EP4634988A1 - Procédé de préparation d'un empilement en vue d'un collage - Google Patents

Procédé de préparation d'un empilement en vue d'un collage

Info

Publication number
EP4634988A1
EP4634988A1 EP23828125.7A EP23828125A EP4634988A1 EP 4634988 A1 EP4634988 A1 EP 4634988A1 EP 23828125 A EP23828125 A EP 23828125A EP 4634988 A1 EP4634988 A1 EP 4634988A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
pad
primary
stack
formation
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
EP23828125.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Virginie MAFFINI ALVARO
Bernard Aventurier
Jeannet BERNARD
Florian FEDELI
Eléonore PRINCE
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.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP4634988A1 publication Critical patent/EP4634988A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/85—Packages
    • H10H20/857—Interconnections, e.g. lead-frames, bond wires or solder balls
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/01—Manufacture or treatment
    • H10H20/011—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers
    • H10H20/018—Bonding of wafers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/819—Bodies characterised by their shape, e.g. curved or truncated substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/84—Coatings, e.g. passivation layers or antireflective coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H29/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one light-emitting semiconductor element covered by group H10H20/00
    • H10H29/10—Integrated devices comprising at least one light-emitting semiconductor component covered by group H10H20/00
    • H10H29/14—Integrated devices comprising at least one light-emitting semiconductor component covered by group H10H20/00 comprising multiple light-emitting semiconductor components
    • H10H29/142—Two-dimensional arrangements, e.g. asymmetric LED layout
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/01—Manufacture or treatment
    • H10H20/034—Manufacture or treatment of coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/01—Manufacture or treatment
    • H10H20/036—Manufacture or treatment of packages
    • H10H20/0364—Manufacture or treatment of packages of interconnections

