FR2980279A1 - Procede de fabrication d'une structure composite a separer par exfoliation - Google Patents

Procede de fabrication d'une structure composite a separer par exfoliation Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'une structure composite (225) comportant une couche (215) à séparer par irradiation, le procédé comprenant la formation d'un empilement comportant : - un substrat support (205) formé d'un matériau au moins partiellement transparent à une longueur d'onde déterminée ; - la couche à séparer (215) ; et - une couche de séparation (210) interposée entre le substrat support et la couche à séparer, la couche de séparation étant apte à être séparée par exfoliation sous l'action d'un rayonnement (222a) ayant une longueur d'onde correspondant à la longueur d'onde déterminée, le procédé comprenant en outre, pendant l'étape de formation de l'empilement composite, une étape de traitement de modification des propriétés optiques de réflexion à l'interface (206) entre le substrat support et la couche de séparation ou au niveau de la face supérieure (205a) du substrat support.

Description

Arrière-plan de l'invention L'invention concerne le domaine de la fabrication de structures composites (ou multicouches) à semi-conducteur et porte plus particulièrement sur les procédés de séparation par exfoliation permettant le détachement d'une ou plusieurs couches d'une structure composite, dans le cadre par exemple du transfert de couches d'un support initial vers un support final. Dans le domaine de la fabrication de structures composites, il est souvent utile de pouvoir assembler et/ou séparer des films ou couches, telles que des couches semi-conductrices ou isolantes par exemple. De telles séparations sont notamment nécessaires pour transférer une couche d'un substrat initial vers un substrat final. Ces transferts interviennent par exemple dans la mise en oeuvre de la technologie tridimensionnelle de composants qui implique la formation de composants électroniques, photovoltaïques et/ou optoélectroniques sur les deux faces (« face avant » et « face arrière ») d'une même couche (3D-intégration). On réalise également des transferts de couche pour transférer des circuits lors de la fabrication d'imageurs éclairés en face arrière. Le transfert de couches est aussi utile pour changer le substrat sur lequel une ou plusieurs couches sont formées afin que le nouveau substrat respecte des besoins en termes notamment de coût, de caractéristiques physiques (taille de maille, résistance à la température...) etc. Un procédé de transfert de film mince est par exemple décrit dans le document de brevet EP 0 858 110. Cette méthode prévoit en particulier la séparation d'un film à l'aide d'une technique de séparation par exfoliation, cette technique nécessitant notamment l'irradiation d'une structure composite au travers d'un substrat transparent. Un exemple de mise en oeuvre d'un procédé de fabrication d'une structure composite (étapes S1 et S2) et d'un procédé de séparation par exfoliation (étape S3 et S4) est à présent décrit en référence à la figure 1. En premier lieu, une couche 10 dite de séparation (ou couche d'absorption optique) est assemblée par collage sur l'une des faces d'un 35 substrat support 5 (étape S1). Comme indiqué plus en détail ultérieurement, le substrat support 5 est au moins partiellement transparent à une longueur d'onde prédéterminée. Une couche 15 (appelée aussi « couche à séparer ») est ensuite assemblée par collage sur la face de la couche 10 opposée à celle en contact avec le substrat support 5, de façon à obtenir une structure composite 25 (étape S2). On notera que l'assemblage des couches 5, 10 et 15 lors des étapes S1 et S2 peut s'effectuer au moyen d'une quelconque technique d'assemblage appropriée, telle que par exemple, une technique de collage par adhésion moléculaire ou faisant intervenir une couche de collage intermédiaire. De plus, les couches 10 et 15 ne sont pas nécessairement assemblées par collage pour former la structure composite 25. En variante, il est possible de former au moins l'une des couches 10 et 15 au moyen d'une technique de dépôt appropriée. La couche de séparation 10 peut, par exemple, être formée par dépôt PECVD (« plasma enhanced chemical vapor deposition ») ou LPCVD (« low pressure CVD »). Une fois la structure composite 25 formée, on peut procéder à la séparation par exfoliation de la couche de séparation 10. Ce procédé permet de détacher la couche 15 du substrat support 5. Pour ce faire, la couche de séparation 10 est irradiée au moyen d'un rayonnement électromagnétique 20 au travers du substrat support 5 (étape S3). Le rayonnement 20 est à une longueur d'onde pour laquelle le substrat support 5 est au moins partiellement transparent. On entend ici par « partiellement transparent », un substrat dont la transmittance à la longueur d'onde considérée est au moins de 10%, et de préférence supérieure ou égale à 50%. Comme indiqué ultérieurement, le niveau de transparence requis variera selon la quantité d'énergie du faisceau électromagnétique 20 reçue par la couche de séparation 10.
