EP4639611A1 - Procede de fabrication d'une structure comprenant au moins deux paves sur un substrat - Google Patents

Procede de fabrication d'une structure comprenant au moins deux paves sur un substrat

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EP4639611A1
EP4639611A1 EP23841034.4A EP23841034A EP4639611A1 EP 4639611 A1 EP4639611 A1 EP 4639611A1 EP 23841034 A EP23841034 A EP 23841034A EP 4639611 A1 EP4639611 A1 EP 4639611A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
substrate
cavities
electrically insulating
block
layer
Prior art date
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Pending
Application number
EP23841034.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Ionut Radu
Bruno Ghyselen
Christophe Maleville
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Soitec SA
Original Assignee
Soitec SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Soitec SA filed Critical Soitec SA
Publication of EP4639611A1 publication Critical patent/EP4639611A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • H10W10/10—Isolation regions comprising dielectric materials
    • H10W10/181—Semiconductor-on-insulator [SOI] isolation regions, e.g. buried oxide regions of SOI wafers
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    • H10P72/7432—Handling or holding of wafers, substrates or devices during manufacture or treatment thereof for supporting or gripping using temporarily an auxiliary support used in a transfer process involving transfer directly from an origin substrate to a target substrate without use of an intermediate handle substrate

Definitions

  • TITLE METHOD FOR MANUFACTURING A STRUCTURE COMPRISING AT LEAST TWO PAVERS ON A SUBSTRATE
  • the present disclosure relates to a method of manufacturing a structure comprising at least two blocks on a support substrate.
  • the design of multilayer structures sometimes requires transferring blocks in the form of portions of a layer of a donor substrate onto a support substrate or recipient substrate .
  • This type of process is generally called a paving process, and involves a partial transfer of a layer taken from the donor substrate to form one or more paving stones arranged in a pattern or at a predetermined location on the support substrate.
  • Such tiling may be made necessary by a difference in size between the donor substrate and the support substrate. Indeed, due to this difference in size, it is not possible to transfer an entire layer of the donor substrate onto the support substrate.
  • a well-known layer transfer process is the Smart CutTM process, in which a weakening zone is formed by implantation of atomic species in the donor substrate delimiting the layer to be transferred, the donor substrate is glued to the support substrate and detaches the donor substrate along the weakened zone to transfer the layer of the donor substrate to the support substrate.
  • this method assumes that the donor substrate and the support substrate have the same size.
  • III-V semiconductor materials including nitrides (for example with regard to binary compounds, indium nitride (InN), gallium nitride (GaN) and nitride. aluminum (AIN)), arsenides (e.g.
  • a solution based on the Smart CutTM process consists of taking one or more blocks from at least one donor substrate and transferring said blocks to a first substrate, to form a so-called pseudo substrate.
  • the first and second substrates have an identical size.
  • Figure 1 represents a top view and a sectional view of a support substrate S on which a plurality of blocks P1-P9 of at least one donor substrate have been arranged.
  • a substrate supporting such blocks is difficult to use in conventional microelectronics manufacturing lines making it possible to manufacture electronic components.
  • Such manufacturing lines include in particular photolithography and/or metrology equipment, the operation of which is disrupted by the differences in height between the main surface of the substrate and the free surface of the blocks.
  • An aim of the present application is to design a method of manufacturing a composite structure comprising at least two blocks on a support substrate, which is compatible with conventional microelectronics manufacturing lines.
  • the present application proposes a method of manufacturing a composite structure comprising at least two blocks on a substrate, comprising:
  • the receiving substrate comprises a main surface from which extend cavities, the receiving substrate being assembled to the temporary substrate on the side of said main surface so that each block is received in a respective cavity and in that, after removal of the intermediate substrate, the free surface of the block portions is substantially aligned with the main surface of the receiving substrate.
  • substantially aligned we mean that the surface of the blocks and the main surface of the receiving substrate, which are flat surfaces, are either coplanar or parallel and spaced apart by a distance (measured in a direction perpendicular to said surfaces) of between 1 % and 10% of the thickness of the transferred portion.
  • the surface of the paving block portions may be in relief relative to the main surface of the receiving substrate or, conversely, the main surface of the receiving substrate may be in relief relative to the surface of the portions of paving stones. In general, we ensure that said distance is less than approximately 50 nm.
  • step (a) of forming the temporary substrate comprises the formation of a weakening zone of each block delimiting a respective portion of block to be transferred, and step (c) of removing the intermediate substrate comprises the detachment of each portion of paving stone along said weakening zone.
  • the formation of said weakening zone advantageously comprises an implantation of atomic species within each block.
  • the formation of said temporary substrate comprises taking each tile from at least one donor substrate of the first material and placing each tile on the intermediate substrate, each donor substrate having a diameter less than the diameter of the intermediate substrate.
  • the second material is advantageously a semiconductor material, such as silicon or silicon carbide, a piezoelectric material, or glass.
  • the recipient substrate is a semiconductor-on-insulator type substrate successively comprising a base substrate, an electrically insulating layer and a layer of the second material defining the main surface of the recipient substrate, and the cavities are formed in the layer of the second material up to the electrically insulating layer.
  • the cavities are formed in a surface region of the receiving substrate made of the second material.
  • At least part of the walls of at least one of said cavities can advantageously be covered with an electrically insulating film, so as to electrically insulate the respective block portion from the receiving substrate.
  • the recipient substrate comprises at least one surface layer of the second material covered with an electrically insulating layer and the cavities are formed in said electrically insulating layer.
  • each block has a thickness of between 20 pm and 1000 pm, preferably between 100 pm and 700 pm, and the transferred portion of each block has a thickness of between 30 nm and 1.5 pm.
  • Each cavity can then have a depth of between 30 nm and 1.5 pm.
  • step (c) of removing the intermediate substrate the free surface of the paving block portions is raised relative to the main surface of the receiving substrate, the method further comprising a step polishing said surfaces.
  • the first material is chosen from:
  • a semiconductor material such as an III-V material, in particular indium nitride (InN), gallium nitride (GaN), aluminum nitride (AIN), indium arsenide ( InAs), gallium arsenide (GaAs), aluminum arsenide (AlAs), indium phosphide (InP), gallium phosphide (GaP) or aluminum phosphide (AIP), or a IV or IV-IV material, in particular germanium or silicon carbide (SiC),
  • a piezoelectric material such as lithium tantalate (LiTaOs), lithium niobate (LiNbOs), potassium-sodium niobate (K x Nai- x NbO3 or KNN), barium titanate (BaTiOs), quartz , lead titano-zirconate (PZT), a compound of lead-magnesium niobate and lead titanate (PMN-PT), zinc oxide (ZnO), aluminum nitride (AIN) or nitride aluminum and scandium (AIScN), and/or
  • LiTaOs lithium tantalate
  • LiNbOs lithium niobate
  • K x Nai- x NbO3 or KNN potassium-sodium niobate
  • barium titanate BaTiOs
  • quartz quartz
  • PZT lead titano-zirconate
  • PMN-PT a compound of lead-magnesium niobate and
  • an electrically insulating material such as diamond, strontium titanate, yttriated zirconia or sapphire.
  • the method comprises, before step (b) of assembling the temporary substrate and the recipient substrate, the formation by epitaxy of at least one additional layer of a third material on each block.
  • the cavities can be formed by chemical etching through a mask having openings at the location of said cavities.
  • each cavity is dimensioned to receive a single block, said cavity having a shape identical to that of said block.
  • Another subject of the present disclosure concerns a composite structure comprising:
  • the second material is a massive semiconductor material, such as silicon or silicon carbide, a piezoelectric material or glass, or a stack of several layers of different semiconductor materials.
  • the recipient substrate is a semiconductor-on-insulator type substrate successively comprising a base substrate, an electrically insulating layer and a layer of the second material defining the main surface of the recipient substrate, and the cavities s 'extend in the layer of the second material up to the electrically insulating layer.
  • the cavities extend into a surface region of the recipient substrate made of the second material.
  • At least part of the walls of at least one of said cavities is covered with an electrically insulating film.
  • the recipient substrate comprises at least one surface layer of the second material covered with an electrically insulating layer and the cavities are formed in said electrically insulating layer.
