grâce à un confinement physicochimique et géométrique de la couche mince n; 1 à cristalliser. Ce confinement doublé de l'emploi d'un apport d'énergie 12 focalisé et directionnel permet la transformation totale d'une couche 1 en matériau notamment semi-conducteur, de préférence amorphe, en contact intime avec un germe n; 4 monocristallin en une couche de matériau monocristallin de très bonne qualité.
I l va d e so i que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus à titre d'exemples mais qu'elle comprend tous les équivalents techniques et les variantes des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de fabrication d'une couche mince n ; (1 ) monocristalline, notamment pour des applications dans les domaines de la microélectronique, des microsystèmes, du photovoltaïque, de l'affichage, d u stockage de données, le procédé comprenant les étapes consistant à:
a) fournir un substrat support (3) comprenant une surface plane,
b) d isposer un échantil lon germe n ; (4) en matériau monocristallin présentant une information cristalline, sur la surface plane, n étant un entier différent de zéro,
c) déposer une couche mince n ; (1 ) sur la surface plane de sorte à former une région d'interface initiale n ; (7) comprenant une proportion d'échantillon germe n ; (4) et une proportion de couche mince n ; (1 ), la région d'interface initiale n ; (7) étant encadrée de part et d'autre et parallèlement à la surface plane, d'une première partie périphérique n ; (8) comprenant uniquement l'échantillon germe n ; (4) et d'une deuxième partie périphérique n ; (9) comprenant uniquement la couche mince n ; (1 ), la proportion d'échantillon germe n ; (4), selon l'axe perpendiculaire à la surface plane, diminuant depuis la première partie périphérique n ; (8) vers la deuxième partie périphérique n ; (9),
e) apporter une énergie à la région d'interface initiale n ; (7) contigue à la première partie périphérique n ; (8) de sorte que l'énergie est localement absorbée par la couche mince n ; (1 ) afin de liquéfier localement une portion n ; (13) de la couche mince n ; (1 ), la région d'interface initiale n ; (7) devenant sensiblement une région d'interface solide-liquide n ; (14), et
f) assurer un déplacement relatif de l'apport d'énergie et du substrat support (3), paral lèlement à la surface plane, en éloignant progressivement l'apport d'énergie et l'échantillon germe n ; (4) pour solidifier la portion n ; (13) préalablement liquéfiée en amont de l'apport d'énergie selon l'information cristall ine de l'échantillon germe n ; (4 ) et de sorte à progressivement déplacer la région d'interface solide-liquide n ; (14) au sein de la couche mince n ; (1 ).
2. Procédé de fabrication selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'étape a) comprend une étape de formation d'une couche tampon n ; (2) sur la surface plane du substrat support (3) et sur laquelle la couche mince n ; (1 ) est déposée, la couche tampon n ; (2) présentant un matériau amorphe à l'interface avec la couche mince n ; (1 ).
3. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que l'étape c) consiste à déposer la couche mince n ; (1 ) sous la forme d'un matériau amorphe.
4. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la couche mince n ; (1 ) est réalisée en un matériau semiconducteur.
5. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'apport d'énergie est réalisé à l'aide d'au moins une source de rayonnement, notamment choisie parmi un canon à électron ou un laser dont le faisceau n ; (12) présente un maximum d'intensité sur la portion n ; (13) à liquéfier.
6. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le procédé comprend entre l'étape c) et l'étape e) une étape d) consistant à déposer et agencer une couche de confinement n ; (1 1 ) sur la couche mince n ; (1 ) de sorte à isoler la couche mince n ; (1 ) de l'atmosphère et favoriser la propagation de l'information cristalline.
7. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 6 , caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes consistant à :
g) former une couche tampon n+1 ; (2) sur la couche mince n ; (1 ) de sorte que la surface opposée à la couche mince n ; (1 ) de la couche tampon n+1 ; (2) présente un matériau amorphe,
h) disposer un échantillon germe n+ 1 ; (4) sur la couche tampon n+1 ; (2),
i) déposer une couche mince n + 1 ; (1 ) amorphe sur la couche tampon n+1 ; (2), la couche tampon n+1 ; (2) présentant un matériau amorphe à l'interface avec la couche mince n+1 ; (1 ), de sorte à former une région d'interface initiale n+1 ; (7) avec l'échantillon germe n+1 ; (4), la région d'interface initiale n+1 ; (7) comprenant une proportion d'échantillon germe n+1 ; (4) et une proportion de couche mince n+1 ; (1 ), la région d'interface initiale n+1 ; (7) étant encadrée de part et d'autre et parallèlement à la surface plane, d'une première partie périphérique n+1 ; (8) comprenant uniquement l'échantillon germe n+1 ; (4) et d'une deuxième partie périphérique n+1 ; (9) comprenant uniquement la couche mince n+1 ; (1 ), la proportion d'échantillon germe n+1 ; (4), selon l'axe perpendiculaire à la surface plane, diminuant depuis la première partie périphérique n+1 ; (8) vers la deuxième partie périphérique n+1 ; (9),
j) apporter une énergie à la région d'interface initiale n+1 ; (7) contigue à la première partie périphérique n+1 ; (8) de sorte que l'énergie est localement absorbée par la couche mince n+1 ; (1 ) afin de liquéfier localement une portion n+1 ; (13) de la couche mince n+1 ; (1 ), la région d'interface initiale n+1 ; (7) devenant sensiblement une région d'interface solide-liquide n+1 ; (14), et
k) assurer un déplacement relatif de l'apport d'énergie et du su bstrat su pport (3) paral l èl em ent à l a su rface pl a ne en éloignant progressivement l'apport d'énergie et l'échantillon germe n + 1 ; (4) pour solidifier la portion n+1 ; (1 3) préalablement liquéfiée en amont de l'apport d'énergie selon l'information cristalline de l'échantillon germe n+1 ; (4) et de sorte à progressivement déplacer la région d'interface solide-liquide n+1 ; (14) au sein de la couche mince n+1 ; (1 ).
8. Procédé de fabrication selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape i) comprend le dépôt d'une couche de confinement n+1 ; (1 1 ) sur la couche mince n+1 ; (1 ).
9. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 7 à 8, caractérisé en ce que l'échantillon germe n+1 ; (4) est formé par l'échantillon germe n (4).
10. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que la couche mince n+1 ; (1 ) est réalisée dans un matériau différent du matériau de la couche mince n ; (1 ), tel que respectivement le silicium et le germanium.
1 1 . Procédé de fabrication selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que le procédé comprend une étape I) consistant à répéter les étapes h) à k), l'entier n étant incrémenté d'une unité.
12. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 8 à 1 1 , caractérisé en ce que la couche tampon n+1 ; (2) est formée par la couche de confinement n; (1 1 ) et en ce que la surface opposée à la couche mince n+1 ; (1 ) de la couche tampon n+1 ; (2) présente un matériau amorphe.
13. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la couche mince n ; (1 ) comprend des première et deuxième régions d'interfaces initiales n ; (7 ; 7') avec l'échantillon germe n ; (4) et en ce que les étapes e) à f) et/ou les étapes j) à k) sont réalisées sur la première région d'interface initiale n ; (7) de sorte à cristalliser une première partie de la couche mince n ; (1 ) et former une prolongation de l'échantillon germe n ; (4) dans la continuité de la deuxième région d'interface initiale n ; (7') puis les étapes respectivement e) à f) et/ou les étapes j) à k) sont réalisées sur la deuxième région d'interface initiale n ; (7') prolongée par la première partie cristallisée de la couche mince n ; (1 ) de sorte à cristalliser une deuxième partie de la couche mince n ; (1 ) complémentaire de la première partie.
14. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'étape c) comprend le dépôt d'une couche mince n ; (1 ) comportant des espèces dopantes, la réalisation des étapes e) et f) conduisant à activer électriquement au moins une partie des espèces dopantes de la couche mince n ; (1 ).
15. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'étape c) comprend une étape d'implantation d'espèces dopantes dans la couche mince n ; (1 ), la réal isation des étapes e) et f) conduisant à activer électriquement au moins une partie des espèces dopantes de la couche mince n ; (1 ).
