FR3073083A1 - Procede de fabrication d'un film sur un feuillet flexible - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un film (12), notamment monocristallin, sur un feuillet flexible (20), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - la fourniture d'un substrat donneur (10), - la formation d'une zone de fragilisation (11) dans le substrat donneur (10) de sorte à délimiter le film (12), - la formation du feuillet flexible (20) par dépôt sur la surface du film (12), - le détachement du substrat donneur (10) le long de la zone de fragilisation (11), de sorte à transférer ledit film (12) sur le feuillet flexible (20).

Description

DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne un procédé de fabrication d’un film, notamment monocristallin, sur un feuillet flexible.
ETAT DE LA TECHNIQUE
La formation d’un film, notamment monocristallin, sur un feuillet flexible n’est pas chose aisée.
En effet, les feuillets flexibles d’intérêt ne présentent en général pas de surface germe adaptée à la croissance d’un film de bonne qualité cristalline.
Par ailleurs, les techniques de collage d’un film sur un feuillet flexible sont également difficiles à mettre en œuvre, car les surfaces à mettre en contact peuvent ne pas être suffisamment lisses pour permettre un collage direct. D’autre part, la flexibilité du feuillet rend difficile une bonne application contre le film.
Par ailleurs, de nombreuses colles seraient inadaptées de par leur rigidité trop importante au vu de l’application. Ces colles peuvent aussi se montrer inadaptées de par leur incompatibilité avec des traitements thermiques pouvant être nécessaires à la mise en forme du film monocristallin.
EXPOSE DE L'INVENTION
Un but de l’invention est donc de concevoir un procédé de fabrication d’un film mince, notamment monocristallin, sur un feuillet flexible, tout en assurant une bonne tenue mécanique de la couche transférée vis-à-vis du feuillet receveur.
A cet effet, l’invention propose un procédé de fabrication d’un film, notamment monocristallin, sur un feuillet flexible, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
- la fourniture d’un substrat donneur,
- la formation d’une zone de fragilisation dans le substrat donneur de sorte à délimiter le film,
- la formation du feuillet flexible par dépôt sur la surface du film,
- le détachement du substrat donneur le long de la zone de fragilisation, de sorte à transférer ledit film sur le feuillet flexible..
Par « flexible » on entend dans le présent texte un feuillet présentant une rigidité suffisamment faible pour admettre une déformation élastique lors de l’application de contraintes mécaniques extérieures. Typiquement, pour les applications visées, ladite rigidité est inférieure ou égale à 106 GPa.pm3.
Selon les applications visées, une certaine flexibilité peut être recherchée car l’objet visé est susceptible ou doit pouvoir se déformer sans se détériorer, comme par exemple une carte à puce ou encore un patch devant épouser les mouvements de la partie du corps humain sur laquelle il est appliqué. Une certaine flexibilité peut aussi être recherchée car l’objet est destiné à être appliqué de manière permanente sur une surface à géométrie fixe mais courbe, comme par exemple des bouteilles, des récipients cylindriques, des pare-brise etc...
Selon un mode de réalisation, la formation de la zone de fragilisation est réalisée par implantation d’espèces ioniques dans le substrat donneur.
Les espèces ioniques implantées sont avantageusement de l’hydrogène et/ou de l’hélium.
Selon un mode de réalisation, le détachement du substrat donneur est provoqué par un traitement thermique.
De manière particulièrement avantageuse, le film est en un matériau choisi parmi les matériaux semi-conducteurs, les matériaux piézoélectriques, les matériaux magnétiques et les oxydes fonctionnels.
L’épaisseur du film est généralement comprise entre 100 nm et 10 pm, de préférence entre 100 nm et 1 pm.
De manière avantageuse, le feuillet flexible est en un matériau choisi parmi les métaux, les verres et les céramiques.
L’épaisseur du feuillet flexible est généralement comprise entre 1 et 50 pm.
Le dépôt du feuillet flexible peut être mis en œuvre par une des techniques suivantes : le dépôt physique en phase vapeur, le dépôt chimique en phase vapeur, le dépôt par électrodéposition, l’enduction centrifuge, le laquage et la projection.
