FR2880186A1 - Procede de traitement d'une surface de plaquette - Google Patents
Procede de traitement d'une surface de plaquette Download PDFInfo
- Publication number
- FR2880186A1 FR2880186A1 FR0413930A FR0413930A FR2880186A1 FR 2880186 A1 FR2880186 A1 FR 2880186A1 FR 0413930 A FR0413930 A FR 0413930A FR 0413930 A FR0413930 A FR 0413930A FR 2880186 A1 FR2880186 A1 FR 2880186A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- bonding
- activation
- solution
- cleaning
- donor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/76—Making of isolation regions between components
- H01L21/762—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
- H01L21/7624—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using semiconductor on insulator [SOI] technology
- H01L21/76251—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using semiconductor on insulator [SOI] technology using bonding techniques
- H01L21/76254—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using semiconductor on insulator [SOI] technology using bonding techniques with separation/delamination along an ion implanted layer, e.g. Smart-cut, Unibond
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Cleaning Or Drying Semiconductors (AREA)
Abstract
L'invention concerne un procédé de traitement de l'une ou l'autre ou les deux surfaces (12, 22), dites « de collage » d'une première plaquette (10), dite "donneuse" et d'une seconde plaquette (20), dite "réceptrice", destinées à être collées l'une contre l'autre.Ce procédé est remarquable en ce qu'il comprend une étape de nettoyage et d'activation, effectuée immédiatement avant le collage desdites plaquettes donneuse (10) et réceptrice (20), par application sur ladite ou lesdites surface(s) de collage (12, 22), d'une solution dite "d'activation", comprenant une solution d'ammoniaque (NH4OH) dans de l'eau, de préférence déionisée, selon une concentration massique comprise entre environ 0,05 % et 2 %.Application à la fabrication de structures utilisées dans le domaine de l'optique, l'électronique ou optoélectronique.
Description
La présente invention concerne le collage de deux plaquettes comprenant
des matériaux semi-conducteurs, afin de réaliser des structures utilisables dans les domaines de la microélectronique, l'optique ou l'optoélectronique.
L'invention concerne plus précisément l'activation de la surface de collage d'au moins l'une des deux plaquettes à coller, et ce, alors que celle-ci a éventuellement été oxydée et/ou a subi une implantation d'espèces atomiques.
Une telle implantation d'espèces atomiques permet de former une zone de fragilisation, à l'intérieur d'une plaquette, dite "donneuse", à une profondeur déterminée.
Ce procédé connu sous la dénomination Smart-Cut (marque déposée) est connu de l'homme du métier. On pourra par exemple se référer à l'ouvrage "Silicon-on-Insulator Technology, Materials to VLSI, 2ème édition, de Jean-Pierre Colinge, édité par Kluwer Academic Publishers, pages 50 et 51).
On peut ainsi réaliser une structure connue sous l'acronyme "SOI", (d'après la terminologie anglo-saxonne ""Silicon On Insulator"), en réalisant une implantation à travers la surface oxydée d'une plaquette donneuse en silicium et en reportant par collage, sur une plaquette de silicium, dite "réceptrice", un film mince incluant la couche d'oxyde superficielle et la couche mince supérieure de silicium, issues de ladite plaquette donneuse.
La miniaturisation de plus en plus importante des composants électroniques, qui sont formés sur les couches minces ainsi reportées, impose aux fabricants de substrats, de réaliser des substrats de type SOI, dans lesquels la couche supérieure de silicium est de plus en plus mince, tout en étant d'excellente qualité.
En conséquence, il est impératif d'améliorer la qualité des couches reportées et donc d'améliorer les techniques de prélèvement et de report de telles couches.
La qualité du collage est essentielle pour réaliser un bon report de couche, la qualité de ce collage étant principalement mesurée par l'énergie de 30 collage liant les deux plaquettes.
Or, on a pu constater, comme expliqué ci-après, que l'existence de certains contaminants, à la surface des plaquettes, avait pour effet de diminuer l'énergie de collage.
L'étape d'implantation amène généralement des contaminants de type hydrocarbures à la surface des plaquettes. En présence de particules isolées ou de défauts de surface localisés, cette contamination peut conduire à la formation de cloques superficielles, après le détachement du film mince et son report sur la plaquette réceptrice, voire même à la formation de zones non transférées.
Le retrait de ces contaminants est donc indispensable pour garantir une bonne qualité de mise en contact et de collage.
De plus, on sait également d'après l'article de Aditya Agarwal, T. E. Haynes, V. C. Venezia, O. W. Holland, and D. J. Eaglesham, "Efficient production of silicon-on-insulator films by co-implantation of He+ with H+ ", Applied Physics Letters, vol. 72 (1998), pp. 1086-1088, que si les procédés utilisant la coimplantation d'hydrogène et d'hélium permettent d'utiliser une dose totale d'implantation bien inférieure à celle d'une implantation simple, les défauts de type cloques ("blister" en anglais) sont plus nombreux au niveau de l'interface de collage.
Par ailleurs, il a été constaté que des substrats de type SOI, dans lesquels la couche d'oxyde enterré est très fine, c'est-à-dire inférieure à 50 nm (50 nanomètres) sont plus difficiles à réaliser, car beaucoup plus sensibles à l'apparition des défauts de type "cloques".
