FR2849714A1 - Recyclage par des moyens mecaniques d'une plaquette comprenant une structure multicouches apres prelevement d'une couche mince - Google Patents

Recyclage par des moyens mecaniques d'une plaquette comprenant une structure multicouches apres prelevement d'une couche mince Download PDF

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Abstract

Procédé de recyclage d'une plaquette donneuse (10) après prélèvement d'une couche utile comprenant un matériau choisi parmi les matériaux semiconducteurs.La plaquette donneuse (10) comprend successivement un substrat (1) et une structure de prélèvement (I), la structure de prélèvement (I) comprenant avant prélèvement la couche utile prélevée.Le procédé comprend un enlèvement de matière concernant une partie de la plaquette donneuse (10) du côté où a eu lieu le prélèvement. L'enlèvement de matière comprend une mise en oeuvre de moyens mécaniques de sorte à conserver une partie de la structure de prélèvement (I') comprenant au moins une autre couche utile prélevable après recyclage, sans étape supplémentaire de reformation de couche utile.Le présent document concerne également :- des procédés de réalisation d'une plaquette donneuse (10) recyclable selon l'invention ;- des procédés de prélèvement de couche mince d'une plaquette donneuse (10) recyclable selon l'invention ;- des plaquettes donneuses (10) recyclables selon l'invention.

Description

La présente invention concerne le recyclage d'une plaquette donneuse après
y
avoir prélevé une couche en matériau semiconducteur, le recyclage comprenant un enlèvement de matière concernant une partie de la plaquette donneuse du côté o a eu lieu le prélèvement.
Avant prélèvement, une telle plaquette donneuse comprend un substrat et la couche à prélever épitaxiée sur le substrat.
Après prélèvement, la couche prélevée est intégrée à une structure dans laquelle on réalisera la plupart du temps des composants notamment dans les domaines de la microélectronique, de l'optique ou de l'optoélectronique.
La couche à prélever doit donc atteindre un niveau élevé de qualité déterminé selon un ou des critère(s) particulier(s).
Or la qualité de la couche à prélever dépend en grande partie du support de croissance, c'est à dire de la qualité du substrat sur lequel elle est épitaxiée.
La formation d'un tel substrat de qualité est souvent complexe et demande une 15 attention particulière, impliquant une difficulté technique et un cot économique élevé.
Ce dernier point est d'autant plus vérifié si on considère une couche à prélever en matériau semiconducteur composé, tel qu'un alliage, le substrat d'épitaxie devant lui aussi présenter une structure souvent difficile et coteuse à réaliser.
Ainsi, un substrat comprenant une couche tampon présente en particulier de 20 telles difficultés de réalisation.
On entend généralement par " couche tampon " une couche de transition entre une première structure cristalline tel un substrat support et une deuxième structure cristalline, ayant comme fonction première une modification de propriétés du matériau, telles que des propriétés structurales, stoechiométriques ou une recombinaison atomique 25 en surface.
Dans un cas particulier de couche tampon, cette dernière peut permettre d'obtenir une deuxième structure cristalline dont le paramètre de maille diffère sensiblement de celui du substrat support.
Une première technique de réalisation d'une couche tampon, consiste à réaliser 30 des croissances de couches successives de sorte à former une structure ayant une composition variant graduellement en épaisseur, la variation graduelle de composants de la couche tampon étant alors directement associée à une variation graduelle de son paramètre de maille.
Réalisée sur la couche tampon, une couche ou une superposition de couches 5 peut être prélevée à partir de la plaquette donneuse pour être transférée sur un substrat récepteur, afin de réaliser une structure déterminée.
Une des applications majeures d'un transfert de couches minces formées sur une couche tampon concerne la formation de couches de silicium contraint élastiquement, et notamment dans le cas o le silicium est contraint en tension car 10 certaines de ses propriétés, comme la mobilité électronique du matériau, sont alors nettement améliorées.
D'autres matériaux, comme par exemple le SiGe, peuvent aussi faire l'objet d'un prélèvement sensiblement analogue.
Un transfert de telles couches sur un substrat récepteur grâce notamment à un 15 procédé appelé Smart-cut connu de l'homme du métier, permet alors de réaliser des structures telles que des structures SeOI (acronyme anglo-saxon de " Semiconductor On Insulator ").
Par exemple, après un prélèvement d'une couche de SiGe relaxé élastiquement, la structure obtenue et comprenant la couche prélevée peut servir alors de support de 20 croissance à du silicium qui sera mise sous tension par la couche de SiGe relaxé.
Pour illustration, un exemple d'un tel procédé est décrit dans le document IBM de L.J. Huang et coll. (" SiGe-On-Insulator prepared by wafer bonding and layer transfer for high-performance field-effect transistors", Applied Physics Letters, 26/02/2001, vol.78, n09) dans lequel est présenté un procédé de réalisation d'une 25 structure Si/SGOI.
D'autres applications de croissance sur couche tampon sont possibles, notamment avec les semiconducteurs de la famille 111-V.
Des transistors sont ainsi couramment réalisés dans les technologies à base de GaAs ou à base d'InP.
En terme de performance électronique, l'InP a sensiblement l'avantage sur le GaAs. Pour des raisons principales de cot de réalisation et de faisabilité, la technique choisie consiste à reporter sur un substrat récepteur une couche de InP prélevée obtenue par croissance sur une couche tampon sur substrat support en GaAs.
Certains procédés de prélèvements, tel un procédé de type "etch-back ", entrament alors une destruction de la partie restante du substrat support et de la couche tampon lors du prélèvement.
Dans certains autres procédés de prélèvements, le substrat support est recyclé 10 mais la couche tampon est perdue.
Or, la technique de réalisation d'une couche tampon est complexe.
D'autre part, pour minimiser sa densité de défauts cristallographiques, l'épaisseur d'une couche tampon est habituellement importante, typiquement comprise entre un à plusieurs micromètres.
La réalisation d'une telle couche tampon induit donc une mise en oeuvre souvent longue, difficile et coteuse.
Une deuxième technique de réalisation d'une couche tampon est notamment exposée dans le document WOO/1 5885, et a pour but principal de relaxer élastiquement une couche de Ge contraint par l'intermédiaire d'une couche tampon en Ge.
Cette technique se base sur des conditions d'épitaxie particulières, associant notamment les paramètres température, temps et composition chimique.
Par rapport à la première technique, elle présente l'avantage principal d'être plus simple, moins longue et moins coteuse à réaliser.
La couche tampon obtenue au final est en outre moins épaisse qu'une couche 25 tampon réalisée selon la première technique.
Une troisième technique de réalisation d'une couche tampon est exposée par B. Hôllander et coll., notamment dans le document intitulé " Strain relaxation of pseudomorphic Si,-,Ge, / Si(100) heterostructures after hydrogen or helium ion implantation for virtual substrate fabrication" (dans Nuclear and Instruments and 30 Methods in Physics Research B 175177 (2001) 357 - 367).
Elle consiste à relâcher des contraintes élastiques présentes dans la couche à prélever au moyen d'une implantation d'hydrogène ou d'hélium en profondeur.
Ainsi, dans cette optique, cette troisième technique peut donner un résultat voisin d'une couche tampon réalisée selon l'une des deux premières techniques avec sensiblement moins d'exigence de mise en oeuvre.
Le procédé décrit en particulier une relaxation d'une couche de SiGe contraint en compression, cette couche étant formée sur un substrat en Si.
La technique employée comprend une implantation d'ions hydrogène ou d'hélium à travers la surface de la couche contrainte dans le substrat en Si à une 10 profondeur déterminée, générant des perturbations dans l'épaisseur de Si au dessus de la zone implantée (cette épaisseur forme alors une couche tampon) et provoquant sous traitement thermique une certaine relaxation de la couche de SiGe.
Cette technique semble moins longue, plus facile à mettre en oeuvre et moins coteuse que la première technique de réalisation d'une couche tampon.
Un intérêt à mettre en oeuvre une telle technique serait d'intégrer ultérieurement cette couche relaxée ou pseudo-relaxée dans une structure pour la fabrication de composants, notamment pour l'électronique ou l'opto-électronique.
Cependant, de façon analogue à la première technique de réalisation d'une couche tampon, une couche tampon réalisée selon l'une de ces deux dernières 20 techniques est supprimée lors des techniques connues de recyclage de la plaquette donneuse après prélèvement.
Or sa réalisation garde des difficultés techniques de mise en oeuvre.
La présente invention vise à améliorer la situation en proposant selon un premier aspect un procédé de recyclage d'une plaquette donneuse après prélèvement 25 d'une couche utile comprenant un matériau choisi parmi les matériaux semiconducteurs, la plaquette donneuse comprenant successivement un substrat et une structure de prélèvement, la structure de prélèvement comprenant avant prélèvement la couche utile prélevée, le procédé comprenant un enlèvement de matière concernant une partie de la plaquette donneuse du côté o a eu lieu le prélèvement, caractérisé en ce que 30 l'enlèvement de matière comprend une mise en oeuvre de moyens mécaniques d'attaque de sorte à conserver une partie de la structure de prélèvement comprenant au moins une autre couche utile prélevable après recyclage, sans étape supplémentaire de reformation de couche utile.
Selon un deuxième aspect, l'invention propose un procédé de réalisation d'une 5 plaquette donneuse destinée à fournir une couche utile par prélèvement et apte à être recyclée après prélèvement par ledit procédé de recyclage, caractérisé en ce qu'il comprend la formation d'une structure de prélèvement sur un substrat.
Selon un troisième aspect, l'invention propose un Procédé de prélèvement d'une couche utile sur une plaquette donneuse pour être transférée sur un substrat récepteur, 10 caractérisé en ce qu'il comprend: (a) un collage de la plaquette donneuse avec le substrat récepteur du côté de la couche utile à prélever; (b) un détachement de la couche utile comprise dans la structure de prélèvement (1) de la plaquette donneuse; 1 5 (c) un recyclage de la plaquette donneuse conformément audit procédé de recyclage. Selon un quatrième aspect, l'invention propose un procédé de prélèvement cyclique de couche utile à partir d'une plaquette donneuse, caractérisé en ce qu'il comprend une succession d'étapes de prélèvement de couche utile, chacune de ces 20 étapes étant conforme audit procédé de prélèvement.
Selon un cinquième aspect, l'invention propose une application dudit procédé de prélèvement cyclique ou dudit procédé de prélèvement, à la réalisation de structure comprenant le substrat récepteur et la couche utile, la couche utile comprenant au moins un des matériaux suivants: du SiGe, du Si, un alliage appartenant à la famille 111-V dont 25 la composition est respectivement choisie parmi les combinaisons possibles (Al,GaIn)(N,P,As).
Selon un sixième aspect, l'invention propose une plaquette donneuse ayant fourni une couche utile par prélèvement, et recyclée ou apte à être recyclée par ledit procédé de recyclage, caractérisée en ce qu'elle comprend successivement un substrat, et une structure de prélèvement ayant fourni la couche utile et ayant après prélèvement une épaisseur suffisante pour comprendre au moins une autre couche utile à fournir.
D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de mise en oeuvre de procédés préférés de 5 celle-ci, donnés à titre d'exemple non limitatif et faits en référence aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 représente les différentes étapes d'un procédé selon l'invention comprenant successivement un prélèvement de couche mince à partir d'une plaquette donneuse et un recyclage de la plaquette donneuse après prélèvement.
L'objectif principal de la présente invention consiste à recycler une plaquette comprenant une structure de prélèvement, après qu'on y ait prélevé au moins une couche utile (c'est à dire la partie de la plaquette donneuse étant prélevée) afin d'intégrer cette dernière dans une structure semiconductrice, le recyclage étant mis en oeuvre de sorte que la partie restante de la structure de prélèvement puisse à nouveau 15 fournir une couche utile dans un prélèvement ultérieur après recyclage, sans mettre en oeuvre une étape de reformation de couche utile, telle qu'une étape de croissance cristalline par épitaxie.
Le recyclage doit donc notamment comprendre un traitement adapté pour ne pas détériorer une partie de la structure de prélèvement dans laquelle est comprise la 20 couche utile, pour que cette dernière demeure prélevable après recyclage.