De préférence, le feuillet flexible présente une rigidité R comprise entre 100 GPa.pm3 et 106 GPa.pm3, ladite rigidité étant définie par la formule :
Ex H3 R = 12 x (1 -v2) où E est le module d’Young du matériau du feuillet, H l’épaisseur dudit feuillet et v le coefficient de Poisson.
Le procédé peut comprendre, avant la formation du feuillet flexible, la formation d’une couche intermédiaire par dépôt sur la surface du film.
Selon un mode de réalisation, ladite couche intermédiaire peut être configurée pour augmenter l’adhérence du feuillet flexible vis-à-vis du film.
Eventuellement, ladite couche intermédiaire peut former un contact électrique avec le film.
Par ailleurs, le procédé peut comprendre, après le détachement du substrat donneur, le dépôt d’un film additionnel sur la face du film transféré opposée au support.
De manière avantageuse, le reliquat du substrat donneur à l’issue du détachement est recyclé en vue de la mise en œuvre d’un nouveau film.
Dans le cas où le substrat donneur présente une surface non plane obtenue avant la formation de la zone de fragilisation, avant le recyclage, le reliquat du substrat donneur est soumis à une opération de régénération de sa surface impliquant un enlèvement de matière sensiblement nul ou conforme à la topologie dudit reliquat.
Selon un mode de réalisation, le substrat donneur comprend une pluralité de pavés agencés à la surface d’une plaquette, chaque pavé comprenant une zone de fragilisation délimitant un film respectif à transférer, et le feuillet flexible est déposé sur la surface de l’ensemble desdits pavés.
DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1A est une vue schématique en coupe d’un substrat donneur ;
- la figure 1B illustre de manière schématique la formation d’une zone de fragilisation dans le substrat donneur de la figure 1A ;
- la figure 1C illustre de manière schématique le dépôt du feuillet receveur flexible sur le substrat donneur de la figure 1B ;
- la figure 1D illustre de manière schématique la structure résultant du détachement du substrat donneur le long de la zone de fragilisation ;
- la figure 1E illustre le dépôt d’un film additionnel sur le film transféré à l’issue du détachement ;
- la figure 2A illustre de manière schématique la formation d’une zone de fragilisation dans le substrat donneur ;
- la figure 2B illustre de manière schématique le dépôt d’une couche intermédiaire sur le substrat donneur de la figure 2A ;
- la figure 2C illustre de manière schématique le dépôt du feuillet receveur flexible sur la couche intermédiaire de la figure 2B ;
- la figure 2D illustre de manière schématique la structure résultant du détachement du substrat donneur le long de la zone de fragilisation ;
- la figure 3A illustre de manière schématique un substrat donneur présentant une surface courbe ;
- la figure 3B illustre la formation d’une couche d’oxyde à la surface du substrat donneur de la figure 3A ;
- la figure 3C illustre la formation d’une zone de fragilisation dans le substrat de la figure 3B ;
- la figure 3D illustre de manière schématique le dépôt du feuillet flexible sur le substrat donneur de la figure 3C ;
- la figure 3E illustre de manière schématique la structure résultant du détachement du substrat donneur le long de la zone de fragilisation ;
- les figures 4A-4D illustrent de manière schématique les étapes d’un procédé selon un autre mode de réalisation de l’invention, impliquant la formation d’une topologie non plane de la surface du film à transférer ;
- les figures 5A-5C illustrent de manière schématique les étapes d’un procédé selon une autre forme d’exécution de l’invention.
Pour des raisons de lisibilité des figures, les différents éléments ne sont pas nécessairement représentés à l’échelle. Les signes de référence présents d’une figure à l’autre représentent les mêmes éléments.
DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION DE L'INVENTION
D’une manière générale, l’invention prévoit la formation du feuillet flexible par dépôt sur un substrat donneur préalablement fragilisé de sorte à délimiter un film mince. Ledit film mince est ensuite transféré sur le feuillet flexible par détachement du substrat donneur. Le feuillet peut être constitué d’un unique matériau ou d’un empilement d’au moins deux matériaux différents, déposés successivement sur le substrat donneur.