  • the first material is chosen from:
  • a semiconductor material such as an III-V material, in particular indium nitride (InN), gallium nitride (GaN), aluminum nitride (AIN), indium arsenide ( InAs), gallium arsenide (GaAs), aluminum arsenide (AlAs), indium phosphide (InP), gallium phosphide (GaP) or aluminum phosphide (AIP), or a IV or IV-IV material, in particular germanium or silicon carbide (SiC),
  • a piezoelectric material such as lithium tantalate (LiTaOs), lithium niobate (LiNbOs), potassium-sodium niobate (K x Nai- x NbO3 or KNN), barium titanate (BaTiOs), quartz , lead titano-zirconate (PZT), a compound of lead-magnesium niobate and lead titanate (PMN-PT), zinc oxide (ZnO), aluminum nitride (AIN) or nitride aluminum and scandium (AIScN), and/or
  • LiTaOs lithium tantalate
  • LiNbOs lithium niobate
  • K x Nai- x NbO3 or KNN potassium-sodium niobate
  • barium titanate BaTiOs
  • quartz quartz
  • PZT lead titano-zirconate
  • PMN-PT a compound of lead-magnesium niobate and
  • an electrically insulating material such as diamond, strontium titanate, yttriated zirconia or sapphire.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of a composite structure according to one embodiment
  • FIG. 2A to 2D illustrate stages of the formation of the temporary substrate
  • FIG. 3A to 3H illustrate different stages of preparation of the receiving substrate and transfer of the blocks of the temporary substrate onto the receiving substrate, according to a first embodiment
  • FIG. 4A to 4F illustrate different stages of preparation of the receiving substrate and transfer of the blocks of the temporary substrate onto the receiving substrate, according to a second embodiment
  • FIG. 5A to 5F illustrate different stages of preparation of the recipient substrate and transfer of the blocks of the temporary substrate onto the recipient substrate, according to a third embodiment.
  • the present application proposes a method of manufacturing a composite structure comprising at least two blocks on a substrate making it possible to deposit the blocks in cavities of said substrate, so as to make the surface of the blocks substantially flush with the main surface of the substrate.
  • the pavers are formed from a first material, which is preferably chosen from:
  • a semiconductor material such as an III-V material, in particular indium nitride (InN), gallium nitride (GaN), aluminum nitride (AIN), indium arsenide ( InAs), gallium arsenide (GaAs), aluminum arsenide (AlAs), indium phosphide (InP), gallium phosphide (GaP) or aluminum phosphide (AIP), or a IV or IV-IV material, in particular germanium or silicon carbide (SiC),
  • a piezoelectric material such as lithium tantalate (LiTaOs), lithium niobate (LiNbOs), potassium-sodium niobate (K x Nai- x NbO3 or KNN), barium titanate (BaTiOs), quartz , lead titano-zirconate (PZT), a compound of lead-magnesium niobate and lead titanate (PMN-PT), zinc oxide (ZnO), aluminum nitride (AIN) or nitride aluminum and scandium (AIScN), and/or
  • LiTaOs lithium tantalate
  • LiNbOs lithium niobate
  • K x Nai- x NbO3 or KNN potassium-sodium niobate
  • barium titanate BaTiOs
  • quartz quartz
  • PZT lead titano-zirconate
  • PMN-PT a compound of lead-magnesium niobate and
  • an electrically insulating material such as diamond, strontium titanate, yttriated zirconia or sapphire.
  • Some of these materials are only available in the form of small substrates, for example having a diameter of less than 150 or 200 mm.
  • This difference in size between the substrate of the first material and the composite structure is compensated by the fact that we do not carry out a direct transfer of a layer of the first material onto the substrate of the composite structure, but that we form a substrate temporary comprising an intermediate substrate and a plurality of blocks of the first material arranged on the intermediate substrate.
  • blocks are taken from at least one donor substrate of the first material and each block is placed on an intermediate substrate.
  • Each donor substrate typically has a diameter smaller than the diameter of the intermediate substrate, but the diameter of the intermediate substrate is identical to that of the composite structure. Depending on the tiling density on the substrate surface, it may be necessary to use multiple donor substrates.
  • each donor substrate has a thickness of between 20 pm and 1000 pm, preferably between 100 pm and 700 pm.
  • the thickness of the blocks is generally equal to the thickness of the donor substrate(s), and is therefore typically between 20 pm and 1000 pm, preferably between 100 pm and 700 pm.
  • the placement of the pavers on the intermediate substrate can be carried out by a robot, in a process known as “Pick and place”.
  • the intermediate substrate essentially serving as a temporary mechanical support for the paving stones before their transfer to another substrate to form the composite structure
  • the intermediate substrate can be made of any material having sufficient rigidity to support the stages of the process.
  • the intermediate substrate may be made of silicon.
  • At least one additional layer can be grown on the tiles after their placement on the intermediate substrate.
  • Said additional layer can for example be formed by epitaxy of a third material on the first material.
  • the third material can be identical to the first material, in which case the additional layer makes it possible to thicken the pavers. In other applications, the third material may be different from the first material.
  • the third material is preferably chosen to have a mesh parameter and a thermal expansion coefficient sufficiently close to those of the first material. For example, if the first material is InP, the third material can be InGaAs, InAIAs, GaAs, etc. In the remainder of the text, the stack consisting of the block initially placed on the intermediate substrate and the (the) additional layer(s) formed subsequently.
  • a weakening zone is formed in each block so as to delimit a respective block portion intended to be subsequently transferred to the substrate of the composite structure.
  • the thickness of said portion of block to be transferred is advantageously between 30 nm and 1.5 pm.
  • a weakening zone can be formed by implantation of atomic species within each block. Said species typically comprise hydrogen and/or helium.
  • the temporary substrate is then assembled with a recipient substrate via said blocks.
  • the receiving substrate comprises a second material different from the first material.
  • the second material is chosen from semiconductor materials, such as silicon or silicon carbide, piezoelectric materials, or glass.
  • the second material may optionally comprise a stack of several different semiconductor materials, for example Si/SiGe, Si/SiGe/Si, etc.
  • the receiving substrate is not necessarily made of a single material.
  • the recipient substrate may be a semiconductor-on-insulator type substrate. Such a substrate successively comprises a base substrate, an electrically insulating layer and a layer of the second material.
  • the recipient substrate may comprise an electrically insulating layer, for example silicon oxide, covering the second material.
  • the receiving substrate does not have a planar main surface but has cavities which extend into the thickness of the receiving substrate from said main surface.
  • the cavities have, in the plane of the main surface of the receiving substrate, a size slightly larger than that of the pavers (cavities and pavers preferably having an identical shape) and are distributed in a pattern similar to that of the pavers, each cavity being intended to receive a respective tile.
  • a cavity can be intended to receive several adjacent paving stones. In this case, the size of said cavity is adapted to receive all of the respective paving stones.
  • the cavities also have a depth less than the thickness of the paving stones.
  • the depth of the cavities can be between 20 pm and 1000 pm, preferably between 100 pm and 700 pm.
  • the depth of the cavities can be approximately equal to the thickness of the layer to be transferred delimited by the weakened zone.
  • the depth of the cavities can be between 30 nm and 1.5 pm.
  • the cavities are formed by etching the second material, which is on the surface of the receiving substrate.
  • a mask can be formed beforehand on the surface of the receiving substrate so as to cover the areas to be protected. Said mask can typically be made of nitride or silicon oxide. The mask has openings defining the surface to be etched to form the cavities.
  • the etching is then carried out, for example wet type etching (the etching agent can be HF, TMAH, KOH) or dry (for example reactive ion etching, RIE, acronym for the Anglo-Saxon term “reactive ion”). etching") to remove the second material.
  • the etching agent can be HF, TMAH, KOH
  • dry for example reactive ion etching, RIE, acronym for the Anglo-Saxon term "reactive ion”
  • the electrically insulating layer advantageously serves as an etching stop layer, so that the cavities extend over the entire thickness of the layer of the second material, up to the electrically insulating layer.
  • the cavities are formed by etching the material of said electrically insulating layer.
  • the second material advantageously serves as an etching stop layer, so that the cavities extend over the entire thickness of the electrically insulating layer, up to the second material. The remaining areas of the electrically insulating layer make it possible to electrically insulate adjacent paving stones.
  • an electrically insulating layer is formed on the wall and the bottom of the cavities.
  • Such an electrically insulating layer can for example be formed by oxidation of the second material during annealing in an oxidizing atmosphere.
  • the electrically insulating layer can be formed by a deposition process, for example chemical vapor deposition (CVD, acronym for the Anglo-Saxon term “chemical vapor deposition”).
  • CVD chemical vapor deposition
  • the layer thus formed makes it possible to electrically isolate the blocks from the receiving substrate and to electrically isolate adjacent blocks.
  • the oxide layer can optionally serve as a bonding layer for paving stones.
  • the cavities have been formed in an electrically insulating layer covering the second material, it is possible to deposit an additional electrically insulating layer only on the bottom of the cavities, in order to electrically insulate the blocks from the receiving substrate.
  • the intermediate substrate is removed so as to transfer at least a portion of the blocks to the receiving substrate to form the composite structure.
  • the removal of the intermediate substrate can be carried out by removing material, for example by grinding the intermediate substrate from its face opposite the recipient substrate.
  • a detachment of the paving stones is carried out along the weakening zone, which can be initiated by mechanical, thermal and/or chemical stress. The intermediate substrate and the remainder of the blocks can then be detached from the receiving substrate, the portion of the blocks delimiting the weakened zone being transferred to the receiving substrate.
