FR3057101A1 - Procede de fabrication d'un substrat composite - Google Patents

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Aurelie Tauzin
Baptiste Emelin
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Abstract

L'invention concerne le domaine des techniques de détachement et de report de films de matériaux cristallins en vue de l'obtention de substrats composites. Elle trouve pour application la fabrication de substrats composites. Le procédé de fabrication 100 d'un substrat composite selon l'invention comprend : - Assembler 103 un substrat donneur sur un substrat receveur par collage de leurs faces avant respectives entre elles, - Appliquer 104 une couche contrainte sur la face arrière du substrat donneur en vue de détacher, à chaque application 104, un film depuis la face arrière du substrat donneur, et - Obtenir 105 un substrat composite comprenant au moins le substrat receveur et un film reporté, le film reporté étant issu du substrat donneur après détachement de l'au moins un film détaché. Le procédé de fabrication présente de façon synergique les avantages des techniques BESOI et de fissuration sous contrainte, sans présenter leurs inconvénients.

Description

DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
L’invention concerne le domaine des techniques de détachement et de report de films minces de matériaux cristallins en vue de l’obtention de substrats composites. Elle trouve pour application particulièrement avantageuse la fabrication de substrats composites avancés constitués d’empilement de couches pouvant avoir des fonctions différentes et complémentaires de nature mécanique, optique, électronique, etc.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
Il existe différentes techniques de détachement et de report de films minces de matériaux cristallins (monocristallins ou polycristallins) en vue de l’obtention de substrats composites.
Parmi ces techniques, on peut citer :
- La technique BESOI (pour « Silicon-On-Insulator by Bonding and Etchback » selon la terminologie anglo-saxonne), qui utilise l’assemblage d’un substrat donneur et d’un substrat receveur par leurs faces avant respectives, puis l’amincissement partiel par la face arrière du substrat donneur de façon mécanique et/ou chimique (Cf. l’article de J.B. Lasky et al. intitulé « Silicon-On-Insulator (SOI) by Bonding and Etch-back » et publié pour International Electron Devices Meeting (IEDM) de 1985, page 684).
- La technique de fissuration sous contrainte (ou « spalling » selon la terminologie anglo-saxonne) qui consiste à venir prélever un film mince sur un substrat donneur à l’aide d’une couche contrainte que l’on dispose au contact de ce film mince à prélever, la face arrière de la couche contrainte étant en contact avec un substrat poignée flexible (Cf. notamment le document de brevet US 8,247,261 B2) ; le film ainsi détaché se retrouve solidaire du substrat poignée flexible par l’intermédiaire de la couche contrainte.
Chacune de ces techniques présente des avantages et inconvénients. La technique BESOI permet le report de films présentant une épaisseur limitée uniquement par l’épaisseur du substrat donneur et la technique d’amincissement utilisée. Typiquement, la technique BESOI permet le report de films d’une épaisseur supérieure à 5 pm. Toutefois, cette technique est coûteuse, le substrat donneur étant quasi entièrement consommé, et l’épaisseur du film reporté peut ne pas être suffisamment homogène, du fait du procédé d’amincissement mis en œuvre.
La technique de fissuration sous contrainte est quant à elle peu coûteuse et permet d’atteindre une vaste gamme d’épaisseur de films détachés avec une bonne homogénéité. Toutefois, la manipulation des films minces détachés est critique car les contraintes résiduelles auxquels ils sont soumis du fait de leur report sur la couche contrainte, peuvent provoquer leur rupture. De plus, dans certaines applications, les films doivent pouvoir être manipulés avant un nouveau report (par exemple, pour retirer la couche contrainte et/ou pour réaliser des étapes technologiques telles qu’un épaississement, un dopage, ...), ce qui impose un collage temporaire sur une autre ‘poignée’, complexifiant ainsi le procédé.
Un objet de la présente invention est de répondre, au moins en partie, aux limitations précédemment exposées.
RÉSUMÉ DE L'INVENTION
Pour atteindre cet objectif, selon un mode de réalisation la présente invention prévoit un procédé de fabrication d’un substrat composite comprenant les étapes suivantes :
- Fournir un substrat donneur comprenant une face avant et une face arrière,
- Fournir un substrat receveur comprenant une face avant et une face arrière,
- Assembler le substrat donneur sur le substrat receveur par collage de leurs faces avant respectives entre elles,
- Appliquer, au moins une fois, une couche contrainte sur la face arrière du substrat donneur en vue de détacher, à chaque application, un film depuis la face arrière du substrat donneur, et
- Obtenir un substrat composite comprenant au moins le substrat receveur et un film reporté, le film reporté étant issu du substrat donneur après détachement de l’au moins un film détaché.
Le procédé de fabrication présente ainsi de façon synergique les avantages ci-dessus énoncés des techniques BESOI et de fissuration sous contrainte, sans présenter leurs inconvénients. En effet, il permet de fabriquer des substrats composites dans une large gamme d’épaisseur avec une bonne homogénéité et est peu coûteux à mettre en oeuvre. Le substrat donneur peut certes être quasi entièrement consommé, mais chaque film détaché depuis le substrat donneur est aisément récupérable et recyclable, après retrait de la couche contrainte. En outre, la manipulation des films détachés n’est pas critique, puisque c’est le film reporté sur le substrat receveur qui est d’intérêt ici, et non le film détaché qui reste lié à la couche contrainte. La manipulation du film reporté n’est pas non plus critique, puisqu’il est d’ores et déjà solidaire du substrat receveur, qui lui confère une tenue mécanique suffisante pour assurer à la fois son intégrité et sa compatibilité avec les éventuelles étapes technologiques qui seraient réalisées. Par ailleurs, le substrat receveur n’exerce aucune contrainte sur le film reporté : le risque de rupture du substrat composite obtenu est donc réduit, voire éliminé, et il n’y a potentiellement aucune nécessité à coller temporairement le substrat composite obtenu sur une ‘poignée’. De plus, la couche contrainte étant solidaire du film détaché et non du film reporté, son retrait depuis le substrat composite obtenu n’a plus lieu d’être et il est possible de réaliser directement des étapes technologiques sur le substrat composite obtenu.