La figure 1A illustre un substrat donneur 10 qui comprend au moins une portion superficielle constituée du matériau destiné à former le film mince. Bien que ledit substrat donneur soit représenté sous la forme d’un substrat massif, il pourrait également être formé d’un empilement de couches de différents matériaux, dont une couche superficielle constituée du matériau destiné à former le film mince. En particulier, le film mince peut correspondre à une couche de cet empilement réalisée par épitaxie.
De manière avantageuse, le matériau destiné à former le film mince est choisi parmi : les matériaux semi-conducteurs (par exemple : silicium, carbure de silicium, germanium, composés lll-V tels que AsGa, InP, GaN, composés ll-IV tels que CdTe, ZnO), les matériaux piézoélectriques (par exemple : LiNbO3, LiTaO3, PZT, PMN-PT), les matériaux magnétiques et les oxydes fonctionnels (par exemple : ZrO2, YSZ : ZrO2 stabilisée à l’Yttrium, SrTiO3, GaO2). Ces exemples ne sont pas limitatifs.
De préférence, le matériau destiné à former le film mince est monocristallin. Il peut aussi être polycristallin, et dans ce cas on s’attachera souvent à optimiser ses conditions de formation pour obtenir par exemple une densité et une taille de grains cristallins particulières et/ou encore une orientation cristalline préférentielle, et/ou encore une rugosité optimisée.
En référence à la figure 1B, on forme dans le substrat donneur 10 une zone de fragilisation 11 qui délimite un film superficiel 12 destiné à être transféré.
L’épaisseur du film transféré est définie par la profondeur de la zone de fragilisation 11 dans le substrat donneur 10. De manière avantageuse, cette profondeur est comprise entre 100 nm et 10 pm, préférentiellement entre 100 nm et 1 pm.
La formation de la zone de fragilisation 12 dans le substrat donneur 10 peut être effectuée par implantation d’espèces ioniques (schématisée par les flèches sur la figure 1B). De manière avantageuse, les espèces implantées sont des ions hydrogène et/ou des ions hélium. L’énergie d’implantation permet de définir la profondeur de la zone d’implantation 11. La dose d’implantation est choisie afin de permettre le détachement du film 12 après l’application d’un traitement adapté. La dose d’implantation est choisie suffisamment faible pour ne pas induire la formation de bulles dès l’étape d’implantation. Les espèces ioniques, l’énergie et la dose d’implantation sont choisies en fonction du matériau du substrat donneur 10. Ces conditions ont fait l’objet de nombreuses publications et sont connus de l’homme du métier.
En référence à la figure 1C, on forme un feuillet flexible 20 sur la surface du film 12 qui, à ce stade, fait encore partie du substrat donneur 10.
Par opposition aux techniques de collage, le feuillet flexible ne préexiste pas et est formé directement sur le substrat donneur. Les techniques de dépôts suivantes peuvent être mises en œuvre pour la formation dudit film : le dépôt physique en phase vapeur (PVD, acronyme du terme anglo-saxon « Physical Vapor Déposition »), le dépôt chimique en phase vapeur (CVD, acronyme du terme anglo-saxon « Chemical Vapor déposition »), le dépôt par électrodéposition ou électroformage (« electroplating » (ECD) selon la terminologie anglo-saxonne), l’enduction centrifuge (« spin coating » selon la terminologie anglo-saxonne, le laquage et la projection. Ces techniques sont connues en elles-mêmes et ne seront pas décrites plus en détail ici, l’homme du métier étant à même de sélectionner la technique la plus adaptée en fonction du matériau du feuillet flexible. Des techniques de dépôt à relativement basse température sont préférées, afin de ne pas amorcer un détachement prématuré du substrat donneur.
Le feuillet flexible est avantageusement en un matériau choisi parmi les métaux (par exemple : Ni, Cu, Cr, Ag, Fe, Co, Zn, Al, Mo, W et leurs alliages), les verres et les céramiques (par exemple : silice (SiO2), alumine (AI2O3), AIN polycristallin, silicium polycristallin, SiC polycristallin). Ces exemples ne sont pas limitatifs.
L’épaisseur du feuillet flexible est typiquement comprise entre 1 et 50 pm.
La rigidité du feuillet doit être suffisamment faible pour assurer la flexibilité dudit feuillet au regard de l’application visée, mais suffisamment grande pour permettre dans un premier temps le transfert du film 12 sur le feuillet 20, et ce sans formation de cloques.
