FR2858875A1 - Procede de realisation de couches minces de materiau semi-conducteur a partir d'une plaquette donneuse - Google Patents
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Abstract
Un procédé de réalisation de couches minces en matériau choisi parmi les matériaux semiconducteurs à partir d'une plaquette donneuse comprend les étapes suivantes :(a) formation d'une première zone de fragilisation dans la plaquette au-dessous d'une première face de celle-ci et à une profondeur correspondant sensiblement à une épaisseur de couche mince,(b) détachement d'une première couche mince à partir de la plaquette au niveau de la première zone de fragilisation, la première couche mince étant la partie de la plaquette se situant du côté de la première face par rapport à la première zone de fragilisation,(c) formation d'une deuxième zone de fragilisation dans la plaquette au-dessous de la deuxième face de celle-ci et à une profondeur correspondant sensiblement à une épaisseur de couche mince, et(d) détachement d'une deuxième couche mince à partir de la plaquette au niveau de la deuxième zone de fragilisation, la deuxième couche mince étant la partie de la plaquette se situant du côté de la deuxième face par rapport à la deuxième zone de fragilisation.Ces étapes sont enchaînées sans étape intermédiaire de recyclage, de telle sorte qu'on économise les opérations de recyclage.Application notamment à la réalisation de structures semiconducteur-sur-isolant.
Description
La présente invention concerne un procédé de réalisation de couches minces
de matériau semi-conducteur à partir d'une plaquette dite donneuse.
Des procédés connus, notamment de type Smart-cut (tel que décrit notamment dans le document FR 2 681 472) ou autres, permettent de prélever une fine couche semi-conductrice à partir d'une plaquette donneuse.
Ces procédés se basent principalement sur la mise en oeuvre de deux étapes: 1) formation d'une zone de fragilisation au-dessous d'une face de la plaquette côté prélèvement à une profondeur correspondant sensiblement à une épaisseur de couche mince désirée, 2) détachement d'une couche mince à partir de la plaquette au niveau de la zone de fragilisation, la couche mince étant la partie de la plaquette se situant du côté de la face côté prélèvement par rapport à la zone de fragilisation.
Une étape de préparation ou de recyclage de la plaquette, destinée à réaliser une correction de rugosité de surface, précède généralement ce procédé à deux étapes afin d'améliorer la planéité d'au moins la face de la plaquette côté prélèvement.
Mais cette opération de recyclage ne corrige généralement pas assez la rugosité pour atteindre les spécifications du fabricant de couches minces, étant observé que ces spécifications de rugosité prérequises sont établies dans le but d'obtenir l'assurance d'un bon collage ultérieur de la couche mince détachée sur un support ou sur une autre couche, et/ou d'obtenir au final une couche mince suffisamment uniforme en épaisseur pour donner une structure de bonne qualité, notamment dans le cas des couches très minces telles que dans les structures SOI conventionnelles (acronyme anglo-saxon de Silicon On Insulator ).
Une étape de finition en correction de rugosité est donc habituellement mise en oeuvre sur la face de la plaquette donneuse côté prélèvement afin de corriger la rugosité résiduelle trop importante après l'étape de recyclage de manière à satisfaire auxdites spécifications.
Le procédé de prélèvement à deux étapes est ensuite mis en oeuvre, au niveau de la face corrigée en rugosité lors de l'étape de finition, pour donner d'une part une couche mince, éventuellement collée sur un support, et d'autre part la plaquette donneuse amputée de l'épaisseur de la couche mince.
Cette plaquette donneuse peut alors être à nouveau utilisée pour la fabrication d'une deuxième couche mince en lui faisant subir une nouvelle étape de recyclage et de correction de rugosité.
Si ce type de procédé apporte un réel progrès dans la fabrication des couches minces, et notamment dans la fabrication des structures SOI, on cherche encore à l'améliorer, notamment en termes d'efficacité, de rapidité et de coût de fabrication, et en particulier à réduire le nombre d'étapes de fabrication.
La présente invention vise ainsi à réduire sensiblement le nombre d'étapes nécessaires de recyclage.