Dans une configuration particulière, on pourra avoir plusieurs couches utiles prélevables qui sont comprises dans la structure de prélèvement recyclée, et avoir ainsi la possibilité d'avoir une succession de plusieurs prélèvements successifs, entre lesquelles on mettra avantageusement en oeuvre un procédé de recyclage selon la 25 présente invention.
En référence aux figures la et lb la plaquette donneuse 10 est constituée d'un substrat et d'une structure de prélèvement I. Dans une première configuration du substrat 1, ce dernier est constitué d'un seul matériau cristallin ayant le premier paramètre de maille.
Dans une deuxième configuration du substrat 1, ce dernier est un "pseudosusbtrat" constitué d'un substrat support et d'une structure tampon interfacée avec la structure de prélèvement I. On désigne par " structure tampon " toute structure se comportant comme une couche tampon.
De façon avantageuse, elle présente en surface une structure cristallographique sensiblement relaxée et/ou sans un nombre notable de défauts structurels.
De façon avantageuse, la couche tampon a au moins une des deux fonctions suivantes: - diminution de la densité de défauts dans la couche supérieure; - adaptation d'un paramètre de maille entre deux structures cristallographiques de paramètres de maille différents. Pour réaliser la deuxième fonction, la couche tampon présente aux alentours d'une de ses faces un premier paramètre de maille sensiblement identique à celui du 15 substrat support et aux alentours de son autre face un deuxième paramètre de maille sensiblement identique à celui de la couche de la structure de prélèvement I directement sus-jacente à la structure tampon).
Dans une première configuration de la structure tampon, cette dernière est constituée d'une unique couche tampon.
La couche tampon, située sur le substrat support, permet de présenter à sa surface un paramètre de maille sensiblement différent du paramètre de maille du substrat support, et ainsi de permettre d'avoir dans une même plaquette donneuse 10, une couche ayant un paramètre de maille différent de celui du substrat support.
La couche tampon peut permettre en outre, dans certaines applications, à la 25 couche sus-jacente d'éviter de contenir une grande densité de défauts et/ou de subir des contraintes notables.
La couche tampon peut permettre en outre, dans certaines applications, à la couche sus-jacente d'avoir un bon état de surface.
Selon une première technique de réalisation de structure tampon, une couche tampon est formée de sorte à avoir un paramètre de maille se modifiant de façon globalement progressive sur une épaisseur conséquente pour établir la transition entre les deux paramètres de maille.
Une telle couche est généralement appelée couche métamorphique.
Cette modification du paramètre de maille peut être réalisée de façon continue dans l'épaisseur de la couche tampon.
Ou elle peut être réalisée par " étages ", chaque étage étant une couche mince avec un paramètre de maille sensiblement constant et différent de celui de l'étage sous10 jacent, de sorte à modifier de façon discrète le paramètre de maille étage par étage.
Elle peut aussi avoir une forme plus complexe telle qu'une variation de composition à taux variable, une inversion de signe du taux ou des sauts discontinus de composition. L'évolution du paramètre de maille dans la couche tampon est avantageusement 15 trouvée en y augmentant, à partir du substrat support, de façon sensiblement progressive la concentration d'au moins un élément atomique qui n'est pas compris dans le substrat support. Ainsi, par exemple, une couche tampon réalisée sur un substrat support en matériau unitaire pourra être en matériau binaire, tertiaire, quaternaire ou plus.
Ainsi, par exemple, une couche tampon réalisée sur un substrat support en matériau binaire pourra être en matériau tertiaire, quaternaire ou plus.
La couche tampon est avantageusement réalisée par croissance sur le substrat support, par exemple par épitaxie en utilisant les techniques connues telles que les techniques CVD et MBE (abréviations respectives de " Chemical Vapor Deposition " et 25 " Molecular Beam Epitaxy ").
De manière générale, la couche tampon peut être réalisée par toute autre méthode connue, afin d'obtenir par exemple une couche tampon constituée d'alliage entre différents éléments atomiques.
Une légère étape de finition de la surface du substrat support sousjacent à la couche tampon, par exemple par polissage CMP, peut éventuellement précéder la réalisation de la couche tampon.
Dans une autre configuration, la couche tampon réalisée selon la première 5 technique est comprise dans une structure tampon qui est constituée d'une couche tampon (sensiblement identique à celle de la première configuration) et d'une couche additionnelle. La couche additionnelle peut être entre le substrat support et la couche tampon, ou sur la couche tampon.
Dans un premier cas particulier, cette couche additionnelle peut constituer une deuxième couche tampon, telle qu'une couche tampon permettant de confiner des défauts, et ainsi d'améliorer la qualité cristalline de la structure de prélèvement I réalisée sur la structure tampon.
Cette couche additionnelle est en matériau semiconducteur ayant de préférence 1 5 une composition en matériau constante.
La composition et l'épaisseur choisies d'une telle couche additionnelle à réaliser sont alors des critères particulièrement importants pour atteindre cette propriété.
Ainsi, par exemple, les défauts structurels dans une couche épitaxiée diminuent habituellement de façon graduelle dans l'épaisseur de cette couche.
Dans un deuxième cas particulier, la couche additionnelle est située sur la couche tampon et a une composition constante en matériau relaxé.
Elle peut ainsi fixer le deuxième paramètre de maille.
La couche additionnelle peut aussi avoir plusieurs fonctions, telles que des fonctions choisies parmi ces deux derniers cas particuliers.
Dans une configuration avantageuse, la couche additionnelle est située sur la couche tampon et a un paramètre de maille sensiblement différent du paramètre de maille du substrat support.
Dans un cas particulier de cette configuration avantageuse, la couche additionnelle est en matériau relaxé par la couche tampon.
La couche additionnelle est avantageusement réalisée par croissance sur la couche tampon, par exemple par épitaxie par CVD ou MBE.
Dans un premier mode de réalisation, la croissance de la couche additionnelle est réalisée in situ, directement en continuation de la formation de la couche tampon 5 sous-jacente, cette dernière étant aussi dans ce cas avantageusement formée par croissance de couche.
Dans un deuxième mode de réalisation, la croissance de la couche additionnelle est réalisée après une légère étape de finition de surface de la couche tampon sousjacente, par exemple par polissage CMP, traitement thermique ou autre technique de 10 lissage.
Une deuxième technique de réalisation de structure tampon se base sur une technique de dépôt d'une couche superficiellement à un substrat support, cette couche superficielle ayant un paramètre de maille nominal sensiblement différent du paramètre de maille du matériau voisin de la surface du substrat support.
Ce dépôt de la couche superficielle est réalisé de façon à ce que la couche déposée soit pratiquement exempte de défauts plastiques, telles que des dislocations.
Cette couche superficielle est réalisée de sorte à présenter au final: une première partie en contact avec le substrat support, qui confine des défauts plastiques, telles que des dislocations; et - une deuxième partie, relaxée ou pseudo-relaxée par la première partie, et présentant pas ou peu de défauts plastiques.
La première partie de la couche superficielle déposée joue alors le rôle d'une couche tampon puisque: * elle confine les défauts plastiques afin de préserver la deuxième partie de la 25 couche superficielle; et * elle adapte le paramètre de maille de la couche superficielle avec celui du substrat. Par " confinement ", on signifie que la grande majorité des défauts plastiques se trouvent dans la première partie. La deuxième partie de la couche superficielle n'est pas il absolument exempte de défauts, mais leur concentration est compatible avec les applications microélectroniques.
La technique de dépôt employée pour réaliser une telle couche tampon comprend avantageusement des variations dans le temps de températures et de compositions chimiques de dépôt.
On peut ainsi réussir à réaliser une couche tampon présentant une composition chimique sensiblement constante en épaisseur, contrairement à une couche tampon réalisée selon la première technique.
Une ou plusieurs couches peuvent cependant être intercalée(s) entre la couche 10 tampon et la deuxième partie de la couche superficielle.
La couche tampon peut en outre avoir une épaisseur inférieure aux plus petites épaisseurs des couches tampons réalisées selon la première technique.
Le document WO 00/15885 enseigne d'un exemple de réalisation d'une telle couche tampon selon cette dernière technique, en réalisant un dépôt de SiGe ou de Ge 15 sur un susbtrat support en Si monocristallin.
Un tel procédé de dépôt peut ainsi être par exemple réalisé selon un mode dans lequel on effectue un dépôt de Ge monocristallin sur un substrat support de Si monocristallin, en mettant en oeuvre les étapes suivantes: * stabilisation en température du substrat support en silicium monocristallin à une 20 première température stabilisée prédéterminée de 400'C à 500'C, de préférence 4300C à 460'C; * dépôt chimique en phase vapeur (CVD) de Ge à ladite première température déterminée jusqu'à l'obtention d'une couche de base de Ge sur le substrat support d'une épaisseur prédéterminée inférieure à une épaisseur finale voulue; * accroissement de la température de dépôt chimique en phase vapeur du Ge depuis la première température prédéterminée jusqu'à une seconde température prédéterminée allant de 750'C à 850'C, de préférence de 800'C à 850'C; et poursuite du dépôt chimique en phase vapeur du Ge à ladite seconde température prédéterminée jusqu'à obtention de l'épaisseur finale voulue pour la couche superficielle de Ge monocristallin.
La couche tampon est la partie de la couche déposée qui est en interface avec le 5 substrat support et qui s'étend sur une épaisseur pour laquelle le taux de défauts cristallographiques est supérieur à une valeur limite.
L'épaisseur de cette couche tampon peut en particulier être de l'ordre de 0.5 à 1 micron, ce qui est inférieur à l'épaisseur d'une couche tampon réalisée selon la première technique. L'autre partie de la couche est au moins une partie de la structure de prélèvement I. Un tel procédé de dépôt peut également être effectué selon des variantes - par exemple celles divulguées par le document WO 00/15885.
On a de la sorte réalisé le substrat i de la plaquette donneuse 10, le substrat 1 1 5 comprenant ledit substrat support et ladite couche tampon.
Une troisième technique de réalisation d'une structure tampon est employée sur une structure comprenant le substrat 1 et une couche ayant été déposée sur le substrat 1.
Le matériau choisi pour constituer cette couche est en un matériau ayant un 20 paramètre de maille nominal qui est sensiblement différent du paramètre de maille de la surface du substrat 1, de sorte à devoir être contraint élastiquement en compression ou en tension par le substrat 1.
La couche contrainte a une structure générale en matériau contraint, mais peut aussi contenir une ou plusieurs épaisseurs en matériau relaxé ou pseudo relaxé qui ont 25 une épaisseur cumulée très inférieure à celle de la couche contrainte, afin que cette dernière conserve un état globalement contraint.
Dans tous les cas, la couche contrainte est avantageusement formée sur le substrat l par croissance cristalline, telle qu'une épitaxie en utilisant les techniques connues comme par exemple les techniques CVD et MBE.
Pour obtenir une telle couche contrainte sans trop de défauts cristallographiques, comme par exemple des défauts ponctuels ou des défauts étendus telles que des dislocations, il est avantageux de choisir les matériaux cristallins constituant le substrat 1 et la couche contrainte (au voisinage de son interface avec le 5 substrat 1) de sorte qu'ils présentent une différence entre leur premier et leur deuxième paramètres de maille nominaux respectifs suffisamment faible.
Par exemple, cette différence de paramètre de maille est typiquement comprise entre environ 0,5 % et environ 1,5 %, mais peut aussi présenter des valeurs plus importantes. Par exemple, dans les matériaux IV - IV, le Ge a un paramètre de maille nominal supérieur d'environ 4,2 % à celui du Si, et donc le SiGe à 30% de Ge a un paramètre de maille nominal supérieur d'environ 1,15 % à celui du Si.
D'autre part, il est préférable que la couche contrainte ait une épaisseur sensiblement constante, afin qu'elle présente des propriétés intrinsèques sensiblement 15 constantes et/ou pour faciliter le futur collage avec le substrat récepteur (tel que représenté sur la figure lb).
Pour éviter une relaxation de la couche contrainte ou une apparition de contraintes internes de type plastique, l'épaisseur de cette dernière doit en outre rester inférieure à une épaisseur critique de contrainte élastique.
Cette épaisseur critique de contrainte élastique dépend principalement du matériau principal choisi pour constituer la couche contrainte et de ladite différence de paramètre de maille avec le substrat 1.