Il est donc également important de renforcer l'énergie de collage pour élargir les conditions d'utilisation et les possibilités d'application du procédé "Smart-Cut" précité.
Enfin, l'énergie de collage doit également être renforcée, afin de favoriser un détachement et un transfert de couche corrects.
En effet, l'existence de contaminants à l'interface de collage peut conduire à un détachement de la couche, au niveau de cette interface, et non au niveau de la zone de fragilisation, en créant ainsi des défauts (zones non transférées) sur la plaquette réceptrice, qui correspondent à des résidus sur la plaquette donneuse.
Plus l'énergie de collage sera faible et plus la quantité de zones non transférées sera importante.
D'autre part, dans le cas où l'énergie de collage est faible, l'onde de collage a plus de difficultés à atteindre le bord de la plaquette diamétralement opposé à celui où le collage a été initié et on observe un plus grand nombre de défauts dans cette région. 25
Afin d'améliorer le collage et d'éliminer toutes les particules présentes à la surface des plaquettes à coller, on connaît déjà dans l'état de la technique, plusieurs procédés de traitement de surface, avant collage.
Ces traitements comprennent généralement deux étapes successives, 5 à savoir: - a) une première étape de nettoyage et d'activation chimique, -b) une seconde étape de nettoyage, effectuée immédiatement avant le collage et dénommée ci-après nettoyage avant collage .
L'étape de nettoyage a) des surfaces à coller a pour but de: 10 - rendre ces surfaces hydrophiles, - retirer les contaminants, notamment de type hydrocarbure, apparus sur les surfaces des plaquettes suite à l'implantation, - enlever les particules isolées, - limiter la rugosité, (à l'échelle atomique) afin de favoriser un 15 rapprochement intime de plaquettes, L'hydrophilie de surface favorise le collage et permet d'augmenter la valeur de l'énergie de collage en limitant l'apparition de défauts en bord de plaque.
On connaît d'après l'état de la technique un tel procédé de nettoyage et d'activation, dénommé "RCA", qui consiste à traiter les surfaces à coller, successivement avec: - un premier bain d'une solution connue sous l'acronyme "SC1" (d'après la terminologie anglo-saxonne de "Standard Clean 1" qui signifie "solution de nettoyage standard 1"), et qui comprend un mélange d'hydroxyde d'ammonium (NH4OH), de peroxyde d'hydrogène (H202) et d'eau déionisée, - un second bain d'une solution connue sous l'acronyme "SC2" (d'après la terminologie anglo-saxonne de "Standard Clean 2" qui signifie "solution de nettoyage standard 2"), et qui comprend un mélange d'acide chlorhydrique (HCl), de peroxyde d'hydrogène (H202) et d'eau déionisée.
Le premier bain est destiné principalement à retirer les particules isolées présentes à la surface de la plaquette et à rendre les surfaces hydrophiles, tandis que le second bain est plutôt destiné à retirer les contaminations métalliques.
Toutefois, on a pu constater qu'après la mise en oeuvre d'un tel traitement, les surfaces des plaquettes présentent une rugosité qui peut dans certains cas être même plus importante qu'avant le traitement, ce qui altère considérablement leur énergie de collage.
On connaît également d'après la demande de brevet FR 04/0330, un procédé de nettoyage de la surface oxydée d'une plaquette, en vue de son collage sur une autre plaquette. Un tel procédé utilise un mélange d'ammoniaque (NH4OH) et de peroxyde d'hydrogène (H202) et permet d'enlever les particules isolées, tout en évitant de créer une rugosité de surface.
Par ailleurs, on notera que si le procédé Smart-Cut précité comprend de multiples étapes de nettoyage, l'étape b) de nettoyage avant collage est très spécifique, puisqu'elle conditionne la qualité des substrats obtenus après l'étape de report de couche(s).
Cette étape a pour but de retirer les particules ayant pu se déposer, lors du temps d'attente entre l'étape de nettoyage a) et le collage. Elle a également pour but de renforcer l'hydrophilie des plaquettes, celle-ci ayant tendance à diminuer de façon importante plus le temps d'attente entre l'étape de nettoyage a) et le collage est long.
Ce nettoyage est généralement effectué par brossage des surfaces à coller avec une solution d'eau déionisée, voir par exemple à ce sujet la demande de brevet FR 2 854 493.
Avec le procédé en deux étapes précité, il apparaît malheureusement que plus la surface à coller est rendue hydrophile pour limiter le nombre de défauts de transfert, plus la rugosité de surface augmente, en augmentant ainsi la probabilité d'apparition de défauts du type cloques .
En effet, dans le traitement précité de type RCA, on obtient un plus fort caractère hydrophile par l'emploi d'une solution SC1 à température élevée (>70 C). Mais en contrepartie, la surface ainsi traité sera gravée, ce qui augmentera sa rugosité, cette augmentation de la rugosité de surface étant d'autant plus élevée que la température du bain de SC1 est élevée.
