FR2873235A1 - Semiconductor substrate producing method for use in e.g. electronic field, involves forming opening cavities whose total area in plane of front surfaces is preset so that bonding energy at level of bonding interface is controlled - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne un procédé d'obtention de substrats démontables àThe invention relates to a process for obtaining removable substrates for
énergie de collage contrôlée, destinés notamment à des applications dans les domaines de l'électronique, l'optoélectronique ou l'optique. controlled bonding energy, intended in particular for applications in the fields of electronics, optoelectronics or optics.
Les composants électroniques, optoélectroniques ou optiques sont réalisés à partir de substrats comprenant généralement une couche mince reportée sur un support plus épais. Cette couche mince a vocation, après au moins une partie des étapes permettant la réalisation desdits composants électroniques, d'être détachée de son support et le cas échéant, reportée sur un support définitif distinct. The electronic, optoelectronic or optical components are made from substrates generally comprising a thin layer carried on a thicker support. This thin layer is intended, after at least a portion of the steps for the realization of said electronic components, to be detached from its support and where appropriate, carried on a separate definitive support.
A cet effet, on a récemment développé des substrats, dits "substrats démontables" dans lesquels la couche mince et son support sont susceptibles d'être détachés l'un de l'autre par une opération de démontage. To this end, substrates have been recently developed, called "removable substrates" in which the thin layer and its support are capable of being detached from one another by a disassembly operation.
Ce démontage peut s'effectuer par exemple le long d'une zone fragilisée. This disassembly can be carried out for example along a weakened zone.
On connaît ainsi d'après]le document JP-07302889, un procédé de fragilisation consistant à introduire une couche de silicium poreux entre deux couches de silicium monocristallin non poreux. Le démontage s'effectue ensuite par gravure chimique humide au niveau de cette couche de silicium poreux qui constitue une couche fragilisée. Thus JP-07302889 discloses a method of embrittlement comprising introducing a porous silicon layer between two non-porous monocrystalline silicon layers. Disassembly is then carried out by wet etching at this porous silicon layer which constitutes a weakened layer.
Un tel procédé est connu sous la marque déposée ELTRAN. Such a process is known under the trademark ELTRAN.
On connaît également d'après le document FR-2 809 867 un procédé de réalisation d'un substrat fragilisé consistant à introduire au moins une espèce gazeuse dans une zone du substrat afin d'y former des microcavités, la zone ainsi fragilisée obtenue délimitant une couche mince, puis à éliminer tout ou partie de l'espèce gazeuse de ladite zone fragilisée. L'élimination de ces espèces gazeuses peut s'effectuer par traitement thermique, associé éventuellement à l'application de contraintes. Il est également possible de procéder à une surfragilisation localisée de la zone fragilisée, par exemple en contrôlant les budgets thermiques utilisés lors du traitement thermique. Ensuite, la couche mince de ce substrat fragilisé peut être démontée aisément du reste du substrat initial, de sorte que l'on obtienne un substrat Also known from FR-2 809 867 a process for producing a weakened substrate consisting in introducing at least one gaseous species into an area of the substrate in order to form microcavities, the zone thus weakened obtained delimiting a thin layer, then remove all or part of the gaseous species of said weakened zone. The elimination of these gaseous species can be carried out by heat treatment, possibly associated with the application of constraints. It is also possible to proceed with a localized overfragmentation of the weakened zone, for example by controlling the thermal budgets used during the heat treatment. Then, the thin layer of this weakened substrate can be easily dismounted from the rest of the initial substrate, so that a substrate is obtained.
démontable.removable.
Le démontage peut également s'effectuer le long d'une interface de collage, notamment une interface obtenue après collage par adhésion moléculaire. Disassembly can also be performed along a bonding interface, in particular an interface obtained after bonding by molecular adhesion.
Ainsi, on connaît d'après le document WO-01/43168, un procédé de détachement d'un substrat semi-conducteur et d'un substrat support, collés l'un à l'autre. La fracture conduisant au détachement des deux substrats est initialisée par l'introduction d'une ou plusieurs lame(s) le long de l'interface de collage entre ces deux substrats et ce, à une vitesse que l'on fait varier. Cette interface de collage n'est pas fragilisée au préalable. Thus, it is known from WO-01/43168, a method of detachment of a semiconductor substrate and a support substrate, glued to each other. The fracture leading to the detachment of the two substrates is initiated by the introduction of one or more blades along the bonding interface between these two substrates and at a speed that is varied. This bonding interface is not weakened beforehand.
Il est également possible d'effectuer le démontage le long d'une interface de collage dont on a volontairement diminué l'énergie de liaison. It is also possible to perform the disassembly along a bonding interface which voluntarily decreased the binding energy.
Dans les procédés normaux de réalisation d'un collage par adhésion moléculaire, les faces des différentes couches destinées à être collées l'une contre l'autre subissent des préparations de surface permettant d'obtenir de fortes énergies de collage. In normal methods for producing a bonding by molecular adhesion, the faces of the different layers to be bonded against each other undergo surface preparations to obtain high bonding energies.
A titre d'exemple, dans le cas du collage d'une couche mince sur un support à l'aide d'un collage SiO2/SiO2, obtenu après une préparation normale des surfaces à mettre en contact, l'énergie de collage ou de liaison entre les deux couches de SiO2 est voisine de 100 mJ/m2, à température ambiante et peut atteindre 1 à 2 J/m2 après divers traitements de recuit entre 400 et 1100 C dans le cas de la fabrication d'un substrat SOI, (voir C. Maleville et al., Semiconductor wafer bonding, Science Technology and Application IV, PV 97-36, 46 The Electrochemical Society Proceeding Series, Permington, NJ (1998)). By way of example, in the case of the bonding of a thin layer on a support by means of SiO 2 / SiO 2 bonding, obtained after normal preparation of the surfaces to be brought into contact, the energy of bonding or bond between the two layers of SiO 2 is close to 100 mJ / m 2, at room temperature and can reach 1 to 2 J / m 2 after various annealing treatments between 400 and 1100 C in the case of the manufacture of an SOI substrate, ( see C. Maleville et al., Semiconductor wafer bonding, Science Technology and Application IV, PV 97-36, 46 The Electrochemical Society Proceeding Series, Permington, NJ (1998)).
Or, les fortes adhésions obtenues avec ce type de collage sont variables en fonction de divers paramètres, (à savoir principalement la rugosité des surfaces en contact, leur hydrophilie, l'affinité chimique entre les matériaux, leur capacité à fluer, la température à laquelle est effectuée ce collage, etc.). However, the strong adhesions obtained with this type of bonding are variable according to various parameters, (namely mainly the roughness of the surfaces in contact, their hydrophilicity, the chemical affinity between the materials, their ability to flow, the temperature at which this collage is made, etc.).
En conséquence, en faisant varier ces paramètres de façon à diminuer la valeur de l'énergie de collage par rapport à celle normalement obtenue par les procédés classiques de préparation des surfaces avant le collage, il devient possible de démonter le substrat au niveau de l'interface de collage ainsi affaiblie. Consequently, by varying these parameters so as to reduce the value of the bonding energy compared to that normally obtained by conventional methods for preparing the surfaces before bonding, it becomes possible to dismount the substrate at the level of the bonding interface thus weakened.
Un premier procédé de diminution de l'énergie de collage consiste à diminuer l'hydrophilie des surfaces à mettre en contact, avant le collage proprement dit, par nettoyage chimique, par exemple selon les procédés décrits dans l'article de C. Maleville et al., Semiconductor wafer bonding, Science Technology and Application IV, PV 97-36, 46 The Electrochemical Society Proceeding Series, Permington, NJ (1998). A first method of reducing the bonding energy consists in reducing the hydrophilicity of the surfaces to be brought into contact, before bonding itself, by chemical cleaning, for example according to the methods described in the article by C. Maleville et al. Semiconductor wafer bonding, Science Technology and Application IV, PV 97-36, 46 The Electrochemical Society Proceeding Series, Permington, NJ (1998).