L'homme du métier se référera à l'état de la technique pour connaître la valeur de l'épaisseur critique de contrainte élastique du matériau qu'il utilise pour la couche 25 contrainte formée sur le matériau utilisé pour le substrat 1.
Une fois formée, la couche contrainte a donc un paramètre de maille sensiblement voisin de celui de son substrat de croissance 1 et présente alors des contraintes élastiques internes en compression ou en tension.
Une fois la structure formée, la troisième technique de réalisation de structure tampon comprend une première étape de formation dans le substrat 1 d'une zone de perturbation à une profondeur déterminée.
Une zone de perturbation se définit comme une zone présentant des contraintes 5 internes susceptibles de former des perturbations structurelles dans les parties environnantes.
Cette zone de perturbation est avantageusement formée sur sensiblement toute la surface du substrat 1 parallèlement à la surface du substrat 1.
Un procédé de formation d'une telle zone de fragilisation comprend une 10 implantation d'espèces atomiques dans le substrat 1 à ladite profondeur déterminée, avec une énergie d'implantation et un dosage des espèces atomiques déterminés.
Dans un mode de mise en oeuvre particulier de l'implantation, les espèces atomiques implantées comprennent de l'hydrogène et/ou de l'hélium.
Une telle zone de perturbation formée par implantation comprend alors des 15 contraintes internes, voire des défauts cristallographiques, exercées par les espèces atomiques implantées sur le réseau cristallin adjacent àla zone de perturbation.
Ces contraintes internes sont alors susceptibles de créer des perturbations cristallographiques dans la zone sus-jacente.
A cet effet, la couche tampon est réalisée selon cette troisième technique au 20 cours de la mise en oeuvre d'une seconde étape par un apport d'énergie adapté et convenablement paramétré pour: * aider à l'apparition des perturbations dans la région sus-jacente à la zone de perturbation; * augmenter l'ampleur de ces perturbations dans cette région sus-jacente; et 25 * provoquer une relaxation élastique au moins relative de la couche contrainte suite à l'apparition des perturbations. L'objectif principal d'un tel apport 'd'énergie est donc de provoquer une relaxation au moins relative des contraintes élastiques de la couche contrainte afin de former une couche contrainte relaxée.
La région intermédiaire comprise dans le substrat 1 entre la zone de perturbation et la couche contrainte: * confine des défauts de type dislocations; * adapte le paramètre de maille du substrat 1 au paramètre de maille nominal de la couche contrainte; Cette région intermédiaire peut donc être considérée ici comme une couche tampon. Un traitement thermique est avantageusement mis en oeuvre afin de, s'il est convenablement paramétré, générer ledit apport d'énergie suffisant pour provoquer ces 10 modifications structurelles.
Ce dernier traitement thermique est avantageusement réalisé à une ou des températures sensiblement inférieures à une température critique au-delà de laquelle un nombre significatif d'espèces atomiques implantées seraient dégazées.
A partir des contraintes internes dans la zone de perturbation on crée ainsi des 15 perturbations cristallographiques locales.
Notamment pour des raisons de minimisation d'énergie élastique au niveau de la couche contrainte, ces perturbations apparaissent principalement dans la couche tampon et sous l'influence du traitement thermique, augmentent en amplitude.
Quand ces perturbations sont devenues suffisamment importantes, elles agissent 20 sur la couche contrainte en y relaxant au moins relativement des contraintes élastiques, ces contraintes relaxées étant principalement des contraintes de désaccord de maille entre les paramètres de maille nominaux respectifs du matériau de la couche contrainte et de celui du substrat 1.
Cependant, la relaxation de la couche contrainte peut aussi s'accompagner 25 d'apparition de défauts cristallins de type inélastique dans l'épaisseur de celle-ci, telles que des dislocations traversantes.
Des traitements adaptés, tel qu'un traitement thermique, peuvent alors être mis en oeuvre pour diminuer le nombre de ces défauts.
On peut par exemple mettre en oeuvre un traitement adapté qui permette d'augmenter la densité de dislocations jusqu'à ce qu'elle soit comprise entre deux valeurs limites, les deux valeurs limites définissant un intervalle de densité de dislocations dans lequel au moins une partie des dislocations s'annihile.
Dans tous les cas, on obtient au final une couche relaxée ou pseudorelaxée dont le paramètre de maille nominal est sensiblement différent du paramètre de maille nominal du substrat de croissance 1 et qui présente un taux faible de dislocations préjudiciables à la formation de composants microélectroniques dans la couche contrainte relaxée.
Cette couche relaxée ou pseudo relaxée peut constituer au moins une partie de la structure de prélèvement I. Pour plus de précisions, on pourra se référer à B. Hôllander et coll., notamment dans le document intitulé " Strain relaxation of pseudomorphic Si,-,Ge, / Si(100) heterostructures after hydrogen or helium ion implantation for virtual substrats 15 fabrication " (dans Nuclear and Instruments and Methods in Physics Research B 175177 (2001) 357 - 367).
La couche tampon ainsi réalisée selon cette troisième technique du réalisation de structure tampon est alors comprise dans le substrat 1 tel que défini avant la mise en oeuvre de cette troisième technique de réalisation de couche tampon.
Une quatrième technique de réalisation de structure tampon se base sur un substrat support de la structure tampon à réaliser, dont la surface est en relief; et un dépôt des éléments constitutifs de la structure tampon sur le substrat support.
Etant donné la non planéarité de la surface du substrat support, le dépôt des éléments constitutifs de la structure tampon se fait de façon anisotropique avec des 25 effets de sélectivité de croissance et des coalescences locales qui donnent à la structure tampon réalisée des propriété déterminées.
Ce quatrième mode de réalisation de structure tampon met en oeuvre des techniques déterminées et paramétrées de sorte que les propriétés obtenues de la couche tampon correspondent à des propriétés de confinement de défauts cristallographiques, afin que la structure de prélèvement I que l'on réalisera sur la structure tampon ait une structure intrinsèque de qualité.
Le choix de la topographie du substrat support est une des données essentielles pour obtenir un tel résultat.
On choisira notamment de préférence une topographie à motifs se répétant de façon périodique sur toute la surface du substrat support, afin d'homogénéiser son influence sur toute la surface de la plaquette.
On aura par exemple un substrat support présentant des bandes espacées l'une de l'autre d'une distance déterminée.
Pour une telle topographie en bandes, et sous certaines conditions de dépôt, on peut réussir à concentrer des dislocations des couches épitaxiées au voisinage des bandes, et notamment des coins de bandes.
L'épaisseur de la couche dans laquelle est confinée la majeure partie des dislocations constitue alors la couche tampon.
Pour cette topographie particulière de surface du substrat support en bandes espacées périodiquement sur toute la surface du substrat support, les bandes sont avantageusement constituées d'un matériau isolant formé sur un substrat et constituant ainsi un masque aux matériaux que l'on déposera ultérieurement.
En outre, on pourra intercaler entre un substrat massif et la structure en relief, 20 une couche intermédiaire en matériaux cristallins servant de substrat de croissance à la structure tampon, la structure en relief isolante étant alors suffisamment fine pour ne pas perturber la reprise de croissance de la structure tampon sur le substrat de croissance qui lui est sous jacent.
Cette technique est aussi appelée surcroissance d'épitaxie latérale ou "ELOG" 25 (abréviation anglo-saxonne de epitaxially laterally overgrown) et est principalement appliquée à des dépôts de films de nitrures par épitaxie MOCVD (acronyme anglo saxon de " Metal Organic-Chemical-VaporDeposition ").
On pourra par exemple se baser sur le Bulletin du "Materials Research Community " de mai 1998, volume 23, n05, dans l'Article de Shuji Nakamura intitulé 30 " InGaN/GaN/AlGaN- Based Laser Diodes with an Estimated Lifetime of Longer than 10,000 hours ", dans lequel *est décrit notamment une croissance de GaN sur une structure en bandes en SiO2.
On décrira plus loin dans ce document, dans l'exemple 9, une structure en GaN réalisée selon cette quatrième technique de réalisation de structure tampon par ELOG.
Quelle que soit la configuration structurelle du substrat 1 (qui comprend ou ne comprend pas de structure tampon), ce dernier est constitué au niveau de l'interface avec la structure de prélèvement I d'un matériau cristallin présentant peu ou pas de défauts cristallographiques.
Au moins une partie des différentes couches constituant la structure de prélèvement I est avantageusement réalisée par croissance sur le substrat 1, par exemple par épitaxie par CVD ou MBE.
Dans un premier mode de réalisation, des croissances d'au moins une partie de ces couches sont réalisées in situ, directement en continuation de la formation des 15 couches qui leur sont respectivement sous-jacentes, ces dernières étant aussi dans ce cas avantageusement formées par croissance de couche.
Dans un deuxième mode de réalisation, des croissances d'au moins une partie de ces couches sont réalisées après de légères étapes de finition de surface des couches qui leur sont respectivement sous-jacentes, par exemple par polissage CMP, traitement 20 thermique ou autre technique de lissage.
Au final, on obtient une structure de prélèvement I comprenant des couches en matériaux cristallins.
La structure de prélèvement I comprend avant recyclage une épaisseur équivalente ou supérieure à au moins deux couches utiles.
Cependant, la structure de prélèvement I a très avantageusement une épaisseur supérieure à deux couches utiles afin de s'affranchir des épaisseurs de matériau retirées lors du ou des traitement(s) mis en oeuvre lors du recyclage pour rattraper des défauts créés la plupart du temps lors du prélèvement de la couche utile.
Il est en effet habituel de trouver des rugosités, des inhomogénéités d'épaisseur, 30 des défauts structurels et/ou d'autres types de défauts, à la surface d'une plaquette donneuse 10 après prélèvement, comme ceux rencontrés dans la structure postprélèvement I' en référence à la figure 1 c.
Par exemple, il peut apparaître après prélèvement, des parties saillantes et/ou rugueuses au niveau de la surface de prélèvement de la plaquette donneuse 10 restante.
Ces parties superficielles en relief apparues en surface de la structure de prélèvement I dépendent principalement de la façon de prélever et de la technique mise en oeuvre lors du prélèvement.
* Ainsi, par exemple, une façon de prélever couramment employée en industrie consiste à prélever la couche utile non pas sur toute la surface de la plaquette donneuse 10 10, mais seulement sur une partie de cette dernière (qui est généralement une partie sensiblement centrée) laissant sur la surface de la plaquette donneuse 10 des parties saillantes. Ces parties saillantes sont généralement monoblocs et situées en périphérie de la surface de la plaquette donneuse 10, l'ensemble des parties saillantes étant alors appelé dans le métier " couronne de prélèvement ".
a Ainsi, par exemple, des techniques connues de prélèvement, comme par exemple celles que nous étudierons d'avantage et plus loin dans ce document, telle la technique Smart-cute déjà évoquée, provoquent quelquefois des rugosités de surface.
La structure de prélèvement I avant prélèvement doit donc avoir une épaisseur d'au moins deux couches utiles à prélever et d'une épaisseur égale ou supérieure à une 20 marge d'épaisseur correspondant à la matière minimale à retirer lors du ou des recyclage(s). Cette marge d'épaisseur est ainsi typiquement de l'ordre de un micron dans le cas d'un recyclage après un prélèvement de type Smart-cut (que nous discuterons plus loin). Cependant, en utilisant des techniques de recyclage performantes, telle qu'une gravure chimique sélective, on pourra réduire cette marge d'épaisseur.
Un traitement principal mis en oeuvre lors du recyclage selon l'invention est un traitement d'enlèvement de matière adapté de sorte à conserver une partie de la structure de prélèvement I comprenant au moins une autre couche utile prélevable après 30 recyclage.
Cet ou ces enlèvement(s) de matière est (sont) mis en oeuvre sur la plaquette donneuse 10, c'est à dire au niveau de la surface libre de la structure de prélèvement I qui reste après prélèvement.
Dans le cadre de l'invention, tout enlèvement de matière comprend la mise en oeuvre par des moyens mécaniques d'attaque de matière tels un polissage ou un rodage.
