FR2895563A1 - Procede de simplification d'une sequence de finition et structure obtenue par le procede - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne selon un premier aspect un procédé de formation d'une structure comportant une couche mince (8) en un matériau semiconducteur sur un substrat (7), comprenant les étapes de création d'une zone fragilisée (3) dans l'épaisseur d'un substrat donneur (1), de mise en contact intime du substrat donneur (1) avec un substrat support (7), de détachement du substrat donneur (1 ) au niveau de la zone fragilisée (3) pour transférer une partie (5) du substrat donneur (1) sur le substrat support (7), et de traitement de ladite partie (5) du substrat donneur transférée sur le substrat support pour former ladite couche mince (8), ledit traitement consistant en une séquence d'opérations de finition ; le procédé étant caractérisé en ce que :la séquence d'opérations de finition est une séquence simplifiée par suppression de la première ou de la dernière opération d'une séquence consistant en la répétition de l'enchaînement d'une opération de lissage de la surface libre (9) de ladite partie (5) du substrat donneur transférée sur le substrat support, avec une opération d'amincissement de ladite partie (5) du substrat donneur transférée sur le substrat support.
Description
Le domaine de l'invention est celui de la formation de structures
comportant une couche mince en un matériau semiconducteur sur un substrat support, par transfert de la couche mince depuis un substrat donneur vers le substrat support.
De telles structures sont généralement obtenues par la mise en oeuvre d'un procédé de transfert comprenant les étapes de : création d'une zone fragilisée dans l'épaisseur d'un substrat donneur ; mise en contact intime du substrat donneur avec un substrat support ; détachement du substrat donneur au niveau de la zone fragilisée, pour transférer une partie du substrat donneur sur le substrat support; traitement de ladite partie du substrat donneur transférée sur le substrat support pour former ladite couche mince, ledit traitement consistant en une séquence d'opérations de finition. L'invention concerne plus précisément, sans que cela ne soit limitatif, la formation de structures dont la couche mince est particulièrement fine, c'est-à-dire que l'épaisseur de la couche mince est typiquement inférieure à 1000 Angstrôms, et est en particulier inférieure à 500 Angstrôms. Les procédés de type SMART CUT sont un exemple de procédé de transfert permettant de réaliser des structures de ce type comprenant une couche mince de matériau semi-conducteur sur un substrat support. Ils correspondent à un mode préféré de mise en oeuvre de l'invention. Les structures ainsi formées peuvent par exemple être de type SeOI (Semiconductor On Insulator, pour Semiconducteur sur Isolant, selon la terminologie anglo-saxonne répandue). On rappelle que dans un tel cas de figure, une couche d'oxyde est intercalée entre le substrat support et la couche mince. Les structures obtenues par de tels procédés sont mises en oeuvre pour des applications dans les domaines de la microélectronique, de l'optique et/ou de l'optronique.
Suite au détachement du substrat donneur au niveau de la zone fragilisée, pour transférer une partie du substrat donneur sur le substrat 2
support, il s'avère nécessaire de mettre en oeuvre un traitement de ladite partie transférée sur le substrat support permettant d'aboutir à ladite couche mince. Un tel traitement vise notamment à : - amincir la partie du substrat donneur transférée sur le substrat support, 5 pour l'amener à l'épaisseur cible visée pour la couche mince ; - diminuer la rugosité de surface, notamment pour répondre aux spécifications d'état de surface associées aux structures utilisées dans les domaines d'application mentionnés ci-dessus ; - garantir une bonne qualité en terme de défauts (défauts de surface, 10 défauts traversants la couche supérieure de la structure SeOl, etc.), également pour répondre aux spécifications des domaines d'application mentionnés ci-dessus. Un tel traitement de la structure obtenue directement après détachement consiste typiquement en une séquence d'opérations de finition. 