  • the free surface of the paving stone portions is slightly raised relative to the free surface of the receiving substrate.
  • the free surface of the paving portions exceeds by a height of between 1% and 10% of the total thickness of the portion transferred from the free surface of the receiving substrate.
  • Said polishing may be chemical mechanical polishing (CMP, acronym for the Anglo-Saxon term “Chemical Mechanical Polishing”).
  • CMP chemical mechanical polishing
  • the free surface of the blocks is substantially aligned with the free surface of the receiving substrate.
  • the composite structure formed of the receiving substrate and the paving stones or portions of paving stones has a flat surface.
  • alignment faults known under the term “overlay” in Anglo-Saxon terminology
  • measurement errors are thus avoided.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a composite structure according to one embodiment.
  • Said structure comprises blocks P1, P2, P3 of the first material and a substrate 3 of the second material.
  • Each block is arranged in a respective cavity of the substrate 3 formed in the main surface of said substrate 3, so that the free surface of the blocks is substantially aligned (coplanar) with the surface of the substrate 3.
  • the free surface of each block is located at a height h relative to the surface of the substrate 3.
  • the height h can be zero (the free surface of the blocks and the main surface of the substrate being coplanar), positive (the blocks then being in slight relief relative to the main surface of the substrate) or negative (the blocks then being slightly recessed relative to the main surface of the substrate ).
  • the height h is typically between 1 and 10% of the total thickness of the transferred portion of the paving stones.
  • FIGS 2A to 2D illustrate steps in the formation of the temporary substrate.
  • blocks P1, P2, P3 are cut from a donor substrate 1 of the first material.
  • the pavers are cut through the entire thickness of the donor substrate.
  • each block P1, P2, P3 is placed on an intermediate substrate 2.
  • said intermediate substrate has a function of mechanical support of the paving stones before their transfer to the final substrate to form the composite structure.
  • the placement of the paving stones can be carried out individually (paving stone by paving stone) using a robot.
  • a weakening zone 10 can be formed in each block P1, P2, P3 placed on the intermediate substrate 2, so as to delimit a superficial portion P'1, P'2 , P'3.
  • the weakening zone can in particular be formed by implantation of atomic species (shown schematically by the arrows) within the paving stones.
  • an additional layer 11 can be formed on the blocks P1, P2, P3 placed on the intermediate substrate 2.
  • Said additional layer can advantageously be formed by epitaxy on each block.
  • the substrate 20 illustrated in Figures 2B, 2C or 2D is used as a temporary substrate in the remainder of the process for forming the composite structure.
  • the embodiments of Figures 2C and 2D can optionally be combined.
  • the additional layer is advantageously produced before the implantation of the atomic species, in order to prevent the thermal budget of growth of the additional layer from causing premature fracture of the paving stones along the weakening zone.
  • Said temporary substrate is intended to be assembled with a receiving substrate, in order to transfer the paving stones or portions of paving stones.
  • Figures 3A to 3H illustrate different stages of preparation of the recipient substrate and transfer of the blocks of the temporary substrate onto the recipient substrate, in the case where the recipient substrate is a semiconductor-on-insulator type substrate.
  • the recipient substrate 3 successively comprises a base substrate 30, an electrically insulating layer 31, for example of silicon oxide (also called buried oxide layer) and a layer 32 of the second material.
  • a mask 4 is formed on layer 32 having openings at the location of the cavities to be formed.
  • the second material exposed through the openings of the mask 4 is etched, preferably over the entire thickness of the layer 32, to form cavities C1, C2, C3.
  • the electrically insulating layer 31 in fact forms an etching stop layer.
  • the mask 4 is removed so as to release the surface of the remaining layer 32.
  • the substrate thus obtained can be used as a receiving substrate to receive the paving stones.
  • an electrically insulating layer 33 can be formed on the walls of the cavities.
  • the walls and the bottom of the cavities are covered with electrically insulating material, which makes it possible to electrically insulate the paving stones which will be transferred into the cavities of the portions of the layer 32 which extend between the cavities and of the base substrate 30.
  • the receiving substrate 3 and the temporary substrate 20 are assembled, by placing the blocks P1, P2, P2 and the corresponding cavities C1, C2, C3 facing each other (in this figure, it is the substrate of Figure 3D which has been shown, but we could alternatively use the substrate of Figure 3E).
  • the adhesion of the substrates 3 and 20 takes place via the blocks and the bottom of the cavities.
  • the intermediate substrate is removed.
  • the blocks have a weakened zone 11. Consequently, the removal of the intermediate substrate and the rest of the blocks is carried out by detachment along the weakened zone 11. Only the portions of blocks P'1 , P'2, P'3 are thus transferred to the receiving substrate.
  • the removal of the intermediate substrate can be carried out by grinding the substrate from the face opposite the receiving substrate, until reaching the main surface of the substrate 3.
  • Figures 4A to 4F illustrate different stages of preparation of the recipient substrate and transfer of the blocks of the temporary substrate onto the recipient substrate, in the case where the recipient substrate is a solid substrate.
  • the receiving substrate 3 is a solid substrate of the second material.
  • a mask 4 is formed on the substrate 3 having openings at the location of the cavities to be formed.
  • the second material exposed by the openings of the mask 4 is etched to form cavities C1, C2, C3.
  • the engraving time is adjusted according to the desired depth of the cavities.
  • the substrate thus obtained can be used as a receiving substrate to receive the blocks.
  • an electrically insulating layer 33 can be formed on the surface of the substrate 3 so as to cover the walls and the bottom of the cavities. . Said layer 33 makes it possible to electrically isolate the blocks which will be transferred into the cavities of the rest of the substrate 3.
  • the receiving substrate 3 and the temporary substrate 20 are assembled, by placing the blocks P1, P2, P2 and the corresponding cavities C1, C2, C3 facing each other (in this figure, it is the substrate of Figure 4D which has been shown, but we could possibly abstain from the electrically insulating layer 33). Adhesion of the substrates 3 and 20 takes place via the blocks and the bottom of the cavities.
  • the intermediate substrate is removed.
  • the blocks have a weakened zone 11. Consequently, the removal of the intermediate substrate and the rest of the blocks is carried out by detachment along the weakened zone 11. Only the portions of blocks P'1 , P'2, P'3 are thus transferred to the receiving substrate.
  • the removal of the intermediate substrate can be carried out by grinding the substrate from the face opposite the receiving substrate, until reaching the main surface of the substrate 3.
  • Figures 5A to 5F illustrate different stages of preparation of the recipient substrate and transfer of the blocks of the temporary substrate onto the recipient substrate, in the case where the recipient substrate comprises a substrate of the second material covered with an electrically insulating layer.
  • the receiving substrate 3 comprises a solid substrate 30 of the second material covered with an electrically insulating layer 34.
  • a mask 4 is formed on layer 34 having openings at the location of the cavities to be formed.
  • the electrically insulating material exposed by the openings of the mask 4 is etched, preferably over the entire thickness of the layer 34, to form cavities C1, C2, C3.
  • the substrate 30 in fact forms an etching stop layer.
  • the mask 4 is removed so as to release the surface of the layer 34.
  • the substrate thus obtained can be used as a receiving substrate to receive the blocks.
  • the recipient substrate 3 and the temporary substrate 20 are assembled, placing the blocks P1, P2, P2 and the corresponding cavities C1, C2, C3 facing each other.
  • Adhesion of substrates 3 and 20 takes place via the blocks and the bottom of the cavities.
  • the intermediate substrate is removed.
  • the blocks have a weakened zone 11. Consequently, the removal of the intermediate substrate and the rest of the blocks is carried out by detachment along the weakened zone 11. Only the portions of blocks P'1 , P'2, P'3 are thus transferred to the receiving substrate.
  • the removal of the intermediate substrate can be carried out by grinding the substrate from the face opposite the receiving substrate, until reaching the main surface of the substrate 3.

Landscapes

  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Finishing Walls (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

La présente divulgation concerne un procédé de fabrication d'une structure composite, comprenant : (a) la formation d'un substrat temporaire (20) comprenant un substrat intermédiaire (2) et une pluralité de pavés (P1, P2, P3) d'un premier matériau, (b) l'assemblage du substrat temporaire avec un substrat receveur (3) en un second matériau différent du premier matériau par l'intermédiaire desdits pavés, et (c) le retrait du substrat intermédiaire (2) pour transférer au moins une portion (P'1, P'2, P'3) des pavés sur le substrat receveur. Le substrat receveur comprend une surface principale à partir de laquelle s'étendent des cavités (01, 02, 03), le substrat receveur étant assemblé au substrat temporaire du côté de ladite surface principale de sorte que chaque pavé soit reçu dans une cavité respective. Après le retrait du substrat intermédiaire, la surface libre des portions de pavés est sensiblement alignée avec la surface principale du substrat receveur.