Definitions

  • the present invention relates to the preparation of a substrate, in particular with a view to bonding it with another substrate. It is particularly involved in the manufacturing of optoelectronic and microelectronic devices. For example, it finds a particularly advantageous application in the field of assembling a substrate containing copper-based elements with a substrate covered with a copper film.
  • the assembly of two substrates is a very common operation in microelectronics and optoelectronics.
  • Such an assembly may in particular have the objective of transferring elements, for example photoelements such as pixels, from one substrate to another.
  • a common technique for assembling two substrates illustrated in Figures 1A to 1C is based on direct bonding between protrusions 200' based on a dielectric, for example SiC>2, located on the surface of a first of the two substrates, and the second substrate 2'.
  • Other elements of the first substrate T typically copper pillars 100', are set back from the SiC>2 protrusions 200'.
  • a heating step causes expansion of the copper pillars.
  • the expansion of the SiC>2 protrusions taking place in parallel is less significant than that of the copper pillars. Therefore, by correctly sizing the shrinkage of the pillars in relation to the SiC>2 protrusions, the pillars are at the end of the level heating step with the SiC>2 protrusions and in contact with the surface of the second substrate.
  • this process is functional in certain contexts, and in particular not when the latter include materials whose melting temperature is lower than the temperature at which the material of the recessed elements can present volume expansion.
  • the annealing temperature of copper is 350°C while certain materials used which may require such assemblies have melting temperatures of around 250°C. It is therefore impossible to implement this solution when these materials are involved.
  • the heating step can also cause problems with distortions and strong mechanical stresses within the substrates when the latter contain materials with thermal expansion coefficients that are too different from each other. This is particularly the case when the second substrate comprises a glass-based support covered with a thin copper film.
  • An objective of the present invention is therefore to propose a process for preparing a substrate with a view to assembly with another substrate, this process not requiring subjecting the substrate to high temperatures.
  • a method of preparing a stack comprising the following steps:
  • a stud comprising a vertex and at least one flank
  • a second aspect of the invention concerns a stack comprising a substrate surmounted by a plurality of structures separated by trenches, each structure comprising:
  • a stud comprising a vertex and at least one flank
  • a third aspect of the invention relates to a method of bonding or transferring at least a pad included in a stack according to the second aspect of the invention on a receiving stack:
  • the protrusions formed during the preparation process indeed allow, during the bonding process, effective bonding.
  • this bonding process does not require dimensional control greater than the control currently available in the industry.
  • Figures 1A to 1 C represent a process for assembling two substrates according to the prior art.
  • Figure 1A illustrates a stack according to the prior art comprising a substrate surmounted by pillars set back relative to protrusions based on a dielectric. The protrusions cover the pillars laterally.
  • Figure 1C illustrates the assembly of the two stacks and their bonding by heating.
  • Figure 1C illustrates in particular the expansion of the pillars.
  • Figures 2A to 2J illustrate a first embodiment of the method according to the invention.
  • Figure 2A represents the provision of a primary stack comprising a substrate and a first primary layer surmounting the substrate.
  • Figure 2B illustrates the formation of a first etching mask on the first primary layer.
  • Figure 2C represents the formation of cavities in the first primary layer.
  • Figure 2D illustrates the formation of a third primary layer in the cavities and on the first primer coat.
  • Figure 2E represents the thinning of the third primary layer so as to form pads extending into the cavities.
  • Figure 2F represents the formation of a second primary layer on the pads and the first primary layer.
  • Figure 2G represents the formation of a second etching mask on the second primary layer.
  • Figure 2H illustrates the formation through the second etch mask of trenches extending into the second primary layer and the first primary layer. A plurality of second layers are thus formed from the second primary layer and a plurality of first layers from the first primary layer.
  • Figure 21 illustrates the removal of the second etching mask.
  • Figure 2J illustrates the removal of the second layers and a portion of the first layers extending, prior to removal, from the second layers.
  • Figures 3A to 3J illustrate a second embodiment of the method according to the invention.
  • Figure 3A represents the provision of a stack comprising a substrate, a first primary layer surmounting the substrate and a first primary sublayer surmounting the first primary layer.
  • Figure 3B represents the formation of a first etching mask on the first primary sublayer.
  • Figure 3C represents the formation of secondary cavities in the first primary layer and in the first primary sublayer through the first etching mask.
  • Figure 3D represents the formation of a third primary layer in the secondary cavities and on the first primary sublayer.
  • Figure 3E illustrates the thinning of the third primary layer so as to form pads extending into the secondary cavities and level with the first primary sub-layer.
  • Figure 3F illustrates the formation of a second primary sub-layer on the pads and on the first primary sub-layer.
  • the first primary sub-layer and the second primary sub-layer form a second primary layer.
  • Figure 3G represents the formation of a second etching mask on the second primary layer.
  • Figure 3H illustrates the formation through the second etching mask of trenches extending into the second primary layer and the first primary layer. A plurality of second layers are thus formed from the second primary layer and a plurality of first layers from the first primary layer.
  • Figure 31 illustrates the removal of the second etching mask.
  • Figure 3J illustrates the removal of the second layers, thus forming a protrusion.
  • Figures 4A to 4H illustrate a third embodiment of the method according to the invention.
  • Figure 4A represents the provision of a stack comprising a substrate and a first primary layer surmounting the substrate.
  • the first primary layer includes cavities.
  • Figure 4B illustrates the formation of a third primary layer in the cavities and on the first primary layer.
  • Figure 4C illustrates the thinning of the third primary layer so as to single out the latter into individual studs projecting relative to the first primary layer.
  • Figure 4D represents the formation of a second primary layer on the pads and on the first primary layer.
  • Figure 4E represents the formation of a second etching mask on the second primary layer.
  • Figure 4F illustrates the formation through the second etch mask of trenches extending into the second primary layer and the first primary layer. A plurality of second layers are thus formed from the second primary layer and a plurality of first layers from the first primary layer.
  • Figure 4G illustrates the removal of the second etching mask.
  • Figure 4H illustrates the removal of the second layers, thus forming a protrusion.
  • Figures 5A and 5B are top views of the steps shown in Figures 21, 31 and 4G.
  • Figure 5A illustrates an embodiment in which the pads are cylindrical with a square base.
  • Figure 5B illustrates the case of circular cylindrical pads.
  • the substrate has a lower face extending mainly along a transverse plane defined by a first direction and a second direction, the protrusion having a height E pro t in a third direction perpendicular to said transverse plane, such that E pro t ⁇ 0.5*Efi an c, preferably E pro t ⁇ 0.3* Efi an c and preferably E pro t ⁇ 0.1*Efianc, Efianc being the height of the side taken in the direction Z.
  • E pro t is thus measured, along Z, between one end of the covering portion and the top of the stud.
  • E pro t > 5 nm, preferably E pro t ⁇ 10 nm.
  • the removal of the second layer and the removal of the removal portion are carried out during a single etching step.
  • the removal of the removal portion is carried out by time control, as well as preferably by the etching selectivity of the different materials.
  • the shrinkage portion is formed at least in part by the second layer.
  • the second layer covers part of the sidewall.
  • the second sub-layer surmounting at least the stud.
  • the supply of the stack comprises the following steps:
  • the second layer is deposited on the pad and the first layer after the formation of the pad.
  • the pads are formed of a third material, the third material being based on one of copper, aluminum, tungsten and titanium.
  • the third material is an electrically conductive material, preferably a metallic material.
  • the first material is based on one of: SiO2, SiN and Si.
  • the second material is based on one of SiN, SiO2, and Si.
  • the first and second materials can each be based on a dielectric material. It is specified that, in the context of the present invention, the terms “on”, “surmounts”, “covers”, “underlying”, “vis-à-vis” and their equivalents do not necessarily mean "at the contact of”.
  • the deposition, transfer, gluing, assembly or application of a first layer on a second layer does not necessarily mean that the two layers are in direct contact with each other, but means that the first layer at least partially covers the second layer by being either directly in contact with it or by being separated from it by at least one other layer or at least one other element.
  • a layer can also be composed of several sub-layers of the same material or of different materials.
  • a substrate By a substrate, a layer, a device, “based” on a material M, is meant a substrate, a layer, a device comprising this material M only or this material M and possibly other materials, for example elements alloy, impurities or doping elements.
  • a material based on an III-N material can comprise an III-N material with added dopants.
  • a GaN-based layer typically comprises GaN and AlGaN or InGaN alloys.
  • III-V material refers to a semiconductor composed of one or more elements from column III and column V of the Mendeleev periodic table.
  • the elements in column III include boron, gallium, aluminum and indium.
  • Column V contains, for example, nitrogen, arsenic, antimony and phosphorus.
  • selective etching with respect to or “etching exhibiting selectivity with respect to” means an etching configured to remove a material A or a layer A with respect to a material B or d. 'a layer B, and having an etching speed of material A greater than the etching speed of material B.
  • the selectivity is the ratio between the etching speed of material A to the etching speed of material B.
  • SA The selectivity between A and B is denoted SA: B.
  • the roughness of a surface is a parameter characterizing the state of this surface. It is most often associated in tribology with the characteristic depth of the striations crisscrossing the surface.
  • a reference frame preferably orthonormal, comprising the axes X, Y, Z is represented in Figures 1A, 2A, 3A, 4A, 5A and 5B. This reference is applicable by extension to other figures.
  • a layer typically has a thickness along Z, when it extends mainly along the transverse plane XY, and a projecting element, for example an insulation trench, has a height along Z.
  • the relative terms "on » “under”, “underlying” refer preferentially to positions taken in the Z direction.
  • a first step of the method according to the invention consists of providing a stack 1 comprising a substrate 10 and a plurality of structures 1000 surmounting the substrate 10 and separated by the trenches 400.
  • the substrate 10 has a lower face 12 extending mainly in a transverse plane XY defined by a first direction
  • the photoemitting elements can for example be active nanowires or microwires forming LEDs or micro-LEDs. These may, for example, be standard two-dimensional LEDs (2D LEDS).
  • the photoemitting elements typically have an elongated shape in a third direction Z perpendicular to the transverse plane XY.
  • the emitting layer 15 is typically based on one or more materials semiconductors.
  • the structures 1000 have a cylindrical shape, preferably that of a straight cylinder whose generating lines extend in the third direction Z.
  • the structures 1000 typically have a rectangular section, preferably square, in a plane parallel to the transverse plane XY , as shown in Figures 5A and 5B.
  • the structures 1000 are separated from each other by trenches 400. These trenches are typically rectilinear.
  • the trenches 400 may for example comprise a first series of trenches 400a and a second series of trenches 400b, the trenches 400b of the second series being perpendicular to the trenches 400a of the first series.
  • the trenches 400a of the first series extend for example in the first direction X and those of the second series in the second direction Y, as shown in Figures 5A and 5B.
  • Each of the structures 1000 surmounting the substrate 10 comprises a pad 100 having a vertex 101 and at least one side 103 having a height Efl anc in the third direction Z.
  • Efl anc is advantageously greater than 500 nm, typically substantially equal to 1 pm.
  • the top 101 of the stud 100 advantageously extends in a so-called upper plane 501, preferably parallel to the transverse plane XY.
  • the pad 100 typically has the shape of a cylinder, preferably a straight cylinder whose generating lines defining one or more lateral faces of the pad 100 extend preferably in the third direction Z.
  • the pad 100 can for example have a shape polygonal in the transverse plane XY.
  • the pad 100 then has several side faces. In the particular case of a pad 100 having a rectangular or even square shape in the transverse plane XY, the pad 100 has four lateral faces 103a, 103b, 103c, 103d, as shown in Figure 5A.
  • the pad 100 can also have a circular cylindrical shape, as illustrated in Figure 5B. It then only has one side face. In the case of a cylindrical stud, the at least one side 103 of the stud 100 corresponds to one or the side face of the stud 100.
  • the pad 100 is preferably based on a metallic material, for example copper, aluminum, tungsten or even titanium.
  • Each pad 100 advantageously covers at least one photo-emitting element included in the emitting layer 15.
  • the photo-emitting elements are thus located to the right of the pads 100 in projection along the transverse plane XY. They can be in direct contact with the pads 100, possibly via a layer called contact layer 16 which can for example be based on aluminum, titanium or titanium nitride.
  • Each of the structures further comprises a first layer 200 having an upper face 201 preferably extending in a plane parallel to the transverse plane XY.
  • the first layer 200 directly surmounts the substrate 10, that is to say that its lower face 202 is in contact with the substrate 10. It has a thickness E200 in the third direction Z.
  • the first layer 200 covers at less a part of the flank 103 of the stud 100. It is thus in contact with the stud 100 on a non-zero Erecovery height less than or equal to the height of the Enanc flank.
  • Each of the structures 1000 further comprises a second layer 300 covering at least the top 101 of the pad 100. It can also cover at least part of the first layer 200.
  • the second layer 300 is preferably in direct contact with the top 101 of the pad 100 and possibly the first layer 200. It has an upper face 301 preferably extending in a plane parallel to the transverse plane XY.
  • the stack 1 provided during the process according to the invention can for example be obtained according to the steps below:
  • a first primary layer 200a based on the first material and covering the substrate 10.
  • trenches 400 completely crossing the second primary layer 300a and the first primary layer 200a in the third direction Z.
  • the formation of the trenches 400 makes it possible to single out and form the structures 1000, as illustrated in Figures 2H, 3J, 4F. They separate in particular the first layers 200 formed in the first primary layer 200a, and the second layers 300 formed in the second primary layer 300a, which will each be part of a structure 1000.
  • stack 1 can be obtained according to any other embodiment.
  • a step of removing a withdrawal portion 500 is implemented at the level of each structure 1000.
  • the withdrawal portion 500 is formed by at least one of the first layer 200 and the second layer 300. It covers an upper part 104 of the side 103 of the pad 100. In other words, it is adjacent, in a plane parallel to the plane XY, at the side 103 of the stud 100, and at any point of the upper part 104 of the side 103.
  • the withdrawal portion 500 is preferably in direct contact with the upper part 104 of the side 103 of the stud 100.
  • the upper part 104 advantageously extending into each of the sides 103 of the pad 100.
  • the upper part 104 of the sidewall 103 extends from the top 101 of the stud 100. More precisely, the upper part 104 extends from the edge(s) of the stud 100 delimiting its top 101 and its sidewall 103. It presents according to the third direction Z a height E 4.
  • the withdrawal portion 500 extends in the third direction Z over a distance less than the height of the flank 103. We thus have Eio4 ⁇ Eflank.