15 Cette séquence enchaîne judicieusement une ou plusieurs étapes visant à amincir la structure obtenue après détachement, avec une ou plusieurs étapes visant à lisser la surface libre de ladite structure. L'amincissement de la partie du substrat donneur transférée sur le substrat support après détachement, pour l'amener à l'épaisseur cible visée 20 pour la couche mince peut typiquement être mise en oeuvre par une ou plusieurs opérations d'oxydation sacrificielle et/ou de polissage. Toutefois, une opération de polissage n'est généralement pas désirable. Une telle opération nuit en effet à l'uniformité d'épaisseur de la couche transférée. Ainsi, lorsqu'une opération de polissage est incorporée 25 dans la séquence de finition, il n'est pas possible de garantir que la couche transférée présente une épaisseur dont l'écart type sur toute l'étendue de la couche mince est inférieur à 5 A. L'application d'une opération d'oxydation sacrificielle est quant à elle limitée. Une telle opération tend effectivement à rendre traversants certains 30 défauts pré-existants (et conduire à la formation de défauts de type HF), en 3
particulier lorsqu'une épaisseur importante de la couche transférée est éliminée. Afin de limiter la formation de tels défauts, on vient généralement intercaler une opération de recuit thermique entre deux étapes d'oxydation 5 sacrificielle, chacune de ces deux étapes étant prévue pour ne réaliser qu'un amincissement limité. A titre d'exemple d'un tel recuit thermique, on réalise typiquement un recuit thermique rapide sous atmosphère contrôlée, selon un mode communément nommé RTA (correspondant à l'acronyme de l'expression 10 anglo-saxonne Rapid Thermal Annealing). Comme cela a déjà été exposé par la Demanderesse dans le document WO 03/009366, l'étape de traitement de finition peut être basée sur une séquence de base (pouvant éventuellement être répétée) comprenant en succession une opération d'oxydation sacrificielle et une opération de RTA. 15 La Demanderesse a effectivement pu observer qu'une unique opération de RTA ne peut être efficace, en particulier en terme de diminution de la rugosité de surface, lorsqu'elle est mise en oeuvre sur la surface obtenue directement après détachement. Dans le document WO 2005/013318, la Demanderesse a proposé de 20 combiner une étape de création de la zone fragilisée mise en oeuvre par coimplantation avec une étape de traitement de finition basée sur une séquence de base (pouvant éventuellement être répétée) comprenant en succession une opération de RTA et une opération d'oxydation sacrificielle. La Demanderesse a également constaté (et exposé dans la demande 25 internationale déposée le 28 Décembre 2004 sous le n 182004/004390, non encore publiée) que pour former des structures couche mince sur substrat support dont la couche mince est particulièrement fine (épaisseur inférieure à 1000 Angstrôms, en particulier inférieure à 500 Angstrôms), il est préférable de transférer puis d'amincir une couche épaisse, plutôt que de 30 chercher à transférer directement une couche de faible épaisseur.
Il découle de ce qui précède qu'un traitement de finition d'une couche épaisse nécessite plusieurs opérations d'oxydation sacrificielle (chacune prévue pour ne réaliser qu'un amincissement limité), entre lesquelles sont intercalées des opérations de lissage par RTA.
On comprend aisément que la multiplication des opérations de finition n'est pas favorable au coût global du procédé. Par ailleurs, la formation d'une structure ayant une épaisseur finale spécifiée conduit à un calibrage additionnel des équipements dépendant de l'épaisseur résiduelle de la couche à traiter. A titre d'exemple, le calibrage des lampes d'un four de type RTA (nécessaire pour garantir l'uniformité de chauffage d'une plaque) est réalisé en fonction de l'épaisseur de la couche supérieure d'une structure SeOl. Ainsi, s'il est nécessaire de mettre en oeuvre un traitement de finition d'une couche transférée présentant immédiatement après détachement une épaisseur de l'ordre de 2000 Angstrôms, pour aboutir à une couche mince finale présentant une épaisseur de 500 Angstrôms, il peut s'avérer nécessaire d'intercaler plusieurs opérations de lissage par RTA entre plusieurs opérations d'amincissement. Il est alors nécessaire d'adapter chaque opération de lissage par RTA à chacune des épaisseurs (initiale, intermédiaire(s), finale) traitées. Or une telle adaptation vient complexifier la réalisation d'un traitement de finition à opérations multiples. On cherche donc à simplifier autant que possible l'étape de finition, sans pour autant compromettre la qualité des structures finales. Dans le cadre de la formation d'une structure à couche fine, la séquence d'opération de finition retenue comme étant préférentielle consiste en la répétition de l'enchaînement