Enfin, une contrainte supplémentaire apparaît également lors de l'utilisation du procédé précité, car il est nécessaire de minimiser le temps d'attente entre les deux étapes, pour préserver l'hydrophilie des plaquettes traitées et maximiser l'énergie de collage. Lors de la mise en oeuvre à l'échelle industrielle du procédé de fabrication, ceci induit des contraintes supplémentaires dans la gestion des lots de plaquettes à traiter.
En conséquence, la présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités et d'introduire une activation chimique des surfaces, lors de l'étape de nettoyage avant collage, réalisée de préférence à température ambiante, de manière à simplifier l'étape préalable a) de nettoyage, voire même à la supprimer.
L'invention a également pour but, si l'étape préalable de nettoyage a) est maintenue, de permettre d'augmenter la durée du temps de stockage des plaquettes entre cette étape de nettoyage a) et l'étape de nettoyage avant collage conforme à l'invention, tout en conservant une énergie de collage élevée, à l'issue du collage des deux plaquettes.
Enfin, l'étape d'activation conforme à l'invention doit également s'intégrer au mieux dans le procédé industriel de fabrication des substrats de type 10 SOI, déjà existant.
A cet effet, l'invention concerne un procédé de traitement de l'une ou l'autre ou les deux surfaces, dites de collage d'une première plaquette, dite "donneuse" et d'une seconde plaquette, dite "réceptrice", destinées à être collées l'une contre l'autre, dans le but de fabriquer une structure utilisée dans le domaine de l'optique, l'électronique ou l'opto-électronique.
Conformément à l'invention, ce procédé comprend une étape de nettoyage et d'activation, effectuée immédiatement avant le collage desdites plaquettes donneuse et réceptrice, par application sur ladite ou lesdites surfaces de collage, d'une solution dite "d'activation", comprenant une solution d'ammoniaque (NH4OH) dans de l'eau, de préférence déionisée, selon une concentration massique comprise entre environ 0,05 % et 2 %.
De préférence, la solution d'ammoniaque (NH4OH) présente une concentration massique dans l'eau comprise entre environ 0,5 % et 1,6 %, de préférence voisine de 0,8 %.
Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, prises seules ou en combinaison: - l'étape de nettoyage et d'activation est effectuée par application de ladite solution d'activation à une température inférieure ou égale à 70 C, - la solution d'activation est appliquée directement sur la machine de collage, de préférence pendant une durée comprise entre 10 secondes et 2 minutes, - ladite étape de nettoyage et d'activation est réalisée en effectuant simultanément l'application de ladite solution d'activation et le brossage de la surface de collage à traiter, - au moins l'une des deux surfaces de collage est recouverte d'une 35 couche d'oxyde, - la plaquette donneuse a subi une implantation d'espèces atomiques avant le collage, de façon à former une zone de fragilisation, délimitant une couche mince à reporter.
L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une 5 structure destinée à être utilisée dans le domaine de l'optique, l'électronique ou l'opto-électronique.
Conformément à l'invention, ce procédé comprend les étapes suivantes: implantation d'espèces atomiques dans une plaquette dite 10 "donneuse", présentant en surface une couche d'oxyde, de façon à y former une zone de fragilisation, délimitant une couche mince, - nettoyage et activation de la surface oxydée de ladite plaquette donneuse, immédiatement avant le collage, conformément au procédé précité, -collage de ladite surface activée de la plaquette donneuse, sur la surface d'une autre plaquette, dite "réceptrice", éventuellement oxydée, cette surface ayant éventuellement été nettoyée et activée conformément au procédé précité, détachement, au niveau de ladite zone de fragilisation, de façon à prélever et à reporter ladite couche mince et ladite couche d'oxyde, sur ladite plaquette réceptrice.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention, prises seules ou en combinaison: - ce procédé comprend une étape de recuit de consolidation entre l'étape de collage et celle de détachement, - la plaquette donneuse est réalisée en un matériau semi-conducteur, 25 en silicium ou en silicium contraint.
Ce procédé permet de fabriquer une structure de type semi- conducteur sur isolant ou silicium sur isolant (SOI).
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 30 représentent, à titre indicatif mais non limitatif, un mode de réalisation possible.
Sur ces dessins: - les figures la à ld représente les principales étapes d'un procédé de prélèvement et de report de couches, appliqué à la réalisation d'un substrat de type SOI, - la figure 2 est un schéma représentant une technique de mesure de l'énergie de collage entre deux plaquettes, - la figure 3 est un graphique représentant l'énergie de collage entre deux plaquettes, en fonction de la température du traitement de recuit, pour des séries de plaquettes ayant subi respectivement soit un procédé de nettoyage et d'activation témoin , soit le procédé de nettoyage avant collage conforme à l'invention, - la figure 4 est un graphique illustrant les résultats de la mesure du nombre de défauts de transfert dans une couche reportée, à partir de séries de plaquettes ayant subi respectivement soit un procédé de nettoyage et d'activation témoin , soit le procédé de nettoyage avant collage conforme à l'invention, - la figure 5 représente l'évolution de la valeur de l'énergie de collage entre deux plaquettes, pour des lots de plaquettes ayant subi un premier traitement de nettoyage, puis un traitement de nettoyage immédiatement avant collage mais décalé dans le temps par rapport au premier nettoyage, ce second nettoyage étant soit un nettoyage témoin , soit conforme à l'invention.