  • the withdrawal portion 500 can thus extend, in the third direction Z, between the upper plane 501 in which the top 101 of the pads 100 extends, and a lower plane 502 extending, in the third direction Z, between the transverse plane XY and the upper plane 501.
  • a covering portion 600 is left in place.
  • the covering portion 600 is formed by the first layer 200. It covers a lower part 105 of the side 103 of the pad 100. In other words, it is adjacent, in a plane parallel to the plane XY, to the side 103 of the pad 100, and this at any point of the lower part 105 of the sidewall 103.
  • the covering portion 600 is preferably in direct contact with the lower part 105 of the sidewall 103 of the stud 100.
  • the covering portion 600 extends from the withdrawal portion 500, that is to say that the upper part 104 and the lower part 105 of the side 103 of the pad 100 are in contact.
  • the lower part 105 of the sidewall 103 has, in the third direction Z, a height E 5.
  • the withdrawal portion 500 and the covering portion 600 together cover the sidewall 103 of the stud 100 over the entire height.
  • E104+E105 Enanc.
  • the lower part 105 of the sidewall 103 is, when removing the withdrawal portion 500, left covered by the covering portion 600.
  • the upper part 104 of the sidewall 103 forms a protrusion beyond the covering portion 600.
  • the stud 100 thus projects in the third direction Z with respect to at least one remaining part of the first layer 200 corresponding to the covering portion 600.
  • the protrusion formed has a height E pro t in the third direction.
  • Eprot is greater than or equal to 5 nm.
  • a first step consists of providing a primary stack 1a comprising the substrate 10 and a first primary layer 200a surmounting the substrate 10 (Figure 2A).
  • a first etching mask 50 is then deposited on the upper face 201a of the first primary layer 200a (FIG. 2B) and certain parts of the first primary layer 200a are removed through openings 55 in the first etching mask 50, then, preferably, the latter is removed ( Figure 2C).
  • This withdrawal makes it possible to form cavities 250 in the first primary layer 200a.
  • the shrinkage in the first primary layer 200a takes place over its entire thickness in the third direction Z.
  • the cavities 250 extend up to the upper face 11 of the substrate 10.
  • the cavities 250 are then filled with the third material. It is for example possible to deposit a third primary layer 100a of third material extending in the cavities 250, directly above the cavities 250 in the third direction Z and above the first primary layer 200a (figure 2D). A part of the third primary layer 100a can then be removed, for example by chemical mechanical polishing (CMP), so as to make it level in the third direction Z with the first primary layer 200a (FIG. 2E). The remaining portions of the third primary layer 100a, separated by the first primary layer 200a, constitute the pads 100. This way of proceeding, by deposition then polishing, makes it possible to reduce or even avoid any possible protrusion or withdrawal of the pads 100 relative to each other. to the first primary layer 200a.
  • CMP chemical mechanical polishing
  • a second primary layer 300a is then deposited on the upper face 201a of the first primary layer 200a and the top 101 of the pads 100.
  • the second primary layer 300a has a thickness Esooa in the third direction Z.
  • E 3 ooa is less than or equal to 200 nm and/or greater than or equal to 20 nm, preferably substantially equal to 60 nm.
  • a second etching mask 60 is then formed on the second primary layer 300a (FIG. 2G).
  • the second engraving mask 60 has openings 65 located directly above the first primary layer 200a.
  • trenches 400 are formed through the openings 65 in the second primary layer 300a, the first primary layer 200a, and possibly a portion of the substrate 10 (FIG. 2H).
  • the second etching mask 60 is then removed.
  • the trenches 400 separate the structures 1000 described above.
  • the trenches pass through the entire thickness in the third direction Z of the second primary layer 300a and the first primary layer 200a.
  • at least some of the trenches 400 extend into the substrate 10. This can make it possible, depending on the targeted applications, to single out different zones of the substrate 10, for example to electrically isolate them from each other.
  • the formation of the trenches 400 makes it possible to divide the first primary layer 200a into a plurality of first layers 200 and the second primary layer 300a into a plurality of second layers 300.
  • the stack 1 comprising the substrate 10 surmounted by the structures 1000 , each structure 1000 comprising a pad, a first layer 200 and a second layer 300.
  • the first layer 200 and the pad 100 are substantially level in the third direction Z.
  • the second layer 300 does not cover the side 103 of the pad 100.
  • the shrinkage portion 500 is only formed by part of the first layer 200.
  • the upper part 104 of the side 103 of the pad 100 is only covered by the first layer 200.
  • the lower part 105 of the side 103 is advantageously covered only by the first layer 200.
  • a portion of the second layer 300 is also removed. It is understood that the removal of the second layer 300 is understood as the removal of the second layers 300 of each structure 1000. This remark extends to the mention of all other elements common to all structures 1000.
  • the removal of the removal portion 500 is done for example during the same step as the removal of the second layer 300. It is for example possible to implement an etching of the first material and of the second material selective with respect to of the third material forming the pads 100. This etching also preferably presents selectivity between the first material and the second material. If we note Vi the etching speed of the first material, V2 the etching speed of the second material and V3 the etching speed of the third material, we therefore preferably have: V2 > V1 and V2 > V3. Preferably, V2 > 10*Vi and/or V2 > 100*Vs.
  • the selectivity between the first, second and third materials has as a direct consequence the height E pro t of the protrusion formed during the withdrawal of the withdrawal portion 500.
  • the height E pro t can be controlled by the choice of these materials.
  • This embodiment is characterized by its simplicity of implementation, in particular because relatively few steps are necessary for the formation of protrusions.
  • a first step consists of providing a stack comprising the substrate 10, a first primary layer 200a surmounting the substrate 10 and a first primary sublayer 310a surmounting the first primary layer 200a ( Figure 3A).
  • the first primary sublayer 310a is preferably in direct contact with the first primary layer 200a.
  • a first etching mask 50 having openings 55 is then deposited on the upper face 311a of the first primary sublayer 310a (FIG. 3B).
  • the parts of the first primary sublayer 310a and the first primary layer 200a located in line with the openings 55 are removed (FIG. 3C), then, preferably, the etching mask 50 is removed. This withdrawal makes it possible to form 250’ secondary cavities.
  • the secondary cavities 250' preferably extend to the upper face 11 of the substrate 10.
  • the latter are filled with the third material.
  • the third primary layer 100a extending into the secondary cavities 250', directly above the secondary cavities 250' in the third direction Z and on the first sub-cavity.
  • primary layer 310a Figure 3D
  • the deposition of the third primary layer 100a is preferably compliant.
  • the third primary layer 100a can then be thinned, for example by CMP, so that it is level with the first primary sublayer 310a (FIG. 3E).
  • a second primary sub-layer 320a is then formed on, and preferably in direct contact with, the upper face 311A of the first primary sub-layer 310a and on, and preferably in direct contact with, the top 101 of the pads 100 ( Figure 3F).
  • the assembly consisting of the first primary sub-layer 310a and the second primary sub-layer 320a is called second primary layer 300a.
  • Trenches 400 are then formed in the second primary layer 300a and the first primary layer 200a.
  • the trenches 400 pass through the second primary layer 300a over its entire thickness. They preferably also pass through the first primary layer 200a over its entire thickness.
  • the formation of the trenches 400 makes it possible to divide the first primary layer 200a into a plurality of first layers 200 and the second primary layer 300a into a plurality of second layers 300. More precisely, the first primary sub-layer 310a is divided into a plurality of first sub-layers 310 of the second layers 300, and the second primary sub-layer 320a is divided into a plurality of second sub-layers 320 of the second layers 300.
  • at least some of the trenches 400 extend into the substrate 10. This can make it possible, depending on the targeted applications, to single out different zones of the substrate 10, for example to electrically isolate them from each other.
  • each structure 1000 comprising a pad, a first layer 200 and a second layer 300 ( Figure 3I).
  • the trenches 400 can be formed through openings 65 of a second etching mask 60 deposited on the second primary layer 300a ( Figures 3G and 3H). This second etching mask 60 is advantageously removed after the formation of the trenches 400.
  • the second layer 300 - more precisely the first sub-layer 310 of the second layer 300 - covers part of the sidewall 103.
  • the first layer 200 Prior to the removal step, the first layer 200 extends on only a portion of the side 103 of the pad 100 and does not extend to the top 101 of the pad 100.
  • the shrinkage portion 500 is at least formed by the first sub-layer 310 of the second layer 300.
  • the removal portion 500 extends only in the first sub-layer 310 of the second layer 300. It is however also possible to remove part of the first layer 200 to form the protrusion.
  • the withdrawal portion 500 is selectively removed with respect to the pad 100 after formation trenches 400.
  • the removal of the removal portion 500 advantageously includes the removal of the entire second layer 300, always selectively with respect to the pad 100.
  • the pads 100 project from the first primary layer 200 as soon as they are formed. This comes from the fact that the pads 100 are formed in the secondary cavities 250', delimited, in any plane parallel to the transverse plane XY, on the one hand by the first primary layer 200a and on the other hand by the first primary sub-layer 310a.
  • the height E pro t of the protrusion obtained after removal of the shrinkage portion 500 is therefore typically defined by the thickness Es a, measured in the third direction Z, of the first primary sub-layer 310a.
  • the shrinkage layer 500 corresponds to the first sub-layer 310 of the third layer 300, we have substantially Eprot — EsiOa-
  • An advantage of the second embodiment is the excellent control of the height E pro t of the protrusion. As mentioned previously, this height can be defined as soon as the first primary sub-layer 310a is deposited, but the thickness of a layer when it is deposited is a very well-controlled parameter in the industry. We can therefore precisely control Es a and therefore Eprot-
  • This embodiment can also make it possible to form a protrusion having a particularly large height E pro t.
  • the removal of the second material forming the removal portion 500 selectively from the third material forming the pad 100 can in fact be carried out without difficulty over a significant height, typically from 50 to 200 nm.
  • the steps making it possible to obtain the substrate 10 surmounted by the first primary layer 200a comprising cavities 250 can be similar to those described for the first embodiment with reference to Figures 2A to 2C.
  • a third primary layer 100a is then formed in the cavities 250 and on the upper face 201a of the second primary layer 200a.
  • the third primary layer 100a is preferably compliant. Its upper face 101a preferably extends in a plane parallel to the transverse plane XY.
  • the portions of the third primary layer 100a surmounting the first primary layer 200a are removed. This makes it possible to update the upper face 201a of the first primary layer 200a. This withdrawal also makes it possible to single out the third primary layer 100a into blocks 100.
  • This removal can be carried out by thinning, for example by CMP, of the first primary layer 200a of the third primary layer 100a.
  • CMP thinning
  • a CMP process can in fact make it possible to thin the first primary layer 200a selectively to the third primary layer 100a, through a judicious choice of the slurry (English term meaning "mud") of CMP and the buffer (commonly referred to as English for “pad”) of CMP.
  • this removal is carried out, for example by wet etching, through a mask having openings overhanging the first primary layer 200a (not shown in the figures).
  • a second primary layer 300a is then formed on the pads 100 and the first primary layer 200A.
  • the second primary layer 300a is preferably in contact with the top 101 of the pads 100 and the upper face 201 A of the first primary layer 200A.
  • Trenches 400 are then formed in the second primary layer 300a and the first primary layer 200a (FIG. 4G).
  • the trenches 400 pass through the second primary layer 300a over its entire thickness. They preferably also pass through the first primary layer 200a over its entire thickness.
  • the formation of the trenches 400 makes it possible to divide the first primary layer 200a into a plurality of first layers 200 and the second primary layer 300a into a plurality of second layers 300. More precisely, the first primary sub-layer 310a is divided into a plurality of first sub-layers 310 of the second layers 300, and the second primary sub-layer 320a is divided into a plurality of second sub-layers 320 of the second layers 300.
  • the stack 1 comprising the substrate 10 surmounted by the structures 1000, each structure 1000 comprising a pad, a first layer 200 and a second layer 300 (FIG. 4G).
  • the trenches 400 can be formed through openings 65 of a second etching mask 60 deposited on the second primary layer 300a (FIGS. 4E and 4F). This second etching mask 60 is advantageously removed after the formation of the trenches 400.
  • the second layer 300 covers part of the sidewall 103.
  • the first layer 200 Prior to the removal step, the first layer 200 extends over only a portion of the sidewall 103 of the stud 100 and does not extend not until summit 101 of plot 100.
  • the shrinkage portion 500 is at least formed by a part of the second layer 300.
  • the shrinkage portion 500 extends only in the second layer 300.
  • the withdrawal portion 500 is selectively removed with respect to the pad 100 after the formation of the trenches 400.
  • the removal of the removal portion 500 advantageously includes the removal of the entire second layer 300, always selectively with respect to the pad 100.
  • This embodiment can also make it possible to form a protrusion having a particularly large height E pro t, potentially even greater than by implementing the second embodiment described previously.
  • the removal of the second material forming the removal portion 500 selectively from the third material forming the pad 100 can in fact be carried out without difficulty over a significant height, typically 50 to 200 nm.
  • the top 101 of the pads 100 is covered by the second primary layer 300a.
  • This has the advantage of protecting this summit 101 and in particular of making it possible to maintain its level of surface roughness, which could be strongly impacted during the formation of the trenches 400.
  • the surface roughness obtained after thinning the second primary layer 300a or the pads 100 can be controlled by adjusting certain thinning parameters.
  • the CMP suspension sometimes called CMP mud, CMP paste or more commonly "slurry” (English term meaning "mud") of CMP, used during the thinning step can be chosen according to the roughness surface area targeted for the pads 100.
  • the CMP suspension is advantageously chosen so that the surface roughness of the pads 100 is compatible with their bonding with a specific object, depending on the targeted applications. It may for example be a thin film based on the third material.
  • the roughness R i of the vertex 101 of the pads 100 is advantageously less than 2 nm, preferably less than 1.5 nm.
  • the step of thinning the third primary layer 100A making it possible to obtain the pads 1 (transition from Figure 2D to Figure 2E in the first mode of embodiment, from Figure 3D to Figure 3E in the second embodiment and from Figure 4B to 4C in the third embodiment) takes place before the step of forming the trenches 400.
  • removals of material formation of cavities 250, formation of trenches 400, removal of the removal portion 500, removal of the second layer 300, etc.
  • removal of the different etching masks 50, 60 can in particular be done by stripping, more commonly referred to by the English term “stripping”.
  • the invention proposes a method of preparing a stack with a view to assembly with another stack or substrate that is simple to implement. It makes it possible to place, at the level of each structure 1000, a portion of the pad 100 in protrusion relative to the first layer. These protrusions can be used for gluing or transferring the stack to another stack or substrate. In particular, as mentioned previously, the vertex 101 of the pads 100 is protected during the process and maintains a roughness suitable for direct bonding.
  • the invention proposes a stack and a method of manufacturing this stack allowing efficient transfer of structures from one stack to another.
  • the presence of protrusions according to the invention in fact allows effective bonding of one or more pads or structures towards a receiving stack, not requiring dimensional control greater than the control currently accessible in the industry, and not requiring The heating step risks causing distortions and/or strong mechanical stresses within the stacks.