L’invention est particulièrement avantageuse pour la fabrication de composants microélectroniques, tels que des composants de panneau photovoltaïque, des composants de puissance électrique, des composants de radiofréquence, des composants pour l'éclairage, etc.
Ainsi, un autre objet de la présente invention concerne au moins l'un parmi un dispositif microélectronique et un procédé de fabrication d’un dispositif microélectronique, comprenant un substrat composite fabriqué selon l’invention.
Par composant ou dispositif microélectronique, on entend tout type de dispositif réalisé avec des moyens de la microélectronique. Ces dispositifs englobent notamment en plus des dispositifs à finalité purement électronique, des dispositifs micromécaniques ou électromécaniques (MEMS, NEMS...), ainsi que des dispositifs optiques ou optoélectroniques (MOEMS...).
Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la description suivante et des dessins d'accompagnement. Il est entendu que d'autres avantages peuvent être incorporés.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée de différents modes de réalisation de cette dernière qui sont illustrés par les dessins d’accompagnement suivants parmi lesquels :
La FIGURE 1 est un ordinogramme de différentes étapes du procédé de fabrication selon un mode de réalisation de l’invention.
Les FIGURES 2a et 2b sont des représentations schématiques de différentes étapes d’un procédé de fabrication selon un mode de réalisation de l’invention. Les figures 3 et 4 sont des graphiques montrant respectivement pour chacun de deux modes de réalisation détaillés ci-dessous, l’épaisseur critique de la couche contrainte permettant la fissuration du substrat donneur en fonction de la contrainte dans cette couche et l’épaisseur du film détaché en fonction de la contrainte dans la couche contrainte lorsque l’épaisseur critique de fissuration est atteinte.
Les figures 5a, 5b et 6 sont des représentations schématiques de différentes étapes d’un procédé de fabrication selon un mode de réalisation de l’invention détaillé ci-dessous.
Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier, les épaisseurs relatives des différentes couches et films ne sont pas représentatives de la réalité.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION
Avant d’entamer une revue détaillée de différents modes de réalisation de l’invention, sont énoncées ci-après des caractéristiques optionnelles qui, sauf stipulation contraire, peuvent être utilisées en association ou alternativement :
- l’un au moins parmi le substrat donneur, le substrat receveur, l’au moins un film détaché depuis le substrat donneur et le film reporté sur le substrat receveur est à base de l’un au moins parmi :
- un matériau semi-conducteur,
- un alliage de matériaux semi-conducteurs, et
- un composite de matériaux semi-conducteurs, le matériau semi-conducteur étant par exemple à base de l’un au moins parmi le silicium (Si), le germanium (Ge), l’arséniure de gallium (GaAs), le phosphure de gallium (GaP), l’arséniure d’indium (InAs), le phosphure d’indium (InP) et le nitrure de gallium (GaN), et un composite de matériaux semi-conducteurs pouvant comprendre une zone dans laquelle le dopage des matériaux semi-conducteurs varie réalisant ainsi une jonction électrique ;
- la couche contrainte est à base de l’un au moins parmi :
- un métal, par exemple à base d’un métal de transition, de préférence choisi parmi le nickel (Ni), le cuivre (Cu), le chrome (Cr) et le tungstène (W), et
- du nitrure de silicium (SiN), dont la nature peut dépendre de la stœchiométrie de ses éléments constitutifs ;
- l’assemblage du substrat donneur sur le substrat receveur est choisi parmi un collage direct, un collage métallique, un collage à l’aide d’une substance adhésive ; il est réalisé de sorte que l’énergie de collage entre le substrat donneur et le substrat receveur soit supérieure à l’énergie de fracture du substrat donneur ;
- le procédé peut comprendre en outre, notamment lorsque l’assemblage du substrat donneur sur le substrat receveur est un collage direct, une préparation d’au moins l'une des faces avant destinées à être collées , la préparation comprenant par exemple une oxydation d’au moins une desdites faces avant ;
- le substrat receveur tel que fourni a une épaisseur supérieure à 50 pm, voire supérieure à 100 pm ; le substrat receveur est ainsi considéré conférer une tenue mécanique suffisante au film reporté notamment pour pouvoir s’affranchir de la nécessité de coller temporairement le substrat composite obtenu sur une ‘poignée’ pour pouvoir le manipuler ;
- le procédé peut comprendre en outre, après l’assemblage du substrat donneur sur le substrat receveur et avant l’application d’une couche contrainte, un maintien en position du substrat receveur par sa face arrière, par exemple par aspiration sur un plateau de maintien à vide (ou « vacuum chuck » selon la terminologie anglo-saxonne) ou par collage temporaire sur un support ; l’épaisseur du substrat receveur est ainsi perçue comme infini par la contrainte appliquée par la couche contrainte, et l’épaisseur du substrat receveur n’est avantageusement plus un facteur dont dépend l’épaisseur du film détaché ;
- des paramètres de l’application d’une couche contrainte, en particulier la nature, l’épaisseur A4 et le niveau de contrainte de la couche contrainte, sont fixés de sorte que le film détaché du substrat donneur ait une épaisseur A3 strictement inférieure à une épaisseur A1 du substrat donneur, l’épaisseur A3 du film détaché étant par exemple comprise entre 5 et 300 pm, de préférence supérieure à 15 pm; en outre, l’application d’une couche contrainte peut comprendre un dépôt de la couche contrainte par mise en œuvre d’une technique de dépôt, par exemple par dépôt physique en phase vapeur (ou PVD pour « Physical Vapor Déposition » selon la terminologie anglo-saxonne) suivi le cas échéant d’un dépôt électrochimique (ou ECD pour « ElectroChemical Déposition » selon la terminologie anglosaxonne), dont au moins un paramètre, par exemple la pression de gaz et le cas échéant le courant d’électrolyse respectivement, est défini pour atteindre un niveau de contrainte prédéterminé de la couche contrainte ;
