EP4256606A2 - Substrat donneur pour le transfert d'une couche mince et procede de transfert associe - Google Patents

Substrat donneur pour le transfert d'une couche mince et procede de transfert associe

Info

Publication number
EP4256606A2
EP4256606A2 EP21824618.9A EP21824618A EP4256606A2 EP 4256606 A2 EP4256606 A2 EP 4256606A2 EP 21824618 A EP21824618 A EP 21824618A EP 4256606 A2 EP4256606 A2 EP 4256606A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
donor substrate
substrate
sub
amorphized
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21824618.9A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Vincent Larrey
Shay Reboh
Lucie Le Van-Jodin
Frédéric Milesi
Ludovic Ecarnot
Gweltaz Gaudin
Didier Landru
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Soitec SA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Soitec SA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Soitec SA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP4256606A2 publication Critical patent/EP4256606A2/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/30604—Chemical etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02002—Preparing wafers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02002—Preparing wafers
    • H01L21/02005—Preparing bulk and homogeneous wafers
    • H01L21/02008—Multistep processes
    • H01L21/0201—Specific process step
    • H01L21/02019—Chemical etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76—Making of isolation regions between components
    • H01L21/762—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
    • H01L21/76202—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using a local oxidation of silicon, e.g. LOCOS, SWAMI, SILO
    • H01L21/76213—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using a local oxidation of silicon, e.g. LOCOS, SWAMI, SILO introducing electrical inactive or active impurities in the local oxidation region, e.g. to alter LOCOS oxide growth characteristics or for additional isolation purpose
    • H01L21/76216—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using a local oxidation of silicon, e.g. LOCOS, SWAMI, SILO introducing electrical inactive or active impurities in the local oxidation region, e.g. to alter LOCOS oxide growth characteristics or for additional isolation purpose introducing electrical active impurities in the local oxidation region for the sole purpose of creating channel stoppers
    • H01L21/76218—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using a local oxidation of silicon, e.g. LOCOS, SWAMI, SILO introducing electrical inactive or active impurities in the local oxidation region, e.g. to alter LOCOS oxide growth characteristics or for additional isolation purpose introducing electrical active impurities in the local oxidation region for the sole purpose of creating channel stoppers introducing both types of electrical active impurities in the local oxidation region for the sole purpose of creating channel stoppers, e.g. for isolation of complementary doped regions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76—Making of isolation regions between components
    • H01L21/762—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
    • H01L21/7624—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using semiconductor on insulator [SOI] technology
    • H01L21/76251—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using semiconductor on insulator [SOI] technology using bonding techniques
    • H01L21/76254—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using semiconductor on insulator [SOI] technology using bonding techniques with separation/delamination along an ion implanted layer, e.g. Smart-cut, Unibond
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76—Making of isolation regions between components
    • H01L21/762—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
    • H01L21/7624—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using semiconductor on insulator [SOI] technology
    • H01L21/76251—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using semiconductor on insulator [SOI] technology using bonding techniques
    • H01L21/76256—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using semiconductor on insulator [SOI] technology using bonding techniques using silicon etch back techniques, e.g. BESOI, ELTRAN