Landscapes

  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Packaging Of Annular Or Rod-Shaped Articles, Wearing Apparel, Cassettes, Or The Like (AREA)
  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

L'invention concerne un procédé de préparation d'un empilement (1) comprenant la fourniture d'un empilement comprenant un substrat (10) surmonté d'une pluralité de structures (1000). Chaque structure comprend un plot (100) comprenant un sommet (101) et au moins un flanc (103), une première couche (200) surmontant le substrat, la première couche recouvrant une partie du flanc du plot, une deuxième couche (300) recouvrant au moins le sommet du plot. La structure comprend une portion de retrait (500) recouvrant une partie supérieure (104) du flanc du plot et formée par au moins l'une parmi la première couche et la deuxième couche, et une portion de recouvrement (600), recouvrant une partie inférieure (105) du flanc et s'étendant depuis la portion de retrait. La portion de retrait est ensuite retirée en laissant en place la portion de recouvrement pour former une protrusion.

Description

« Procédé de préparation d’un empilement en vue d’un collage »
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
La présente invention concerne la préparation d’un substrat, notamment en vue de son collage avec un autre substrat. Elle s’inscrit notamment dans la fabrication de dispositifs optoélectroniques et microélectroniques. Elle trouve par exemple pour application particulièrement avantageuse le domaine de l’assemblage d’un substrat présentant des éléments à base de cuivre avec un substrat recouvert d’un film de cuivre.
ETAT DE LA TECHNIQUE
L’assemblage de deux substrats est une opération très courante en microélectronique et optoélectronique. Un tel assemblage peut notamment avoir pour objectif de transférer des éléments, par exemple des photo-éléments tels des pixels, d’un substrat à un autre.
Une technique courante pour l’assemblage de deux substrats illustrée aux figures 1A à 1C repose sur un collage direct entre des protrusions 200’ à base d’un diélectrique, par exemple du SiC>2, se trouvant à la surface d’un premier des deux substrats, et le deuxième substrat 2’. D’autres éléments du premier substrat T, typiquement des piliers de cuivre 100’, se trouvent en retrait par rapport aux protrusions 200’ en SiC>2. Lors de l’étape d’assemblage des deux substrats, une étape de chauffage provoque une dilatation des piliers de cuivre. La dilatation des protrusions en SiC>2 ayant lieu parallèlement est moins importante que celle des piliers de cuivre. De ce fait, moyennant un juste dimensionnement du retrait des piliers par rapport aux protrusions en SiC>2, les piliers se trouvent à la fin de l’étape de chauffage de niveau avec les protrusions en SiC>2 et au contact de la surface du deuxième substrat.
Si ce procédé est fonctionnel dans certains contextes, il n’est cependant pas applicable à tous les substrats, et notamment pas lorsque ces derniers comportent des matériaux dont la température de fusion est inférieure à la température à laquelle le matériau des éléments en retrait peut présenter une expansion volumique. A titre d’exemple, la température de recuit du cuivre est de 350°C tandis que certains matériaux utilisés pouvant nécessiter de tels assemblages présentent des températures de fusion de l’ordre de 250°C. Il est donc impossible de mettre en œuvre cette solution lorsque ces matériaux sont impliqués.
L’étape de chauffage peut par ailleurs provoquer des problèmes de distorsions et contraintes mécaniques fortes au sein des substrats lorsque ces derniers contiennent des matériaux présentant des coefficients de dilatation thermique trop différents entre eux. Cela est notamment le cas lorsque le deuxième substrat comprend un support à base de verre recouvert d’un mince film de cuivre.
Un autre inconvénient de cette méthode réside en la précision requise dans le dimensionnement du retrait des piliers de cuivre par rapport aux protrusions SiC>2. En effet, une variation dans la valeur de ce retrait, par exemple du fait d’aléas de fabrication, pourrait provoquer, au moment de la dilatation des piliers de cuivre, des décollements intempestifs au sein des substrats.
Les documents US 2022/173161 A1 , US 2022/352442 A1 et US 2017/069804 A1 divulgue des procédés de collage d’un premier substrat sur un deuxième substrat par l’intermédiaire de protrusions formées sur le premier substrat. Ces procédés ne sont cependant pas optimaux.
Un objectif de la présente invention est donc de proposer un procédé de préparation d’un substrat en vue d’un assemblage avec un autre substrat, ce procédé ne nécessitant pas de soumettre le substrat à des températures élevées.
RESUME DE L’INVENTION Pour atteindre cet objectif, selon un mode de réalisation on prévoit un procédé de préparation d’un empilement comprenant les étapes suivantes :
- fournir un empilement comprenant un substrat surmonté d’une pluralité de structures séparées par des tranchées, chaque structure comprenant :
• un plot comprenant un sommet et au moins un flanc,
• une première couche à base d’un premier matériau et surmontant le substrat, la première couche recouvrant une partie au moins du flanc du plot,
• une deuxième couche à base d’un deuxième matériau et recouvrant au moins le sommet du plot,
• une portion de retrait, recouvrant, de préférence en étant au contact direct de, une partie supérieure du flanc du plot, la partie supérieure du flanc s’étendant depuis le sommet du plot, la portion de retrait étant formée par au moins l’une parmi la première couche et la deuxième couche,
• une portion de recouvrement, recouvrant, de préférence en étant au contact direct de, une partie inférieure du flanc du plot et s’étendant depuis la portion de retrait, la portion de recouvrement étant formée par la première couche,
- retirer la deuxième couche,
- retirer la portion de retrait en laissant en place la portion de recouvrement de sorte à mettre à découvert la partie supérieure du flanc du plot, la partie supérieure du flanc du plot formant une protrusion au-delà de la portion de recouvrement.
La protrusion ainsi formée est propice à un collage sur une autre surface, par exemple la face supérieure d’un support de transfert.
Un deuxième aspect de l’invention concerne un empilement comprenant un substrat surmonté d’une pluralité de structures séparées par des tranchées, chaque structure comprenant :
- un plot comprenant un sommet et au moins un flanc,
- une première couche à base d’un premier matériau et surmontant le substrat, la première couche recouvrant une partie au moins du flanc du plot,
- une portion de recouvrement formée par la première couche, recouvrant, de préférence en étant au contact direct de, une partie inférieure du flanc du plot et laissant à découvert une partie supérieure du flanc du plot, la partie supérieure du plot formant une protrusion par rapport à la première couche.
Un troisième aspect de l’invention concerne un procédé de collage ou de report d’au moins un plot compris dans un empilement selon le deuxième aspect de l’invention sur un empilement de réception :
- Fournir un empilement selon le deuxième aspect de l’invention,
- Fournir un empilement de réception présentant une face supérieure,
- Réaliser un collage direct du sommet de l’au moins un plot de l’empilement sur la face supérieure de l’empilement de réception.
Les protrusions formées lors du procédé de préparation permettent en effet, lors du procédé de collage, un collage efficace. Tout particulièrement, il n’est pas nécessaire de procéder à une étape de chauffage risquant de provoquer des distorsions et/ou contraintes mécaniques fortes au sein des empilements, comme cela était le cas dans l’art antérieur. Il est éventuellement possible de procéder à un recuit de consolidation après le collage direct pour améliorer l’adhésion entre les sommets des plots et la face supérieure de l’empilement de réception, mais un tel recuit s’effectue à des températures inférieures aux températures pour lesquelles des déformations mécaniques peuvent survenir.
Par ailleurs, ce procédé de collage ne nécessite pas un contrôle dimensionnel supérieur au contrôle couramment accessible dans l’industrie.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée d’un mode de réalisation de cette dernière qui est illustré par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels :
Les figures 1A à 1 C représentent un procédé d’assemblage de deux substrats selon l’art antérieur. La figure 1A illustre un empilement selon l’art antérieur comprenant un substrat surmonté de piliers en retrait par rapport à des protrusions à base d’un diélectrique. Les protrusions recouvrent latéralement les piliers.
La figure 1 B illustre le retournement de l’empilement selon l’art antérieur et sa mise en vis- à-vis d’un empilement de réception.
La figure 1C illustre l’assemblage des deux empilements et leur collage par chauffage. La figure 1C illustre notamment la dilatation des piliers.
Les figures 2A à 2J illustrent un premier mode de réalisation du procédé selon l’invention. La figure 2A représente la fourniture d’un empilement primaire comprenant un substrat et une première couche primaire surmontant le substrat.
La figure 2B illustre la formation d’un premier masque de gravure sur la première couche primaire.
La figure 2C représente la formation de cavités dans la première couche primaire.
La figure 2D illustre la formation d’une troisième couche primaire dans les cavités et sur la première couche primaire.
La figure 2E représente l’amincissement de la troisième couche primaire de sorte à former des plots s’étendant dans les cavités.
La figure 2F représente la formation d’une deuxième couche primaire sur les plots et la première couche primaire.
La figure 2G représente la formation d’un deuxième masque de gravure sur la deuxième couche primaire.
La figure 2H illustre la formation au travers du deuxième masque de gravure de tranchées s’étendant dans la deuxième couche primaire et la première couche primaire. Sont ainsi formées une pluralité de deuxièmes couches à partie de la deuxième couche primaire et une pluralité de premières couches à partir de la première couche primaire.
La figure 21 illustre le retrait du deuxième masque de gravure.
La figure 2J illustre le retrait des deuxièmes couches et d’une partie des premières couches s’étendant, antérieurement au retrait, à partir des deuxièmes couches.
Les figures 3A à 3J illustrent un deuxième mode de réalisation du procédé selon l’invention. La figure 3A représente la fourniture d’un empilement comprenant un substrat, une première couche primaire surmontant le substrat et une première sous-couche primaire surmontant la première couche primaire.
La figure 3B représente la formation d’un premier masque de gravure sur la première sous- couche primaire.
La figure 3C représente la formation de cavités secondaires dans la première couche primaire et dans la première sous-couche primaire au travers du premier masque de gravure. La figure 3D représente la formation d’une troisième couche primaire dans les cavités secondaires et sur la première sous-couche primaire.
La figure 3E illustre l’amincissement de la troisième couche primaire de sorte à former des plots s’étendant dans les cavités secondaires et de niveau avec la première sous-couche primaire.
La figure 3F illustre la formation d’une deuxième sous-couche primaire sur les plots et sur la première sous-couche primaire. La première sous-couche primaire et la deuxième sous- couche primaire forment une deuxième couche primaire.
La figure 3G représente la formation d’un deuxième masque de gravure sur la deuxième couche primaire.
La figure 3H illustre la formation au travers du deuxième masque de gravure de tranchées s’étendant dans la deuxième couche primaire et la première couche primaire. Sont ainsi formées une pluralité de deuxièmes couches à partie de la deuxième couche primaire et une pluralité de premières couches à partir de la première couche primaire.
La figure 31 illustre le retrait du deuxième masque de gravure.
La figure 3J illustre le retrait des deuxièmes couches, formant ainsi une protrusion.
Les figures 4A à 4H illustrent un troisième mode de réalisation du procédé selon l’invention. La figure 4A représente la fourniture d’un empilement comprenant un substrat et une première couche primaire surmontant le substrat. La première couche primaire comprend des cavités.
La figure 4B illustre la formation d’une troisième couche primaire dans les cavités et sur la première couche primaire.
La figure 4C illustre l’amincissement de la troisième couche primaire de sorte à singulariser cette dernière en plot individuels se trouvant en saillie par rapport à la première couche primaire.
La figure 4D représente la formation d’une deuxième couche primaire sur les plots et sur la première couche primaire.
La figure 4E représente la formation d’un deuxième masque de gravure sur la deuxième couche primaire.
La figure 4F illustre la formation au travers du deuxième masque de gravure de tranchées s’étendant dans la deuxième couche primaire et la première couche primaire. Sont ainsi formées une pluralité de deuxièmes couches à partie de la deuxième couche primaire et une pluralité de premières couches à partir de la première couche primaire.