Un objectif principal de la présente invention est de diminuer l'importance des défauts et des rugosités de surface, d'au moins l'une de deux plaquettes destinées à être collées l'une contre l'autre, afin d'augmenter l'énergie de collage entre ces plaquettes.
L'invention s'applique plus particulièrement à des plaquettes recouvertes d'une couche d'oxyde, cet oxyde étant soit "natif', c'est-à- dire résultant de l'oxydation à l'air libre de la plaquette, soit additionnel et résultant d'un traitement thermique de cette plaquette ou d'un dépôt d'une couche d'oxyde, par exemple.
L'invention trouve une application particulière lors de la mise en 25 oeuvre d'un procédé de fabrication d'un substrat de type SOI.
Pour mémoire, les différentes étapes de ce procédé sont rappelées ci-après.
En faisant référence à la figure la, une première étape consiste à oxyder une plaquette en matériau semi-conducteur 13, de façon à former une 30 plaquette donneuse 10 présentant en surface, une couche d'oxyde 11.
Généralement, cette oxydation résulte d'un traitement thermique ou du dépôt d'une couche d'oxyde, par exemple une couche de SiO2 lorsque la plaquette 13 est réalisée en silicium.
En référence à la figure lb, la plaquette donneuse 10 est soumise, à 35 travers l'une de ses surface oxydées, à une implantation d'espèce(s) atomique(s), telle qu'une implantation d'hydrogène et/ou d'hélium, par exemple.
L'énergie et les doses de cette implantation sont choisies de façon à former une zone de fragilisation 15, à une profondeur déterminée sous la surface de la plaquette donneuse 10, plus précisément à l'intérieur de la plaquette 13. On forme ainsi une couche mince 16, délimitée d'une part, par la zone de fragilisation 15 et d'autre part, par la couche d'oxyde 11.
La surface oxydée de la plaquette donneuse 10, ayant subi l'implantation, porte la référence numérique 12. Cette surface 12 et/ou la surface 22 d'une plaquette 20, dite "réceptrice", subissent alors un traitement de nettoyage avant collage, qui sera détaillé ultérieurement.
En référence à la figure 1c, on met alors en contact les surfaces 12 et 22, que l'on colle par adhésion moléculaire.
A ce stade, une étape de recuit est éventuellement mise en oeuvre pour renforcer l'interface de collage 17 entre les plaquettes donneuse 10 et réceptrice 20.
Enfin, en référence à la figure 1d, on apporte une énergie d'origine thermique, mécanique et/ou chimique, suffisante pour effectuer le détachement le long de la zone de fragilisation 15 et détacher ainsi la couche mince 16, du reste 18 de la plaquette donneuse.
On obtient ainsi la structure semi-conductrice sur isolant représentée sur la figure 1d, la couche mince 16 prélevée depuis la plaquette donneuse 10 formant la partie semi-conductrice et la couche d'oxyde 11 sous-jacente formant la partie électriquement isolante. Cette structure est référencée 30.
Une étape de finition, utilisant, par exemple, un polissage mécanochimique, est alors éventuellement mise en oeuvre pour rattraper d'éventuels défauts 25 ou rugosités apparus lors du détachement de la couche mince 16.
La structure finale 30 ainsi obtenue est destinée à des applications dans le domaine de la microélectronique, :l'optique ou l'optoélectronique.
Bien que cela ne soit pas représenté sur les figures, la plaquette réceptrice 20 pourrait éventuellement être recouverte d'une couche d'oxyde, notamment d'oxyde natif.
L'objectif de l'invention est de fournir un procédé de nettoyage avant collage, des surfaces à coller, c'est-à-dire dans l'exemple précité, des surfaces 12 et/ou 22. Ce procédé permet non seulement d'éliminer les contaminants ou les particules isolées, mais également d'activer les surfaces à coller.
Ainsi, lors de la mise en contact de deux plaquettes, leur adhésion se trouve renforcée, lorsque leurs surfaces de collage respectives (ou au moins l'une d'entre elles) ont été activées. Cette adhésion est facilitée grâce au caractère hydrophile des surfaces à coller et correspond la plupart du temps à une interaction moléculaire entre les atomes d'hydrogène présents à la surface des plaquettes à coller.
On pourra se référer par exemple à l'article de R.Stengl et al., A model for the silicon wafer bonding process , Japanese Journal of Applied Physics, vol.28, n 10, October, 1989, pp 1735-1741 pour la description des phénomènes d'activation de surface et de collage hydrophile.
Conformément à l'invention, la demanderesse a observé que le traitement des surfaces de collage de deux plaquettes à coller, ou d'au moins l'une de ces surfaces, à l'aide d'une solution dite "d'activation" permettait d'accroître l'énergie de collage entre ces deux plaquettes.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention, cette solution d'activation est une solution d'ammoniaque (NH4OH) dans de l'eau, de préférence déionisée, selon une concentration massique comprise entre environ 0,05 % et 2 %, De préférence, cette concentration massique est comprise entre 0,5 % et 1,6 %, ou mieux encore voisine de 0,8 %.
