FR3059149A1 - Procede de fabrication d'un film mince a base d'inp ou de gaas - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne la fabrication de films minces en phosphure d'indium ou en arséniure de gallium en tirant profit du phénomène de cloquage ou exfoliation observé lorsque le matériau constituant le film mince est implanté avec des ions légers. Le procédé de fabrication 100 comprend : - Reporter 103, par collage direct, un film mince 1 d'InP ou de GaAs sur une surface d'InP ou de GaAs d'un substrat initial 2, - Réaliser au moins une étape technologique 104 sur le film mince, - Introduire 105 dans le film mince des ions à base d'hydrogène et/ou des ions hélium 4 à une dose en ions supérieure à 0,5.1016 et inférieure à 3.1016 ions/cm2, de préférence comprise entre 1.1016 et 2.1016 ions/cm2, et - Réaliser un traitement thermique de décollement 108 du film mince depuis le substrat initial. Les films minces ainsi fabriqués sont notamment destinés à la fabrication de composants micro-électroniques.
Description
Titulaire(s) : COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES.
Demande(s) d’extension
Mandataire(s) : CABINET HAUTIER.
PROCEDE DE FABRICATION D'UN FILM MINCE A BASE D'INP OU DE GAAS.
FR 3 059 149 - A1 (57) L'invention concerne la fabrication de films minces en pRosphure d'indium ou en arséniure de gallium en tirant profit du phénomène de cloquage ou exfoliation observé lorsque le matériau constituant le film mince est implanté avec des ions légers.
Le procédé de fabrication 100 comprend:
- Reporter 103, par collage direct, un film mince 1 d'InP ou de GaAs sur une surface d'InP ou de GaAs d'un substrat initial 2,
- Réaliser au moins une étape technologique 104 sur le film mince,
- Introduire 105 dans le film mince des ions à base d'hydrogène et/ou des ions hélium 4 à une dose en ions supérieure à 0,5.10 6 et inférieure à 3.10 6 ions/cm2, de préférence comprise entre 1.1016 et2.1016 ions/cm2, et
- Réaliser un traitement thermique de décollement 108 du film mince depuis le substrat initial.
Les films minces ainsi fabriqués sont notamment destinés à la fabrication de composants micro-électroniques.
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
L’invention concerne le domaine de la fabrication de films minces par un procédé tirant profit du phénomène de cloquage ou exfoliation observé lorsque le matériau à base duquel le film mince est constitué est implanté avec des ions légers.
L’invention concerne plus particulièrement un tel procédé de fabrication d’un film mince à base de l’un parmi du phosphure d’indium (InP) et de l’arséniure de gallium (GaAs).
Les domaines d'application de ce type de films minces sont en particulier la fabrication de composants micro-électroniques, tels que des composants de puissance électrique, des composants de radiofréquence, des composants pour l'éclairage, des cellules photovoltaïques, etc.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
II existe plusieurs procédés de fabrication de films minces tirant profit du phénomène de cloquage ou exfoliation observé lorsqu’un matériau, par exemple un substrat de silicium (Si), de germanium (Ge), de nitrure de gallium (GaN), de phosphure d’indium (InP) ou d’arséniure de gallium (GaAs) est implanté avec des ions légers, puis traité thermiquement.
Parmi ces procédés, la technologie Smart Cut™, décrite dans le brevet US 5,374,564, permet le détachement d’un film mince depuis un substrat initial et son transfert sur un raidisseur grâce à l’implantation d’une dose importante (de l’ordre de 1017 ions/cm2) ou moyenne (supérieure à 5.1016 ions/cm2) d’espèces gazeuses dans le substrat.
Cette technologie consiste plus particulièrement en la mise en oeuvre des étapes suivantes :
1. Le bombardement d’une face d’un substrat initial avec des ions d’espèces gazeuses (H ou gaz rares), afin d’implanter dans le substrat initial des ions de ces espèces gazeuses en une dose suffisante pour créer une couche de microcavités enterrée dans le substrat initial. La profondeur de la zone implantée dépend principalement de l’énergie d’implantation (pour un substrat initial et une espèce gazeuse donnés).
2. La mise en contact intime de cette face du substrat initial avec un récepteur en tant que raidisseur, par exemple par collage direct.
3. La fracture du substrat initial au niveau de la couche de microcavités, par l’application d’un traitement thermique et éventuellement d’une contrainte de détachement. Après fracture, on obtient d’une part un substrat composite constitué d’un film mince (dont l’épaisseur correspond à la profondeur de la couche de microcavités dans le substrat initial) reporté sur le raidisseur, d’autre part le reliquat du substrat initial qui peut être recyclé.
4. Des traitements de finition du substrat composite, tel qu’un polissage mécano-chimique, un traitement thermique, un nettoyage, etc.
Dans le cas où le substrat initial n’est pas collé à un raidisseur, l’implantation d’hydrogène ou de gaz rares et le traitement thermique de fracture entraînent la formation de cloques à la surface du substrat initial. Ces cloques correspondent à des déformations de portions du film mince situé entre la surface du substrat initial et la zone implantée. Ces déformations sont causées par la mise sous pression (par formation d’une phase gazeuse d’hydrogène ou de gaz rares) des microcavités et microfissures formées au niveau de la zone implantée.
L’application d’un raidisseur permet de favoriser la propagation des microcavités et microfissures au niveau de la zone implantée selon une direction parallèle à la surface du substrat initial, pour ne pas conduire à un cloquage en surface, mais à une fracture du substrat initial sur toute sa zone implantée.
Les principales limitations de cette technologie sont les suivantes :
- L’épaisseur du film mince transféré dépend du substrat initial, des ions implantés et des énergies d’implantation utilisées. Pour les substrats les plus utilisés en microélectronique (Si, Ge, GaAs, InP,...), pour des ions H ou He et pour un équipement de microélectronique classique, l’épaisseur du film transféré est typiquement limité à 2 pm.
- La dose d’ions à implanter pour obtenir une fracture du substrat initial est relativement élevée, dans la gamme de valeurs comprises entre 2,5.1016 et 1.1017 ions/cm2. Une partie des ions implantés contribue à former des défauts (dont les microcavités), une autre partie se retrouve piégée sous forme gazeuse (He ou H2) dans ces défauts. Certains défauts sont à la base du mécanisme de fracture, d’autres n’y participent pas et doivent être éliminés lors des traitements de finition. Une dose d’ions à implanter élevée représente donc un coût élevé, à la fois par rapport à l’étape d’implantation en elle-même, mais aussi par rapport aux traitements de finition qu’elle induit.