Ce traitement peut être effectué en surface et est mis en oeuvre pour retirer une partie superficielle de la structure de prélèvement I sur laquelle on a prélevé la couche utile, et permet en particulier de retirer une épaisseur superficielle contenant des défauts de surface apparus lors du prélèvement, telles que des perturbations cristallographiques 10 de type dislocations ou défauts ponctuels.
Ce traitement peut être effectué d'avantage en profondeur dans le cas particulier o la technique de prélèvement mise en oeuvre est génératrice de défauts présent d'avantage en profondeur dans l'épaisseur de la structure de prélèvement I. Une technique d'enlèvement de matière par des moyens mécaniques de type 15 polissage couramment employée consiste à disposer une plaquette donneuse 10 entre une tête de polissage et un plateau de polissage pouvant tourner autour d'un arbre d'entraînement. Les surfaces principales respectives de la tête de polissage et du plateau de polissage sont sensiblement parallèles.
Une force appliquée sur la tête de polissage plaque la plaquette donneuse 10 contre la face supérieure du plateau.
Le mouvement de rotation de la plaquette donneuse 10 par rapport au plateau provoque alors des frottements sur une face de la plaquette donneuse 10, et polit donc cette face.
Dans un mode préférentiel, la tête de polissage, accompagnée de la plaquette donneuse 10, se déplace sur la surface supérieure du plateau de polissage selon un parcours déterminé afin d'homogénéiser au mieux le polissage. Ce mouvement peut être par exemple un mouvement de translation en va-et-vient le long d'un axe déterminé ou un mouvement hélicodal.
Le plateau de polissage est avantageusement revêtu d'un matériau texturé ou tissu. Une solution de polissage permettant de lubrifier les actions de frottements du plateau sur la plaquette donneuse peut être avantageusement injectées.
Un nettoyage post-polissage de la surface de la plaquette, généralement avec de l'eau dé-ionisée que l'on injecte, peut suivre le polissage.
Un rinçage post-polissage peut être mis en oeuvre entre le polissage et le nettoyage, généralement avec un solution comprenant un tensioactif adapté que l'on injecte. Un tensioactif a pour fonction première de disperser au maximum les particules 10 résiduelles dans la solution de rinçage, qui peuvent continuer à éroder la surface de la tranche, et de diminuer ainsi leur déposition sur la surface, et permettre leur évacuation.
Une ou plusieurs de ces solutions sont avantageusement injectées de sorte à humidifier le tissu recouvrant le plateau qui répartit ainsi au mieux la solution sur toute la surface de la plaquette donneuse 10.
Dans un premier mode de réalisation des plateaux, lesdites fonctions de plateaux de polissage, de rinçage et de nettoyage ne sont remplies que par un seul plateau. Mais pour améliorer la productivité de l'ensemble du procédé, on préférera des dispositifs à plusieurs plateaux: Dans un deuxième mode de réalisation des plateaux, la fonction de polissage est remplie par un plateau de polissage et les fonctions de rinçage et de nettoyage sont remplies par un seul plateau dit de rinçage/nettoyage. Ce mode de réalisation qui découple le polissage du rinçage/nettoyage améliore la qualité du rinçage en utilisant pour le rinçage un plateau " vierge " de tous résidus particulaires pouvant rester 25 accrochés à un plateau.
Dans un troisième mode de réalisation des plateaux, le plateau de polissage, le plateau de rinçage et le plateau de nettoyage sont des plateaux distincts. Ce mode de réalisation découple, par rapport au deuxième mode de réalisation, le rinçage du nettoyage et améliore ainsi la propreté finale de la surface de la tranche en utilisant pour le nettoyage un plateau vierge de tous résidus particulaires pouvant rester accrochés à un plateau de rinçage.
En addition au polissage, on peut faire intervenir des particules abrasives, telles des particules de silice, pour améliorer l'attaque de la matière.
En addition au polissage, on peut faire intervenir des agents chimiques afin d'accompagner l'attaque mécanique mise en oeuvre par le plateau de polissage par une attaque chimique.
Dans un mode de mise en oeuvre avantageux de l'enlèvement de matière de la plaquette donneuse 10, on réalise une planarisation mécano-chimique, encore appelée 10 CMP, dont le principe est de mettre en présence la surface de polissage du plateau de polissage et un fluide de polissage comprenant des particules abrasives et un agent d'attaque chimique.
En addition au polissage mécanique, le fluide de polissage met alors en oeuvre conjointement une gravure chimique au moyen de l'agent d'attaque et une gravure 15 mécanique au moyen des particules abrasives, de la surface à polir de la plaquette donneuse 10.
L'enlèvement de matière peut être là encore suivi par un rinçage et/ou un nettoyage de la surface polie de la plaquette donneuse 1 0.
A noter que le rinçage peut dans certains cas agir, non seulement sur un 20 enlèvement plus rapide des particules résiduelles et abrasives du polissage, mais aussi sur l'action chimique du polissage.
En effet, si l'agent d'attaque chimique utilisé lors du polissage a un pH basique, en ajoutant à la solution de polissage un agent tensioactif, généralement acide, on favorise un arrêt rapide de l'action chimique de la solution de polissage.
Pour certains matériaux semiconducteurs, tel le silicium, l'action chimique est prépondérante sur l'action mécanique (les particules abrasives mises en oeuvre lors du polissage de la surface de tels matériaux semiconducteurs étant de petite taille).
Un tel rinçage avec un tensioactif acide permet donc, et notamment pour les matériaux cités dans le dernier paragraphe, d'arrêter significativement l'action du polissage et de contrôler son effet sur la tranche. De la sorte, l'épaisseur post-polissage est ainsi garantie et reproductible.
On peut obtenir ainsi un contrôle de l'arrêt du polissage, et donc un contrôle plus précis de l'épaisseur enlevée.
Il sera en outre préféré une injection progressive de la solution de rinçage: une injection trop rapide entraînerait une diminution rapide de la valeur du pH de la solution de polissage et peut avoir dans certains cas de matériaux semiconducteurs, tel le silicium, pour conséquence d'augmenter la taille des particules abrasives par agglomération et donc de s'exposer à des dommages d'abrasion causés par ces 10 agglomérats de particules plus volumineux.
Un exemple d'application de mise en oeuvre d'une planarisation d'une couche est présentée ici dans le cas o la couche à planariser comprend au moins en partie du silicium. La solution adaptée au polissage du silicium est généralement une solution 15 basique ayant un pH compris entre 7 et 10, et de préférence entre 8 et 10, l'agent chimique étant alors préférentiellement une base azotée telle que l'ammoniaque.
Les particules abrasives sont préférentiellement des molécules de silice, avec des tailles de l'ordre du dixième de micron.
Si on décide de rincer, on utilisera un tensioactif ayant un pH préférentiellement 20 entre 3 et 5, voire autour de 4 avec une CMC (abréviation de " Concentration Micellaire Critique ") avoisinant 0,1 % ou moins.
Le temps de l'étape de rinçage sera avantageusement de l'ordre de 50 % du temps de polissage.
Ces moyens mécaniques ou mécano-chimiques sont particulièrement 25 avantageux dans le cadre de l'invention pour contrôler la quantité de matière enlevée de sorte à permettre de conserver au moins une partie de la structure de prélèvement I. Mais de façon générale, l'enlèvement de matière de la plaquette donneuse 10 peut comprendre la mise en oeuvre de tous moyens mécaniques d'attaque de matière, tels que par exemple un rodage ou un bombardement d'espèces atomiques.
Cet enlèvement de matière peut éventuellement être précédé d'un traitement thermique permettant de lisser d'avantage les surfaces à retirer.
En référence à la figure le, la partie de la structure tampon d'origine qui reste après l'enlèvement de matière est référencée I'.
On préférera d'abord et dans certains cas mettre en oeuvre une finition de l'état de la surface de la plaquette donneuse 1 0 au niveau de laquelle a eu lieu l'enlèvement de matière mis en òuvre lors de la première étape du recyclage, de sorte à retirer toute rugosité ayant pu apparaître lors de l'enlèvement de matière.
A cet effet, on mettra en oeuvre par exemple un traitement thermique.
Un exemple illustré d'un procédé global de prélèvement comprenant un prélèvement d'une couche mince et un recyclage de la plaquette donneuse 10 après recyclage est donné en référence aux figures la à Id.
En référence à la figure la, et comme précédemment justifiée, la structure de prélèvement I a une épaisseur supérieure ou égale à deux couches utiles.
Un procédé de prélèvement de couche mince est représenté sur les figures lb et lC. Une première étape de prélèvement préférée de l'invention consiste à créer une zone de fragilisation dans la structure de prélèvement 1, afin de réaliser un détachement plus tard, et prélever ainsi la ou les couche(s) souhaitée(s).
Plusieurs techniques pouvant être mises en oeuvre pour créer une telle zone de fragilisation sont présentées ici: Une première technique, appelée Smart-cute, connue de l'homme du métier (et dont on pourra trouver des descriptions dans un certain nombre d'ouvrages traitant de techniques de réduction de plaquettes) consiste, dans sa première étape, à implanter des 25 espèces atomiques (tels que des ions hydrogène) avec une énergie déterminée pour créer ainsi une zone de fragilisation.
Une deuxième technique consiste à former une interface fragile par création d'au moins une couche poreuse, comme décrit par exemple dans le document EP-A0 849 788.
En référence à la figure lb, une deuxième étape concernant le prélèvement de couche mince consiste à rapporter un substrat récepteur 2 à la surface de la plaquette donneuse 10.
Le substrat récepteur 2 constitue un support mécanique suffisamment rigide 5 pour soutenir la deuxième couche 3 dont une partie sera prélevée de la plaquette donneuse 10, et la protéger d'éventuelles contraintes mécaniques venues de l'extérieur.
Ce substrat récepteur 2 peut être par exemple en silicium, en quartz, en saphir, en SiC ou en un autre type de matériau.
On rapporte le substrat récepteur 2 en le mettant en contact intime avec la 10 structure de prélèvement I et en opérant un collage, dans lequel on effectue avantageusement une adhésion moléculaire entre le substrat 2 et la structure de prélèvement I. Cette technique de collage, ainsi que des variantes, est notamment décrite dans le document intitulé " Semiconductor Wafer Bonding " (Science and technology, 15 Interscience Technology) par Q. Y. Tong, U. Gôsele et Wiley.
Le collage est accompagné, si nécessaire, d'un traitement approprié des surfaces respectives à coller au préalable et/ou un apport d'énergie thermique et/ou un apport d'un liant supplémentaire.
Ainsi, par exemple, un traitement thermique mis en oeuvre pendant ou juste 20 après le collage permet de rigidifier les liaisons de collage.
Le collage peut aussi être contrôlé par une couche de collage, telle de la silice, intercalée entre la structure de prélèvement I et le substrat récepteur 2, présentant des capacités de liaisons moléculaires particulièrement fortes.
De façon avantageuse le matériau constituant la face de collage du substrat 25 récepteur 2 et/ou le matériau de la couche de collage éventuellement formée, est électriquement isolant pour réaliser à partir des couches prélevées une structure SeOI, la couche de semiconducteur de la structure SeOI étant alors ici la partie prélevée (i.e. la couche utile) de la structure de prélèvement I. Une fois le substrat récepteur 2 collé, on met en oeuvre un enlèvement de la partie de la plaquette donneuse 10 au niveau de la zone de fragilisation formée précédemment, en y opérant un détachement.
Dans le cas de ladite première technique (Smart-cut ), on soumet, dans une 5 seconde étape, la zone implantée (formant la zone de fragilisation) à un traitement thermique et/ou mécanique, ou autre apport d'énergie, pour réaliser le détachement au niveau de la zone de fragilisation.
Dans le cas de ladite deuxième technique, on soumet la couche fragile à un traitement mécanique, ou autre apport d'énergie, pour réaliser le détachement au niveau 10 de la couche fragilisée.
Le détachement au niveau d'une zone de fragilisation selon l'une de ces deux techniques permet de retirer une partie majeure de la plaquette 10, pour obtenir une structure comprenant le reste de la partie de la structure de prélèvement I prélevée (qui représente donc ici la couche utile), l'éventuelle couche de collage et le substrat 15 récepteur 2.
Une structure post-prélèvement I' constitue la partie de la structure de prélèvement I restante après le prélèvement, l'ensemble de la plaquette formant une plaquette donneuse 10' à envoyer au recyclage pour être ultérieurement réutilisée lors d'un prélèvement de couche ultérieur.