Cette solution d'ammoniaque est une solution pure, c'est-à-dire une solution dont la concentration en polluant du type contaminants métalliques (cuivre, fer, chrome, titane, nickel, aluminium) et/ou contaminants alcalins, (lithium, sodium, calcium, potassium, etc...) ne dépasse pas une concentration de 10 ppt (partie par trillion) pour chaque élément.
Selon un second mode de réalisation de l'invention, il est possible d'utiliser une solution d'activation comprenant environ 97 % de la solution d'ammoniaque précitée et environ 3 % d'agents chélatants et/ou surfactants.
Ces agents chélatants permettent en effet de fixer les contaminants, tels que les métaux ou les ions en solution, qui sont souvent présents dans l'ammoniaque disponible industriellement et qui risqueraient de rester piégés au niveau de l'interface de collage, en venant ainsi modifier les caractéristiques électriques du substrat final obtenu. Le surfactant permet d'augmenter l'efficacité d'enlèvement des particules susceptibles de conduire à la formation de cloques superficielles.
De façon avantageuse, car plus simple à mettre en oeuvre industriellement, la solution d'ammoniaque précitée est utilisée à température 35 ambiante. l0
Elle peut toutefois être appliquée à des températures supérieures mais ne dépassant pas de préférence 70 C. En effet, à des températures supérieures, la rugosité des surfaces augmente fortement, ce qui conduit à une augmentation du nombre de défauts du type cloque .
Le traitement d'activation précité est réalisé immédiatement avant le collage, de préférence directement sur la machine de collage, afin de réactiver l'hydrophilie des plaquettes mises en contact, même si cellesci ont été en attente pendant plusieurs heures après l'étape de nettoyage, comme cela sera détaillé ultérieurement.
La solution d'activation peut être distribuée, soit directement sur les plaquettes à traiter sans brossage, soit directement sur les brosses utilisées pour l'activation, soit sur les plaquettes, avant un brossage ultérieur.
Cette technique de brossage est décrite, par exemple, dans le document FR 2 854 493 précité.
La solution ammoniacale est de préférence délivrée pendant une durée de 10 secondes à 2 minutes, de préférence de 30 secondes à 1 minute, à un débit de l'ordre de 1,5 1/mn et ce, directement au niveau de l'équipement de collage, par exemple à l'aide d'un bras distributeur.
Selon une variante, la solution ammoniacale peut être distribuée à partir d'un équipement spécifique de nettoyage, par exemple par pulvérisation (équipement du type "single wafer") ou du type bain (équipement du type "wet bench").
La demanderesse a effectué une étude comparative de l'énergie de collage au niveau de l'interface entre deux plaquettes, avec des séries de plaquettes ayant subi respectivement un procédé d'activation dit témoin ou le procédé d'activation conforme à l'invention.
La demanderesse a utilisé une technique précise de mesure de l'énergie de collage, proposée par Maszara dans le document intitulé "Silicon on insulator by wafer bonding" (J.Electochem.Soc; volume 138, page 341 (1991)).
Conformément à cette technique, représentée schématiquement sur la figure 2, la demanderesse a inséré une lame 40 sur un ou plusieurs bords de l'ensemble des plaquettes 10 et 20 en contact l'une avec l'autre, au niveau de l'interface de collage 17.
L'application d'une force mécanique par l'intermédiaire de la lame 35 40, dans une direction parallèle au plan de l'interface 17, provoque localement le décollement des deux plaquettes 10 et 20 et une propagation de la zone décollée sur une certaine distance.
La longueur L entre le bord extérieur des plaquettes 10, 20 et le point d'arrêt du décollement, qui correspond à la somme de la longueur de la zone localement décollée par la lame 40 et de celle de la propagation de la zone de décollement, donne une indication de l'énergie de collage qui existe entre les deux plaquette 10 et 20.
En effet, la fin du décollement correspond à un équilibre entre l'énergie de collage et la déformation élastique caractérisant le décollement.
On calcule ainsi à partir d'une relation entre la longueur de la zone décollée L et l'énergie de surface, une énergie de collage moyenne t.
On pourra par exemple se référer à la formule suivante tirée du document de Maszara: 3. E.13. i = 32. L4 E étant le module d'Young du matériau présent à l'interface entre les deux plaquettes 10 et 20; y étant la demi-épaisseur de la lame; t étant l'épaisseur de chaque plaquette.
L'étude comparative précitée a été réalisée à partir de plusieurs lots de structures comprenant deux plaquettes de silicium de huit pouces (200 mm), dont l'une a été oxydée et a subi une étape d'implantation d'atomes d'hydrogène, ces deux plaquettes étant assemblées par collage par adhésion moléculaire.
Les résultats obtenus sont représentés sur le graphique de la figure 3.
L'énergie de collage entre les deux plaquettes a été mesurée par la méthode décrite précédemment.
La figure 3 représente l'énergie de collage 'r, en fonction de la température d'un éventuel traitement de recuit (dit "traitement de consolidation"), effectué pendant 2 heures.
Certaines des structures n'ont pas subi ce traitement ultérieur de consolidation (résultats obtenus lorsque la température est voisine de 20 C), et d'autres ont subi ce traitement pendant 2 heures, à diverses températures.