Description

DESCRIPTION
TITRE : PROCEDE DE FABRICATION D’UNE STRUCTURE COMPRENANT AU MOINS DEUX PAVES SUR UN SUBSTRAT
DOMAINE TECHNIQUE
La présente divulgation concerne un procédé de fabrication d’une structure comprenant au moins deux pavés sur un substrat support.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Dans le domaine de la microélectronique, de l’optique ou de l’optoélectronique, la conception de structures multicouches nécessite parfois de transférer des pavés se présentant sous forme de portions d’une couche d’un substrat donneur sur un substrat support ou substrat receveur.
Ce type de procédé est généralement appelé procédé de pavage, et met en jeu un transfert partiel d’une couche prélevée dans le substrat donneur pour former un ou plusieurs pavés agencés selon un motif ou à un emplacement prédéterminé sur le substrat support.
Un tel pavage peut être rendu nécessaire par une différence de taille entre le substrat donneur et le substrat support. En effet, du fait de cette différence de taille, il n’est pas possible de transférer une couche entière du substrat donneur sur le substrat support.
Un procédé de transfert de couche bien connu est le procédé Smart Cut™, dans lequel on forme par implantation d’espèces atomiques dans le substrat donneur une zone de fragilisation délimitant la couche à transférer, on colle le substrat donneur sur le substrat support et on détache le substrat donneur le long de la zone de fragilisation pour transférer la couche du substrat donneur sur le substrat support. Cependant, ce procédé suppose que le substrat donneur et le substrat support présentent une taille identique.
Or, si des substrats de silicium sont disponibles avec une taille relativement grande, typiquement un diamètre de 300 mm, d’autres matériaux d’intérêt n’existent actuellement que sous la forme de substrats massifs de plus petite taille, par exemple de 10 ou 15 cm de diamètre. Par ailleurs, ces matériaux d’intérêt sont parfois particulièrement onéreux, de sorte qu’il est souhaitable de minimiser les éventuels déchets formés lors du transfert. Tel est le cas en particulier des matériaux semi-conducteurs lll-V, comprenant les nitrures (par exemple pour ce qui est des composés binaires, le nitrure d'indium (InN), le nitrure de gallium (GaN) et le nitrure d’aluminium (AIN)), les arséniures (par exemple pour ce qui est des composés binaires, l’arséniure d'indium (InAs), l’arséniure de gallium (GaAs) et l’arséniure d’aluminium (AlAs)), et les phosphures (par exemple pour ce qui est des composés binaires, le phosphure d'indium (InP), le phosphure de gallium (GaP) et le phosphure d’aluminium (AIP)). Au lieu de transférer une couche entière du substrat donneur, une solution basée sur le procédé Smart Cut™ consiste à prélever d’au moins un substrat donneur un ou plusieurs pavés et de reporter lesdits pavés sur un premier substrat, pour former un substrat dit pseudo-donneur, former par implantation d’espèces atomiques une zone de fragilisation dans chaque pavé, coller le substrat pseudo-donneur sur un second substrat par l’intermédiaire des pavés, et détacher chaque pavé le long de la zone de fragilisation de sorte à transférer une portion de chaque pavé sur le second substrat. Les premier et second substrats présentent une taille identique.
La figure 1 représente une vue de dessus et une vue en coupe d’un substrat support S sur lequel ont été disposés une pluralité de pavés P1-P9 d’au moins un substrat donneur. Dans cet exemple, les pavés sont au nombre de neuf et sont répartis selon trois lignes et trois colonnes.
Cependant, un substrat supportant de tels pavés est difficile à utiliser dans les lignes de fabrication conventionnelles de la microélectronique permettant de fabriquer des composants électroniques. De telles lignes de fabrication incluent notamment des équipements de photolithographie, et/ou de métrologie, dont le fonctionnement est perturbé par les différences de hauteur entre la surface principale du substrat et la surface libre des pavés.
BREVE DESCRIPTION
Un but de la présente demande est de concevoir un procédé de fabrication d’une structure composite comprenant au moins deux pavés sur un substrat support, qui soit compatible avec les lignes de fabrication conventionnelles de la microélectronique.
A cet effet, la présente demande propose un procédé de fabrication d’une structure composite comprenant au moins deux pavés sur un substrat, comprenant :
(a) la formation d’un substrat temporaire comprenant un substrat intermédiaire et une pluralité de pavés d’un premier matériau disposés sur le substrat intermédiaire,
(b) l’assemblage du substrat temporaire avec un substrat receveur en un second matériau différent du premier matériau par l’intermédiaire desdits pavés, et
(c) le retrait du substrat intermédiaire de sorte à transférer au moins une portion des pavés sur le substrat receveur pour former la structure composite, ledit procédé étant caractérisé en ce que le substrat receveur comprend une surface principale à partir de laquelle s’étendent des cavités, le substrat receveur étant assemblé au substrat temporaire du côté de ladite surface principale de sorte que chaque pavé soit reçu dans une cavité respective et en ce que, après le retrait du substrat intermédiaire, la surface libre des portions de pavés soit sensiblement alignée avec la surface principale du substrat receveur. Par « sensiblement alignée » on entend que la surface des pavés et la surface principale du substrat receveur, qui sont des surfaces planes, sont soit coplanaires, soit parallèles et écartées d’une distance (mesurée dans une direction perpendiculaire auxdites surfaces) comprise entre 1% et 10% de l’épaisseur de la portion transférée. Dans le cas d’une distance non nulle, la surface des portions de pavés peut être en relief par rapport à la surface principale du substrat receveur ou, inversement, la surface principale du substrat receveur peut être en relief par rapport à la surface des portions de pavés. En général, on fait en sorte que ladite distance soit inférieure à environ 50 nm.
Dans certains modes de réalisation, l’étape (a) de formation du substrat temporaire comprend la formation d’une zone de fragilisation de chaque pavé délimitant une portion de pavé respective à transférer, et l’étape (c) de retrait du substrat intermédiaire comprend le détachement de chaque portion de pavé le long de ladite zone de fragilisation.
La formation de ladite zone de fragilisation comprend avantageusement une implantation d’espèces atomiques au sein de chaque pavé.
Dans certains modes de réalisation, la formation dudit substrat temporaire comprend le prélèvement de chaque pavé à partir d’au moins un substrat donneur du premier matériau et le placement de chaque pavé sur le substrat intermédiaire, chaque substrat donneur présentant un diamètre inférieur au diamètre du substrat intermédiaire.
Dans certains modes de réalisation, le second matériau est avantageusement un matériau semi-conducteur, tel que du silicium ou du carbure de silicium, un matériau piézoélectrique, ou du verre.
Dans certains modes de réalisation, le substrat receveur est un substrat de type semi- conducteur sur isolant comprenant successivement un substrat de base, une couche électriquement isolante et une couche du second matériau définissant la surface principale du substrat receveur, et les cavités sont formées dans la couche du second matériau jusqu’à la couche électriquement isolante.
De manière alternative, les cavités sont formées dans une région superficielle du substrat receveur constituée du second matériau.
Au moins une partie des parois d’au moins une desdites cavités peut avantageusement être recouverte d’un film électriquement isolant, de sorte à isoler électriquement la portion de pavé respective du substrat receveur.
Dans d’autres formes d’exécution, le substrat receveur comprend au moins une couche superficielle du second matériau recouverte d’une couche électriquement isolante et les cavités sont formées dans ladite couche électriquement isolante.
De préférence, l’assemblage du substrat temporaire sur le substrat receveur peut être réalisé par adhésion moléculaire. De manière particulièrement avantageuse, chaque pavé présente une épaisseur comprise entre 20 pm et 1000 pm, de préférence comprise entre 100 pm et 700 pm, et la portion transférée de chaque pavé présente une épaisseur comprise entre 30 nm et 1 ,5 pm.
Chaque cavité peut alors présenter une profondeur comprise entre 30 nm et 1 ,5 pm.
Dans certains modes de réalisation, à l’issue de l’étape (c) de retrait du substrat intermédiaire, la surface libre des portions de pavés est en relief par rapport à la surface principale du substrat receveur, le procédé comprenant en outre une étape de polissage desdites surfaces.
Selon des modes de réalisation avantageux, le premier matériau est choisi parmi :
- un matériau semi-conducteur, tel qu’un matériau lll-V, notamment le nitrure d'indium (InN), le nitrure de gallium (GaN), le nitrure d’aluminium (AIN), l’arséniure d'indium (InAs), l’arséniure de gallium (GaAs), l’arséniure d’aluminium (AlAs), le phosphure d'indium (InP), le phosphure de gallium (GaP) ou le phosphure d’aluminium (AIP), ou un matériau IV ou IV-IV, notamment le germanium ou le carbure de silicium (SiC),
- un matériau piézoélectrique, tel que le tantalate de lithium (LiTaOs), le niobate de lithium (LiNbOs), le niobate de potassium-sodium (KxNai-xNbO3 ou KNN), le titanate de baryum (BaTiOs), le quartz, le titano-zirconate de plomb (PZT), un composé de niobate de plomb-magnésium et de titanate de plomb (PMN-PT), l’oxide de zinc (ZnO), le nitrure d’aluminium (AIN) ou le nitrure d’aluminium et de scandium (AIScN), et/ou
- un matériau électriquement isolant, tel que le diamant, le titanate de strontium, la zircone yttriée ou le saphir.
Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend, avant l’étape (b) d’assemblage du substrat temporaire et du substrat receveur, la formation par épitaxie d’au moins une couche additionnelle d’un troisième matériau sur chaque pavé.
Les cavités peuvent être formées par gravure chimique au travers d’un masque présentant des ouvertures à l’emplacement desdites cavités.
De manière préférée, chaque cavité est dimensionnée pour recevoir un unique pavé, ladite cavité présentant une forme identique à celle dudit pavé.
Un autre objet de la présente divulgation concerne une structure composite comprenant :
- au moins deux pavés d’un premier matériau, et
- un substrat, dit substrat receveur, en un second matériau distinct du premier matériau, présentant une surface principale, ladite structure composite étant caractérisée en ce que lesdits pavés sont agencés dans des cavités respectives s’étendant dans le substrat receveur à partir de la surface principale, de sorte qu’une surface libre des pavés soit sensiblement alignée avec la surface principale du substrat receveur. Dans certains modes de réalisation, le second matériau est un matériau semi- conducteur massif, tel que du silicium ou du carbure de silicium, un matériau piézoélectrique ou du verre, ou un empilement de plusieurs couches de matériaux semi-conducteurs différents.
Dans d’autres modes de réalisation, le substrat receveur est un substrat de type semi- conducteur sur isolant comprenant successivement un substrat de base, une couche électriquement isolante et une couche du second matériau définissant la surface principale du substrat receveur, et les cavités s’étendent dans la couche du second matériau jusqu’à la couche électriquement isolante.
Dans d’autres modes de réalisation, les cavités s’étendent dans une région superficielle du substrat receveur constituée du second matériau.
Dans certaines formes d’exécution, au moins une partie des parois d’au moins une desdites cavités est recouverte d’un film électriquement isolant.
Dans d’autres modes de réalisation, le substrat receveur comprend au moins une couche superficielle du second matériau recouverte d’une couche électriquement isolante et les cavités sont formées dans ladite couche électriquement isolante.
De manière particulièrement avantageuse, le premier matériau est choisi parmi :
- un matériau semi-conducteur, tel qu’un matériau lll-V, notamment le nitrure d'indium (InN), le nitrure de gallium (GaN), le nitrure d’aluminium (AIN), l’arséniure d'indium (InAs), l’arséniure de gallium (GaAs), l’arséniure d’aluminium (AlAs), le phosphure d'indium (InP), le phosphure de gallium (GaP) ou le phosphure d’aluminium (AIP), ou un matériau IV ou IV-IV, notamment le germanium ou le carbure de silicium (SiC),
- un matériau piézoélectrique, tel que le tantalate de lithium (LiTaOs), le niobate de lithium (LiNbOs), le niobate de potassium-sodium (KxNai-xNbO3 ou KNN), le titanate de baryum (BaTiOs), le quartz, le titano-zirconate de plomb (PZT), un composé de niobate de plomb-magnésium et de titanate de plomb (PMN-PT), l’oxide de zinc (ZnO), le nitrure d’aluminium (AIN) ou le nitrure d’aluminium et de scandium (AIScN), et/ou
- un matériau électriquement isolant, tel que le diamant, le titanate de strontium, la zircone yttriée ou le saphir.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en coupe d’une structure composite selon un mode de réalisation;
- les figures 2A à 2D illustrent des étapes de la formation du substrat temporaire ; - les figures 3A à 3H illustrent différentes étapes de préparation du substrat receveur et de transfert des pavés du substrat temporaire sur le substrat receveur, selon un premier mode de réalisation;
- les figures 4A à 4F illustrent différentes étapes de préparation du substrat receveur et de transfert des pavés du substrat temporaire sur le substrat receveur, selon un deuxième mode de réalisation;
- les figures 5A à 5F illustrent différentes étapes de préparation du substrat receveur et de transfert des pavés du substrat temporaire sur le substrat receveur, selon un troisième mode de réalisation.
Pour des raisons de lisibilité, les dessins ne sont pas nécessairement réalisés à l’échelle. Par ailleurs, le nombre de pavés schématisés sur les dessins n’est donné qu’à titre d’illustration.
DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION
La présente demande propose un procédé de fabrication d’une structure composite comprenant au moins deux pavés sur un substrat permettant de déposer les pavés dans des cavités dudit substrat, de sorte à faire sensiblement affleurer la surface des pavés avec la surface principale du substrat.
Les pavés sont formés d’un premier matériau, qui est de préférence choisi parmi :
- un matériau semi-conducteur, tel qu’un matériau lll-V, notamment le nitrure d'indium (InN), le nitrure de gallium (GaN), le nitrure d’aluminium (AIN), l’arséniure d'indium (InAs), l’arséniure de gallium (GaAs), l’arséniure d’aluminium (AlAs), le phosphure d'indium (InP), le phosphure de gallium (GaP) ou le phosphure d’aluminium (AIP), ou un matériau IV ou IV-IV, notamment le germanium ou le carbure de silicium (SiC),
- un matériau piézoélectrique, tel que le tantalate de lithium (LiTaOs), le niobate de lithium (LiNbOs), le niobate de potassium-sodium (KxNai-xNbO3 ou KNN), le titanate de baryum (BaTiOs), le quartz, le titano-zirconate de plomb (PZT), un composé de niobate de plomb-magnésium et de titanate de plomb (PMN-PT), l’oxide de zinc (ZnO), le nitrure d’aluminium (AIN) ou le nitrure d’aluminium et de scandium (AIScN), et/ou
- un matériau électriquement isolant, tel que le diamant, le titanate de strontium, la zircone yttriée ou le saphir.
Certains de ces matériaux ne sont disponibles que sous forme de substrats de petite dimension, par exemple présentant un diamètre inférieur à 150 ou 200 mm. En revanche, on cherche généralement à former une structure composite présentant la taille la plus grande possible, par exemple de l’ordre de 300 mm.
Cette différence de taille entre le substrat du premier matériau et la structure composite est compensée par le fait qu’on ne procède pas à un transfert direct d’une couche du premier matériau sur le substrat de la structure composite, mais que l’on forme un substrat temporaire comprenant un substrat intermédiaire et une pluralité de pavés du premier matériau disposés sur le substrat intermédiaire.
Pour former ledit substrat temporaire, on prélève des pavés à partir d’au moins un substrat donneur du premier matériau et on place chaque pavé sur un substrat intermédiaire. Chaque substrat donneur présente typiquement un diamètre inférieur au diamètre du substrat intermédiaire, mais le diamètre du substrat intermédiaire est identique à celui de la structure composite. Selon la densité de pavage à la surface du substrat, il peut être nécessaire d’utiliser plusieurs substrats donneurs.
Selon la composition du premier matériau, chaque substrat donneur présente une épaisseur comprise entre 20 pm et 1000 pm, de préférence comprise entre 100 pm et 700 pm. En principe, notamment pour les matériaux les plus fragiles, on découpe dans chaque substrat donneur des pavés s’étendant sur toute l’épaisseur du substrat donneur. Par conséquent, l’épaisseur des pavés est généralement égale à l’épaisseur du(des) substrat(s) donneur(s), et est donc typiquement comprise entre 20 pm et 1000 pm, de préférence comprise entre 100 pm et 700 pm.
Le placement des pavés sur le substrat intermédiaire peut être réalisé par un robot, dans le cadre d’un procédé connu sous le nom de « Pick and place ».
Le substrat intermédiaire servant essentiellement de support mécanique provisoire des pavés avant leur transfert sur un autre substrat pour former la structure composite, le substrat intermédiaire peut être en tout matériau présentant une rigidité suffisante pour supporter les étapes du procédé. Par exemple, mais de manière non limitative, le substrat intermédiaire peut être en silicium.
Dans certains modes de réalisation, on peut faire croître au moins une couche additionnelle sur les pavés après leur placement sur le substrat intermédiaire. Ladite couche additionnelle peut être par exemple formée par épitaxie d’un troisième matériau sur le premier matériau. Le troisième matériau peut être identique au premier matériau, auquel cas la couche additionnelle permet d’épaissir les pavés. Dans d’autres applications, le troisième matériau peut être différent du premier matériau. Pour préserver la qualité cristalline de la couche additionnelle, le troisième matériau est de préférence choisi pour présenter un paramètre de maille et un coefficient de dilatation thermique suffisamment proches de ceux du premier matériau. Par exemple, si le premier matériau est InP, le troisième matériau peut être InGaAs, InAIAs, GaAs, ... Dans la suite du texte, on appellera « pavé » l’empilement constitué du pavé initialement placé sur le substrat intermédiaire et de la(les) couche(s) additionnelle(s) formées ensuite.