La présente invention propose à cet effet un procédé de réalisation de couches minces en matériau choisi parmi les matériaux semiconducteurs à partir d'une plaquette donneuse, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes, enchaînées sans étape intermédiaire de recyclage: (a) formation d'une première zone de fragilisation dans la plaquette audessous d'une première face de celle-ci et à une profondeur correspondant sensiblement à une épaisseur de couche mince, (b) détachement d'une première couche mince à partir de la plaquette au niveau de la première zone de fragilisation, la première couche mince étant la partie de la plaquette se situant du côté de la première face par rapport à la première zone de fragilisation, (c) formation d'une deuxième zone de fragilisation dans la plaquette au- dessous de la deuxième face de celle-ci et à une profondeur correspondant 30 sensiblement à une épaisseur de couche mince, et (d) détachement d'une deuxième couche mince à partir de la plaquette au niveau de la deuxième zone de fragilisation, la deuxième couche mince étant la partie de la plaquette se situant du côté de la deuxième face par rapport à la deuxième zone de fragilisation.
Certains aspects préférés, mais non limitatifs, du procédé selon l'invention sont les suivants: - le procédé comprend en outre au moins une étape de finition de l'état de surface d'une plaquette donneuse recyclée.
- le procédé comprend en outre, entre les étapes (a) et (b) et entre les étapes (c) et (d), deux étapes de collage de la plaquette donneuse, respectivement au niveau de sa première et de sa deuxième face, sur deux substrats cible respectifs.
- le procédé comprend en outre, avant l'étape (b), une étape de formation d'une couche isolante sur la plaquette.
- la couche isolante est une couche de SiO2, formée par oxydation thermique d'une surface en silicium ou par dépôt de SiO2.
- la formation d'au moins une zone de fragilisation est assurée par implantation d'espèces atomiques à travers une face respective de la plaquette 20 à la profondeur de la zone de fragilisation.
- la formation d'au moins une zone de fragilisation est assurée par porosification d'une couche superficielle du matériau de la plaquette donneuse, et en ce que la couche mince associée est formée par dépôt de matériau semiconducteur sur la couche porosifiée.
- au moins une des étapes de détachement de couche mince est réalisée par apport d'énergie.
- le procédé comprend en outre, avant l'étape (d), les étapes suivantes: contrôle de la qualité de la deuxième face de la plaquette, et - si la qualité contrôlée de la deuxième face de la plaquette est supérieure à une valeur de qualité maximale admissible, mise en oeuvre d'une étape de correction de qualité de ladite deuxième face.
- la couche d'interface de collage est une couche isolante et en ce que l'étape de finition est choisie parmi un simple retrait de la couche isolante et un retrait de la couche oxydée suivi d'une correction en épaisseur de la deuxième face.
- l'étape de finition est suivie d'une étape de re-formation de couche isolante sur la plaquette.
- la couche isolante re-formée est une couche de SiO2, formée par oxydation thermique d'une surface en silicium ou par dépôt de SiO2.
- l'étape de finition comprend la mise en oeuvre d'une technique choisie dans le groupe comprenant le polissage mécanique, le polissage mécanochimique, l'oxydation sacrificielle, la gravure chimique, la gravure chimique assistée par plasma et le recuit sous atmosphère inerte.
- le procédé comprend en outre une étape de recyclage de la plaquette mise en oeuvre postérieurement à l'étape (d).
La présente invention propose également l'application du procédé tel que défini ci-dessus à la réalisation de structures semiconducteur-surisolant.
20. D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante d'une forme de réalisation préférée de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: Les figures la à 1h décrivent étape par étape un procédé de réalisation 25 de deux couches minces conforme à l'invention.
La figure 2 représente dans une vue en perspective un dispositif de polissage ou de CMP utilisé dans un procédé conforme à l'invention.
La figure 3 représente en vue de dessus un dispositif de polissage ou de CMP utilisé dans un procédé conforme à l'invention.
La figure 4 représente en vue de dessus un dispositif de CMP utilisé dans un procédé conforme à l'invention.
On notera ici que les dessins représentés par les figures la à 1 i sont schématiques et ne reflètent pas la réalité en terme d'échelles spatiales, ayant été réalisés dans l'unique but d'expliquer au mieux le principe d'un procédé conforme à la présente invention.