Différentes méthodes ont été proposées pour reporter un film mince sur un substrat poignée puis sur un substrat final, notamment en vue de processer, i.e. de réaliser des étapes technologiques sur, les deux faces de ce film mince. Pour cela, le premier report peut avoir lieu par exemple par la technologie Smart Cut™ qui vient d’être décrite, le substrat poignée servant de raidisseur. Ensuite, la face libre du film mince peut être éventuellement processée, puis collée sur le substrat final. On élimine ensuite le substrat poignée. Pour cela, différentes méthodes sont possibles, et notamment :
- par élimination mécanique, mais dans ce cas le substrat poignée est détruit ; ou
- par obtention d’un démontage au niveau de l’interface de collage entre le film mince et la poignée, en jouant sur les énergies de collage entre le film mince et la poignée d’une part et entre le film mince et le substrat final d’autre part pour. Une telle méthode est donnée dans le brevet US 20140295642. En présence d’un collage faible, il n’est cependant pas toujours aisé de réaliser certaines étapes technologiques. Par ailleurs, certaines étapes technologiques nécessitent des budgets thermiques élevés (les épitaxies par exemple) qui vont venir renforcer une interface de collage direct faible rendant plus difficile, voire impossible le démontage.
Il existe donc un besoin pour venir démonter une interface de collage forte, et reporter facilement un film mince d’indium (InP) ou d’arséniure de gallium (GaAs) d’un substrat poignée vers un substrat final après avoir réalisé certaines étapes technologiques et notamment un épaississement du film mince.
L’objet de l’invention est également de répondre, au moins en partie, aux limitations précédemment exposées.
RÉSUMÉ DE L'INVENTION
Pour atteindre cet objectif, la présente invention prévoit un procédé de fabrication d’un film mince comprenant les étapes suivantes :
- Fournir un film mince à base de l’un parmi le phosphure d’indium (InP) et l’arséniure de gallium (GaAs),
- Fournir un substrat initial comprenant au moins une surface de collage à base de l’un parmi le phosphure d’indium (InP) et l’arséniure de gallium (GaAs),
- Reporter le film mince sur le substrat initial par collage direct, formant ainsi une interface de collage entre le film mince et la surface de collage du substrat initial,
- Introduire dans le film mince au moins les uns parmi des ions à base d’hydrogène et des ions hélium avec une dose en ions supérieure à 0,5.1016 ions/cm2 et inférieure, de préférence strictement inférieure, à 3.1016 ions/cm2, par exemple comprise entre 1.1016 et 2.1016 ions/cm2, et
- Réaliser un traitement thermique conduisant au décollement du film mince au niveau de ladite interface de collage.
Le procédé propose ainsi un procédé simple de démontage au niveau de l’interface de collage InP/GaAs.
De préférence, le procédé comprend en outre l’étape suivante : réaliser au moins une étape technologique sur le film mince, cette étape étant par exemple comprise entre l’étape de report du film mince sur le substrat initial et l’étape d’introduction d’ions dans le film mince.
Le procédé permet ainsi le détachement d’un film mince à base d’InP ou de GaAs depuis un substrat initial comportant une surface à base d’InP ou de GaAs grâce à l’implantation d’une dose réduite d’ions relativement à celle nécessaire à la mise en œuvre de la technologie Smart Cut™. En outre, l’épaisseur du film mince détaché n’est pas limitée à la profondeur d’implantation des ions, de sorte à permettre le détachement de films minces d’InP ou de GaAs d’une épaisseur supérieure à 2 pm, et notamment supérieur à 5 voire 10 pm. Enfin, le film mince ainsi détaché présente une très faible rugosité, inférieure à 0,3 nm RMS (pour « Roughness Mean Square » selon la terminologie anglo-saxonne), issue de la technique de collage direct, alors qu’une rugosité après fracture Smart Cut™ est de l’ordre de 15 nm RMS et nécessite une étape subséquente de polissage.
Ladite au moins une étape technologique consiste en une étape au cours de laquelle on modifie au moins temporairement au moins un paramètre du film mince.
Le paramètre modifié du film peut être pris parmi au moins l’un des paramètres suivants :
- l’épaisseur ou les dimensions du film mince. La modification du paramètre pouvant alors être un épaississement ou un amincissement du film mince;
- la forme du film mince, par exemple pour former des motifs, la modification pouvant être réalisée par une étape de lithographie, de gravure, etc. ;
- la nature du film mince, la modification pouvant être un dopage, une oxydation, une métallisation etc. ;
- un paramètre physique, tel que la température, le dopage du film ;
- l’état de surface du film mince, la modification pouvant être une préparation d’au moins une surface du film mince;
- la composition et/ou l’état de surface du film mince et/ou l’épaisseur, la modification pouvant alors être le dépôt d’une couche ou d’une espèce additionnelle, par exemple de métal, d’oxyde, de céramique ou de polymère, recouvrant au moins partiellement le film mince..
Ladite au moins une étape technologique peut comprendre au moins l’un parmi un épaississement du film mince, par exemple par épitaxie, et plus particulièrement par épitaxie par jet moléculaire à une température sensiblement égale à 400°C, et un dopage du film mince, par exemple par introduction de silicium (Si) ou d’antimoine (Sb). En complément ou en alternative, les étapes technologiques peuvent comprendre au moins l’une parmi : une génération d’une couche d’un dérivé du silicium (Si), choisi par exemple parmi le dioxyde de silicium (SiO2) et le nitrure de silicium (SiN), en surface du film mince, une métallisation totale ou partielle, par exemple pour une reprise de contact électrique, une étape de lithographie et une étape de gravure.
L’invention est particulièrement avantageuse pour la fabrication de composants micro-électroniques, tels que des composants de puissance électrique, des composants de radiofréquence, des composants pour l'éclairage, des cellules photovoltaïques, etc.
Par composant 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 d’un mode de réalisation de cette dernière qui est illustré par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels :
La FIGURE 1 est une représentation schématique de différentes étapes d’un procédé de fabrication selon deux variantes de réalisation de l’invention.
La FIGURE 2 est un ordinogramme de différentes étapes du procédé de fabrication selon un mode de réalisation de l’invention.
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 des différents films ne sont pas représentatives de la réalité.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION
Avant d’entamer une revue détaillée de modes de réalisation de l’invention, sont énoncées ci-après des caractéristiques optionnelles qui peuvent éventuellement être utilisées en association ou alternativement :
- Le film mince a une épaisseur comprise entre 200 nm et 15 pm.