Definitions

  • the present invention is aimed at the field of semiconductors and microelectronics. It relates to a donor substrate suitable for the transfer of a thin layer onto a receiver substrate, and in particular, a transfer at low temperatures onto a receiver substrate comprising finished or partially finished electronic components. The invention also relates to a transfer method using said donor substrate.
  • 3D integration is based on the vertical stacking of layers of electronic devices. Such a stack requires the formation of layers of crystalline materials above layers of existing devices. The latter are neither homogeneous nor crystalline, preventing the use of conventional techniques for growing thin crystalline layers, such as epitaxy. I t is also required to remain at low temperatures because the layers of devices already manufactured, which may in particular include levels of metallization, have an often limited resistance to temperature.
  • 3D integration thus preferentially implements the transfer techniques of thin layers, from a substrate donor to the recipient substrate, which may include one or more device layers.
  • the Smart CutTM process particularly suitable for the formation of very thin layers (typically with a thickness between a few nanometers and 1 micron): it is based on the implantation of gaseous species in the donor substrate, at the level of its face to be assembled, prior to the assembly step, to form a buried fragile plane; after assembly, during a fracture step, the donor substrate separates along the weakened plane, leaving only the thin layer attached to the receiver substrate;
  • the Smart CutTM process is particularly suitable for the formation of very thin layers. And after transfer, it is necessary to carry out several operations to make the transferred layer usable for manufacturing electronic devices: healing of implantation defects, smoothing of the fractured surface, thinning of this same layer and closing of the bonding interface. These operations are usually carried out at high temperature, in particular in the context of the manufacture of SOI (Silicon on I solant) structures. In the case that interests us, the 3D integration, they must be carried out at low temperatures in order not to damage the underlying layer of devices.
  • SOI Silicon on I solant
  • the document FR2978603 proposes a solution facilitating the healing of implantation defects at low temperatures.
  • the present invention aims to improve the state of the art, by proposing a donor substrate specially adapted for the transfer of a high quality monocrystalline layer onto a receiver substrate, particularly in the case where said receiver substrate is not compatible with high temperatures due to the presence of electronic devices.
  • the invention also relates to a process for transferring a thin layer onto a receiver substrate, from said donor substrate.
  • the present invention relates to a donor substrate for the transfer of a single-crystal thin layer of a first material, onto a receiver substrate, the donor substrate having a front face and a rear face, and comprising:
  • the first layer being composed of the first material and being intended to form the thin single-crystal layer
  • the stop layer being formed of a second material capable of providing selective etching with respect to the first material
  • an amorphized sub-portion made amorphous by ion implantation, having a thickness strictly less than that of the upper portion, and including at least the first layer;
  • the second layer comprising at least one monocrystalline sub-layer, adjacent to the buried fragile plane, said sub-layer being intended to form a recrystallization seed for the amorphized sub-portion.
  • the amorphized sub-portion includes part of the second layer, adjacent to the stop layer;
  • the second layer is composed of the first material
  • the first material is chosen from silicon, germanium or a silicon/germanium alloy
  • the second material is chosen from silicon germanium or highly doped silicon
  • the first layer has a thickness of between 5 and 500 nm
  • the stop layer has a thickness of between 2 and 100 nm
  • the second layer has a thickness of between 50 and 1000 nm
  • the donor substrate comprises an amorphous silicon bonding layer placed on the first layer
  • the bonding layer has a thickness of between 2 and 20 nm; • the donor substrate comprises an intermediate layer of silicon oxide, interposed between the first layer and the bonding layer;
  • the intermediate layer has a thickness of between 10 and 200 nm.
  • the invention also relates to a process for transferring a thin single-crystal layer of a first material onto a receiving substrate.
  • the transfer method comprises the following steps: a) the supply of a donor substrate as above, b) the supply of a receiver substrate, c) the assembly by bonding direct from the front face of the donor substrate onto the receiver substrate, d) the separation along the buried fragile plane to transfer the upper portion of the donor substrate onto the receiver substrate, e) the recrystallization of the amorphized sub-portion, to restore a monocrystalline quality to the first layer, which then forms the thin monocrystalline layer, f) the chemical etching of the second layer, then the chemical etching of the stop layer selectively with respect to the thin monocrystalline layer.
  • step e) of recrystallization comprises a heat treatment at a temperature of between 450°C and 900°C, preferably between 450°C and 550°C.
  • the transfer method comprises the following steps: a) supplying a donor substrate as above, a') the local recrystallization of the amorphized sub-portion to restore a monocrystalline quality to the first layer, without affecting the buried fragile plane, the first recrystallized layer forming the thin monocrystalline layer, b) the provision of a receiving substrate, c ) the assembly by direct bonding of the front face of the donor substrate on the receiver substrate, d) the separation along the buried fragile plane to transfer the upper portion of the donor substrate onto the receiver substrate, f) the chemical etching of the second layer, then the chemical etching of the stop layer selectively with respect to the thin single-crystal layer.
  • step a′) of recrystallization comprises a heat treatment by laser, applied at the level of the front face of the donor substrate and configured to induce a solid phase epitaxy of the amorphized sub-portion.
  • step d) of separation comprises a heat treatment at a temperature less than or equal to 400° C., preferably at a temperature between 250° C. and 400° C.;
  • step a) of supplying the donor substrate comprises an ion implantation in the upper portion of said substrate, initially of monocrystalline quality, to form the amorphized sub-portion;
  • step f the chemical etching of the second layer is selective with respect to the stop layer.
  • FIG.3 Figures 1, 2 and 3 show a donor substrate according to three variants according to the invention
  • FIG.5 Figures 4 and 5 show a donor substrate according to one embodiment and a variant of this embodiment, in accordance with the invention
  • FIG.6 Figure 6 shows steps for manufacturing a donor substrate according to the invention
  • Figures 7 and 8 show steps of a process for transferring a thin single-crystal layer onto a receiving substrate, according to a first mode of implementation of the invention
  • Figure 9 shows variants of structures resulting from the transfer method according to the invention.
  • Figures 10 and 11 show steps of a second mode of implementation of the method of transferring a thin monocrystalline layer on a receiving substrate, according to one invention.
  • the figures are schematic representations which, for the purpose of readability, are not to scale.
  • the thicknesses of the layers along the z axis are not to scale with respect to the lateral dimensions along the x and y axes.
  • the same references in the figures may be used for elements of the same nature.
  • the various possibilities must be understood as not being mutually exclusive and may be combined with each other.
  • the invention relates to a donor substrate 100 for the transfer of a thin single-crystal layer 1 of a first material, onto a receiver substrate 2 .
  • the first material is advantageously chosen from silicon, germanium or a silicon/germanium alloy.
  • first or second we do not specify its structural and crystallographic properties but only its nature: for example, amorphous, polycrystalline or monocrystalline silicon constitutes a material within the meaning of this description.
  • the donor substrate 100 is usually in the form of a wafer with a diameter of between 150 mm and 450 mm or even more, and a thickness typically of between 300 and 900 microns.
  • I t has a front face 100a and a rear face
  • a buried fragile plane 30 delimits an upper portion 101 and a lower portion 102 of the donor substrate 100 .
  • I t extends parallel to the main plane (x, y) of the front face 100a of the donor substrate 100 .
  • the buried fragile plane 30 is formed from an ion implantation of light species, operated on the side of the front face 100a of the donor substrate 100 .
  • the implanted species are preferentially hydrogen, helium or a combination of these two species.
  • the buried fragile plane 30 comprises nano-fissures in lenticular form generated by the implanted light species.
  • the donor substrate 100 comprises, in its upper portion 101 , a stop layer 15 which extends in a plane parallel to the buried fragile plane 30 .
  • Stop layer 15 is formed from a second material capable of providing selective etching with respect to the first material.
  • the second material is chosen from silicon germanium (SiGe) or heavily doped silicon: the first is appropriate when the first material is made of silicon or germanium; the second is appropriate when the first material is silicon, germanium or silicon/germanium.
  • the proportion of germanium is typically between 10% and 40%.
  • preference will be given, for example, to boron P-type doping, between 1 E 18 B/cm 3 and 1 E 20 B/cm 3 .
  • the stop layer 15 is inserted between a first layer 10 on the side of the front face 100a and a second layer 20 adjacent to the buried fragile plane 30 .
  • the stop layer 15 typically has a thickness of between 2 and 100 nm.
  • the first layer 10 and the second layer 20 are arranged on either side of the stop layer 15 .
  • the first layer 10 is composed of the first material and is intended to constitute the thin monocrystalline layer 1 which will be transferred onto the receiver substrate 2 . It can for example have a thickness of between 5 nm and 500 nm, depending on the thickness required for the thin layer 1 .
  • the second layer 20 may have a thickness of between 50 and 1000 nm. I t is understood that the sum of the thicknesses of the first layer 10, of the stop layer 15 and of the second layer 20 is equal to the depth of the buried fragile plane 30.
  • the second layer 20 can be composed of the first material.
  • the donor substrate 100 is mainly composed of said first material in its monocrystalline structure; only the stop layer 15 is formed in the second material to ensure selective etching during the transfer process.
  • the donor substrate 100 further comprises an amorphized sub-portion 101', 101'', 101''' in the upper portion 101.
  • amorphized means made amorphous by ion implantation; this implies that the sub-portion 101', 101'', 101''', before exhibiting an amorphous structure, exhibited a crystalline, and even monocrystalline, structure.
  • ions likely to make the sub-portion 101', 101'', 101'''' amorphous in this way.
  • This amorphized sub-portion 101', 101'', 101''' includes at least the first layer 10 and extends more or less in depth, presenting a thickness strictly less than that of the upper portion 101.
  • the second layer 20 comprises at least one monocrystalline sub-layer 22, adjacent to the buried fragile plane 30.
  • the amorphized sub-portion 101', 101'', 101''' may include one or more of the previously mentioned layers.
  • the amorphized sub-portion 101' comprises only the first layer 10.
  • the sub-portion 101'' includes the stop layer 15, in addition to the first layer 10.
  • the amorphized sub-portion 101''' includes a part 21 of the second layer 20, adjacent to the stop layer 15.
  • the donor substrate 100 thanks to the presence of an amorphized sub-portion 101', 101'', 101''' on the side of the front face 100a, which is intended to be assembled on the receiver substrate 2, is favorable to direct bonding and good reinforcement of the bonding interface.
  • An amorphized surface deforms better when the temperature is increased and better absorbs the layers of bonding water than a monocrystalline surface. Consequently, the presence of the amorphized sub-portion 101 ' , 101 ' ' , 101 ' ' ' ' allows a much better closing of the bonding interface at a lower temperature, as will be indicated later, with reference to the method of transfer according to the invention.
  • the donor substrate 100 also comprises a bonding layer 50 of amorphous silicon placed on the first layer 10 (FIG. 4).
  • a bonding layer 50 is preferably formed on the first layer 10 by chemical vapor deposition (CVD).
  • Bonding layer 50 may have a thickness of between 2 and 20 nm.
  • the donor substrate 100 further comprises an intermediate layer 40 of silicon oxide, interposed between the first layer 10 and the bonding layer 50 (FIG. 5).
  • the intermediate layer 40 typically has a thickness of between 10 and 200 nm.
  • the presence of an intermediate layer of SiO2 can be useful for electrically insulating the thin single-crystal layer 1 when it will be transferred to a circuit layer 2a of the receiver substrate 2, at the end of the transfer process, the description of which will follow.
  • the invention relates to a process for transferring the thin single-crystal layer 1 formed from the first material, onto a receiving substrate 2.
  • the method firstly comprises a step a) of supplying a donor substrate 100 as mentioned above.
  • the starting point is an initial solid monocrystalline substrate 100' composed of the first material or an initial substrate 100' having undergone epitaxy to obtain a monocrystalline layer (not shown) composed of the first material and potentially of better quality on the side of its front face 100a.
  • the stop layer 15, also of monocrystalline structure On the front face 100a of the initial substrate 100', is then formed the stop layer 15, also of monocrystalline structure (FIG. 6 (a)).
  • a stop layer 15 of SiGe can for example be formed by growth by epitaxy on the initial substrate 100'.
  • an ion implantation of boron can be carried out in the initial substrate 100' if the latter is made of silicon, to produce said layer 15.
