WO2005013318A2 - Procede d’obtention d’une couche mince de qualite accrue par co-implantation et recuit thermique - Google Patents

Procede d’obtention d’une couche mince de qualite accrue par co-implantation et recuit thermique Download PDF

Info

Publication number
WO2005013318A2
WO2005013318A2 PCT/FR2004/002038 FR2004002038W WO2005013318A2 WO 2005013318 A2 WO2005013318 A2 WO 2005013318A2 FR 2004002038 W FR2004002038 W FR 2004002038W WO 2005013318 A2 WO2005013318 A2 WO 2005013318A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rta
roughness
implantation
carried out
thin layer
Prior art date
Application number
PCT/FR2004/002038
Other languages
English (en)
Other versions
WO2005013318A3 (fr
WO2005013318B1 (fr
Inventor
Christophe Maleville
Eric Neyret
Nadia Ben Mohamed
Original Assignee
S.O.I.Tec Silicon On Insulator Technologies
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from FR0309304A external-priority patent/FR2858462B1/fr
Application filed by S.O.I.Tec Silicon On Insulator Technologies filed Critical S.O.I.Tec Silicon On Insulator Technologies
Priority to JP2006521623A priority Critical patent/JP2007500435A/ja
Priority to EP04786008A priority patent/EP1652230A2/fr
Publication of WO2005013318A2 publication Critical patent/WO2005013318A2/fr
Publication of WO2005013318A3 publication Critical patent/WO2005013318A3/fr
Publication of WO2005013318B1 publication Critical patent/WO2005013318B1/fr