Le résultat d'un recyclage d'une telle plaquette donneuse 10' est représenté sur la figure Id.
Il met en oeuvre une attaque mécanique ou mécano-chimique de la structure post-prélèvement I' conformément à une de celles déjà discutées plus haut, pour enlever une partie de la structure post-prélèvement 1'.
On peut aussi mettre en oeuvre plusieurs techniques d'enlèvement de matière par des moyens mécaniques différents, notamment si la structure post-prélèvement I' comprend plusieurs couches différentes d'origine, telles que par exemple faire succéder des attaques par CMP et par simple polissage.
Cette attaque mécanique de matière peut être précédée et/ou suivie de traitements de surface, telle qu'une gravure chimique, un traitement thermique, ou un lissage. En référence à la figure ld, la structure de prélèvement I" obtenue après 5 recyclage est sensiblement identique à la structure de prélèvement I diminuée d'une épaisseur voisine de l'épaisseur moyenne de la couche qui a été prélevée et de la matière enlevée lors du recyclage. Selon l'invention, cette épaisseur est suffisante pour comprendre une couche utile prélevable.
La plaquette donneuse 10" est alors apte à fournir une couche utile prélevée 10 dans la structure de prélèvement I" lors d'un prélèvement ultérieur sans autre étape supplémentaire telle qu'une étape de croissance cristalline.
Dans une configuration particulière de la plaquette donneuse 10 avant prélèvement, celle-ci comprend une pluralité de couches utiles prélevables.
Dans cette configuration particulière, et pour une structure de prélèvement I 1 5 selon l'invention dans laquelle on peut prélever plusieurs couches utiles entre des étapes de recyclage selon l'invention, on met en oeuvre dans un contexte avantageux un procédé cyclique de prélèvement de couches utiles à partir d'une plaquette donneuse 10 selon l'invention, en faisant se succéder itérativement * un procédé de prélèvement; et e un procédé de recyclage selon l'invention.
Avant la mise en oeuvre du procédé cyclique de prélèvement, on peut mettre en oeuvre un procédé de réalisation de la plaquette donneuse 10 selon l'invention avec une ou plusieurs des techniques de réalisation de couches minces sur substrat l décrites plus haut. La possibilité de prélever plusieurs fois conformément à la présente invention, à partir d'une plaquette donneuse 10, dans une même structure I réalisée sur substrat i sans nécessairement y former de couches supplémentaires et/ou sans nécessairement mettre en oeuvre un traitement pour récupérer au moins unepartie du substrat 1, permet un gain de temps de la mise en oeuvre du procédé global de prélèvement, une mise en oeuvre du procédé plus aisé, et un cot économique sensiblement moins élevé que les différents procédés de l'état de la technique.
Après un certain nombre de prélèvements et de recyclages effectués dans la 5 structure de prélèvement I, le nombre de prélèvements étant notamment fonction de l'épaisseur de cette dernière, la structure de prélèvement I restante n'est plus suffisamment épaisse pour contenir une couche utile à prélever.
La plaquette donneuse 10 n'est alors quasiment plus constituée que du substrat 1. Dans un premier cas, on jette la plaquette donneuse 10 et on perd alors tout le substrat 1 qui peut être complexe, long et coteux à réaliser, notamment dans le cas o le substrat l comprend une structure tampon.
Dans un deuxième cas plus avantageux, on récupère au moins une partie du substrat 1, en mettant en oeuvre un procédé de recyclage.
Dans le cas o le substrat 1 comprend une structure tampon, trois types de recyclage du substrat l peuvent être mis en oeuvre: - recyclage comprenant l'enlèvement de toute la structure tampon, mais qui permet de conserver au moins une partie du substrat support sur lequel la structure tampon a été formée; ce recyclage entraîne toutefois la perte de la 20 partie du substrat 1 généralement la plus difficile et la plus coteuse à réaliser; et nécessite la mise en oeuvre d'une étape supplémentaire de reformation d'une structure tampon si on souhaite par exemple reformer un substrat l équivalent à celui d'avant recyclage; - recyclage comprenant l'enlèvement d'une partie de la structure tampon, et 25 permettant de conserver le substrat support sur lequel la structure tampon a été formée et une partie de la structure tampon, telle qu'une couche tampon coteuse à réaliser; lors du recyclage on pourra par exemple et avantageusement mettre en oeuvre un enlèvement de matière sélectif arrêté par une couche d'arrêt judicieusement située dans la structure tampon; une étape supplémentaire de reformation d'une structure tampon est avantageusement mise en oeuvre si on souhaite notamment reformer un substrat i équivalent à celui d'avant recyclage; - recyclage comprenant l'enlèvement d'au moins une partie du reste de la 5 structure de prélèvement I d'origine, et permet de conserver tout le substrat l; lors du recyclage on pourra mettre en oeuvre une étape de finition de la surface du reste de structure de prélèvement I (par exemple par CMP, traitement thermique, oxydation sacrificielle, bombardement, ou autre technique de lissage) et/ou mettre en oeuvre un enlèvement de matière 10 sélectif arrêté par une couche d'arrêt par exemple judicieusement située entre la structure de prélèvement I et le substrat l; Après recyclage du substrat 1, on reforme alors une nouvelle structure de prélèvement I dans laquelle plusieurs couches utiles peuvent être prélevées selon un procédé de l'invention.
Cette nouvelle structure de prélèvement I peut être sensiblement identique à celle d'avant recyclage.
Cette nouvelle structure de prélèvement I pourra avoir une structure légèrement différente de celle de la structure de prélèvement I avant recyclage, en modifiant légèrement certains paramètres de réalisation. On modifiera légèrement, par exemple, 20 des concentrations de certains composés dans un matériau.
Dans tous les cas, la structure de prélèvement est avantageusement réalisée par croissance de couches, par exemple par épitaxie par CVD ou MBE.
Dans un premier cas, la croissance d'au moins une des couches comprise dans la structure de prélèvement I est réalisée in situ, directement en continuation de la 25 formation du support de croissance sous-jacent, ce dernier étant aussi dans ce cas avantageusement formé par croissance de couche.
Dans un deuxième cas, la croissance d'au moins une de ces couches est réalisée après une légère étape de finition de surface du support de croissance sous-jacent, par exemple par polissage CMP, traitement thermique ou autre technique de lissage.
Dans la suite de ce document, nous présentons des exemples de configurations de plaquettes donneuses 10 comprenant des structures à plusieurs couches I, et aptes à être mises en oeuvre par un procédé selon l'invention.
Nous présenterons en particulier des matériaux pouvant être avantageusement utilisés dans de telles plaquettes donneuses 1 0.
Pour certains des exemples que nous détaillerons, le substrat 1 comprend une structure tampon et un substrat support, la structure tampon étant réalisée sur le substrat support. La structure tampon a alors, dans les exemples concernés, un premier paramètre 10 de maille au niveau de son substrat support et un deuxième paramètre de maille au voisinage de son interface avec la structure de prélèvement I sus-jacente.
Une telle structure tampon comprend une couche tampon permettant de réaliser une telle adaptation de paramètre de maille.
La première technique de réalisation d'une structure tampon (telle que discutée 15 plus haut dans ce document) la plus souvent employée pour obtenir une couche tampon ayant cette propriété est d'avoir une couche tampon composée de plusieurs éléments atomiques comprenant: a au moins un élément atomique se retrouvant dans la composition du substrat support; et e au moins un élément atomique ne se retrouvant pas ou très peu dans le substrat support, et ayant une concentration évoluant graduellement dans l'épaisseur de la couche tampon.
La concentration graduelle de cet élément dans la couche tampon sera la cause principale de l'évolution graduelle du paramètre de maille dans la couche tampon, de 25 façon métamorphique.
Ainsi, dans cette configuration, une couche tampon est principalement un alliage. Les éléments atomiques choisis pour la composition du substrat support à la structure tampon et de la couche tampon peuvent être de type IV, tel le Si ou le Ge.
On peut avoir par exemple dans ce cas un substrat support en Si et une couche tampon en SiGe avec une concentration en Ge évoluant progressivement en épaisseur entre une valeur voisine de 0 à l'interface avec le substrat support et une valeur déterminée sur l'autre face de la couche tampon.
Dans un autre cas de figure, la composition du substrat support et/ou de la couche tampon peuvent comprendre une paire d'éléments atomiques de type III-V, telle qu'une paire choisie parmi les combinaisons possibles (Al,GaIn) - (N,P,As).
On peut avoir par exemple dans ce cas un substrat support en AsGa et une couche tampon comprenant de l'As et/ou du Ga avec au moins un autre élément, ce 10 dernier élément évoluant progressivement en épaisseur entre une valeur voisine de 0 à l'interface avec le substrat support et une valeur déterminée sur l'autre face de la couche tampon. La composition du substrat support et/ou de la couche tampon peuvent comprendre une paire d'éléments atomiques de type II-VI, telle qu'une paire choisie 15 parmi les combinaisons possibles (Zn,Cd) - (S,Se,Te).
Nous offrons ci-après quelques exemples de telles configurations Les trois premiers exemples traitent particulièrement de plaquettes donneuses comprenant un substrat 1 en Si et une couche tampon en SiGe et d'autres couches de Si et de SiGe.
Ces plaquettes 10 sont particulièrement utiles dans le cas d'un prélèvement de couches de SiGe et/ou de Si contraint pour réaliser des structures SGOI, SOI ou Si/SGOI. Nous offrons ci-après quelques exemples de telles configurations: Exemple 1: La plaquette donneuse 1 0 est constituée: 25 - d'un substrat 1 constitué: 1 d'un substrat support en Si; v d'une structure tampon en SiGe réalisée selon ladite première technique de réalisation de structure tampon, comprenant une couche tampon et une couche additionnelle; - d'une structure de prélèvement I comprenant du SiGe et éventuellement une ou plusieurs couches fines de Si contraint élastiquement. La couche tampon a de préférence une concentration en Ge croissant progressivement à partir de l'interface avec le substrat support, pour faire évoluer le paramètre de maille du SiGe comme expliqué plus haut.
L'épaisseur est typiquement comprise entre 1 et 3 micromètres pour obtenir une bonne relâche structurelle en surface, et pour confiner des défauts liés à la différence de paramètre de maille de sorte qu'ils soient enterrés.
La couche additionnelle est en SiGe sensiblement relaxé par la couche tampon, 10 avec une concentration en Ge avantageusement uniforme et sensiblement identique à celle de la couche tampon au voisinage de leur interface.
La concentration de germanium dans le silicium au sein de la couche de SiGe relaxé est typiquement comprise entre 15 % et 30 %.
Cette limitation à 30 % représente une limitation typique des techniques 15 actuelles, mais peut être amenée à évoluer dans les prochaines années.
La couche additionnelle a une épaisseur pouvant varier grandement selon les cas, avec une épaisseur typique comprise entre 0,5 et 1 micron.
Exemple 2: La plaquette donneuse 10 est constituée: - d'un substrat 1 constitué: d'un substrat support en Si; V d'une structure tampon réalisée selon ladite première technique de réalisation de structure tampon comprenant une couche tampon en SiGe et une couche additionnelle en Ge; - d'une structure de prélèvement I comprenant avant prélèvement de 25 l'AsGa et/ou de l'AlGaAs.
La couche tampon a de préférence une concentration en Ge croissant progressivement à partir de l'interface avec le substrat support, pour faire évoluer le paramètre de maille entre celui du substrat support en Si et celui de la couche additionnelle en Ge.
A cet effet on fait progresser, dans la couche tampon, la concentration de Ge de environ 0 à environ 100 %, ou plus précisément autour de 98 % pour un accord de maille théorique complet des deux matériaux.
Exemple 3: La plaquette donneuse 10 est constituée: - d'un substrat 1 constitué de Si; - d'une structure de prélèvement I comprenant avant prélèvement du Si et éventuellement une ou plusieurs fines couches de SiGe contraint élastiquement.