  • the stop layer 100' made of If heavily doped can also be formed by epitaxy.
  • the stop layer 15 typically has a thickness of between 2 and 100 nm.
  • a surface layer 10 (known as the first layer 10) is then formed on the stop layer 15, preferably by epitaxial growth (FIG. 6 (b)).
  • the thickness is chosen according to the intended application, it being understood that this first layer 10 will form, at the end of the transfer process according to the invention, the thin monocrystalline layer 1 transferred onto the receiver substrate 2.
  • said stop layer 15 preferably has a thickness less than a critical thickness (see publication by JM Hartmann et al, "Critical thickness for plastic relaxation of SiGe on Si (001) revisited" Journal of Applied Physics 110, 083529 (2011)), for example less than 50 nm, to prevent the stress linked to the difference in lattice parameters does not degrade the crystallinity of the first layer 10.
  • an amorphization step is then carried out, starting from the front face 100a, on a sub-portion 101''' including at least the first layer 10, and potentially the layer of stop 15 and a part 21 of the initial substrate 100′ placed under the stop layer 15 (in accordance with the various variants mentioned with reference to FIGS. 1, 2 and 3).
  • amorphization is meant a disorganization of the crystal lattice of the sub-portion 101', 101'', 101''', which makes the latter amorphous.
  • the amorphization is carried out by ion implantation, usually at room temperature or at a lower temperature, and for example from ions having an atomic number greater than or equal to the atomic number of the first material.
  • the ions could be chosen from silicon, germanium, xenon and argon.
  • Several successive implantations can be carried out, at different implantation energies, to amorphize the sub-portion 101', 101'', 101''' over a greater depth and/or more uniformly in depth.
  • the implanted doses typically vary between 2el4/cm 2 and 116/cm 2 .
  • the amorphization of the sub-layer 101''' can for example be obtained by implantation of Ge at a dose of 2.5 and 15 at/cm 2 with an energy of 5 keV, for amorphization over a depth of 15 nm. It should be noted that most of the ion implantation simulation codes provide indications making it possible to obtain the amorphization of a monocrystalline matrix, according to the nature of the matrix, the nature of the implanted ions, the energy and the the implantation dose.
  • an implantation of light species is then operated at a depth greater than the thickness of the amorphized sub-portion 101 ' , 101 ' ' , 101 ' ' ' (figure 6 (d) ).
  • the buried fragile plane 30, more or less located at the level of the implantation peak, is thus formed and delimits an upper portion 101 and a lower portion 102 of the donor substrate 100.
  • a monocrystalline sub-layer 22 is preserved between the sub-portion 101' ' ' amorphized and the fragile plane buried 30.
  • the implantation energy is defined according to the target depth for the buried fragile plane 30 in the donor substrate 100; it is typically between a few keV and 200 keV.
  • the dose of implanted species may vary between a few 1 E 16/cm 2 and 1 E 17/cm 2 .
  • steps of amorphization and implantation of light species could be carried out in the reverse order, namely, first the implantation of light species then the amorphization.
  • a donor substrate 100 conforms to one of the variants illustrated in FIGS. 1, 2 and 3 is obtained.
  • an adhesive layer 50 and potentially an intermediate layer 40 are formed on the donor substrate 100, to obtain one of the variants illustrated in FIGS. 4 and 5.
  • These layers 40,50 are produced for example by chemical vapor deposition (CVD) and preferably after the amorphization step to prevent the amorphization ion implantation from causing impurities from these layers 40,50 in the layers under -jacent (especially in the first layer 10) and makes subsequent recrystallization more difficult.
  • CVD chemical vapor deposition
  • the deposition of the layers 40,50 must then be able to be carried out at a temperature lower than the recrystallization temperature of the amorphized portion 101', 101'', 101'''.
  • the bonding layer 50 in particular in deposited amorphous silicon, promotes the quality of the bonding interface generated at a later step c) of assembly.
  • the transfer method then comprises a step b) of providing a receiver substrate 2.
  • a receiver substrate 2 It usually takes the form of a wafer with a diameter of between 150 mm and 450 mm, and a thickness typically of between 300 and 900 microns. It may comprise stacks of various layers, including in particular metallic materials, corresponding to layers of devices 2a (for example produced according to CMOS technology, complementary metal-oxide-semiconductor), arranged on a solid portion, for example in a semiconductor material such as silicon. These metallic materials typically limit the temperatures applicable to the receiver substrate 2 to 500°C or less.
  • the receiver substrate 2 may comprise, with or without a layer of devices, materials that cannot withstand high treatment temperatures, either because of their nature, or because of their coefficient of thermal expansion which is very different from that of the thin single-crystal layer. 1 that you want to transfer.
  • the transfer method comprises a step c) of assembly by direct bonding of the front face 100a of the donor substrate 100 on the receiver substrate 2, to form a bonded assembly at an interface of bonding 3 (FIG. 7 (a)).
  • Direct bonding implies that no adhesive material is added between the assembled faces.
  • the very low roughness of said faces typically less than 0.5 nm RMS
  • Surface cleanings and/or activations well known in the field of bonding by molecular adhesion, may be applied to the substrates prior to assembly, to promote the quality of the bonding. Assembly in a controlled atmosphere is also possible.
  • the receiver substrate 2 shown in Fig. 7(a) includes a device layer 2a at its bonded side.
  • the surface film of this layer 2a will be formed from silicon oxide or silicon nitride.
  • the bonding interface 3 is established between the layer of devices 2a and the amorphized sub-portion 101', 101'', 101''.
  • the first amorphized layer 10 is particularly favorable to effective consolidation of the bonding interface 3, even at low temperatures. Indeed, compared to a monocrystalline surface, an amorphized surface deforms better when the temperature is increased and better absorbs the monolayers of water present at the interface. during bonding by molecular adhesion. Consequently, the presence of the amorphized sub-portion 101', 101'', 101'' at the surface allows excellent sealing of the bonding interface at low temperature.
  • a bonding at ambient temperature, and possibly a consolidation annealing at a temperature below 350° C. already ensure a very good behavior of the bonding interface 3, guaranteeing a smooth running of the following stages of the process, and in particular step d) of separation.
  • the bonding interface 3 is established between the layer of devices 2a and the bonding layer 50 of amorphous silicon.
  • the latter is extremely effective for closing (consolidating) the bonding interface at low temperatures, typically below 500°C.
  • the same type of consolidation annealing as mentioned above can also be applied.
  • Step d) of separation of the bonded assembly, along the buried fragile plane 30, makes it possible to transfer the upper portion 101 of the donor substrate 100 onto the receiver substrate 2 (FIG. 7 (b)).
  • the separation at the level of the buried fragile plane 30 is preferably carried out by applying a heat treatment at low temperatures, typically between 200° C. and 500° C., due to the growth of microcracks by coalescence and pressurization of the gaseous species. .
  • the heat treatment is carried out at a temperature less than or equal to 400°C, preferably at a temperature between 250°C and 400°C.
  • the separation can be caused by the application of a mechanical stress to the bonded assembly.
  • an intermediate structure 150 is obtained on the one hand, and the lower portion 102 of the donor substrate, on the other hand.
  • the transfer method in accordance with the invention then comprises a step e) of recrystallization of the amorphized sub-portion 101', 101'', 101''', to restore a monocrystalline quality to the first layer 10.
  • the recrystallization corresponds to the fact of returning to the sub-portion 101', 101'', 101''' its monocrystalline character. It implements a phenomenon of solid-phase epitaxy (SPE for “solid-phase epitaxy” according to the English terminology). Such recrystallization is based on the application of a heat treatment at a temperature at which the crystal lattice of the sub-portion 101', 101'', 101''' reorganizes based on the crystal lattice of the sub-portion. monocrystalline layer 22, which acts as a seed.
  • SPE solid-phase epitaxy
  • the recrystallization heat treatment can be carried out at a temperature between 450°C and 900°C.
  • the thermal recrystallization temperature is advantageously between 450° C. and 550° C., for a period between 10 min and 50 hours and under a non-oxidizing atmosphere.
  • annealing at 500° C. for 2 to 4 hours can be applied to recrystallize 15 to 20 nm of amorphous silicon.
  • the recrystallization front moves from the monocrystalline sub-layer 22 (or from a monocrystalline layer, part of the second layer 20, of the upper portion 101, adjacent to the amorphized sub-portion) towards the collage interface 3.
  • the upper portion 101 of the intermediate structure 150 is entirely monocrystalline (FIG. 8 (a)). It should be noted that it is conceivable that the heat treatment applied in stage d) of separation contributes to the recrystallization of the amorphized sub-portion 101', 101'', 101''', depending on its temperature and its duration.
  • the thin layer 1 will thus present the physical and electrical properties expected for the production of electronic components. .
  • the recrystallization temperature must be kept below 700° C., or even below 600° C. so as not to plastically relax the SiGe.
  • the bonding interface 3 benefits from the heat treatments applied during steps d) of separation and e) of recrystallization because these treatments consolidate the interatomic bonds between the assembled faces.
  • the amorphized nature of the first layer 10 promotes, in step c) of the method, direct bonding between the donor substrate 100 and the receiver substrate 2; it also allows effective healing of crystalline defects linked to the implantation of light species, by authorizing recrystallization by solid phase epitaxy at low temperatures: the first layer 10 thus regains its monocrystalline quality and the associated physical and electrical properties.
  • the transfer method finally comprises a step f) of chemical etching of the second layer 20, then the chemical etching of the stop layer 15 selectively with respect to the first layer 10 (FIG. 8(b)).
  • the material constituting the second layer 20 also allows the latter to be etched selectively with respect to the stop layer 15 .
  • TMAH tetramethylammonium hydroxide
  • TEAH tetraethylammonium hydroxide
  • KOH potassium hydroxide
  • SiGe a mixture of HF (fluorhydric acid) / Acetic acid / H2O2 (peroxide of hydrogen) for SiGe
  • H3PO4 phosphoric acid
  • Step f) makes it possible to remove the second layer 20 , which has a relatively high residual roughness (of the order of 10 nm RMS typically) due to the fracture (step d) along the buried fragile plane 30 .
  • a good surface state (roughness) can be restored due to the etching selectivity between the second layer 20 and the stop layer 15 .
  • the selectivity of etching between the stop layer 15 and the first layer 10 confers a very low surface roughness on the latter and retains its thickness uniformity.
  • the transfer process thus makes it possible to obtain a structure 200 comprising the thin monocrystalline layer 1 placed on the receiver substrate 2 , which can include a layer of devices incompatible with any treatment at high temperatures (FIG. 8 (b)).
  • the structures 200 obtained are as in FIG. 9 (a) and (b).
  • the invention also relates to a second embodiment of the process for transferring the thin single-crystal layer 1 onto a receiver substrate 2, illustrated in FIGS. 10 and 11.
  • This mode of implementation differs from the method described above by the positioning of the recrystallization step in the sequence of steps of the method. Indeed, after step a) of supplying the donor substrate 100 (identical to the previous description), a step a′) of local recrystallization of the amorphized sub-portion 101′, 101′′, 101′′′ is carried out to restore a monocrystalline quality to the first layer 10, this without affecting the buried fragile plane 30, that is to say without affecting the capacity of the buried fragile plane 30 to cause a separation later in the process.
  • step a′) of recrystallization comprises a laser heat treatment, applied at the level of the front face 100a of the donor substrate 100 and configured to induce a solid phase epitaxy of the amorphized sub-portion 101′, 101′′ , 101''' (Fig. 10(a)).
  • step a′ the upper portion 101 of the donor substrate 100 is completely monocrystalline, and the first recrystallized layer 10 forms the thin layer monocrystalline 1 intended to be transferred onto the receiving substrate 2.
  • Step b) of supplying the receiver substrate 2, step c) of assembly by direct bonding of the front face 100a of the donor substrate 100 on the receiver substrate 2 (FIG. 10 (b)) and step d) separation along the buried fragile plane 30 to transfer the upper portion 101 of the donor substrate 100 on the receiver substrate 2 (FIG. 11 (a)), are operated in the second mode of implementation of the method, in accordance with the first mode of implementation previously described.
  • step e) of recrystallization the latter having been carried out prior to assembly.
  • the donor substrate 100 makes it possible to carry out the transfer (according to the first or the second mode of implementation of the transfer process) of a monocrystalline thin layer 1 of very high crystalline quality, compatible with the development of components electronics, and this without requiring the application of heat treatments at high temperatures to effect the healing of the defects linked to the implantation of light species, the smoothing of the fractured surface, the thinning of the transferred portion 101 and the consolidation of the collage interface 3.
  • the configuration of the layers of the donor substrate 100 also simplifies the method of transferring the thin layer 1 onto the receiver substrate 2, by limiting steps c) to f) to heat treatments at low temperatures and selective chemical etchings.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