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76—Making of isolation regions between components
    • H01L21/762—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76—Making of isolation regions between components
    • H01L21/762—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
    • H01L21/7624—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using semiconductor on insulator [SOI] technology
    • H01L21/76251—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using semiconductor on insulator [SOI] technology using bonding techniques
    • H01L21/76254—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using semiconductor on insulator [SOI] technology using bonding techniques with separation/delamination along an ion implanted layer, e.g. Smart-cut, Unibond
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a structure comprising a thin layer of semiconductor material on a substrate, comprising the steps consisting in:
  • the invention also relates to the structures obtained by such a process.
  • implantation of species means any bombardment of atomic or ionic species capable of introducing these species into the material of the implanted substrate, with a maximum concentration of the implanted species located at a determined depth of the substrate relative to the surface. bombed. Processes of the type mentioned above are already known. SMARTCUT ® type processes are an example of such a process. These methods correspond to a preferred embodiment of the invention.
  • the roughness of the thin layer is indeed a parameter which determines to some extent the quality of the components which will be produced on the structure.
  • Roughness is generally expressed either by a quadratic mean value called RMS (according to the acronym of the English expression “Root Mean Square”), or by a power spectral density called PSD (according to the acronym of expression Anglo-Saxon “Power Spectral Density”). For example, it is common to find roughness specifications not to exceed 5 Angstroms in RMS value.
  • Roughness measurements can in particular be carried out using an AFM atomic force microscope (according to the acronym of the Anglo-Saxon name Atomic Force Microscop).
  • the roughness is measured on surfaces scanned by the tip of the AFM microscope, ranging from 1x1 // m 2 to 10x10 // m 2 , and more rarely 50 x50 / m 2 , see 100x100 ⁇ m 2 .
  • Roughness can be characterized, in particular, in two ways. According to one of these methods, the roughness is said to be at high frequencies and corresponds to swept surfaces of small dimensions (of the order of 1x1 ⁇ 2 ). According to another of these methods, the roughness is said to be at low frequencies and corresponds to swept areas of larger dimensions (of the order of 10 ⁇ 10 ⁇ m 2 , or more).
  • the “high frequencies” and “low frequencies” mentioned above thus correspond to spatial frequencies linked to the roughness measurement.
  • finishing steps have in particular the objective of erasing all the roughnesses, that is to say both the roughness at high frequencies and the roughness at low frequencies.
  • finishing steps generally involve operations such as chemical mechanical polishing (or CMP according to the acronym of the English expression Chemical-Mechanical Polishing), oven annealing, rapid annealing, a sequence of oxidation / deoxidation.
  • a first type of known method for reducing the surface roughness thus consists in carrying out a chemical mechanical polishing of the free surface of the thin layer. This type of process effectively makes it possible to reduce the roughness of the free surface of the thin layer by reducing all the undulations, and in particular those at lower frequencies.
  • Thermal annealing under a reducing atmosphere containing hydrogen makes it possible to erase the high frequency roughness by a reconstruction of the surface.
  • this treatment does not completely eliminate roughness at lower frequencies (5 to 10 micrometers).
  • a rapid thermal annealing step is carried out under a reducing atmosphere as well as a chemical mechanical polishing step (CMP), these steps being distinguished by their effects on different frequency ranges.
  • the invention proposes, according to a first aspect, a method for producing a structure comprising a thin layer of semiconductor material on a substrate, comprising the steps consisting in:
  • the implantation step implements a co-implantation of at least two different atomic species so as to. minimize low frequency roughness at the level of the structure obtained after detachment; • and the method further comprises a finishing step comprising at least one rapid thermal annealing operation so as to minimize the high frequency roughness at the structure obtained after detachment.
  • the implanted helium dose is substantially between 0.7.10 16 .cm "2 and 1, 2.10 16 .cm ⁇ 2 and in that the implanted hydrogen dose is substantially between 0.7.10 16 .cm " 2 and 2J 0 16 .cm "2 ;
  • RTA rapid thermal annealing
  • - RTA annealing is carried out under an atmosphere comprising a mixture of hydrogen and argon, or an atmosphere of pure argon, or an atmosphere of pure hydrogen;
  • Said finishing step can also comprise at least one stabilized StabOx oxidation operation of the structure obtained after detachment; - said operation of StabOx successively implements an oxidation operation, an annealing operation and a deoxidation operation;
  • the RTA annealing operation can be carried out prior to the StabOx operation
  • finishing step may include a plurality of RTA / StabOx sequences; - during the finishing step, the StabOx operation can also be carried out prior to the RTA annealing operation;
  • the finishing step may include a plurality of StabOx / RTA sequences; - the StabOx operation or operations can be replaced by a simple oxidation operation, said simple oxidation operation comprising an oxidation operation of the structure obtained after detachment followed by a deoxidation operation;
  • the invention also relates to the structures produced by implementing the method according to the first aspect of the invention.
  • FIG. 1 represents roughness measurements of the PSD type carried out at the center of different structures, and illustrates the reduction in roughness at low frequencies which can be carried out by implementing the method according to the invention, with respect to what is obtained by a simple heat treatment of RTA type;
  • FIG. 2 represents RMS roughness measurements and illustrates the reduction of low frequency roughness carried out using the method according to the invention, without resorting to a CMP step; .
  • FIGS. 3a and 3b are representations similar to that of FIG. 1, which illustrate the reduction in roughness obtained thanks to the invention, respectively at the center of a structure and at the edge of this structure.
  • the invention relates to the production of structures comprising a thin layer of semiconductor material on a support substrate, the thin layer being obtained by detachment at the level of a donor substrate previously weakened by implantation of species.
  • the structure may, in general, be any type of structure comprising on a surface exposed to the external environment (free surface) a thin layer of a semiconductor material.
  • the thin layer of semiconductor material can be made of silicon Si, silicon carbide SiC, germanium Ge, silicon-germanium SiGe, gallium arsenide AsGa, etc.
  • the support substrate can be made of silicon Si, quartz, etc.
  • An oxide layer can also be interposed between the support substrate and the thin layer, the structure thus formed being a semiconductor-on-insulator structure (SeOI structure according to the acronym of the English expression “Semi-Conductor On Insulator ", And in particular for example SOI structure).
  • the invention may in particular allow to improve the quality of the thin layer of a structure obtained by implementation of a SMARTCUT ® type transfer method.
  • the invention can be implemented with profit to reduce the roughness of one or the other of the two surfaces of semiconductor material which result from the detachment at the level of the embrittlement, or of these two surfaces.
  • the step of implanting species aiming to create a weakening zone is carried out by co-implantation of at least two different species under one face of the donor substrate, • the procedure is carried out in addition, after detachment at the level of the embrittlement zone, at a stage of finishing by rapid thermal annealing.
  • it is the hydrogen and helium species which are thus co-implanted under the face of the donor substrate to form the embrittlement zone.
  • co-implantation is carried out by sequentially implanting Helium then Hydrogen.
  • the Applicant has observed that the co-implantation of Helium and Hydrogen leads to the transfer of thin layers with a reduced level of roughness compared to the transfer following an implantation of Hydrogen alone. More specifically, the Applicant has observed that the frequencies at which this improvement in roughness appears most notably correspond to the roughness frequencies of lower spatial frequencies, that is to say the frequencies generally well treated by the CMP.
  • the face of the donor substrate having undergone co-implantation is then brought into intimate contact with the support substrate. The donor substrate is then detached at the level of the embrittlement zone, in order to transfer part of the donor substrate to the support substrate and form the thin layer thereon.
  • the method according to the invention also includes a finishing step aimed in particular at minimizing the high frequency roughness at the level of the structure obtained after detachment.
  • a finishing step therefore includes at least one rapid thermal annealing step.
  • rapid thermal annealing is meant rapid annealing (that is to say carried out for a period of a few seconds or a few tens of seconds), under a controlled atmosphere.
  • annealing is commonly designated by the designation of annealing RTA (corresponding to the acronym of the English expression Rapid Thermal Annealing).
  • RTA Rapid Thermal Annealing
  • the structure is annealed at a high temperature, which may for example be of the order of 900 ° C. to 1300 ° C., for 1 to 60 seconds.
  • RTA annealing is carried out under a controlled atmosphere. This atmosphere may for example be an atmosphere comprising a mixture of hydrogen and argon, or an atmosphere of pure argon, or even an atmosphere of pure hydrogen.
  • the RTA annealing step makes it possible in particular to reduce the roughness of the surface of the thin layer, essentially by surface reconstruction and smoothing.
  • RTA annealing promotes in particular a reduction in roughness at high frequencies.
  • the crystal defects present in the thin layer, and generated in particular during implantation and detachment are at least partly cured by this RTA annealing.
  • the method according to the invention for obtaining a structure with a good quality thin layer does not therefore use CMP, but nevertheless makes it possible to reduce both the high frequency roughness and the low frequency roughness.
  • the implementation of the method according to the invention thus makes it possible to obtain a structure comprising a thin layer the quality of which is sufficient and compatible with the use of this thin layer in micro or optoelectronic applications.
  • said finishing step can also include at least one stabilized oxidation step (also called StabOx hereinafter).
  • a StabOx step is conventionally implemented in a transfer process, following the detachment step, in particular for: • check the thickness of the thin layer and reduce the density of defects;
  • • a heat treatment comprising successively:> an oxidation of the structure.
  • X Such an oxidation, conventionally known to those skilled in the art, can for example be carried out by heating said structure to around 900 ° C. under gaseous oxygen.
  • • S Following this oxidation, an oxide layer is then formed on the thin layer. > annealing the structure at approximately 1100 ° C for two hours, under an Argon atmosphere for example. This annealing enables both of: -y strengthen the interface between the support substrate and the face of the donor substrate which has undergone the implantation, and • S cure certain defects generated during the implantation steps and detachment.
  • a deoxidation operation which is carried out following the heat treatment, so as to remove the oxide layer formed during the oxidation operation.
  • deoxidation known per se, can for example be carried out by immersing the structure for a few minutes, in a solution of hydrofluoric acid at 10% or 20% for example.
  • the oxide layer formed during oxidation makes it possible to protect, during the annealing which follows the underlying thin layer.
  • part of the thin layer, close to its free surface is thus consumed during such a StabOx operation.
  • the RTA annealing makes it possible to reconstruct the surface of the thin layer, and to cure certain defects in the thickness of the latter. If this healing can, in certain cases, be only partial, the carrying out of an additional step of StabOx allows removal, of the material comprising a large part of the defects located in the vicinity of the free surface of the thin layer and in the thickness of it. This therefore again corresponds to an improvement in the quality of the structure.
  • This variant of the method according to the invention, in which the finishing step comprises an RTA step and at least one StabOx step is thus particularly advantageous when there exists for the defects a gradient of increasing concentration towards the surface. free of the thin layer, and a large concentration of defects at.
  • a StabOx step is carried out, during the finishing step, after the RTA step.
  • This RTA / StabOx sequence makes it possible to obtain better oxidation uniformity than when the StabOx step is carried out directly after detachment, without prior implementation of the smoothing RTA step.
  • the surface roughness is lower and the surface of the thin layer is more uniform.
  • the speed of oxidation is close to that which is obtained when one oxidizes a polished structure, and is moreover, the same at all points of the structure.
  • it may be useful to cure the crystal defects present in the thin layer (thanks to the RTA) before consuming its thickness (during the StabOx / deoxidation sequence). This is all the more advantageous when the thin layer is particularly thin, and a consumption of its thickness is likely, for example, to lead to holes which have not previously been cured and filled with an RTA annealing.
  • the finishing step comprising at least one RTA operation can consist of one of the following sequences:
  • finishing step comprises at least one additional RTA processing (as may be the case when RTA / StabOX or StabOx / RTA sequences are repeated several times), the processing
  • Additional RTA allows to continue smoothing the free surface of the thin layer.
  • Said additional RTA treatment can also be carried out at a lower temperature (for example 1000 to 1100 ° C.) than the first RTA treatment. It is thus possible to reduce the thermal budget for the repetition of the sequences mentioned above, by carrying out a RTA treatment at lower temperature.
  • a so-called simple oxidation operation is performed in place of a StabOx step as mentioned above. This simple oxidation operation successively comprises an oxidation step and a deoxidation step. The thermal budget can then also be reduced since the second operation of the StabOx (thermal annealing for about two hours) is not implemented.
  • This embodiment relates to the production of structures S1, S2, S3 comprising a thin layer on a support substrate.
  • the thickness of the thin layer of these respective structures is between 50 and 2000 Angstroms, the total thickness of these structures being approximately 700 ⁇ m.
  • These structures S1, S2, S3 are produced by implementing, during the step of implantation of species, a co-implantation of Helium then of Hydrogen, with respective doses of:
  • an S4 structure is produced via an implantation of Hydrogen alone, with a dose of 5.5 ⁇ 10 16 .cm "2 , ie a dose almost three times greater than the total dose implanted during co-implantation.
  • a classically observed advantage of the co-implantation technique is therefore highlighted here, with a reduction by a factor of approximately 3 of the implanted dose compared to an implantation of a single type of species.
  • FIG. 1 thus makes it possible to illustrate the difference in roughness between the structures S1, S2, S3, S4, at the end of the RTA treatment of the step of finishing said structures.
  • a first curve C4 illustrates the roughness of the structure S4 conventionally produced by implantation of hydrogen alone.
  • Three other curves C1, C2, C3 illustrate the roughness of the structures respectively S1, S2 and S3 produced according to the method of the invention, combining co-implantation and annealing RTA. These three curves C1, C2, C3 correspond to different doses of the co-implanted species.
  • FIG. 1 characterizes the fracture facies through the analysis of the frequencies making up the roughness, and demonstrates the advantage provided by the association, according to the invention, of co-implantation with the RTA.
  • FIG. 1 effectively shows that the low frequency roughness of the structures S1, S2 and S3 produced according to the invention is significantly lower than that of the structure S4 produced in a conventional manner.
  • a marked reduction in roughness is observed for spatial periods substantially between 3 and 15 ⁇ m.
  • Co-implantation thus makes it possible to limit the roughness at low frequencies, while the roughness at high frequencies is equivalent, or even slightly lower, in the case of an implantation of hydrogen alone.
  • the finishing step comprises, in addition to the RTA step, successive steps of StabOx, RTA and StabOx (i.e. a finishing step comprising a repetition of two RTA / StabOx sequences).
  • a finishing step makes it possible to:
  • FIG. 2 makes it possible to compare the RMS roughness of the surface of the structure .
  • S3 type obtained by the mode of implementation of the invention to that of the surface of the S4 type structure obtained by a conventional process.
  • Roughness measurements were therefore carried out using an AFM microscope scanning surfaces of 10 * 10 ⁇ m 2 and 40 * 40 ⁇ m 2 both at the center of the structures and at their edges (ie area where is initiated Detachment).
  • FIG. 2 (ordinate axis in RMS Angstroms), the bars in the foreground represent the roughness measured for the structure of type S3, while the bars in the foreground represent the roughness measured for the structure of type S4.
  • FIG. 2 shows that the bars in the foreground represent the roughness measured for the structure of type S3.
  • FIGS. 3a and 3b are representations similar to that of FIG. 1, which illustrate the reduction in roughness obtained thanks to the invention, respectively at the center of a structure and at the edge of this structure.
  • FIGS. 3a and 3b make it possible to compare the roughness PSD of a structure of type S3 obtained by the mode of implementation of the invention with that of a structure of type S4 obtained by a conventional process both at the center of said structures ( Figure 3a), that at their edge ( Figure 3b).
  • the scanned surfaces had a dimension of 40 * 40 ⁇ m 2 .