La figure 4G illustre le retrait du deuxième masque de gravure.
La figure 4H illustre le retrait des deuxièmes couches, formant ainsi une protrusion.
Les figures 5A et 5B sont des vues de dessus des étapes représentées aux figures 21, 31 et 4G. La figure 5A illustre un mode de réalisation dans lequel les plots sont cylindriques à base carrée.
La figure 5B illustre le cas de plots cylindriques circulaires.
Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier les dimensions ne sont pas représentatives de la réalité.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L’INVENTION
Avant d’entamer une revue détaillée des modes de réalisation de l’invention, sont énoncées ci-après des caractéristiques optionnelles qui peuvent éventuellement être utilisées en association ou alternativement :
Selon un exemple, le substrat présente une face inférieure s’étendant principalement selon un plan transversal défini par une première direction et une deuxième direction, la protrusion présentant une hauteur Eprot selon une troisième direction perpendiculaire audit plan transversal, telle que Eprot < 0.5*Efianc , de préférence Eprot < 0.3*Efianc et de préférence Eprot < 0.1*Efianc, Efianc étant la hauteur du flanc prise selon la direction Z. Eprot est ainsi mesurée, selon Z, entre une extrémité de la portion de recouvrement et le sommet du plot.
Selon un exemple, Eprot > 5 nm, de préférence Eprot ^ 10 nm. De préférence, Eprot s 50 nm,
EProt < 30 nm.
Selon un exemple, le retrait de la deuxième couche et le retrait de la portion de retrait s’effectuent lors d’une unique étape de gravure.
Selon un mode de réalisation, la portion de retrait est formée uniquement par la première couche.
Selon un exemple, préalablement à l’étape de retrait, la première couche s’étend jusqu’au sommet du plot. Notamment, la deuxième couche peut ne pas recouvrir le flanc.
Selon un exemple, le retrait de la portion de retrait s'effectue par contrôle du temps, ainsi de préférence que par la sélectivité de gravure des différents matériaux
Selon un mode de réalisation, la portion de retrait est formée en partie au moins par la deuxième couche. Ainsi, la deuxième couche recouvre une partie du flanc.
Selon un exemple, la portion de retrait est formée uniquement par la deuxième couche. Cela permet de contrôler très précisément la hauteur de la protrusion obtenue avec le retrait de la couche de retrait. Cela permet d’avoir recours uniquement à des étapes très courantes et parfaitement maîtrisées dans l’industrie. Cela permet également de limiter le nombre d’étapes à mettre en œuvre pour retirer la portion de retrait. Cela se traduit ainsi par un gain de temps et un gain économique.
Selon un exemple, le retrait de la portion de retrait comprend la gravure de la deuxième couche sélectivement à la première couche. Le retrait de la portion de retrait s’effectue par exemple par gravure de la deuxième couche avec arrêt sur la première couche.
Selon un mode de réalisation particulier de l’invention, la fourniture de l’empilement comprend les étapes suivantes :
- Former la première couche,
- Former le plot,
- Former la deuxième couche, et la formation de la deuxième couche comprend les sous-étapes suivantes :
- Après la formation de la première couche et préalablement à la formation du plot, former une première sous-couche de la deuxième couche, la première sous- couche surmontant la première couche,
- Après la formation du plot, former une deuxième sous-couche de la deuxième couche, la deuxième sous-couche surmontant au moins le plot.
Selon un mode de réalisation particulier de l’invention, la fourniture de l’empilement comprend les étapes suivantes :
- Former la première couche,
- Former le plot,
- Former la deuxième couche, et la deuxième couche est déposée sur le plot et la première couche après la formation du plot.
Selon un exemple, les plots sont formés d’un troisième matériau, le troisième matériau étant à base de l’un parmi du cuivre, de l’aluminium, du tungstène et du titane. De façon générale, le troisième matériau est un matériau électriquement conducteur, de préférence un matériau métallique.
Selon un exemple, le premier matériau est à base de l’un parmi : le SiO2, le SiN et le Si. Selon un exemple, le deuxième matériau est à base de l’un parmi le SiN, le SiO2, et le Si. Le premier et le deuxième matériau peuvent chacun être à base d’un matériau diélectrique. Il est précisé que, dans le cadre de la présente invention, les termes « sur », « surmonte », « recouvre », « sous-jacent », en « vis-à-vis » et leurs équivalents ne signifient pas forcément « au contact de ». Ainsi par exemple, le dépôt, le report, le collage, l’assemblage ou l’application d’une première couche sur une deuxième couche, ne signifie pas obligatoirement que les deux couches sont directement au contact l’une de l’autre, mais signifie que la première couche recouvre au moins partiellement la deuxième couche en étant, soit directement à son contact, soit en étant séparée d’elle par au moins une autre couche ou au moins un autre élément.
Une couche peut par ailleurs être composée de plusieurs sous-couches d’un même matériau ou de matériaux différents.
On entend par un substrat, une couche, un dispositif, « à base » d’un matériau M, un substrat, une couche, un dispositif comprenant ce matériau M uniquement ou ce matériau M et éventuellement d’autres matériaux, par exemple des éléments d’alliage, des impuretés ou des éléments dopants. Ainsi un matériau à base d’un matériau lll-N peut comprendre un matériau lll-N additionné de dopants. De même, une couche à base de GaN comprend typiquement du GaN et des alliages d’AIGaN ou d’InGaN.
Le terme « matériau lll-V » fait référence à un semi-conducteur composé d’un ou plusieurs éléments de la colonne III et de la colonne V du tableau périodique de Mendeleïev. On compte parmi les éléments de la colonne III le bore, le gallium, l’aluminium ou encore l’indium. La colonne V contient par exemple l’azote, l’arsenic, l’antimoine et le phosphore.
On entend par « gravure sélective vis-à-vis de » ou « gravure présentant une sélectivité vis- à-vis de » une gravure configurée pour enlever un matériau A ou une couche A vis-à-vis d’un matériau B ou d’une couche B, et présentant une vitesse de gravure du matériau A supérieure à la vitesse de gravure du matériau B. La sélectivité est le rapport entre la vitesse de gravure du matériau A sur la vitesse de gravure du matériau B. La sélectivité entre A et B est notée SA: B.
La rugosité d’une surface est un paramètre caractérisant l’état de cette surface. Elle est le plus souvent associée en tribologie à la profondeur caractéristique des stries sillonnant la surface. La rugosité d’une surface est notée Ra et s’exprime typiquement en pm (1 pm = 10'6 m) ou nm (1 nm = 10'9 m).
Un repère, de préférence orthonormé, comprenant les axes X, Y, Z est représenté en figures 1 A, 2A, 3A, 4A, 5A et 5B. Ce repère est applicable par extension aux autres figures.
Dans la présente demande de brevet, on parlera préférentiellement d’épaisseur pour une couche et de hauteur pour une structure ou un dispositif. La hauteur est prise perpendiculairement au plan transversal XY. L’épaisseur est prise selon une direction normale au plan d’extension principal de la couche. Ainsi, une couche présente typiquement une épaisseur selon Z, lorsqu’elle s’étend principalement le long du plan transversal XY, et un élément en saillie, par exemple une tranchée d’isolation, présente une hauteur selon Z. Les termes relatifs « sur », « sous », « sous-jacent » se réfèrent préférentiellement à des positions prises selon la direction Z.
Les termes « sensiblement », « environ », « de l'ordre de » signifient « à 10% près, de préférence à 5% près ».
Une première étape du procédé selon l’invention consiste en la fourniture d’un empilement 1 comprenant un substrat 10 et une pluralité de structures 1000 surmontant le substrat 10 et séparées par les tranchées 400.
Le substrat 10 présente une face inférieure 12 s’étendant principalement dans un plan transversal XY défini par une première direction X et une deuxième direction Y. Le substrat 10 peut également comprendre une couche émettrice 15 comprenant une pluralité d’éléments photoémetteurs. Les éléments photoémetteurs peuvent par exemple être des nanofils ou microfils actifs formant des LED ou micro-LED. Il peut par exemple s’agir de LED standards à deux dimensions (LEDS 2D). Les éléments photoémetteurs présentent typiquement une forme allongée selon une troisième direction Z perpendiculaire au plan transversal XY. La couche émettrice 15 est typiquement à base d’un ou plusieurs matériaux semi-conducteurs.
Les structures 1000 présentent une forme cylindrique, de préférence celle d’un cylindre droit dont les droites génératrices s’étendent selon la troisième direction Z. Les structures 1000 ont typiquement une section rectangulaire, de préférence carrée, dans un plan parallèle au plan transversal XY, comme représenté sur les figures 5A et 5B.
Les structures 1000 sont séparées les unes des autres par des tranchées 400. Ces tranchées sont typiquement rectilignes. Les tranchées 400 peuvent par exemple comprendre une première série de tranchées 400a et une deuxième série de tranchées 400b, les tranchées 400b de la deuxième série étant perpendiculaires aux tranchées 400a de la première série. Les tranchées 400a de la première série s’étendent par exemple selon la première direction X et celles de la deuxième série selon la deuxième direction Y, comme représenté sur les figures 5A et 5B.
Chacune des structures 1000 surmontant le substrat 10 comprend un plot 100 présentant un sommet 101 et au moins un flanc 103 présentant une hauteur Eflanc selon la troisième direction Z. Eflanc est avantageusement supérieure à 500 nm, typiquement sensiblement égale à 1 pm.
Le sommet 101 du plot 100 s’étend avantageusement dans un plan dit supérieur 501 , de préférence parallèle au plan transversal XY.
Le plot 100 a typiquement la forme d’un cylindre, de préférence un cylindre droit dont les droites génératrices définissant une ou plusieurs faces latérales du plot 100 s’étendent de préférence selon la troisième direction Z. Le plot 100 peut par exemple présenter une forme polygonale dans le plan transversal XY. Le plot 100 présente alors plusieurs faces latérales. Dans le cas particulier d’un plot 100 présentant une forme rectangulaire voire carrée dans le plan transversal XY, le plot 100 présente quatre faces latérales 103a, 103b, 103c, 103d, comme représenté sur la figure 5A. Le plot 100 peut également avoir une forme cylindrique circulaire, comme illustré à la figure 5B. Il ne présente alors qu’une seule face latérale. Dans le cas d’un plot cylindrique, l’au moins un flanc 103 du plot 100 correspond à une ou la face latérale du plot 100.
Le plot 100 est de préférence à base d’un matériau métallique, par exemple du cuivre, de l’aluminium, du tungstène ou encore du titane.
Chaque plot 100 recouvre avantageusement au moins un élément photoémetteur compris dans la couche émettrice 15. Les éléments photoémetteurs se trouvent ainsi au droit des plots 100 en projection selon le plan transversal XY. Ils peuvent être en contact direct avec les plots 100, éventuellement par l’intermédiaire d’une couche dite couche contact 16 pouvant par exemple être à base d’aluminium, de titane ou de nitrure de titane. Chacune des structures comprend de plus une première couche 200 présentant une face supérieure 201 s’étendant de préférence dans un plan parallèle au plan transversal XY. Selon un exemple, la première couche 200 surmonte directement le substrat 10, c’est-à- dire que sa face inférieure 202 est au contact du substrat 10. Elle présente une épaisseur E200 selon la troisième direction Z. La première couche 200 recouvre au moins une partie du flanc 103 du plot 100. Elle est ainsi au contact du plot 100 sur une hauteur Erecouvrement non nulle inférieure ou égale à la hauteur du flanc Enanc.
Chacune des structures 1000 comprend en outre une deuxième couche 300 recouvrant au moins le sommet 101 du plot 100. Elle peut également recouvrir une partie au moins de la première couche 200. La deuxième couche 300 est de préférence en contact direct avec le sommet 101 du plot 100 et éventuellement la première couche 200. Elle présente une face supérieure 301 s’étendant de préférence dans un plan parallèle au plan transversal XY. L’empilement 1 fourni lors du procédé selon l’invention peut par exemple être obtenu selon les étapes ci-dessous :
- Fournir un empilement primaire 1a comprenant, comme illustré à la figure 2A :
• Le substrat 10,
• Une première couche primaire 200a à base du premier matériau et recouvrant le substrat 10.
- Former dans la première couche primaire 200a des cavités 250 traversant entièrement la première couche primaire 200a selon la troisième direction Z. Cette étape est illustrée par les figures 2B et 2C.
- Remplir les cavités 250 par le troisième matériau, formant ainsi les plots 100 (figures 2E, 4C).
- Former une deuxième couche primaire 300a à base du deuxième matériau et surmontant les plots 100 et les premières couches 200 (figures 2F, 3A, 3F, 4D).