Exemple 4: La plaquette donneuse 10 est constituée: 10 - d'un substrat 1 constitué: y d'un substrat support en Si; d'une couche tampon réalisée selon ladite deuxième technique particulière de réalisation d'une structure tampon discutée plus haut et divulguée par le document WO 00/15885, c'est à dire par: 15 e un dépôt d'une première couche en Ge ou en SiGe selon ladite deuxième technique particulière de réalisation d'une structure tampon discutée plus haut et divulguée par le document WO 00/15885; * suivi éventuellement d'un dépôt d'une deuxième couche 20 optionnelle, pouvant améliorer la qualité cristallographique de la couche sus-jacente, tel que décrit dans le document WO 00/15885, la deuxième couche étant en: o SiGe (50/50) dans le cas o la première couche de la couche tampon est en Ge; o Si contraint dans le cas o la première couche de la couche tampon est en SiGe; d'une structure de prélèvement I comprenant au moins un des matériaux suivants: Ge, SiGe, Si.
Le prélèvement dans la structure de prélèvement I peut concerner un ensemble de couches ou une seule couche de la structure de prélèvement I. On remarquera que les structures obtenues au terme d'un prélèvement selon cet exemple, sont exemptes de défauts du type dislocation, même dans une région enterrée.
Et les structures obtenues de la sorte peuvent ensuite être utilisées pour faire croître par épitaxie sur la couche de SiGe, de Ge ou de Si, des couches supplémentaires, par exemple en silicium contraint.
Exemple 5: La plaquette donneuse 10 est constituée 10 - un substrat 1 comprenant: V un substrat support en Si; V une couche tampon en Si réalisée selon ladite troisième technique de réalisation d'une structure tampon; / d'une structure de prélèvement I comprenant au moins l'un des 15 matériaux suivants: SiGe, Si.
* Cette plaquette donneuse 10 est la plaquette obtenue après réalisation de la couche tampon selon ladite troisième technique de réalisation de structure tampon.
Dans un premier mode de réalisation de la couche tampon, la structure de prélèvement I était présente avant la réalisation de la couche tampon.
La structure de prélèvement avant prélèvement a avantageusement une densité de défauts, telles que des dislocations, inférieure à environ 107 cm-2.
Les épaisseurs typiques d'une structure de prélèvement avant prélèvement en SiGe à 15 % de Ge et d'une structure de prélèvement avant prélèvement en SiGe à 30 % de Ge, sont respectivement autour de 250 nm et autour de 100 nm, restant ainsi en deçà 25 de leurs épaisseurs critiques de fin de contrainte élastique respectives.
Conformément à ce qu'on a vu plus haut, on réalise une couche tampon selon deux étapes principales: formation d'une zone de perturbation dans le substrat support 1 en Si par implantation d'espèces atomiques tel que H ou He; * traitement thermique pour provoquer une relaxation au moins relative des contraintes élastiques dans la structure de prélèvement.
Lors de la première étape, les gammes d'énergies d'implant de H ou de He utilisées se situent typiquement entre 12 et 25 keV.
Les doses de H ou de He implantés se situent typiquement entre 1014 et 1017 cm2 >Ainsi, par exemple, pour une structure de prélèvement à 15 % de Ge, on utilisera préférentiellement du H pour l'implant dosé autour de 3.1016 cm- 2 à une énergie autour de 25 keV.
>Ainsi, par exemple, pour une structure de prélèvement à 30 % de Ge, on utilisera préférentiellement du He pour l'implant dosé autour de 2.1016 cm-2 à une énergie autour de 18 keV.
Les profondeurs d'implant des espèces atomiques dans le substrat 1 se situent alors typiquement entre environ 50 m et 100 nm.
Le traitement thermique mis en oeuvre lors de la deuxième étape doit être adapté pour notamment augmenter le nombre et l'amplitude des perturbations dans la région située entre la zone de perturbation et la structure de prélèvement.
Cette région dans laquelle se déplacent les perturbations va former alors ladite couche tampon.
L'apparition des dislocations dans la couche tampon provoque alors une relaxation globale de la structure de prélèvement Le traitement thermique est préférentiellement mis en oeuvre sous atmosphère inerte. Le traitement thermique peut cependant être mis en oeuvre sous une autre 25 atmosphère, telle que par exemple une atmosphère oxydante.
Ainsi, un traitement thermique particulier à mettre en oeuvre pour ce type de plaquette donneuse 10 se fait à des températures comprises typiquement entre 400 'C et 1000'C pendant une durée pouvant aller de 30 s à 60 minutes, et plus particulièrement de environ 5 minutes à environ 15 minutes.
Dans un deuxième mode de réalisation de la couche tampon, la structure tampon I n'était pas présente avant la réalisation de la couche tampon, la plaquette donneuse se présentant alors avantageusement sous la forme suivante; - un substrat 1 en Si; - une couche de SiGe à au moins 15 % de Ge, le SiGe étant contraint élastiquement. Les techniques et paramètres de relaxation de cette couche de SiGe sont sensiblement identiques à ceux du premier mode de réalisation de la couche tampon.
Après réalisation de la couche tampon, on fait alors croître les couches 10 constituant la structure de prélèvement I comprenant la ou l'ensemble de couches globalement relaxées.
La structure de prélèvement I est ainsi réalisée après la couche tampon, contrairement au premier mode de réalisation proposé dans cet exemple.
Pour plus de précisions quant à de telles techniques expérimentales, on se 15 référera aux études menées par B. Hollânder et coll., notamment dans le document intitulé " Strain relaxation of pseudomorphic Si,-,Ge, / Si(100) heterostructures after hydrogen or helium ion implantation for virtual substrate fabrication " (dans Nuclear and Instruments and Methods in Physics Research B 175-177 (2001) 357 - 367).
Après collage de la plaquette 10 sur un substrat récepteur 5, on prélève avec ou 20 sans couche de collage intermédiaire, selon une ou plusieurs des techniques connues précédemment décrites, et on recycle ensuite la plaquette selon l'invention.
Exemple 6: La plaquette donneuse 10 est constituée: - d'un substrat 1 constituée: v d'un substrat support comprenant au moins une partie en AsGa au niveau de son interface avec la structure tampon sus-jacente; I d'une structure tampon en matériau III-V réalisée selon ladite première technique de réalisation de structure tampon; - d'une structure de prélèvement I comprenant avant prélèvement un matériau 111-V.
L'intérêt premier de cette structure tampon est d'adapter le paramètre de maille avec le matériau de la structure de prélèvement I au voisinage de leur interface (qui est 5 par exemple d'une valeur nominale d'environ 5, 87 angstrônms dans le cas de l'InP) à celui de l'AsGa (dont la valeur nominale est d'environ 5,65 angstrôms).
Dans les matériaux 111-V massifs, l'intérêt pratique d'une telle structure tampon peut apparaître par exemple à la lumière d'une comparaison entre différents matériaux tels que l'InP massif et l'AsGa massif, l'AsGa massif étant par exemple moins onéreux, 10 plus disponible sur le marché des semiconducteurs, moins fragile mécaniquement, avec des mises en oeuvre de technologies à contact par face arrière d'avantage connues, et avec des tailles plus importantes (typiquement 6 pouces au lieu de 4 pouces pour l'InP massif) que l'InP massif.
Cependant les performances électroniques de l'InP sont en règle générale plus 15 intéressantes que celles de l'AsGa.
Ainsi, ladite plaquette donneuse 10 donne par exemple une solution à la réalisation d'une couche d'InP dimensionnée à 6 pouces en proposant une structure de prélèvement I comprenant de l'InP réalisée sur un substrat support en AsGa et relaxée par l'intermédiaire d'une structure tampon.
On voit donc ici tout l'intérêt que peut offrir une telle plaquette donneuse 10: elle permet de réaliser une couche active d'un matériau 111V à transférer avec une qualité et des propriétés déterminées, pouvant par exemple être proches de propriétés qu'on aurait pu trouvé dans une réalisation de ce dernier matériau en massif.
La structure tampon comprise dans une telle plaquette donneuse 10 nécessite 25 une épaisseur typiquement supérieure à un micron, et qui sera amenée à évoluer vers de plus grandes épaisseurs, notamment si on peut éviter de les détruire après chaque prélèvement grâce notamment à un procédé de recyclage selon la présente invention.
Dans l'exemple d'une structure de prélèvement I comprenant de l'InP essentiellement relaxé au niveau de son interface avec la structure tampon sous-jacente, la structure tampon du substrat l comprend alors avantageusement une couche tampon constituée d'InGaAs avec une concentration d'In évoluant entre 0 et environ 53 %.
La structure tampon peut comprendre en outre une couche additionnelle en matériau III-V, tel de l'InGaAs ou de l'InAlAs, avec une concentration des éléments atomiques sensiblement constante.
Dans un cas de prélèvement particulier, on prélèvera dans la structure de prélèvement I au moins une couche d'InP pour la transférer sur un substrat récepteur 2.
On pourra ainsi tirer profit d'éventuelles propriétés électriques ou électroniques.
C'est par exemple le cas si la partie prélevée comprend en outre de l'InGaAs ou 10 de l'InAlAs: des discontinuités de bandes électroniques entre ce dernier matériau et l'InP créent notamment de meilleures mobilités électroniques dans les couches prélevées. D'autres configurations de plaquettes donneuses 10 sont possibles, comprenant d'autres composés 111-V.
Les applications de tels prélèvements de couche sont typiquement des réalisations de HEMT ou de HBT (abréviations anglo-saxonnes respectives de " HighElectron Mobility Transistor " et de " Heterojonction Bipolar Transistor ").
Exemple 7: La plaquette donneuse 1 0 est constituée: 20 - d'un substrat i constitué: V d'un substrat support comprenant de l'AsGa au niveau de son interface avec la structure tampon sus-jacente; V d'une structure tampon réalisée selon ladite première technique de réalisation de tampon, et comprenant de l'InGaAs au niveau de son 25 interface avec la structure de prélèvement 1; - d'une structure de prélèvement I comprenant avant prélèvement de l'InP et/ou de l' InGal-,AsyPi-y.
Ce type de plaquette donneuse 10 a déjà été décrite dans l'exemple 6.
Exemple 8: La plaquette donneuse 1 0 est constituée: - d'un substrat I constitué: / d'un substrat support en saphir ou en SiC ou en Si; / d'une structure tampon réalisée selon ladite première technique de réalisation de couche tampon constituée: * d'une couche tampon métamorphique en AlI Ga,-, N, x variant en épaisseur de 0 à l à partir de l'interface avec le saphir; * d'une couche additionnelle en GaN destinée à confiner des défauts cristallographiques de type dislocation; 10 - d'une structure de prélèvement I comprenant des couches de nitrures.
Les nitrures 111-V GaN, AIN et InN ont un intérêt dans le domaine de la micro électronique en particulier dans des dispositifs émetteurs de lumière tels que des lasers pour des applications telles que la lecture ou l'écriture de données stockées à haute densité sur disques compacts ou tels que des diodes électro-luminescentes pour des 15 nouvelles technologies d'affichage. Ces matériaux sont aussi tout désignés pour la fabrication de composants électroniques de haute puissance ou encore fonctionnant à haute température.
Un mode de réalisation des couches de nitrures comprises dans la structure de prélèvement I est une croissance épitaxiale sur la couche additionnelle en GaN par 20 dépôt de métaux organiques du groupe 1, tels que le Triméthyl Galium, le Triméthylamine Alane, ou le Triméthyl Indium pour les dépôts respectifs de couches de GaN, AlN et InN.
La présente invention mise en oeuvre pour transférer plusieurs de ces couches de nitrure à partir d'une même plaquette donneuse 10 implique entre chaque prélèvement 25 de couche une étape de recyclage permettant de préparer une autre couche de la structure de prélèvement I à un autre prélèvement.
Exemple 9: La plaquette donneuse 1 0 est constituée: - d'un substrat 1 constitué: v d'un substrat support en saphir ou en SiC ou en Si; V d'une couche intermédiaire en GaN; v d'un masque en SiO2; v d'une couche tampon en GaN; - d'une structure de prélèvement I comprenant une couche ou un ensemble de couches de nitrure dont au moins une couche de GaN.
Le mode de réalisation de la couche tampon est celle déjà décrite plus haut dans ce document dans l'exposé de ladite quatrième technique de réalisation de structure tampon, et consiste à faire croître de façon anisotropique des couches successives de nitrures, et en particulier ici de GaN, selon la technique appelée ELOG.