La rigidité R peut être estimée par la formule :
Ex H3 R = 12 x (1 -v2) où E est le module d’Young du matériau du feuillet, H l’épaisseur dudit feuillet et v le coefficient de Poisson.
Par rigidité suffisamment faible pour assurer la flexibilité, on entend une rigidité inférieure ou égale à 106 GPa.pm3. A titre indicatif, on notera que la rigidité d’une couche de 43 pm de silicium est d’environ 106 GPa.pm3, tandis que la rigidité d’une couche de 92 pm de silicium est d’environ 107 GPa.pm3.
Par rigidité suffisamment grande pour éviter la formation de cloques lors du transfert, on entend une rigidité supérieure ou égale à 100 GPa.pm3.
Par ailleurs, on veille à ce que l’adhérence du feuillet sur le substrat donneur soit suffisante pour éviter le détachement du feuillet lors du procédé de transfert de film. Cette adhérence peut être améliorée par le dépôt d’une couche d’accroche sur le substrat donneur avant le dépôt du feuillet. Par exemple, ladite couche d’accroche peut être en l’un des matériaux suivants : Ti, Cr, Pt, Ta, TiW, Si3N4, TiN, CrCu.
Plus généralement, au moins une couche intermédiaire peut être déposée sur le film 12 avant le dépôt du feuillet flexible. Il peut aussi s’agir en particulier d’un empilement de couches. Outre une éventuelle fonction d’accroche, une telle couche ou empilement intermédiaire peut avoir notamment pour fonction d’éviter la diffusion d’espèces chimiques vers le film 12 lors du dépôt du feuillet 20, et/ou de former un contact électrique sur le film 12, et/ou à former un saut d’indice optique, et/ou à former une couche réfléchissante comme un miroir de Bragg et/ou encore minimiser une discontinuité d’impédance acoustique. Naturellement, l’homme du métier est à même de choisir les matériaux adéquats et leur épaisseur selon la fonction mécanique, électrique, optique, thermique, acoustique ou chimique de la couche ou de l’empilement intermédiaire.
L’épaisseur de la(les) couche(s) intermédiaire(s) reste suffisamment faible pour que la rigidité de cette couche ou empilement ne vienne pénaliser la flexibilité du feuillet.
Lorsqu’il existe d’un écart important entre les coefficients de dilatation thermique du feuillet et du film (typiquement un écart supérieur à 5x10'6 K'1), le matériau du feuillet est choisi pour démontrer une ductilité suffisante afin que le film transféré ne subisse pas d’endommagement (par exemple de type fissures) lors du procédé de transfert. Par ductilité suffisante, on entend que la limite élastique du feuillet est inférieure au produit de la limite élastique du film et du rapport d’épaisseurs entre le feuillet et le film.
En référence à la figure 1D, on détache ensuite le substrat donneur 10 le long de la zone de fragilisation 11, de sorte à transférer ledit film 12 sur le feuillet flexible 20. Il subsiste à l’issue de ce détachement un reliquat 10’ du substrat donneur, qui peut éventuellement être recyclé en vue d’une autre utilisation.
Le détachement est provoqué par un traitement de l’empilement du feuillet 20 sur le substrat donneur 10. Ledit traitement peut être par exemple thermique, mécanique ou une combinaison de ces deux types de traitement. Ce type de traitement est bien connu notamment dans le cadre du procédé Smart Cut™ et ne sera donc pas décrit en détail ici. Dans le cas d’un traitement thermique, le budget thermique de ce traitement est généralement supérieur au budget thermique de dépôt du feuillet flexible.
Le film 12 peut éventuellement servir de germe pour le dépôt d’un film additionnel 13 (cf. figure 1E).
La structure formée du feuillet flexible 20 et du film 12 (ainsi que d’un éventuel film additionnel) peut être utilisée pour former des dispositifs qui ont notamment des applications en microélectronique, photonique ou optique. Une telle structure peut également entrer dans la fabrication de capteurs ou de transducteurs, ou de membranes pour pile à combustible.
Ci-dessous sont décrits quelques exemples (non limitatifs) d’application du procédé selon l’invention.