Un deuxième procédé de diminution de l'énergie de collage permettant d'obtenir une interface de collage démontable consiste à diminuer le "budget thermique" normalement utilisé pour aboutir aux énergies de liaison couramment obtenues par un collage standard. A second method of reducing the bonding energy to obtain a removable bonding interface is to reduce the "thermal budget" normally used to achieve the binding energy commonly obtained by a standard bonding.
Le terme "budget thermique" signifie que dans une étape où l'on effectue un apport thermique, il ne faut pas raisonner uniquement sur la température, mais sur le couple température du traitement thermique et durée de ce traitement. The term "thermal budget" means that in a step where a thermal contribution is made, it is not necessary to reason solely on the temperature, but on the temperature pair of the heat treatment and the duration of this treatment.
Enfin, un troisième procédé consiste à augmenter la rugosité d'au moins l'une des deux faces mises en contact. Cette augmentation de la rugosité peut être effectuée localement par un traitement par attaque chimique, par exemple avec de l'acide fluorhydrique (HF). Finally, a third method consists in increasing the roughness of at least one of the two faces brought into contact. This increase in roughness can be carried out locally by etching treatment, for example with hydrofluoric acid (HF).
L'article de O. RAYSSAC et al. "Proceedings of the 2'a International Conference on Materials for Microelectronics", IOM Communications, p.183, 1998, a montré qu'il était possible d'augmenter la rugosité d'une couche d'oxyde de silicium par un traitement à l'acide fluorhydrique. Ainsi, le collage de deux couches de SiO2 présentant chacune des rugosités de 0,625 nm RMS pour les surfaces en regard aboutit à une énergie de collage voisine de 500 mJ/m2, même après un recuit à 1100 C, ce qui est largement inférieur aux valeurs normalement obtenues mentionnées précédemment. The article by O. RAYSSAC et al. "Proceedings of the International Conference on Materials for Microelectronics", IOM Communications, p.183, 1998, has shown that it is possible to increase the roughness of a silicon oxide layer by a treatment with silicon dioxide. hydrofluoric acid. Thus, the bonding of two layers of SiO 2 each having roughness of 0.625 nm RMS for the facing surfaces results in a bonding energy close to 500 mJ / m 2, even after annealing at 1100 C, which is well below the values normally obtained as mentioned above.
Le résultat obtenu par l'utilisation du procédé de formation de cavités 20 débouchantes précité est représenté sur la figure 1 jointe. The result obtained by using the above-mentioned open-hole cavitation method is shown in the accompanying FIG.
Sur cette figure, on peut voir deux substrats en silicium 1 et 2 représentés de façon partielle et à l'échelle microscopique, chacun d'entre eux étant recouvert d'une couche d'oxyde de silicium (SiO2) portant respectivement les références numériques 10 et 20. Ces deux couches d'oxyde 10 et 20 sont collées l'une contre l'autre par adhésion moléculaire le long d'une interface de collage 111. In this figure, we can see two silicon substrates 1 and 2 represented partially and at the microscopic scale, each of them being covered with a layer of silicon oxide (SiO 2) respectively bearing the numerical references 10 and 20. These two oxide layers 10 and 20 are adhesively bonded to each other along a bonding interface 111.
Dans la suite de la description et des revendications, l'expression "interface de collage" désigne la surface de contact à l'échelle macroscopique entre les faces avant respectives de deux substrats collés l'un contre l'autre. In the following description and claims, the term "bonding interface" refers to the macroscopic contact surface between the respective front faces of two substrates bonded against each other.
Dans le cas particulier illustré sur la figure 1 où les substrats 1 et 2 ont les mêmes dimensions, l'interface de collage 111, qui est constituée de la surface de contact entre les faces avant respectives 100 et 200 des substrats 1 et 2, présente une aire correspondant à celle de l'une ou de l'autre des deux faces avant 100 ou 200. In the particular case illustrated in FIG. 1, where the substrates 1 and 2 have the same dimensions, the bonding interface 111, which consists of the contact surface between the respective front faces 100 and 200 of the substrates 1 and 2, presents an area corresponding to that of one or other of the two front faces 100 or 200.
Avant le collage par adhésion moléculaire des deux substrats 1 et 2, la face avant 200 de la couche d'oxyde 20 a subi un traitement de rugosification à l'acide fluorhydrique, de sorte qu'elle présente à l'échelle microscopique une série de cavités portant la référence numérique générale 201 et que sa surface 202 de contact réel avec la couche d'oxyde 10 présente une aire Ar réduite par rapport à celle de l'interface de collage 111. Before the molecular bonding of the two substrates 1 and 2, the front face 200 of the oxide layer 20 has undergone a hydrofluoric acid roughening treatment, so that it has on the microscopic scale a series of cavities bearing the general numerical reference 201 and that its surface 202 of actual contact with the oxide layer 10 has a reduced area Ar relative to that of the bonding interface 111.
La valeur de l'énergie de collage Ec au niveau de l'interface de collage 111 correspond à la valeur maximale Es de l'énergie de collage de l'interface de collage 111 susceptible d'être obtenue après un traitement thermique de renforcement, dit "de stabilisation", modulée en fonction du rapport entre l'aire At de l'interface de collage 111 et l'aire Air de contact réel entre les deux faces avant 100 et 200. The value of the bonding energy Ec at the bonding interface 111 corresponds to the maximum value Es of the bonding energy of the bonding interface 111 that can be obtained after a reinforcing heat treatment, said "stabilization", modulated according to the ratio between the area At of the bonding interface 111 and the actual contact air area between the two front faces 100 and 200.
En l'absence d'un traitement de rugosification, il n'y a pas de cavités 201 et l'énergie de collage Ec correspond alors à Es. Cette énergie de collage Ec est donc très élevée. In the absence of a roughening treatment, there are no cavities 201 and the bonding energy Ec then corresponds to Es. This bonding energy Ec is therefore very high.
Au contraire, après un traitement de rugosification, comme expliqué cidessus, l'aire Ar de la surface de contact réel étant inférieure à At, l'énergie de collage Ec est affaiblie, de sorte que l'interface de collage 111 constituera ultérieurement une zone de démontage privilégiée. On the contrary, after a roughening treatment, as explained above, the area Ar of the actual contact area being less than At, the bonding energy Ec is weakened, so that the bonding interface 111 will later constitute a zone of dismantling privileged.
Toutefois, la technique de rugosification précitée présente l'inconvénient que les cavités 201 sont réparties de façon aléatoire et donc irrégulière sur la face avant 200 de la couche d'oxyde 20. However, the aforementioned roughening technique has the disadvantage that the cavities 201 are distributed randomly and therefore unevenly on the front face 200 of the oxide layer 20.
De plus, les formes et les dimensions (profondeur et aire) de toutes ces cavités ne sont pas constantes. In addition, the shapes and dimensions (depth and area) of all these cavities are not constant.
Ainsi, comme on peut le voir sur la figure 1, certaines des cavités formées, référencées 201a sont suffisamment profondes pour qu'il n'y ait pas de contact avec la face avant 100. D'autres cavités 201b au contraire sont à peine creusées, de sorte qu'il peut exister un léger contact avec la face avant 100. Thus, as can be seen in FIG. 1, some of the cavities formed, referenced 201a, are deep enough so that there is no contact with the front face 100. Other cavities 201b, on the contrary, are barely hollowed out. , so that there may be a slight contact with the front face 100.
En conséquence, la valeur de l'aire Ar de la surface 202 de contact réel peut changer d'un substrat démontable à l'autre, le procédé n'est pas reproductible et la valeur de l'énergie de collage Ec ne peut donc être déterminée à l'avance. Consequently, the value of the area Ar of the actual contact surface 202 can change from one demountable substrate to another, the process is not reproducible and the value of the bonding energy Ec can not therefore be determined in advance.