d'une opération de recuit thermique rapide avec une opération d'oxydation sacrificielle. Cette séquence préférentielle, également désignée par RTA/Sacrox/RTA/Sacrox (où : Sacrox désigne une oxydation sacrificielle), présente l'avantage d'être performante en terme de qualité. Mais elle a l'inconvénient de comprendre un nombre important d'opérations. Un premier objectif de l'invention est de simplifier l'étape de finition, notamment par réduction du nombre d'opérations nécessaires, sans pour autant risquer de compromettre la qualité de la structure finale. Un autre objectif de l'invention vise plus précisément, notamment dans 5 le cadre de la formation d'une structure à couche fine, à autoriser la mise en oeuvre d'un traitement de finition plus simple que celui consistant en la séquence préférentielle RTA/Sacrox/RTA/Sacrox. Pour cela, l'invention propose un procédé de formation d'une structure comportant une couche mince en un matériau semiconducteur sur un substrat, comprenant les étapes de création d'une zone fragilisée dans l'épaisseur d'un substrat donneur, de mise en contact intime du substrat donneur avec un substrat support, de détachement du substrat donneur au niveau de la zone fragilisée pour transférer une partie du substrat donneur sur le substrat support, de traitement de ladite partie du substrat donneur transférée sur le substrat support pour former ladite couche mince, ledit traitement consistant en une séquence d'opérations de finition ; le procédé étant caractérisé en ce que : - le détachement est réalisé par application d'un traitement thermique de développement de la fragilisation de la zone fragilisée, sans initiation du détachement thermique de ladite partie du substrat donneur; et application d'une impulsion d'énergie provoquant le détachement auto-entretenu de ladite partie du substrat donneur ; - et en ce que la séquence d'opérations de finition est une séquence simplifiée par suppression de la première ou de la dernière opération d'une séquence consistant en la répétition de l'enchaînement d'une opération de lissage de la surface libre de ladite partie du substrat donneur transférée sur le substrat support, avec une opération d'amincissement de ladite partie du substrat donneur transférée sur le substrat support. Certains aspects préférés, mais non limitatifs, de ce procédé sont les suivants : 6
- la séquence simplifiée est obtenue par suppression de la première opération, et consiste en une opération d'amincissement intercalée entre deux opérations de lissage ; - la séquence simplifiée est obtenue par suppression de la dernière 5 opération, et consiste en une opération de lissage intercalée entre deux opérations d'amincissement ; l'opération de lissage est un recuit thermique ; le recuit thermique est un recuit thermique rapide RTA ; les deux opérations de lissage par recuit thermique rapide RTA sont 10 fusionnées en une opération de recuit en four disposant d'un effet de lissage au moins équivalent à celui de deux recuits thermiques rapides RTA qui est mise en oeuvre avant l'opération d'amincissement ; - l'opération d'amincissement est une opération d'oxydation sacrificielle ; - le budget thermique du traitement de développement de la fragilisation 15 correspond à 60% ou plus, et préférentiellement à 80% ou plus, du budget thermique conduisant à un détachement purement thermique ; - le traitement thermique de développement de la fragilisation est un recuit isotherme à 350 C pendant une durée comprise entre deux et trois heures ; 20 - la zone fragilisée est créée par implantation d'espèces dans l'épaisseur du substrat donneur, ladite implantation étant mise en oeuvre par implantation d'une seule espèce ou par co-implantation d'au moins deux espèces différentes ; -l'amincissement réalisé au cours la séquence d'opérations de finition est 25 prévu pour que la couche mince formée sur le substrat support présente une épaisseur inférieure à 1000 Angstrôms, et notamment une épaisseur inférieure à 500 Angstrôms. Selon un autre aspect, l'invention concerne une structure SeOI comportant une couche mince en un matériau semiconducteur sur un 30 substrat support, une couche isolante étant intercalée entre la couche mince et le substrat, la couche mince présentant une épaisseur inférieure à 1 000 Angstrôms, en particulier une épaisseur inférieure à 500 Angstrôms, caractérisée en ce que la couche mince présente une densité de défauts HF inférieure à 0,3/cm2, et en particulier une densité de défauts HF inférieure à 0,2/cm2.