- Former les tranchées 400 traversant entièrement la deuxième couche primaire 300a et la première couche primaire 200a selon la troisième direction Z. La formation des tranchées 400 permet de singulariser et former les structures 1000, comme illustré en figures 2H, 3J, 4F. Elles séparent notamment les premières couches 200 formées dans la première couche primaire 200a, et les deuxièmes couches 300 formées dans la deuxième couche primaire 300a, qui feront chacune partie d’une structure 1000.
Il est entendu cependant que l’empilement 1 peut être obtenu selon tout autre mode réalisation.
Suite à la fourniture de l’empilement 1 , une étape de retrait d’une portion de retrait 500 est mise en œuvre au niveau de chaque structure 1000.
La portion de retrait 500 est formée par au moins l’une parmi la première couche 200 et la deuxième couche 300. Elle recouvre une partie supérieure 104 du flanc 103 du plot 100. Dit autrement, elle est adjacente, dans un plan parallèle au plan XY, au flanc 103 du plot 100, et ce en tout point de la partie supérieure 104 du flanc 103. La portion de retrait 500 est de préférence au contact direct de la partie supérieure 104 du flanc 103 du plot 100. Dans le cas particulier d’un plot 100 présentant plusieurs flancs, la partie supérieure 104 s’étendant avantageusement dans chacun des flancs 103 du plot 100.
La partie supérieure 104 du flanc 103 s’étend depuis le sommet 101 du plot 100. Plus précisément, la partie supérieure 104 s’étend depuis la ou les arêtes du plot 100 délimitant son sommet 101 et son flanc 103. Elle présente selon la troisième direction Z une hauteur E 4. La portion de retrait 500 s’étend selon la troisième direction Z sur une distance inférieure à la hauteur du flanc 103. On a ainsi Eio4<Eflanc.
La portion de retrait 500 peut ainsi s’étendre, selon la troisième direction Z, entre le plan supérieur 501 dans lequel s’étend le sommet 101 des plots 100, et un plan inférieur 502 s’étendant, selon la troisième direction Z, entre le plan transversal XY et le plan supérieur 501.
Lors de l’étape de retrait de la portion de retrait 500, une portion de recouvrement 600 est laissée en place.
La portion de recouvrement 600 est formée par la première couche 200. Elle recouvre une partie inférieure 105 du flanc 103 du plot 100. Dit autrement, elle est adjacente, dans un plan parallèle au plan XY, au flanc 103 du plot 100, et ce en tout point de la partie inférieure 105 du flanc 103. La portion de recouvrement 600 est de préférence au contact direct de la partie inférieure 105 du flanc 103 du plot 100.
La portion de recouvrement 600 s’étend depuis la portion de retrait 500, c’est-à-dire que la partie supérieure 104 et la partie inférieure 105 du flanc 103 du plot 100 sont en contact.
La partie inférieure 105 du flanc 103 présente selon la troisième direction Z une hauteur E 5. Selon un exemple, la portion de retrait 500 et la portion de recouvrement 600 recouvrent ensemble le flanc 103 du plot 100 sur toute la hauteur. On a alors E104+E105 = Enanc.
La partie inférieure 105 du flanc 103 est, lors du retrait de la portion de retrait 500, laissée recouverte par la portion de recouvrement 600.
Une fois la portion de retrait 500 retirée, la partie supérieure 104 du flanc 103 forme une protrusion au-delà de la portion de recouvrement 600. Le plot 100 est ainsi en saillie selon la troisième direction Z par rapport à au moins une partie restante de la première couche 200 correspondant à la portion de recouvrement 600. La protrusion formée présente une hauteur Eprot selon la troisième direction. Avantageusement, Eprot est supérieure ou égale à 5 nm.
Différents modes de réalisation du procédé selon l’invention vont maintenant être décrit plus en détails.
Premier exemple de mise en œuvre du procédé selon l’invention
Un premier mode de réalisation du procédé selon l’invention va maintenant être décrit en référence aux figures 2A à 2J.
Une première étape consiste en la fourniture d’un empilement primaire 1a comprenant le substrat 10 et une première couche primaire 200a surmontant le substrat 10 (figure 2A). Un premier masque de gravure 50 est ensuite déposé sur la face supérieure 201a de la première couche primaire 200a (figure 2B) et un retrait de certaines parties de la première couche primaire 200a est effectué au travers d’ouvertures 55 dans le premier masque de gravure 50, puis, de préférence, ce dernier est retiré (figure 2C). Ce retrait permet de former des cavités 250 dans la première couche primaire 200a. De préférence, le retrait dans la première couche primaire 200a se fait sur toute son épaisseur selon la troisième direction Z. Dit autrement, de préférence, les cavités 250 s’étendent jusqu’à la face supérieure 11 du substrat 10. On obtient ainsi un ensemble comprenant le substrat 10 surmonté par la première couche primaire 200a comprenant les cavités.
Les cavités 250 sont ensuite remplies du troisième matériau. Il est par exemple possible de déposer une troisième couche primaire 100a de troisième matériau s’étendant dans les cavités 250, à l’aplomb des cavités 250 selon la troisième direction Z et au-dessus de la première couche primaire 200a (figure 2D). Une partie de la troisième couche primaire 100a peut ensuite être retirée, par exemple par polissage mécano chimique (CMP), de sorte à la rendre de niveau selon la troisième direction Z avec la première couche primaire 200a (figure 2E). Les portions restantes de la troisième couche primaire 100a, séparées par la première couche primaire 200a, constituent les plots 100. Cette façon de procéder, par dépôt puis polissage, permet de réduire voire d’éviter toute saillie ou retrait possible des plots 100 par rapport à la première couche primaire 200a.
Comme illustré à la figure 2F, une deuxième couche primaire 300a est ensuite déposée sur la face supérieure 201a de la première couche primaire 200a et le sommet 101 des plots 100. La deuxième couche primaire 300a présente selon la troisième direction Z une épaisseur Esooa. Avantageusement, E3ooa est inférieure ou égale à 200 nm et/ou supérieure ou égale à 20 nm, de préférence sensiblement égale à 60 nm.
Un deuxième masque de gravure 60 est ensuite formé sur la deuxième couche primaire 300a (figure 2G). Le deuxième masque de gravure 60 présente des ouvertures 65 se situant à l’aplomb de la première couche primaire 200a.
Suite au dépôt du deuxième masque de gravure 60, des tranchées 400 sont formées au travers des ouvertures 65 dans la deuxième couche primaire 300a, la première couche primaire 200a, et éventuellement une portion du substrat 10 (figure 2H). De préférence, le deuxième masque de gravure 60 est ensuite retiré. Les tranchées 400 séparent les structures 1000 décrites précédemment. De préférence, les tranchées traversent toute l’épaisseur selon la troisième direction Z de la deuxième couche primaire 300a et de la première couche primaire 200a. Avantageusement, certaines au moins des tranchées 400 s’étendent dans le substrat 10. Cela peut permettre, selon les applications visées, de singulariser différentes zones du substrat 10, par exemple pour les isoler électriquement les unes des autres.
La formation des tranchées 400 permet de diviser la première couche primaire 200a en une pluralité de premières couches 200 et la deuxième couche primaire 300a en une pluralité de deuxième couches 300. On obtient ainsi l’empilement 1 comprenant le substrat 10 surmonté par les structures 1000, chaque structure 1000 comprenant un plot, une première couche 200 et une deuxième couche 300.
Dans ce mode de réalisation, dans chaque structure 1000, la première couche 200 et le plot 100 sont sensiblement de niveau selon la troisième direction Z. La deuxième couche 300 ne recouvre pas le flanc 103 du plot 100. Ainsi, comme illustré à la figure 2I, la portion de retrait 500 est uniquement formée par une partie de la première couche 200. La partie supérieure 104 du flanc 103 du plot 100 est uniquement recouverte par la première couche 200. La partie inférieure 105 du flanc 103, elle, est avantageusement recouverte uniquement par la première couche 200.
Avantageusement, dans ce mode de réalisation, lors du retrait de la portion de retrait 500, on retire également une partie de la deuxième couche 300. Il est entendu que le retrait de la deuxième couche 300 s’entend comme le retrait des deuxièmes couches 300 de chaque structure 1000. Cette remarque s’étend à la mention de tous les autres éléments communs à toutes les structures 1000.
Le retrait de la portion de retrait 500 se fait par exemple lors de la même étape que le retrait de la deuxième couche 300. Il est par exemple possible de mettre en œuvre une gravure du premier matériau et du deuxième matériau sélective vis-à-vis du troisième matériau formant les plots 100. Cette gravure présente également de préférence une sélectivité entre le premier matériau et le deuxième matériau. Si l’on note Vi la vitesse de gravure du premier matériau, V2 la vitesse de gravure du deuxième matériau et V3 la vitesse de gravure du troisième matériau, on a ainsi de préférence : V2 > V1 et V2 > V3. De préférence, V2 > 10*Vi et/ou V2 > 100*Vs.
La sélectivité entre les premier, deuxième et troisième matériau a pour conséquence directe la hauteur Eprot de la protrusion formée lors du retrait de la portion de retrait 500. Ainsi, la hauteur Eprot peut être contrôlée par le choix de ces matériaux.
Ce mode de réalisation se caractérise par sa simplicité de mise en œuvre, notamment car relativement peu d’étapes sont nécessaires à la formation de des protrusions.
Toutes les étapes décrites dans le cadre de ce premier mode de réalisation peuvent être mises en œuvre dans d’autres modes de réalisation du procédé selon l’invention. Les avantages que présentent ces étapes sont également transposables à d’autres modes de réalisation. Il est notamment possible d’utiliser une gravure sélective entre le premier, le deuxième et le troisième matériau telle que décrite plus haut pour la formation de la protrusion au cours d’autres variantes du procédé selon l’invention.
Deuxième exemple de mise en œuvre du procédé selon l’invention
Un deuxième mode de réalisation du procédé selon l’invention va maintenant être décrit en référence aux figures 3A à 3J.
Une première étape consiste en la fourniture d’un empilement comprenant le substrat 10, une première couche primaire 200a surmontant le substrat 10 et une première sous-couche primaire 310a surmontant la première couche primaire 200a (figure 3A). La première sous- couche primaire 310a est de préférence au contact direct de la première couche primaire 200a.
Un premier masque de gravure 50 présentant des ouvertures 55 est ensuite déposé sur la face supérieure 311a de la première sous-couche primaire 310a (figure 3B). Les parties de la première sous-couche primaire 310a et de la première couche primaire 200a se trouvant au droit des ouvertures 55 sont retirées (figure 3C), puis, de préférence, le masque de gravure 50 est retiré. Ce retrait permet de former des cavités secondaires 250’. Les cavités secondaires 250’ s’étendent de préférence jusqu’à la face supérieure 11 du substrat 10.
Suite à la formation des cavités secondaires 250’ dans la première couche primaire 200a et dans la première sous-couche primaire 310a, ces dernières sont remplies par le troisième matériau. Comme illustré aux figures 3F et 3G, il est par exemple possible de former une troisième couche primaire 100a s’étendant dans les cavités secondaires 250’, à l’aplomb des cavités secondaire 250’ selon la troisième direction Z et sur la première sous-couche primaire 310a (figure 3D). Le dépôt de la troisième couche primaire 100a est de préférence conforme. La troisième couche primaire 100a peut ensuite être amincie, par exemple par CMP, de sorte qu’elle se trouve de niveau avec la première sous-couche primaire 310a (figure 3E). Une deuxième sous-couche primaire 320a est ensuite formée sur, et de préférence au contact direct de, la face supérieure 311A de la première sous-couche primaire 310a et sur, et de préférence au contact direct de, le sommet 101 des plots 100 (figure 3F). L’ensemble constitué de la première sous-couche primaire 310a et de la deuxième sous-couche primaire 320a est nommé deuxième couche primaire 300a.
Des tranchées 400 sont ensuite formées dans la deuxième couche primaire 300a et la première couche primaire 200a. Les tranchées 400 traversent la deuxième couche primaire 300a sur toute son épaisseur. Elles traversent de préférence également la première couche primaire 200a sur toute son épaisseur.
La formation des tranchées 400 permet de diviser la première couche primaire 200a en une pluralité de premières couches 200 et la deuxième couche primaire 300a en une pluralité de deuxième couches 300. Plus exactement, la première sous-couche primaire 310a est divisées en une pluralité de premières sous-couches 310 des deuxièmes couches 300, et la deuxième sous-couche primaire 320a est divisées en une pluralité de deuxièmes sous- couches 320 des deuxièmes couches 300. Avantageusement, certaines au moins des tranchées 400 s’étendent dans le substrat 10. Cela peut permettre, selon les applications visées, de singulariser différentes zones du substrat 10, par exemple pour les isoler électriquement les unes des autres.