Dans certains modes de réalisation, on forme une zone de fragilisation dans chaque pavé de sorte à délimiter une portion de pavé respective destinée à être transférée par la suite sur le substrat de la structure composite. L’épaisseur de ladite portion de pavé à transférer est avantageusement comprise entre 30 nm et 1 ,5 pm. De manière connue en elle-même, une telle zone de fragilisation peut être formée par implantation d’espèces atomiques au sein de chaque pavé. Lesdites espèces comprennent typiquement de l’hydrogène et/ou de l’hélium.
On assemble ensuite le substrat temporaire avec un substrat receveur par l’intermédiaire desdits pavés.
Le substrat receveur comprend un second matériau différent du premier matériau.
De manière particulièrement avantageuse, le second matériau est choisi parmi les matériaux semi-conducteurs, tels que le silicium ou le carbure de silicium, les matériaux piézoélectriques, ou le verre. Le second matériau peut éventuellement comprendre un empilement de plusieurs matériaux semi-conducteurs différents, par exemple Si/SiGe, Si/SiGe/Si, etc.
Le substrat receveur n’est pas nécessairement constitué d’un unique matériau. Ainsi, dans certains modes de réalisation, le substrat receveur peut être un substrat de type semiconducteur sur isolant. Un tel substrat comprend successivement un substrat de base, une couche électriquement isolante et une couche du second matériau. Dans d’autres modes de réalisation, le substrat receveur peut comprendre une couche électriquement isolante, par exemple un oxyde de silicium, recouvrant le second matériau.
Le substrat receveur ne présente pas une surface principale plane mais présente des cavités qui s’étendent dans l’épaisseur du substrat receveur à partir de ladite surface principale.
Les cavités présentent, dans le plan de la surface principale du substrat receveur, une taille légèrement supérieure à celle des pavés (cavités et pavés présentant de préférence une forme identique) et sont réparties selon un motif similaire à celui des pavés, chaque cavité étant destinée à recevoir un pavé respectif. Alternativement, une cavité peut être destinée à recevoir plusieurs pavés adjacents. Dans ce cas, la taille de ladite cavité est adaptée pour recevoir l’ensemble des pavés respectifs.
Les cavités présentent par ailleurs une profondeur inférieure à l’épaisseur des pavés. Ainsi, lors de l’assemblage du substrat temporaire sur le substrat receveur, chaque pavé est reçu sur au moins une partie de son épaisseur dans une cavité respective et adhère au fond de ladite cavité.
Par exemple, dans le cas où les pavés ne comprennent pas de zone de fragilisation, la profondeur des cavités peut être comprise entre 20 pm et 1000 pm, de préférence comprise entre 100 pm et 700 pm.
Dans le cas où les pavés présentent une zone de fragilisation, la profondeur des cavités peut être environ égale à l’épaisseur de la couche à transférer délimitée par la zone de fragilisation. Par exemple, la profondeur des cavités peut être comprise entre 30 nm et 1 ,5 pm. Dans certains modes de réalisation, les cavités sont formées par gravure du second matériau, qui se trouve à la surface du substrat receveur. A cet effet, un masque peut être formé au préalable sur la surface du substrat receveur de sorte à recouvrir les zones à protéger. Ledit masque peut être typiquement réalisé en nitrure ou en oxyde de silicium. Le masque présente des ouvertures définissant la surface à graver pour former les cavités. On met ensuite en oeuvre la gravure, par exemple une gravure de type humide (l’agent de gravure pouvant être HF, TMAH, KOH) ou sèche (par exemple une gravure ionique réactive, RIE, acronyme du terme anglo-saxon « reactive ion etching ») pour éliminer le second matériau. La durée de la gravure est choisie en fonction de l’épaisseur souhaitée pour les cavités.
Dans le cas où le substrat receveur est un substrat de type semiconducteur sur isolant, la couche électriquement isolante sert avantageusement de couche d’arrêt de gravure, de sorte que les cavités s’étendent sur toute l’épaisseur de la couche du second matériau, jusqu’à la couche électriquement isolante.
Dans d’autres modes de réalisation, si le second matériau est recouvert d’une couche électriquement isolante, les cavités sont formées par gravure du matériau de ladite couche électriquement isolante. Dans ce cas, le second matériau sert avantageusement de couche d’arrêt de gravure, de sorte que les cavités s’étendent sur toute l’épaisseur de la couche électriquement isolante, jusqu’au second matériau. Les zones restantes de la couche électriquement isolante permettent d’isoler électriquement des pavés adjacents.
Dans certains modes de réalisation, après la gravure des cavités, on forme une couche électriquement isolante sur la paroi et le fond des cavités. Une telle couche électriquement isolante peut par exemple être formée par oxydation du second matériau lors d’un recuit dans une atmosphère oxydante. De manière alternative, la couche électriquement isolante peut être formée par un procédé de dépôt, par exemple un dépôt chimique en phase vapeur (CVD, acronyme du terme anglo-saxon « chemical vapor deposition »). La couche ainsi formée permet d’isoler électriquement les pavés du substrat receveur et d’isoler électriquement des pavés adjacents. La couche d’oxyde peut éventuellement remplir la fonction de couche de collage pour les pavés.
Dans le cas où les cavités ont été formées dans une couche électriquement isolante recouvrant le second matériau, il est possible de déposer une couche électriquement isolante additionnelle uniquement sur le fond des cavités, afin d’isoler électriquement les pavés du substrat receveur.
Enfin, on retire le substrat intermédiaire de sorte à transférer au moins une portion des pavés sur le substrat receveur pour former la structure composite.
Dans certains modes de réalisation, le retrait du substrat intermédiaire peut être réalisé par enlèvement de matière, par exemple en meulant le substrat intermédiaire par sa face opposée au substrat receveur. Dans d’autres modes de réalisation, si les pavés comprennent une zone de fragilisation, on met en oeuvre un détachement des pavés le long de la zone de fragilisation, qui peut être initié par une contrainte mécanique, thermique et/ou chimique. On peut alors détacher du substrat receveur le substrat intermédiaire et le reliquat des pavés, la portion des pavés délimitant la zone de fragilisation étant transférée sur le substrat receveur.
De préférence, la surface libre des portions de pavés est légèrement en relief par rapport à la surface libre du substrat receveur. Par exemple, la surface libre des portions pavés dépasse d’une hauteur comprise entre 1% et 10% de l’épaisseur totale de la portion transférée de la surface libre du substrat receveur. On peut alors réaliser un polissage de la surface des pavés, pour retirer la zone éventuellement endommagée par l’implantation et pour uniformiser l’épaisseur des pavés. Ledit polissage peut être un polissage mécano- chimique (CMP, acronyme du terme anglo-saxon « Chemical Mechanical Polishing »). A l’issue du polissage, la surface libre des pavés est sensiblement alignée avec la surface libre du substrat receveur.
Les pavés ou portions de pavés étant logés dans les cavités, la structure composite formée du substrat receveur et des pavés ou portions de pavés présente une surface plane. Lors des étapes ultérieures mises en oeuvre sur ladite structure composite, notamment des étapes de photolithographie ou de métrologie, on évite ainsi des défauts d’alignement (connus sous le terme « overlay » dans la terminologie anglo-saxonne) ou des erreurs de mesure.
La figure 1 est une vue schématique en coupe d’une structure composite selon un mode de réalisation. Ladite structure comprend des pavés P1 , P2, P3 du premier matériau et un substrat 3 du second matériau. Chaque pavé est agencé dans une cavité respective du substrat 3 formée dans la surface principale dudit substrat 3, de sorte que la surface libre des pavés est sensiblement alignée (coplanaire) avec la surface du substrat 3.
Comme on le voit mieux dans l’insert qui représente une vue grossie du pavé P3 dans sa cavité, la surface libre de chaque pavé est située à une hauteur h par rapport à la surface du substrat 3. La hauteur h peut être nulle (la surface libre des pavés et la surface principale du substrat étant coplanaires), positive (les pavés étant alors en léger relief par rapport à la surface principale du substrat) ou négative (les pavés étant alors en léger retrait par rapport à la surface principale du substrat). En valeur absolue, la hauteur h est typiquement comprise entre 1 et 10% de l’épaisseur totale de la portion transférée des pavés.
Les figures 2A à 2D illustrent des étapes de la formation du substrat temporaire.
En référence à la figure 2A, on découpe des pavés P1 , P2, P3 dans un substrat donneur 1 du premier matériau. En général, pour ne pas fragiliser les pavés, les pavés sont découpés dans toute l’épaisseur du substrat donneur.