- La fourniture du film mince comprend sa fabrication au moins par introduction d’ions légers dans un substrat massif d’InP ou de GaAs, de sorte à créer une zone de fragilisation située à une profondeur déterminée dans le substrat massif, puis par collage sur un récepteur, puis par traitement thermique, de sorte à fracturer le substrat massif au niveau de la zone de fragilisation, de sorte que l’introduction dans le film mince d’au moins les uns parmi des ions à base d’hydrogène et des ions hélium est au moins en partie réalisée avant le report du film mince sur le substrat initial. En effet, une certaine concentration en espèces gazeuses subsiste ordinairement dans le film mince obtenu par technologie Smart Cut™. Cette concentration rémanente en hydrogène et/ou en hélium dans le film mince est inférieure à celle introduite par implantation d’une dose en ions nécessaire à un découpage par technologie Smart Cut™, du fait qu’une portion significative des ions implantés sert audit découpage. Dès lors, soit la concentration rémanente correspond à une dose en ions implantés comprise entre 0,5.1016 et 3.1016 ions/cm2, de préférence entre 1.1016 et 2.1016 ions/cm2, et l’introduction dans le film mince d’au moins les uns parmi des ions à base d’hydrogène et des ions hélium est entièrement réalisée avant même le report du film mince sur le substrat initial ; soit la concentration rémanente correspond à une dose en ions implantés inférieure à 0,5.1016 ions/cm2, voire strictement inférieure à 1.1016 ions/cm2, et l’introduction dans le film mince d’au moins les uns parmi des ions à base d’hydrogène et des ions hélium est réalisée en partie postérieurement au report du film mince sur le substrat initial, de sorte à porter la dose en ions à une valeur inférieure, voire strictement inférieure, à 3.1016 ions/cm2, de préférence comprise entre 1.1016 et 2. 1016 ions/cm2.
- En alternative à la caractéristique optionnelle précédente, avant le report du film mince sur le substrat initial, le film mince a une épaisseur supérieure à 2 pm, par exemple supérieure ou sensiblement égale à 3, 5 ou 10 pm. En effet, le film mince peut être fabriqué par meulage ou par fissuration sous contrainte (ou ‘spalling’ selon la terminologie anglo-saxonne), d’un substrat initial ou par d’autres méthodes permettant d’obtenir un film mince d’une épaisseur supérieure à 2 pm, contrairement à la technologie Smart Cut™.
- Des paramètres d’introduction dans le film mince d’au moins les uns parmi des ions à base d’hydrogène et des ions hélium, en particulier l’énergie des ions, le courant d’implantation, la durée d’introduction et la nature des ions, sont tels que, après le report du film mince sur le substrat initial, les ions sont situés à une distance comprise entre 100 nm et 10 pm, de préférence comprise entre 100 nm et 5 pm, de ladite interface de collage direct entre le film mince et le substrat initial ; il en ressort que le procédé est faiblement conditionné par la profondeur d’introduction des ions dans le film mince.
- L’introduction dans le film mince d’au moins les uns parmi des ions à base d’hydrogène et des ions hélium peut être réalisée par implantation par immersion plasma ; le procédé permet ainsi la mise en oeuvre d’une méthode d’implantation ionique peu coûteuse.
- Le procédé peut comprendre, après le report du film mince sur le substrat initial, après l’introduction dans le film mince d’au moins les uns parmi des ions à base d’hydrogène et des ions hélium, et avant le traitement thermique de décollement, un traitement thermique d’activation de diffusion des espèces gazeuses introduites, ce traitement ayant de préférence un budget thermique inférieur à un traitement thermique à 300°C pendant 10 heures ; ce traitement thermique d’activation permet d’activer la diffusion des espèces gazeuses introduites dans le film mince, en particulier sans générer de cloques en surface du film mince.
Le procédé peut comprendre, avant le traitement thermique de décollement, un collage d’un substrat final sur une face du film mince opposée à l’interface de collage entre le film mince et le substrat initial ; le substrat final peut ainsi jouer le rôle de raidisseur (par exemple au sens de la technologie Smart Cut™) et de substrat hôte pour le film mince ; l’on assure ainsi une tenue mécanique satisfaisante du film mince après décollement du substrat initial, et le cas échéant on évite la formation de cloques en surface du film mince, en particulier lorsque le film mince présente une épaisseur inférieure à 5 pm.
- Selon la précédente caractéristique optionnelle, le collage du substrat final est de préférence d’une énergie supérieure à celle du collage direct entre le film mince et le substrat initial, de sorte à s’assurer que le décollement du film mince depuis le substrat initial n’induise pas le décollement du film mince depuis le substrat final. Par ailleurs, le collage du substrat final peut comprendre la réalisation d’une couche de collage comprenant par exemple au moins l’une parmi : une couche à base de silicium (Si), comprenant par exemple du dioxyde de silicium (S1O2) ou du nitrure de silicium (SiN), une couche métallique, par exemple à base de l’un parmi : de l’or (Au) et un alliage d’étain et d’or (Sn-Au), et une couche polymérique, par exemple à base de benzocyclobutene (BCB) ; de nombreuses façons de coller le film mince sur le substrat final sont donc offertes dont au moins certaines peuvent permettre, outre le collage, une fonctionnalisation du film mince, cette fonctionnalisation pouvant participer aux étapes technologiques d’un procédé de fabrication d’un dispositif microélectronique.
- Le procédé peut comprendre, avant le traitement thermique de décollement, un dépôt d’une couche à base de l’un au moins parmi le dioyde de silicium (SiO2), le cuivre (Cu), et un polymère, par exemple par PVD, ECD, ou étalement polymère, sur une face du film mince opposée à l’interface de collage entre le film mince et le substrat initial ; la couche déposée peut ainsi jouer le rôle de raidisseur (par exemple au sens de la technologie Smart Cut™) et de substrat hôte pour le film mince ; l’on assure ainsi une tenue mécanique satisfaisante du film mince après décollement du substrat initial, et le cas échéant on évite la formation de cloques en surface du film mince, en particulier lorsque le film mince présente une épaisseur inférieure à 5 pm.
- Le traitement thermique de décollement est réalisé à une température supérieure à 300°C, par exemple sensiblement égale à 350°C ou 400°C.
- Le procédé peut comprendre, avant le report du film mince sur le substrat initial, une préparation d’au moins l'une des surfaces destinées à être collées directement entre elles ; la préparation peut comprendre par exemple une oxydation au moins partielle d’au moins une desdites surfaces; un film d’oxyde, par exemple d’une épaisseur sensiblement égale à 3 nm, peut effectivement être formé au moins sur l’une parmi la surface du film mince et la surface du substrat initial qui sont destinées à être collées directement entre elles.