Le masque en SiO2 utilisé dans cette configuration a avantageusement une forme en bandes disposées sur la couche intermédiaire de GaN, de façon périodique et sensiblement parallèle entre elles.
L'épaisseur de chaque bande est typiquement de l'ordre de quelques dixièmes de microns alors que la largeur d'une bande est de l'ordre de quelques microns.
La période distançant les bandes l'une de l'autre est typiquement autour de 10 microns ou de 15 microns.
On pourra par exemple avoir un réseau de bandes de 13 microns de période, chaque bande ayant 0,2 microns d'épaisseur et 5 microns de largeur.
Comme expliqué plus haut dans un cas général, ces bandes de SiO2 vont 20 provoquer dans la ou les couches de GaN sus-déposées des dislocations localisées au voisinage de la surface libre de ces bandes.
L'épaisseur de GaN dans laquelle ces dislocations sont localisées autour du masque constitue alors ladite couche tampon.
Les couches de GaN ou autres matériaux ayant les paramètres de maille 25 proches du GaN, sont déposées sur la couche tampon pour former ladite structure de prélèvement I. Cette structure de prélèvement I comprend alors au moins deux couches ayant chacune une épaisseur égale ou supérieure à l'épaisseur d'une couche utile que l'on souhaite prélever.
Pour plus de précisions quant au mode de réalisation d'une plaquette selon le procédé LOG, on pourra se référer au document tiré du " MRS Bulletin " de mai 1998, volume 23, n05, à l'Article de Shuji Nakamura intitulé " In/GaN/AlGaN- Based Laser Diodes with an Estimated Lifetime of Longer than 10,000 Hours ".
Dans cette structure de prélèvement I, on pourra notamment intégrer au cours de sa réalisation des couches de InN, comme précédemment décrit dans l'exemple 8.
Dans les couches de semiconducteur présentées dans ce document, d'autres constituants peuvent y être ajoutés, tel que du carbone avec une concentration de 10 carbone dans la couche considérée sensiblement inférieure ou égale à 50 % ou plus particulièrement avec une concentration inférieure ou égale à 5 %.
Enfin, la présente invention ne se limite pas à une plaquette donneuse 10 en matériaux présentés dans les exemples ci-dessus, mais s'étend aussi à d'autres types de matériaux appartenant aux familles atomiques II, III, IV, V ou VI et à des alliages 15 appartenant aux familles atomiques IV-IV, III-V, II-VI.
Il est à préciser que dans le cas de matériaux en alliage, les alliages choisis peuvent être binaires, ternaires, quaternaires ou de degré supérieur.
Dans le cas o la plaquette donneuse 10 comprend une couche tampon ou une structure tampon, la présente invention ne se limite pas à une couche tampon ou 20 structure tampon ayant comme fonction première une adaptation de paramètre de maille entre deux structures adjacentes à paramètres de maille respectifs différents, mais concerne aussi toute couche tampon ou structure tampon telle que définie de façon la plus générale dans le présent document.
Les structures obtenues au final à partir du prélèvement de couche utile ne se 25 limitent pas non plus à des structures SGOI, SOI, Si/SGOI, à des structures pour transistors HEMT et HBT, ou à des structures pour applications dans les lasers.

Claims (62)

REVENDICATIONS
1. Procédé de recyclage d'une plaquette donneuse (10) après prélèvement d'une couche utile comprenant un matériau choisi parmi les matériaux semiconducteurs, la plaquette donneuse (10) comprenant successivement un substrat (1) et une structure de prélèvement (I), la structure de prélèvement (J) comprenant avant prélèvement la couche utile prélevée, le procédé comprenant un enlèvement de matière concernant une partie 10 de la plaquette donneuse (10) du côté o a eu lieu le prélèvement, caractérisé en ce que l'enlèvement de matière comprend une mise en oeuvre de moyens mécaniques d'attaque de sorte à conserver une partie de la structure de prélèvement (F') comprenant au moins une autre couche utile prélevable après recyclage, sans étape supplémentaire de réformation de couche utile.
2. Procédé de recyclage d'une plaquette donneuse (l 0) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la mise en oeuvre des moyens mécaniques lors de l'enlèvement de matière comprend un polissage.
3. Procédé de recyclage d'une plaquette donneuse (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la mise en oeuvre des moyens mécaniques lors de l'enlèvement de matière comprend un polissage abrasif.
4. Procédé de recyclage d'une plaquette donneuse (10) selon la revendication 25 précédente, caractérisé en ce que la mise en oeuvre de moyens mécaniques lors de l'enlèvement de matière est accompagnée d'une gravure chimique.
5. Procédé de recyclage d'une plaquette donneuse (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un enlèvement de matière incluant la mise en oeuvre de 30 moyens mécaniques comprend une planarisation mécano-chimique.
6. Procédé de recyclage d'une plaquette donneuse (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la mise en oeuvre de moyens mécaniques est précédée et/ou est suivie d'un traitement de finition de surface.
7. Procédé de recyclage d'une plaquette donneuse (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le traitement de finition de surface comprend un traitement thermique.
8. Procédé de recyclage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le substrat (1) comprend un substrat support et une structure tampon comprenant une couche tampon, la structure tampon étant située entre le substrat support et la structure de prélèvement (I).
9. Procédé de recyclage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la couche tampon est en matériau semi conducteur à composition chimique constante et en désaccord de maille avec le substrat support, et en ce qu'elle confine des défauts cristallographiques, afin de relâcher au niveau de son interface avec la structure de prélèvement (I) des contraintes élastiques.
10. Procédé de recyclage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la couche tampon est en Si, SiGe, Ge ou matériau nitruré.
11. Procédé de recyclage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la 25 structure de prélèvement (1) comprend au moins un des matériaux suivants: Si contraint élastiquement, SiGe ou Ge ou matériau nitruré.
12. Procédé de recyclage selon la revendication 8, caractérisé en ce que la couche tampon a son paramètre de maille évoluant sensiblement en épaisseur entre le paramètre de maille du substrat support et un autre paramètre de maille sensiblement différent du paramètre de maille du substrat support.
13. Procédé de recyclage selon l'une des deux revendications précédentes, caractérisé 5 en ce que la structure tampon du substrat comprend en outre une couche additionnelle sur la couche tampon, la couche additionnelle ayant: * une épaisseur suffisamment importante pour confiner des défauts; et/ou * un paramètre de maille en surface sensiblement différent de celui du substrat support.
14. Procédé de recyclage selon l'une des revendications 8 à 13, caractérisé en ce que la structure tampon a une composition qui comprend un alliage atomique appartenant à une des familles d'alliages atomiques suivantes * farhille IV-IV; * famille 111-V; * famille II-VI; cet alliage étant de type binaire, ternaire, quaternaire ou de degré supérieur.
15. Procédé de recyclage selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la 20 plaquette donneuse (10) comprend: - dans une première configuration: un substrat support constitué de Si; une structure tampon comprenant une couche tampon en SiGe avec une concentration de Ge croissant en épaisseur et une couche additionnelle en 25 SiGe relaxé par la couche tampon; ou - dans une deuxième configuration: les mêmes couches et les mêmes matériaux que ceux de la première configuration, avec la couche tampon ayant une concentration de Ge croissant en épaisseur entre environ 0 % et environ 100 % et avec la couche en SiGe relaxé par la couche tampon ayant une concentration en Si sensiblement nulle; ou - dans une troisième configuration: / du Si au moins sur une partie épaisse interfacée avec la structure de prélèvement (1); - dans une quatrième configuration: un substrat support comprenant de l'AsGa au niveau de son interface avec la structure tampon; V une structure tampon comprenant une couche tampon comprenant un alliage 10 atomique appartenant à la famille 111-V de type ternaire ou de degré supérieur, dont la composition est respectivement choisie parmi les combinaisons possibles (Al,GaIn)-(N,P,As), et au moins deux éléments choisis parmi la famille III ou au moins deux éléments choisi parmi famille V, ces deux éléments ayant une concentration évoluant graduellement dans 1 5 l'épaisseur de la couche tampon; ou - dans une cinquième configuration: les mêmes couches et les mêmes matériaux que ceux de la quatrième configuration, avec une structure tampon ayant en outre, au voisinage de la face opposée à son interface avec le substrat support, un paramètre de maille proche ou voisin de celui de l'InP. 20 - dans une sixième configuration: un substrat support en saphir ou en SiC ou en Si; J une structure tampon constituée: * d'une couche tampon en AlI Gal-x N, avec x variant de 0 à i à partir de l'interface avec le substrat support; 25 * éventuellement d'une couche additionnelle en GaN; - dans une septième configuration: un substrat support en saphir ou en SiC ou en Si; / éventuellement une couche de GaN; un masque; V une couche tampon en GaN.
16. Procédé de recyclage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la structure de prélèvement (1) avant prélèvement comprend: - dans la première configuration, du SiGe et/ou du Ge; - dans la deuxième configuration, de l'AsGa et/ou du Ge; - dans la troisième configuration, du Si; - dans la quatrième configuration, un alliage appartenant à la famille III-V; - dans la cinquième configuration, de l'InP et/ou de l'InGaAs; 10 - dans la sixième configuration, de l'AIN, de l'InN et du GaN; - dans la septième configuration, du GaN et éventuellement d'autres nitrures.
17. Procédé de recyclage selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la structure de prélèvement (I) comprend en outre: 1 5 - dans la première configuration: du Si contraint élastiquement; - dans la troisième configuration: du SiGe contraint élastiquement.
18. Procédé de recyclage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaquette donneuse (10) comprend au moins une couche comprenant en outre du 20 carbone avec une concentration de carbone dans la couche sensiblement inférieure ou égale à 50 %.
19. Procédé de recyclage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaquette donneuse (10) comprend au moins une couche comprenant en outre du 25 carbone avec une concentration de carbone dans la couche sensiblement inférieure ou égale à 5 %.
20. Procédé de recyclage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est suivi par la mise en oeuvre d'un procédé de prélèvement d'au moins une couche utile.
21. Procédé de réalisation d'une plaquette donneuse (10) destinée à fournir une couche utile par prélèvement et apte à être recyclée après prélèvement par un procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend la formation d'une structure de prélèvement (1) sur un substrat (1).
22. Procédé de réalisation d'une plaquette donneuse (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend la formation d'une partie du substrat (1), avant la formation de la structure de prélèvement (1), de sorte que le substrat (1) formé comprenne un substrat support et une structure tampon comprenant une couche tampon, et en ce que la formation du substrat (1) comprend la réalisation de la couche tampon. 15
23. Procédé de réalisation d'une plaquette donneuse (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la couche tampon est réalisée par épitaxie d'une couche superficielle sur le substrat support selon les étapes suivantes: * stabilisation en température du substrat support à une première température 20 stabilisée prédéterminée, * dépôt chimique en phase vapeur à ladite première température déterminée jusqu'à l'obtention d'une couche de base sur le substrat support d'une épaisseur prédéterminée inférieure à une épaisseur finale voulue; * accroissement de la température de dépôt chimique en phase vapeur depuis la 25 première température prédéterminée jusqu'à une seconde température prédéterminée; et * poursuite du dépôt chimique en phase vapeur à ladite seconde température prédéterminée jusqu'à obtention de l'épaisseur finale voulue pour la couche superficielle; la couche tampon étant la partie de cette couche en interface avec le substrat support et s'étendant sur une épaisseur pour laquelle le taux de défauts cristallographiques est supérieur à une valeur limite, l'autre partie de la couche étant au moins une partie de la structure de prélèvement (1).
24. Procédé de réalisation d'une plaquette donneuse (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend une épitaxie pour réaliser complètement la structure de prélèvement (1) à la suite de la couche superficielle.
25. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la première température prédéterminée est de l'ordre de 400'C à 500'C, et la deuxième température prédéterminée est de l'ordre de 750'C à 850'C.
26. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la première 15 température prédéterminée est de l'ordre de 430'C à 460'C, et la deuxième température prédéterminée est de l'ordre de 800'C à 850'C.