- l’application d’une couche contrainte peut conduire à elle seule à un détachement d’un film depuis le substrat donneur, de sorte que l’obtention d’un substrat composite est spontanée ;
- autrement, un traitement thermique peut être mis en œuvre, une fois la couche contrainte appliquée pour obtenir le détachement du film depuis la face arrière du substrat donneur. Ce traitement thermique permet à la fois d’améliorer l’adhérence de la couche contrainte sur le substrat donneur et d’augmenter le niveau de contrainte de la couche contrainte ;
- En alternative ou en complément à la caractéristique optionnelle précédente, il est également possible, une fois la couche contrainte appliquée, d’appliquer une contrainte mécanique, par exemple une contrainte de traction, de sorte à conduire au détachement d’un film depuis la face arrière du substrat donneur ; l’application de la contrainte mécanique peut comprendre l’assemblage, par exemple par collage via une couche, de préférence polymérique, d’un film déformable, de préférence en plastique, sur la face arrière du substrat donneur ;
- l’application d’une couche contrainte peut être répétée, chaque application étant ou non complétée d’un traitement thermique et/ou d’une application d’une contrainte mécanique, de sorte que le film reporté sur le substrat receveur ait in fine une épaisseur A2 comprise entre 2 et 600 pm, de préférence comprise entre 3 et 100 pm ;
- le procédé peut comprendre en outre, après l’obtention d’un substrat composite, un traitement de surface du film reporté sur le substrat receveur.
L'usage de l'article indéfini « un » ou « une » pour un élément ou une étape n'exclut pas, sauf mention contraire, la présence d'une pluralité de tels éléments ou étapes.
Il est précisé que, dans le cadre de la présente invention, les termes « sur », « surmonte », « recouvre », « sous-jacent » et leurs équivalents ne signifient pas forcément « au contact de ». Ainsi par exemple, le report, le collage, l’assemblage, l’application ou le dépôt d’une première couche sur une deuxième couche, ne signifie pas obligatoirement que les deux couches sont directement au contact l’une de l’autre, mais signifie que la première couche recouvre au moins partiellement la deuxième couche en étant soit directement à son contact, soit en étant séparée d’elle par au moins une autre couche ou au moins un autre élément.
Dans la description qui suit, les épaisseurs de substrat, de film ou de couche sont généralement mesurées selon des directions perpendiculaires au plan d’extension principal du substrat, du film ou de la couche.
On entend par un substrat, un film ou une couche « à base » d’un matériau A, un substrat, un film ou une couche comprenant ce matériau A et éventuellement d’autres matériaux, par exemple des éléments dopants.
On entend par « substrat massif » un substrat à base d’un matériau A.
On entend par « composite » ou « matériau composite », une combinaison de composants de natures différentes, par exemple une combinaison par juxtaposition, en particulier dans l’épaisseur dudit matériau.
On entend par « substrat composite » un substrat comprenant au moins un film ou une couche à base d’un matériau différent du reste du substrat.
Dans le cadre de la présente invention, la « fabrication d’un substrat composite » n’est pas limitée à la fabrication d’un substrat composite depuis des substrats massifs, mais peut comprendre également la fabrication d’un substrat composite depuis au moins un substrat composite, ce dernier pouvant consister en l’un au moins parmi un substrat donneur et un substrat receveur.
On entend par « collage direct » un collage sans apport de matière adhésive (de type colle ou polymère notamment) qui consiste en la mise en contact de surfaces lisses, par exemple réalisé à température ambiante et sous atmosphère ambiant, afin de créer une adhérence entre elles.
Selon un mode de réalisation, le collage direct de deux composants signifie que le collage est obtenu par les liens chimiques qui s’établissent entre les deux surfaces mises en contact. Les deux surfaces présentent des rugosités suffisamment faibles pour que les forces de Van der Waals assurent, de préférence à elles seules, un maintien des deux composants entre eux.
Le collage direct est en outre obtenu sans nécessiter l’application d’une pression importante sur la structure à assembler. Une légère pression pourra simplement être appliquée localement pour initier le collage.
Le collage direct implique ou non une couche intermédiaire de collage (par exemple une couche d’oxyde de silicium). Ainsi, une interface de collage entre deux substrats peut comprendre une couche intermédiaire.
Dans le cadre de l’invention, il peut s’agir du collage direct du substrat donneur 1 et du substrat receveur 2 présentant en surface des matériaux de même nature. Par exemple, leurs faces avant 10, 20 sont chacune recouvertes d’une couche de même nature, typiquement un film d’oxyde. Les faces avant 10, 20 à assembler peuvent également être de natures différentes dans la mesure où elles sont compatibles avec un collage direct. Par exemple, la face avant du substrat donneur 1 peut être à base de GalnAs et la face avant du substrat receveur 2 peut être à base d’au moins un matériau semi-conducteur formant une jonction électrique (ou inversement).