16. Procédé selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que le procédé comprend une étape m) après l'étape f) consistant à effectuer des traitements collectifs de surface sur la couche mince n ; (1 ).
17. Procédé selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que l'étape a) comprend une étape consistant à fournir un substrat souple enroulé sur lui-même de sorte à présenter une forme générale de rouleau, suivi d'une étape consistant à dérouler au moins en partie le substrat souple de sorte à fournir le substrat support (3) comprenant la surface plane.
18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que le procédé comprend une étape n) réalisée après l'étape f) consistant à enrouler l'ensemble comprenant le substrat support (3) et la couche mince n ; (1 ) sur lui-même de sorte que l'ensemble présente une forme générale de rouleau.
19. Procédé selon la revendication 1 à 18, caractérisé en ce que
- l'étape a) consiste à fournir un substrat support (3) comprenant une première surface plane et une seconde surface plane,
- l'étape b) consiste à disposer un premier échantillon germe n ; (4) en matériau monocristallin présentant une information cristall ine sur la première surface plane, et à disposer un second échantillon germe n ; (4) en matériau monocristallin présentant une information cristalline sur la seconde surface plane, et
- l'étape c) consiste à déposer une première couche mince n ; (1 ) sur la première surface plane, de sorte à former respectivement une première région d'interface initiale n ; (7) comprenant une proportion du premier échantillon germe n ; (4) et une proportion de la première couche mince n ; (1 ), la première région d'interface initiale n ; (7) étant encadrée de part et d'autre et parallèlement à la première surface plane, d'une première partie périphérique n ; (8) comprenant uniquement le premier échantillon germe n ; (4) et d'une deuxième partie périphérique n ; (9) comprenant uniquement la première couche mince n ; (1 ), la première proportion d'échantillon germe n ; (4), selon l'axe perpendiculaire à la première surface plane, diminuant depuis la première partie périphérique n ; (8) vers la deuxième partie périphérique n ; (9),
et à déposer une seconde couche mince n ; (1 ) sur la seconde surface plane, de sorte à former respectivement une seconde région d'interface initiale n ; (7) comprenant une proportion du second échantillon germe n ; (4) et une proportion de la seconde couche mince n ; (1 ), la seconde région d'interface initiale n ; (7) étant encadrée de part et d'autre et parallèlement à la seconde surface plane, d'une partie périphérique n ; (8) primaire comprenant uniquement le second échantillon germe n ; (4) et d'une partie périphérique n ; (9) secondaire comprenant uniquement la seconde couche mince n ; (1 ), la seconde proportion d'échantillon germe n ; (4), selon l'axe perpendiculaire à la seconde surface plane, diminuant depuis la partie périphérique n ; (8) primaire vers la partie périphérique n ; (9) secondaire.
20. Structure composite (1 5) adaptée à l'obtention d'une couche mince n ; (1 ) monocristalline par apport d'énergie focalisé comprenant :
- un substrat support (3) présentant une surface plane,
- une couche tampon n ; (2) en matériau amorphe disposée sur la surface plane et dont la surface opposée au substrat support (3) présente un matériau amorphe,
- un échantillon germe n ; (4) d'un matériau monocristallin disposé sur la surface plane du substrat support (3),
- une couche mince n ; (1 ) d 'u n matériau amorphe, disposée sur la couche tampon n ; (2) de sorte à présenter une région d'interface initiale n ; (7) avec l'échantillon germe (4), comprenant une proportion d'échantillon germe n ; (4) et une proportion de couche mince n ; (1 ), la rég ion d'interface initiale (7) étant encadrée de part et d'autre et parallèlement à la surface plane, d'une première partie périphérique n ; (8) comprenant uniquement l'échantillon germe n ; (4) et d'une deuxième partie périphérique n ; (9) comprenant uniquement la couche mince n ; (1 ), la proportion d'échantillon germe n ; (4), selon l'axe perpendiculaire à la surface plane, diminuant depuis la première partie périphérique n ; (8) vers la deuxième partie périphérique n ; (9).
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