La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient et d'offrir un procédé permettant d'obtenir un substrat démontable dont la valeur de l'énergie de collage au niveau de l'interface de collage démontable peut être ajustée de façon sélective, en fonction de l'utilisation ultérieure dudit substrat. The present invention aims to remedy this drawback and to provide a method for obtaining a removable substrate whose value of the bonding energy at the dismountable bonding interface can be adjusted selectively, in function of the subsequent use of said substrate.
Un tel procédé doit permettre d'obtenir une gamme de substrats plus ou moins facilement démontables, c'est-à-dire susceptibles d'être démontés par l'apport d'une énergie plus ou moins forte. Such a method must make it possible to obtain a range of substrates which are more or less easily removable, that is to say capable of being dismounted by the addition of a more or less strong energy.
En outre, un tel procédé a pour objectif de prédéterminer de façon fiable et reproductible la valeur de l'énergie de collage obtenue au niveau de l'interface de collage, de façon à pouvoir également prédéterminer l'énergie qui devra être apportée ultérieurement pour démontrer ce substrat et rendre le procédé de démontage industrialisable. In addition, such a method aims to reliably and reproducibly predetermine the value of the bonding energy obtained at the bonding interface, so as to also be able to predetermine the energy that will have to be brought later to demonstrate this substrate and make the disassembly process industrializable.
A cet effet, l'invention concerne un procédé d'obtention d'un substrat démontable destiné à des applications dans le domaine de l'électronique, l'optoélectronique ou l'optique, ce substrat comprenant au moins deux couches de matériau, l'une dite de "support" et l'autre dite "utile", ces deux couches étant collées l'une contre l'autre, par l'une de leurs faces, dite "face avant", ce substrat étant susceptible d'être démonté le long de l'interface de collage entre ces deux faces avant. To this end, the invention relates to a method for obtaining a removable substrate intended for applications in the field of electronics, optoelectronics or optics, this substrate comprising at least two layers of material, the one said "support" and the other said "useful", these two layers being glued against each other, by one of their faces, called "front face", this substrate being capable of being disassembled along the bonding interface between these two front faces.
Conformément à l'invention, ce procédé consiste, avant le collage des deux couches, à effectuer une étape de formation de cavités débouchantes, sur la majeure partie de la surface de l'une ou l'autre des deux faces avant ou des deux, la profondeur de ces cavités débouchantes,et leurs dimensions, dans le plan des faces avant dans lesquelles elles sont ménagées, étant telles, qu'il n'y a aucun collage au niveau de ces cavités débouchantes avec la face avant située en regard, l'aire totale desdites cavités débouchantes, dans le plan de la face avant dans laquelle elles sont ménagées, étant prédéterminée, de sorte que l'énergie de collage au niveau de ladite interface de collage peut être contrôlée, pour fournir audit substrat démontable le degré de caractère démontable souhaité. According to the invention, this process consists, before the bonding of the two layers, to perform a step of forming open cavities, over most of the surface of one or the other of the two front faces or both, the depth of these emerging cavities, and their dimensions, in the plane of the front faces in which they are arranged, being such that there is no bonding at these open cavities with the front face facing each other, total area of said emergent cavities, in the plane of the front face in which they are formed, being predetermined, so that the bonding energy at said bonding interface can be controlled, to provide said removable substrate the degree of desired removable character.
Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, prises seules ou en combinaison: - la couche dans laquelle sont formées les cavités débouchantes est une couche de matériau polycristallin, et le traitement de formation desdites cavités débouchantes consiste à soumettre la face avant de cette couche, à une attaque chimique sélective, au niveau des joints qui existent entre les cristaux qui s'y trouvent, de sorte que ces joints constituent lesdites cavités débouchantes; - la couche dans laquelle sont formées les cavités débouchantes est une couche de matériau polycristallin, et le traitement de formation desdites cavités débouchantes consiste à soumettre la face avant de cette couche, à un traitement thermique permettant d'homogénéiser la dimension et la répartition des cristaux qui s'y trouvent, pour créer entre eux lesdites cavités débouchantes; - la couche dans laquelle sont formées les cavités débouchantes est une couche de matériau polycristallin, déposée sur une couche d'un matériau isolant, par une technique de dépôt permettant de contrôler la dimension des cristaux qui la constituent, les cavités débouchantes étant créées entre lesdits cristaux; - le traitement de formation des cavités débouchantes consiste à 5 soumettre ladite couche à traiter à un traitement de porosification, de manière à y créer des pores qui débouchent au niveau de sa face avant; le traitement de formation des cavités débouchantes consiste à déposer la couche à traiter par épitaxie, sur une couche arrière présentant des paramètres de mailles différents, de façon que cette couche à traiter soit à l'état relâché et présente un quadrillage de surface de type "cross hatch" ; - ledit traitement de formation des cavités débouchantes consiste à graver celles-ci par photolithographie à travers un masque; - la gravure est effectuée par gravure humide ou par gravure sèche; - le collage entre lesdites deux couches est effectué par collage par 15 adhésion moléculaire; - la couche dans laquelle sont formées les cavités débouchantes est une couche d'un matériau choisi parmi le silicium, le carbure de silicium, le diamant, le nitrure de silicium, le silicium germanium, l'arséniure de gallium, le nitrure de gallium et l'oxyde de silicium; - ladite couche utile est obtenue, avant son collage contre la couche support, par formation d'une zone de fragilisation à l'intérieur d'un substrat dit "utile", cette zone de fragilisation délimitant ladite couche utile du reste dudit substrat utile; - la zone de fragilisation est obtenue par implantation d'espèces 25 atomiques ou est constituée d'une couche poreuse; De façon avantageuse: - après le collage, on procède au détachement du reste du substrat utile, le long de la zone de fragilisation, par applications de contraintes, de façon à obtenir un substrat démontable, comprenant ladite couche utile collée sur ladite couche support, le long de l'interface de collage; - ladite couche utile est obtenue, par attaque chimique et rodage de la face arrière du substrat utile. According to other advantageous and nonlimiting features of the invention, taken alone or in combination: the layer in which the open cavities are formed is a layer of polycrystalline material, and the formation treatment of said open cavities consists in subjecting the face before this layer, at a selective chemical attack, at the level of the joints that exist between the crystals that are there, so that these joints constitute said open cavities; the layer in which the open cavities are formed is a layer of polycrystalline material, and the formation treatment of said open cavities consists in subjecting the front face of this layer to a heat treatment making it possible to homogenize the size and distribution of the crystals; which are there, to create between them the opening cavities; the layer in which the open cavities are formed is a layer of polycrystalline material, deposited on a layer of an insulating material, by a deposition technique making it possible to control the size of the crystals constituting it, the emerging cavities being created between said crystals; the forming treatment of the through-cavities consists in subjecting said layer to be treated to a porosification treatment, so as to create pores which open out at its front face; the formation treatment of the open cavities consists in depositing the layer to be treated by epitaxy, on a rear layer having different mesh parameters, so that this layer to be treated is in the relaxed state and has a surface grid of the " cross hatch "; said open cavities formation treatment consists of etching them by photolithography through a mask; the etching is carried out by wet etching or by dry etching; the bonding between said two layers is carried out by bonding by molecular adhesion; the layer in which the open cavities are formed is a layer of a material chosen from silicon, silicon carbide, diamond, silicon nitride, silicon germanium, gallium arsenide, gallium nitride and silicon oxide; said useful layer is obtained, before it is bonded against the support layer, by forming an embrittlement zone inside a so-called "useful" substrate, this embrittlement zone delimiting said useful layer from the remainder of said useful substrate; the zone of weakening is obtained by implantation of atomic species or consists of a porous layer; Advantageously: after gluing, detaching the rest of the useful substrate along the embrittlement zone by stress applications, so as to obtain a removable substrate comprising said useful layer bonded to said support layer, along the gluing interface; said useful layer is obtained by chemical etching and running-in of the rear face of the useful substrate.