Lors de cette étape S3 d'irradiation, la couche de séparation 10 absorbe la lumière incidente traversant l'interface 8 entre le substrat support 5 et la couche de séparation 10. Cette irradiation entraîne une réduction, voire une élimination, des forces d'adhérence entre les atomes ou les molécules dans le matériau de la couche de séparation 10. Sous l'action du rayonnement 20, la matière constituant la couche de séparation 10 est en effet soumise à une excitation photochimique et/ou thermique qui conduit à la rupture de chaîne d'atomes ou de molécules. Ces ruptures provoquent ainsi la séparation par exfoliation de la couche de séparation 10, soit dans l'épaisseur même de la couche 10 (exfoliation dite « interne »), soit à l'interface 8 entre la couche 10 et le substrat support 5 ou à l'interface 12 entre la couche 10 et la couche à séparer 15 (exfoliation « d'interface »). Ce phénomène d'exfoliation peut également mettre en jeu un ou plusieurs gaz dégagés par la matière de la couche de séparation 10 sous l'action du rayonnement 20. A noter que la séparation induite par le rayonnement 20 ne se traduit pas nécessairement pas un détachement ou une séparation effective dans la couche de séparation 10 (ou à lune des interfaces 8 et 12) mais peut simplement se manifester par une fragilisation de la matière de la couche de séparation 10. Dans ce dernier cas, l'application d'une énergie supplémentaire (sous forme d'efforts mécaniques par exemple) est nécessaire pour obtenir le détachement effectif entre le substrat support 5 et la couche 15 (si un tel détachement est effectivement souhaité). Une fois le substrat 5 et la couche 15 totalement séparés (étape S4), il est possible de recycler le substrat support 5 en vue de former une nouvelle structure composite. Actuellement, les structures composites réalisées selon la construction de la figure 1 présentent en général l'une des compositions suivantes : - GaN / A1203 ce qui correspond à une couche de séparation 10 en GaN et à un substrat support 5 en saphir ; SI3N4 / A1203, ce qui correspond à une couche de séparation 10 en Si3N4 et à un substrat support 5 en saphir. En ce qui concerne ces compositions, les résultats en termes de qualité de séparation par exfoliation sont en général satisfaisants. Lorsque l'on procède, par exemple, à la séparation de couches de GaN déposées sur un substrat saphir, l'application du rayonnement 20 (à une longueur d'onde comprise typiquement entre 190 et 250 nm) s'effectue dans de bonnes conditions et la séparation est obtenue sans difficulté particulière. La déposante a cependant observé que les résultats peuvent être particulièrement dégradés lorsque ce procédé de séparation est appliqué à d'autres compositions de la structure composite 25. La séparation par exfoliation est beaucoup plus délicate pour une structure composite 25 de type SiO2 / Si (i.e. Silice sur silicium) par exemple. La déposante a constaté de grandes variations en termes de qualité de séparation par exfoliation en fonction des lots étudiés et, en règle générale, des séparations moins uniformes et nécessitant d'avantage d'exposition au rayonnement. Il existe donc aujourd'hui un besoin pour des structures composites mieux adaptées au procédé de séparation par exfoliation, et ce quelle que soit la composition des structures composites considérées. Il existe en particulier un besoin pour des structures composites de composition non conventionnelle aptes à se séparer par exfoliation dans de bonnes conditions. Objet et résumé de l'invention A cet effet, la présente invention concerne un procédé de fabrication d'une structure composite comprenant: une couche à séparer par irradiation, le procédé comprenant la formation d'un empilement comportant au moins : - un substrat support formé d'un matériau au moins partiellement transparent à une longueur d'onde déterminée ; - la couche à séparer ; et une couche de séparation interposée entre le substrat support et la couche à séparer, la couche de séparation étant apte à être séparée par exfoliation sous l'action d'un rayonnement ayant une longueur d'onde correspondant à ladite longueur d'onde déterminée, le procédé de fabrication comprenant en outre, pendant l'étape de formation de l'empilement composite, au moins une étape de traitement de modification des propriétés optiques de réflexion à l'interface entre le substrat support et la couche de séparation ou au niveau de la face supérieure du substrat support opposée à la face dudit substrat en contact avec la couche de séparation. Il est alors possible d'appliquer un procédé de séparation par exfoliation à la structure composite de l'invention afin de détacher la 35 couche à séparer du substrat support. Pour ce faire, une onde électromagnétique est appliquée sur le substrat support qui la transmet partiellement à la couche de séparation sous-jacente. L'étape de traitement de modification des propriétés optiques de réflexion permet avantageusement de limiter ou d'éviter, lors du procédé de séparation par exfoliation, la réflexion des faisceaux lumineux au niveau de la ou des interfaces ainsi traitées. La structure composite de l'invention permet ainsi de réduire les variations d'énergie transmise, lors du procédé de séparation par exfoliation, en fonction de l'épaisseur du substrat support, et de maximiser la quantité d'énergie effectivement transmise dans la couche de séparation. La qualité et la reproductibilité de la séparation par exfoliation entre le substrat support et la couche à séparer sont ainsi grandement améliorées. L'invention permet notamment de procéder à des séparations par exfoliation sur des structures composites présentant des compositions différentes de celles généralement utilisées et qui sont particulièrement sensibles aux interférences optiques. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, l'étape de traitement comprend la formation d'au moins une couche anti-réflective à l'interface entre le substrat support et la couche de séparation et/ou au niveau de la face supérieure du substrat support. Cette couche anti-réflective a pour effet de combiner deux réflexions en opposition de phase pour qu'elles soient destructrices ce qui permet avantageusement de réduire, voire d'empêcher, toute réflexion de la radiation lumineuse transmise, lors du procédé de séparation par exfoliation, par le substrat support. La transmission de l'énergie lumineuse à travers le substrat support vers la couche de séparation est de ce fait maximisée, ce qui permet d'améliorer significativement la qualité de la séparation par exfoliation. L'indice de réfraction n2 de la couche anti-réflective est de préférence sensiblement égal à Vn1 x n3, où n1 et n3 sont respectivement l'indice de réfraction du substrat support et de la couche de séparation. De manière encore plus préférée, n2=-Vn1 x n3. Fixer l'indice optique n2 à une valeur proche (à ± 10%, voire à ± 5% par exemple) ou égale à Vnl x n3 permet avantageusement de limiter au maximum les réflexions indésirables lors de l'étape d'irradiation du procédé de séparation par exfoliation.
Par ailleurs, la couche de séparation peut comprendre une sous couche de chauffage et une sous couche d'exfoliation, la sous couche d'exfoliation étant apte à se décomposer sous l'action d'un chauffage induit par la sous couche de chauffage.
Dans un mode particulier, le substrat support est en silicium, la sous couche de chauffage est en silice, la sous couche d'exfoliation est en Si3N4 et la couche anti-réflective est en SiON dont l'indice de réfraction est sensiblement égal à (voire égal à) 2,61. Selon une variante du premier mode de réalisation, lorsqu'une couche anti-réflective est formée à l'interface entre le substrat support et la couche de séparation, la composition de la couche anti-réflective varie graduellement suivant son épaisseur de façon à ce que son indice de réfraction n2 soit égal à n1 au niveau de son interface avec le substrat support et soit égal à n3 au niveau de son interface avec la couche de séparation. Cette variante permet avantageusement d'éviter des sauts importants d'indice optique aux interfaces mises en jeu dans la structure composite. Ainsi, les réflexions à l'interface entre la couche anti-réflective et le substrat support sont minimisées.