On obtient ainsi l’empilement 1 comprenant le substrat 10 surmonté par les structures 1000, chaque structure 1000 comprenant un plot, une première couche 200 et une deuxième couche 300 (figure 3I).
Comme décrit dans le cadre du premier mode de réalisation, les tranchées 400 peuvent être formées au travers d’ouvertures 65 d’un deuxième masque de gravure 60 déposé sur la deuxième couche primaire 300a (figures 3G et 3H). Ce deuxième masque de gravure 60 est avantageusement retiré après la formation des tranchées 400.
Dans le cadre du deuxième mode de réalisation, la deuxième couche 300 - plus exactement la première sous-couche 310 de la deuxième couche 300 - recouvre une partie du flanc 103. Préalablement à l’étape de retrait, la première couche 200 s’étend sur une portion seulement du flanc 103 du plot 100 et ne s’étend pas jusqu’au sommet 101 du plot 100. Ainsi, pour une structure 100, la portion de retrait 500 est au moins formée par la première sous-couche 310 de la deuxième couche 300. Selon un exemple avantageux illustré à la figure 3I, la portion de retrait 500 s’étend uniquement dans la première sous-couche 310 de la deuxième couche 300. Il est cependant également envisageable de retirer une partie de la première couche 200 pour former la protrusion.
La portion de retrait 500 est retirée sélectivement par rapport au plot 100 après la formation des tranchées 400.
Comme illustré par le passage de la figure 3I à la figure 3J, le retrait de la portion de retrait 500 comprend avantageusement le retrait de l’intégralité de la deuxième couche 300, toujours sélectivement par rapport au plot 100.
Dans ce deuxième mode de réalisation, les plots 100 se trouvent en saillie par rapport à la première couche primaire 200 dès leur formation. Cela vient du fait que les plots 100 sont formés dans les cavités secondaires 250’, délimitées, dans tout plan parallèle au plan transversal XY, d’une part par la première couche primaire 200a et d’autre part par la première sous-couche primaire 310a. La hauteur Eprot de la protrusion obtenue après retrait de la portion de retrait 500 est donc typiquement définie par l’épaisseur Es a, mesurée selon la troisième direction Z, de la première sous-couche primaire 310a. Notamment, si, pour une structure 1000, la couche de retrait 500 correspond à la première sous-couche 310 de la troisième couche 300, on a sensiblement Eprot — EsiOa-
Un avantage du deuxième mode de réalisation est l’excellent contrôle de la hauteur Eprot de la protrusion. Comme mentionné précédemment, cette hauteur peut être définie dès le dépôt de la première sous-couche primaire 310a, or l’épaisseur d’une couche lors de son dépôt est un paramètre très bien maîtrisé dans l’industrie. On peut donc contrôler avec précision Es a et donc Eprot-
Ce mode de réalisation peut également permettre de former une protrusion présentant une hauteur Eprot particulièrement importante. Le retrait du deuxième matériau formant la portion de retrait 500 sélectivement au troisième matériau formant le plot 100 peut en effet être réalisé sans difficulté sur une hauteur importante, typiquement de 50 à 200 nm.
Toutes les étapes décrites dans le cadre de ce deuxième mode de réalisation peuvent être mises en œuvre dans d’autres modes de réalisation du procédé selon l’invention. Les avantages que présentent ces étapes sont également transposables à d’autres modes de réalisation. Il est notamment possible d’utiliser le principe d’un dépôt de la deuxième couche 300 en deux temps (première sous-couche 310 et deuxième sous-couche 320) et de la formation du plot 100 entre la formation première sous-couche primaire 310a et la formation de la deuxième sous-couche primaire 320a au cours d’autres variantes du procédé selon l’invention.
Troisième exemple de mise en œuvre du procédé selon l’invention
Un troisième exemple de mode de réalisation du procédé selon l’invention va être décrit en référence aux figures 4A à 4H.
Les étapes permettant d’obtenir le substrat 10 surmonté de la première couche primaire 200a comprenant des cavités 250 (figure 4A) peuvent être similaires à celles décrites pour le premier mode de réalisation en référence aux figures 2A à 2C.
Une troisième couche primaire 100a est ensuite formée dans les cavités 250 et sur la face supérieure 201a de la deuxième couche primaire 200a. La troisième couche primaire 100a est de préférence conforme. Sa face supérieure 101a s’étend de préférence dans un plan parallèle au plan transversal XY.
Après la formation de la troisième couche primaire 100a, il est opéré un retrait des portions de la troisième couche primaire 100a surmontant la première couche primaire 200a. Cela permet de mettre à jour la face supérieure 201a de la première couche primaire 200a. Ce retrait permet également de singulariser la troisième couche primaire 100a en plots 100.
Ce retrait peut être effectué par amincissement, par exemple par CMP, de la première couche primaire 200a de la troisième couche primaire 100a. Un procédé de CMP peut en effet permettre d’amincir la première couche primaire 200a sélectivement à la troisième couche primaire 100a, moyennant un choix judicieux de la slurry (terme anglais signifiant « boue ») de CMP et du tampon (couramment désigné par le terme anglais de « pad ») de CMP.
Selon un autre exemple, ce retrait est effectué, par exemple par gravure humide, au travers d’un masque présentant des ouvertures surplombant la première couche primaire 200a (non représenté sur les figures).
Comme illustré à la figure 4D, une deuxième couche primaire 300a est ensuite formée sur les plots 100 et la première couche primaire 200A. La deuxième couche primaire 300a est de préférence au contact du sommet 101 des plots 100 et de la face supérieure 201 A de la première couche primaire 200A.
Des tranchées 400 sont ensuite formées dans la deuxième couche primaire 300a et la première couche primaire 200a (figure 4G). Les tranchées 400 traversent la deuxième couche primaire 300a sur toute son épaisseur. Elles traversent de préférence également la première couche primaire 200a sur toute son épaisseur.
La formation des tranchées 400 permet de diviser la première couche primaire 200a en une pluralité de premières couches 200 et la deuxième couche primaire 300a en une pluralité de deuxième couches 300. Plus exactement, la première sous-couche primaire 310a est divisées en une pluralité de premières sous-couches 310 des deuxièmes couches 300, et la deuxième sous-couche primaire 320a est divisées en une pluralité de deuxièmes sous- couches 320 des deuxièmes couches 300.
On obtient ainsi l’empilement 1 comprenant le substrat 10 surmonté par les structures 1000, chaque structure 1000 comprenant un plot, une première couche 200 et une deuxième couche 300 (figure 4G). Comme décrit dans le cadre du premier mode de réalisation, les tranchées 400 peuvent être formées au travers d’ouvertures 65 d’un deuxième masque de gravure 60 déposé sur la deuxième couche primaire 300a (figures 4E et 4F). Ce deuxième masque de gravure 60 est avantageusement retiré après la formation des tranchées 400.
Dans le cadre du troisième mode de réalisation, la deuxième couche 300 recouvre une partie du flanc 103. Préalablement à l’étape de retrait, la première couche 200 s’étend sur une portion seulement du flanc 103 du plot 100 et ne s’étend pas jusqu’au sommet 101 du plot 100.
Ainsi, pour une structure 100, la portion de retrait 500 est au moins formée par une partie de la deuxième couche 300. Selon un exemple avantageux illustré à la figure 4G, la portion de retrait 500 s’étend uniquement dans la deuxième couche 300. Il est cependant également envisageable de retirer une partie de la première couche 200 pour former la protrusion. La portion de retrait 500 est retirée sélectivement par rapport au plot 100 après la formation des tranchées 400.
Comme illustré par le passage de la figure 4G à la figure 4H, le retrait de la portion de retrait 500 comprend avantageusement le retrait de l’intégralité de la deuxième couche 300, toujours sélectivement par rapport au plot 100.
Ce mode de réalisation peut également permettre de former une protrusion présentant une hauteur Eprot particulièrement importante, potentiellement plus importante encore qu’en mettant en œuvre le deuxième mode de réalisation décrit précédemment. Le retrait du deuxième matériau formant la portion de retrait 500 sélectivement au troisième matériau formant le plot 100 peut en effet être réalisé sans difficulté sur une hauteur importante, typiquement 50 à 200 nm.
Toutes les étapes décrites dans le cadre de ce deuxième mode de réalisation peuvent être mises en œuvre dans d’autres modes de réalisation du procédé selon l’invention. Les avantages que présentent ces étapes sont également transposables à d’autres modes de réalisation. Il est notamment possible d’utiliser le principe d’un amincissement par CMP pour former des plots 100 en saillie par rapport à la troisième couche primaire 100a puis une protection du sommet 101 des plots 100 au cours d’autres variantes du procédé selon l’invention.
Dans tous les modes de réalisation précédemment décrits, lors de la formation des tranchées 400, le sommet 101 des plots 100 est recouverte par la deuxième couche primaire 300a. Cela a l’avantage protéger ce sommet 101 et notamment de permettre de conserver son niveau de rugosité de surface, qui pourrait être fortement impacté lors de la formation des tranchées 400. La rugosité de surface obtenue après amincissement de la deuxième couche primaire 300a ou des plots 100, selon le mode de réalisation, peut être contrôlée en ajustant certains paramètres d’amincissement. Notamment, la suspension de CMP, parfois appelée boue de CMP, pâte de CMP ou plus couramment « slurry » (terme anglais signifiant « boue ») de CMP, utilisée lors de l’étape d’amincissement peut être choisie en fonction de la rugosité de surface visée pour les plots 100. Ce choix peut tout particulièrement se faire en fonction de la dimension caractéristique, souvent nanométrique, des particules abrasives contenues dans la suspension de CMP. La suspension de CMP est avantageusement choisie pour que la rugosité de surface des plots 100 soit compatible avec leur collage avec une objet déterminé, en fonction des applications visées. Il peut par exemple s’agir d’un film mince à base du troisième matériau.
La rugosité R i du sommet 101 des plots 100 est avantageusement inférieure à 2 nm, de préférence inférieure à 1 ,5 nm.
Par ailleurs, une autre caractéristique commune aux modes de réalisations décrits est le fait que l’étape d’amincissement de la troisième couche primaire 100A permettant d’obtenir les plots 1 (passage de la figure 2D à la figure 2E dans le premier mode de réalisation, de la figure 3D à la figure 3E dans le deuxième mode de réalisation et de la figure 4B à 4C dans le troisième mode de réalisation) se déroule avant l’étape de formation des tranchées 400. Cela permet d’éviter que, lors d’une étape de CMP subséquente à une étape de sin- gularisation des structures 1000 (i.e. une étape de formation des tranchées 400), des résidus de suspension de CMP ne restent dans les tranchées 400. Ces résidus sont en effet très difficiles à retirer et constituent une pollution pour la suite du procédé. Ils pourraient notamment nuire à la bonne adhésion des plots 100 avec une surface sur laquelle on chercherait à les coller.
Les retraits de matière précédemment mentionnés (formation des cavités 250, formation des tranchées 400, retrait de la portion de retrait 500, retrait de la deuxième couche 300...) peuvent être effectués par gravure humide. Le retrait des différents masques de gravure 50, 60 peut notamment se faire par décapage, plus couramment désigné par le terme anglais « stripping ».
A travers les différents modes de réalisation décrits ci-dessus, il apparaît clairement que l’invention propose un procédé de préparation d’un empilement en vue d’un assemblage avec un autre empilement ou substrat simple à mettre en œuvre. Il permet de mettre, au niveau de chaque structure 1000, une portion du plot 100 en protrusion par rapport à la première couche. Ces protrusions peuvent servir au collage ou au transfert de l’empilement sur un autre empilement ou substrat. Notamment, comme mentionné précédemment, le sommet 101 des plots 100 est protégé durant le procédé et conserve une rugosité adaptée à un collage direct.
A travers les différents modes de réalisation décrits ci-dessus, il apparaît clairement que l’invention propose un empilement et un procédé de fabrication de cet empilement permet- tant un transfert efficace de structures d’un empilement à l’autre. La présence de protrusions selon l’invention permet en effet un collage efficace, d’un ou plusieurs plots ou structures vers un empilement de réception, ne nécessitant pas un contrôle dimensionnel supérieur au contrôle couramment accessible dans l’industrie, et ne nécessitant pas d’étape de chauffage risquant de provoquer des distorsions et/ou contraintes mécaniques fortes au sein des empilements.
L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisations précédemment décrits et s’étend à tous les modes de réalisation couverts par l’invention.