Certains aspects préférés, mais non limitatifs, de cette structure sont les suivants : - la couche mince présente sur toute son étendue une rugosité de surface, mesurée en balayant une surface de 10*10,um2, inférieure à 5 A RMS ; - l'épaisseur de la couche mince présente un écart type, sur toute l'étendue de celle-ci, inférieur à 5 A. D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une cartographie illustrant la présence, en particulier en bord de plaque, de défauts traversants dans une couche mince d'une structure obtenue par la mise en oeuvre d'un procédé de l'état de la technique ; la figure 2 est une cartographie illustrant le nombre réduit de défauts traversants dans une couche mince obtenue par la mise en oeuvre d'un mode de réalisation possible du procédé selon l'invention. - les figures 3a-3d illustrent les différentes étapes d'un procédé selon l'invention ; - la figure 4 est un schéma illustrant le gain en terme de rugosité obtenu par la mise en oeuvre d'un mode de réalisation possible du procédé selon l'invention. Comme mentionné précédemment, dans le cadre de la formation d'une structure à couche fine (épaisseur inférieure à 1000 Angstrôms, en particulier inférieure à 500 Angstrôms), la séquence d'opération de finition retenue comme étant préférentielle consiste en la répétition de l'enchaînement d'une opération de recuit thermique rapide RTA avec une opération d'oxydation 2895563 s
sacrificielle. Cette séquence préférentielle est également désignée par RTA/Sacrox/RTA/Sacrox. Or, comme cela est détaillé ci-après, il paraît impossible de simplifier cette étape de finition sans risquer de compromettre la rugosité de surface, 5 ou de voir apparaître des défauts de type traversants. Une première simplification pourrait consister à supprimer la dernière opération de la séquence préférentielle RTA/Sacrox/RTA/Sacrox, pour mettre en oeuvre une première séquence simplifiée RTA/Sacrox/RTA. Mais cette première séquence simplifiée ne s'avère pas satisfaisante, 10 en particulier pour la formation d'une structure présentant une couche mince fine. Cette séquence simplifiée RTA/Sacrox/RTA est effectivement susceptible d'engendrer des défauts de type HF dont la profondeur est supérieure à l'épaisseur de la couche mince de la structure finale (défauts dits traversants). 15 Comme cela est représenté sur la figure 1, ces défauts sont notamment localisés dans une zone dense Zd située en bord de plaque. Ces défauts traversants révèlent la présence de trous en surface de la couche transférée, au niveau de la zone dense, directement après détachement. Et cette zone dense présente un niveau de rugosité après 20 détachement qui est supérieur au niveau de rugosité du reste de la plaque. Selon les conditions opératoires des étapes de formation de la zone fragilisée et de détachement, ce phénomène varie en intensité. Et bien entendu, plus la couche mince de la structure finale est fine, plus ce phénomène s'avère gênant. 25 La zone dense Zd correspond à la zone en bord de plaque où s'est initié le détachement. II s'agit donc d'une zone plus rugueuse que le reste de la plaque, qui ne peut être complètement guérie par la première opération de lissage par RTA. L'amincissement important, réalisé en outre au cours d'une seule 30 opération d'oxydation sacrificielle, pour obtenir au final une couche mince à l'épaisseur fine spécifiée conduit alors à la formation de défauts traversants
9
de type HF. Or d'une manière générale, de tels défauts traversants ne peuvent être guéris par un recuit de type RTA. Dans le cas d'espèce, les défauts formés par l'opération d'amincissement ne peuvent alors être guéris par l'opération de lissage RTA finale. - Une deuxième simplification pourrait consister à supprimer la première opération de la séquence préférentielle RTA/Sacrox/RTA/Sacrox, pour mettre en oeuvre une deuxième séquence simplifiée Sacrox/RTA/Sacrox. Cette deuxième séquence simplifiée ne s'avère pas non plus satisfaisante. Outre des problèmes possibles de défauts traversants, cette deuxième séquence simplifiée peut également engendrer des problèmes de rugosité, en particulier en bord de plaque. En effet, comme mentionné ci-dessus, on observe immédiatement après détachement une zone dense rugueuse en bord de plaque. Or la mise en oeuvre d'une seule opération de lissage RTA ne permet pas de compenser cette rugosité de bord, au niveau de la zone dense Zd. On constatera que ces problèmes de rugosité rencontrés avec cette deuxième séquence simplifiée sont étroitement liés aux problèmes liés aux trous de surface rencontrés avec la première séquence simplifiée.
Revenant à la description de la présente invention, on a représenté sur les figures 3a-3c les différentes étapes d'un mode de réalisation possible du procédé selon l'invention. La figure 3a représente ainsi un substrat donneur 1, par exemple un substrat en silicium oxydé à sa surface 4, soumis à une implantation, schématisée par les flèches, d'espèces pour créer une zone fragilisée 3 dans l'épaisseur du substrat donneur 1. L'implantation d'espèces atomiques peut être une simple implantation (i.e. une implantation d'une seule espèce atomique), telle que par exemple une implantation d'hydrogène, d'hélium ou de gaz rares.