En référence à la figure 2B, on place chaque pavé P1 , P2, P3 sur un substrat intermédiaire 2. Comme indiqué plus haut, ledit substrat intermédiaire a une fonction de support mécanique des pavés avant leur transfert sur le substrat final pour former la structure composite. Le placement des pavés peut être réalisé individuellement (pavé par pavé) au moyen d’un robot.
Dans certains modes de réalisation, en référence à la figure 2C, on peut former une zone de fragilisation 10 dans chaque pavé P1 , P2, P3 placé sur le substrat intermédiaire 2, de sorte à délimiter une portion superficielle P’1 , P’2, P’3. La zone de fragilisation peut notamment être formée par implantation d’espèces atomiques (schématisée par les flèches) au sein des pavés.
Dans certains modes de réalisation, en référence à la figure 2D, une couche additionnelle 11 peut être formée sur les pavés P1 , P2, P3 placés sur le substrat intermédiaire 2. Ladite couche additionnelle peut avantageusement être formée par épitaxie sur chaque pavé.
Selon les cas, on utilise comme substrat temporaire dans la suite du procédé de formation de la structure composite le substrat 20 illustré sur les figures 2B, 2C ou 2D. Les modes de réalisation des figures 2C et 2D peuvent éventuellement être combinés. Dans ce cas, on réalise avantageusement la couche additionnelle avant l’implantation des espèces atomiques, afin d’éviter que le budget thermique de croissance de la couche additionnelle ne provoque une fracture prématurée des pavés le long de la zone de fragilisation.
Ledit substrat temporaire est destiné à être assemblé à un substrat receveur, afin d’y transférer les pavés ou les portions de pavés.
Les figures 3A à 3H illustrent différentes étapes de préparation du substrat receveur et de transfert des pavés du substrat temporaire sur le substrat receveur, dans le cas où le substrat receveur est un substrat de type semiconducteur sur isolant.
En référence à la figure 3A, le substrat receveur 3 comprend successivement un substrat de base 30, une couche électriquement isolante 31 , par exemple d’oxyde de silicium (également appelée couche d’oxyde enterrée) et une couche 32 du second matériau.
En référence à la figure 3B, on forme sur la couche 32 un masque 4 présentant des ouvertures à l’emplacement des cavités à former.
En référence à la figure 3C, on grave le second matériau exposé par les ouvertures du masque 4, de préférence sur toute l’épaisseur de la couche 32, pour former des cavités C1 , C2, C3. La couche électriquement isolante 31 forme en effet une couche d’arrêt de gravure.
En référence à la figure 3D, on retire le masque 4 de sorte à libérer la surface de la couche 32 restante. Le substrat ainsi obtenu peut être utilisé comme substrat receveur pour recevoir les pavés.
Dans un mode de réalisation optionnel, avant l’assemblage du substrat receveur et du substrat temporaire, on peut former une couche électriquement isolante 33 sur les parois des cavités. Ainsi, les parois et le fond des cavités est recouvert du matériau électriquement isolant, ce qui permet d’isoler électriquement les pavés qui vont être transférés dans les cavités des portions de la couche 32 qui s’étendent entre les cavités et du substrat de base 30.
En référence à la figure 3F, on assemble le substrat receveur 3 et le substrat temporaire 20, en mettant en regard les pavés P1 , P2, P2 et les cavités C1 , C2, C3 correspondantes (sur cette figure, c’est le substrat de la figure 3D qui a été représenté, mais on pourrait utiliser alternativement le substrat de la figure 3E).
Comme illustré sur la figure 3G, l’adhésion des substrats 3 et 20 se fait par l’intermédiaire des pavés et du fond des cavités.
En référence à la figure 3H, on retire le substrat intermédiaire. Dans le mode de réalisation illustré, les pavés présentent une zone de fragilisation 11. Par conséquent, le retrait du substrat intermédiaire et du reste des pavés est réalisé par détachement le long de la zone de fragilisation 11. Seules les portions de pavés P’1 , P’2, P’3 sont ainsi transférées sur le substrat receveur.
Dans d’autres modes de réalisation (non illustrés), le retrait du substrat intermédiaire peut être réalisé par meulage du substrat par la face opposée au substrat receveur, jusqu’à atteindre la surface principale du substrat 3.
Les figures 4A à 4F illustrent différentes étapes de préparation du substrat receveur et de transfert des pavés du substrat temporaire sur le substrat receveur, dans le cas où le substrat receveur est un substrat massif.
En référence à la figure 4A, le substrat receveur 3 est un substrat massif du second matériau.
En référence à la figure 4B, on forme sur le substrat 3 un masque 4 présentant des ouvertures à l’emplacement des cavités à former.
En référence à la figure 4C, on grave le second matériau exposé par les ouvertures du masque 4 pour former des cavités C1 , C2, C3. La durée de gravure est ajustée en fonction de la profondeur souhaitée pour les cavités.
Ensuite, on retire le masque 4 de sorte à libérer la surface du substrat 3. Le substrat ainsi obtenu peut être utilisé comme substrat receveur pour recevoir les pavés.
Dans un mode de réalisation optionnel, illustré sur la figure 4D, avant l’assemblage du substrat receveur et du substrat temporaire, on peut former une couche électriquement isolante 33 à la surface du substrat 3 de sorte à recouvrir les parois et le fond des cavités. Ladite couche 33 permet d’isoler électriquement les pavés qui vont être transférés dans les cavités du reste du substrat 3.
En référence à la figure 4E, on assemble le substrat receveur 3 et le substrat temporaire 20, en mettant en regard les pavés P1 , P2, P2 et les cavités C1 , C2, C3 correspondantes (sur cette figure, c’est le substrat de la figure 4D qui a été représenté, mais on pourrait s’abstenir éventuellement de la couche électriquement isolante 33). L’adhésion des substrats 3 et 20 se fait par l’intermédiaire des pavés et du fond des cavités.
En référence à la figure 4F, on retire le substrat intermédiaire. Dans le mode de réalisation illustré, les pavés présentent une zone de fragilisation 11. Par conséquent, le retrait du substrat intermédiaire et du reste des pavés est réalisé par détachement le long de la zone de fragilisation 11. Seules les portions de pavés P’1 , P’2, P’3 sont ainsi transférées sur le substrat receveur.
Dans d’autres modes de réalisation (non illustrés), le retrait du substrat intermédiaire peut être réalisé par meulage du substrat par la face opposée au substrat receveur, jusqu’à atteindre la surface principale du substrat 3.
Les figures 5A à 5F illustrent différentes étapes de préparation du substrat receveur et de transfert des pavés du substrat temporaire sur le substrat receveur, dans le cas où le substrat receveur comprend un substrat du second matériau recouvert d’une couche électriquement isolante.
En référence à la figure 5A, le substrat receveur 3 comprend un substrat massif 30 du second matériau recouvert d’une couche électriquement isolante 34.
En référence à la figure 5B, on forme sur la couche 34 un masque 4 présentant des ouvertures à l’emplacement des cavités à former.
En référence à la figure 5C, on grave le matériau électriquement isolant exposé par les ouvertures du masque 4, de préférence sur toute l’épaisseur de la couche 34, pour former des cavités C1 , C2, C3. Le substrat 30 forme en effet une couche d’arrêt de gravure.
En référence à la figure 5D, on retire le masque 4 de sorte à libérer la surface de la couche 34. Le substrat ainsi obtenu peut être utilisé comme substrat receveur pour recevoir les pavés.
En référence à la figure 5E, on assemble le substrat receveur 3 et le substrat temporaire 20, en mettant en regard les pavés P1 , P2, P2 et les cavités C1 , C2, C3 correspondantes.
L’adhésion des substrats 3 et 20 se fait par l’intermédiaire des pavés et du fond des cavités.
En référence à la figure 5F, on retire le substrat intermédiaire. Dans le mode de réalisation illustré, les pavés présentent une zone de fragilisation 11. Par conséquent, le retrait du substrat intermédiaire et du reste des pavés est réalisé par détachement le long de la zone de fragilisation 11. Seules les portions de pavés P’1 , P’2, P’3 sont ainsi transférées sur le substrat receveur.
Dans d’autres modes de réalisation (non illustrés), le retrait du substrat intermédiaire peut être réalisé par meulage du substrat par la face opposée au substrat receveur, jusqu’à atteindre la surface principale du substrat 3.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d’une structure composite comprenant au moins deux pavés sur un substrat, comprenant :
(a) la formation d’un substrat temporaire (20) comprenant un substrat intermédiaire (2) et une pluralité de pavés (P1 , P2, P3) d’un premier matériau disposés sur le substrat intermédiaire (2),
(b) l’assemblage du substrat temporaire (20) avec un substrat receveur (3) en un second matériau différent du premier matériau par l’intermédiaire desdits pavés (P1 , P2, P3), et
(c) le retrait du substrat intermédiaire (2) de sorte à transférer au moins une portion (P’1 , P’2, P’3) des pavés sur le substrat receveur (3) pour former la structure composite, ledit procédé étant caractérisé en ce que le substrat receveur (3) comprend une surface principale à partir de laquelle s’étendent des cavités (C1 , C2, C3), le substrat receveur (3) étant assemblé au substrat temporaire (20) du côté de ladite surface principale de sorte que chaque pavé (P1 , P2, P3) soit reçu dans une cavité (C1 , C2, C3) respective et en ce que, après le retrait du substrat intermédiaire (2), la surface libre des portions de pavés (P’1 , P’2, P’3) soit sensiblement alignée avec la surface principale du substrat receveur (3).