27. Procédé de réalisation d'une plaquette donneuse (10) selon la revendication 22, caractérisé en ce que la couche tampon est réalisée par: (a) formation d'une couche globalement contrainte élastiquement sur le substrat (1); (b) formation dans le substrat (1) d'une zone de perturbation à une profondeur déterminée susceptible de former des perturbations structurelles; (c) apport d'énergie pour provoquer une relaxation au moins relative des 25 contraintes élastiques dans la couche contrainte; la relaxation au moins relative de la couche contrainte lors de l'étape (c) se faisant à travers une région délimitée par la zone de perturbation et par la couche contrainte, cette région, confinant des défauts cristallographiques, représentant une couche tampon.
28. Procédé de réalisation d'une plaquette donneuse (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend, après l'étape (c), une épitaxie pour réaliser complètement la structure de prélèvement (1) à la suite de la couche contrainte relaxée.
29. Procédé de réalisation d'une plaquette donneuse (10) selon l'une des deux revendications précédentes, caractérisé en ce que la zone de perturbation est formée par implantation d'espèces atomiques.
30. Procédé de réalisation d'une plaquette donneuse (10) selon la revendication 10 précédente, caractérisé en ce que les espèces atomiques implantées comprennent au moins en partie de l'hydrogène et/ou de l'hélium.
31. Procédé de réalisation d'une plaquette donneuse (l0) selon l'une des quatre revendications précédentes, caractérisé en ce que l'énergie apportée lors de l'étape (c) 15 comprend une énergie thermique de sorte à favoriser d'avantage la relaxation des contraintes dans la couche contrainte.
32. Procédé de réalisation d'une plaquette donneuse (10) selon la revendication 22, caractérisé en ce que la couche tampon est réalisée par ELOG sur un substrat support 20 comprenant en surface un masque en relief selon des motifs déterminés, la couche tampon étant l'épaisseur de la couche déposée par épitaxie latérale dans laquelle est confiné un nombre important de défauts par rapport aux couches latéralement susépitaxiées représentant la structure de prélèvement (I).
33. Procédé de réalisation d'une plaquette donneuse (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les motifs déterminés du masque sont des bandes isolantes électriquement périodiquement espacées, sensiblement parallèles entre elles, et suffisamment fines pour ne pas perturber l'ELOG.
34. Procédé de réalisation d'une plaquette donneuse (10) selon l'une des deux revendications précédentes, caractérisé en ce que le substrat support comprend * un substrat massif; * une couche intermédiaire ayant un paramètre de maille proche du paramètre de maille nominal du matériau déposé par ELOG; * le masque.
35. Procédé de réalisation d'une plaquette donneuse (10) selon la revendication 22, caractérisé en ce que la couche tampon est réalisée de sorte à avoir son paramètre de 10 maille évoluant sensiblement en épaisseur entre le paramètre de maille du substrat support et un autre paramètre de maille sensiblement différent du paramètre de maille du substrat support.
36. Procédé de réalisation d'une plaquette donneuse (10) selon l'une des revendications 15 22 à 35, caractérisé en ce que le structure tampon du substrat (1) formé comprend en outre une couche additionnelle, et en ce que le procédé comprend en outre, avant la formation de la structure de prélèvement (1), la formation d'une couche additionnelle de sorte à avoir: * une épaisseur suffisamment importante pour confiner des défauts; et/ou * un paramètre de maille en surface sensiblement différent de celui du substrat.
37. Procédé de prélèvement d'une couche utile sur une plaquette donneuse (10) pour être transférée sur un substrat récepteur (2), caractérisé en ce qu'il comprend: (a) un collage de la plaquette donneuse (10) avec le substrat récepteur (2) du côté de la couche utile à prélever; (b) un détachement de la couche utile comprise dans la structure de prélèvement (D) de la plaquette donneuse (10); (c) un recyclage de la plaquette donneuse (10) conformément au procédé selon l'une
des revendications 1 à 20.
38. Procédé de prélèvement d'une couche utile selon la revendication précédente, 5 caractérisé en ce qu'il comprend, avant l'étape (a), une formation d'une couche de collage.
39. Procédé de prélèvement d'une couche utile selon l'une des deux revendications précédentes, caractérisé en ce que: - il comprend en outre, avant l'étape (a), une formation d'une zone de fragilisation située du côté de la plaquette donneuse opposé au substrat (1) ; et en ce que: l'étape (b) est mise en oeuvre par un apport d'énergie au niveau de la zone de fragilisation pour détacher de la plaquette donneuse (10) une structure comprenant la couche utile.
40. Procédé de prélèvement d'une couche utile selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la formation de la zone de fragilisation est réalisée par implantation d'espèces atomiques.
41. Procédé de prélèvement d'une couche utile selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les espèces atomiques implantées comprennent au moins en partie de l'hydrogène.
42. Procédé de prélèvement d'une couche utile selon la revendication 39, caractérisé en 25 ce que la formation de la zone de fragilisation est réalisée par porosification d'une couche.
43. Procédé de prélèvement d'une couche utile selon l'une des revendications 37 à 42, caractérisé en ce qu'il comprend, après l'étape (b), une étape de finition de la surface de la couche utile au niveau de laquelle a eu lieu le détachement.
44. Procédé de prélèvement d'une couche utile selon l'une des revendications 37 à 43, caractérisé en ce qu'il est précédé d'un procédé de recyclage selon l'une des
revendications 1 à 20.
45. Procédé de prélèvement d'une couche utile selon l'une des revendications 37 à 43, 10 caractérisé en ce qu'il est précédé d'un procédé de réalisation d'une plaquette donneuse (10) destinée à fournir une couche utile par prélèvement et apte à être recyclée après prélèvement par un procédé selon l'une des revendications 1 à 20.
46. Procédé de prélèvement cyclique de couche utile à partir d'une plaquette donneuse 15 (10), caractérisé en ce qu'il comprend une succession d'étapes de prélèvement de couche utile, chacune de ces étapes étant conforme au procédé selon l'une des
revendications 37 à 44.
47. Procédé de prélèvement cyclique de couche utile à partir d'une plaquette donneuse 20 (10), caractérisé en ce qu'il comprend, avant la succession des étapes de prélèvement, une étape de réalisation de la plaquette donneuse (10) destinée à fournir une couche utile par prélèvement et apte à être recyclée après prélèvement selon l'une des
revendications 21 à 36.
48. Application d'un procédé de prélèvement cyclique selon l'une des deux revendications précédentes ou d'un procédé de prélèvement selon l'une des revendications 37 à 45, à la réalisation de structure comprenant le substrat récepteur (2) et la couche utile, la couche utile comprenant au moins un des matériaux suivants: du SiGe, du Si, un alliage appartenant à la famille III-V dont la composition est 30 respectivement choisie parmi les combinaisons possibles (Al,Ga,In)-(N,P,As).
49. Application d'un procédé de prélèvement cyclique selon la revendication 46 ou 47 ou d'un procédé de prélèvement selon l'une des revendications 37 à 45, à la réalisation de structure semiconducteur sur isolant, la structure comprenant le substrat récepteur (2) 5 et la couche utile, la couche utile étant au moins une partie de l'épaisseur semiconductrice de la structure.
50. Plaquette donneuse (10) ayant fourni une couche utile par prélèvement, et recyclée ou apte à être recyclée par un procédé selon l'une des revendications 1 à 20, caractérisée 10 en ce qu'elle comprend successivement un substrat (1), et une structure de prélèvement (1) ayant fourni la couche utile et ayant après prélèvement une épaisseur suffisante pour comprendre au moins une autre couche utile à fournir.
51. Plaquette donneuse (10) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le 15 substrat (1) comprend un substrat support et une structure tampon comprenant une couche tampon, la structure tampon étant située entre le substrat support et la structure de prélèvement (1).
52. Plaquette donneuse (10) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la 20 couche tampon est en matériau semi conducteur à composition chimique constante et en désaccord de maille avec le substrat support, et en ce qu'elle confine des défauts cristallographiques, afin de relâcher au niveau de son interface avec la structure de prélèvement (I) des contraintes élastiques.
53. Plaquette donneuse (10) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la couche tampon est en Si, SiGe, Ge ou en matériau nitruré.
54. Plaquette donneuse (10) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la structure de prélèvement (I) comprend au moins un des matériaux suivants: Si contraint 30 élastiquement, SiGe, Ge ou en matériau nitruré.
55. Plaquette donneuse (10) selon la revendication 51, caractérisée en ce que la couche tampon a son paramètre de maille évoluant sensiblement en épaisseur entre le paramètre de maille du substrat support et un autre paramètre de maille sensiblement différent du paramètre de maille du substrat support.
56. Plaquette donneuse (10) selon l'une des revendications 51 à 55, caractérisée en ce que la structure tampon du substrat comprend en outre une couche additionnelle sur la couche tampon, la couche additionnelle ayant: e une épaisseur suffisamment importante pour confiner des défauts; et/ou * un paramètre de maille en surface sensiblement différent de celui du substrat support.
57. Plaquette donneuse (10) selon l'une des revendications 51 à 56, caractérisée en ce 15 que la structure tampon a une composition qui comprend un alliage atomique appartenant à une des familles d'alliages atomiques suivantes: * famille IV-IV; * famille III-V; * famille 1I-VI; cet alliage étant de type binaire, ternaire, quaternaire ou de degré supérieur.
58. Plaquette donneuse (10) selon la revendication 50, caractérisée en ce qu'elle comprend: - dans une première configuration: un substrat support constitué de Si; une structure tampon comprenant une couche tampon en SiGe avec une concentration de Ge croissant en épaisseur et une couche en SiGe relaxé par la couche tampon; ou - dans une deuxième configuration: les mêmes couches et les mêmes matériaux que ceux de la première configuration, avec la couche tampon ayant une concentration de Ge croissant en épaisseur entre environ 0 % et environ 100 % et avec la couche en SiGe relaxé par la couche tampon ayant une concentration en Si sensiblement nulle; ou - dans une troisième configuration: V du Si au moins sur la partie interfacée avec la structure de prélèvement (1) ou dans une quatrième configuration: un substrat support comprenant de l'AsGa au niveau de son interface avec la structure tampon; une structure tampon comprenant une couche tampon comprenant un alliage atomique appartenant à la famille 111-V de type ternaire ou de degré supérieur, dont la composition est respectivement choisie parmi les 15 combinaisons possibles (Al,GaIn)-(N,P,As), et au moins deux éléments choisis parmi la famille III ou au moins deux éléments choisis parmi la famille V, ces deux éléments ayant une concentration évoluant graduellement dans l'épaisseur de la couche tampon; ou - dans une cinquième configuration: les mêmes couches et les mêmes matériaux 20 que ceux de la troisième configuration, avec une structure tampon ayant en outre, au voisinage de la face opposée à son interface avec le substrat support, un paramètre de maille proche ou voisin de celui de l'InP.
- dans une sixième configuration: if un substrat support en saphir ou en SiC ou en Si; 25 V une structure tampon constituée: d'une couche tampon en AlI Galx N, avec x variant de 0 à i à partir de l'interface avec le substrat support; * éventuellement d'une couche additionnelle en GaN; dans une septième configuration: 56. un substrat support en saphir ou en SiC ou en Si; V éventuellement une couche de GaN; un masque; v une couche tampon en GaN.
59. Plaquette donneuse (10) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la structure de prélèvement (I) comprend: - dans la première configuration, du SiGe et/ou du Ge; - dans la deuxième configuration, de l'AsGa et/ou du Ge; 10 - dans la troisième configuration, du Si; - dans la quatrième configuration, un alliage appartenant à la famille I1- V; - dans la cinquième configuration, de l'InP et/ou de l'InGaAs.
- dans la sixième configuration, de l'AlN, de l'InN et du GaN; - dans la septième configuration, du GaN et éventuellement d'autres nitrures. 15
60. Plaquette donneuse (10) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la structure de prélèvement (T) comprend en outre: - dans la première configuration: du Si contraint élastiquement; - dans la troisième configuration: du SiGe contraint élastiquement. 20
61. Plaquette donneuse (10) selon l'une des revendications 50 à 60, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une couche comprenant en outre du carbone avec une concentration de carbone dans la couche sensiblement inférieure ou égale à 50 %.
62. Plaquette donneuse (10) selon l'une des revendications 50 à 61, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une couche comprenant en outre du carbone avec une concentration de carbone dans la couche sensiblement inférieure ou égale à 5 %.
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