L'implantation d'espèces atomiques peut également être une co-implantation d'espèce atomiques (i.e. une implantation successive ou simultanée d'au moins deux espèces atomiques différentes), telle que par exemple une co-implantation d'hydrogène et d'hélium. A titre d'exemples de conditions d'implantation, on peut citer les conditions suivantes : • Implantation d'hydrogène seul : D'une manière générale, dose comprise entre 5 à 7.1016.cm-2 et énergie comprise entre 10 et 200 keV. Préférentiellement, dose de 5,7. 1016.cm-2 et énergie de 37 keV. • Co-implantation d'hélium et d'hydrogène : D'une manière générale, pour l'hélium, dose comprise entre 0,5.1016.cm-2 et 3.1016.cm-2 et énergie comprise entre 10 et 200 keV (préférentiellement dose comprise entre 1.1016.cm-2 et 2.1016.cm-2, et énergie d'environ 50 keV) ; et pour l'hydrogène, dose comprise entre 0,5.1016.cm-2 et 3.1016.cm-2 et énergie comprise entre 10 et 200 keV (préférentiellement dose comprise entrel.1016.cm-2 et 2.1016.cm-2, et énergie d'environ 30 keV). La figure 3b représente l'étape au cours de laquelle on met le substrat donneur 1, par sa face 4, en contact intime avec un substrat support 7. On procède alors au détachement du substrat donneur 1 au niveau de la zone fragilisée 3, pour transférer une partie du substrat donneur 1 sur le substrat support 7. Dans le cadre des procédés de l'état de la technique, l'étape de détachement consiste généralement en un recuit thermique au cours duquel se produit un détachement spontané. En d'autres termes, il s'agit là d'un détachement purement thermique. On notera qu'il a également été proposé de réaliser un détachement purement mécanique, notamment en faisant progresser une lame le long de la zone fragilisée 3. La présente invention propose quant à elle d'utiliser un autre mode de détachement, à savoir un détachement réalisé par : application d'un traitement thermique de sorte à permettre un développement de la fragilisation de la zone fragilisée 3, sans initier le détachement thermique, et application d'une impulsion d'énergie de sorte à provoquer le détachement auto-entretenu d'une partie 5 du substrat donneur 1 délimitée entre la face 4 et la couche fragilisée 3, vis-à-vis du reste 6 du substrat donneur. On pourra trouver de plus amples détails sur ce mode de détachement dans les demandes internationales de la Demanderesse publiées sous les 10 numéros WO 2005/043615 et WO 2005/043616. Contrairement à un détachement purement thermique, le traitement thermique de développement de la fragilisation ici mis en oeuvre est interrompu avant l'initialisation du détachement. D'une manière générale, le traitement thermique de développement de 15 la fragilisation mis en oeuvre dans le cadre de l'invention est prévu pour apporter un budget thermique (couple durée, température) proche du budget thermique nécessaire pour conduire à un détachement purement thermique. Le budget thermique apporté dans le cadre de l'invention correspond ainsi à 60% ou plus, et préférentiellement à 80 % ou plus, du budget 20 thermique conduisant à un détachement purement thermique. A titre d'exemple, on réalise le traitement thermique de développement de la fragilisation sous la forme d'un recuit isotherme à 350 C pendant une durée comprise entre deux et trois heures. On notera que le traitement thermique de développement de la 25 fragilisation appliqué au cours du détachement va également permettre une consolidation de l'interface de collage entre les substrats donneur et support en contact intime. A la figure 3c est représenté le détachement à proprement parler d'une partie du substrat donneur 5 vis-à-vis du reste 6 du substrat donneur 1, au 30 moyen de l'application d'un apport impulsionnel d'énergie, de préférence bref
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et d'amplitude limitée. La partie 5 est ainsi transférée sur le substrat support 7. Cet apport d'énergie est par exemple constitué d'une contrainte mécanique schématisée par la flèche 10 sur la figure 3c.
Afin de réaliser cet apport mécanique, et à titre d'exemple non limitatif, on notera que l'on peut utiliser un équipement similaire à celui classiquement utilisé pour décoller les plaques après mise en oeuvre d'un détachement purement thermique (on parle également de machine de décollement automatique). En effet l'effort mécanique exercé par un tel équipement de décollement peut être suffisant pour provoquer le détachement auto- entretenu. Le détachement obtenu est auto-entretenu en ce sens, notamment, qu'au contraire d'un détachement purement mécanique, il n'y a pas de mouvement d'un outil le long de la zone fragilisée.
Puisque le détachement est auto-entretenu, il n'y a pas de réelle propagation par à-coups d'une onde de fracture, susceptible de générer des ondulations en surface. En outre, puisqu'il n'y a pas de mouvement d'un quelconque outil le long des surfaces nouvellement créées, il n'y a pas dégradation de l'état de surface des surfaces ainsi libérées.