Exemple 1 : formation d’un film de niobate de lithium sur un feuillet de cuivre
Le niobate de lithium est un matériau piézoélectrique et pyroélectrique remarquable en ce qu’il conserve ses propriétés piézoélectriques jusqu’à des températures élevées. Sa température de Curie est d’environ 1140°C, tandis que de nombreux autres matériaux perdent leurs propriétés dès des gammes de température de l’ordre de 100 à 250°C. Il représente donc un matériau intéressant pour des systèmes exploitant la piézoélectricité et/ou la pyroélectricité dans ces gammes de température.
Par exemple, il peut s’agir de systèmes de récupération d’énergie par récupération de l’énergie des vibrations et autres déformations d’un système mécanique fonctionnant dans un environnement hostile dans des gammes de températures supérieures à 250°C. Il peut aussi d’agir de capteurs piézo ou pyroélectriques dédiés à la mesure de déformation mécanique, de température ou à l’échange de données par émission/réception d’ondes radiofréquences.
Pour cela le film de niobate de lithium doit pouvoir se déformer suffisamment facilement. Ce matériau est monocristallin et de bonne qualité lorsqu’il est réalisé par tirage de lingot puis découpé en plaquettes massives de plusieurs centaines de pms d’épaisseur. En film minces, lorsqu’il est réalisé par dépôt il est en général polycristallin, au mieux quasi-monocristallin mais très défectueux. Disposer de films minces de niobate de lithium de bonne qualité sur un feuillet flexible permet d’adresser les domaines d’applications tels que les capteurs portables ou mettables (« wearable » selon la terminologie anglo-saxonne) (intégrés dans des textiles par exemple), et I’ « internet des objets » (loT, acronyme du terme anglo-saxon « Internet of Things »). Ces exemples ne sont pas limitatifs.
On implante dans un substrat 10 de niobate de lithium des ions hélium de sorte à former une zone de fragilisation 11 et délimiter un film mince 12 de LiNbO3 (cf. figure 2A). L’épaisseur du film 12 est de l’ordre de 1 pm.
On dépose sur le film 12 une couche d’accroche 21 constitué d’un alliage Cr/Cu, par une technique de PVD (cf. figure 2B). On dépose ensuite sur ladite couche d’accroche un feuillet 20 en cuivre, par une technique d’électrodéposition (cf. figure 2C). L’épaisseur dudit feuillet est de l’ordre de 20 pm.
Ensuite, on applique un recuit à une température de 300°C, afin de provoquer le détachement du substrat donneur 10 le long de la zone de fragilisation 11 (cf. figure 2D).
Exemple 2 : formation d’un film de zircone stabilisée à l’yttrium sur un feuillet de nickel
La zircone stabilisée à l’yttrium se trouve généralement sous forme de céramique polycristalline, et plus rarement sous forme de substrat monocristallin.
Une utilisation de ce matériau repose sur ses propriétés de conduction ionique. Il sert alors de membrane solide pour jouer le rôle d’électrolyte dans des systèmes de pile à combustible (SOFC pour « Solid Oxide Fuel Cell » selon la terminologie anglo-saxonne). De tels systèmes, lorsqu’ils doivent être miniaturisés (on parle alors de micro-SOFC) ont intérêt à migrer d’une part vers des membranes fines, typiquement en dessous de quelques pms d’épaisseur, et d’autre part monocristallines. De tels systèmes fonctionnent à haute température (typiquement 550-700°C) sont soumis à de fortes sollicitations thermomécaniques. Afin de rendre la membrane plus résistante, on lui donnera avantageusement la possibilité de se déformer légèrement.
On fournit un substrat 10 de YSZ monocristallin.
On implante dans ledit substrat 10 des ions hydrogène de sorte à former une zone de fragilisation 11 et délimiter un film mince 12 de YSZ (cf. figure 2A). L’épaisseur du film 12 est de l’ordre de 1 pm.
On dépose sur le film 12 une couche d’accroche 21 constitué d’un alliage Cr/Cu, par une technique de PVD (cf. figure 2B). On dépose ensuite sur ladite couche d’accroche un feuillet 20 en nickel, par une technique d’électrodéposition (cf. figure 2C). L’épaisseur dudit feuillet est de l’ordre de 20 pm.