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

L’invention concerne un procédé de réalisation d’une structure comprenant une couche mince de matériau semi-conducteur sur un substrat, comportant les étapes consistant à : réaliser une implantation d’espèces, sous une face d’un substrat donneur à partir duquel la couche mince doit être réalisée, de manière à créer une zone de fragilisation dans l’épaisseur du substrat donneur ; mettre en contact intime la face du substrat donneur ayant subi l’implantation avec un substrat support ; détacher le substrat donneur au niveau de la zone de fragilisation, pour transférer une partie du substrat donneur sur le substrat support et former la couche mince sur celui-ci ; caractérisé en ce que : l’étape d’implantation met en oeuvre une co-implantation d’au moins deux espèces atomiques différentes de manière à minimiser les rugosités basses fréquences au niveau de la structure obtenue après détachement ; et le procédé comporte en outre une étape de finition comprenant au moins une opération de recuit thermique rapide de manière à minimiser les rugosités hautes fréquences au niveau de la structure obtenue après détachement.

Description

Procédé d'obtention d'une couche mince de qualité accrue par co-implantation et recuit thermique
La présente invention concerne un procédé de réalisation d'une structure comprenant une couche mince de matériau semi-conducteur sur un substrat, comportant les étapes consistant à :
• réaliser une implantation d'espèces sous une face d'un substrat donneur à partir duquel la couche mince doit être réalisée, de manière à créer une zone de fragilisation dans l'épaisseur du substrat donneur, • mettre en contact intime la face du substrat donneur ayant subi l'implantation avec un substrat support,
• détacher le substrat donneur au niveau de la zone de fragilisation, pour transférer une partie du substrat donneur sur le substrat support et former la couche mince sur celui-ci. Et l'invention concerne également les structures obtenues par un tel procédé. Par implantation d'espèces, on entend tout bombardement d'espèces atomiques ou ioniques, susceptible d'introduire ces espèces dans le matériau du substrat implanté, avec un maximum de concentration des espèces implantées situées à une profondeur déterminée du substrat par rapport à la surface bombardée. On connaît déjà des procédés du type mentionné ci-dessus. Les procédés de type SMARTCUT® sont un exemple de procédé de ce type. Ces procédés correspondent à un mode préféré de mise en œuvre de l'invention. On trouvera de plus amples détails concernant le procédé SMARTCUT® dans le document « Silicon-On-Insulator Technology : Materials to VLSI, 2nd Edition » de Jean-Pierre Colinge chez « Kluwer Académie Publishers », p.50 et 51. De tels procédés permettent de réaliser de manière avantageuse des structures comprenant une couche mince de matériau semi-conducteur. Ces structures peuvent par exemple être de type SOI (Silicon On Insulator, pour Silicium sur Isolant, selon la terminologie anglo-saxonne répandue). Les structures obtenues par de tels procédés sont mises en œuvre pour des applications dans les domaines de la microélectronique, de l'optique et/ou de l'optronique. Or, les spécifications d'état de surface des structures utilisées dans ces domaines sont généralement très sévères. La rugosité de la couche mince est en effet un paramètre qui conditionne dans une certaine mesure la qualité des composants qui seront réalisés sur la structure. La rugosité est généralement exprimée soit par une valeur quadratique moyenne dite RMS (selon l'acronyme de l'expression anglo- saxonne « Root Mean Square »), soit par une densité spectrale de puissance dite PSD (selon l'acronyme de l'expression anglo-saxonne « Power Spectral Density »). A titre d'exemple, il est courant de trouver des spécifications de rugosité ne devant pas dépasser 5 Angstrôms en valeur RMS. Les mesures de rugosité peuvent en particulier être effectuées grâce à un microscope à force atomique AFM (selon l'acronyme de l'appellation anglo-saxonne Atomic Force Microscop). Avec ce type d'appareil, la rugosité est mesurée sur des surfaces balayées par la pointe du microscope AFM, allant de 1x1 //m2 à 10x10 //m2, et plus rarement 50 x50 /m2, voir 100x100 μm2. La rugosité peut être caractérisée, en particulier, selon deux modalités. Selon l'une de ces modalités, la rugosité est dite à hautes fréquences et correspond à des surfaces balayées de faibles dimensions (de l'ordre de 1x1 μ 2). Selon l'autre des ces modalités, la rugosité est dite à basses fréquences et correspond à des surfaces balayées de dimensions plus importantes (de l'ordre de 10x10 μm2, ou plus). Les « hautes fréquences » et « basses fréquences » mentionnées ci- dessus correspondent ainsi à des fréquences spatiales liées à la mesure de rugosité. . La spécification de 5 Angstrôms RMS donnée ci-dessus à titre indicatif est ainsi une rugosité à basses fréquences, correspondant à une surface balayée de 10x10 μm2. Une faible rugosité à hautes fréquences est en particulier désirée pour obtenir de bons oxydes de grille. Une faible rugosité à basses fréquences (ou encore « ondulation ») est intéressante notamment lorsque l'on souhaite coller un autre substrat sur la surface libre de la couche mince. Les couches minces qui sont obtenues par les procédés de transfert connus (par exemple de type SMARTCUT®) présentent des rugosités de surface dont les valeurs sont généralement supérieures à des spécifications telles que mentionnées ci-dessus, en l'absence de l'application à la surface de la couche mince d'un traitement spécifique. Des étapes de finition sont ainsi généralement mises en œuvre sur la structure suite à l'étape de détachement, de manière à améliorer la qualité de la couche mince transférée. Plus précisément, ces étapes de finition ont notamment pour objectif de gommer toutes les rugosités, c'est-à-dire aussi bien les rugosités à hautes fréquences que les rugosités à basses fréquences. Ces étapes de finition font généralement intervenir des opérations telles qu'un polissage mécano-chimique (ou CMP selon l'acronyme de l'expression anglo-saxonne Chemical-Mechanical Polishing), un recuit en four, un recuit rapide, une séquence d'oxydation/désoxydation. Un premier type de procédé connu pour diminuer la rugosité de surface consiste ainsi à effectuer un polissage mécano-chimique de la surface libre de la couche mince. Ce type de procédé permet effectivement de réduire la rugosité de la surface libre de la couche mince en diminuant toutes les ondulations, et notamment celles à plus basses fréquences. - Cependant, le polissage mécano-chimique induit des défauts (par exemple par écrouissage) dans la couche mince. En outre, il compromet l'uniformité de la surface libre de la couche mince (en particulier l'uniformité selon les très basses fréquences). Ces inconvénients sont de plus accrus dans le cas où l'on procède à un polissage important de la surface de la couche mince. En alternative à un tel polissage CMP, il a été proposé de traiter la surface de la structure par un recuit sous atmosphère hydrogénée. Le document EP 954 014 propose ainsi un procédé de finition permettant de diminuer la rugosité d'une couche mince transférée suivant un procédé de type SMARTCUT ®, ledit procédé de finition comprenant, suite à l'étape de détachement, un recuit thermique sous atmosphère réductrice contenant de l'hydrogène. Le recuit thermique sous atmosphère réductrice contenant de l'hydrogène permet de gommer les rugosités hautes fréquences par une reconstruction de la surface. Mais ce traitement ne permet pas d'éliminer totalement les rugosités de plus basses fréquences (5 à 10 micromètres). Il a par ailleurs été proposé dans le document FR 2 797 713 de combiner deux types de traitement de surface différents, chacun de ces deux types de traitement agissant sur des plages distinctes de fréquence de rugosité. Il est pour cela procédé à une étape de recuit thermique rapide sous atmosphère réductrice ainsi qu'à une étape de polissage mécano-chimique (CMP), ces étapes se distinguant par leurs effets sur des plages de fréquence différentes. Dans le cas d'un tel traitement, le recuit sous atmosphère réductrice favorise un lissage de la rugosité à hautes fréquences (période spatiale inférieure à -3 Angstrόms), mais est moins efficace pour réduire les ondulations, qui sont plutôt de basses fréquences. Le polissage mécano-chimique est quant à lui efficace pour diminuer les ondulations à basses fréquences. Mais comme on l'a vu précédemment, le polissage mécano-chimique est intrinsèquement associé à certains inconvénients. Il apparaît ainsi que les procédés connus pour améliorer la qualité de la couche mince d'une structure du type mentionné ci-dessus sont associés à des limitations ou à des inconvénients. Un but de l'invention est de permettre de s'affranchir de ces limitations et inconvénients. Plus spécifiquement, un autre but de l'invention est de permettre un traitement efficace des rugosités tant basses fréquences que hautes fréquences des structures, sans recourir à un polissage de type CMP. Un but de l'invention est ainsi d'améliorer la qualité de la couche mince superficielle, étant précisé que par amélioration de la qualité on entend aussi bien :