- Selon la précédente caractéristique optionnelle, la préparation d’au moins une desdites surfaces peut comprendre au moins l’un parmi :
o un nettoyage par au moins une solution humide choisie parmi (NH4)S, HF, NH4OH, H2SO4 et HCl, o un traitement par plasma, choisi par exemple parmi un plasma d’hexafluorure de soufre (SF6), un plasma de diazote (N2) et un plasma de dioxygène (Ο2), o un traitement par ultraviolet, par exemple par ultraviolet-ozone (UVO3), et o un traitement thermique, par exemple à une température supérieure à 450°C, sous atmosphère contrôlé, par exemple sous dioxygène.
- Le report du film mince sur le substrat initial peut être réalisé à température ambiante de préférence sous atmosphère appauvrie en eau, par exemple sous vide ou sous atmosphère anhydre.
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.
II est précisé que dans le cadre de la présente invention, le terme « sur », « surmonte », « recouvre » ou « sous-jacent » ou leurs équivalents ne signifient pas forcément « au contact de ». Ainsi par exemple, 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 cela 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 le cadre de la présente invention, la « fabrication d’un film mince » n’est pas limitée au détachement d’un film mince à partir d’un substrat massif, mais peut comprendre également des étapes technologiques appliquées à un film mince déjà réalisé.
Comme cela apparaîtra clairement ci-dessous, les étapes du procédé tel qu’introduit ci-dessus ne sont pas nécessairement réalisées successivement dans l’ordre de leur énonciation.
On entend par un film à base d’un matériau A, un film comprenant ce matériau A et éventuellement d’autres matériaux.
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).
Dans le cadre de l’invention, il peut s’agir du collage direct du film mince 1 et du substrat initial 2 présentant en surface des matériaux de même nature, typiquement un film mince et une surface de collage du substrat initial à base d’InP (ou de GaAs), dont les faces en contact sont éventuellement chacune recouvertes d’une couche de même nature, typiquement résultant d’une oxydation chimique ou thermique ou par plasma de l’InP et du GaAs. Les faces à assembler peuvent également être de natures différentes dans la mesure où elles sont compatibles avec un collage direct. Par exemple, le film mince peut être à base d’InP et le substrat initial ou sa surface de collage peut être à base de GaAs (ou inversement), et les faces en contact sont éventuellement recouvertes de couches de nature différente ; typiquement, chacune est recouverte d’un film d’oxyde à base d’InP ou de GaAs, respectivement.
Plus particulièrement, le collage direct du film mince 1 et du substrat initial 2 peut nécessiter une préparation (référencée 1011 ou 1021, ci-dessous et sur la figure 2) 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. Les différentes solutions humides utilisables pour cette préparation de surface sont : (NH4)2S, HF, NH4OH, H2SO4, HCl, etc. Des traitements plasmas (SF6, N2, O2,...), des traitements UV-O3 et/ou des traitements thermiques (>450°C) sous atmosphère contrôlée (notamment O2) peuvent aussi être utilisés. Après préparation, la surface du film mince à base d’InP peut comporter différents états d’oxydation correspondant à des composés de type lnPO4 ou ln2Û3 ou ln(PO3)3. De même, la surface du film mince à base de GaAs peut comporter des oxydes de type GaAsO4, Ga2O3, As2O3. L’épaisseur de la couche formée par ces oxydes peut être inférieure à 3 nm.
On entend par « énergie de collage » entre deux éléments l’énergie nécessaire pour réaliser la séparation de ces deux éléments.
On entend par « budget thermique » le couple {temps ; température} appliqué lors d’un traitement thermique.
On entend par « technologie Smart Cut™ » celle décrite notamment dans le document de brevet US 5,374,564. Dans ce dernier, les espèces gazeuses introduites comprennent l’hydrogène et les gaz rares. Dans le cadre de la présente invention, les espèces gazeuses introduites sont de préférence limitées à l’hydrogène et l’hélium. Il convient donc de considérer que le contenu pertinent du document de brevet US 5,374,564 est de préférence corrélativement limité.
On entend par « ppm » la fraction valant un millionième. Le ppm est ici utilisé pour exprimer une fraction molaire ; auquel cas, 1 ppm équivaut à 1 pmol/mol.
Dans la description qui suit, les épaisseurs de film sont mesurées selon des directions perpendiculaires à la surface du film.
Le procédé de fabrication 100 d’un film mince 1 présentement proposé découle de l’observation d’un phénomène physique inattendu.
L’implantation d’ions à base d’hydrogène (H) et/ou d’ions hélium (He) à faible dose, et plus particulièrement à une dose inférieure à celle nécessaire à une mise en oeuvre fonctionnelle de la technologie Smart Cut™, dans un film mince d’InP ou de GaAs reporté par collage direct sur un substrat hôte entraîne la formation de cloques ou exfoliation après un traitement thermique (par formation d’une phase gazeuse d’hydrogène et/ou d’hélium). Ces cloques ou exfoliations correspondent à des détachements micrométriques qui se forment non pas au niveau de la zone implantée, mais au niveau de l’interface de collage direct entre le film mince et le substrat hôte.
Trois substrats de type « InP-On-GaAs », constitués d’un film d’InP d’épaisseur égale à 800 nm reporté sur un substrat de GaAs par la technologie Smart Cut™, ont été implantés avec des ions H et/ou He selon trois conditions d’implantation différentes :
A : H, 20 keV, 2.1016 ions/cm2 + He, 50 keV, 1.1016 ions/cm2,
B : H, 20 keV, 2.1016 ions/cm2 + He, 100 keV, 1.1016 ions/cm2, et
C : H, 20 keV, 2.1016 ions/cm2.
Dans ces conditions, l’hydrogène est implanté à environ 200 nm sous la surface de l’InP, soit à 600 nm de l’interface de collage pour un film mince de 800 nm d’épaisseur. L’hélium implanté à 50 keV est situé à environ 300 nm sous la surface de l’InP (soit 500 nm de l’interface de collage) et l’He implanté à 100 keV est situé à environ 500 nm sous la surface de l’InP (soit 300 nm de l’interface de collage).
Aucune modification de surface n’est observée après implantation.
Après un traitement thermique à 400°C pendant 1h, on observe la formation de cloques ou exfoliations en surface de chaque substrat InP-OnGaAs.