Ces surfaces présentent ainsi un état de surface relativement lisse, et la face libre 9 de la couche mince 5 transférée sur le substrat donneur notamment présente une rugosité bien plus faible que selon les solutions classiques mettant en oeuvre un détachement spontané pendant un recuit thermique (détachement purement thermique), ou un détachement purement mécanique. En particulier, la Demanderesse a pu observer que la rugosité de surface de la face libre 9 ainsi que la densité de trous en surface de la face libre 9 sont fortement réduites en bord de plaque, au niveau de la zone dense Zd représentée sur la figure 1.
La Demanderesse a alors pu constater que l'utilisation de ce mode de détachement permet de réaliser un traitement de finition simplifiée, et
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notamment un traitement de finition selon l'une ou l'autre des première et deuxième séquences simplifiées mentionnées ci-dessus, cela sans que l'on vienne compromettre la rugosité de surface, ou engendrer des défauts de type traversants.
L'invention propose ainsi de combiner : le mode de détachement discuté ci-dessus associant : une fragilisation thermique contrôlée (notamment interrompue avant l'initiation du détachement), et l'application locale d'une énergie additionnelle déclenchant le détachement auto-entretenu le long de la zone fragilisée, avec une étape de traitement de la structure obtenue après détachement consistant en une séquence d'opérations de finition simplifiée. En référence à la figure 3c, la structure obtenue après détachement traitée par ladite séquence simplifiée est donc la structure comprenant le substrat support 7 et la partie 5 du substrat donneur 1 transférée sur le substrat donneur 7. Cette séquence a notamment pour objectif d'amincir la partie 5 pour l'amener à l'épaisseur cible pour la couche mince, diminuer la rugosité de surface et garantir une bonne qualité en terme de défauts. A l'issue de ce traitement, on aboutit à la structure finale désirée comprenant (cf. figure 3d) la couche mince 8 (présentant notamment l'épaisseur cible) sur le substrat support 7. Selon un premier mode de réalisation possible, la séquence simplifiée est la première séquence simplifiée discutée précédemment, à savoir la 25 séquence RTA/Sacrox/RTA. On notera dès à présent que ce premier mode est avantageux dans le cadre de la formation de structures disposant d'une couche mince fine (épaisseur inférieure à 1000 Angstrôms, en particulier inférieure à 500 Angstrôms) en ce qu'il permet notamment de prévenir l'apparition de défauts 30 traversants.
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La mise en oeuvre de ce premier mode de réalisation peut notamment conduire à la formation d'une structure SOI de 300 mm de diamètre dont la couche mince en silicium présente une épaisseur de 350 Angstrôms et une densité de défauts de type HF inférieure à 0,3 défauts/cm2, voire même inférieure à 0,2 défauts/cm2. En effet la réalisation d'un recuit RTA directement après le détachement auto-entretenu permet d'éviter l'apparition de trous susceptibles de déboucher après l'application de l'opération d'oxydation sacrificielle. Le deuxième recuit RTA permet alors d'achever la guérison des défauts résiduels, tout en diminuant un peu plus la rugosité de la surface de la couche mince. Et la mise en oeuvre de ce premier mode de réalisation permet typiquement d'atteindre une rugosité inférieure à 5 A RMS (telle que mesurée par un balayage 10*10 pm2).
Le figure 2 est une cartographie similaire à celle de la figure 1 illustrant le nombre réduit de défauts traversants dans une couche mince particulièrement fine (épaisseur de 350 Angstrôms) obtenue par la mise en oeuvre de ce premier mode de réalisation possible. En variante à ce premier mode de réalisation, l'invention prévoit également de mettre en oeuvre, à la place des deux recuits RTA, une seule opération de recuit ; cette opération de recuit unique disposant d'un effet de lissage équivalent voire supérieur à celui des deux opérations RTA. En d'autres termes, on fusionne les deux RTA en une seule opération de recuit en four qui est mise en oeuvre avant l'opération d'amincissement, cette opération de recuit en four disposant d'un effet de lissage au moins équivalent à celui de deux RTA. Une telle opération de recuit unique est par exemple un recuit en four (également dénommé Batch Anneal ). La séquence simplifiée est alors constituée d'une opération de recuit thermique en four suivi d'une opération oxydation sacrificielle.