De préférence, la formation des cavités débouchantes est effectuée sur la face avant de la couche support. Preferably, the formation of the open cavities is performed on the front face of the support layer.
L'invention concerne également un substrat démontable tel que décrit précédemment. The invention also relates to a removable substrate as described above.
2873235 7 Conformément à l'invention, la majeure partie de la surface de l'une ou l'autre des deux faces avant ou des deux, comprend des cavités débouchantes, la profondeur de ces cavités débouchantes et leurs dimensions, dans le plan des faces avant dans lesquelles elles sont ménagées, étant telles, qu'il n'y a aucun collage au niveau de ces cavités débouchantes avec la face avant située en regard, l'aire totale desdites cavités débouchantes, dans le plan de la face avant dans laquelle elles sont ménagées, étant prédéterminée, de sorte que l'énergie de collage au niveau de ladite interface de collage peut être contrôlée, pour fournir audit substrat démontable le degré de caractère démontable souhaité. According to the invention, most of the surface of one or the other of the two front faces or both comprises open cavities, the depth of these emergent cavities and their dimensions, in the plane of the faces. before which they are formed, being such that there is no bonding at these open cavities with the front face facing, the total area of said open cavities, in the plane of the front face in which they are arranged, being predetermined, so that the bonding energy at said bonding interface can be controlled, to provide said removable substrate the desired degree of removable character.
Enfin, l'invention concerne un procédé de préparation d'un ensemble à base de semi-conducteurs, pour des applications dans le domaine de l'électronique, l'optoélectronique ou l'optique, cet ensemble comprenant au moins un substrat d'accueil et une couche utile. Finally, the invention relates to a method for preparing a semiconductor-based assembly, for applications in the field of electronics, optoelectronics or optics, this assembly comprising at least one receiving substrate. and a useful layer.
Il se caractérise en ce qu'il comprend: - la mise en oeuvre des étapes du procédé précité, pour obtenir un substrat démontable, de part et d'autre d'une interface de collage entre une couche utile et un substrat support, - l'application éventuelle d'un substrat d'accueil sur la surface libre de ladite couche utile, et - le démontage de ladite couche utile, le long de l'interface de collage démontable à énergie de collage contrôlée, par application d'au moins un traitement choisi parmi un traitement mécanique, un traitement thermique ou un traitement chimique. It is characterized in that it comprises: the implementation of the steps of the aforementioned method, to obtain a removable substrate, on either side of a bonding interface between a useful layer and a support substrate, possible application of a host substrate on the free surface of said useful layer, and - disassembly of said useful layer, along the demountable bonding interface with controlled bonding energy, by application of at least one treatment selected from mechanical treatment, heat treatment or chemical treatment.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description qui va maintenant en être faite, en référence aux dessins annexés, qui en représentent, à titre indicatif mais non limitatif, des modes de réalisation possibles. Sur ces dessins: - la figure 1 est un schéma représentant en coupe partielle et à l'échelle microscopique deux substrats collés l'un contre l'autre par adhésion moléculaire dont l'un à subi un traitement de rugosification conforme à l'état de la technique; les figures 2A à 2E sont des schémas illustrant les étapes successives du procédé d'obtention d'un substrat démontable selon l'invention; - les figures 3A à 3D sont des schémas illustrant les étapes successives du procédé conforme à l'invention appliqué à l'obtention d'un substrat démontable comprenant une couche utile reportée sur un substrat support; les figures 4A et 4B sont des schémas illustrant les étapes successives du procédé de démontage du substrat démontable obtenu par le procédé précédent; - la figure 5 est un schéma représentant une vue de détail des cavités 5 débouchantes; - les figures 6 et 7 sont des schémas représentant, à une échelle agrandie, respectivement en coupe transversale verticale et en vue de dessus partielle, un substrat support ayant subi un traitement de formation des cavités débouchantes conforme à un premier mode de réalisation de l'invention; - les figures 8 et 9 sont des schémas similaires sur lesquels le substrat support à subi un traitement de formation des cavités débouchantes conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention; - les figures 10 et 11 sont des schémas similaires sur lesquels le substrat support a subi un traitement de formation des cavités débouchantes 15 conforme à un troisième mode de réalisation de l'invention. Other features and advantages of the invention will appear from the description which will now be made, with reference to the accompanying drawings, which represent, by way of indication but not limitation, possible embodiments. In these drawings: FIG. 1 is a diagram showing in partial section and on a microscopic scale two substrates bonded against each other by molecular adhesion, one of which has undergone a roughness treatment according to the state of the technique; FIGS. 2A to 2E are diagrams illustrating the successive steps of the method for obtaining a removable substrate according to the invention; - Figures 3A to 3D are diagrams illustrating the successive steps of the method according to the invention applied to obtaining a removable substrate comprising a useful layer carried on a support substrate; FIGS. 4A and 4B are diagrams illustrating the successive steps of the method of disassembly of the removable substrate obtained by the preceding method; FIG. 5 is a diagram showing a detailed view of the open cavities; FIGS. 6 and 7 are diagrams showing, on an enlarged scale, respectively in vertical cross-section and in partial plan view, a support substrate having undergone opening cavities forming treatment according to a first embodiment of FIG. invention; FIGS. 8 and 9 are similar diagrams on which the support substrate has undergone an opening cavities forming treatment according to a second embodiment of the invention; FIGS. 10 and 11 are similar diagrams in which the support substrate has undergone an opening cavitation treatment 15 according to a third embodiment of the invention.
Le procédé d'obtention d'un substrat démontable conforme à l'invention va maintenant être décrit plus en détails. The method of obtaining a removable substrate according to the invention will now be described in more detail.
Sur la figure 2A, on peut voir un premier substrat référencé 3, dit "substrat support" et un second substrat 4, dit "substrat utile". In FIG. 2A, it is possible to see a first substrate referenced 3, called a "support substrate" and a second substrate 4, called "useful substrate".
Le premier substrat 3 peut être monocouche ou multicouches. Il comprend au moins une couche référencée 30, dite "couche support", le reste du substrat portant la référence générale 31. The first substrate 3 may be monolayer or multilayer. It comprises at least one referenced layer 30, called "support layer", the rest of the substrate bearing the general reference 31.
Le premier substrat 3 présente en outre deux faces opposées 32 et 33 dites respectivement face avant et face arrière . The first substrate 3 further has two opposite faces 32 and 33 respectively called front face and back face.
Le second substrat 4 peut également comprendre une ou plusieurs couches, dont au moins une couche 40 dite "couche utile", le reste du substrat portant la référence générale 41. Ce second substrat présente deux faces opposées, à savoir une face avant 42 et une face arrière 43. The second substrate 4 may also include one or more layers, including at least one layer 40 called "useful layer", the rest of the substrate bearing the general reference 41. This second substrate has two opposite faces, namely a front face 42 and a rear face 43.
La couche utile 40 peut avoir été formée sur la couche 41, par 30 exemple par épitaxie ou par un report de couche antérieur. The useful layer 40 may have been formed on the layer 41, for example by epitaxy or an anterior layer transfer.
Conformément à un premier mode de réalisation et comme cela apparaît sur la figure 2B, la majeure partie c'est à dire la totalité ou la quasitotalité- de la surface de la face avant 32 de la couche support 30 est ensuite soumise à un traitement de formation de cavités. Ce traitement a pour objet de créer des cavités 34 qui débouchent dans le plan de cette face avant 32 et qui sont dénommées ci-après "cavités débouchantes". According to a first embodiment and as it appears in FIG. 2B, most, ie all or almost all of the surface of the front face 32 of the support layer 30 is then subjected to a treatment of cavity formation. This treatment is intended to create cavities 34 which open into the plane of the front face 32 and which are hereinafter referred to as "open cavities".