Selon cette variante, la couche de séparation peut comprendre une sous couche de chauffage en silice et une sous couche d'exfoliation en Si3N4, la sous couche d'exfoliation étant apte à se décomposer sous l'action d'un chauffage induit par la sous couche de chauffage, le substrat support étant en silicium, et dans lequel la composition de la couche anti- réflective est en SiOx, où x varie graduellement entre 0 et 2. Comme indiqué précédemment, une couche anti-réflective peut être formée au niveau de la face supérieure du substrat support. Si tel est le cas, la composition de la couche anti-réflective peut varier graduellement suivant son épaisseur de façon à ce que son indice de réfraction n2 soit égal à n1 au niveau de son interface avec le substrat support et soit égal à nO au niveau de sa surface supérieure opposée à l'interface avec le substrat support, nO étant l'indice de réfraction du milieu dans lequel est placée la structure composite lors de l'irradiation. Cette variation graduelle de la composition permet 35 avantageusement d'éviter des sauts importants d'indice optique à l'interface entre la face supérieure du substrat support et le milieu environnant dans lequel se trouve la structure composite. Ainsi, les réflexions au niveau de la face supérieure du substrat support sont minimisées ce qui permet d'avoir un maximum d'énergie lumineuse transmise à la couche de séparation lors du procédé de séparation.
Par ailleurs, lorsqu'une couche anti-réflective est formée à l'interface entre le substrat support et la couche de séparation, l'épaisseur (notée el) de la couche anti-réflective est de préférence sensiblement égale à (2M + 1) /1/4, M étant un entier impair supérieur ou égal à 0 et À étant la longueur d'onde déterminée. De manière encore plus préférée, el=(2M + 1) - /1/4. En ajustant ainsi l'épaisseur de de la couche anti-réflective, il est possible de réduire au maximum sa réflectivité. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, l'étape de traitement comprend la formation d'au moins une couche rugueuse à l'interface entre le substrat support et la couche de séparation et/ou au niveau de la face supérieure du substrat support, la couche rugueuse présentant un niveau moyen de rugosité supérieure ou égal à 50 A RMS sur un champs de mesure égal à 3 fois au moins la dimension de la zone de la face supérieure à irradier par le rayonnement. La formation d'une telle couche rugueuse permet avantageusement de modifier les propriétés physiques à l'interface considérée, celle-ci passant de l'état spéculaire à l'état diffus. De ce fait, la structure composite de l'invention n'est pas ou peu sensible aux interférences optiques aussi bien constructives que destructrices (cf. infra). La formation de la couche rugueuse peut être réalisée au moins par meulage mécanique ou par gravure chimique. Corrélativement, la présente invention concerne un procédé de séparation d'une couche dans une structure composite de l'invention telle que décrite ci-avant. Le procédé de séparation comprend l'irradiation, à travers le substrat support de la structure, de la couche de séparation au moyen d'une lumière incidente correspondant à la longueur d'onde à laquelle est au moins partiellement transparent le substrat support afin d'induire la fragilisation ou la séparation par exfoliation de la couche de séparation. L'invention concerne également une structure composite 35 comprenant un empilement composite formé d'au moins : un substrat support formé d'un matériau au moins partiellement transparent à une longueur d'onde déterminée ; une couche à séparer par irradiation ; et une couche de séparation interposée entre le substrat support et la couche à séparer, la couche de séparation étant apte à être séparée par exfoliation sous l'action d'un rayonnement ayant une longueur d'onde correspondant à la longueur d'onde déterminée, la structure composite comprenant en outre au moins une couche de modification des propriétés optiques de réflexion à l'interface entre le substrat support et la couche de séparation ou au niveau de la face supérieure du substrat support opposée à la face en contact avec la couche de séparation. Les modes de réalisation et avantages exposés ci-avant en référence au procédé de fabrication selon l'invention s'appliquent de manière analogue à la structure composite de l'invention. Selon un mode de réalisation particulier, chaque couche de modification des propriétés optiques de réflexion correspond respectivement à une couche anti-réflective et/ou à une couche de rugosité présentant un niveau moyen de rugosité supérieure ou égal à 50 A RMS sur un champ de 5 pm x 5 pm. De plus, la structure peut comprendre au moins une couche de modification des propriétés optiques de réflexion correspondant à une couche anti-réflective et au moins une couche de modification des propriétés optiques de réflexion correspondant à une couche de rugosité.
Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1 représente, de manière schématique, un procédé (étapes S1 et S2) de fabrication connu d'une structure composite ainsi qu'un procédé (étapes S3 et S4) de séparation par exfoliation appliqué à ladite structure ; la figure 2 illustre, de manière schématique, le mécanisme de création d'interférences optiques dans le substrat support d'une structure composite ; les figures 3A et 3B représentent, de manière schématique, un procédé de fabrication (étapes S10-S14) d'une structure composite selon un premier mode de réalisation de l'invention ainsi qu'un procédé de séparation par exfoliation (S16-S18) appliqué à ladite structure ; les figures 4A et 4B représentent, de manière schématique, un procédé de fabrication (étapes S110-S114) d'une structure composite selon un second mode de réalisation de l'invention ainsi qu'un procédé de séparation par exfoliation (S116-S118) appliqué à ladite structure ; les figures 5A et 5B représentent, de manière schématique, l'irradiation d'une structure composite conforme à deux variantes du deuxième mode de réalisation de l'invention. Description détaillée de plusieurs modes de réalisation La présente invention concerne une structure composite susceptible d'être séparée par exfoliation dans de bonnes conditions, et ce mêmes pour des compositions qui traditionnellement n'offrent pas de bon résultats. La déposante a conduit une étude qui a permis de mettre en évidence le mécanisme physique à l'origine des difficultés rencontrées pour mettre en oeuvre un procédé de séparation par exfoliation. Cette étude a en particulier mis en évidence le rôle des interférences optiques se produisant dans le substrat support lors de l'irradiation de la structure composite. Ce mécanisme est à présent décrit en référence à la figure 2. Dans cette figure est représentée la structure composite 25 telle que décrite plus haut en référence à la figure 1. La figure 2 représente en particulier un rayon lumineux incident 22a atteignant la surface exposée 5a du substrat support 5 lors de l'étape S3 d'irradiation. Comme pour tout rayon lumineux rencontrant un milieu semi absorbant, une partie (non représentée) du rayon lumineux 22a est réfléchie à la surface supérieure 5a du substrat 5 tandis qu'une partie 22b du rayon est transmise dans le substrat support 5. Lors de son parcours dans l'épaisseur du substrat support 5, une partie du rayon transmis 22b est absorbée et la partie restante atteint l'interface 8 entre le substrat support 5 et la couche de séparation 10. L'interface 8 fonctionne à nouveau comme un dioptre optique de sorte que le rayon 22b est partiellement réfléchi (rayon réfléchi 22d) et la partie restante 22c est transmise dans la couche de séparation 10. Le rayon réfléchi 22d rencontre de nouveau la surface supérieure 5a et déclenche de nouveaux processus de réflexion internes au sein du substrat support 5.