Des vues en coupe obtenues par microscopie électronique à balayage (MEB) ont permis de certifier que ces cloques ou exfoliations correspondent à des détachements localisés non pas au niveau des zones implantées, mais au niveau de l’interface de collage lnP//GaAs.
Ce phénomène physique inattendu peut être lié à :
- la diffusion importante de l’hydrogène H et de l’hélium He dans l’InP et le GaAs (Par « diffusion », on entend la capacité pour ces espèces gazeuses de se déplacer dans l’InP et le GaAs sur de longues distances (plusieurs pm, et jusqu’à 60 pm à 350°C), sous activation thermique) ;
- un piégeage très efficace de ces espèces par l’interface de collage direct lnP//substrat hôte ou GaAs//substrat hôte (Le piégeage correspond ici au pouvoir de capture et de rétention de l’hydrogène H et de l’hélium He) ; et
- la faible énergie du collage direct lnP//substrat hôte ou GaAs//substrat hôte qui est plus particulièrement inférieure à l’énergie nécessaire pour rompre l’InP ou le GaAs, soit inférieure à 0,9 J/m2
Forts de ces nouvelles observations et de leur interprétation, les présents inventeurs proposent de fournir un procédé de fabrication 100 d’un film mince 1 comprenant les étapes suivantes représentées dans les cadres en trait continu de la figure 2 :
- Fournir 101 un film mince 1 à base d’InP ou de GaAs,
- Fournir 102 un substrat initial 2 comprenant au moins une surface à base d’InP ou de GaAs,
- Reporter 103 le film mince 1 sur le substrat initial 2 par collage direct,
- Réaliser une ou plusieurs étapes technologiques 104,
- Introduire 105 dans le film mince 1 de l’hydrogène et/ou de l’hélium 4 à une dose en ions 4 supérieure à 0,5.1016 ions/cm2 et inférieure ou strictement inférieure à 3.1016 ions/cm2, de préférence comprise entre 1.1016 et 2.1016 ions/cm2, et
- Réaliser un traitement thermique de décollement 108 conduisant au décollement du film mince 1.
Le procédé de fabrication 100 propose ainsi une alternative et un complément pour la fabrication d’un film mince 1 à base d’InP ou de GaAs, en tirant profit du phénomène de cloquage ou exfoliation observé lorsque le matériau à base duquel le film mince 1 est constitué est implanté avec des ions légers (ions H et/ou He).
Le procédé de fabrication 100 permet ainsi le détachement d’un film mince 1 à base d’InP ou de GaAs depuis un substrat initial 2 comportant une surface d’InP ou de GaAs grâce à l’implantation d’une dose réduite d’ions relativement à celle nécessaire à la mise en oeuvre de la technologie Smart Cut™. En outre, l’épaisseur du film mince 1 obtenu selon le procédé de fabrication 100 n’est pas limitée à une profondeur d’implantation des ions et peut atteindre voire dépassée 10 pm. Enfin, le film mince détaché présente une très faible rugosité (typiquement inférieure, voire strictement inférieure, à 0,3 nm RMS), ce qui limite les traitements de finition subséquents.
Les ions à base d’hydrogène sont de préférence pris parmi : H, H+, H2+, H3+. Dans la suite de la description, et par souci de concision, on désignera les ions à base d’hydrogène par « ions hydrogène ».
Le film mince 1 à reporter 103 sur le substrat initial 2 peut être fourni 101 en utilisant toute méthode appropriée, telle que par exemple un meulage, une fissuration sous contrainte (ou ‘spalling’ selon la terminologie anglosaxonne), un découpage par technologie Smart Cut™, etc., par exemple à partir d’un substrat donneur de même composition que le film mince 1 à reporter 103. Il est envisageable qu’un substrat ayant servi à la fourniture 101 du film mince 1 soit ensuite utilisé comme substrat initial 2, dans la mesure où la méthode de fourniture 101 du film mince 1 n’induit pas la destruction du substrat donneur.
Du fait de la variété des méthodes permettant de fournir 101 le film mince 1, l’on comprend que l’épaisseur du film mince 1 n’est pas limitée, si ce n’est le cas échéant par l’épaisseur du substrat donneur duquel il est issu. Cependant, le film mince 1 présente de préférence une épaisseur comprise entre 200 nm et 15 pm.
En référence à la figure 2, sur laquelle les étapes représentées dans des cadres en tirets sont optionnelles, un mode de réalisation particulier du procédé de fabrication 100 va maintenant être décrit. D’autres modes de réalisation du procédé de fabrication 100 sont également décrits ci-dessous en référence à la figure 1 qui illustre notamment le résultat de certaines des étapes représentées sur la figure 2.
Le procédé de fabrication 100 selon son mode de réalisation illustré sur la figure 2 comprend tout d’abord les étapes déjà introduites ci-dessus et consistant à :
- Fournir 101 un film mince 1 à base d’InP ou de GaAs et
- Fournir 102 un substrat initial 2 comprenant une surface à base d’InP ou de GaAs.
Plus particulièrement, selon le mode de réalisation illustré sur la figure 2, chacune des étapes 101 et 102 comprend une préparation 1011, 1021 des surfaces destinées à être collées directement entre elles, et notamment une oxydation au moins partielle.
Le procédé comprend ensuite le report 103 du film mince 1 sur le substrat initial 2 par collage direct. L’on parvient ainsi à l’assemblage représenté en haut de la figure 1. Le report 103 du film mince 1 sur le substrat initial 2 peut être réalisé à température ambiante, de préférence sous atmosphère appauvrie en eau, par exemple sous vide (de préférence à une pression inférieure à 5.10'2mbar) et/ou sous atmosphère anhydre (de préférence à moins de 0,5 ppm en eau, soit 0,5 pmol d’eau par mole d’air).
A partir de cet assemblage peuvent être réalisées des étapes technologiques 104 d’un procédé de fabrication d’un dispositif microélectronique à partir du film mince 1. Selon le mode de réalisation illustré sur la figure 1, ces étapes technologiques comprennent un épaississement du film mince 1 (l’épaisseur du film mince 1 est sensiblement doublée selon l’illustration de la figure 1) et un dopage du film mince 1 (les éléments dopants sont illustrés par des points dispersés dans le plan de coupe du film mince 1). Par exemple, l’épaississement du film mince 1 est réalisé par épitaxie par jet moléculaire à une température sensiblement égale à 400°C. Par exemple, le dopage du film mince 1 est réalisé par introduction d’éléments dopants tels que du silicium (Si) et/ou de l’antimoine (Sb).