L'invention concerne un substrat donneur (100) pour le transfert d'une couche mince monocristalline (1) en un premier matériau, sur un substrat receveur (2), le substrat donneur (100) présentant une face avant (100a) et une face arrière (100b), et comprenant : - un plan fragile enterré (30) qui délimite une portion supérieure (101) et une portion inférieure (102) du substrat donneur (100), - dans la portion supérieure (101), une première couche (10) du côté de la face avant (100a), une deuxième couche (20) adjacente au plan fragile enterré (30), et une couche d'arrêt (15) intercalée entre la première couche (10) et la deuxième couche (20), la première couche (10) étant composée du premier matériau, la couche d'arrêt (15) étant formée en un deuxième matériau apte à procurer une gravure sélective par rapport au premier matériau, - une sous-portion amorphisée (101',101'',101'''), rendue amorphe par implantation ionique, présentant une épaisseur strictement inférieure à celle de la portion supérieure (101), et incluant au moins la première couche (10); la deuxième couche (20) comprenant au moins une sous-couche (22) monocristalline, adjacente au plan fragile enterré (30). L'invention concerne également deux modes de mise en œuvre d'un procédé de transfert d'une couche mince monocristalline (1) à partir du substrat donneur (100).

Description

DESCRIPTION
TITRE : SUBSTRAT DONNEUR POUR LE TRANSFERT D' UNE COUCHE MINCE ET PROCEDE DE TRANSFERT ASSOCIE
DOMAINE DE L' INVENTION
La présente invention vise le domaine des semi-conducteurs et de la microélectronique . Elle concerne un substrat donneur adapté pour le transfert d' une couche mince sur un substrat receveur , et en particulier, un transfert à basses températures sur un substrat receveur comportant des composants électroniques finis ou partiellement finis . L' invention concerne également un procédé de transfert utilisant ledit substrat donneur .
ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L' INVENTION
L' intégration de circuits en troi s dimensions ( 3D) connaît un fort développement depuis plusieurs années , car elle permet d' associer différentes fonctions tout en minimisant l ' encombrement du système . L' intégration 3D repose sur l ' empilement vertical de couches de dispositifs électroniques . Un tel empilement nécessite la formation de couches de matériaux cristallins au-dessus de couches de dispositifs existants . Ces dernières ne sont ni homogènes , ni cristallines empêchant le recours aux techniques classiques de croissance de couches minces cristallines , telle l ' épitaxie . I l est également requis de demeurer à basses températures car les couches de dispositifs déj à fabriquées , qui peuvent notamment inclure des niveaux de métallisation, présentent une tenue à la température souvent limitée .
L' intégration 3D met ainsi préférentiellement en œuvre les techniques de transfert de couches minces , depuis un substrat donneur vers le substrat receveur, lequel peut comprendre une ou plusieurs couches de dispositifs.
Plusieurs procédés connus de transfert de couche sont basés sur l'assemblage par collage direct du substrat donneur (duquel sera issue la couche mince cristalline souhaitée) sur le substrat receveur. Le substrat donneur subit ensuite une étape d'amincissement, à l'issue de laquelle la couche mince est formée. Cette étape d'amincissement peut être faite à partir des différentes techniques connues de l'art antérieur, notamment :
- le procédé Smart Cut™, particulièrement adapté à la formation de couches très fines (typiquement d'épaisseur comprise entre quelques nanomètres et 1 micron) : il est basé sur une implantation d'espèces gazeuses dans le substrat donneur, au niveau de sa face à assembler, préalablement à l'étape d'assemblage, pour former un plan fragile enterré; après assemblage, au cours d'une étape de fracture, le substrat donneur se sépare le long du plan fragilisé, pour ne laisser solidaire du substrat receveur que la couche mince ;
- les procédés d'amincissement mécano-chimiques, incluant le rodage mécanique, le polissage mécano-chimique et la gravure chimique, surtout adaptés à la formation de couches d'épaisseurs comprises entre quelques microns et quelques dizaines, voire centaines de microns.
Bien sûr, les techniques citées ci-dessus ne sont pas exhaustives et d'autres techniques connues peuvent être utilisées pour l'amincissement du substrat donneur.
Comme énoncé, le procédé Smart Cut™ est particulièrement adapté à la formation de couches très minces. Et après transfert, il est nécessaire de réaliser plusieurs opérations pour rendre la couche transférée utilisable pour fabriquer des dispositifs électroniques : une guérison des défauts d' implantation, un lissage de la surface fracturée , un amincissement de cette même couche et une fermeture de l ' interface de collage . Ces opérations sont habituellement réalisées à haute température , en particulier dans le cadre de la fabrication de structures SOI ( Silicium sur I solant ) . Dans le cas qui nous intéresse , l ' intégration 3D, elles doivent être effectuées à basses températures afin de ne pas endommager la couche de dispositifs sous- acente .
Le document FR2978603 propose une solution facilitant la guérison des défauts d' implantation à basses températures .
OBJET DE L' INVENTION
La présente invention vise à amél iorer l ' état de la technique , en proposant un substrat donneur spécialement adapté pour le transfert d' une couche monocristalline de haute qualité sur un substrat receveur, tout particulièrement dans le cas où ledit substrat receveur n' est pas compatible avec de hautes températures du fait de la présence de dispositifs électroniques . L' invention concerne également un procédé de transfert d' une couche mince sur un substrat receveur, à partir dudit substrat donneur .
BREVE DESCRIPTION DE L' INVENTION
La présente invention concerne un substrat donneur pour le transfert d' une couche mince monocristalline en un premier matériau, sur un substrat receveur, le substrat donneur présentant une face avant et une face arrière , et comprenant :
- un plan fragile enterré qui délimite une portion supérieure et une portion inférieure du substrat donneur,
- dans la portion supérieure , une première couche du côté de la face avant , une deuxième couche adj acente au plan fragile enterré , et une couche d' arrêt intercalée entre la première couche et la deuxième couche , la première couche étant composée du premier matériau et étant destinée à former la couche mince monocristalline , la couche d' arrêt étant formée en un deuxième matériau apte à procurer une gravure sélective par rapport au premier matériau,
- une sous-portion amorphisée , rendue amorphe par implantation ionique , présentant une épaisseur strictement inférieure à celle de la portion supérieure , et incluant au moins la première couche ; la deuxième couche comprenant au moins une sous-couche monocristalline , adj acente au plan fragile enterré , ladite sous- couche étant destinée à former un germe de recristallisation pour la sous-portion amorphisée .
Selon des caractéristiques avantageuses de l ' invention, prises seules ou selon toute combinaison réalisable :
• la sous-portion amorphisée inclut la couche d' arrêt ;
• la sous-portion amorphisée inclut une partie de la deuxième couche , adj acente à la couche d' arrêt ;
• la deuxième couche est composée du premier matériau ;
• le premier matériau est choisi parmi le silicium, le germanium ou un alliage silicium/germanium ;
• le deuxième matériau est choisi parmi le silicium germanium ou le silicium fortement dopé ;
• la première couche présente une épaisseur comprise entre 5 et 500 nm ;
• la couche d' arrêt présente une épaisseur comprise entre 2 et 100 nm ;
• la deuxième couche présente une épaisseur comprise entre 50 et 1000 nm ;
• le substrat donneur comprend une couche de collage en silicium amorphe disposée sur la première couche ;
• la couche de collage présente une épaisseur comprise entre 2 et 20 nm ; • le substrat donneur comprend une couche intermédiaire en oxyde de silicium, interposée entre la première couche et la couche de collage ;
• la couche intermédiaire présente une épaisseur comprise entre 10 et 200 nm.
L'invention concerne également un procédé de transfert d'une couche mince monocristalline en un premier matériau, sur un substrat receveur.
Selon un premier mode de mise en œuvre, le procédé de transfert comprend les étapes suivantes : a) la fourniture d'un substrat donneur tel que ci-dessus, b) la fourniture d'un substrat receveur, c) l'assemblage par collage direct de la face avant du substrat donneur sur le substrat receveur, d) la séparation le long du plan fragile enterré pour transférer la portion supérieure du substrat donneur sur le substrat receveur, e) la recristallisation de la sous-portion amorphisée, pour restaurer une qualité monocristalline à la première couche, laquelle forme alors la couche mince monocristalline, f) la gravure chimique de la deuxième couche, puis la gravure chimique de la couche d'arrêt sélectivement vis-à-vis de la couche mince monocristalline.
Avantageusement, l'étape e) de recristallisation comprend un traitement thermique à une température comprise entre 450 °C et 900°C, préférentiellement comprise entre 450°C et 550°C.
Selon un deuxième mode de mise en œuvre, le procédé de transfert comprend les étapes suivantes : a) la fourniture d'un substrat donneur tel que ci-dessus, a' ) la recristallisation locale de la sous-portion amorphisée pour restaurer une qualité monocristalline à la première couche, sans affecter le plan fragile enterré, la première couche recristallisée formant la couche mince monocristalline, b) la fourniture d'un substrat receveur, c) l'assemblage par collage direct de la face avant du substrat donneur sur le substrat receveur, d) la séparation le long du plan fragile enterré pour transférer la portion supérieure du substrat donneur sur le substrat receveur, f) la gravure chimique de la deuxième couche, puis la gravure chimique de la couche d'arrêt sélectivement vis-à-vis de la couche mince monocristalline.