Or, les différents rayons lumineux (22b, 22d, 22e...) parcourant l'épaisseur du substrat support 5 interagissent entre eux pour créer, suivant leur déphasage, des ondes d'intensités plus importante (on parle d'interférence constructive) ou des ondes d'intensité moins importante (on parle d'interférence destructrice). Ces phénomènes d'interférence sont à l'origine des fortes variations et des réductions importantes constatées par la déposante concernant l'énergie radiative transmise par le substrat support à la couche de séparation. Plus particulièrement, les études ont montré que le niveau des interférences dépend fortement des sauts d'indice optique (ou d'indice de réfraction) rencontrés par le rayonnement à la surface exposée 5a et à l'interface 8. Idéalement, il convient de minimiser la différence d'indice optique entre les différents matériaux mis en jeu. En ce qui concerne les compositions de structures composites conventionnelles (à savoir GaN / A1203 ou SI3N4 / A1203,), la situation est particulièrement favorable puisque les sauts d'indice sont au maximum de 0,87 pour un rayonnement de longueur d'onde comprise entre 150 et 300 nm (l'indice optique du saphir et du Si3N4 étant respectivement de 1,87 et 2,27). La situation est en revanche bien moins favorable pour une composition SiO2 / Si où l'indice optique de la silice et du silicium s'élève respectivement à 1,992 et 3,42 pour un rayonnement présentant une longueur d'onde supérieure à 1,5 pm. Dans la mesure où la surface exposée 5a est en contact avec de l'air (d'indice égal à 1), on obtient par exemple des sauts d'indice optiques très importants (de l'ordre de 2,4 ou 1,4 entre chacune des couches) pour un rayonnement à 9,3 pm de longueur d'onde. Ces sauts d'indices optiques importants contribuent à 2 9802 79 11 engendrer de très fortes variations de l'intensité lumineuse transmise à la couche de séparation 10 lors de l'étape S3. Par ailleurs, le niveau de sensibilité aux interférences vis-à-vis de l'épaisseur du substrat support est extrême dans le cas ci-dessus d'une 5 couche de séparation en silice et d'un substrat support en silicium. On observe en effet un maximum d'intensité transmise selon une période de 1,35 pm d'épaisseur du silicium. Autrement dit, si l'on considère une épaisseur L du substrat support en silicium pour laquelle un maximum de transmission est atteint, un minimum de transmission sera en principe 10 obtenu pour une épaisseur L + 1,35/2 pm et un nouveau maximum de transmission sera atteint pour une épaisseur L + 1,35 pm d'épaisseur. Cela signifie qu'il serait nécessaire de maîtriser l'épaisseur du substrat support en silicium à un niveau de précision bien supérieur à 0,675 pm pour éviter des variations importantes de transmission du rayonnement 15 dans la couche de séparation. Un tel niveau de contrôle n'est aujourd'hui pas envisageable pour les substrats supports en silicium, dont l'épaisseur varie en général selon une amplitude de l'ordre de 5 pm et 1,5 pm pour un diamètre de plaque (ou « wafer ») de 200 mm et 300 mm, respectivement ( Total Thickness Variation ou « Till »). 20 Le niveau de contrôle de l'épaisseur pour des substrats tels que ceux en silicium est donc insuffisant ce qui contribue au problème des variations d'énergie transmise comme expliqué ci-avant. Les problèmes de transmission et d'interférence optique n'ont jusqu'à présent pas été traités efficacement notamment en raison du fait 25 que ceux-ci ont un impact limité sur les structures composites de composition traditionnelle. La déposante a donc développé une nouvelle structure composite permettant de remédier aux inconvénients précités et ce, quelle que soit la composition de la structure en question. Une structure composite conforme à un premier mode de 30 réalisation de l'invention est à présent décrite en référence aux figures 3A et 3B. Ces figures représentent un exemple de procédé de fabrication (étapes S10 à S14) permettant d'obtenir cette structure composite ainsi qu'un procédé de séparation par exfoliation (étapes S16 à S18) appliqué à ladite structure. 35 Comme représenté en figure 3A, une couche anti-réflective 106 d'épaisseur el est tout d'abord formée par dépôt sur la surface 105b du substrat support 105 (étape S10). La réalisation de la couche antiréflective 106 peut se faire par toute technique de dépôt appropriée (par dépôt PECVD ou LPCVD par exemple) ou tout autre technique de formation de couche appropriée. On peut également envisager d'assembler la couche anti-réflective 106 par collage sur la face 105b du substrat support 105. L'objet et les caractéristiques de cette couche 106 seront développés plus en détail ultérieurement. Dans l'exemple décrit ici, le substrat support 105 est en silicium. Une couche de séparation 110 est ensuite assemblée par collage sur la face exposée de la couche anti-réflective 106, c'est-à-dire la face opposée à celle en contact avec le substrat support: 105 (étape S12). Une couche à séparer 115 est également assemblée par collage sur la face exposée de la couche de séparation 110 de façon à former la structure composite 125 (étape S14).
Les couches 110 et 115 ne sont pas nécessairement assemblées par collage pour former la structure composite 125. En variante, il est possible de former au moins l'une des couches 110 et 115 au moyen d'une technique de dépôt appropriée. La couche de séparation 110 peut, par exemple, être formée par dépôt PECVD ou LPCVD.