Plus particulièrement, le collage direct du substrat donneur 1 et du substrat receveur 2 peut nécessiter une préparation (référencée 1011 ou 1021, ci-dessous et sur la figure 1) d’au moins une des surfaces destinées à être collées entre elles, par exemple pour éliminer les particules et les hydrocarbures qui y seraient présents, tout en y limitant le cas échéant la présence d’oxydes résiduels. On entend par « énergie de collage » entre deux éléments l’énergie nécessaire pour réaliser la séparation de ces deux éléments.
On entend par « énergie de fracture » d’un substrat, l’énergie qu’il faut appliquer pour fracturer le substrat dans son épaisseur.
L’énergie de collage et l’énergie de fracture s’expriment par unité de surface en J/m2 Par exemple, l’énergie de fracture d’un substrat de silicium Si d’orientation cristalline (100) est de l’ordre de 2,5 J/m2 et l’énergie de fracture d’un substrat de GaAs est de l’ordre de 900 mJ/m2
Dans la présente invention des types de dopage n ou p peuvent être indiqués, par exemple sur les figures. Ces dopages sont des exemples non limitatifs. L’invention couvre tous les modes de réalisation dans lesquels les dopages sont inversés. Ainsi, si un exemple de réalisation mentionne pour une couche un dopage p ou n, la présente description décrit alors, implicitement au moins, l’exemple inverse dans lequel la couche présente un dopage n ou p, respectivement.
Le procédé de fabrication 100 d’un substrat composite 5 selon différents modes de réalisation de l’invention va maintenant être décrit en référence aux figures annexées.
Comme illustré sur la figure 1, le procédé de fabrication 100 comprend les étapes consistant à fournir 101 un substrat donneur 1 et à fournir 102 un substrat receveur 2. Chacun des substrats donneur 1 et receveur 2 comprend une face avant 10, 20 et une face arrière 11, 21. Une fois fournis 101, 102, les substrats donneur 1 et receveur 2 sont assemblés 103 l’un sur l’autre par collage, par exemple par collage direct, par leurs faces dites avant 10, 20 respectives. Une interface de collage 3 entre les deux faces avant 10, 20 des substrats donneur 1 et receveur 2 est ainsi formée. Avant d'assembler 103 le substrat donneur 1 sur le substrat receveur 2, le procédé peut comprendre une préparation 1011, 1021 d’au moins l'une des faces avant 10, 20 destinées à être collées entre elles.
Cette préparation 1011, 1021 peut comprendre par exemple l’application d’une couche de collage. II peut s’agir par exemple en cas de collage direct, par exemple d’une couche d’oxyde. Pour cela, on réalise une oxydation d’au moins une desdites faces avant 10, 20. Dès lors, un assemblage formé du substrat donneur 1, du substrat receveur 2 et d’une couche intermédiaire de collage 3, ici une couche d’oxyde, est obtenu comme illustré sur la figure 2a. Sur cette figure, les faces dites arrière 11, 21 des substrats donneur 1 et receveur 2, respectivement, ainsi que leurs faces latérales, ne sont pas recouvertes d’oxyde. II est également possible qu’elles le soient.
Le procédé de fabrication 100 comprend ensuite une étape consistant à appliquer 104 une couche contrainte 4 sur la face arrière 11 du substrat donneur 1 en vue d’obtenir le détachement d’un film 13 du substrat donneur 1. Ce détachement peut être obtenu directement par application 104 de la couche contrainte 4. II peut également être obtenu après un traitement thermique complémentaire qui vient à la fois renforcer l’adhérence de la couche contrainte 4 sur le substrat donneur 1 et augmenter le niveau de contrainte de l’ensemble. Ce traitement thermique est typiquement réalisé dans la gamme de 200 à 400°C pendant une durée variant de quelques minutes à quelques heures. Le détachement peut en variante ou en complément être obtenu par l’application d’une contrainte additionnelle mécanique. On pourra pour cela avoir recours par exemple à un film plastique adhésif collé sur la couche contrainte 4. Le procédé de fabrication 100 permet d’obtenir 105 au final un substrat composite 5 comprenant un film 14 du substrat donneur 1 reporté sur le substrat receveur 2.
Après application 104 d’une première couche contrainte 4 et détachement d’un premier film 13 d’une épaisseur A3 depuis le substrat donneur 1 d’épaisseur initiale A1, le film 14 du substrat donneur 1 solidaire du substrat receveur 2 a une épaisseur A2 telle que A2 + A3 = A1. Comme illustré sur la figure 2b, le substrat composite 5 peut comprendre alors un film 14 d’une épaisseur A2 du substrat donneur 1 reporté sur le substrat receveur 2 via la couche de collage 3. Le reliquat du procédé de fabrication 100 comprend alors ce qui reste du substrat donneur 1, à savoir le film détaché 13, reporté sur la couche contrainte 4. Ce film détaché 13 est aisément récupérable et recyclable, par exemple en éliminant la couche contrainte 4 par exemple par gravure chimique.
L’épaisseur A3 du film détaché 13 est prédictible grâce à la théorie de Hutchinson. Selon cette théorie, l’épaisseur A3 du film détaché 13 dépend du substrat donneur 1, et en particulier de sa nature et de son épaisseur, et de la couche contrainte 4 appliquée 104, et en particulier des paramètres suivants de la couche contrainte 4 : sa nature, son épaisseur et sa contrainte. Dans le cadre de la présente invention, l’épaisseur A3 du film détaché 13 peut en outre dépendre du substrat receveur 2 et en particulier de son épaisseur.