• la diminution de la rugosité de surface et l'amélioration de l'uniformité de la couche mince, que
• la réduction de la densité de défauts présents dans la couche mince. Afin d'atteindre ces buts, l'invention propose, selon un premier aspect, un procédé de réalisation d'une structure comprenant une couche mince de matériau semi-conducteur sur un substrat, comportant les étapes consistant à :
• réaliser une implantation d'espèces, sous une face d'un substrat donneur à partir duquel la couche mince doit être réalisée, de manière à créer une zone de fragilisation dans l'épaisseur du substrat donneur ;
• mettre en contact intime la face du substrat donneur ayant subi l'implantation avec un substrat support ;
• détacher le substrat donneur au niveau de la zone de fragilisation, pour transférer une partie du substrat donneur sur le substrat support et former la couche mince sur celui-ci ; caractérisé en ce que : • l'étape d'implantation met en œuvre une co-implantation d'au moins deux espèces atomiques différentes de manière à. minimiser les rugosités basses fréquences au niveau de la structure obtenue après détachement ; • et le procédé comporte en outre une étape de finition comprenant au moins une opération de recuit thermique rapide de manière à minimiser les rugosités hautes fréquences au niveau de la structure obtenue après détachement. Des aspects préférés, mais non limitatifs du procédé selon le premier aspect de l'invention sont les suivants :
- les espèces Hydrogène et Hélium sont co-implantées au cours de ladite étape d'implantation ;
- lesdites espèces Hydrogène et Hélium sont implantées séquentiellement ;
- l'Hélium est implanté préalablement à l'Hydrogène ;
- la dose d'Hélium implantée est sensiblement comprise entre 0,7.1016.cm"2 et 1 ,2.1016.cm~2 et en ce que la dose d'Hydrogène implantée est sensiblement comprise entre 0,7.1016.cm"2 et 2J 016.cm"2 ;
- le recuit thermique rapide (RTA) est réalisé à une température comprise entre 900°C et 1300°C pendant 1 à 60 secondes ;
- le recuit RTA est réalisé sous une atmosphère comprenant un mélange d'hydrogène de d'argon, ou une atmosphère d'argon pur, ou une atmosphère d'hydrogène pur ;
- ladite étape de finition peut comporter en outre au moins une opération d'oxydation stabilisée StabOx de la structure obtenue après détachement ; - ladite opération de StabOx met successivement en œuvre une opération d'oxydation, une opération de recuit et une opération de désoxydation ;
- ladite opération de recuit est réalisé pendant deux heures à une température d'environ 1100°C ;
- au cours de l'étape de finition, l'opération de recuit RTA peut être réalisée préalablement à l'opération de StabOx ;
- ladite étape de finition peut comporter une pluralité de séquences RTA / StabOx ; - au cours de l'étape de finition, l'opération de StabOx peut également être réalisée préalablement à l'opération de recuit RTA ;
- ladite étape de finition peut comporter une pluralité de séquences StabOx / RTA ; - la ou les opérations de StabOx peuvent être remplacées par une opération d'oxydation simple, ladite opération d'oxydation simple comprenant une opération d'oxydation de la structure obtenue après détachement suivie d'une opération de désoxydation ; Selon un autre aspect, l'invention concerne également les structures réalisées par mise en œuvre du procédé selon le premier aspect de l'invention. D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et au regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels :
. la figure 1 représente des mesures de rugosité de type PSD réalisées au centre de différentes structures, et illustre la réduction de rugosité à basses fréquences qui peut être réalisée en mettant en oeuvre le procédé selon l'invention, par rapport à ce qu'on obtient par un simple traitement thermique de type RTA ;
. la figure 2 représente des mesures de rugosité RMS et illustre la réduction de rugosité basses fréquences réalisée grâce au procédé selon l'invention, et ce sans recourir à une étape de CMP ; . les figures 3a et 3b sont des représentations analogues à celle de la figure 1 , qui illustrent la réduction de rugosité obtenue grâce à l'invention, respectivement au centre d'une structure et au bord de cette structure. Comme cela a déjà été exposé précédemment, l'invention concerne la réalisation de structures comprenant une couche mince de matériau semi- conducteur sur un substrat support, la couche mince étant obtenue par détachement au niveau d'un substrat donneur préalablement fragilisé par implantation d'espèces. La structure peut, de manière générale, être tout type de structure comportant sur une surface exposée à l'environnement extérieur (surface libre) une couche mince d'un matériau semiconducteur. De manière non limitative, la couche mince de matériau semi- conducteur peut être en silicium Si, en carbure de silicium SiC, en germanium Ge, en silicium-germanium SiGe, en arséniure de gallium AsGa, etc. Le substrat support peut être en silicium Si, en Quartz, etc. Une couche d'oxyde peut également être intercalée entre le substrat support et la couche mince, la structure ainsi formée étant une structure semiconducteur-sur-isolant (structure SeOI selon l'acronyme de l'expression anglo-saxonne « Semi-Conductor On Insulator », et en particulier par exemple structure SOI). L'invention peut en particulier permettre d'améliorer la qualité de la couche mince d'une structure obtenue par mise en œuvre d'un procédé de transfert de type SMARTCUT®. Dans le cadre d'un tel procédé de transfert, l'invention pourra être mise en œuvre avec profit pour diminuer la rugosité de l'une ou l'autre des deux surfaces de matériau semiconducteur qui sont issues du détachement au niveau de la zone de fragilisation, ou de ces deux surfaces. Dans le cadre du procédé selon l'invention : • l'étape d'implantation d'espèces visant à créer une zone de fragilisation est réalisée par co-implantation d'au moins deux espèces différentes sous une face du substrat donneur, • on procède en outre, après le détachement au niveau de la zone de fragilisation, à une étape de finition par recuit thermique rapide. Selon un mode de réalisation de l'invention, ce sont les espèces Hydrogène et Hélium qui sont ainsi co-implantées sous la face du substrat donneur pour former la zone de fragilisation. De manière préférentielle, mais non exclusive, la co-implantation est réalisée en implantant séquentiellement l'Hélium puis l'Hydrogène. En menant des expérimentations sur la co-implantation, la