Avantageusement, l'étape a' ) de recristallisation comprend un traitement thermique par laser, appliqué au niveau de la face avant du substrat donneur et configuré pour induire une épitaxie en phase solide de la sous-portion amorphisée.
Selon des caractéristiques avantageuses du procédé de transfert selon le premier ou le deuxième mode de mise en œuvre de l'invention, prises seules ou selon toute combinaison réalisable :
• l'étape d) de séparation comprend un traitement thermique à une température inférieure ou égale à 400°C, préférentiellement à une température comprise entre 250°C et 400 °C ;
• l'étape a) de fourniture du substrat donneur comprend une implantation d'ions dans la portion supérieure dudit substrat, initialement de qualité monocristalline, pour former la sous- portion amorphisée ;
• à l'étape f ) , la gravure chimique de la deuxième couche est sélective par rapport à la couche d'arrêt. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre en référence aux figures annexées sur lesquelles :
[Fig.l]
[Fig.2]
[Fig.3] Les figures 1, 2 et 3 présentent un substrat donneur selon trois variantes conformes à l'invention ;
[Fig.4]
[Fig.5] Les figures 4 et 5 présentent un substrat donneur selon un mode de réalisation et une variante de ce mode de réalisation, conformes à l'invention ;
[Fig.6] La figure 6 présente des étapes de fabrication d'un substrat donneur conforme à l'invention ;
[Fig.7]
[Fig.8] Les figures 7 et 8 présentent des étapes d'un procédé de transfert d'une couche mince monocristalline sur un substrat receveur, selon un premier mode de mise en œuvre de l'invention ;
[Fig.9] La figure 9 présente des variantes de structures issues du procédé de transfert conforme à l'invention ;
[Fig.10]
[Fig.11] Les figures 10 et 11 présentent des étapes d'un deuxième mode de mise en œuvre du procédé de transfert d'une couche mince monocristalline sur un substrat receveur, conforme à 1 ' invention .
Les figures sont des représentations schématiques qui, dans un objectif de lisibilité, ne sont pas à l'échelle. En particulier, les épaisseurs des couches selon l'axe z ne sont pas à l'échelle par rapport aux dimensions latérales selon les axes x et y. Les mêmes références sur les figures pourront être utilisées pour des éléments de même nature . Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation illustrés et/ou détaillés dans la description à suivre ) doivent être comprises comme n' étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles .
DESCRIPTION DETAILLEE DE L' INVENTION
L' invention concerne un substrat donneur 100 pour le transfert d' une couche mince monocristalline 1 en un premier matériau, sur un substrat receveur 2 . Le premier matériau est avantageusement choisi parmi le silicium, le germanium ou un alliage silicium/ germanium . Dans la suite de la description, lorsque l ' on parle de matériau (premier ou deuxième ) , on ne spécifie pas ses propriétés structurelles et cristallographiques mais uniquement sa nature : par exemple du silicium amorphe , poly-cristallin ou monocristallin constitue un matériau au sens de la présente description .
Le substrat donneur 100 se présente habituellement sous la forme d' une plaquette de diamètre compris entre 150mm et 450mm voire plus , et d' épaisseur typiquement comprise entre 300 et 900 microns . I l présente une face avant 100a et une face arrière
100b comme illustré sur la figure 1 .
Un plan fragile enterré 30 délimite une portion supérieure 101 et une portion inférieure 102 du substrat donneur 100 . I l s ' étend parallèlement au plan principal (x, y) de la face avant 100a du substrat donneur 100 .
Le plan fragile enterré 30 , comme cela est bien connu dans le cadre du procédé Smart Cut™, est formé à partir d' une implantation ionique d' espèces légères , opérée du côté de la face avant 100a du substrat donneur 100 . Les espèces implantées sont préférentiellement l ' hydrogène , l ' hélium ou une combinaison de ces deux espèces . Le plan fragile enterré 30 comprend des nano-fissures sous forme lenticulaire générées par les espèces légères implantées .
Le substrat donneur 100 comprend, dans sa portion supérieure 101 , une couche d' arrêt 15 qui s ' étend dans un plan parallèle au plan fragile enterré 30 . La couche d' arrêt 15 est formée en un deuxième matériau apte à procurer une gravure sélective par rapport au premier matériau . Typiquement , le deuxième matériau est choisi parmi le silicium germanium ( SiGe ) ou le silicium fortement dopé : le premier est approprié lorsque le premier matériau est en silicium ou en germanium ; le second est approprié lorsque le premier matériau est en silicium, germanium ou silicium/germanium . Dans le cas d' un deuxième matériau en silicium germanium, la proportion en germanium est typiquement comprise entre 10 % et 40 % . Dans le cas d' un deuxième matériau en silicium dopé , on préférera par exemple , un dopage de type P au bore , entre 1E18 B/cm3 et lE20 B/cm3.
La couche d' arrêt 15 est intercalée entre une première couche 10 du côté de la face avant 100a et une deuxième couche 20 adj acente au plan fragile enterré 30 . La couche d' arrêt 15 présente typiquement une épaisseur comprise entre 2 et 100 nm .
La première couche 10 et la deuxième couche 20 sont disposées de part et d' autre de la couche d' arrêt 15 . La première couche 10 est composée du premier matériau et est destinée à constituer la couche mince monocristalline 1 qui sera transférée sur le substrat receveur 2 . Elle peut par exemple présenter une épaisseur comprise entre 5 nm et 500 nm, selon l ' épaisseur requise pour la couche mince 1 .
La deuxième couche 20 pourra présenter une épaisseur comprise entre 50 et 1000 nm . I l est entendu que la somme des épaisseurs de la première couche 10 , de la couche d' arrêt 15 et de la deuxième couche 20 est égale à la profondeur du plan fragile enterré 30.
La deuxième couche 20 peut être composée du premier matériau. De manière préférentielle, le substrat donneur 100 est principalement composé dudit premier matériau dans sa structure monocristalline ; seule la couche d'arrêt 15 est formée dans le deuxième matériau pour assurer une gravure sélective lors du procédé de transfert.
Le substrat donneur 100 comprend en outre une sous-portion amorphisée 101 ' , 101 ' ' , 101 ' ' ' dans la portion supérieure 101. Dans le contexte de la présente invention, amorphisée signifie rendue amorphe par implantation ionique ; cela sous-entend que la sous-portion 101 ' , 101 ' ' , 101 ' ' ' , avant de présenter une structure amorphe, présentait une structure cristalline, et même monocristalline. Nous détaillerons par la suite les types d'ions susceptibles de rendre ainsi amorphe la sous-portion 101' , 101' ' , 101' ' ' .
Cette sous-portion amorphisée 101' , 101' ' , 101' ' ' inclut au moins la première couche 10 et s'étend plus ou moins en profondeur, en présentant une épaisseur strictement inférieure à celle de la portion supérieure 101. Cela revient à dire que la deuxième couche 20 comprend au moins une sous-couche 22 monocristalline, adjacente au plan fragile enterré 30.
La sous-portion amorphisée 101' , 101' ' , 101' ' ' peut inclure une ou plusieurs des couches précédemment évoquées. Selon une première variante, illustré sur la figure 1, la sous-portion amorphisée 101' ne comprend que la première couche 10. Selon une deuxième variante (figure 2) , la sous-portion 101' ' inclut la couche d'arrêt 15, en plus de la première couche 10. Enfin, selon une troisième variante, illustrée en figure 3, la sous-portion amorphisée 101' ' ' inclut une partie 21 de la deuxième couche 20, adjacente à la couche d'arrêt 15. Dans toutes les variantes, on retrouve, hors de la sous-portion amorphisée 101' , 101' ' , 101' ' ' , une sous-couche monocristalline 22, partie de la deuxième couche 20, adjacente au plan fragile enterré 30.
Le substrat donneur 100, grâce à la présence d'une sous-portion amorphisée 101 ' , 101 ' ' , 101 ' ' ' du côté de la face avant 100a, laquelle est destinée à être assemblée sur le substrat receveur 2, est favorable à un collage direct et à un bon renforcement de l'interface de collage. Une surface amorphisée se déforme mieux lorsque l'on augmente la température et absorbe mieux les couches d'eau de collage, qu'une surface monocristalline. En conséquence, la présence de la sous-portion amorphisée 101 ' , 101 ' ' , 101 ' ' ' permet une fermeture de l'interface de collage bien meilleure à plus basse température, comme cela sera indiqué plus loin, en référence au procédé de transfert selon 1 ' invention .
Selon une mode de réalisation particulier, le substrat donneur 100 comprend en plus une couche de collage 50 en silicium amorphe disposée sur la première couche 10 (figure 4) . Une telle couche de collage 50 est préférentiellement formée sur la première couche 10 par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) . La couche de collage 50 peut présenter une épaisseur comprise entre 2 et 20 nm.
Selon une variante de ce mode de réalisation, le substrat donneur 100 comprend en outre une couche intermédiaire 40 en oxyde de silicium, interposée entre la première couche 10 et la couche de collage 50 (figure 5) . La couche intermédiaire 40 présente typiquement une épaisseur comprise entre 10 et 200 nm. La présence d'une couche intermédiaire en SiO2 peut être utile pour isoler électriquement la couche mince monocristalline 1 lorsqu'elle sera transférée sur une couche de circuit 2a du substrat receveur 2, à l'issue du procédé de transfert dont la description va suivre. L' invention concerne un procédé de transfert de la couche mince monocristalline 1 formée du premier matériau, sur un substrat receveur 2.
Le procédé comprend en premier lieu une étape a) de fourniture d'un substrat donneur 100 tel que précité.