Le procédé de fabrication 100 comprend ensuite l’introduction 105 dans le film mince 1 d’ions hydrogène et/ou d’ions hélium. Cette introduction est réalisée de sorte que le film mince 1 comprenne une quantité d’ions correspondant à une implantation selon une dose en ions 4 comprise entre 0,5.1016 et 3.1016 ions/cm2, de préférence comprise entre 1.1016 et 2.1016 ions/cm2
Les concentrations résultantes en hydrogène et/ou en hélium sont typiquement de l’ordre de 1.1019 à 1.1021 atomes/cm3 selon la dose et l’épaisseur du film mince 1. La dose implantée correspond à l’intégrale du profil de concentration sur l’épaisseur du film mince 1. Si le profil est plat, la dose est donnée par le produit de la concentration par l’épaisseur ; mais généralement, le profil est gaussien.
L’introduction 105, dans le film mince 1, des ions H et des ions He 4 peut être réalisée par implantation par immersion plasma, par exemple en utilisant un plasma Radio Fréquence réalisé à partir d’un gaz Hélium pur, en polarisant le substrat avec une tension de 10keV, avec un courant typique d’environ 100pA/cm2 pendant une durée telle que la dose implantée est de 2.1016 ions/cm2. Les espèces implantées sont alors situées à quelques dizaines de nm, voire 100 nm, sous la surface du film mince 1.
Comme illustré sur la figure 1, du fait de l’introduction des ions H et/ou He dans le film mince 1, des défauts ponctuels (portant la référence 4) sont créés, c’est-à-dire des atomes ou des clusters d’hydrogène ou d’hélium dilués dans la matrice du film implanté. Compte tenu de la faible dose implantée, il n’y a pas, à ce stade, de formation de cavités ou fissures micrométriques, contrairement à la technologie Smart Cut™.
Sur la figure 1, les espèces gazeuses ainsi introduites sont situées près de la surface dans le film mince 1. Cette illustration n’est pas limitative du procédé de fabrication 100 selon l’invention. Toutefois, il est préféré que les ions soient implantés, à une distance comprise sensiblement entre 100 nm et 10 pm, de préférence comprise entre 100 nm et 5 pm, de l’interface de collage 12 entre le film mince 1 et le substrat initial 2. Il en ressort que le procédé de fabrication 100 est faiblement conditionné par la profondeur d’implantation des ions 4 dans le film mince 1.
Sur la figure 1, deux variantes de réalisation du procédé de fabrication 100 sont représentées qui se différencient entre elles suite à l’introduction 105 dans le film mince 1 des ions 4.
Selon une première de ces deux variantes, l’introduction 105 dans le film mince 1 des ions 4 est suivie d’un collage 107 d’un substrat final 3 sur une face du film mince 1 opposée à l’interface de collage 12 entre le film mince 1 et le substrat initial 2, puis d’un traitement thermique d’activation 106 tel que décrit plus bas.
En comparaison, selon le mode de réalisation illustré sur la figure 2, le procédé de fabrication 100 comprend, suite à l’introduction 105 dans le film mince 1 des ions 4, le traitement thermique d’activation 106 tel que décrit plus bas, puis le collage 107 du substrat final 3 sur la face du film mince 1 opposée à l’interface de collage 12 entre le film mince 1 et le substrat initial 2.
Le procédé de fabrication 100 n’est donc pas limité à un ordre de succession des étapes 106 et 107. En outre, la nature ou composition du substrat final 3 n’est pas limitée, si ce n’est peut-être par l’application à laquelle le film mince 1 est destiné. Le substrat final 3 peut être composé de tout type de matériaux conducteurs ou isolants, cristallins ou amorphes, ou de leurs dérivés, tels que : le verre, le quartz, le silicium (Si), le germanium (Ge), le cuivre (Cu), l’inox, un polymère, le nitrure de gallium (GaN), le phosphure d’indium (InP), l’arséniure de gallium (GaAs) ; ou être composés d’un empilement quelconque de films en de tels matériaux et/ou en leurs dérivés.
Quel que soit l’ordre de succession des étapes 106 et 107 ou la composition du substrat final 3, l’énergie de collage entre le film mince 1 et le substrat final 3 est de préférence supérieure à l’énergie de collage direct 103 entre le film mince 1 et le substrat initial 2. Le collage 107 est réalisé de sorte à ne pas créer d’interface directe entre le film mince 1 et le substrat final 3 dans le cas où la surface collée du substrat final 3 est composée d’InP ou de GaAs. En outre, le collage 107 du substrat final 3 peut comprendre la réalisation 1071, par dépôt ou par collage, d’une couche de collage 31. Une telle couche de collage 31 peut comprendre par exemple au moins l’une parmi :
- une couche d’un dérivé du silicium (Si), choisi par exemple parmi le dioxyde de silicium (S1O2) et le nitrure de silicium (SiN),
- une couche métallique, par exemple à base de l’un parmi : de l’or (Au) et un alliage d’étain et d’or (Sn-Au), et
- une couche polymérique, par exemple à base de benzocyclobutene (BCB).
Un tel collage 107 conduit à un empilement tel qu’illustré sur la figure 1 comprenant successivement le substrat initial 2, le film mince 1, la couche de collage 31 et le substrat final 3.
Le collage 107 est essentiellement envisagé lorsque le film mince 1, éventuellement une fois épaissi 104, a une épaisseur inférieure à 5 pm, voire inférieure à 2 pm. Un film mince 1 présentant une telle épaisseur peut en effet s’avérer posséder une tenue mécanique insuffisante pour pouvoir s’affranchir de l’étape de collage 107. Le substrat final 3 collé 107 joue alors avantageusement le rôle de raidisseur (au sens de la technologie Smart Cut™) et de substrat hôte pour le film mince 1 ; l’on assure ainsi une tenue mécanique satisfaisante du film mince 1 après décollement du substrat initial 2, et le cas échéant on évite la formation de cloques en surface du film mince 1, notamment consécutivement aux traitements thermiques d’activation 106 et/ou de décollement 108.
Selon la première variante de réalisation du procédé de fabrication 100 illustrée sur la figure 1, le collage 107 est suivi du traitement thermique d’activation 106. Ce dernier peut mener comme représenté sur la figure 1 à la diffusion des espèces gazeuses introduites dans le film mince 1 jusqu’à former des détachements micrométriques 4 au niveau de l’interface de collage 12 entre le film mince 1 et le substrat initial 2.