Les considérations suivantes concernent l’influence de l’épaisseur du substrat receveur 2 sur l’épaisseur du film détaché 13. Plus particulièrement, le substrat receveur 2 tel que fourni 102 peut avoir une épaisseur supérieure à 50 pm, voire supérieure à 100 pm. Dès lors, le substrat receveur 2 peut présenter une tenue mécanique suffisante pour permettre sa manipulation et, par conséquent, celle du film 14 une fois reporté. Il est ainsi possible de s’affranchir de la nécessité de maintenir le substrat receveur 2 sur un support, notamment avant l’application 104 d’une couche contrainte 4 et le détachement du film 13 depuis le substrat donneur 1. Pour autant, un tel maintien n’est pas exclu. Par exemple, le procédé de fabrication peut comprendre, de préférence après l’assemblage 103 du substrat donneur 1 sur le substrat receveur 2, un maintien en position du substrat receveur 2 par sa face arrière 21, par exemple par aspiration sur un plateau de maintien à vide (ou « vacuum chuck » selon la terminologie anglo-saxonne) ou par collage temporaire sur un support (non représenté). Dans cette éventualité, la contrainte exercée par la couche contrainte 4 peut percevoir le substrat receveur 2 comme ayant une dimension en épaisseur infinie. L’épaisseur du substrat receveur 2 n’est avantageusement plus un facteur dont dépend l’épaisseur A3 du film détaché 13. Aussi, le substrat receveur 2 peut conférer une tenue mécanique suffisante au film reporté 14 pour pouvoir s’affranchir de la nécessité de coller temporairement le substrat composite 5 obtenu sur une ‘poignée’ pour pouvoir le manipuler et le cas échéant procéder sur le substrat composite 5 à des étapes technologiques de fabrication d’un composant microélectronique.
L’application 104 d’une couche contrainte 4 peut comprendre un dépôt de la couche contrainte 4 par mise en oeuvre d’une technique de dépôt, par exemple par mise en oeuvre d’un dépôt physique en phase vapeur (ou PVD pour « Physical Vapor Déposition » selon la terminologie anglo-saxonne) suivi le cas échéant d’un dépôt électrochimique (ou ECD pour « ElectroChemical Déposition » selon la terminologie anglo-saxonne). Au moins un paramètre de mise en oeuvre de ces techniques de dépôt, par exemple la pression de gaz pour un dépôt PVD et le courant d’électrolyse pour un dépôt ECD, est défini pour atteindre un niveau de contrainte prédéterminé de la couche contrainte 4, et par voie une épaisseur A3 prédéterminée du film 13 qui sera détaché.
Les prédictions montrent que, dans certaines conditions d’application ou de dépôt 104 de la couche contrainte 4 et pour certaines épaisseurs du substrat receveur 2, il est possible de détacher un film 13 d’épaisseur A3 dans la gamme de valeurs allant de 5 à 300 pm.
Les paramètres dont dépend l’épaisseur A3 du film détaché 13 peuvent être fixés de sorte que le film détaché 13 ait une épaisseur A3 strictement inférieure à une épaisseur initiale A1 du substrat donneur 1 tel que fourni 101. L’épaisseur A3 du film détaché 13 est par exemple comprise entre 5 et 300 pm, de préférence supérieure à 15 pm. Un des avantages de l’application 104 d’une couche contrainte 4 pour détacher un film 13 du substrat donneur 1 est en effet de pouvoir détacher des films d’épaisseur élevée par rapport aux épaisseurs atteignables avec d’autres techniques connues.
Pour un substrat donneur 1 donné et en fonction de l’épaisseur A3 du film détaché 13, soit l’épaisseur A2 du premier film reporté 14 est celle que l’on souhaite atteindre par exemple au vu de l’application à laquelle le substrat composite 5 à fabriquer est destiné, soit l’épaisseur A2 du premier film reporté 14 y est supérieure. Ce branchement conditionnel est illustré sur la figure 1 par la flèche en tirets de retour depuis après la ‘case’ 104 jusqu’avant la ‘case’ 104. Lorsque l’épaisseur A2 du premier film reporté 14 est supérieure à celle que l’on souhaite atteindre, le procédé de fabrication 100 prévoit que l’application 104 d’une couche contrainte 4 puisse être répétée au moins une fois. Chacune des applications 104 d’une couche contrainte 4 peut ou non être suivie du traitement thermique et/ou de l’application de contrainte mécanique précédemment décrits pour permettre le détachement du film 13. Le nombre de répétition de l’application 104 de la couche contrainte 4 est de préférence tel que le film reporté 14 sur le substrat receveur 2 ait une épaisseur proche, mais de préférence supérieure, à celle déterminée au vu de l’application à laquelle le substrat composite 5 est destiné, de préférence une épaisseur comprise entre 2 et 600 pm, et encore plus préférentiellement comprise entre 3 et 100 pm. Pour autant, le procédé de fabrication 100 peut également permettre l’obtention d’un substrat composite 5 comprenant un film reporté 14 d’épaisseur A3 strictement inférieure à 3 pm, voire inférieure à 2 pm. Toutefois, il peut être préférable pour atteindre de telles épaisseurs du film reporté 14 de procéder, après l’obtention 105 d’un substrat composite 5 dont le film reporté 14 a une épaisseur A2 de préférence comprise entre 5 et 20 pm, à un traitement de surface pour amincir le film reporté 14 par une autre technique, et notamment un amincissement mécanique et/ou chimique.
L’assemblage 103 du substrat donneur 1 sur le substrat receveur 2 est de préférence réalisé de sorte que l’énergie de collage entre le substrat donneur 1 et le substrat receveur 2 soit supérieure à l’énergie de fracture du substrat donneur 1. De la sorte, les substrats donneur 1 et receveur 2 ne se décollent pas entre eux au niveau de l’interface de collage, lorsqu’une couche contrainte 4 est appliquée 104, et notamment lorsque la couche contrainte 4 est appliquée 104 selon des paramètres fixés de sorte que le substrat donneur 1 se fracture à une distance inférieure à 100 pm, voire inférieure à 30 pm, de l’interface de collage.