En référence à la figure la, une plaquette donneuse 10 en matériau semiconducteur tel que du silicium monocristallin présente des faces 11 et 12 au niveau desquelles, alternativement, des couches minces seront prélevées comme on va le décrire dans la suite.
La plaquette 10 a une épaisseur typique comprise entre quelques dizaines de microns et quelques millimètres.
Les faces 11 et 12 de la plaquette 10 présentent les caractéristiques typiques d'une plaquette neuve ou à l'état brut, c'est à dire une plaquette 15 qui n'a pas été utilisée depuis sa fabrication.
La figure la représente une plaquette 10 à l'état brut qui présente des caractéristiques usuellement rencontrées après fabrication, à savoir une faible rugosité moyenne sur sa face avant (face 11 sur la figure 1 a) et une rugosité moyenne importante sur sa face arrière (face 12 sur la figure la).
Il est intéressant de signaler ici que la rugosité moyenne en face arrière se trouve d'ailleurs souvent être plus importante pour des plaquettes de taille moyenne (ayant par exemple un diamètre de 200 mm) que pour des plaquettes de taille plus grande (ayant par exemple un diamètre de 300 mm).
Dans une configuration particulière de la plaquette 10 (non représentée), celle-ci peut cependant présenter d'autres caractéristiques, telles que deux faces 11 et 12 présentant chacune une rugosité moyenne importante (après avoir subi par exemple des opérations de meulage et de rodage). Dans ce cas, les deux faces 11 et 12 peuvent être rectifiées lors d'une étape de recyclage, en opérant par exemple dans le même temps lors d'un polissage double face.
Dans une autre configuration particulière de la plaquette 10 (non représentée), celle-ci présente deux faces 11 et 12 à faible rugosité moyenne (c'est à dire proche des spécifications nécessaires à un bon collage).
La face 11 de la plaquette donneuse 10 peut alors être suffisamment plane pour satisfaire aux spécifications usuelles, en termes d'état de surface, permettant de réaliser par la suite un bon collage, sur un support ou autre, d'une couche mince prélevée dans la plaquette, et/ou pour avoir au final une couche mince présentant une uniformité d'épaisseur satisfaisante. Ces spécifications visent entre autres la rugosité de surface et sont habituellement fonction de l'épaisseur des couches minces à réaliser.
Ainsi ces spécifications imposent en général une valeur maximum admissible de rugosité de surface, en deçà de laquelle l'état de surface de ces faces 11 et 12 doit se trouver pour pouvoir débuter le processus de formation des couches minces tel qu'il sera décrit plus loin.
La valeur de rugosité maximum de surface est habituellement définie par une valeur d'écart-type de rugosité ou valeur RMS (abréviation de l'expression anglo-saxonne Root Mean Square ), déterminée à partir de mesures de rugosité relevées par un microscope à force atomique ou AFM (abréviation anglo-saxonne de Atomic Force Microscopy ).
La valeur maximum admissible de la rugosité est typiquement une rugosité RMS d'environ 5 angstrêms, mesurée dans une zone de 1 micron sur 1 micron à la surface de la couche.
Dans la plupart des cas, et notamment lorsqu'il s'agit ultérieurement de former une couche particulièrement mince à partir de la plaquette 10, la rugosité de surface de la plaquette 10 est encore trop importante par rapport à cette valeur admissible et il convient donc de pratiquer une étape de finition de l'état de surface de la face 11 de la plaquette 10.
Cette étape de finition est réalisée en mettant en oeuvre une correction de rugosité fine, de manière à satisfaire au bout du compte aux spécifications 30 imposées par le fabricant.
On décrira plus loin plusieurs techniques pouvant être utilisées pour cette étape de finition.
La plaquette 10 après l'étape de finition est illustrée sur la figure 1 b.
En référence à la figure l c, la rugosité de la première face 11 étant maintenant acceptable pour la formation de couches minces, une étape de formation d'une couche isolante 13 de la plaquette donneuse 10 est avantageusement mise en oeuvre.
Ainsi, on pourra par exemple former une couche isolante 13 en SiO2 par des techniques conventionnelles, telles qu'une oxydation thermique d'une 10 surface en silicium ou un dépôt de SiO2.
On obtient alors une plaquette donneuse 10 recouverte d'une couche isolante 13 en SiO2.