2873235 9 Différents types de traitement permettant d'obtenir ces cavités débouchantes 34 seront décrits en détails, ultérieurement. Various types of treatment to obtain these open cavities 34 will be described in detail later.
On procède ensuite au collage des deux substrats 3 et 4 l'un contre l'autre, de préférence par adhésion moléculaire, de façon que leurs faces avant 5 respectives 32 et 42 soient en regard l'une de l'autre. The two substrates 3 and 4 are then bonded against each other, preferably by molecular adhesion, so that their respective front faces 32 and 42 face each other.
D'autres formes d'adhésion des deux substrats peuvent également être mises en oeuvre. On peut, par exemple, insérer une couche de collage (métal ou colle) sur la face du substrat ne présentant pas de cavités, ici la face avant 42. On prend alors soin de ne pas remplir entièrement les cavités à l'aide de cette couche de collage. Other forms of adhesion of the two substrates can also be implemented. It is possible, for example, to insert a bonding layer (metal or glue) on the face of the substrate having no cavities, here the front face 42. Care is therefore taken not to fill the cavities completely with this aid. collage layer.
On peut également faire précéder la mise en contact des surfaces, par un traitement d'activation d'au moins l'une des deux faces 32, 42, et ce, dans le but d'augmenter l'énergie de collage au niveau des faces en contact. Un tel traitement peut être, par exemple, une activation plasma (voir à ce sujet le document US 5407506) ou une activation UV sous ozone. It is also possible to precede the contacting of the surfaces by an activation treatment of at least one of the two faces 32, 42, and this, in order to increase the bonding energy at the faces in touch. Such a treatment may be, for example, a plasma activation (see US 5407506 in this regard) or UV activation under ozone.
Comme illustré sur la figure 2C, on obtient ainsi un substrat démontable référencé 6, qui présente une interface de collage 5 entre les deux faces avant 32 et 42. As illustrated in FIG. 2C, a demountable substrate 6, which has a bonding interface 5 between the two front faces 32 and 42, is thus obtained.
Du fait de la présence des cavités débouchantes 34, l'énergie de collage Ec au niveau de ladite interface de collage 5 est plus faible que normalement, c'est à dire sans formation de cavités et le substrat 6 est ainsi plus facilement démontable le long de cette interface 5. Due to the presence of the emergent cavities 34, the bonding energy Ec at said bonding interface 5 is lower than normal, ie without cavities forming and the substrate 6 is thus more easily removable along of this interface 5.
Le reste 41 du substrat 4 peut alors subir un traitement d'amincissement, par exemple par meulage et polissage, ou par transfert de couche (par exemple par l'un des procédés connus sous la dénomination commerciale Smart Cut ou Eltran). The remainder 41 of the substrate 4 can then undergo a thinning treatment, for example by grinding and polishing, or by layer transfer (for example by one of the processes known under the trade name Smart Cut or Eltran).
Dans l'exemple illustré sur les figures 2D et 2E, ce traitement a consisté à amincir la couche 41 par polissage. Après traitement, le reste du substrat porte alors la référence 41', et le substrat démontable, la référence 6'. In the example illustrated in Figures 2D and 2E, this treatment consisted in thinning the layer 41 by polishing. After treatment, the rest of the substrate then bears the reference 41 ', and the removable substrate, the reference 6'.
Enfin, le démontage, illustré sur la figure 2E est effectué ultérieurement, par application d'un traitement mécanique et/ou chimique, à l'ensemble du substrat démontable 6 ou 6' et/ou plus spécifiquement au niveau de l'interface de collage 5. Finally, the dismantling, illustrated in FIG. 2E, is carried out subsequently, by applying a mechanical and / or chemical treatment, to the assembly of the removable substrate 6 or 6 'and / or more specifically at the level of the bonding interface 5.
A titre d'exemple, on peut insérer une lame au niveau de l'interface 35 de collage fragile 5, pour provoquer le détachement et assister le démontage en 2873235 io propageant l'onde de fracture. On pourra se référer, par exemple, aux documents WO 01/43168 et WO 02/083387 qui décrivent des outils d'ouverture mécanique. By way of example, a blade can be inserted at the fragile bonding interface 5 to cause the detachment and assist in disassembly by propagating the fracture wave. Reference may be made, for example, to WO 01/43168 and WO 02/083387 which disclose mechanical opening tools.
L'énergie à apporter pour effectuer ce démontage est fonction de la valeur de l'énergie de collage Ec, cette dernière pouvant être ajustée en fonction des paramètres de formation des cavités débouchantes 34. The energy required to perform this disassembly is a function of the value of the bonding energy Ec, which can be adjusted as a function of the formation parameters of the emergent cavities 34.
On obtient ainsi un substrat 4' comprenant la couche utile 40 et le reste traité 41'. La couche utile 40 peut être utilisée pour la réalisation de composants électroniques. A substrate 4 'is thus obtained comprising the useful layer 40 and the treated remainder 41'. The useful layer 40 can be used for producing electronic components.
Selon une autre variante de réalisation de l'invention non représentée sur les figures, il est également possible de former les cavités débouchantes sur la face avant 42 du substrat 4, voire même sur les deux faces avant 32 et 42. According to another alternative embodiment of the invention not shown in the figures, it is also possible to form the open cavities on the front face 42 of the substrate 4, or even on both front faces 32 and 42.
Les figures 3A à 3D illustrent un cas particulier d'obtention d'un substrat démontable comprenant une couche utile, reportée sur un support. FIGS. 3A to 3D illustrate a particular case of obtaining a removable substrate comprising a useful layer, carried on a support.
Les éléments identiques à ceux décrit conjointement avec les figures 2A à 2D portent les mêmes références numériques. The elements identical to those described in conjunction with FIGS. 2A to 2D have the same reference numerals.
Comme illustré sur la figure 3A, le substrat utile 4 présente une zone de fragilisation 45 qui délimite la couche utile 40, d'une couche arrière 41. As illustrated in FIG. 3A, the useful substrate 4 has an embrittlement zone 45 which delimits the useful layer 40, of a rear layer 41.
De façon avantageuse, la zone de fragilisation 45 est obtenue par implantation d'espèces atomiques. Advantageously, the weakening zone 45 is obtained by implantation of atomic species.
Par implantation d'espèces atomiques, on entend tout traitement à l'aide d'espèces atomiques, moléculaires ou ioniques, susceptible d'introduire ces espèces dans un matériau, avec un maximum de concentration de ces espèces située à une profondeur déterminée par rapport à la surface bombardée qui est ici la face avant 42. By implantation of atomic species is meant any treatment using atomic, molecular or ionic species, capable of introducing these species into a material, with a maximum concentration of these species situated at a determined depth with respect to the bombarded surface which is here the front face 42.
L'implantation des espèces atomiques dans ledit substrat utile 4 peut être réalisée par exemple, grâce à un implanteur par faisceau d'ions ou par un implanteur par immersion dans un plasma, voire même par simple diffusion. The implantation of the atomic species in said useful substrate 4 may be carried out for example, by means of an ion beam implanter or an implanter by immersion in a plasma, or even by simple diffusion.
De préférence cette implantation est réalisée par bombardement ionique. Preferably this implantation is performed by ion bombardment.
De préférence encore, l'espèce ionique implantée est de l'hydrogène. D'autres espèces ioniques peuvent avantageusement être utilisées seules ou en combinaison avec l'hydrogène, tels les gaz rares (l'hélium par exemple). More preferably, the implanted ionic species is hydrogen. Other ionic species may advantageously be used alone or in combination with hydrogen, such as rare gases (helium for example).