A titre d'exemple, le recuit Batch Anneal peut être réalisé sous une atmosphère d'hydrogène et/ou d'Argon, pendant une durée comprise entre 5 minutes et quatre heures. Selon un deuxième mode de réalisation possible, la séquence simplifiée est la deuxième séquence simplifiée discutéeprécédemment, à savoir la séquence Sacrox/RTA/Sacrox. On notera que ce mode de réalisation, outre le fait qu'il permet de prévenir l'apparition de défauts traversants, permet également d'atteindre des niveaux de rugosités particulièrement faibles en bord de plaque.
En effet la mise en oeuvre dans le cadre de l'invention du détachement auto-entretenu discuté précédemment, entraîne une réduction de la densité et de la profondeur des trous en bord de plaque. Cette réduction s'accompagne d'une diminution de la rugosité en bord de plaque (la rugosité au centre étant quant à elle peu modifiée).
Les problèmes de trous et de rugosité en bord de plaque étant évités, la mise en oeuvre de la séquence Sacrox/RTA/Sacrox est alors rendue possible. On a représenté sur la figure 4 une mesure de rugosité R, par balayage d'une surface de 30*30,um2 de la couche mince de la structure finale, à l'aide d'un microscope à force atomique AFM en bord de plaque (cf. ronds) et au centre de la plaque (cf. carrés). La couche mince est plus précisément une couche en silicium d'une structure SOI présentant une épaisseur de 1000 Angstrêms. Cette figure 4 permet de comparer la rugosité de surface de la couche mince lors de la mise en oeuvre de la séquence de finition simplifiée Sacrox/RTA/Sacrox suite à un détachement conforme à celui proposé dans l'invention (cas A, à gauche sur la figure 4), et suite à un détachement purement thermique (cas B, à droite sur la figure 4). On peut constater que la mise en oeuvre de l'invention n'apporte pas un gain de rugosité particulier au centre.
En revanche, on constate que la mise en oeuvre de l'invention présente un effet bénéfique en bord de plaque. La rugosité en bord de plaque n'est effectivement pas trop élevée, et permet de rendre la séquence simplifiée Sacrox/RTA/Sacrox exploitable en tant que séquence de finition.
En tout état de cause, on notera que l'on observe une rugosité homogène sur toute la surface de la plaque après mise en oeuvre de la séquence simplifiée. Dans le cadre de l'invention, l'opération de recuit thermique rapide RTA est classiquement effectuée pendant une durée de quelques secondes ou quelques dizaines de secondes, sous atmosphère contrôlée. Pour réaliser un recuit RTA de la structure obtenue après détachement, on recuit ladite structure à une température élevée, pouvant être par exemple de, l'ordre de 900 C à 1300 C, pendant 1 à 60 secondes. L'atmosphère contrôlée peut être une atmosphère comprenant un 15 mélange d'argon et d'hydrogène, ou une atmosphère d'argon pur, ou encore une atmosphère d'hydrogène pur. Dans le cadre de l'invention, l'opération d'oxydation sacrificielle se décompose de manière classiquement connue en soi en une étape d'oxydation et une étape de désoxydation, un traitement thermique étant 20 intercalé entre l'étape d'oxydation et l'étape de désoxydation. L'étape d'oxydation est préférentiellement réalisée à une température comprise entre 700 C et 1100 C. Elle peut être réalisée par voie sèche (par exemple sous oxygène gazeux) ou voie humide (par exemple dans une atmosphère chargée en 25 vapeur d'eau). Par voie sèche ou par voie humide, l'atmosphère d'oxydation peut aussi être chargée en acide chlorhydrique. L'étape d'oxydation aboutit à la formation d'une couche d'oxyde en surface de la couche mince.
Le traitement thermique peut être effectué à température constante ou variable. Préférentiellement, le traitement thermique est effectué à une température comprise entre 1100 et 1200 C, sous atmosphère oxydante. L'étape de désoxydation, réalisée suite au traitement thermique, vient retirer la couche d'oxyde formée lors de l'étape d'oxydation. Elle est par exemple menée en plongeant la structure pendant quelques minutes dans une solution d'acide fluorhydrique à 10% ou 20% par exemple. Dans ce qui précède, on a évoqué l'oxydation sacrificielle comme forme préférentielle d'une opération d'amincissement. L'invention n'est toutefois aucunement limitée à cette forme préférentielle, mais s'étend à d'autres types d'opérations d'amincissement, comme par exemple des opérations de gravure sèche (par exemple gravure plasma) ou de gravure humide (bain chimique adapté à la gravure, par exemple du silicium ; en particulier bain SC1, KOH, TMAH, etc.).