Ensuite, on applique un recuit à une température de 300°C, afin de provoquer le détachement du substrat donneur 10 le long de la zone de fragilisation 11 (cf. figure 2D).
Exemple 3 : formation d’un film de silicium monocristallin sur un feuillet de verre incurvé
Dans le domaine de la réalisation d’écrans ou autres pièces optiques (lentilles, miroirs, ..), la réalisation de pièces non planes ou incurvées rend difficile l’utilisation de films minces de matériaux monocristallins tel que du silicium. Cet exemple vise à rendre disponible un film mince de silicium sur un feuillet de verre présentant une certaine courbure. Ce film de silicium pourra par exemple servir à réaliser des transistors de haute performance, par exemple à des fins de réalisation d’écrans de haute définition ultra compacts et incurvés.
On fournit un substrat 10 de silicium monocristallin massif.
La forme incurvée que l’on souhaite épouser est réalisée par gravure dans ce substrat de silicium. Dans le cas de la figure 3A, la forme choisie est concave avec une remontée plus marquée sur les bords. Tout autre profil - parabolique, elliptique, ondulé, ...- sera possible. Cette forme pourra être réalisée grâce à une gravure par usinage mécanique. L’homme de l’art saura adapter la technique de gravure la plus adaptée à la forme et dimension désirée.
Le substrat 10 est soumis à une oxydation thermique pour réaliser une couche 14 de SiO2 de 0,2 pm d'épaisseur (cf. figure 3B). On implante ensuite dans ledit substrat 10 des ions hydrogène de sorte à former une zone de fragilisation 11 et délimiter un film mince 12 de silicium monocristallin (cf. figure 3C). L’épaisseur du film 12 est de l’ordre de 0,5 pm.
On dépose sur le film 12 un feuillet 20 en silice, autrement dit en verre, par une technique de dépôt à basse température, typiquement inférieure à 200°C pour ne pas provoquer un détachement intempestif le long de la zone de fragilisation (cf. figure 3D). L’épaisseur dudit feuillet est de l’ordre de 20 pm. L’homme de l’art saura choisir dans ces conditions la technique de dépôt la plus adaptée notamment en termes de température et d’épaisseur finale désirée.
Ensuite, on applique un recuit à une température de 500°C, afin de provoquer le détachement du substrat donneur 10 le long de la zone de fragilisation 11 (cf. figure 3E).
Exemple 4
L’exemple 4 vise des structures à onde acoustique comme les filtres radiofréquence (RF) par exemple. Dans certaines structures on cherche à éviter les réflexions d’ondes parasites sur la face arrière des substrats et ou couches considérées. Un moyen consiste à rendre géométriquement imparfaites les interfaces et surfaces arrières en introduisant notamment des texturations ou autres rugosités volontaires. Cette contrainte est difficile voire impossible à satisfaire si l’on envisage l’emploi de certains films fins de matériaux monocristallins tels que le LiTaO3 par exemple, et ce sans recourir à l’introduction d’empilements complexes de couches supplémentaires intermédiaires. L’exemple 4 vise un tel objet.
On fournit un substrat 10 de LiTaO3 monocristallin massif.
On implante dans ledit substrat 10 au travers de la surface 10a des ions hydrogène de sorte à former une zone de fragilisation 11 et délimiter un film mince 12 de LiTaO3 monocristallin (cf. figure 4A). L’épaisseur du film 12 est de l’ordre de 1,5 pm.
Une texturation de la surface 10a est créée par photolithogravure (cf. figure 4B). Dans cet exemple l’implantation a lieu avant l’étape de texturation mais elle pourrait avoir lieu après.
L’homme du métier saura adapter la technique la plus adaptée à la forme et aux dimensions désirées pour la texture. On pourra par exemple choisir une technique de lithographie par nano-impression (« Nanolmprint » selon la terminologie anglo-saxonne) pour définir des motifs de dimension caractéristique latérale légèrement submicronique, sur une profondeur de l’ordre de 0,05 pm. Dans une variante, la texturation est obtenue par rugosification par effet de pulvérisation cathodique. Selon une autre alternative, mise en œuvre de préférence avant l’étape d’implantation, la texturation peut être obtenue par un sablage de la surface du substrat 10.