Cette couche isolante 13 peut être constituée d'autres matériaux que du SiO2, tels que par exemple du Si3N4 (la couche isolante 13 étant alors formée par exemple par nitruration d'une surface en silicium de la plaquette donneuse 10) ou du SiOXNy.
Il est à remarquer que la formation de la couche isolante 13 au niveau de la deuxième face 12 de la plaquette donneuse 10 s'accompagne généralement d'une atténuation de la rugosité moyenne sous la couche isolante 13, au niveau de l'interface 18 avec le matériau semiconducteur sous-jacent. En effet, la formation de la couche isolante 13 a en général une propriété de lissage de la rugosité moyenne de surface.
Par exemple, une oxydation de la deuxième face 12 atténue d'autant plus sa rugosité que l'épaisseur de la couche isolante 13 en oxyde formée est importante; cette propriété est d'ailleurs utilisée dans certaines applications uniquement en tant que technique de lissage, appelée technique d' oxydation sacrificielle .
En référence à la figure Id, on forme alors une première zone de fragilisation 14 de la plaquette 10 au-dessous de la première face 11 et à une profondeur correspondant sensiblement à l'épaisseur de la couche mince que l'on souhaite obtenir.
Une épaisseur de couche mince réalisée à partir du présent procédé conforme à l'invention est typiquement comprise entre quelques centaines de 5 nanomètres et quelques micromètres.
Une zone de fragilisation se définit comme comportant des liaisons interatomiques plus faibles et/ou moins nombreuses que celles comprises dans le reste de la plaquette 10. C'est donc une zone qui, sous l'application d'une énergie extérieure, a tendance à se fracturer avant le reste de la plaquette 10.
La zone de fragilisation 14 est avantageusement sensiblement plane et parallèle au plan défini par la face 11.
Deux modes préférés de réalisation de la zone de fragilisation 14 seront détaillés plus loin.
En référence maintenant à la figure le, une première couche mince 21 est détachée à partir de la plaquette 10 au niveau de la zone de fragilisation 14, la couche mince 21 étant la partie de la plaquette se situant entre la face 11 et la zone de fragilisation 14.
Le détachement de la couche mince 21 s'effectue après avoir préalablement réalisé un collage entre la face 11 pourvue le cas échéant de la couche isolante 13 (formant interface de collage) et un substrat cible 24.
Dans le cas de la présence de la couche isolante 13 d'interface de collage sur la première couche mince 21 et/ou d'une couche isolante sur le substrat cible 24, un traitement thermique est avantageusement effectué pour renforcer le collage.
On obtient alors une structure 20a comprenant le substrat cible 24, une couche isolante 13a et la première couche mince prélevée 21.
Si la première couche mince prélevée 21 est en silicium et si la couche isolante 13 est suffisamment épaisse pour être suffisamment isolante électriquement, on obtient alors une structure 20a silicium sur isolant (SOI).
Dans tous les cas, la première couche mince 21 détachée peut alors être corrigée en épaisseur et en rugosité de surface grâce notamment à un ou plusieurs traitement(s) tels qu'un polissage mécanique, une planarisation mécano-chimique (CMP), une oxydation sacrificielle, une gravure chimique, une gravure chimique assistée par plasma, un recuit sous atmosphère inerte (notamment sous hydrogène), de façon connue en soi.
La plaquette donneuse 10 restante après le premier prélèvement présente sur sa première face 11, conformément aux techniques classiques de prélèvement, une couronne 19a représentant sensiblement la partie négative de la première couche mince 21 prélevée.
Avant de former une seconde zone de fragilisation 17 comme on va le décrire en référence à la figure 1f, une opération de contrôle de l'état de surface de la face 12, comprenant une mesure ou une évaluation de la qualité de la surface, est avantageusement mise en oeuvre, afin notamment de connaître l'intégrité de la surface.
On pourra ainsi mesurer la rugosité, détecter la présence ou non de rayures, de défauts déclassant, de contaminants ou de particules isolées.
Dans le cas où cette mesure donne une qualité satisfaisant aux spécifications et permettant donc le prélèvement d'une deuxième couche mince du côté de cette face 12, on réalise alors la formation de cette deuxième couche mince, comme illustré sur la figure 1f.