Cette implantation a pour effet de créer dans le volume du substrat utile 4 et à une profondeur moyenne de pénétration des ions, la zone de fragilisation 45 qui s'étend sensiblement parallèlement au plan de la face avant 42. La couche utile 40 s'étend entre la face avant 42 et cette zone de fragilisation 45. This implantation has the effect of creating in the volume of the useful substrate 4 and at an average depth of penetration of the ions, the zone of weakness 45 which extends substantially parallel to the plane of the front face 42. The useful layer 40 extends between the front face 42 and this embrittlement zone 45.
On pourra par exemple se référer à la littérature concernant le procédé connu sous la marque déposée "Smart Cut". For example, reference may be made to the literature concerning the process known under the trademark "Smart Cut".
La zone de fragilisation 45 peut également être constituée par une couche poreuse, obtenue par exemple, lors d'une des étapes du procédé connu sous la marque déposée "ELTRAN", décrit par exemple dans le document EP-0 849 788. Dans ce cas, la couche utile 40 est obtenue par épitaxie. The weakening zone 45 may also be constituted by a porous layer, obtained for example during one of the steps of the process known under the trademark "ELTRAN", described for example in document EP-0 849 788. In this case the useful layer 40 is obtained by epitaxy.
Après l'étape de collage illustrée sur les figures 3B et 3C, on procède ensuite au détachement de la couche arrière 41 du substrat utile 4. Ce détachement s'effectue le long de la zone de fragilisation 45, par application de contraintes, de façon à obtenir un substrat démontable 6", comprenant la couche utile 40 collée sur le substrat support 3 (voir figure 3D). After the bonding step illustrated in FIGS. 3B and 3C, the rear layer 41 of the useful substrate 4 is then detached. This detachment is carried out along the zone of weakening 45, by the application of constraints, in such a way that to obtain a removable substrate 6 ", comprising the useful layer 40 bonded to the support substrate 3 (see FIG. 3D).
On utilise pour ce faire, l'une des techniques suivantes prises seules ou en combinaison parmi: l'application de contraintes d'origine mécanique, électrique, la gravure chimique ou l'apport d'énergie thermiques (laser, micro-ondes, chauffage inductif, traitement dans un four). Ces techniques permettant le détachement sont connues de l'homme du métier et ne seront pas décrites plus en détail. To do this, one of the following techniques is used alone or in combination among: the application of constraints of mechanical origin, electrical, chemical etching or the supply of thermal energy (laser, microwave, heating inductive, treatment in an oven). These techniques for detaching are known to those skilled in the art and will not be described in more detail.
Eventuellement, on réalise alors ensuite au moins une partie des opérations permettant la formation de composants électroniques sur la surface libre 46 de la couche utile 40, ou d'autres types de traitement utilisés dans le domaine de la microélectronique, tels qu'une oxydation, un traitement thermique, une épitaxie ou autre forme de dépôt de couches. Optionally, then at least a part of the operations enabling the formation of electronic components on the free surface 46 of the useful layer 40, or other types of treatment used in the field of microelectronics, such as oxidation, are then carried out. heat treatment, epitaxy or other form of layer deposition.
Afin d'obtenir un ensemble à base de semi-conducteurs, on procède ensuite au démontage du substrat démontable 6", le long de l'interface de collage 5. In order to obtain a semiconductor-based assembly, the dismountable substrate 6 "is then dismounted along the bonding interface 5.
Selon une première variante de réalisation représentée sur les figures 4A et 4B, on procède à l'application d'un substrat d'accueil 7 sur la surface libre 46 de la couche utile 40, puis au démontage de l'interface de collage 5 par un traitement mécanique et/ou chimique. According to a first variant of embodiment shown in FIGS. 4A and 4B, a reception substrate 7 is applied to the free surface 46 of the useful layer 40, then to the dismounting of the bonding interface 5 by mechanical and / or chemical treatment.
On obtient ainsi l'ensemble à base de semi-conducteurs portant la 30 référence générale 8 et constitué du substrat d'accueil 7 et de la couche utile 40. This gives the semiconductor-based assembly with the general reference 8 consisting of the receiving substrate 7 and the useful layer 40.
De façon connue de l'homme du métier, ce substrat d'accueil 7 peut être un raidisseur ou une couche obtenue par dépôt. In a manner known to those skilled in the art, this receiving substrate 7 may be a stiffener or a layer obtained by deposition.
Si la couche utile 40 est suffisamment épaisse pour être autoportée, l'utilisation du substrat d'accueil 7 n'est pas nécessaire. If the useful layer 40 is thick enough to be self-supporting, the use of the host substrate 7 is not necessary.
Les matériaux utilisés pour la réalisation du substrat support 3 et du substrat utile 4 sont, d'une manière générale, tous ceux utilisés dans la fabrication de substrats pour les applications dans le domaine de l'électronique, l'optoélectronique ou l'optique. The materials used for producing the support substrate 3 and the useful substrate 4 are, in a general manner, all those used in the manufacture of substrates for applications in the field of electronics, optoelectronics or optics.
Il s'agit notamment des matériaux semi-conducteurs. A titre d'exemple purement illustratif, on peut citer: le silicium, le carbure de silicium (SiC), le diamant, le nitrure de silicium (Si3N4), le silicium germanium (SiGe), l'arséniure de gallium (AsGa), le nitrure de gallium (GaN) et l'oxyde de silicium (SiO2). These include semiconductor materials. By way of purely illustrative example, mention may be made of: silicon, silicon carbide (SiC), diamond, silicon nitride (Si3N4), silicon germanium (SiGe), gallium arsenide (AsGa), gallium nitride (GaN) and silicon oxide (SiO2).
On va maintenant décrire plus en détails le procédé de formation descavités débouchantes, à la surface de l'une ou de l'autre, ou des deux faces avant 32 10 et 42. We will now describe in more detail the method of forming descavities emerging on the surface of one or the other, or both front faces 32 10 and 42.
Ce procédé a pour but de former des cavités débouchantes dont les dimensions dans le plan de la face avant 32, 42, dans laquelle elles sont ménagées et dont la profondeur sont telles, qu'il n'y a aucun collage au niveau de ces cavités débouchantes, avec la face avant 42, 32 située en regard. This method aims to form open cavities whose dimensions in the plane of the front face 32, 42, in which they are formed and whose depth are such that there is no bonding at these cavities opening, with the front face 42, 32 located opposite.
De plus, ce procédé permet de former des cavités dont la somme des aires individuelles dans le plan de ladite face avant est prédéterminée. In addition, this method makes it possible to form cavities whose sum of the individual areas in the plane of said front face is predetermined.
Dans la suite de la description, on a choisi arbitrairement de représenter ou de décrire les différents procédés de formation des cavités débouchantes, en liaison avec le substrat support 3. Toutefois ces procédés sont identiques lorsqu'ils sont réalisés sur le substrat utile 4. In the remainder of the description, it has been arbitrarily chosen to represent or describe the different methods for forming the opening cavities, in connection with the support substrate 3. However, these methods are identical when they are produced on the useful substrate 4.
Selon un premier mode de réalisation, la couche support 30 est une couche d'un matériau poly-cristallin et le traitement de formation de cavités débouchantes 34 consiste à soumettre sa face avant 32, à une attaque chimique sélective, au niveau des joints existant entre les cristaux 35 qui s'y trouvent. Ces joints sont ainsi agrandis et forment lesdites cavités débouchantes, qui portent alors la référence numérique 341, (voir figures 6 et 7). According to a first embodiment, the support layer 30 is a layer of a polycrystalline material and the opening cavities forming treatment 34 consists of subjecting its front face 32 to a selective etching at the joints existing between the crystals therein. These seals are thus enlarged and form said open cavities, which then bear the numeral 341, (see FIGS. 6 and 7).