Demanderesse a observé que la co-implantation d'Hélium et d'Hydrogène conduisait à transférer des couches minces avec un niveau de rugosité réduit par rapport au transfert faisant suite à une implantation d'Hydrogène seul. Plus précisément, la Demanderesse a observé que les fréquences auxquelles cette amélioration de la rugosité apparaît le plus notablement correspondent aux fréquences de rugosité de plus basses fréquences spatiales, c'est à dire les fréquences généralement bien traitées par la CMP. Dans le cadre du procédé selon l'invention, la face du substrat donneur ayant subi la co-implantation est ensuite mise en contact intime avec le substrat support. Le substrat donneur est alors détaché au niveau de la zone de fragilisation, pour transférer une partie du substrat donneur sur le substrat support et former la couche mince sur celui-ci. Ces étapes de mise en contact intime et de détachement sont connues de l'homme du métier et classiquement mises en oeuvre dans les procédés de transfert mentionnés précédemment. Le détachement peut ainsi être réalisé par apport d'énergie thermique, éventuellement complété par une action mécanique au niveau de la zone de fragilisation. Le procédé selon l'invention comporte par ailleurs une étape de finition visant notamment à minimiser les rugosités hautes fréquences au niveau de la structure obtenue après détachement. Une telle étape de finition comporte pour cela au moins une étape de recuit thermique rapide. Par « recuit thermique rapide », on entend un recuit rapide (c'est à dire effectué pendant une durée de quelques secondes ou quelques dizaines de secondes), sous atmosphère contrôlée. Un tel recuit est communément désigné par l'appellation de recuit RTA (correspondant à l'acronyme de l'expression anglo-saxonne Rapid Thermal Annealing). Pour réaliser un recuit RTA de la structure, on recuit la structure à une température élevée, pouvant être par exemple de l'ordre de 900° C à 1300° C, pendant 1 à 60 secondes. Le recuit RTA est effectué sous atmosphère contrôlée. Cette atmosphère peut être par exemple une atmosphère comprenant un mélange d'hydrogène et d'argon, ou une atmosphère d'argon pur, ou encore une atmosphère d'hydrogène pur. L'étape de recuit RTA permet en particulier de réduire la rugosité de la surface de la couche mince, essentiellement par reconstruction de surface et lissage. Et, comme cela a été mentionné précédemment, le recuit RTA favorise en particulier une réduction de la rugosité à hautes fréquences. En outre, les défauts cristallins présents dans la couche mince, et générés en particulier au cours de l'implantation et du détachement, sont au moins en partie guéris par ce recuit RTA. Le procédé selon l'invention pour l'obtention d'une structure avec une couche mince de bonne qualité ne met ainsi pas en œuvre de CMP, mais permet toutefois de réduire aussi bien les rugosités hautes fréquences, que les rugosités basses fréquences. La mise en oeuvre du procédé selon l'invention permet ainsi d'obtenir une structure comprenant une couche mince dont la qualité est suffisante et compatible avec l'utilisation de cette couche mince dans les applications en micro ou opto électronique. Selon une variante de mise en oeuvre, ladite étape de finition peut également comprendre au moins une étape d'oxydation stabilisée (également dénommée StabOx par la suite). Une étape de StabOx est classiquement mise en œuvre dans un procédé de transfert, suite à l'étape de détachement, notamment pour : • contrôler l'épaisseur de la couche mince et y réduire la densité de défauts ;
• renforcer l'interface entre la couche mince et le substrat support. On précise que par la suite une étape de StabOx sera comprise comme la succession des opérations suivantes :
• un traitement thermique comportant successivement : > une oxydation de la structure. X Une telle oxydation, classiquement connue de l'homme du métier, peut être par exemple menée en chauffant ladite structure aux environs de 900°C sous oxygène gazeux. •S Suite à cette oxydation, une couche d'oxyde est alors formée sur la couche mince. > un recuit de la structure à 1100°C environ pendant deux heures, sous atmosphère d'Argon par exemple. Ce recuit permet à la fois de : -y renforcer l'interface entre le substrat support et la face du substrat donneur ayant subi l'implantation, et de •S guérir certains défauts générés au cours des étapes d'implantation et de détachement.
• une opération de désoxydation, qui est réalisée suite au traitement thermique, de manière à retirer la couche d'oxyde formée lors de l'opération d'oxydation. Une telle désoxydation, connue en soi, peut être par exemple menée en plongeant la structure pendant quelques minutes, dans une solution d'acide fluorhydrique à 10% ou 20% par exemple. On notera que la couche d'oxyde formée au cours d'oxydation permet de protéger, au cours du recuit qui suit la couche mince sous- jacente. On notera également qu'une partie de la couche mince, à proximité de sa surface libre, est ainsi consommée lors d'une telle opération de StabOx. En mettant en œuvre, au cours de l'étape de finition, en sus de l'étape de RTA, une étape de StabOx, le procédé selon l'invention permet en particulier :
• de réduire encore davantage la concentration de défauts dans la couche mince, et
• d'amener la structure à l'épaisseur visée pour le produit fini. En effet, comme cela a déjà été mentionné, le recuit RTA permet de reconstruire la surface de la couche mince, et de guérir certains défauts dans l'épaisseur de celle-ci. Si cette guérison peut, dans certains cas, n'être que partielle, la réalisation d'une étape supplémentaire de StabOx permet un enlèvement, de la matière comportant une grande partie des défauts situés au voisinage de la surface libre de la couche mince et dans l'épaisseur de celle-ci. Ceci correspond donc encore à une amélioration de la qualité de la structure. Cette variante du procédé selon l'invention, dans lequel l'étape de finition comporte une étape de RTA et au moins une étape de StabOx, est ainsi particulièrement avantageuse lorsqu'il existe pour les défauts un gradient de concentration croissant en direction de la surface libre de la couche mince, et une importante concentration de défauts au. voisinage de cette surface. On notera que l'épaisseur totale consommée par une ou plusieurs séquences StabOx / désoxydation peut être avantageusement contrôlée afin de supprimer tous les défauts et d'amener la structure à l'épaisseur désirée. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, une étape de StabOx est réalisée, au cours de l'étape de finition, postérieurement à l'étape de RTA. Cette séquence RTA / StabOx permet d'obtenir une meilleure uniformité d'oxydation que lorsque l'étape de StabOx est réalisée directement après détachement, sans mise en œuvre préalable de l'étape de RTA lissant. En effet, lorsqu'une étape de RTA est mise en œuvre préalablement à une étape de StabOx, la rugosité de surface est plus faible et la surface de la couche mince est plus uniforme. De telle sorte, la vitesse d'oxydation est proche de celle qui est obtenue lorsque l'on oxyde une structure polie, et est de plus, la même en tout point de la structure. En outre, il peut être utile de guérir les défauts cristallins présents dans la couche mince (grâce au RTA) avant de consommer de son épaisseur (lors de la séquence StabOx/desoxydation). Cela est d'autant plus intéressant lorsque la couche mince est particulièrement fine, et qu'une consommation de son épaisseur est susceptible par exemple de déboucher des trous non préalablement guéris et rebouchés par un recuit RTA. Selon d'autres modes de mise en œuvre de l'invention, l'étape de finition comprenant au moins une opération de RTA, peut consister en l'une des séquences suivantes :
• RTA / StabOx (comme cela vient juste d'être discuté) ;
• une répétition de plusieurs séquences RTA / StabOx (l'exemple de mise en œuvre discuté ci-après comprenant, en succession, deux de ces séquences RTA / StabOx) ;
• StabOx / RTA ;
• StabOx / RTA / StabOx / RTA ; Lorsque l'étape de finition comporte au moins un traitement RTA additionnel (comme cela peut être le cas lorsque des séquences RTA/StabOX ou StabOx/RTA sont répétées plusieurs fois), le traitement
RTA additionnel permet de continuer à lisser la surface libre de la couche mince. Ledit traitement RTA additionnel peut en outre être réalisé à plus basse température (par exemple 1000 à 1100°C) que le premier traitement RTA. Il est ainsi possible de réduire le budget thermique de la répétition des séquences mentionnée ci-dessus, en réalisant un traitement RTA plus basse température. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, une opération dite d'oxydation simple est réalisée à la place d'une étape de StabOx telle que mentionnée ci-dessus. Cette opération d'oxydation simple comprend successivement une étape d'oxydation et une étape de désoxydation. Le budget thermique peut alors être également réduit puisque la seconde opération de la StabOx (recuit thermique pendant deux heures environ) n'est pas mise en œuvre. La réduction du budget thermique est avantageuse, dans la mesure où elle permet de limiter les contraintes appliquées à la structure, réduisant la probabilité de génération de défauts de type dislocations ou lignes de glissement (« slip-lines » selon la terminologie anglo-saxonne) dans l'arrangement cristallographique de la structure. L'étape d'oxydation suivie de l'étape de désoxydation peut ainsi remplacer l'étape de StabOx dans l'ensemble des enchaînements mentionnés ci-dessus. On va maintenant décrire ci-dessous de manière détaillée un mode de mise en œuvre du procédé conforme à l'invention, à titre d'exemple non limitatif. Ce mode de mise en œuvre est relatif à la réalisation de structures S1 , S2, S3 comprenant une couche mince sur un substrat support. L'épaisseur de la couche mince de ces structures respectives est comprise entre 50 et 2000 Angstrôms, l'épaisseur totale de ces structures étant d'environ 700 μm. Ces structures S1 , S2, S3 sont réalisées en mettant en œuvre, au cours de l'étape d'implantation d'espèces, une co-implantation d'Hélium puis d'Hydrogène, avec des doses respectives de :