Inversement, dans le cas où cette mesure donne une qualité excessive par rapport aux spécifications, notamment à cause de défauts (contaminations particulaires, légères rayures, etc.) ayant pu être provoqués pendant la réalisation de la première couche mince 21 ou à cause de rugosités initialement présentes sur la deuxième face 12 (voir figure la), une deuxième étape de finition est alors mise en oeuvre pour corriger l'état de surface de la face 12 et ramener notamment la valeur de rugosité dans les spécifications.
Cette deuxième étape de finition est avantageusement réalisée par la 30 même technique que la première étape de finition.
Toujours dans ce deuxième cas de figure, et dans le cas particulier de la présence d'une couche isolante 13 en surface de la plaquette 10, la correction de rugosité peut comprendre: É un retrait de la couche isolante 13, ou É un retrait de la couche isolante 13 puis une correction en épaisseur de la face 12 ainsi dénudée (qui est en fait l'interface 18 représentée sur la figure le).
Le choix dépend principalement de l'ampleur des défauts de rugosité ou autres sur la face 12 révélés par l'opération de contrôle précitée.
Le retrait de la couche isolante 13 s'effectue préférentiellement par voie chimique, et notamment par une attaque d'un agent tel que l'acide fluorhydrique dans le cas d'une couche mince 21 en silicium. Une étape de ré-oxydation superficielle de la plaquette 10 est alors mise en oeuvre après l'étape de finition dans le cas où l'on souhaite la présence d'une couche isolante 13 pour former une interface de collage.
On obtient alors une deuxième face 12 de qualité, présentant notamment très peu de rugosités, telle qu'illustrée sur la figure 1f.
Cette étape de finition de la deuxième face 12, permettant de pouvoir par la suite effectuer un deuxième prélèvement de couche (couche mince 22 en référence à la figure 1g) sur la plaquette donneuse 10, est plus simple à mettre en oeuvre qu'une étape de recyclage standard de la première face 11, après ledit premier prélèvement, qui serait mise en oeuvre pour y préparer un deuxième prélèvement de couche, comme c'est le cas dans l'état de la technique.
En effet, l'étape de finition traite, contrairement au recyclage, une surface 12 pour laquelle: - les rugosités sont enterrées (i.e. l'interface 18) ; il n'y a pas de marches au bord telles que celles de la couronne 19a de la face 11 après prélèvement; la planéité est le plus souvent meilleure après retrait de la couche isolante 13 à son niveau que dans le cas de la surface 15 après le premier prélèvement, du fait notamment du lissage naturel qu'a opéré l'opération de formation de la couche isolante 13 (tel qu'expliqué plus haut).
Cependant, dans un cas extrême où l'état de surface de la face 12 demande un travail trop important ou trop long dans le temps pour être rattrapé par une étape de finition, la plaquette 10 est alors renvoyée vers un recyclage. Toutefois, si toutes les précautions de manipulation ont été prises, un tel cas extrême se produira peu fréquemment.
En référence à. la figure 1f, on forme alors une deuxième zone de fragilisation 17 dans la plaquette 10 au-dessous de la deuxième face 12 de celle-ci et à une profondeur correspondant sensiblement à une épaisseur désirée de la couche mince à prélevée.
Le mode de formation de cette deuxième zone de fragilisation 17 peut être identique à celui utilisé pour la formation de la première zone de fragilisation 14.
En référence à la figure 1g, on détache une deuxième couche mince 22 à partir de la plaquette 10 au niveau de la deuxième zone de fragilisation 17, la deuxième couche mince 22 prélevée étant la partie de la plaquette 10 se situant sensiblement entre la deuxième face 12 et la deuxième zone de fragilisation 17.
La ou les technique(s) employée(s) pour détacher cette deuxième couche mince 22 peut (peuvent) être identique(s) à celle ou celle(s) utilisée(s) pour détacher la première couche mince 21, avec le report sur un deuxième substrat cible 26.
On obtient alors une deuxième structure 20b comprenant le deuxième substrat cible 26, une couche isolante 13b et la deuxième couche mince prélevée 22.
Le mode de traitement de l'état de surface de la deuxième couche mince 22 peut être identique au mode de traitement de surface de la première couche mince 21.