Pour cela, on part d'un substrat initial 100' massif monocristallin composé du premier matériau ou d'un substrat initial 100' ayant subi une épitaxie pour obtenir une couche (non représentée) monocristalline composée du premier matériau et potentiellement de meilleure qualité du côté de sa face avant 100a.
Sur la face avant 100a du substrat initial 100' , est ensuite formée la couche d'arrêt 15, elle aussi de structure monocristalline (figure 6 (a) ) . Une couche d'arrêt 15 en SiGe peut par exemple être formée par croissance par épitaxie sur le substrat initial 100' . Pour une couche d'arrêt 15 en Si fortement dopé, une implantation ionique de bore peut être opérée dans le substrat initial 100' si celui-ci est en silicium, pour élaborer ladite couche 15. Alternativement, la couche d'arrêt 100' en Si fortement dopé peut également être formée par épitaxie. La couche d'arrêt 15 présente typiquement une épaisseur comprise entre 2 et 100 nm.
Une couche superficielle 10 (dite première couche 10) est ensuite formée sur la couche d'arrêt 15, préférentiellement par croissance épitaxiale (figure 6 (b) ) . L'épaisseur est choisie selon l'application visée, étant entendu que cette première couche 10 formera, à l'issue du procédé de transfert selon l'invention, la couche mince monocristalline 1 transférée sur le substrat receveur 2. Dans le cas d'une couche d'arrêt 15 dont le paramètre de maille est différent de celui de la première couche 10 et/ou du substrat initial 100' , ladite couche d'arrêt 15 présente préférentiellement une épaisseur inférieure à une épaisseur critique (cf publication de JM. Hartmann et al, « Critical thickness for plastic relaxation of SiGe on Si (001) revisited » Journal of Applied Physics 110, 083529 (2011) ) , par exemple inférieure à 50 nm, pour éviter que la contrainte liée à la différence de paramètres de maille ne dégrade la cristallinité de la première couche 10.
Comme illustré sur la figure 6 (c) , une étape d'amorphisation est ensuite réalisée, à partir de la face avant 100a, sur une sous-portion 101' ' ' incluant au moins la première couche 10, et potentiellement la couche d'arrêt 15 et une partie 21 du substrat initial 100' disposée sous la couche d'arrêt 15 (conformément aux différentes variantes évoquées en référence aux figures 1,2 et 3) .
Par amorphisation, on entend une désorganisation du réseau cristallin de la sous-portion 101 ' , 101 ' ' , 101 ' ' ' , qui rend amorphe cette dernière. L'amorphisation est réalisée par implantation ionique, habituellement à température ambiante ou à une température inférieure, et par exemple à partir d'ions présentant un numéro atomique supérieur ou égal au numéro atomique du premier matériau. A titre d'exemple, les ions pourront être choisis parmi le silicium, le germanium, le xénon et l'argon. Plusieurs implantations successives peuvent être réalisées, à différentes énergies d'implantation, pour amorphiser la sous-portion 101' , 101' ' , 101' ' ' sur une plus grande profondeur et/ou plus uniformément en profondeur. Les doses implantées varient typiquement entre 2el4/cm2 et lel6/cm2.
Pour une première couche 10 et une deuxième couche 20 en silicium, et une couche d'arrêt 15 en SiGe, l'amorphisation de la sous-couche 101' ' ' peut par exemple est obtenue par implantation de Ge à une dose de 2.5e15 at/cm2 avec une énergie de 5 keV, pour une amorphisation sur une profondeur de 15nm. Notons que la plupart des codes de simulation d' implantation ionique procurent les indications permettant d' obtenir l'amorphisation d'une matrice monocristalline, en fonction de la nature de la matrice, de la nature des ions implantés, de l'énergie et de la dose d'implantation.
Enfin, une implantation d'espèces légères, typiquement hydrogène, hélium ou une combinaison des deux, est ensuite opérée à une profondeur supérieure à l'épaisseur de la sous-portion amorphisée 101 ' , 101 ' ' , 101 ' ' ' (figure 6 (d) ) . Le plan fragile enterré 30, plus ou moins localisé au niveau du pic d' implantation, est ainsi formé et délimite une portion supérieure 101 et une portion inférieure 102 du substrat donneur 100. Une sous-couche 22 monocristalline est préservée entre la sous-portion 101' ' ' amorphisée et le plan fragile enterré 30.
L'énergie d'implantation est définie selon la profondeur visée pour le plan fragile enterré 30 dans le substrat donneur 100 ; elle est typiquement comprise entre quelques keV et 200keV. La dose d'espèces implantées pourra varier entre quelques lE16/cm2 et lE17/cm2.
Notons que les étapes d'amorphisation et d'implantation d'espèces légères pourraient être effectuées dans l'ordre inverse, à savoir, d'abord l'implantation d'espèces légères puis 1 ' amorphisation .
A l'issue de l'étape a) du procédé selon l'invention, on obtient un substrat donneur 100 conforme à l'une des variantes illustrées sur les figures 1, 2 et 3.
Selon un mode de réalisation particulier, une couche de collage 50 et potentiellement une couche intermédiaire 40 sont formées sur le substrat donneur 100, pour obtenir l'une des variantes illustrées sur les figures 4 et 5.
Ces couches 40,50 sont élaborées par exemple par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) et préférentiellement après l'étape d'amorphisation pour éviter que l'implantation ionique d'amorphisation entraine des impuretés depuis ces couches 40,50 dans les couches sous-jacentes (en particulier dans la première couche 10) et rende plus difficile la recristallisation ultérieure. Bien sûr, le dépôt des couches 40,50 doit alors pouvoir être opéré à une température inférieure à la température de recristallisation de la portion amorphisée 101' , 101' ' , 101' ' ' . On pourra également choisir de déposer la ou les couches 40,50 avant les étapes d'amorphisation et/ou d'implantation d'espèces légères, lorsque le dépôt requiert des températures susceptibles de modifier la sous-portion amorphisée 101 ' , 101 ' ' , 101 ' ' ' et/ou de faire évoluer le plan fragile enterré 30, ce qui n'est pas souhaitable à ce stade du procédé.
Comme cela sera indiqué plus loin, la couche de collage 50, en particulier en silicium amorphe déposé, favorise la qualité de l'interface de collage générée à une étape ultérieure c) d' assemblage .
Le procédé de transfert comprend ensuite une étape b) de fourniture d'un substrat receveur 2. Il se présente habituellement sous la forme d'une plaquette de diamètre compris entre 150mm et 450mm, et d'épaisseur typiquement comprise entre 300 et 900 microns. Il peut comprendre des empilements de couches variés, incluant notamment des matériaux métalliques, correspondant à des couches de dispositifs 2a (par exemple élaborés selon la technologie CMOS, métal-oxyde-semi-conducteur complémentaire) , disposés sur une portion massive, par exemple en un matériau semi-conducteur tel que le silicium. Ces matériaux métalliques limitent typiquement les températures applicables au substrat receveur 2 à 500°C ou moins. Le substrat receveur 2 peut comprendre, avec ou sans couche de dispositifs, des matériaux ne supportant pas de hautes températures de traitement, soit du fait de leur nature, soit du fait de leur coefficient de dilatation thermique très différent de celui de la couche mince monocristalline 1 que l'on souhaite transférer .
Après les étapes a) et b) , le procédé de transfert comprend une étape c) d'assemblage par collage direct de la face avant 100a du substrat donneur 100 sur le substrat receveur 2, pour former un ensemble collé au niveau d'une interface de collage 3 (figure 7 (a) ) . Le collage direct implique qu'aucune matière adhésive n'est ajoutée entre les faces assemblées. La très faible rugosité desdites faces (typiquement inférieure à 0,5nm RMS) et leur grande propreté permettent l'implémentation d'un collage par adhésion moléculaire des surfaces. Des nettoyages et/ou activations de surface, bien connus dans le domaine du collage par adhésion moléculaire, pourront être appliqués aux substrats préalablement à l'assemblage, pour favoriser la qualité du collage. Un assemblage en atmosphère contrôlée est également possible .
Le substrat receveur 2, illustré sur la figure 7 (a) , comprend une couche de dispositif 2a au niveau de sa face assemblée. En général, le film superficiel de cette couche 2a sera formé en oxyde de silicium ou en nitrure de silicium.
Lorsque le substrat donneur 100 se présente sous une des formes illustrées en figures 1 à 3, l'interface de collage 3 s'établit entre la couche de dispositifs 2a et la sous-portion amorphisée 101 ' , 101 ' ' , 101 ' ' . La première couche 10 amorphisée est particulièrement favorable à une consolidation efficace de l'interface de collage 3, même à faibles températures. En effet, par rapport à une surface monocristalline, une surface amorphisée se déforme mieux lorsque l'on augmente la température et absorbe mieux les monocouches d'eau présentes à l'interface lors d'un collage par adhésion moléculaire. En conséquence, la présence de la sous-portion amorphisée 101 ' , 101 ' ' , 101 ' ' en surface permet une excellente fermeture de l'interface de collage à basse température.
Ainsi, un collage à température ambiante, et éventuellement un recuit de consolidation à une température inférieure à 350°C, assurent déjà une très bonne tenue de l'interface de collage 3, garantissant un bon déroulement des étapes suivantes du procédé, et en particulier l'étape d) de séparation.
Lorsque le substrat donneur 100 se présente sous une des formes illustrées sur les figures 4 et 5, l'interface de collage 3 s'établit entre la couche de dispositifs 2a et la couche de collage 50 en silicium amorphe. Pour les mêmes raisons que notées précédemment, cette dernière est extrêmement efficace pour la fermeture (consolidation) de l'interface de collage à faibles températures, typiquement inférieures à 500 °C. Le même type de recuit de consolidation que celui évoqué ci-dessus peut également être appliqué.