Un mode de réalisation du procédé de fabrication 100 selon l’invention va maintenant être décrit en référence aux figures 2a, 2b et 3.
Selon ce mode de réalisation, le substrat donneur 1 est un substrat standard à base de silicium Si. II présente notamment un diamètre de 200 mm et une épaisseur de 725 pm. Comme illustré sur la figure 2a, un film d’oxyde de silicium S1O2, en tant que couche de collage 3, d’une épaisseur sensiblement égale à 135 nm est formé 1011 sur la face avant 10 du substrat donneur 1, par exemple par une étape classique d’oxydation thermique. Le substrat donneur 1 ainsi oxydé est assemblé 103 par collage direct sur un substrat receveur 2 standard à base de Si, de même diamètre et de même épaisseur que le substrat donneur 1. L’épaisseur complète de l’assemblage est de 1450 pm.
Comme illustré sur la figure 2b, une couche contrainte 4 à base de nickel Ni, d’une épaisseur d’environ 150 pm, est déposée 104, de sorte à présenter une contrainte en tension de 200 MPa, sur la face arrière 11 du substrat donneur 1 par PVD et ECD.
Dans ces conditions, et comme illustré par le graphique de la figure 3, le détachement du film 13 se produit spontanément pendant l’étape de dépôt de la couche contrainte 4, dès que la couche contrainte 4 atteint une épaisseur d’environ 150 pm, l’épaisseur du film 13 qui se détache ainsi spontanément étant sensiblement égale à 200 pm. La fracture du substrat donneur 1 se produit donc à une profondeur sensiblement égale à 200 pm sous la face arrière 11 du substrat donneur 1.
Les étapes de dépôt 104 de la couche contrainte 4 à base de Ni sont répétées à l’identique 2 fois de plus, de manière à détacher 600 pm en tout du substrat donneur 1. L’épaisseur du substrat donneur 1 est ainsi réduite à 125 pm.
Une quatrième étape de dépôt 104 d’une couche contrainte 4 à base de Ni est réalisée dans des conditions différentes : l’épaisseur de la couche de Ni déposée est sensiblement égale à 75 pm avec une contrainte en tension de 230 MPa. Dans ces conditions, et comme illustré par le graphique de la figure 3, la fracture du substrat donneur 1, ou du moins de ce qu’il en reste, se produit spontanément à une profondeur sensiblement égale à 75 pm sous la face arrière 11 du substrat donneur 1 résiduel.
On obtient 105 alors un substrat composite 5 du type SOI pour « Silicon-On-Insulator » selon la terminologie anglo-saxonne, constitué d’un film 14 mince d’épaisseur sensiblement égale à 50 pm, d’une couche en oxyde de silicium S1O2 d’une épaisseur sensiblement égale à 135 nm et du substrat receveur 2 à base de Si. Le film 14 mince ainsi reporté peut éventuellement être traité en surface, par exemple par polissage, gravure chimique, traitement thermique, nettoyage, etc., notamment pour ajuster son épaisseur et améliorer l’état de surface post-fracture.
Un autre mode de réalisation du procédé de fabrication 100 selon l’invention va maintenant être décrit en référence aux figures 4, 5a, 5b et 6.
Selon ce mode de réalisation, un substrat standard à base d’arséniure de gallium GaAs présentant notamment un diamètre de 100 mm et une épaisseur de 425 pm est tout d’abord fourni. Une cellule solaire à double jonction GalnP/GalnAs est formée par épitaxie MOCVD (pour « Métal Organic Chemical Vapor Déposition » selon la terminologie anglo-saxonne) de manière inversée sur le substrat à base de GaAs. La fabrication d’un tel empilement de couches en matériaux semi-conducteurs conduit notamment à réaliser une diode à effet tunnel 6 qui permet aux porteurs de charge de se déplacer verticalement à travers les jonctions, ce qui est une caractéristique indispensable aux cellules solaires à multi-jonctions. L’épaisseur totale de la double jonction est d’environ 5 pm. Ainsi, l’on fournit 101 un substrat donneur 1 tel qu’illustré sur la figure 5a, présentant une épaisseur sensiblement égale à 430 pm.
Le substrat receveur 2 comprend un substrat standard à base de phospure d’indium InP d’un diamètre égal à 100 mm et d’une épaisseur égale à 625 pm sur lequel est formée une cellule solaire à double jonction GalnAsP/GalnAs, ainsi qu’une diode à effet tunnel 6 en surface, la double jonction GalnAsP/GalnAs conduisant à réaliser une diode à effet tunnel 6 à la jonction GalnAsP/GalnAs. L’épaisseur totale de la cellule solaire ainsi formée est d’environ 5 pm.
Les substrats donneur 1 et receveur 2 sont assemblés par collage direct via la mise en contact de la double jonction GalnP/GalnAs du substrat donneur 1 avec la diode à effet tunnel 6 superficielle du substrat receveur 2. L’épaisseur totale de l’assemblage est sensiblement égale à 1060 pm.
Une couche contrainte 4 à base de nitrure de silicium SiN, d’une épaisseur d’environ 30 pm, ayant une contrainte en tension de 300 MPa, est déposée sur la face arrière 11 du substrat donneur 1 par PECVD (pour « Plasma Enhanced Chemical Vapor Déposition » selon la terminologie anglosaxonne).
Dans ces conditions, et comme illustré par le graphique de la figure 4, le détachement du film 13 ne se produit pas spontanément pendant le dépôt
104 de la couche contrainte: l’épaisseur de la couche contrainte 4 est effectivement choisie inférieure à l’épaisseur critique conduisant à un détachement spontané.