Une fois la structure 125 formée, il est possible de détacher la couche 115 du substrat support 105 en séparant par exfoliation la couche de séparation 110 (étapes S16 et S18). On notera que la structure composite 125 peut faire l'objet d'étapes technologiques complémentaires avant que soit mis en oeuvre le procédé de séparai:ion par exfoliation. Une ou plusieurs couches peuvent en particulier être formées ou assemblées sur la face exposée de la couche 115 (un substrat final par exemple), éventuellement après que soient réalisées des étapes technologiques en face arrière de la couche 115 (formation de composants etc.). Pour séparer la couche 115 du substrat support 105, on applique tout d'abord un rayonnement électromagnétique 120 sur la couche de séparation 110 au travers du substrat support 105 (étape S16). Ce rayonnement, sous forme de faisceau, présente une longueur d'onde À à laquelle le substrat support 105 est au moins partiellement transparent. A cette longueur d'onde, le substrat 105 présente une transmittance d'au moins 10% et, de préférence, supérieure ou égale à 50%. Il est toutefois possible de compenser une transmittance faible en augmentant la quantité d'énergie du faisceau appliqué lors de l'étape S16 (en focalisant par exemple le faisceau). Dans l'exemple envisagé ici, la couche de séparation 110 peut comprendre une première sous couche dite de chauffage (en silice par exemple) et une seconde sous couche dite d'exfoliation (en Si3N4 par exemple). La sous couche de chauffage a pour fonction d'induire un échauffement sous l'effet de l'irradiation lors de l'étape S16. La fonction de la sous couche d'exfoliation est d'entraîner la séparation par exfoliation de la couche de séparation 110 sous l'effet de l'énergie thermique transmise depuis la sous couche de chauffage (par conduction thermique). La sous couche d'exfoliation est apte à se décomposer ou à se fragiliser sous l'action du chauffage induit par la sous couche de chauffage lors de l'irradiation. Dans une variante, la couche de séparation :110 comprend au moins 15 une sous couche, celle-ci assurant simultanément les fonctions de chauffage et d'exfoliation. Concernant la couche anti-réflective 106, celle-ci a pour effet de combiner deux réflexions en opposition de phase pour qu'elles soient destructrices ce qui permet avantageusement de réduire, voire 20 d'empêcher, toute réflexion de la radiation lumineuse transmise par le substrat support 105, tout en maximisant la transmission vers la couche de séparation 110. La fonction de la couche anti-réflective s'oppose donc à celle d'une couche de type miroir qui maximiserait la réflexion à l'interface entre le substrat support 105 et la couche de séparation 110. La couche 25 106 constitue à ce titre une couche de modification des propriétés optiques de réflexion à l'interface entre substrat support 105 et couche de séparation 110. Comme indiqué en référence à la structure composite 25, la séparation induite par le rayonnement 120 ne se traduit pas 30 nécessairement pas un détachement ou une séparation effective au niveau de la couche de séparation 110 mais peut simplement se manifester par une fragilisation de la couche 110 nécessitant l'application ultérieure d'une énergie supplémentaire (sous forme d'efforts mécaniques par exemple) pour obtenir un détachement effectif entre le substrat 35 support 105 et la couche 115.
Une fois le substrat 105 et la couche 115 totalement séparés (étape S18), il est possible de recycler le substrat support 105 en vue de construire une nouvelle structure composite Ce recyclage peut comprendre, le cas échéant, l'élimination de la couche anti-réflective 106.
Afin d'empêcher au maximum les réflexions indésirables lors de l'étape S16 d'irradiation, la couche anti-réflective 106 doit présenter un indice optique n2 proche, et de préférence égal, à la racine carré du produit des indices optiques des couches situées de part et d'autre. Autrement dit, l'indice n2 doit respecter la condition (1) suivante : n2 = Vn1 - n3 + 10% où n1 et n3 correspondent respectivement aux indices optiques du substrat support 105 et de la couche de séparation 110. L'indice n2 est de préférence choisi selon la condition (2) suivante : n2 = Vn1 - n3 Dans l'exemple envisagé ici, on considère que n1 et n3 sont respectivement de 3,42 et 1,992. L'indice optique n2 de la couche anti- réflective 106 est donc de l'ordre de 2,61, et de préférence égal à cette valeur. Par ailleurs, la réflectivité de la couche anti-réflective 106 dépend de son épaisseur el. Le cas idéal où sa réflectivité est minimale est atteint pour une épaisseur de couche de el= (2M+1) À/4, où M est un entier supérieur ou égale à 0. Dans l'exemple envisagé ici, la longueur d'onde À du rayonnement 120 s'élève 9,3 pm. Pour que la réflectivité de la couche anti-réflective 106 soit minimale, il convient donc que son épaisseur el = 4,6 pm environ (cas où n1 > n3).
D'autre part, comme indiqué précédemment, le niveau des réflexions dépend fortement des sauts d'indice optique entre les matériaux mis en jeu (i.e. les différences entre ni, n2 et n3). Selon une variante de ce premier mode de réalisation, la couche anti-réflective 106 est telle que son indice optique n2 varie graduellement suivant l'épaisseur de la couche 106 de façon à être égal à la valeur de n1 au niveau de l'interface avec le substrat support 105 et égal à n3 au niveau de l'interface avec la couche de séparation 110. Pour ce faire, la couche anti-réflective 106 envisagée ici est réalisée en déposant une couche de Si-Ox graduellement de plus en 2 9802 79 15 plus riche en silice afin d'atteindre la stoechiométrie SiO2 (x variant progressivement entre 0 et 2). Cette variante permet avantageusement d'éviter des sauts d'indice optique importants aux interfaces mises en jeu et donc, de minimiser les 5 réflexions à l'interface entre la couche anti-réflective 106 et le substrat support 105. Afin de minimiser les réflexions tout en optimisant la transmission du rayonnement vers la couche de séparation 110, il est possible de réaliser dans la couche anti-réflective 106 une ou une pluralité de sous- 10 couches nano-structurées connues sous l'appellation « moth-eye» (pour « oeil de papillon de nuit ») et dont le principe est de comporter des motifs de dimensions très inférieures à la longueur d'onde À du rayonnement 120 utilisé. Ces couches « moth-eye » présentent en particulier un niveau très faible de réflexion à la lumière incidente omnidirectionnelle. 