• Hélium, 0,7.1016.cm"2 et Hydrogène, 0,9.1016.cm"2 pour la structure S 1 ;
• Hélium, 0,8.1016 cm"2 et Hydrogène, 0,9.1016.cm"2 pour la structure S2 ; • Hélium, 0,9.1016.cm"2 et Hydrogène, 0,9.1016.cm"2 pour la structure S3 ; A titre de comparaison, une structure S4 est réalisée via une implantation d'Hydrogène seul, avec une dose de 5,5.1016.cm"2, soit une dose quasiment trois fois supérieure à la dose totale implantée lors de la co- implantation. Un avantage classiquement observé de la technique de co- implantation est donc ici mis en évidence, avec par rapport à une implantation d'un seul type d'espèces une réduction d'un facteur 3 environ de la dose implantée. Cette réduction se traduit par une réduction du temps d'implantation, et finalement des coûts associés à la production de structures comportant une couche mince sur un substrat support, en particulier à l'aide d'un procédé de transfert de type SMARTCUT®. Cet avantage connu est par exemple mis en évidence dans le document de Aditya AgarwaI, T. E. Haynes, V. C. Venezia, O. W. Holland, and D. J. Eaglesham, "Efficient production of silicon-on-insulator films by co- implantation of He+ with H+ " Applied Physics Letters, vol. 72 (1998), pp. 1086-1088, dans lequel il est fait état que la co-implantation d'Hydrogène et d'Hélium permet de diminuer les doses devant être implantées. On notera qu'il est par ailleurs constaté dans ce document que la couche superficielle d'un SOI obtenue par co-implantation d'Hydrogène et d'Hélium présente une rugosité comparable à celle de la couche de surface d'un SOI obtenu par implantation d'Hydrogène seul. Le document qui vient d'être cité n'évoque ainsi aucunement une quelconque amélioration de rugosité de surface du fait d'une co- implantation (et a fortiori ne propose évidemment aucune exploitation d'un tel effet). Revenant à la description de l'invention, suite à l'étape de co- implantation, on procède, comme cela a déjà été mentionné, aux étapes classiques de mise en contact intime et de détachement, puis à une étape de finition comportant au moins un RTA, de manière à obtenir les structures finales S1 , S2, S3, S4. Des mesures de rugosité PSD de chacune de ces structures ont été réalisées à l'aide d'un microscope AFM. La figure 1 représente ainsi la puissance des différentes composantes spectrales de la rugosité de chacune des structures S1 , S2, S3, S4. L'axe des abscisses porté sur le graphique de la figure 1 est ainsi la période spatiale (en μm), qui décrit les fréquences de rugosité observées, des hautes fréquences (à gauche de cet axe) vers les basses fréquences (à droite de cet axe). Ces mesures ont plus précisément été réalisées en bord de structure, c'est-à-dire au niveau de la zone où le détachement est amorcé lors de l'étape de détachement, cette zone présentant par conséquent généralement une rugosité relativement élevée. La figure 1 représente le résultat de telles mesures sur une surface balayée de 40*40 μm2 (cette surface de 40*40 μm2 correspondant ainsi la fréquence maximale selon laquelle la rugosité est observée). La figure 1 permet ainsi d'illustrer la différence de rugosité entre les structures S1 , S2, S3, S4, à l'issue du traitement RTA de l'étape de finition desdites structures. Une première courbe C4 illustre la rugosité de la structure S4 réalisée classiquement par implantation d'hydrogène seul. Trois autres courbes C1 , C2, C3 illustrent la rugosité des structures respectivement S1 , S2 et S3 réalisées selon le procédé de l'invention, combinant co-implantation et recuit RTA. Ces trois courbes C1 , C2, C3 correspondent à des doses différentes des espèces co-implantées. La figure 1 caractérise le faciès de fracture à travers l'analyse des fréquences composant la rugosité, et démontre l'avantage procuré par l'association, selon l'invention, de la co-implantation avec le RTA. La figure 1 permet effectivement de constater que la rugosité basses fréquences des structures S1 , S2 et S3 réalisées selon l'invention est sensiblement plus faible que celle de la structure S4 réalisée de manière classique. On observe en particulier une nette diminution de la rugosité pour des périodes spatiales sensiblement comprises entre 3 et 15 μm. La co-implantation permet ainsi de limiter la rugosité basses fréquences, alors que la rugosité hautes fréquences est équivalente, voir légèrement inférieure, au cas d'une implantation d'Hydrogène seul. La succession selon l'invention des étapes de co-implantation / mise en contact / détachement / RTA permet ainsi d'atteindre des rugosités globalement plus faibles que dans la cas de la succession connue des étapes d'implantation d'Hydrogène seul / mise en contact / détachement /
RTA. Il est en outre possible de jouer sur les doses d'implantation des espèces co-implantées (en particulier la dose d'Hélium dans l'exemple ici présenté) tout en conservant une rugosité basses fréquences plus faible que celle classiquement constatée. Selon le mode de mise en œuvre du procédé conforme à l'invention ici détaillé, l'étape de finition comporte, en sus de l'étape de RTA, des étapes successives de StabOx, RTA et StabOx (soit une étape de finition comportant une répétition de deux séquences RTA/StabOx). Comme cela a déjà été présenté précédemment, une telle étape de finition permet de :
• consommer de l'épaisseur de la couche mince et réduire les défauts d'implantation résiduels sous la surface après détachement ; • consolider l'interface de collage couche mince / substrat support via le recuit réalisé lors des étapes de StabOx ;
• amener la structure à l'épaisseur visé pour le produit fini ;
• continuer à lisser la surface à l'aide du traitement RTA additionnel. La figure 2 permet de comparer la rugosité RMS de la surface de la structure.de type S3 obtenue par le mode de mise en œuvre de l'invention à celle de la surface de la structure de type S4 obtenue par un procédé classique. Des mesures de rugosité ont pour cela été réalisées à l'aide d'un microscope AFM balayant des surfaces de 10*10 μm2 et de 40*40 μm2 tant au centre des structures qu'en leur bord (i.e. zone où est amorcé le détachement). Sur la figure 2 (axe des ordonnées en Angstrôms RMS), les barres au premier plan représentent les rugosités mesurées pour la structure de type S3, tandis que les barres au second plan représentent les rugosités mesurées pour la structure de type S4. On observe sur cette figure 2, une nette diminution de la rugosité pour la structure S3, notamment pour les basses fréquences spatiales. Les figures 3a et 3b sont des représentations analogues à celle de la figure 1 , qui illustrent la réduction de rugosité obtenue grâce à l'invention, respectivement au centre d'une structure et au bord de cette structure. Ces figures 3a et 3b permettent de comparer la rugosité PSD d'une structure de type S3 obtenue par le mode de mise en œuvre de l'invention à celle d'une structure de type S4 obtenue par un procédé classique tant au centre desdites structures (figure 3a), qu'en leur bord (figure 3b). Les surfaces balayées avaient une dimension de 40*40 μm2. On peut observer sur chacune de ces figures 3a et 3b, que la rugosité de la structure S3 est plus faible que celle de la structure S4, notamment à basses fréquences spatiales (en particulier lorsque la période spatiale est comprise entre 3 et 15 μm). On notera en outre une uniformité de rugosité meilleure pour la structure S3 que pour la structure S4 (les différences d'uniformité entre le bord et le centre de la structure S3 étant effectivement atténuées). On remarquera que le procédé selon l'invention constitue une approche originale qui permet de prévenir une rugosité importante (en particulier aux basses fréquences). En ceci, l'invention se différencie des traitements connus qui sont « curatifs », dans la mesure où ils interviennent pour « rattraper » une rugosité donnée.