On comprend de ce qui précède que dans chacun de ces différents modes de réalisation, l'invention permet de rendre une séquence simplifiée exploitable comme séquence de finition. Par ailleurs, on notera que dans chacun des différents modes de réalisation, aucune opération de polissage n'est incorporée dans la séquence de finition. Il s'avère ainsi possible de former des couches minces en garantissant un écart type d'épaisseur inférieur à 5 A. En outre l'invention s'étend bien entendu aux structures couche mince sur substrat support , en particulier les structures SeOl, obtenues par la mise en oeuvre du procédé selon le premier aspect de l'invention.25
Claims (14)
1. Procédé de formation d'une structure comportant une couche mince (8) en un matériau semiconducteur sur un substrat (7), comprenant les étapes de : création d'une zone fragilisée (3) dans l'épaisseur d'un substrat donneur (1) ; mise en contact intime du substrat donneur (1) avec un substrat support (7) ; détachement du substrat donneur (1) au niveau de la zone fragilisée (3), pour transférer une partie (5) du substrat donneur (1) sur le substrat support (7); traitement de ladite partie (5) du substrat donneur transférée sur le substrat support pour former ladite couche mince (8), ledit traitement consistant en une séquence d'opérations de finition ; le procédé étant caractérisé en ce que : le détachement est réalisé par : - application d'un traitement thermique de développement de la fragilisation de la zone fragilisée (3), sans initiation du détachement thermique de ladite partie du substrat donneur, - et application d'une impulsion (10) provoquant le détachement auto- entretenu de ladite partie (5) du substrat donneur ; et en ce que la séquence d'opérations de finition est une séquence simplifiée par suppression de la première ou de la dernière opération d'une séquence consistant en la répétition de l'enchaînement : d'une opération de lissage de la surface libre (9) de ladite partie (5) du substrat donneur transférée sur le substrat support (7), avec une opération d'amincissement de ladite partie (5) du substrat donneur transférée sur le substrat support.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite séquence simplifiée est obtenue par suppression de la première opération, et 19 consiste en une opération d'amincissement intercalée entre deux opérations de lissage.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite séquence simplifiée est obtenue par suppression de la dernière opération, et consiste en une opération de lissage intercalée entre deux opérations d'amincissement.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'opération de lissage est un recuit thermique.
5. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le recuit thermique est un recuit thermique rapide RTA.
6. Procédé selon la revendication 5, en combinaison avec la revendication 2, caractérisé en ce que les deux opérations de lissage par recuit thermique rapide RTA sont fusionnées en une opération de recuit en four disposant d'un effet de lissage au moins équivalent à celui de deux recuits thermiques rapides RTA qui est mise en oeuvre avant l'opération d'amincissement.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes., caractérisé en ce que l'opération d'amincissement est une opération d'oxydation sacrificielle.
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le budget thermique du traitement de développement de la fragilisation correspond à 60% ou plus, et préférentiellement à 80% ou plus, du budget thermique conduisant à un détachement purement thermique.
9. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le traitement thermique de développement de la fragilisation est un recuit isotherme à 350 C pendant une durée comprise entre deux et trois heures. 20
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la zone fragilisée (3) est créée par implantation d'espèces dans l'épaisseur du substrat donneur (1), ladite implantation étant mise en oeuvre par implantation d'une seule espèce ou par co-implantation d'au moins deux espèces différentes.
11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'amincissement réalisé au cours la séquence d'opérations de finition est prévu pour que la couche mince (8) formée sur le substrat support (7) présente une épaisseur inférieure à 1000 Angstrôms, et notamment une épaisseur inférieure à 500 Angstrôms.
12. Structure SeOl comportant une couche mince (8) en un matériau semiconducteur sur un substrat support (7), une couche isolante étant intercalée entre la couche mince et le substrat, la couche mince présentant une épaisseur inférieure à 1 000 Angstrôms, en particulier une épaisseur inférieure à 500 Angstrôms, caractérisée en ce que la couche mince présente une densité de défauts HF inférieure à 0,3/cm2, et en particulier une densité de défauts HF inférieure à 0,2/cm2.
13. Structure selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la couche mince présente sur toute son étendue une rugosité de surface, mesurée en balayant une surface de 10*10pm2, inférieure à 5 A RMS.
14. Structure selon l'une des deux revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche mince présente un écart-type, sur toute l'étendue de celle-ci, inférieur à 5 A. 30
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