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel l’étape (a) de formation du substrat temporaire (20) comprend la formation d’une zone de fragilisation (10) de chaque pavé (P1 , P2, P3) délimitant une portion (P’1 , P’2, P’3) de pavé respective à transférer, et l’étape (c) de retrait du substrat intermédiaire (2) comprend le détachement de chaque portion (P’1 , P’2, P’3) de pavé le long de ladite zone de fragilisation (10).
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la formation de ladite zone de fragilisation (10) comprend une implantation d’espèces atomiques au sein de chaque pavé (P1 , P2, P3).
4. Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel la formation dudit substrat temporaire (20) comprend le prélèvement de chaque pavé (P1 , P2, P3) à partir d’au moins un substrat donneur (1 ) du premier matériau et le placement de chaque pavé (P1 , P2, P3) sur le substrat intermédiaire (2), chaque substrat donneur (1 ) présentant un diamètre inférieur au diamètre du substrat intermédiaire (2).
5. Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel le second matériau est un matériau semi-conducteur, tel que du silicium ou du carbure de silicium, un matériau piézoélectrique, ou du verre.
6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel le substrat receveur (3) est un substrat de type semi-conducteur sur isolant comprenant successivement un substrat de base (30), une couche électriquement isolante (31), et une couche (32) du second matériau définissant la surface principale du substrat receveur, et les cavités (C1 , C2, C3) sont formées dans la couche (32) du second matériau jusqu’à la couche électriquement isolante (31 ).
7. Procédé selon la revendication 5, dans lequel les cavités (C1 , C2, C3) sont formées dans une région superficielle du substrat receveur (3) constituée du second matériau.
8. Procédé selon l’une des revendications 6 ou 7, dans lequel au moins une partie des parois d’au moins une desdites cavités (C1 , C2, C3) est recouverte d’un film électriquement isolant (33), de sorte à isoler électriquement la portion de pavé (P’1 , P’2, P’3) respective du substrat receveur (3).
9. Procédé selon la revendication 5, dans lequel le substrat receveur (3) comprend au moins une couche superficielle du second matériau recouverte d’une couche électriquement isolante (34) et les cavités (C1 , C2, C3) sont formées dans ladite couche électriquement isolante (34).
10. Procédé selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel l’assemblage du substrat temporaire (20) sur le substrat receveur (3) est réalisé par adhésion moléculaire.
11 . Procédé selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel chaque pavé (P1 , P2, P3) présente une épaisseur comprise entre 20 pm et 1000 pm, de préférence comprise entre 100 pm et 700 pm, et la portion (P’1 , P’2, P’3) transférée de chaque pavé présente une épaisseur comprise entre 30 nm et 1 ,5 pm.
12. Procédé selon la revendication 11 , dans lequel chaque cavité (C1 , C2, C3) présente une profondeur comprise entre 30 nm et 1 ,5 pm.
13. Procédé selon l’une des revendications 1 à 12, dans lequel, à l’issue de l’étape (c) de retrait du substrat intermédiaire (2), la surface libre des portions de pavés (P'1 , P’2, P’3) est en relief par rapport à la surface principale du substrat receveur (3), le procédé comprenant en outre une étape de polissage desdites surfaces.
14. Procédé selon l’une des revendications 1 à 13, dans lequel le premier matériau est choisi parmi :
- un matériau semi-conducteur, tel qu’un matériau lll-V, notamment le nitrure d'indium (InN), le nitrure de gallium (GaN), le nitrure d’aluminium (AIN), l’arséniure d'indium (InAs), l’arséniure de gallium (GaAs), l’arséniure d’aluminium (AlAs), le phosphure d'indium (InP), le phosphure de gallium (GaP) ou le phosphure d’aluminium (AIP), ou un matériau IV ou IV-IV, notamment le germanium ou le carbure de silicium (SiC),
- un matériau piézoélectrique, tel que le tantalate de lithium (LiTaOs), le niobate de lithium (LiNbOs), le niobate de potassium-sodium (KxNai-xNbO3 ou KNN), le titanate de baryum (BaTiOs), le quartz, le titano-zirconate de plomb (PZT), un composé de niobate de plomb-magnésium et de titanate de plomb (PMN-PT), l’oxide de zinc (ZnO), le nitrure d’aluminium (AIN) ou le nitrure d’aluminium et de scandium (AIScN), et/ou
- un matériau électriquement isolant, tel que le diamant, le titanate de strontium, la zircone yttriée ou le saphir.
15. Procédé selon l’une des revendications 1 à 14, comprenant, avant l’étape (b) d’assemblage du substrat temporaire (20) et du substrat receveur (3), la formation par épitaxie d’au moins une couche additionnelle (11 ) d’un troisième matériau sur chaque pavé.
16. Procédé selon l’une des revendications 1 à 15, dans lequel les cavités (01 , 02, 03) sont formées par gravure chimique au travers d’un masque (4) présentant des ouvertures à l’emplacement desdites cavités.
17. Procédé selon l’une des revendications 1 à 16, dans lequel chaque cavité (01 , 02, 03) est dimensionnée pour recevoir un unique pavé, ladite cavité présentant une forme identique à celle dudit pavé.
18. Structure composite comprenant :
- au moins deux pavés (P’1 , P’2, P’3) d’un premier matériau, et
- un substrat (3), dit substrat receveur, en un second matériau distinct du premier matériau, présentant une surface principale, ladite structure composite étant caractérisée en ce que lesdits pavés (P’1 , P’2, P’3) sont agencés dans des cavités (01 , 02, 03) respectives s’étendant dans le substrat receveur (3) à partir de la surface principale, de sorte qu’une surface libre des pavés (P’1 , P’2, P’3) soit sensiblement alignée avec la surface principale du substrat receveur (3).
19. Structure selon la revendication 18, dans laquelle le second matériau est un matériau semi-conducteur massif, tel que du silicium ou du carbure de silicium, un matériau piézoélectrique ou du verre, ou un empilement de plusieurs couches de matériaux semi- conducteurs différents.
20. Structure selon la revendication 19, dans laquelle le substrat receveur (3) est un substrat de type semi-conducteur sur isolant comprenant successivement un substrat de base (30), une couche électriquement isolante (31), et une couche (30) du second matériau définissant la surface principale du substrat receveur, et les cavités (C1 , C2, C3) s’étendent dans la couche du second matériau jusqu’à la couche électriquement isolante.
21. Structure selon la revendication 19, dans laquelle les cavités (C1 , C2, C3) s’étendent dans une région superficielle du substrat receveur (3) constituée du second matériau.
22. Structure selon l’une des revendications 20 ou 21 , dans laquelle au moins une partie des parois d’au moins une desdites cavités (C1 , C2, C3) est recouverte d’un film électriquement isolant (33).
23. Structure selon la revendication 19, dans laquelle le substrat receveur (3) comprend au moins une couche superficielle du second matériau recouverte d’une couche électriquement isolante (34) et les cavités (C1 , C2, C3) sont formées dans ladite couche électriquement isolante (34).
24. Structure selon l’une des revendications 18 à 23, dans laquelle le premier matériau est choisi parmi :
- un matériau semi-conducteur, tel qu’un matériau lll-V, notamment le nitrure d'indium (InN), le nitrure de gallium (GaN), le nitrure d’aluminium (AIN), l’arséniure d'indium (InAs), l’arséniure de gallium (GaAs), l’arséniure d’aluminium (AlAs), le phosphure d'indium (InP), le phosphure de gallium (GaP) ou le phosphure d’aluminium (AIP), ou un matériau IV ou IV-IV, notamment le germanium ou le carbure de silicium (SiC),
- un matériau piézoélectrique, tel que le tantalate de lithium (LiTaOs), le niobate de lithium (LiNbOs), le niobate de potassium-sodium (KxNai-xNbO3 ou KNN), le titanate de baryum (BaTiOs), le quartz, le titano-zirconate de plomb (PZT), un composé de niobate de plomb-magnésium et de titanate de plomb (PMN-PT), l’oxide de zinc (ZnO), le nitrure d’aluminium (AIN) ou le nitrure d’aluminium et de scandium (AIScN), et/ou - un matériau électriquement isolant, tel que le diamant, le titanate de strontium, la zircone yttriée ou le saphir.
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