On dépose sur le film 12 un feuillet 20 en silice, par une technique de dépôt à basse température, typiquement inférieure à 100°C pour ne pas provoquer un détachement intempestif le long de la zone de fragilisation (cf. figure 4C). L’épaisseur dudit feuillet est de l’ordre de 10 pm. L’homme du métier saura choisir dans ces conditions la technique de dépôt la plus adaptée notamment en termes de température et d’épaisseur finale désirée. A titre d’alternative, le feuillet 20 peut être en métal au lieu d’être en silice.
Ensuite, on applique un recuit à une température de l’ordre de 200°C, afin de provoquer le détachement du substrat donneur 10 le long de la zone de fragilisation 11 (cf. figure 4D).
Exemple 5 : Cas d’un substrat donneur comprenant une pluralité de pavés
Selon une forme d’exécution de l’invention, la topologie non plane du substrat donneur résulte de la formation d’une pluralité de pavés 1001 agencés à la surface d’une plaquette 1000 (cf. figure 5A).
Les pavés sont avantageusement formés d’un matériau choisi parmi les matériaux semi-conducteurs, les matériaux piézoélectriques, les matériaux magnétiques et les oxydes fonctionnels. Les pavés sont avantageusement monocristallins. Chaque pavé peut être mis en place sur la plaquette par collage, individuellement ou collectivement.
Les pavés peuvent présenter toute taille et forme appropriée en fonction de l’application visée. Les pavés peuvent être agencés de manière régulière sur la plaquette, par exemple pour former une sorte de quadrillage.
La surface principale de chaque pavé 1001 est parallèle à la surface principale de la plaquette 1000. Cependant, dans la mesure où l’épaisseur de chaque pavé n’est pas maîtrisée avec suffisamment de précision, il peut exister une légère différence d’épaisseur d’un pavé à l’autre (par exemple de l’ordre de 1 ou 2 pm d’épaisseur). Il en résulte que la surface constituée de l’ensemble des surfaces des pavés présente des différences de niveaux, typiquement sous la forme de marches (l’amplitude de ces variations a volontairement été exagérée sur la figure 5A). Ces différentes marches forment donc une topologie non plane de la surface de la plaquette.
En général, comme exposé par exemple dans les documents FR 3 041 364 et US 6,562,127, les pavés sont destinés au transfert d’un film superficiel monocristallin sur un support final. A cet effet, une zone de fragilisation 1011 est formée dans chaque pavé, avant ou après sa mise en place sur la plaquette, pour délimiter un film respectif 1012 à transférer, par exemple par une implantation telle que décrite plus haut.
Contrairement aux procédés décrits dans les documents susmentionnés, qui impliquent un collage de la face principale de chaque pavé sur le support final, l’invention propose de déposer le feuillet flexible 20 sur l’ensemble des pavés agencés à la surface de la plaquette (cf. figure 5B). On s’affranchit ainsi des problèmes d’assemblage liés à la différence de hauteur des différents pavés.
Ensuite, on détache chaque pavé le long de la zone de fragilisation respective 1011, de sorte à transférer le film 1012 correspondant sur le feuillet flexible 20 (cf. figure 5C).
De manière avantageuse, les films transférés sont plus rigides que le feuillet flexible. Par conséquent, si l’utilisation de la structure composite ainsi obtenue implique de la déformer de manière permanente ou de manière dynamique, le feuillet constitue une jonction flexible entre les pavés, qui absorbe les contraintes dues à ces déformations au lieu de les transmettre aux pavés.
Quel que soit le mode de réalisation considéré, il subsiste à l’issue du détachement du substrat donneur un reliquat 10’.
Si un recyclage dudit substrat donneur est envisagé, on peut mettre en œuvre des opérations de reconditionnement, notamment dans le but de régénérer la surface du substrat donneur qui a pu être endommagée lors du détachement. Ces opérations peuvent comprendre notamment des étapes de nettoyage, de gravure, de recuit, de lissage et de planarisation, par exemple par polissage.