15 Ces couches de type moth-eye, utilisées notamment dans les cellules solaires, sont par exemples décrites en détail dans le document « Characterization of antirefiection moth-eye film on aystalline silicon photovoltaic module », Noburu Yamada et al. Optics Express, Vol. 19, Issue S2, pp. A118-A125). Des nanostructures de type moth-eye peuvent 20 par exemple être réalisées sous forme de couches minces par traitement plasma ou par un procédé optique holographique complexe. Pour les différentes variantes décrites ci-avant, on notera qu'il est possible de disposer la couche anti-réflective 106 sur la face exposée 105a du substrat support 105 au lieu d'être positionnée à l'interface entre le 25 substrat support 105 et la couche de séparation 110. Cette variante est cependant moins préférée car elle autorise au moins une réflexion interne du rayon lumineux dans le substrat support 105, à savoir la réflexion du rayon atteignant pour la première fois l'interface entre le substrat support 105 et la couche de séparation 110. 30 Pour être optimale, cette dernière variante doit satisfaire la condition (1), et de préférence la condition (2) énoncées ci-avant en ce qui concerne les indices optiques ni, n2 et n3. Dans l'exemple envisagé ici, n2 doit donc être égal à 2,61. De plus, l'épaisseur (notée el') est de préférence telle que el' = (2P+1)À/4, où P est un entier supérieur ou égal à 0. Ainsi, pour une longueur À de 9,3 pm, la couche anti-réflective 106 disposée sur la face 105a du substrat support 105 est de préférence un alliage SiON d'indice optique 2,61 et d'épaisseur 2.32pm, 6.98pm, ...etc. De manière alternative, lorsqu'une couche anti-réflective 106 est formée au niveau de la face supérieure 105a du substrat support, la composition de la couche anti-réflective peut varier graduellement suivant son épaisseur de façon à ce que son indice de réfraction n2 soit égal à ni au niveau de son interface avec le substrat support 105 et soit égal à nO au niveau de sa surface supérieure (i.e. sa surface exposée) opposée à ladite interface avec le substrat support 105, nO étant l'indice de réfraction du milieu ambiant dans lequel est placée ladite structure composite lors de l'irradiation. Ce gradient d'indice permet avantageusement d'éviter des sauts d'indice optique importants aux interfaces mises en jeu et donc, de minimiser les réflexions à l'interface entre la couche anti-réflective 106 et le substrat support 105. Une structure composite conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention est à présent décrite en référence aux figures 4A, 4B, 5A et 5B. Plus particulièrement, ces figures représentent un exemple de procédé de fabrication (étapes S110 à S114) permettant d'obtenir une structure composite 225 ainsi qu'un procédé de séparation par exfoliation (étapes S116 à S118) appliqué à ladite structure. Comme représenté en figure 4A, le substrat support 205 est tout d'abord soumis à une étape 5110 de rugosification permettant d'accroître la rugosité de l'une de ses surface (notée 205b). La rugosité moyenne atteinte au niveau de la surface 205b est de préférence supérieure ou égal à 50Â RMS (A pour « Angstriirn » et RMS pour « Pool- mean square»), et de manière encore plus préférée, au moins égale à 100 Â RMS sur un champ (ou surface) de mesure égale à 3 fois au moins la dimension de la zone irradiée (lors de l'étape d'irradiation S116 à venir). Le niveau de rugosité doit en effet être élevé sur un champ, par exemple, de la dimension d'un spot laser (i.e. 1 pm x 1 pm par exemple). Ce champ de mesure peut être de 5 pm x 5 pm par exemple. Cette rugosification est réalisée à l'aide d'une méthode chimique de 35 type gravure par exemple (gravure TMAH par exemple lorsque le substrat support 5 est en silicium) ou d'une méthode de type mécanique telles que l'abrasion mécanique ou « grinding », le sablage, le polissage... Alternativement, une combinaison d'au moins deux de ces méthodes est utilisée pour atteindre le niveau de rugosité et l'état de surface souhaité. La couche de séparation 210 est ensuite assemblée par collage sur la face rugueuse 205b du substrat support 205 (étape S112). On obtient ainsi une interface 206 entre le substrat support 205 et la couche de séparation 210 caractérisée par une rugosité accrue au moins égal à 50Â RMS, voire à 1008 RMS, sur un champ égale à 3 fois au moins la zone irradiée (un champ de 5pm x 5 pm par exemple). Ce niveau de rugosité élevé s'étend sur une couche (ou zone) 207 d'épaisseur e2 située à l'interface 206 entre le substrat support 205 et la couche à séparer 210. Cette zone 207 correspond à une couche constituée des matériaux du substrat support 205 et de la couche de séparation 210 situés de part et d'autre de l'interface 206 sur une épaisseur e2. Cette épaisseur e2 peut, par exemple, être supérieure à 300A et atteindre une valeur de 500Â par exemple. Dans l'exemple décrit ici, le substrat support 205 est en silicium. De plus, la couche de séparation 210 est identique à la couche de séparation 110 : elle comporte, par exemple, une sous couche de chauffage en silice et une sous couche d'exfoliation en Si3N4 (non représentée sur les figures). Une fois l'étape S112 effectuée, une couche 215 est assemblée par collage sur la face exposée (i.e. la face arrière opposée à la face en contact avec le substrat support 205) de la couche de séparation 210 (étape S114). On notera que les couches 210 et 215 ne sont pas nécessairement assemblées par collage pour former la structure composite 225. En variante, il est possible de former au moins l'une des couches 210 et 215 au moyen d'une technique de dépôt appropriée. La couche de séparation 210 peut, par exemple, être formée par dépôt PECVD ou LPCVD ou par réaction chimique du substrat. Une fois la structure 125 formée, il est possible de détacher la couche 215 du substrat support 205 (étapes S114 et S116) en procédant à un procédé de séparation par exfoliation identique à celui décrit précédemment en référence à la structure composite 125.