La courbe en traits pointillés représente les résultats obtenus avec les lots, dans lesquels les surfaces de collage des plaquettes ont subi un traitement de nettoyage immédiatement avant collage, effectué par un simple brossage sous de l'eau. Ce traitement est dénommé dans la suite de la description traitement de nettoyage témoin .
La courbe en trait plein représente les résultats obtenus avec les lots, dans lesquels les surfaces de collage des plaquettes ont subi le traitement de 5 nettoyage et d'activation conforme à l'invention.
Ce traitement, effectué immédiatement avant le collage, a consisté à appliquer une solution d'ammoniaque (NFI4OH) dans de l'eau déionisée, selon une concentration massique de 0.5 %, à température ambiante, cette solution étant distribuée sur les brosses, lors du brossage des plaquettes.
A la vue de ces résultats, on constate donc que, quelle que soit la température à laquelle est effectué le traitement de consolidation, la valeur de l'énergie de collage obtenue est supérieure avec le procédé d'activation conforme à l'invention, cette augmentation étant encore renforcée lorsque le traitement de consolidation est supérieur à 300 C.
Une seconde étude comparative a été effectuée, afin de mesurer le nombre de défauts de transfert apparaissant dans le film mince 16 et la couche d'oxyde 11, après détachement le long de la zone de fragilisation.
Des lots de plaquettes similaires à celles décrites pour l'essai précité ont été utilisés.
La figure 4 représente les résultats de cette étude.
L'axe des ordonnées représente le nombre de défauts de transfert N mesurés, par plaquette.
L'axe des abscisses représente les résultats obtenus, d'une part avec les lots témoins Te, pour lesquels l'étape d'activation a été effectuée selon le procédé témoin précité, et d'autre part, avec les lots I, dans lesquels l'étape d'activation a été effectuée conformément à l'invention, comme décrit en liaison avec la figure 3.
Le nombre moyen de défauts de transfert N dans le premier cas est de 4,09, alors qu'il est voisin de 0.83 dans le second. Une couche mince, reportée sur une plaquette réceptrice, après que les
surfaces de collage des plaquettes donneuse et réceptrice aient subi le traitement d'activation conforme à l'invention, présente donc en moyenne presque cinq fois moins de défauts de transfert, qu'une couche mince obtenue après le traitement témoin .
Enfin, une troisième série d'essais comparatifs a été effectuée, afin de mesurer la valeur de l'énergie de collage 'r, entre une plaquette donneuse, oxydée et implantée, et une plaquette réceptrice, en fonction du temps d'attente entre une première étape de nettoyage des surfaces à coller et le collage proprement dit, ces plaquettes ayant en outre subit une étape d'activation immédiatement avant le collage.
Les deux plaquettes étaient en silicium et mesuraient huit pouces de diamètre (200 mm).
Le premier traitement de nettoyage était du type RCA précité.
Le traitement d'activation conforme à l'invention a été réalisé par brossage, sous une solution d'ammoniaque diluée, à une concentration massique 10 inférieure à 0,5 %, dans de l'eau déionisée.
La courbe en trait plein représente les résultats obtenus, avec des plaquettes ayant subi le traitement d'activation témoin décrit conjointement avec les figures 3 et 4.
La courbe en pointillés représente les résultats obtenus avec des plaquettes ayant subi le traitement d'activation conforme à l'invention.
Ces résultats montrent que, non seulement l'énergie de collage t est accrue, lorsque l'on utilise le traitement d'activation conforme à l'invention, mais également que cette énergie de collage diminue seulement très légèrement entre 0 et 14 heures 30 d'attente entre le premier nettoyage et le collage final, et qu'elle se stabilise ensuite dans le temps.
De façon générale, la demanderesse a mis en évidence l'intérêt de mettre en oeuvre le procédé d'activation conforme à l'invention, dans un procédé de prélèvement et de report de couche, et plus précisément dans la fabrication d'un substrat de type SOI.
Le procédé conforme à l'invention permet d'augmenter l'énergie de collage, ce qui permet d'être moins exigeant concernant les critères de réalisation d'un premier nettoyage effectué un certain temps avant le collage, voire même de supprimer complètement celui-ci.
Ceci permet de simplifier et d'homogénéiser les étapes de préparation 30 des surfaces, effectuées dans une ligne de production avant le collage proprement dit.
De plus, le procédé d'activation conforme à l'invention permet de diminuer le nombre de défauts de transfert en bord de plaquette jusqu'à moins de un par plaque en moyenne, ce qui permet d'augmenter considérablement la qualité de la couche mince dans laquelle les futurs composants électroniques seront réalisés.
Enfin, la présente invention ne se limite pas à un procédé d'activation destiné au collage de deux plaquettes de silicium, dont au moins l'une est recouverte d'une couche d'oxyde de silicium, mais peut s'étendre à tout type de matériau, tel que du silicium contraint ou autre matériau semi-conducteur pouvant être employés dans la technologie Smart- Cut.