La plaquette donneuse 10 restante après le premier prélèvement présente sur sa deuxième face 12, conformément aux techniques classiques de prélèvement, une couronne 19b représentant sensiblement la partie négative de la deuxième couche mince prélevée 22.
Le procédé selon l'invention permet donc de réaliser deux couches minces 21 et 22 à partir d'une même plaquette donneuse 10, sans que celle-ci doive subir une étape de recyclage intermédiaire, étant précisé qu'un tel recyclage constitue toujours un frein dans les cadences de fabrication, notamment lorsque la plaquette doit être transportée vers un site de recyclage qui peut être géographiquement distinct du site au niveau duquel les couches minces sont prélevées. Seule une simple étape de finition mettant en oeuvre une légère correction de rugosité est éventuellement mise en oeuvre.
En référence à la figure 1h, la plaquette 10, amputée des épaisseurs des couches minces 21 et 22, va pouvoir être soumise à une étape de recyclage durant laquelle les rugosités de ses nouvelles faces 15 et 16 vont être corrigées, et pour ainsi répéter le procédé et réaliser deux nouvelles couches minces avant le recyclage suivant.
On pourra alors mettre en oeuvre notamment un double polissage (c'est à dire un polissage agissant simultanément sur les deux faces 15 et 16 de la plaquette donneuse 10) afin d'effectuer un recyclage rapide de la plaquette donneuse 10.
On va maintenant décrire des techniques préférées pour la mise en oeuvre pratique du procédé conforme à l'invention.
Un premier mode de réalisation préféré des zones de fragilisation 14 et 17 est celui d'un procédé de type Smart-cut , à savoir qu'on implante des espèces à travers la face 11 ou la face 12, respectivement, de la plaquette 10, la profondeur de la zone de fragilisation 14 ou 17 correspondant sensiblement à la profondeur de pénétration des espèces dans la plaquette 10.
Les espèces en question sont préférentiellement des ions, en particulier des ions hydrogène, implantés par un appareil de bombardement ionique ou 5 par un appareil à plasma.
Dans un mode de réalisation préféré, et tel que déjà décrit, la couche isolante 13 est formée à la surface de la plaquette 10 avant l'implantation.
Selon une variante, une autre implantation d'espèces atomiques précède l'implantation formant la zone de fragilisation 14 ou 17. Cette autre implantation, préférentiellement ionique, par exemple d'espèces hydrogène ou hydrogène et bore, a pour but principal de créer au niveau de la future zone de fragilisation des défauts pour piéger les espèces implantées ultérieurement.
Dans un autre mode de réalisation préféré, un traitement thermique est effectué pendant et/ou après l'implantation d'espèces dans le but d'accentuer la fragilisation de la plaquette donneuse 10 au niveau de la zone de fragilisation 14 ou 17.
Le détachement de la couche mince 21 ou 22 s'effectue alors par un apport d'énergie d'origine thermique, préférentiellement grâce à un traitement thermique dans une gamme de températures typiquement comprise entre 300 C et 500 C dans le cas d'une couche mince 21 ou 22 en silicium, et/ou d'origine mécanique, préférentiellement grâce à des forces mécaniques exercées sur la plaquette 10.
Un deuxième mode de réalisation de la zone de fragilisation 14 ou 17 comprend la formation d'une couche de semi-conducteur poreux sur chaque surface d'une plaquette initiale en matériau cristallin, par exemple par anodisation.
Une couche en matériau semiconducteur formant la couche mince à prélever 21 et 22 est ensuite réalisée par épitaxie sur la couche poreuse, préférentiellement par une technique de dépôt chimique en phase vapeur ou CVD (abréviation de l'expression anglo-saxonne Chemical Vapor Deposition ).
La plaquette 10 pourvue de la couche poreuse et de la couche déposée 21 ou 22 est alors préférentiellement oxydée en surface pour former la couche isolante 13 qui formera une couche d'interface de collage lors d'un report sur le substrat cible.
Le détachement de la couche mince 21 ou 22 s'effectue de préférence par un apport d'énergie, préférentiellement mécanique grâce à un jet de fluide appliqué au niveau de la zone de fragilisation 14 ou 17, respectivement, et en particulier grâce à un jet de liquide telle que de l'eau.