Dans le cas où le substrat donneur présente une topologie particulière (courbure, rugosité, texturation...) qui a été réalisée avant l'étape de fragilisation, le reliquat du substrat donneur présente une topologie identique à la topologie initiale du substrat donneur. Il peut apparaître avantageux pour des questions de coût de conserver cette topologie qui avait été initialement créée dans le substrat donneur, en vue d'éviter à la refaire systématiquement après chaque recyclage. On évitera dans ce cas les procédés de planarisation, en privilégiant les procédés à enlèvement de matière conforme en épaisseur, voire à enlèvement de matière sensiblement nul (c’est-à-dire inférieur à 30 nm), comme par exemple des gravures plasma ou des recuits de lissage.

Claims (17)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de fabrication d’un film (12), notamment monocristallin, sur un feuillet flexible (20), caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
    - la fourniture d’un substrat donneur (10),
    - la formation d’une zone de fragilisation (11) dans le substrat donneur (10) de sorte à délimiter le film (12),
    - la formation du feuillet flexible (20) par dépôt sur la surface du film (12),
    - le détachement du substrat donneur (10) le long de la zone de fragilisation (11), de sorte à transférer ledit film (12) sur le feuillet flexible (20).
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la formation de la zone de fragilisation (11) est réalisée par implantation d’espèces ioniques dans le substrat donneur (10).
  3. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel les espèces ioniques implantées sont de l’hydrogène et/ou de l’hélium.
  4. 4. Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel le détachement du substrat donneur (10) est provoqué par un traitement thermique.
  5. 5. Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel le film (12) est en un matériau choisi parmi : les matériaux semi-conducteurs, les matériaux piézoélectriques, les matériaux magnétiques et les oxydes fonctionnels.
  6. 6. Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel l’épaisseur du film (12) est comprise entre 100 nm et 10 pm, de préférence entre 100 nm et 1 pm.
  7. 7. Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel le feuillet flexible (20) est en un matériau choisi parmi les métaux, les verres et les céramiques.
  8. 8. Procédé selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel le feuillet flexible (20) présente une épaisseur comprise entre 1 et 50 pm.
  9. 9. Procédé selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel le dépôt du feuillet flexible (20) est mis en œuvre par une des techniques suivantes : le dépôt physique en phase vapeur, le dépôt chimique en phase vapeur, le dépôt par électrodéposition, l’enduction centrifuge, le laquage et la projection.
  10. 10. Procédé selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel le feuillet flexible (20) présente une rigidité (R) comprise entre 100 GPa.pm3 et 106 GPa.pm3, ladite rigidité étant définie par la formule :
    Ex H3 R = 12 x (1 -v2) où E est le module d’Young du matériau du feuillet, H l’épaisseur dudit feuillet et v le coefficient de Poisson.
  11. 11. Procédé selon l’une des revendications 1 à 10, comprenant, avant la formation du feuillet flexible (20), la formation d’une couche intermédiaire (21) par dépôt sur la surface du film (12).
  12. 12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel ladite couche intermédiaire (21) est configurée pour augmenter l’adhérence du feuillet flexible (20) vis-à-vis du film (12).
  13. 13. Procédé selon l’une des revendications 11 ou 12, dans lequel ladite couche intermédiaire forme un contact électrique avec le film (12).
  14. 14. Procédé selon l’une des revendications 1 à 13, comprenant en outre, après le détachement du substrat donneur, le dépôt d’un film additionnel (13) sur la face du film transféré (12) opposée au support (20).
  15. 15. Procédé selon l’une des revendications 1 à 14, dans lequel le reliquat (10’) du substrat donneur à l’issue du détachement est recyclé en vue de la mise en œuvre d’un nouveau film (12).
  16. 16. Procédé selon la revendication 15, dans lequel le substrat donneur présente une surface non plane obtenue avant la formation de la zone de fragilisation (11) et dans lequel, avant le recyclage, le reliquat du substrat donneur est soumis à une opération de régénération de sa surface impliquant un enlèvement de matière sensiblement nul ou conforme à la topologie dudit reliquat (10’).
  17. 17. Procédé selon l’une des revendications 1 à 16, dans lequel le substrat donneur comprend une pluralité de pavés (1001) agencés à la surface d’une plaquette (1000), chaque pavé (1001) comprenant une zone de fragilisation (1011) délimitant un film respectif (1012) à transférer, et le feuillet flexible (20) est déposé sur la surface de l’ensemble desdits pavés (1001).
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