Du moins, quel que soit l'ordre de succession des étapes 106 et 107, le traitement thermique d’activation 106 est destiné à activer la diffusion des espèces gazeuses introduites vers l’interface de collage 12 entre le film mince 1 et le substrat initial 2. A cette fin, le traitement thermique d’activation 106 a de préférence un budget thermique inférieur à un traitement thermique à 300°C pendant 10h. Le traitement thermique d’activation 106 est en effet tel qu’il ne provoque pas, à lui seul, le décollement du film mince 1 depuis le substrat initial
2. II peut être destiné à activer la diffusion des espèces introduites sans nécessairement générer des détachements micrométriques au niveau de l’interface de collage 12 entre le film mince 1 et le substrat initial 2. II peut être davantage utile de procéder au traitement thermique d’activation 106 si la distance entre la ou les zones d’implantation des ions 4 et l’interface de collage 12 entre le film mince 1 et le substrat 2 est élevée dans la gamme de valeur susmentionnée.
Selon le mode de réalisation illustré sur la figure 2, le procédé de fabrication 100 comprend ensuite le traitement thermique de décollement 108 du film mince 1 depuis le substrat initial 2.
Selon la première variante illustrée sur la figure 1, l’on obtient, suite au traitement thermique de décollement 108, d’une part le substrat initial 2, d’autre part un empilement comprenant successivement le substrat final 3, la couche de collage 31 et le film mince 1 épaissi et dopé par rapport au film mince 1 tel que reporté 103 précédemment sur le substrat initial 2.
Selon la seconde variante illustrée sur la figure 1, il est possible, dès après l’étape d’introduction 105 des ions 4 dans le film mince 1, de réaliser le traitement thermique de décollement 108 du film mince 1 depuis le substrat initial 2, précédé le cas échéant d’un traitement thermique d’activation 106 de la diffusion des espèces gazeuses conséquemment introduites dans le film mince
1. L’on obtient alors, comme illustré sur la figure 1 à droite de la flèche portant les références 106 et 108, d’une part le substrat initial 2, d’autre part un film mince 1 épaissi et dopé par rapport au film mince 1 tel que reporté 103 précédemment sur le substrat initial 2. Cette seconde variante est essentiellement envisageable lorsque le film mince 1, éventuellement une fois épaissi 104, a une épaisseur supérieure à 2 pm, de préférence supérieure à 5 pm. Un film mince 1 présentant une telle épaisseur est en effet considéré posséder une tenue mécanique suffisante pour pouvoir s’affranchir de l’étape de collage 107.
Le traitement thermique de décollement 108 est, comme son nom l’indique, destiné à conduire au décollement du film mince 1 depuis le substrat initial 2. A cette fin, le traitement thermique de décollement 108 est un traitement thermique réalisé à une température supérieure à 300°C, par exemple sensiblement égale à 350 ou 400°C, de préférence maintenu pendant une durée suffisante, par exemple jusqu’environ 1 h, pour obtenir le décollement du film mince 1 depuis le substrat initial 2. Le décollement obtenu grâce au traitement thermique de décollement 108 peut ne pas exclure la nécessité d’exercer une contrainte de détachement, éventuellement mécanique, pour séparer tout à fait le film mince 1 du substrat initial 2.
Suite au décollement du film mince 1 depuis le substrat initial 2, le substrat initial 2 n’a potentiellement pas été significativement modifié par les étapes précédentes du procédé de fabrication 100, de sorte qu’il peut être envisagé de le réutiliser pour une nouvelle mise en oeuvre du procédé de fabrication 100, et plus particulièrement pour y reporter 103 par collage direct un film mince 1 nouvellement fourni 101.
L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation précédemment décrits et s’étend à tous les modes de réalisation couverts par les revendications.
Comme énoncé plus haut, la fourniture du film mince 101 peut comprendre sa fabrication par technologie Smart Cut™. Dans ce cas, une certaine dose en ions H et/ou He 4 subsiste dans le film mince 1 fourni 101. Cette dose rémanente en ions est inférieure à la dose en ions nécessaire à un découpage Smart Cut™ du fait que certains des ions implantés servent audit découpage. Dès lors, soit la dose rémanente est supérieure à 0,5.1016 et inférieure ou strictement inférieure à 3.1016 ions/cm2, de préférence comprise entre 1.1016 et 2.1016 ions/cm2, et l’introduction 105 des ions 4 dans le film mince 1 est entièrement réalisée avant même le report 103 du film mince 1 sur le substrat initial 2 ; soit la dose rémanente est inférieure à 1.1016 ions/cm2 et l’introduction 105 des ions 4 dans le film mince 1 est en partie réalisée avant le report 103 du film mince 1 sur le substrat initial 2 et en partie réalisée après le report 103 du film mince 1 sur le substrat initial 2 de sorte à porter la dose en ions 4 du film mince 1 fourni 101 à une valeur supérieure à 0,5.1016 et inférieure ou strictement inférieure à 3.1016 ions/cm2, de préférence comprise entre 1.1016 et 2.1016 ions/cm2.
Contrairement aux modes de réalisation illustrés par les figures, les étapes technologiques 104 ou du moins certaines d’entre elles peuvent être réalisées après l’introduction 105 des ions 4 dans le film mince 1. Ces étapes technologiques 104 peuvent alors être telles que leur réalisation n’induise pas le décollement du film mince 1 depuis le substrat initial 2. Cela peut être le cas par exemple d’une oxydation en surface du film mince 1, par exemple par nettoyage par au moins une solution humide choisie par exemple parmi (NH4)S, HF, NH4OH, H2SO4 et HCl. En alternative ou en complément, certaines de ces étapes technologiques 104 peuvent alors être telles que leur réalisation induise le décollement du film mince 1 depuis le substrat initial 2 ; de telles étapes technologiques peuvent donc comprendre le traitement thermique de décollement 108 du film mince 1 depuis le substrat initial 2 et mener à la fabrication du film mince selon le procédé de fabrication 100.
Contrairement aux modes de réalisation illustrés par les figures, le collage 107 du film mince 1 sur le substrat final 3 pourrait être réalisé avant le report 103 du film mince 1 sur le substrat initial 2, l’introduction 105 des ions 4 dans le film mince 1 étant alors réalisé avant le collage 107 du film mince 1 sur le substrat final 3 ou par la surface du film mince 1 destinée à être reporté 103 par collage direct sur le substrat initial.
De nombreux et variés ordres de succession des étapes du procédé de fabrication 100 sont donc envisageables. Ils dépendront essentiellement de leur cohérence, notamment eu égard au budget thermique de chaque étape, et de l’application à laquelle le film mince 1 à fabriquer 100 est destinée.