L'étape d) de séparation de l'ensemble collé, le long du plan fragile enterré 30, permet de transférer la portion supérieure 101 du substrat donneur 100 sur le substrat receveur 2 (figure 7 (b) ) . La séparation au niveau du plan fragile enterré 30 s'effectue préférentiellement par application d'un traitement thermique à basses températures, typiquement entre 200 °C et 500°C, du fait de la croissance de microfissures par coalescence et mise sous pression des espèces gazeuses. Avantageusement, le traitement thermique est opéré à une température inférieure ou égale à 400°C, préférentiellement à une température comprise entre 250°C et 400°C.
Alternativement ou conjointement, la séparation peut être provoquée par l'application d'une contrainte mécanique à l'ensemble collé. A l'issue de cette séparation, on obtient une structure intermédiaire 150 d'une part, et la portion inférieure 102 du substrat donneur, d'autre part.
Le procédé de transfert conforme à l'invention comprend ensuite une étape e) de recristallisation de la sous-portion amorphisée 101' , 101' ' , 101' ' ' , pour restaurer une qualité monocristalline à la première couche 10.
La recristallisation correspond au fait de rendre à la sous- portion 101' , 101' ' , 101' ' ' son caractère monocristallin. Elle met en œuvre un phénomène d'épitaxie en phase solide (SPE pour « solid-phase epitaxy » selon la terminologie anglo-saxonne) . Une telle recristallisation est basée sur l'application d'un traitement thermique à une température à laquelle le réseau cristallin de la sous-portion 101' , 101' ' , 101' ' ' se réorganise sur la base du réseau cristallin de la sous-couche monocristalline 22, qui fait office de germe.
Le traitement thermique de recristallisation peut être effectué à une température comprise entre 450°C et 900°C. Bien sûr, dans le but d'adresser les applications précédemment énoncées, pour lesquelles le substrat receveur 2 n'est pas compatible avec des hautes températures, la température de recristallisation thermique est avantageusement comprise entre 450°C et 550°C, pendant une durée comprise entre 10 min et 50 heures et sous une atmosphère non oxydante. Par exemple, on pourra appliquer un recuit à 500°C pendant 2h à 4h pour recristalliser 15 à 20nm de silicium amorphe.
Au cours du traitement thermique, le front de recristallisation se déplace depuis la sous-couche monocristalline 22 (ou depuis une couche monocristalline, partie de la deuxième couche 20, de la portion supérieure 101, adjacente à la sous-portion amorphisée) vers l'interface de collage 3. A l'issue de l'étape e) de recristallisation, la portion supérieure 101 de la structure intermédiaire 150 est entièrement monocristalline (figure 8 (a) ) . Notons qu'il est envisageable que le traitement thermique appliqué à l'étape d) de séparation participe à la recristallisation de la sous-portion amorphisée 101 ' , 101 ' ' , 101 ' ' ' , selon sa température et sa durée.
La première couche 10, dont la qualité monocristalline est restaurée, correspond alors à la couche mince monocristalline 1 dont le transfert est attendu sur le substrat receveur 2. La couche mince 1 présentera ainsi les propriétés physiques et électriques attendues pour l'élaboration de composants électroniques .
Il est possible de mesurer l'épaisseur et la bonne restauration cristalline de la première couche 10 respectivement par ellipsométrie et par Raman et/ou par microscopie électronique à transmission (TEM) .
Selon la nature de la couche d'arrêt 15, certaines précautions devront être prises pour éviter qu'elle ne soit endommagée par l'étape e) de recristallisation. En particulier, dans le cas d'une couche d'arrêt 15 en SiGe, la température de recristallisation doit être maintenue inférieure à 700°C, voire inférieure à 600°C pour ne pas relaxer plastiquement le SiGe.
L' interface de collage 3 bénéficie des traitements thermiques appliqués lors des étapes d) de séparation et e) de recristallisation car ces traitements consolident les liaisons interatomiques entre les faces assemblées.
Ainsi, le caractère amorphisé de la première couche 10 favorise, à l'étape c) du procédé, le collage direct entre le substrat donneur 100 et le substrat receveur 2 ; il permet également la guérison efficace des défauts cristallins liés à l'implantation des espèces légères, en autorisant une recristallisation par épitaxie en phase solide à faibles températures : la première couche 10 retrouve ainsi sa qualité monocristalline et les propriétés physiques et électriques associées .
Le procédé de transfert comprend enfin une étape f ) de gravure chimique de la deuxième couche 20 , puis la gravure chimique de la couche d' arrêt 15 sélectivement vis-à-vis de la première couche 10 ( figure 8 (b) ) . Avantageusement , le matériau constitutif de la deuxième couche 20 permet également que cette dernière soit gravée de manière sélective par rapport à la couche d' arrêt 15 .
Les techniques connues de gravure sèche ou de gravure humide peuvent être mises en œuvre . Les solutions chimiques de gravure utilisables sont typiquement le TMAH (hydroxyde tétraméthylammonium) , le TEAH (hydroxyde tétraéthylammonium) ou le KOH (hydroxyde de potassium) pour le silicium, un mélange HF ( acide f luorhydrique ) / Acide acétique / H2O2 (peroxyde d' hydrogène ) pour le SiGe , et un mélange HF / Acide acétique / H2O2 ou le H3PO4 ( acide phosphorique ) pour le germanium .
L' étape f ) permet de retirer la deuxième couche 20 , qui présente une rugosité résiduelle relativement importante (de l ' ordre de 10 nm RMS typiquement ) du fait de la fracture (étape d) le long du plan fragile enterré 30 .
Un bon état de surface ( rugosité ) peut être restauré du fait de la sélectivité de gravure entre la deuxième couche 20 et la couche d' arrêt 15 . La sélectivité de gravure entre la couche d' arrêt 15 et la première couche 10 confère une très faible rugosité de surface à cette dernière et conserve son uniformité d' épaisseur .
Le procédé de transfert permet ainsi l ' obtention d' une structure 200 comprenant la couche mince monocristalline 1 disposée sur le substrat receveur 2 , lequel peut inclure une couche de dispositifs incompatible avec tout traitement à hautes températures (figure 8 (b) ) .
Lorsque le substrat donneur 100 comprend une couche de collage 50 ou l'empilement composé d'une couche intermédiaire 40 et d'une couche de collage 50, les structures 200 obtenues sont telles que sur la figure 9 (a) et (b) .
L' invention concerne également un deuxième mode de mise en œuvre du procédé de transfert de la couche mince monocristalline 1 sur un substrat receveur 2, illustré sur les figures 10 et 11.
Ce mode de mise en œuvre se différencie du procédé précédemment décrit par le positionnement de l'étape de recristallisation dans 1 ' enchaînement d'étapes du procédé. En effet, après l'étape a) de fourniture du substrat donneur 100 (identique à la précédente description) , une étape a' ) de recristallisation locale de la sous-portion amorphisée 101' , 101' ' , 101' ' ' est opérée pour restaurer une qualité monocristalline à la première couche 10, cela sans affecter le plan fragile enterré 30, c'est- à-dire sans affecter la capacité du plan fragile enterré 30 à provoquer une séparation ultérieurement dans le procédé.
Avantageusement, l'étape a' ) de recristallisation comprend un traitement thermique par laser, appliqué au niveau de la face avant 100a du substrat donneur 100 et configuré pour induire une épitaxie en phase solide de la sous-portion amorphisée 101 ' , 101 ' ' , 101 ' ' ' (figure 10 (a) ) . A titre d'exemple, ce traitement thermique peut être mis en œuvre grâce à un laser excimer UV (X =308nm) avec des impulsions d'une durée de l'ordre de 200ns, et une densité d'énergie de l'ordre de 0,8J/cm2.
A l'issue de l'étape a' ) , la portion supérieure 101 du substrat donneur 100 se retrouve entièrement monocristalline, et la première couche 10 recristallisée forme la couche mince monocristalline 1 destinée à être transférée sur le substrat receveur 2.
L'étape b) de fourniture du substrat receveur 2, l'étape c) d'assemblage par collage direct de la face avant 100a du substrat donneur 100 sur le substrat receveur 2 (figure 10 (b) ) et l'étape d) de séparation le long du plan fragile enterré 30 pour transférer la portion supérieure 101 du substrat donneur 100 sur le substrat receveur 2 (figure 11 (a) ) , sont opérées dans le deuxième mode de mise en œuvre du procédé, conformément au premier mode de mise en oeuvre précédemment décrit.
Il n'intervient pas d'étape e) de recristallisation, cette dernière ayant été faite préalablement à l'assemblage.
L'étape f) de gravure chimique de la deuxième couche 20, avantageusement sélectivement par rapport à la couche d' arrêt 15, puis la gravure chimique de la couche d'arrêt 15 sélectivement vis-à-vis de la couche mince monocristalline 1, est par contre effectuée de manière identique (figure 11 (b) ) .
Le substrat donneur 100 selon la présente invention permet de réaliser le transfert (selon le premier ou le deuxième mode de mise en œuvre du procédé de transfert) d'une couche mince monocristalline 1 de très haute qualité cristalline, compatible avec l'élaboration de composants électroniques, et cela sans nécessiter l'application de traitements thermiques à hautes températures pour effectuer la guérison des défauts liés à l'implantation d'espèces légères, le lissage de la surface fracturée, l'amincissement de la portion transférée 101 et la consolidation de l'interface de collage 3.
La configuration des couches du substrat donneur 100 simplifie en outre le procédé de transfert de la couche mince 1 sur le substrat receveur 2, en limitant les étapes c) à f) à des traitements thermiques à basses températures et à des gravures chimiques sélectives .
Bien sûr, l ' invention n' est pas limitée aux modes de réalisation décrits et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l ' invention tel que défini par les revendications .