La structure composite 225 peut faire l'objet d'étapes technologiques complémentaires avant que soit mis en oeuvre le procédé de séparation par exfoliation. Une ou plusieurs couches peuvent en particulier être formées ou assemblées sur la face exposée de la couche 215 (un substrat final par exemple), éventuellement après que soient réalisées des étapes technologiques en face arrière de la couche 215 (formation de composants etc.). Pour séparer la couche 215 du substrat support 205, on applique tout d'abord un rayonnement électromagnétique 220 sur la couche de séparation 210 au travers du substrat support 205 (étape S116). Ce rayonnement présente une longueur d'onde À à laquelle le substrat support 205 est au moins partiellement transparent. A cette longueur d'onde, le substrat 205 présente une transmittance d'au moins 10% et, de préférence, supérieure ou égale à 50%. Comme indiqué en référence au substrat 105, il est toutefois possible de compenser une faible transmittance du substrat support 205 en augmentant l'énergie du faisceau lors de l'étape d'irradiation 5116. La rugosification précédemment réalisée a pour effet de modifier les propriétés physiques à l'interface 206, celle-ci passant de l'état spéculaire à l'état diffus. La couche rugueuse 207 modifie en particulier les propriétés optiques de réflexion à l'interface 206 de la structure composite 225. Grâce à cette couche rugueuse 207, la structure composite 225 n'est pas ou peu sensible aux interférences optiques aussi bien constructives que destructrices. La couche 206 constitue donc une couche de modification des propriétés optiques de réflexion à l'interface entre substrat support 205 et couche de séparation 210. A noter que, selon une alternative, il est possible de rugosifier la surface de la couche de séparation 206 avant assemblage avec le substrat support 205. On peut également rugosifier la surface 205b du substrat support et la surface de a couche de séparation 210 destinée à venir en contact avec la surface 205b. Dans tous les cas, le niveau de rugosité obtenu au niveau de la couche 207 est tel que décrit précédemment. Comme représenté en figure 5A, lorsqu'un rayon lumineux incident 222a atteint la surface exposée 205a de la structure composite 225 à l'étape S116, une partie 222b du rayon est transmise dans le substrat support 205 jusqu'à l'interface 206. La couche 206 a pour effet de rendre l'interface 206 diffuse de sorte que le rayon 222b est diffusé dans diverses directions à l'interface 206. Les rayons diffusés 222c sont ainsi transmis partiellement dans la couche de séparation 210 suivant de multiples directions, la partie restante étant diffusée dans le substrat support 205. Cette diffusion permet d'éviter que des réflexions multiples se produisent dans le substrat support 205 de la structure composite, ces réflexions étant à l'origine des interférences optiques indésirables. Bien qu'une partie de l'énergie rayonnante incidente ne soit pas transmise à la couche de séparation 210, ce mode de réalisation est néanmoins avantageux en ce qu'il permet de supprimer la sensibilité de la structure composite aux variations d'énergie transmise en fonction de l'épaisseur du substrat support. Comme indiqué en référence aux structures 25 et 125, la séparation induite par le rayonnement 220 ne se traduit pas nécessairement pas un détachement ou une séparation effective au niveau de la couche de séparation 210 mais peut simplement se manifester par une fragilisation de la couche 210 nécessitant l'application ultérieure d'une énergie supplémentaire (sous forme d'efforts mécaniques par exemple) pour obtenir un détachement effectif entre le substrat support 205 et la couche 215. Une fois le substrat 205 et la couche 215 totalement séparés (étape S118), il est possible de recycler le substrat support 205 en vue de construire une nouvelle structure composite. Ce recyclage peut comprendre, le cas échéant, l'élimination de la couche rugueuse 207 en polissant la surface 205b du substrat support (ou par tout autre procédé approprié). Selon une variante, représentée en figure 5B, de ce deuxième mode de réalisation, c'est la surface exposée 205a du substrat support 205 qui est rugosifiée avant, pendant et/ou après formation de la structure composite 225. On obtient ainsi une couche de rugosité accrue (de même valeur que celle définie pour la première variante) sur une zone d'épaisseur e3 au niveau de la surface exposée 205a. Cette zone constitue une couche 227 de modification des propriétés optiques de réflexion de la structure composite. L'épaisseur e3 est du même ordre de valeur que l'épaisseur « e2 ».
2 9 802 79 20 Dans cette variante, la surface rugueuse 205a (et plus généralement, la couche rugueuse 227) a pour effet de diffuser dans de multiples directions chaque rayon lumineux 224a irradié lors de l'étape S116. Parmi les rayons diffusés 224b, un rayon 224c est transmis jusqu'à 5 l'interface 206. Une partie 224d de ce rayon est alors transmise dans la couche de séparation 210. Cette variante présente cependant un inconvénient vis-à-vis de celle de la figure 5A en ce qu'une réflexion ne peut être évitée à l'interface 206 entre le substrat support 205 et la couche de séparation 210. Le rayon 224e réfléchi par l'interface 206 est 10 autant d'énergie radiative non transmise à la couche de séparation 210. Le rayon 224e est ensuite diffusé par la couche rugueuse 227 au niveau de la surface 205a ce qui permet d'éviter que ce produisent des réflexions multiples dans le substrat support 205. Cette variante permet donc également d'empêcher la génération d'interférences optiques 15 néfastes dans l'épaisseur du substrat support. La structure composite de la présente invention permet donc avantageusement de réduire les variations d'énergie transmise lors de l'étape d'irradiation en fonction de l'épaisseur du substrat support et de maximiser la quantité d'énergie effectivement transmise dans la couche de 20 séparation. La qualité et la reproductibilité de la séparation par exfoliation entre le substrat support et la couche à séparer s'en trouvent ainsi grandement améliorées. L'invention permet notamment de procéder à des séparations par exfoliation sur des structures composites présentant des compositions différentes de celles généralement utilisées et qui sont 25 particulièrement sensibles aux interférences optiques. Comme autres variantes, on peut envisager de disposer une couche anti-réflective 106 sur chacune des faces du substrat support de la structure composite, de façon à modifier les propriétés optiques en réflexion du substrat au niveau de ses deux faces (i.e. au niveau de sa 30 surface exposée et de l'interface avec la couche de séparation). On peut également rugosifier les deux faces du substrat support (le substrat support comprenant alors une couche rugueuse 207 et une couche rugueuse 227). Cette variante entraîne toutefois une perte plus importante en termes de transmission d'énergie radiative lors de l'étape 35 d'irradiation.
2 9 802 79 21 Alternativement, le substrat support peut disposer d'une couche anti-réflective sur l'une de ses faces, l'autre surface étant rugosifiée comme décrit précédemment. On notera par ailleurs que le substrat support et chacune des 5 couches formant la structure composite selon l'invention peut être constitué de plusieurs sous-couches. En particulier, comme décrit précédemment, la couche anti-réflective 106 peut être formée de deux sous-couches ou plus. Selon une autre variante de l'invention, la structure composite peut 10 comprendre à la fois une couche anti-réflective 106 à l'interface entre le substrat support et la couche de séparation, et une couche rugueuse 227 sur la face supérieure (i.e. exposée) du substrat support, ou inversement, une couche rugueuse à l'interface entre le substrat support et la couche de séparation et une couche anti-réflective sur la face supérieure du 15 substrat support.