Claims (14)
1. Procédé de traitement de l'une ou l'autre ou les deux surfaces (12, 22), dites de collage d'une première plaquette (10), dite "dormeuse" et d'une seconde plaquette (20), dite "réceptrice", destinées à être collées l'une contre l'autre, dans le but de fabriquer une structure utilisée dans le domaine de l'optique, l'électronique ou l'optoélectronique, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de nettoyage et d'activation, effectuée immédiatement avant le collage desdites plaquettes donneuse (10) et réceptrice (20), par application sur ladite ou lesdites surfaces de collage (12, 22), d'une solution dite "d'activation", comprenant une solution d'ammoniaque (NH4OH) dans de l'eau, de préférence déionisée, selon une concentration massique comprise entre environ 0,05 % et 2 %.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la solution d'ammoniaque (NH4OH) présente une concentration massique dans l'eau comprise entre environ 0,5 % et 1,6 %.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la solution 15 d'ammoniaque (NH4OH) présente une concentration massique dans l'eau voisine de 0,8 %.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de nettoyage et d'activation est effectuée par application de ladite solution d'activation à une température inférieure ou égale à 70 C.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la solution d'activation est appliquée directement sur la machine de collage.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, 25 caractérisé en ce que la solution d'activation est appliquée pendant une durée comprise entre 10 secondes et 2 minutes.
7. Procédé d'activation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite étape de nettoyage et d'activation est réalisée en effectuant simultanément l'application de ladite solution d'activation et le brossage de la surface de collage (12, 22) à traiter.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins l'une des deux surfaces de collage (12, 22) est recouverte d'une couche d'oxyde.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaquette donneuse (10) a subi une implantation d'espèces atomiques avant le collage, de façon à former une zone de fragilisation (15), délimitant une couche mince (16) à reporter.
10. Procédé de fabrication d'une structure (30) destinée à être utilisée dans le domaine de l'optique, l'électronique ou l'optoélectronique, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: - implantation d'espèces atomiques dans une plaquette dite "donneuse" (10), présentant en surface une couche d'oxyde (18), de façon à y former une zone de fragilisation (15), délimitant une couche mince (16), - nettoyage et activation de la surface oxydée (12) de ladite plaquette donneuse (10), immédiatement avant le collage, conformément au procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, - collage de ladite surface (12) activée de la plaquette donneuse (10), sur la surface (22) d'une autre plaquette (20), dite "réceptrice", éventuellement oxydée, cette surface (22) ayant éventuellement été nettoyée et activée conformément au procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, détachement, au niveau de ladite zone de fragilisation (15), 20 de façon à prélever et à reporter ladite couche mince (16) et ladite couche d'oxyde (18), sur ladite plaquette réceptrice (20).
11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de recuit de consolidation entre l'étape de collage et celle de détachement.
12. Procédé de fabrication d'une structure semi-conductrice sur isolant (30) selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que la plaquette donneuse (10) est réalisée en un matériau semi-conducteur.
13. Procédé selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que la plaquette donneuse (10) est réalisée en silicium contraint.
14. Procédé de fabrication d'une structure (30) de type silicium sur isolant (SOI), selon la revendication 12, caractérisé en ce que la plaquette donneuse (10) est réalisée en silicium.
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0413930A FR2880186B1 (fr) | 2004-12-24 | 2004-12-24 | Procede de traitement d'une surface de plaquette |
| US11/145,455 US7919391B2 (en) | 2004-12-24 | 2005-06-02 | Methods for preparing a bonding surface of a semiconductor wafer |
| KR1020077014457A KR100884672B1 (ko) | 2004-12-24 | 2005-12-21 | 웨이퍼 표면 처리 방법 |
| JP2007547504A JP2008526006A (ja) | 2004-12-24 | 2005-12-21 | ウェーハ表面の処理方法 |
| CNB2005800448464A CN100568484C (zh) | 2004-12-24 | 2005-12-21 | 晶片表面处理方法 |
| PCT/EP2005/057003 WO2006069945A1 (fr) | 2004-12-24 | 2005-12-21 | Procédé de traitement d'une surface de plaquette |
| EP05823924A EP1829099A1 (fr) | 2004-12-24 | 2005-12-21 | Procede de traitement d'une surface de plaquette |
| TW094145970A TWI333258B (en) | 2004-12-24 | 2005-12-23 | A method of treating a wafer surface |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0413930A FR2880186B1 (fr) | 2004-12-24 | 2004-12-24 | Procede de traitement d'une surface de plaquette |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2880186A1 true FR2880186A1 (fr) | 2006-06-30 |
| FR2880186B1 FR2880186B1 (fr) | 2007-07-20 |
Family
ID=34953368
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR0413930A Expired - Fee Related FR2880186B1 (fr) | 2004-12-24 | 2004-12-24 | Procede de traitement d'une surface de plaquette |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN100568484C (fr) |