Claims

REVENDICATIONS Substrat donneur (100) pour le transfert d'une couche mince monocristalline (1) en un premier matériau, sur un substrat receveur (2) , le substrat donneur (100) présentant une face avant (100a) et une face arrière (100b) , et comprenant :
- un plan fragile enterré (30) qui délimite une portion supérieure (101) et une portion inférieure (102) du substrat donneur (100) ,
- dans la portion supérieure (101) , une première couche (10) du côté de la face avant (100a) , une deuxième couche (20) adjacente au plan fragile enterré (30) , et une couche d'arrêt (15) intercalée entre la première couche (10) et la deuxième couche (20) , la première couche (10) étant composée du premier matériau et destinée à former la couche mince monocristalline (1) , la couche d'arrêt (15) étant formée en un deuxième matériau apte à procurer une gravure sélective par rapport au premier matériau,
- une sous-portion amorphisée (101' , 101' ' , 101' ' ' ) , rendue amorphe par implantation ionique, présentant une épaisseur strictement inférieure à celle de la portion supérieure (101) , et incluant au moins la première couche (10) ; la deuxième couche (20) comprenant au moins une sous-couche (22) monocristalline, adjacente au plan fragile enterré (30) , ladite sous-couche (22) étant destinée à former un germe de recristallisation pour la sous-portion amorphisée (101' , 101' ' , 101' " ) . Substrat donneur (100) selon la revendication précédente, dans lequel la sous-portion amorphisée ( 101 ' ' , 101 ' ' ' ) inclut la couche d'arrêt (15) . Substrat donneur (100) selon la revendication précédente, dans lequel la sous-portion amorphisée (101' ' ' ) inclut une partie (21) de la deuxième couche (20) , adjacente à la couche d'arrêt (15) . Substrat donneur (100) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la deuxième couche (20) est composée du premier matériau. Substrat donneur (100) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le premier matériau est choisi parmi le silicium, le germanium ou un alliage silicium/ germanium. Substrat donneur (100) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le deuxième matériau est choisi parmi le silicium germanium ou le silicium fortement dopé. Substrat donneur (100) selon l'une des revendications précédentes, comprenant une couche de collage (50) en silicium amorphe disposée sur la première couche (10) . Procédé de transfert d'une couche mince monocristalline (1) en un premier matériau, sur un substrat receveur (2) , comprenant les étapes suivantes : a) la fourniture d'un substrat donneur (100) selon l'une des revendications précédentes, b) la fourniture d'un substrat receveur (2) , c) l'assemblage par collage direct de la face avant (100a) du substrat donneur (100) sur le substrat receveur (2) , d) la séparation le long du plan fragile enterré (30) pour transférer la portion supérieure (101) du substrat donneur (100) sur le substrat receveur (2) , e) la recristallisation de la sous-portion amorphisée
(101' , 101' ' , 101' ' ' ) pour restaurer une qualité monocristalline à la première couche (10) , laquelle forme alors la couche mince monocristalline (1) , f) la gravure chimique de la deuxième couche (20) , puis la gravure chimique de la couche d'arrêt (15) sélectivement vis-à-vis de la couche mince monocristalline (1) . Procédé de transfert selon la revendication précédente, dans lequel l'étape e) de recristallisation comprend un traitement thermique à une température comprise entre 450 °C et 900°C, préférentiellement comprise entre 450°C et 550°C. Procédé de transfert d'une couche mince monocristalline (1) en un premier matériau, sur un substrat receveur (2) , comprenant les étapes suivantes : a) la fourniture d'un substrat donneur (100) selon l'une des revendications 1 à 7, a' ) la recristallisation locale de la sous-portion amorphisée (101' , 101' ' , 101' ' ' ) pour restaurer une qualité monocristalline à la première couche (10) , sans affecter le plan fragile enterré (30) , la première couche (10) recristallisée formant la couche mince monocristalline (1) , b) la fourniture d'un substrat receveur (2) , c) l'assemblage par collage direct de la face avant (100a) du substrat donneur (100) sur le substrat receveur (2) , d) la séparation le long du plan fragile enterré (30) pour transférer la portion supérieure (101) du substrat donneur (100) sur le substrat receveur (2) , f) la gravure chimique de la deuxième couche (20) , puis la gravure chimique de la couche d'arrêt (15) sélectivement vis-à-vis de la couche mince monocristalline (1) . Procédé de transfert selon la revendication précédente, dans lequel l'étape a' ) de recristallisation comprend un traitement thermique par laser, appliqué au niveau de la face avant (100a) du substrat donneur (100) et configuré pour induire une épitaxie en phase solide de la sous-portion amorphisée ( 101 ' , 101 ' ' , 101 ' ' ' ) . Procédé de transfert selon l'une des revendications 8 et 10, dans lequel l'étape d) de séparation comprend un traitement thermique à une température inférieure ou égale à 400°C, préférentiellement à une température comprise entre 250°C et 400°C. Procédé de transfert selon l'une des revendications 8 et 10, dans lequel l'étape a) de fourniture du substrat donneur (100) comprend une implantation d'ions dans la portion supérieure (101) dudit substrat (100) , initialement de qualité monocristalline, pour former la sous-portion amorphisée ( 101 ' , 101 ' ' , 101 ' ' ' ) . Procédé de transfert selon l'une des revendications 8 et 10, dans lequel, à l'étape f ) , la gravure chimique de la deuxième couche (20) est sélective par rapport à la couche d' arrêt (15) .
EP21824618.9A 2020-12-01 2021-11-19 Substrat donneur pour le transfert d'une couche mince et procede de transfert associe Pending EP4256606A2 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2012496A FR3116943B1 (fr) 2020-12-01 2020-12-01 Substrat donneur pour le transfert d’une couche mince et procede de transfert associe
PCT/FR2021/052047 WO2022117930A2 (fr) 2020-12-01 2021-11-19 Substrat donneur pour le transfert d'une couche mince et procede de transfert associe

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4256606A2 true EP4256606A2 (fr) 2023-10-11

Family

ID=74045978

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP21824618.9A Pending EP4256606A2 (fr) 2020-12-01 2021-11-19 Substrat donneur pour le transfert d'une couche mince et procede de transfert associe

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20240030061A1 (fr)
EP (1) EP4256606A2 (fr)
JP (1) JP2024501139A (fr)
KR (1) KR20240065035A (fr)
CN (1) CN116583931A (fr)
FR (1) FR3116943B1 (fr)
TW (1) TW202240652A (fr)
WO (1) WO2022117930A2 (fr)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5882987A (en) * 1997-08-26 1999-03-16 International Business Machines Corporation Smart-cut process for the production of thin semiconductor material films
FR2978603B1 (fr) 2011-07-28 2013-08-23 Soitec Silicon On Insulator Procede de transfert d'une couche semi-conductrice monocristalline sur un substrat support
FR3045934B1 (fr) * 2015-12-22 2018-02-16 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Procede de fabrication d’un empilement de dispositifs electroniques

Also Published As

Publication number Publication date
US20240030061A1 (en) 2024-01-25
WO2022117930A2 (fr) 2022-06-09
WO2022117930A3 (fr) 2022-09-01
TW202240652A (zh) 2022-10-16
JP2024501139A (ja) 2024-01-11
FR3116943B1 (fr) 2023-01-13
KR20240065035A (ko) 2024-05-14
CN116583931A (zh) 2023-08-11
FR3116943A1 (fr) 2022-06-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1922752B1 (fr) Procede de report d'une couche mince sur un support
EP2342744B1 (fr) Procede de formation d'une couche monocristalline dans le domaine micro-electronique
EP2002474B1 (fr) Procede de detachement d'un film mince par fusion de precipites
EP1653504A1 (fr) Structure composite à forte dissipation thermique
WO2001093325A1 (fr) Substrat fragilise et procede de fabrication d'un tel substrat
EP1354346A1 (fr) Procede de realisation d'une couche mince impliquant l'introduction d'especes gazeuses
FR2898430A1 (fr) Procede de realisation d'une structure comprenant au moins une couche mince en materiau amorphe obtenue par epitaxie sur un substrat support et structure obtenue suivant ledit procede
FR2880988A1 (fr) TRAITEMENT D'UNE COUCHE EN SI1-yGEy PRELEVEE
FR2983342A1 (fr) Procede de fabrication d'une heterostructure limitant la formation de defauts et heterostructure ainsi obtenue
FR2936903A1 (fr) Relaxation d'une couche de materiau contraint avec application d'un raidisseur
FR2931293A1 (fr) Procede de fabrication d'une heterostructure support d'epitaxie et heterostructure correspondante
EP2822028B1 (fr) Procédé d'activation électrique d'espèces dopantes dans un film de GaN
FR2907966A1 (fr) Procede de fabrication d'un substrat.
EP2471093A1 (fr) Procédé de détachement par fracture d'un film mince de silicium mettant en oeuvre une triple implantation
EP4256606A2 (fr) Substrat donneur pour le transfert d'une couche mince et procede de transfert associe
FR2851847A1 (fr) Relaxation d'une couche mince apres transfert
FR2851848A1 (fr) Relaxation a haute temperature d'une couche mince apres transfert
EP4305660A1 (fr) Procede de fabrication d'une structure semi-conductrice a base de carbure de silicium et structure composite intermediaire
EP2701185A1 (fr) Procédé de transfert d'un film d'InP
EP4060716A1 (fr) Procede de modification d'un etat de contrainte d'au moins une couche semi-conductrice
WO2024141475A1 (fr) Procédé de transfert de couche semiconductrice
WO2022189732A1 (fr) Procede de fabrication d'une structure semi-conductrice a base de carbure de silicium et structure composite intermediaire
WO2021191527A1 (fr) Procede de fabrication d'une structure empilee
WO2023144495A1 (fr) Procede de fabrication d'une structure de type double semi-conducteur sur isolant
EP4409621A1 (fr) Procédé de fabrication d'une structure composite comprenant une couche mince en sic monocristallin sur un substrat support en sic polycristallin

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20230523

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)