Claims

REVENDICATIONS Procédé de préparation d’un empilement (1) comprenant les étapes suivantes :
• fournir un empilement (1) comprenant un substrat (10) surmonté d’une pluralité de structures (1000) séparées par des tranchées (400), chaque structure comprenant : un plot (100) comprenant un sommet (101) et au moins un flanc (103), une première couche (200) à base d’un premier matériau et surmontant le substrat (10), la première couche (200) recouvrant une partie au moins du flanc (103) du plot (100), une deuxième couche (300) à base d’un deuxième matériau et recouvrant au moins le sommet (101) du plot (100), une portion de retrait (500), recouvrant une partie supérieure (104) du flanc (103) du plot (100), la partie supérieure (104) du flanc (103) s’étendant depuis le sommet (101) du plot (100), la portion de retrait (500) étant formée par au moins l’une parmi la première couche (200) et la deuxième couche (300), une portion de recouvrement (600), recouvrant une partie inférieure (105) du flanc (103) du plot (100) et s’étendant depuis la portion de retrait (500), la portion de recouvrement (600) étant formée par la première couche,
• retirer la deuxième couche (300),
• retirer la portion de retrait (500) en laissant en place la portion de recouvrement (600) de sorte à mettre à découvert la partie supérieure (104) du flanc (103) du plot (100), la partie supérieure (104) du flanc (103) du plot (100) formant une protrusion au-delà de la portion de recouvrement (600). Procédé selon la revendication précédente dans lequel le substrat (10) présente une face inférieure (12) s’étendant principalement selon un plan transversal (XY) défini par une première direction (X) et une deuxième direction (Y), la protrusion présentant une hauteur Eprot selon une troisième direction (Z) perpendiculaire audit plan transversal (XY), telle que Eprot s 0.5*Efianc , de préférence Eprot s 0.3*Efianc et de préférence Eprot < 0.1*Efianc, Efianc étant la hauteur du flanc (103) du plot (100) prise selon la troisième direction (Z). Procédé selon l’une quelconque des deux revendications précédentes, dans lequel Eprot s 5 nm, de préférence Eprot — 10 nm. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le retrait de la deuxième couche (300) et le retrait de la portion de retrait (500) s’effectuent lors d’une unique étape de gravure. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la portion de retrait (500) est formée uniquement par la première couche (200). Procédé selon la revendication précédente, dans lequel, préalablement à l’étape de retrait, la première couche (200) s’étend jusqu’au sommet (101) du plot (100). Procédé selon l’une quelconque des deux revendications précédentes dans lequel le retrait de la portion de retrait (500) s'effectue par contrôle du temps. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la portion de retrait (500) est formée en partie au moins par la deuxième couche (300). Procédé selon la revendication précédente dans lequel la portion de retrait (500) est formée uniquement par la deuxième couche (300). Procédé selon l’une quelconque des deux revendications précédentes dans lequel le retrait de la portion de retrait (500) comprend la gravure de la deuxième couche (300) sélectivement à la première couche (200). Procédé selon l’une quelconque des revendications 8 à 10 dans lequel la fourniture de l’empilement (1) comprend les étapes suivantes :
• Former la première couche (200),
• Former le plot (100),
• Former la deuxième couche (300), et dans lequel la formation de la deuxième couche (300) comprend les sous-étapes suivantes :
• Après la formation d’une première couche primaire (200a) destinée à former la première couche (200) et préalablement à la formation du plot (100), former une première sous-couche primaire (310a) d’une deuxième couche primaire (300a) destinée à former la deuxième couche (300), la première sous-couche primaire (310a) surmontant la première couche primaire (200a), la première sous-couche primaire (310a) étant conformée de sorte à ce qu’après une formation des tranchées (400) séparant les structures (1000) elle forme une première sous-couche (310) de la deuxième couche (300) recouvrant une partie du flanc (103) du plot (100) et formant la portion de retrait (500), • Après la formation du plot (100), former une deuxième sous-couche primaire (320a) de la deuxième couche primaire (300a), la deuxième sous-couche primaire (320a) recouvrant la première sous-couche primaire (310a), la deuxième sous-couche primaire (320a) étant conformée de sorte à ce qu’après la formation des tranchées (400) séparant les structures (1000) elle forme une deuxième sous-couche (320) de la deuxième couche (300) surmontant au moins le plot (100). Procédé selon l’une quelconque des revendications 8 à 10 dans lequel la fourniture de l’empilement (1) comprend les étapes suivantes :
• Former la première couche (200),
• Former le plot (100),
• Former la deuxième couche (300), et dans lequel une deuxième couche primaire (300a), conformée de sorte à former la deuxième couche (300) après une formation des tranchées (400) séparant les structures (1000), est déposée :
• sur le plot (100) et
• sur une première couche primaire (200a) conformée de sorte à former la première couche (200) après la formation des tranchées (400) après la formation du plot (100). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel les plots (100) sont formés d’un troisième matériau, le troisième matériau étant à base de l’un parmi du cuivre, de l’aluminium, du tungstène et du titane. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le premier matériau est à base de l’un parmi : le SiC>2, le SiN et le Si. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le deuxième matériau est à base de l’un parmi le SiN, le SiC>2 et le Si. Empilement (1) comprenant un substrat (10) surmonté d’une pluralité de structures (1000) séparées par des tranchées (400), chaque structure comprenant :
• un plot (100) comprenant un sommet (101) et au moins un flanc (103),
• une portion de recouvrement (600) formée par une première couche (200) à base d’un premier matériau et surmontant le substrat (10), recouvrant une partie inférieure (105) du flanc (103) du plot (100) et laissant à découvert une partie supérieure (104) du flanc (103) du plot (100), la partie supérieure (104) du plot (100) formant une protrusion par rapport à la première couche (200). Empilement (1) selon la revendication précédente dans lequel la protrusion présente une hauteur Eprot supérieure à 5 nm, de préférence supérieure à 10 nm, la hauteur Eprot étant prise selon une troisième dimension (Z) perpendiculaire à un plan transversal (XY) dans lequel s’étend principalement une face inférieure (12) du substrat (10). Procédé de collage ou de report d’au moins un plot (100) compris dans un empilement (1) selon l’une quelconque des deux revendications précédentes sur un empilement de réception (20) :
• Fournir un empilement (1) selon l’une quelconque des deux revendications précédentes,
• Fournir un empilement de réception (20) présentant une face supérieure (21),
• Réaliser un collage direct du sommet (101) de l’au moins un plot (100) de l’empilement (1) sur la face supérieure (21) de l’empilement de réception (20).
EP23828125.7A 2022-12-16 2023-12-13 Procédé de préparation d'un empilement en vue d'un collage Pending EP4634988A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2213584A FR3143841B1 (fr) 2022-12-16 2022-12-16 Procédé de préparation d’un empilement en vue d’un collage
PCT/EP2023/085648 WO2024126599A1 (fr) 2022-12-16 2023-12-13 Procédé de préparation d'un empilement en vue d'un collage

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4634988A1 true EP4634988A1 (fr) 2025-10-22

Family

ID=85792337

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP23828125.7A Pending EP4634988A1 (fr) 2022-12-16 2023-12-13 Procédé de préparation d'un empilement en vue d'un collage

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4634988A1 (fr)
FR (1) FR3143841B1 (fr)
WO (1) WO2024126599A1 (fr)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI572058B (zh) * 2015-09-04 2017-02-21 錼創科技股份有限公司 發光元件的製作方法
US10153401B2 (en) * 2016-12-16 2018-12-11 Intel Corporation Passivated micro LED structures suitable for energy efficient displays
US11404473B2 (en) * 2019-12-23 2022-08-02 Lumileds Llc III-nitride multi-wavelength LED arrays
JP7517970B2 (ja) * 2020-12-02 2024-07-17 シャープ福山レーザー株式会社 画像表示素子
US12336350B2 (en) * 2021-04-30 2025-06-17 Samsung Display Co., Ltd. High resolution display device with reduced current consumption and load

Also Published As

Publication number Publication date
FR3143841B1 (fr) 2025-04-18
FR3143841A1 (fr) 2024-06-21
WO2024126599A1 (fr) 2024-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3782193B1 (fr) Procédé de fabrication d&#39;un dispositif optoélectronique à matrice de diodes
EP3826068B1 (fr) Procédé de formation d&#39;une électrode commune d&#39;une pluralité de dispositifs optoélectroniques
EP2973750B1 (fr) Procede de formation de diodes electroluminescentes
FR2992473A1 (fr) Procede de fabrication de structures de led ou de cellules solaires
EP3891813B1 (fr) Dispositif d&#39;affichage électroluminescent multi-couleurs et procédé de fabrication d&#39;un tel dispositif
EP3987574B1 (fr) Procédé de réalisation de vignettes de nitrure destinées chacune à former un dispositif électronique ou optoélectronique
EP3384521B1 (fr) Procédé permettant d&#39;obtenir sur un substrat cristallin une couche semi-polaire de nitrure
FR3061357A1 (fr) Procede de realisation d’un dispositif optoelectronique comportant une etape de gravure de la face arriere du substrat de croissance
EP3836235B1 (fr) Procede de realisation d&#39;une couche de materiau structuree
EP4020525A1 (fr) Procédé de réalisation d&#39;une couche de nitrure
EP4020604A1 (fr) Procédé de réalisation d&#39;un dispositif optoélectronique comprenant des micro-leds à base de nitrure du groupe iii
FR3112421A1 (fr) Procédé de réalisation d’une structure d’isolation
FR3076080B1 (fr) Pseudo-substrat pour dispositif optoelectronique et son procede de fabrication
WO2024126599A1 (fr) Procédé de préparation d&#39;un empilement en vue d&#39;un collage
WO2024132489A1 (fr) Procédé de collage de deux couches réduisant les contraintes
EP3520132B1 (fr) Structure comprenant des ilots semi-conducteurs monocristallins, procede de fabrication d&#39;une telle structure
EP4205177B1 (fr) Procédé de fabrication d&#39;un dispositif optoélectronique
FR3118281A1 (fr) Procédé de réalisation de composant verticaux à base de matériaux III-N
WO2024141240A1 (fr) Procede de fabrication d&#39;un dispositif electronique
EP4626186A1 (fr) Procédé de fabrication de dispositifs opto-électroniques
EP4174912A1 (fr) Procédé de croissance verticale d&#39;un matériau iii-v
WO2023104611A1 (fr) Procédé de fabrication d&#39;un dispositif optoélectronique
WO2025190856A1 (fr) Procédé de fabrication d&#39;au moins un dispositif optoélectronique et dispositif optoélectronique associé
FR3157659A1 (fr) Procede de fabrication d&#39;un dispositif electronique
WO2022106160A1 (fr) Procédé de fabrication d&#39;un dispositif à led

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: 20250611

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

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 ME 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)