On pourra alors avoir recours à un traitement thermique additionnel pour augmenter le niveau de contrainte au sein de l’assemblage et renforcer l’adhésion de la couche contrainte, par exemple à 300°C pendant 30 minutes. Ce traitement thermique ne permet cependant pas encore d’obtenir la détachement.
Après ce traitement thermique, le substrat receveur 2 est maintenu sur un support rigide (non représenté), par exemple par aspiration, afin d'éviter toute déformation de sa face arrière 21. Le substrat donneur 1 est quant à lui maintenu sur un film plastique déformable (non représenté) par collage polymérique.
Une contrainte mécanique complémentaire de détachement, par exemple une contrainte en traction, est alors appliquée sur le film plastique déformable pour provoquer la fracture du substrat donneur 1.
Comme illustré par le graphique de la figure 4, l’épaisseur du film 13 qui se détache ainsi de manière contrôlée est sensiblement égale à 140 pm.
Les opérations de dépôt de SiN, de traitement thermique et d’application de contraintes mécaniques complémentaires sont répétées deux fois de plus, de manière à prélever au total une épaisseur d’environ 420 pm du substrat donneur 1 tel que fourni 101.
Le film 14 ainsi reporté sur le substrat receveur 2 peut éventuellement être traité en surface, par exemple par traitement thermique, gravure chimique, nettoyage, etc., notamment pour ajuster son épaisseur et améliorer l’état de surface post-fracture.
On obtient 105 alors un substrat composite 5 comprenant un empilement de 4 jonctions constituant une cellule solaire à multi-jonctions, cette cellule étant notamment adaptée pour des applications photovoltaïques à concentration.
L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisations précédemment décrits et s’étend à tous les modes de réalisation couverts par les revendications.
Par exemple, un film détaché 13 depuis le substrat donneur 1 peut être à base de l’un au moins parmi un alliage de matériaux semi-conducteurs et un composite de matériaux semi-conducteurs.
Par exemple, le matériau semi-conducteur peut être à base de l’un au 5 moins parmi le germanium (Ge), le phosphure de gallium (GaP), l’arséniure d’indium (InAs) et le nitrure de gallium (GaN).
Par exemple, un composite de matériaux semi-conducteurs peut comprendre une zone 6 dans laquelle le dopage des matériaux semiconducteurs varie réalisant ainsi une jonction électrique.
Par exemple, lorsque la couche contrainte 4 est à base d’un métal, par exemple à base d’un métal de transition, ledit métal peut être du nickel comme décrit ci-dessus, mais peut également être choisi parmi le cuivre (Cu), le chrome (Cr) et le tungstène (W) ; lorsque la couche contrainte 4 est à base de nitrure de silicium (SiN) comme décrit ci-dessus, sa nature peut dépendre de la stœchiométrie de ses éléments constitutifs et peut en variant modifier l’épaisseur du film détaché 13.

Claims (15)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de fabrication (100) d’un substrat composite (5) comprenant les étapes suivantes :
    - Fournir (101) un substrat donneur (1) comprenant une face avant (10) et une face arrière (11),
    - Fournir (102) un substrat receveur (2) comprenant une face avant (20) et une face arrière (21),
    - Assembler (103) le substrat donneur (1) sur le substrat receveur (2) par collage de leurs faces avant (10, 20) respectives entre elles,
    - Appliquer (104), au moins une fois, une couche contrainte (4) sur la face arrière (11) du substrat donneur (1) en vue de détacher, à chaque application (104), un film (13) depuis la face arrière du substrat donneur (1), et
    - Obtenir (105) un substrat composite (5) comprenant au moins le substrat receveur (2) et un film reporté (14), le film reporté (14) étant issu du substrat donneur (1) après détachement de l’au moins un film détaché (13).
  2. 2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l’un au moins parmi le substrat donneur (1), le substrat receveur (2), l’au moins un film détaché (13) depuis le substrat donneur (1) et le film reporté (14) sur le substrat receveur (2) est à base de l’un au moins parmi :
    - un matériau semi-conducteur,
    - un alliage de matériaux semi-conducteurs, et
    - un composite de matériaux semi-conducteurs.
  3. 3. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le matériau semiconducteur est à base de l’un au moins parmi le silicium (Si), le germanium (Ge), l’arséniure de gallium (GaAs), le phosphure de gallium (GaP), l’arséniure d’indium (InAs), le phosphure d’indium (InP) et le nitrure de gallium (GaN).
  4. 4. Procédé selon l’une quelconque des deux revendications précédentes, dans lequel un composite de matériaux semi-conducteurs comprend une zone (6) dans laquelle le dopage des matériaux semi-conducteurs varie réalisant ainsi une jonction électrique.
  5. 5. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la couche contrainte (4) est à base de l’un au moins parmi :
    - un métal, par exemple à base d’un métal de transition, de préférence choisi parmi le nickel (Ni), le cuivre (Cu), le chrome (Cr) et le tungstène (W), et
    - du nitrure de silicium (SiN), dont la nature peut dépendre de la stœchiométrie de ses éléments constitutifs.
  6. 6. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’assemblage (103) est choisi parmi un collage direct, un collage métallique, un collage à l’aide d’une substance adhésive ; il est réalisé de sorte qu’une énergie de collage direct entre le substrat donneur (1) et le substrat receveur (2) soit supérieure à une énergie de fracture du substrat donneur (1 ).
  7. 7. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant, notamment lorsque l’assemblage (103) du substrat donneur (1) sur le substrat receveur (2) est un collage direct, une préparation (1011, 1021) d’au moins l'une des faces avant (10, 20) destinées à être collées, la préparation (1011, 1021) comprenant par exemple une oxydation d’au moins une desdites faces avant (10, 20).