Claims

REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'une structure comprenant une couche mince de matériau semi-conducteur sur un substrat, comportant les étapes consistant à :
• réaliser une implantation d'espèces, sous une face d'un substrat donneur à partir duquel la couche mince doit être réalisée, de manière à créer une zone de fragilisation dans l'épaisseur du substrat donneur ;
• mettre en contact intime la face du substrat donneur ayant subi l'implantation avec un substrat support ;
• détacher le substrat donneur au niveau de la zone de fragilisation, pour transférer une partie du substrat donneur sur le substrat support et former la couche mince sur celui-ci ; caractérisé en ce que : • l'étape d'implantation met en œuvre une co-implantation d'au moins deux espèces atomiques différentes de manière à minimiser les rugosités basses fréquences au niveau de la structure obtenue après détachement ; • et le procédé comporte en outre une étape de finition comprenant au moins une opération de recuit thermique rapide de manière à minimiser les rugosités hautes fréquences au niveau de la structure obtenue après détachement.
2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les espèces Hydrogène et Hélium sont co-implantées au cours de ladite étape d'implantation.
3. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lesdites espèces Hydrogène et Hélium sont implantées séquentiellement.
4. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'Hélium est implanté préalablement à l'Hydrogène.
5. Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la dose d'Hélium implantée est sensiblement comprise entre 0,7.1016.cm"2 et 1 ,2.1016.cm"2 et en ce que la dose d'Hydrogène implantée est sensiblement comprise entre 0,7.1016.cm"2 et 2J016.cm"2.
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le recuit thermique rapide (RTA) est réalisé à une température comprise entre 900°C et 1300°C pendant 1 à 60 secondes.
7. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le recuit thermique rapide (RTA) est réalisé sous une atmosphère comprenant un mélange d'hydrogène de d'argon.
8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le recuit thermique rapide (RTA) est réalisé sous une atmosphère d'argon pur.
9. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le recuit thermique rapide (RTA) est réalisé sous une atmosphère d'hydrogène pur.
10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite étape de finition comprend en outre au moins une opération d'oxydation stabilisée StabOx de la structure obtenue après détachement.
11. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite opération de StabOx met successivement en œuvre une opération d'oxydation, une opération de recuit et une opération de désoxydation.
12. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite opération de recuit est réalisé pendant deux heures à une température d'environ 1100°C.
13. Procédé selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que, au cours de l'étape de finition, l'opération de recuit RTA est réalisée préalablement à l'opération de StabOx.
14. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite étape de finition comporte une pluralité de séquences RTA / StabOx.
15. Procédé selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que au cours de l'étape de finition, l'opération de StabOx est réalisée préalablement à l'opération de recuit RTA.
16. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite étape de finition comporte une pluralité de séquences StabOx / RTA.
17. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ladite étape de finition comprend en outre au moins une opération d'oxydation simple, ladite opération d'oxydation simple comprenant une opération d'oxydation de la structure obtenue après détachement suivie d'une opération de désoxydation.
18. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, au cours de l'étape de finition, l'opération de RTA est réalisée préalablement à ladite oxydation simple.
19. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite étape de finition comporte une pluralité de séquences RTA / oxydation simple.
20. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que, au cours de l'étape de finition, ladite oxydation simple est réalisée préalablement à l'opération de recuit RTA.
21. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite étape de finition comporte une pluralité de séquences oxydation simple / RTA.
22. Structure réalisée grâce au procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la couche mince présente une faible rugosité à basses fréquences, notamment une rugosité, mesurée en balayant une surface de 40x40 μm2, sensiblement comprise entre 4 et 5 Angstrôms RMS.
PCT/FR2004/002038 2003-07-29 2004-07-29 Procede d’obtention d’une couche mince de qualite accrue par co-implantation et recuit thermique WO2005013318A2 (fr)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006521623A JP2007500435A (ja) 2003-07-29 2004-07-29 共注入と熱アニールによって特性の改善された薄層を得るための方法
EP04786008A EP1652230A2 (fr) 2003-07-29 2004-07-29 Procede d' obtention d' une couche mince de qualite accrue par co-implantation et recuit thermique

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR03/09304 2003-07-29
FR0309304A FR2858462B1 (fr) 2003-07-29 2003-07-29 Procede d'obtention d'une couche mince de qualite accrue par co-implantation et recuit thermique
US10/691,403 2003-10-21
US10/691,403 US7081399B2 (en) 2003-07-29 2003-10-21 Method for producing a high quality useful layer on a substrate utilizing helium and hydrogen implantations

Publications (3)

Publication Number Publication Date
WO2005013318A2 true WO2005013318A2 (fr) 2005-02-10
WO2005013318A3 WO2005013318A3 (fr) 2005-03-24
WO2005013318B1 WO2005013318B1 (fr) 2005-05-19