La couche support 30 polycristalline peut également être soumise à un traitement thermique permettant d'homogénéiser la dimension et la répartition des cristaux 35, afin de créer entre eux lesdites cavités débouchantes 341 qui sont alors de forme relativement régulière. The polycrystalline support layer 30 may also be subjected to a heat treatment to homogenize the size and distribution of the crystals 35, to create between them said open cavities 341 which are then relatively regular shape.
Enfin, comme représenté sur la figure 6, la couche support 30 polycristalline (par exemple en silicium polycristallin) peut également être déposée sur une couche de matériau isolant 36, (par exemple d'oxyde de silicium), par une technique de dépôt permettant de contrôler la dimension des cristaux 35 obtenus et ainsi, celle des cavités débouchantes 341 créées entre. Finally, as shown in FIG. 6, the polycrystalline support layer 30 (for example made of polycrystalline silicon) can also be deposited on a layer of insulating material 36, (for example silicon oxide), by a deposition technique allowing control the size of the crystals obtained and thus that of the emergent cavities 341 created between.
Selon un deuxième mode de réalisation représenté sur les figures 8 et 9, on soumet la couche support 30 à un traitement de porosification, de manière à y créer des pores 342 débouchant au niveau de sa face avant 32. According to a second embodiment shown in Figures 8 and 9, the support layer 30 is subjected to a porosification treatment, so as to create pores 342 opening at its front face 32.
Selon un troisième mode de réalisation non représenté sur les figures, il est également possible de déposer la couche support par épitaxie, sur la couche arrière correspondante, et de choisir cette dernière, pour qu'elle présente des paramètres de mailles différents de ceux de ladite couche support. According to a third embodiment not shown in the figures, it is also possible to deposit the support layer by epitaxy on the corresponding back layer, and to choose the latter, so that it has different mesh parameters from those of said support layer.
Lorsque la couche support se trouve à l'état relâché, elle présente alors en surface, une première série d'ondulations parallèles qui coupe 10 perpendiculairement une seconde série d'ondulations parallèles. When the support layer is in the relaxed state, it then has on the surface a first series of parallel corrugations which intersect perpendicularly a second series of parallel corrugations.
Le résultat obtenu présente la forme d'un quadrillage, connu sous la dénomination anglaise de cross-hatch . Les creux formés entre des ondulations voisines peuvent être considérés comme des "cavités débouchantes", au sens du procédé conforme à l'invention. The result obtained is in the form of a grid, known by the English name of cross-hatch. The depressions formed between neighboring corrugations can be considered as "open cavities", in the sense of the process according to the invention.
On pourra se reporter à ce sujet à l'article de B. Gallas et al. "Influence of misfit and threading dislocations on the surface morphology of SiGe graded layers", Journal of Crystal Growth 201/202 (1999) 547-550 et à l'article de J.M Hartmann, Gas-source molecular beam epitaxy of SiGe virtual substrates: Strain relaxation and surface morphology , Semicond. Sci. Technol. 15 (2000) 370-377. This can be seen in the article by B. Gallas et al. "Influence of misfit and threading dislocations on the surface morphology of SiGe graded layers", Journal of Crystal Growth 201/202 (1999) 547-550 and the article by JM Hartmann, Gas-source molecular beam epitaxy of SiGe virtual substrates: Strain relaxation and surface morphology, Semicond. Sci. Technol. (2000) 370-377.
En se référant au second article précité, il est possible, de déposer la couche support, en deux temps, en formant d'abord une couche support, dite tampon , puis une couche support, dite superficielle . Referring to the second article mentioned above, it is possible to deposit the support layer in two stages, first forming a support layer, called a buffer, and then a support layer, called superficial layer.
A titre d'exemple, on peut ainsi déposer successivement, une couche support tampon en silicium germanium, dans laquelle le pourcentage de germanium augmente progressivement au fur et à mesure de l'épaisseur déposée et une couche support superficielle, dans laquelle le pourcentage de germanium par rapport au silicium est fixe. By way of example, it is possible to deposit, successively, a silicon germanium buffer support layer, in which the percentage of germanium increases progressively as the thickness is deposited and a surface support layer in which the percentage of germanium compared to silicon is fixed.
On constate que l'amplitude des ondulations du quadrillage de 30 surface peut être régulée en jouant notamment sur: - la température de croissance épitaxiale des couches supports tampon et superficielle, - le pourcentage de germanium dans la couche support superficielle, et - la vitesse d'incorporation du germanium par micromètre de silicium germanium, déposé dans la couche support tampon. It can be seen that the amplitude of the corrugations of the surface grid can be regulated by acting in particular on: the epitaxial growth temperature of the buffer and superficial support layers, the percentage of germanium in the surface support layer, and the speed of incorporation of germanium by micrometer of silicon germanium, deposited in the buffer support layer.
De plus, la périodicité des ondulations peut être contrôlée en jouant notamment sur: - l'épaisseur de la couche support tampon. In addition, the periodicity of the corrugations can be controlled by playing in particular on: the thickness of the buffer support layer.
On peut ainsi réguler les dimensions des cavités et donc la valeur de 5 l'énergie de collage. It is thus possible to regulate the dimensions of the cavities and therefore the value of the bonding energy.
Enfin, un quatrième mode de réalisation du traitement de formation de cavités débouchantes, illustré sur les figures 10 et 11, consiste à graver les cavités débouchantes sur la face avant 32 du substrat support 3, par photolithographie, à travers un masque. Ces cavités portent alors la référence 343. Finally, a fourth embodiment of the emerging cavities forming treatment, illustrated in FIGS. 10 and 11, consists in etching the open cavities on the front face 32 of the support substrate 3, by photolithography, through a mask. These cavities then bear the reference 343.
Cette gravure peut être effectuée par gravure humide ou gravure sèche. This etching can be performed by wet etching or dry etching.
Des masques présentant des schémas de gravure différents (en nombre et en aire des cavités) permettent au choix de l'opérateur d'obtenir ultérieurement des substrats plus ou moins facilement démontables. Masks having different etching patterns (in number and in area of the cavities) allow the choice of the operator to subsequently obtain more or less easily dismountable substrates.
Ainsi, contrairement aux techniques de rugosification de l'état de la technique, les techniques conformes à l'invention permettent de définir des cavités débouchantes 34 qui ne présentent pas de point de contact avec la face avant de la couche en regard. Thus, unlike prior art rugosification techniques, the techniques in accordance with the invention make it possible to define open cavities 34 that do not have a point of contact with the front face of the facing layer.
Sur la figure 5, on peut voir que l'aire totale Ac des cavités débouchantes 34 correspond à la somme des aires individuelles Acx de chaque cavité débouchante 34 dans le plan de la face avant, dans laquelle elles sont ménagées. La valeur de cette aire totale Ac peut donc être prédéterminée. Il en résulte que le rapport Ac/At, où At est l'aire totale de l'interface de collage 5, peut également être prédéterminé, et ce, avant le collage des deux substrats 3 et 4 l'un contre l'autre. In FIG. 5, it can be seen that the total area Ac of the through-cavities 34 corresponds to the sum of the individual areas Acx of each opening cavity 34 in the plane of the front face, in which they are arranged. The value of this total area Ac can therefore be predetermined. As a result, the ratio Ac / At, where At is the total area of the bonding interface 5, can also be predetermined, and this, before the bonding of the two substrates 3 and 4 against each other.
L'énergie de collage Ec au niveau de ladite interface de collage 5 peut ainsi être diminuée et ajustée pour fournir le degré de caractère démontable souhaité pour ledit substrat démontable 6, 6'ou 6". The bonding energy Ec at said bonding interface 5 can thus be reduced and adjusted to provide the desired degree of removable character for said removable substrate 6, 6'or 6 ".