En référence à la figure 2, on a représenté un dispositif pour la mise en oeuvre d'une étape de finition ou de recyclage destinée à corriger la rugosité des faces 11 et 12 de la plaquette 10. Une tête de polissage 200 montée sur un arbre d'entraînement rotatif 600 comporte une cavité apte à recevoir la plaquette 10. Un plateau de polissage 100, également apte à être mis en rotation, referme la cavité de la tête de polissage 200 en se plaquant contre elle, pour ainsi enfermer la plaquette 10 entre le plateau et la tête.
La tête de polissage 200 est avantageusement recouverte d'un tissu.
Une force 1 appliquée le long de l'arbre 600 sur la tête de polissage met en contact la plaquette 10 avec la face interne de la cavité de la tête 200 et avec la face supérieure du plateau 100.
Les mouvements de rotation respectifs 2 et 4 de la tête 200 et du plateau 100 par rapport à la plaquette 10 provoquent des frottements sur les faces 11 et 12 de celle-ci, et polissent donc simultanément ces faces.
Dans un mode préférentiel, la tête de polissage 200, accompagnée de la plaquette 10, se déplace sur la surface supérieure du plateau de polissage 100 selon un parcours déterminé afin d'homogénéiser au mieux le polissage des faces 11 et 12. Ce mouvement peut être par exemple un mouvement de translation en va-et-vient le long d'un axe déterminé, ou un mouvement combiné de rotation et de translation (mouvement hélicoïdal).
Dans un autre mode préférentiel, on peut combiner un polissage mécanique, une abrasion par des particules abrasives injectées (telles que des particules de silice) et une gravure chimique selon un procédé dit CMP (abréviation de l'expression anglo-saxonne Chemical Mechanical Planarization ).
Dans un autre mode de réalisation encore, le dispositif de polissage comprend une tête de polissage 200 recevant plusieurs plaquettes.
Un mode de réalisation particulier de ce dispositif est représenté enréférence à la figure 3. Ce dispositif est similaire à celui de la figure 2, avec une tête de polissage 200 qui, cette fois, reçoit trois plaquettes 10a, 10b et 10c.
Dans un mode préférentiel, cette tête de polissage 200 se déplace par rapport au plateau de polissage 100 selon un axe diamétral 6 dans un mouvement de translation en va-et-vient 3, donnant aux plaquettes 10a, 10b et 10c, en combinaison avec le mouvement de rotation de la tête de polissage 200, des mouvements hélicoïdaux respectifs par rapport au plateau de polissage 100, polissant ainsi de façon homogène en surface les faces 11 et 12 de chaque plaquette.
En référence à la figure 4, on a représenté un autre dispositif de planarisation mécano-chimique pour la mise en oeuvre de l'étape de finition. Ce dispositif comporte trois plateaux de polissage 100a, 100b, 100c et trois injecteurs de fluide 300a, 300b, 300c. Trois têtes de polissage 200a, 200b, 200c, solidaires entre elles, sont éloignées d'une égale distance d'un arbre de rotatif 700, et sont mobiles par rapport à lui.
Les plateaux de polissage 100a, 100b, 100c sont préférentiellement et respectivement en contact avec trois dispositifs de brossage 400a, 400b, 400c, afin de pouvoir retirer régulièrement des plateaux des résidus superficiels.
Dans un mode d'utilisation de ce dispositif, le plateau 100a et la tête 200a s'occupent à polir les faces 11 et 12 d'une plaquette 10 de façon identique à celle exposée dans la figure 2. En addition à ce polissage mécanique, l'injecteur 100a peut apporter un agent d'attaque permettant de réaliser une gravure chimique, ou encore un agent abrasif permettant de réaliser une gravure mécanique.
Puis la tête de polissage 100a amène la plaquette 10 au niveau du second plateau de polissage 100b, et enfin au niveau du troisième plateau de polissage 100c, grâce à un mouvement de rotation de la tête 100a autour de l'arbre 700, afin de mettre en oeuvre des procédés respectifs de nettoyage de surface de la plaquette 10, à l'aide de fluides nettoyants injectés par les injecteurs 300b et 300c.
Bien entendu, d'autres procédés de polissage mécanique ou mécano- chimique peuvent être mis en oeuvre pour effectuer la correction de rugosité des faces 11 et 12 de la plaquette 10. On citera notamment l'oxydation sacrificielle, la gravure chimique, la gravure chimique assistée par plasma et le recuit sous atmosphère inerte.