Claims (15)
- REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication (100) d’un film mince (1) comprenant les étapes suivantes:- Fournir (101) un film mince (1) à base de l’un parmi le phosphure d’indium (InP) et l’arséniure de gallium (GaAs),- Fournir (102) un substrat initial (2) comprenant au moins une surface de collage à base de l’un parmi le phosphure d’indium (InP) et l’arséniure de gallium (GaAs),- Reporter (103) le film mince (1) sur le substrat initial (2) par collage direct, formant ainsi une interface de collage (12) entre le film mince (1) et la surface de collage du substrat initial (2),- Réaliser au moins une étape technologique (104) sur le film mince (1),- Introduire (105) dans le film mince (1) au moins les uns parmi des ions à base d’hydrogène et des ions hélium (4) avec une dose en ions (4) supérieure à 0,5.1016 et inférieure à 3.1016 ions/cm2, de préférence comprise entre 1.1016 et 2.1016 ions/cm2, et- Réaliser un traitement thermique conduisant au décollement (108) du film mince (1) au niveau de ladite interface de collage (12).
- 2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le film mince (1) a une épaisseur comprise entre 200 nm et 15 pm.
- 3. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la fourniture (101) du film mince (1) comprend sa fabrication au moins par introduction d’ions légers dans un substrat massif d’InP ou de GaAs, de sorte à créer une zone de fragilisation située à une profondeur déterminée dans le substrat massif, puis par collage sur un récepteur, puis traitement thermique, de sorte à fracturer le substrat massif au niveau de la zone de fragilisation, de sorte que l’introduction (105) dans le film mince (1) d’au moins les uns parmi des ions à base d’hydrogène et des ions hélium (4) est au moins en partie réalisée avant le report (103) du film mince (1) sur le substrat initial (2).
- 4. Procédé selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel, avant le report (103) du film mince (1) sur le substrat initial (2), le film mince (1) a une épaisseur supérieure à 2 pm, par exemple supérieure ou sensiblement égale à 3, 5 ou 10 pm.
- 5. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite au moins une étape technologique (104) comprend au moins l’un parmi un épaississement du film mince (1), un dopage du film mince (1), par exemple par introduction de silicium (Si) ou d’antimoine (Sb), une génération d’une couche d’un dérivé du silicium (Si) en surface du film mince (1), une métallisation totale ou partielle, une étape de lithographie et une étape de gravure.
- 6. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel des paramètres de l’introduction (105) dans le film mince (1) d’au moins les uns parmi des ions à base d’hydrogène et des ions hélium (4), en particulier l’énergie des ions, le courant d’implantation, la durée d’introduction, et la nature des ions sont tels que, après le report (103) du film mince (1) sur le substrat initial (2), les ions (4) sont situés à une distance comprise entre 100 nm et 10 pm de ladite interface de collage (12) entre le film mince (1) et le substrat initial (2).
- 7. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’introduction (105) dans le film mince (1) d’au moins les uns parmi des ions à base d’hydrogène et des ions hélium (4) est réalisée par implantation par immersion plasma.
- 8. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant, après le report (103) du film mince (1) sur le substrat initial (2), après l’introduction (105) dans le film mince (1) d’au moins les uns parmi des ions à base d’hydrogène et des ions hélium (4), et avant le traitement thermique de décollement (108), un traitement thermique d’activation (106) de diffusion des espèces gazeuses introduites, le traitement (106) ayant de préférence un budget thermique inférieur à un traitement thermique à 300°C pendant 10 heures.
- 9. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant, avant le traitement thermique de décollement (108), un collage (107) d’un substrat final (3) sur une face du film mince (1) opposée à ladite interface de collage (12) entre le film mince (1) et le substrat initial (2), l’énergie de collage entre le film mince (1) et le substrat final (3) étant de préférence supérieure à l’énergie de collage direct entre le film mince (1) et le substrat initial (2).
- 10. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le collage (107) du substrat final (3) comprend la réalisation (1071) d’une couche de collage (31) comprenant par exemple au moins l’une parmi :- une couche à base de silicium (Si), comprenant par exemple du dioxyde de silicium (S1O2) ou du nitrure de silicium (SiN),- une couche métallique, par exemple à base de l’un parmi : de l’or (Au) et un alliage d’étain et d’or (Sn-Au), et- une couche polymérique, par exemple à base de benzocyclobutene (BCB).
- 11. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant, avant le traitement thermique de décollement (108), un dépôt d’une couche à base de l’un au moins parmi le dioxyde de silicium (SiO2), le cuivre (Cu), et un polymère, sur une face du film mince (1) opposée à l’interface de collage (12) entre le film mince (1 ) et le substrat initial (2).
- 12. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le traitement thermique de décollement (108) est réalisé à une température supérieure à 300°C, par exemple sensiblement égale à 350°C ou 400°C.
- 13. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant, avant le report (103) du film mince (1) sur le substrat initial (2), une préparation (1011, 1021) d’au moins l'une des surfaces destinées à être collées directement entre elles, la préparation (1011, 1021) comprenant par exemple une oxydation au moins partielle d’au moins une desdites surfaces.5
- 14. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la préparation (1011, 1021) d’au moins une desdites surfaces comprend au moins l’un parmi :- un nettoyage par au moins une solution humide choisie par exemple parmi (NH4)S, HF, NH4OH, H2SO4 et HCl,- un traitement par plasma choisi par exemple parmi un plasma d’hexafluorure10 de soufre (SF6), un plasma de diazote (N2) et un plasma de dioxygène (O2),- un traitement par ultraviolet, par exemple par ultraviolet-ozone (UV-O3), et- un traitement thermique, par exemple à une température supérieure à 450°C, sous atmosphère contrôlé, par exemple sous dioxygène.
- 15 15. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le report (103) du film mince (1) sur le substrat initial (2) est réalisé à température ambiante, de préférence sous atmosphère appauvrie en eau, par exemple sous vide ou sous atmosphère anhydre.
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| FR2853991A1 (fr) * | 2003-04-17 | 2004-10-22 | Soitec Silicon On Insulator | Procede de traitement de substrats demontables, et substrat intermediaire demontable, avec polissage perfectionne |
| WO2016180917A1 (fr) * | 2015-05-13 | 2016-11-17 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Procédé de collage direct |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| U. GÖSELE ET AL: "SEMICONDUCTOR WAFER BONDING", ANNUAL REVIEW OF MATERIALS SCIENCE, vol. 28, no. 1, 1 August 1998 (1998-08-01), pages 215 - 241, XP055032047, ISSN: 0084-6600, DOI: 10.1146/annurev.matsci.28.1.215 * |
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