| FR (1) | FR2880186B1 (fr) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4283660A1 (fr) * | 2022-05-25 | 2023-11-29 | Commissariat À L'Énergie Atomique Et Aux Énergies Alternatives | Procédé de collage direct assisté par des élements cationiques |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2944645B1 (fr) | 2009-04-21 | 2011-09-16 | Soitec Silicon On Insulator | Procede d'amincissement d'un substrat silicium sur isolant |
| FR2992772B1 (fr) * | 2012-06-28 | 2014-07-04 | Soitec Silicon On Insulator | Procede de realisation de structure composite avec collage de type metal/metal |
| CN105118804B (zh) * | 2015-09-29 | 2018-04-13 | 厦门大学 | 超薄硅薄膜钝化制备绝缘体上锗的方法 |
| CN110459555A (zh) * | 2019-08-29 | 2019-11-15 | 长春长光圆辰微电子技术有限公司 | 背照式图像传感器晶圆边缘无硅膜缺陷的工艺制程方法 |
| CN112670170B (zh) * | 2020-12-30 | 2024-02-02 | 长春长光圆辰微电子技术有限公司 | 一种提高硅片键合力的方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0828289A1 (fr) * | 1992-01-31 | 1998-03-11 | Canon Kabushiki Kaisha | Plaquette semi-conductrice ayant une rugosité de surface réduite et dispositif semi-conducteur |
| EP0961312A2 (fr) * | 1998-05-15 | 1999-12-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Substrat du type SOI fabriqué par collage |
| US20040248379A1 (en) * | 2003-04-29 | 2004-12-09 | Christophe Maleville | Method for bonding semiconductor structures together |
-
2004
- 2004-12-24 FR FR0413930A patent/FR2880186B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
2005
- 2005-12-21 CN CNB2005800448464A patent/CN100568484C/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0828289A1 (fr) * | 1992-01-31 | 1998-03-11 | Canon Kabushiki Kaisha | Plaquette semi-conductrice ayant une rugosité de surface réduite et dispositif semi-conducteur |
| EP0961312A2 (fr) * | 1998-05-15 | 1999-12-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Substrat du type SOI fabriqué par collage |
| US20040248379A1 (en) * | 2003-04-29 | 2004-12-09 | Christophe Maleville | Method for bonding semiconductor structures together |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| SUNI T ET AL: "Effects of plasma activation on hydrophilic bonding of Si and SiO2", JOURNAL OF THE ELECTROCHEMICAL SOCIETY ELECTROCHEM. SOC USA, vol. 149, no. 6, June 2002 (2002-06-01), pages G348 - G351, XP002326051, ISSN: 0013-4651 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4283660A1 (fr) * | 2022-05-25 | 2023-11-29 | Commissariat À L'Énergie Atomique Et Aux Énergies Alternatives | Procédé de collage direct assisté par des élements cationiques |
| FR3136108A1 (fr) * | 2022-05-25 | 2023-12-01 | Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives | Procédé de collage direct assisté par des élements cationiques |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101088154A (zh) | 2007-12-12 |
| FR2880186B1 (fr) | 2007-07-20 |
| CN100568484C (zh) | 2009-12-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1879220A2 (fr) | Procédé de collage hydrophobe direct de deux substrats utilisés en électronique, optique ou opto-électronique. | |
| FR2874455A1 (fr) | Traitement thermique avant collage de deux plaquettes | |
| EP1829099A1 (fr) | Procede de traitement d'une surface de plaquette | |
| FR2816445A1 (fr) | Procede de fabrication d'une structure empilee comprenant une couche mince adherant a un substrat cible | |
| FR2923079A1 (fr) | Substrats soi avec couche fine isolante enterree | |
| FR2954585A1 (fr) | Procede de realisation d'une heterostructure avec minimisation de contrainte | |
| EP2764535B1 (fr) | Procédé de double report de couche | |
| FR2938975A1 (fr) | Procede de realisation d'une heterostructure de type silicium sur saphir | |
| FR2781925A1 (fr) | Transfert selectif d'elements d'un support vers un autre support | |
| EP2115768A1 (fr) | Procede de collage de deux substrats | |
| EP1730772A1 (fr) | Preparation d'une surface de tranche semi-conductrice afin de la lier a une autre tranche | |
| FR2911430A1 (fr) | "procede de fabrication d'un substrat hybride" | |
| FR2938202A1 (fr) | Traitement de surface pour adhesion moleculaire | |
| EP2195835A1 (fr) | Procédé de fabrication d'une structure micro-électronique impliquant un collage moléculaire | |
| FR2938702A1 (fr) | Preparation de surface d'un substrat saphir pour la realisation d'heterostructures | |
| FR2905801A1 (fr) | Procede de transfert d'une couche a haute temperature | |
| FR2950734A1 (fr) | Procede de collage et de transfert d'une couche | |
| FR2880186A1 (fr) | Procede de traitement d'une surface de plaquette | |
| EP1473765B1 (fr) | Traitement par brossage d'une plaquette semiconductrice avant collage | |
| EP1883953B1 (fr) | Traitement de surface apres gravure selective | |
| EP2676288B1 (fr) | Procede de realisation d'un support de substrat | |
| FR2928031A1 (fr) | Procede de transfert d'une couche mince sur un substrat support. | |
| FR2880185A1 (fr) | Procede de traitement d'une surface de plaquette | |
| FR2939151A1 (fr) | Lingots formes d'au moins deux lingots elementaires, un procede de fabrication et une plaquette qui en est issue | |
| EP1959478B1 (fr) | Procédé de collage moléculaire avec nettoyage à l'acide fluorhydrique en phase vapeur et rinçage à l'eau déionisée |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| CD | Change of name or company name |
Owner name: SOITEC, FR Effective date: 20120423 |
|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20130830 |