Les divers procédés décrits et mentionnés ci-dessus peuvent en particulier être mis en oeuvre de façon plus élaborée de manière à effectuer une correction de rugosité sélective, à savoir une correction de rugosité différente sur les faces 11 et 12 de la plaquette 10, par exemple en fonction de mesures de rugosité préalablement effectuées sur ces faces et qui ont décelé des régions plus rugueuses que d'autres et pouvant donc subir des corrections de rugosité différentes et adaptées.
Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux formes de réalisation décrites et représentées, mais l'homme du métier saura y apporter de nombreuses variantes et modifications.
Claims (15)
1. Procédé de réalisation de couches minces en matériau choisi parmi les matériaux semiconducteurs à partir d'une plaquette donneuse, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes, enchaînées sans étape intermédiaire de recyclage: (a) formation d'une première zone de fragilisation dans la plaquette au- dessous d'une première face de celle-ci et à une profondeur correspondant 10 sensiblement à une épaisseur de couche mince, (b) détachement d'une première couche mince à partir de la plaquette au niveau de la première zone de fragilisation, la première couche mince étant la partie de la plaquette se situant du côté de la première face par rapport à la première zone de fragilisation, (c) formation d'une deuxième zone de fragilisation dans la plaquette audessous de la deuxième face de celle-ci et à une profondeur correspondant sensiblement à une épaisseur de couche mince, et (d) détachement d'une deuxième couche mince à partir de la plaquette au niveau de la deuxième zone de fragilisation, la deuxième couche mince étant la partie de la plaquette se situant du côté de la deuxième face par rapport à la deuxième zone de fragilisation.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins une étape de finition de l'état de surface d'une plaquette 25 donneuse recyclée.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, entre les étapes (a) et (b) et entre les étapes (c) et (d), deux étapes respectives de collage de la plaquette donneuse, respectivement au niveau de sa première et de sa deuxième face, sur deux substrats cible respectifs.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce 5 qu'il comprend en outre, avant l'étape (b), une étape de formation, d'une couche isolante sur la plaquette.
5. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la couche isolante est une couche de SiO2, formée par oxydation thermique d'une 10 surface en silicium ou par dépôt de SiO2.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la formation d'au moins une zone de fragilisation est assurée par implantation d'espèces atomiques à travers une face respective de la plaquette à la profondeur de la zone de fragilisation.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la formation d'au moins une zone de fragilisation est assurée par porosification d'une couche superficielle du matériau de la plaquette donneuse, et en ce que la couche mince associée est formée par dépôt de matériau semiconducteur sur la couche porosifiée.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'au moins une des étapes de détachement de couche mince est réalisée par apport 25 d'énergie.
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, avant l'étape (d), les étapes suivantes: - contrôle de la qualité de la deuxième face de la plaquette, et - si la qualité contrôlée de la deuxième face de la plaquette est supérieure à une valeur de qualité maximale admissible, mise en oeuvre d'une étape de correction de la qualité de ladite deuxième face.
10. Procédé selon les revendications 4 et 9 prises en combinaison, caractérisé en ce qu'une étape de finition est mise en oeuvre, et est choisie parmi un simple retrait de la couche isolante et un retrait de la couche isolante suivi d'une correction en épaisseur de la deuxième face.
11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'étape de finition est suivie d'une étape de re-formation de couche isolante sur la plaquette..
12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la couche 15 isolante re-formée est une couche de SiO2, formée par oxydation thermique d'une surface en silicium ou par dépôt de SiO2.
13. Procédé selon l'une des revendications 2, 10, 11 et 12, caractérisé en ce que l'étape de finition comprend la mise en oeuvre d'une technique choisie dans le groupe comprenant le polissage mécanique, le polissage mécano-chimique, l'oxydation sacrificielle, la gravure chimique, la gravure chimique assistée par plasma et le recuit sous atmosphère inerte.
14. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce 25 qu'il comprend en outre une étape de recyclage de la plaquette mise en oeuvre postérieurement à l'étape (d).
15. Application du procédé selon l'une des revendications 1 à 14 à la réalisation de structures semiconducteur-sur-isolant.
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