  8. 8. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant, après l’assemblage (103) du substrat donneur (1) sur le substrat receveur (2) et avant l’application (104) d’une couche contrainte (4), un maintien en position du substrat receveur (2) par sa face arrière (21), par exemple par aspiration sur un plateau de maintien à vide ou par collage temporaire sur un support.
  9. 9. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel des paramètres de l’application (104) d’une couche contrainte (4), en particulier la nature, l’épaisseur A4 et le niveau de contrainte de la couche contrainte (4), sont fixés de sorte que le film détaché (13) du substrat donneur (1) ait une épaisseur A3 strictement inférieure à une épaisseur A1 du substrat donneur (1), l’épaisseur A3 du film détaché (13) étant par exemple comprise entre 5 et 300 pm, de préférence supérieure à 15 pm.
  10. 10. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l’application (104) d’une couche contrainte (4) comprend un dépôt de la couche contrainte (4) par mise en œuvre d’une technique de dépôt, par exemple par mise en œuvre d’un dépôt physique en phase vapeur suivi le cas échéant d’un dépôt électrochimique, dont au moins un paramètre, par exemple la pression de gaz et le cas échéant le courant d’électrolyse respectivement, est défini pour atteindre un niveau de contrainte prédéterminé de la couche contrainte (4).
  11. 11. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’application (104) d’une couche contrainte (4) conduit à elle seule à un détachement d’un film (13) depuis la face arrière du substrat donneur (1), de sorte que l’obtention (105) d’un substrat composite (5) est spontanée.
  12. 12. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant, une fois la couche contrainte (4) appliquée (104), un traitement thermique pour obtenir le détachement du film (
  13. 13) depuis la face arrière du substrat donneur (1)13. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant, une fois la couche contrainte (4) appliquée (104), l’application d’une contrainte mécanique pour obtenir le détachement du film (13) depuis la face arrière du substrat donneur (1), l’application de la contrainte mécanique comprenant de préférence l’assemblage, par exemple par collage via une couche, de préférence polymérique, d’un film déformable, de préférence en plastique, sur la face arrière (21 ) du substrat donneur (2).
  14. 14. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’application (104) d’une couche contrainte (4) est répétée, chaque application (104) étant ou non complétée de l’un au moins parmi un traitement thermique et une application d’une contrainte mécanique, de sorte que le film reporté (14) sur le substrat receveur (2) ait une épaisseur A2 comprise entre 2 et 600 pm, de préférence comprise entre 3 et 100 pm.
  15. 15. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant, après l’obtention (105) d’un substrat composite, un traitement de surface du film reporté (14) sur le substrat receveur (2).
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120322227A1 (en) * 2011-06-14 2012-12-20 International Business Machines Corporation Method for controlled layer transfer
US20130312819A1 (en) * 2012-05-26 2013-11-28 International Business Machines Corporation Removal of stressor layer from a spalled layer and method of making a bifacial solar cell using the same
WO2014081048A1 (fr) * 2012-11-26 2014-05-30 Ricoh Company, Ltd. Cellule photovoltaïque et procédé de fabrication de cellules photovoltaïques
US9455179B1 (en) * 2015-07-09 2016-09-27 International Business Machines Corporation Methods to reduce debonding forces on flexible semiconductor films disposed on vapor-releasing adhesives

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120322227A1 (en) * 2011-06-14 2012-12-20 International Business Machines Corporation Method for controlled layer transfer
US20130312819A1 (en) * 2012-05-26 2013-11-28 International Business Machines Corporation Removal of stressor layer from a spalled layer and method of making a bifacial solar cell using the same
WO2014081048A1 (fr) * 2012-11-26 2014-05-30 Ricoh Company, Ltd. Cellule photovoltaïque et procédé de fabrication de cellules photovoltaïques
US9455179B1 (en) * 2015-07-09 2016-09-27 International Business Machines Corporation Methods to reduce debonding forces on flexible semiconductor films disposed on vapor-releasing adhesives

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"GROWTH OF (INXGA1-X)2SE3 BUFFER MATERIAL FOR SPALLING A III-V OVERLAYER VIA VAN DER WAALS INTERFACE", PROCEEDINGS OF THE 29TH EUROPEAN PHOTOVOLTAIC SOLAR ENERGY CONFERENCE AND EXHIBITION, WIP-RENEWABLE ENERGIES, SYLVENSTEINSTR. 2 81369 MUNICH, GERMANY, 3 November 2014 (2014-11-03), XP040677802, ISBN: 978-3-936338-34-8 *
SHAHRJERDI D ET AL: "High-efficiency thin-film InGaP/(In)GaAs/Ge multijunction solar cells enabled by controlled spalling technology", PHOTOVOLTAIC SPECIALISTS CONFERENCE (PVSC), 2012 38TH IEEE, IEEE, 3 June 2012 (2012-06-03), pages 974 - 977, XP032257983, ISBN: 978-1-4673-0064-3, DOI: 10.1109/PVSC.2012.6317765 *
STEPHEN W BEDELL ET AL: "Fast Track Communication;Layer transfer by controlled spalling;Layer transfer by controlled spalling", JOURNAL OF PHYSICS D: APPLIED PHYSICS, INSTITUTE OF PHYSICS PUBLISHING LTD, GB, vol. 46, no. 15, 21 March 2013 (2013-03-21), pages 152002, XP020239326, ISSN: 0022-3727, DOI: 10.1088/0022-3727/46/15/152002 *
SWEET CASSI A ET AL: "Effect of material choice on spalling fracture parameters to exfoliate thin PV devices", 2014 IEEE 40TH PHOTOVOLTAIC SPECIALIST CONFERENCE (PVSC), IEEE, 8 June 2014 (2014-06-08), pages 1189 - 1192, XP032660339, DOI: 10.1109/PVSC.2014.6925127 *

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