Dans les divers procédés qui viennent d'être décrits, le traitement de formation des cavités débouchantes est effectué sur toute la surface du substrat, ou quasiment toute, pour obtenir une capacité de démontage uniforme ou sensiblement uniforme au niveau de la totalité de l'interface de collage 5. In the various methods that have just been described, the formation of the emerging cavities is performed on the entire surface of the substrate, or almost all, to obtain a uniform or substantially uniform disassembly capacity at the entire interface. of collage 5.
Les procédés précités permettent de stocker temporairement les substrats démontables 6, 6' ou 6" et de n'effectuer qu'ultérieurement, les étapes de traitement ou de détachement du reste 41 et/ou de démontage, par exemple chez l'utilisateur final de ce substrat. The aforementioned methods make it possible to temporarily store the removable substrates 6, 6 'or 6 "and to carry out only later stages of treatment or detachment of the remainder 41 and / or disassembly, for example at the end user's premises. this substrate.
Deux exemples particuliers de réalisation vont maintenant être décrit en détails. Two particular embodiments will now be described in detail.
Exemple 1.Example 1
Sur un substrat en silicium, on forme une couche d'oxyde de silicium de l'ordre de 10 nanomètres, par exemple par oxydation thermique ou par dépôt. On a silicon substrate, a silicon oxide layer of the order of 10 nanometers is formed, for example by thermal oxidation or by deposition.
On réalise ensuite sur ladite couche d'oxyde, un dépôt de silicium polycristallin, par un procédé de dépôt chimique en phase vapeur par élévation rapide de la température, connu sous l'acronyme RTCVD , d'après la terminologie anglo-saxonne de Rapid Thermal Chemical Vapor Deposition ou par un procédé de dépôt chimique en phase vapeur sous pression réduite, connu sous l'acronyme LPCVD , d'après la terminologie anglo-saxonne de Low Pressure Chemical Vapor Deposition . Next, a polycrystalline silicon deposit is produced on said oxide layer by a rapid temperature rise chemical vapor deposition method, known by the acronym RTCVD, according to the English terminology of Rapid Thermal. Chemical Vapor Deposition or by a chemical vapor deposition process under reduced pressure, known by the acronym LPCVD, according to the English terminology of Low Pressure Chemical Vapor Deposition.
Ce dépôt est effectué à une température comprise entre 660 et 730 C et à une pression comprise entre 15 et 35 Torr (soit entre 2000 et 4666 Pa), avec un flux de silane (en sccm) compris entre 0,05 et 0,1 sccm (centimètre cube par minute (standard) de la terminologie anglo-saxonne standard cubic centimeter per minute ). This deposition is carried out at a temperature of between 660 and 730 ° C. and at a pressure of between 15 and 35 Torr (between 2000 and 4666 Pa), with a silane flux (in sccm) of between 0.05 and 0.10. sccm (cubic centimeter per minute (standard) of the standard English terminology cubic centimeter per minute).
En fonction des conditions choisies (et en particulier de la température), on obtient une couche de silicium polycristallin dont la taille des 20 grains est comprise entre 60 et 90 nm (60 et 90 nanomètres). Depending on the conditions chosen (and in particular the temperature), a polycrystalline silicon layer is obtained whose grain size is between 60 and 90 nm (60 and 90 nanometers).
On traite alors le substrat à l'aide d'une solution à base d'acide fluorhydrique (HF), afin de révéler les joints de grains et accentuer ainsi les cavités débouchantes. Ces cavités sont réparties de manière uniforme en surface du substrat. The substrate is then treated with a solution based on hydrofluoric acid (HF), in order to reveal the grain boundaries and thus accentuate the emerging cavities. These cavities are evenly distributed on the surface of the substrate.
Par ailleurs, on effectue une implantation ionique d'hydrogène, sur un substrat utile en silicium. L'énergie d'implantation est comprise entre 20 et 200 keV et la dose d'implantation est de l'ordre de 1.1016 ion H+ /cm2. In addition, an ion implantation of hydrogen is carried out on a useful silicon substrate. The implantation energy is between 20 and 200 keV and the implantation dose is of the order of 1.1016 H + ion / cm2.
Le substrat utile présente éventuellement en surface, une couche d'oxyde de silicium dont l'épaisseur est, par exemple, de 150 nanomètres. The useful substrate optionally has on the surface, a silicon oxide layer whose thickness is, for example, 150 nanometers.
Le substrat utile est alors mis en contact intime avec la couche traitée de silicium polycristallin, afin d'en assurer le collage. The useful substrate is then placed in intimate contact with the treated polycrystalline silicon layer, in order to ensure bonding.
On effectue ensuite un traitement thermique additionnel et/ou d'application d'énergie mécanique pour détacher le reste du substrat utile. An additional heat treatment and / or application of mechanical energy is then carried out to detach the remainder of the useful substrate.
On obtient ainsi un substrat démontable, comprenant une couche de silicium qui adhère avec une énergie contrôlée à un substrat support. A demountable substrate is thus obtained, comprising a silicon layer which adheres with controlled energy to a support substrate.
L'énergie de collage est suffisante pour réaliser des composants électroniques dans la couche de silicium, sans que celle-ci ne se détache du substrat support au cours de ces opérations. The bonding energy is sufficient to produce electronic components in the silicon layer, without it becoming detached from the support substrate during these operations.
Ensuite, on colle un substrat d'accueil sur la couche de silicium 5 comprenant les composants. Next, a host substrate is adhered to the silicon layer comprising the components.
L'étape de collage peut être précédée d'une étape de préparation de surface (polissage, activation plasma) et/ou suivie d'un traitement thermique de renforcement des forces de collage (500 C pendant quelques heures), de façon que l'énergie d'adhésion entre le substrat d'accueil et la couche de silicium soit supérieure à l'énergie d'adhésion entre la couche de silicium et le substrat support. The bonding step may be preceded by a surface preparation step (polishing, plasma activation) and / or followed by a heat treatment for strengthening the bonding forces (500 C for a few hours), so that the adhesion energy between the host substrate and the silicon layer is greater than the adhesion energy between the silicon layer and the support substrate.
On démonte alors la couche de silicium au niveau de l'interface de collage démontable, par exemple par application d'une énergie mécanique, à l'aide d'une lame (guillotine). The silicon layer is then demounted at the demountable bonding interface, for example by applying mechanical energy, using a blade (guillotine).
Exemple 2Example 2
On dépose par épitaxie, sur un substrat support en silicium, une couche tampon en silicium germanium (SiGe), dans la quelle la concentration en germanium augmente graduellement de 5% au niveau de l'interface avec le silicium, jusqu'à environ 50% en surface de la couche déposée. A Silicon germanium (SiGe) buffer layer is epitaxially deposited on a silicon support substrate, in which the germanium concentration gradually increases by 5% at the interface with the silicon, up to about 50% on the surface of the deposited layer.
Avec une vitesse d'incorporation d'environ 10% de Ge/micromètre, une couche d'environ 5 micromètres est réalisée. Un quadrillage de surface (cross hatch) est observé. Sa rugosité est comprise entre 20 et 30nm RMS, pour des températures de dépôt du SiGe comprises entre 550 et 700 C. Le cross hatch forme en surface, les cavités débouchantes qui permettront de contrôler l'énergie de collage. With an incorporation rate of about 10% Ge / micrometer, a layer of about 5 microns is achieved. A cross hatch is observed. Its roughness is between 20 and 30nm RMS, for SiGe deposition temperatures of between 550 and 700 C. The cross hatch forms on the surface, the open cavities that will control the bonding energy.
Le reste du procédé (implantation, collage, détachement) est similaire à ce qui a été décrit dans l'exemple 1. The rest of the process (implantation, gluing, detachment) is similar to that described in Example 1.
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| FR0414103A FR2873235A1 (en) | 2004-12-31 | 2004-12-31 | Semiconductor substrate producing method for use in e.g. electronic field, involves forming opening cavities whose total area in plane of front surfaces is preset so that bonding energy at level of bonding interface is controlled |
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