Claims (15)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'une structure composite (125 ; 225) comprenant une couche (115 ; 215) à séparer par irradiation, le procédé comprenant la formation (S10-S14 ; S110-S114) d'un empilement comportant au moins : un substrat support (105 ; 205) formé d"un matériau au moins partiellement transparent à une longueur d'onde déterminée ; la couche à séparer (115 ; 215) ; et une couche de séparation (110 ; 210) interposée entre le substrat support et la couche à séparer, la couche de séparation étant apte à être séparée par exfoliation sous l'action d'un rayonnement (120 ; 220) ayant une longueur d'onde correspondant à ladite longueur d'onde déterminée, le procédé de fabrication étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre, pendant ladite étape de formation de l'empilement composite, au moins une étape (S10 ; S110) de traitement de modification des propriétés optiques de réflexion à l'interface (106 ; 206) entre ledit substrat support et la couche de séparation ou au niveau de la face supérieure (105a ; 205a) du substrat support opposée à la face dudit substrat en contact avec la couche de séparation.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape de traitement comprend la formation d'au moins une couche anti-réflective (106) à l'interface entre ledit substrat support et la couche de séparation et/ou au niveau de la face supérieure du substrat support.
  3. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel l'indice de réfraction n2 de ladite couche anti-réflective (106) est sensiblement égal à x n3, où n1 et n3 sont respectivement l'indice de réfraction du substrat support et de la couche de séparation.
  4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la couche de séparation comprend une sous couche de chauffage et une sous couche d'exfoliation, la sous couche d'exfoliation étant apte à sedécomposer sous l'action d'un chauffage induit par la sous couche de chauffage.
  5. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le substrat support est en silicium, la sous couche de chauffage est en silice, la sous couche d'exfoliation est en Si3N4 et la couche anti-réflective est en SION dont l'indice de réfraction est sensiblement égal à 2,61.
  6. 6. Procédé selon la revendication 2 dans lequel, lorsqu'une couche anti-réflective (106) est formée à l'interface entre le substrat support et la couche de séparation, la composition de la couche anti-réflective varie graduellement suivant son épaisseur de façon à ce que son indice de réfraction n2 soit égal à n1 au niveau de son interface avec le substrat support et soit égal à n3 au niveau de son interface avec la couche de séparation.
  7. 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel la couche de séparation comprend une sous couche de chauffage en silice et une sous couche d'exfoliation en Si3N4, la sous couche d'exfoliation étant apte à se décomposer sous l'action d'un chauffage induit par la sous couche de chauffage, le substrat support étant en silicium, et dans lequel la composition de la couche anti-réflective est en SiOx, où x varie graduellement entre 0 et 2.
  8. 8. Procédé selon la revendication 2 dans lequel, lorsqu'une couche anti-réflective est formée au niveau de la face supérieure (105a) du substrat support, la composition de la couche anti-réflective varie graduellement suivant son épaisseur de façon à ce que son indice de réfraction n2 soit égal à n1 au niveau de son interface avec le substrat support et soit égal à nO au niveau de sa surface supérieure opposée à ladite interface avec le substrat support, nO étant l'indice de réfraction du milieu dans lequel est placée ladite structure composite lors de l'irradiation.
  9. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 dans lequel, l'épaisseur (e1) de la couche anti-réflective à l'interface entre le 2 9802 79 24 substrat support et la couche de séparation est sensiblement égale à (2M + 1) - .1/4, M étant un entier impair supérieur ou égal à 0 et À étant ladite longueur d'onde déterminée. 5
  10. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel l'étape de traitement comprend la formation d'au moins une couche rugueuse (207) à l'interface (206) entre ledit substrat support (205) et la couche de séparation (210) et/ou au niveau de la face supérieure (205a) du substrat support, la couche rugueuse présentant un niveau moyen de 10 rugosité supérieure ou égal à 50 A RMS sur un champs de mesure égal à 3 fois au moins la dimension de la zone de ladite face supérieure à irradier par ledit rayonnement.
  11. 11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel la formation de la 15 couche rugueuse est réalisée au moins par meulage mécanique ou gravure chimique.
  12. 12. Procédé de séparation d'une couche dans une structure telle que définie dans l'une quelconque des revendications 1 à 11, le procédé 20 comprenant l'irradiation, à travers le substrat support de ladite structure, de la couche de séparation au moyen d'une lumière incidente correspondant à la longueur d'onde à laquelle est au moins partiellement transparent le substrat support afin d'induire la fragilisation ou la séparation par exfoliation de ladite couche de séparation. 25
  13. 13. Structure composite comprenant un empi ement composite formé d'au moins : - un substrat support formé d'un matériau au moins partiellement transparent à une longueur d'onde déterminée ; 30 - une couche à séparer par irradiation ; et - une couche de séparation interposée entre le substrat support et la couche à séparer, la couche de séparation étant apte à être séparée par exfoliation sous l'action d'un rayonnement ayant une longueur d'onde correspondant à ladite longueur d'onde 35 déterminée, 2 9802 79 25 la structure composite étant caractérisée en ce qu'elle comprend en outre au moins une couche de modification des propriétés optiques de réflexion à l'interface entre ledit substrat support et la couche de séparation ou au niveau de la face supérieure du substrat support 5 opposée à la face en contact avec la couche de séparation.
  14. 14. Structure selon la revendication 13, dans laquelle chaque couche de modification des propriétés optiques de réflexion correspond respectivement à une couche anti-réflective et/ou à une couche de 10 rugosité présentant un niveau moyen de rugosité supérieure ou égal à 50 A RMS sur un champ de 5 pm x 5 pm.
  15. 15. Structure selon la revendication 14, dans laquelle ladite structure comprend au moins une couche de modification des propriétés optiques 15 de réflexion correspondant à une couche anti-réflective et au moins une couche de modification des propriétés optiques de réflexion correspondant à une couche de rugosité.
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