Family

ID=34117569

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2004/002038 WO2005013318A2 (fr) 2003-07-29 2004-07-29 Procede d’obtention d’une couche mince de qualite accrue par co-implantation et recuit thermique

Country Status (5)

Country Link
US (2) US20060223283A1 (fr)
EP (1) EP1652230A2 (fr)
JP (1) JP2007500435A (fr)
KR (1) KR20060030911A (fr)
WO (1) WO2005013318A2 (fr)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7485545B2 (en) 2004-12-28 2009-02-03 S.O.I.Tec Silicon On Insulator Technologies Method of configuring a process to obtain a thin layer with a low density of holes
US7514341B2 (en) 2005-12-22 2009-04-07 S.O.I.Tec Silicon On Insulator Technologies Finishing process for the manufacture of a semiconductor structure
WO2011023905A1 (fr) 2009-08-26 2011-03-03 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Procédé de détachement par fracture d'un film mince de silicium mettant en oeuvre une triple implantation
US8142593B2 (en) 2005-08-16 2012-03-27 Commissariat A L'energie Atomique Method of transferring a thin film onto a support
US8252663B2 (en) 2009-06-18 2012-08-28 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Method of transferring a thin layer onto a target substrate having a coefficient of thermal expansion different from that of the thin layer
US8609514B2 (en) 1997-12-10 2013-12-17 Commissariat A L'energie Atomique Process for the transfer of a thin film comprising an inclusion creation step
US8664084B2 (en) 2005-09-28 2014-03-04 Commissariat A L'energie Atomique Method for making a thin-film element
US8778775B2 (en) 2006-12-19 2014-07-15 Commissariat A L'energie Atomique Method for preparing thin GaN layers by implantation and recycling of a starting substrate

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2880988B1 (fr) * 2005-01-19 2007-03-30 Soitec Silicon On Insulator TRAITEMENT D'UNE COUCHE EN SI1-yGEy PRELEVEE
FR2914495B1 (fr) * 2007-03-29 2009-10-02 Soitec Silicon On Insulator Amelioration de la qualite d'une couche mince par recuit thermique haute temperature.
EP2161741B1 (fr) * 2008-09-03 2014-06-11 Soitec Procédé de fabrication d'un semi-conducteur sur un substrat isolant doté d'une densité réduite de défauts SECCO
US7927975B2 (en) 2009-02-04 2011-04-19 Micron Technology, Inc. Semiconductor material manufacture
FR2953640B1 (fr) * 2009-12-04 2012-02-10 S O I Tec Silicon On Insulator Tech Procede de fabrication d'une structure de type semi-conducteur sur isolant, a pertes electriques diminuees et structure correspondante
JP5703920B2 (ja) * 2011-04-13 2015-04-22 信越半導体株式会社 貼り合わせウェーハの製造方法
JP2013143407A (ja) 2012-01-06 2013-07-22 Shin Etsu Handotai Co Ltd 貼り合わせｓｏｉウェーハの製造方法
JP6056516B2 (ja) 2013-02-01 2017-01-11 信越半導体株式会社 Ｓｏｉウェーハの製造方法及びｓｏｉウェーハ
JP6086031B2 (ja) 2013-05-29 2017-03-01 信越半導体株式会社 貼り合わせウェーハの製造方法
CN114334792A (zh) * 2021-10-29 2022-04-12 上海新昇半导体科技有限公司 Soi结构的半导体硅晶圆及其制备方法
CN114050123A (zh) * 2021-10-29 2022-02-15 上海新昇半导体科技有限公司 一种soi晶圆及其最终处理方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0954014A1 (fr) * 1998-04-23 1999-11-03 Shin-Etsu Handotai Company Limited Procédé de fabrication d'une pastille SOI par délamination utilisant des ions d'hydrogène et la pastille SOI fabriqué par ce procédé
FR2797713A1 (fr) * 1999-08-20 2001-02-23 Soitec Silicon On Insulator Procede de traitement de substrats pour la microelectronique et substrats obtenus par ce procede
US20020025604A1 (en) * 2000-08-30 2002-02-28 Sandip Tiwari Low temperature semiconductor layering and three-dimensional electronic circuits using the layering
US6593212B1 (en) * 2001-10-29 2003-07-15 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method for making electro-optical devices using a hydrogenion splitting technique

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3412470B2 (ja) * 1997-09-04 2003-06-03 三菱住友シリコン株式会社 Ｓｏｉ基板の製造方法
FR2774510B1 (fr) * 1998-02-02 2001-10-26 Soitec Silicon On Insulator Procede de traitement de substrats, notamment semi-conducteurs
CN1155074C (zh) * 1998-09-02 2004-06-23 Memc电子材料有限公司 从低缺陷密度的单晶硅上制备硅-绝缘体结构
JP2000124092A (ja) * 1998-10-16 2000-04-28 Shin Etsu Handotai Co Ltd 水素イオン注入剥離法によってｓｏｉウエーハを製造する方法およびこの方法で製造されたｓｏｉウエーハ
EP1158581B1 (fr) * 1999-10-14 2016-04-27 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Procede de fabrication d'une tranche de soi, et tranche de soi
JP3943782B2 (ja) * 1999-11-29 2007-07-11 信越半導体株式会社 剥離ウエーハの再生処理方法及び再生処理された剥離ウエーハ
TW452866B (en) * 2000-02-25 2001-09-01 Lee Tien Hsi Manufacturing method of thin film on a substrate
JP2001274368A (ja) * 2000-03-27 2001-10-05 Shin Etsu Handotai Co Ltd 貼り合わせウエーハの製造方法およびこの方法で製造された貼り合わせウエーハ
FR2809867B1 (fr) * 2000-05-30 2003-10-24 Commissariat Energie Atomique Substrat fragilise et procede de fabrication d'un tel substrat
JP2003017723A (ja) * 2001-06-29 2003-01-17 Shin Etsu Handotai Co Ltd 半導体薄膜の製造方法及び太陽電池の製造方法
FR2827078B1 (fr) * 2001-07-04 2005-02-04 Soitec Silicon On Insulator Procede de diminution de rugosite de surface
FR2855910B1 (fr) * 2003-06-06 2005-07-15 Commissariat Energie Atomique Procede d'obtention d'une couche tres mince par amincissement par auto-portage provoque
US7772087B2 (en) * 2003-12-19 2010-08-10 Commissariat A L'energie Atomique Method of catastrophic transfer of a thin film after co-implantation
FR2867307B1 (fr) * 2004-03-05 2006-05-26 Soitec Silicon On Insulator Traitement thermique apres detachement smart-cut
FR2925221B1 (fr) * 2007-12-17 2010-02-19 Commissariat Energie Atomique Procede de transfert d'une couche mince

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0954014A1 (fr) * 1998-04-23 1999-11-03 Shin-Etsu Handotai Company Limited Procédé de fabrication d'une pastille SOI par délamination utilisant des ions d'hydrogène et la pastille SOI fabriqué par ce procédé
FR2797713A1 (fr) * 1999-08-20 2001-02-23 Soitec Silicon On Insulator Procede de traitement de substrats pour la microelectronique et substrats obtenus par ce procede
US20020025604A1 (en) * 2000-08-30 2002-02-28 Sandip Tiwari Low temperature semiconductor layering and three-dimensional electronic circuits using the layering
US6593212B1 (en) * 2001-10-29 2003-07-15 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method for making electro-optical devices using a hydrogenion splitting technique

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AGARWAL A ET AL: "EFFICIENT PRODUCTION OF SILICON-ON-INSULATOR FILMS BY CO- IMPLANTATION OF HE+ WITH H+" APPLIED PHYSICS LETTERS, AMERICAN INSTITUTE OF PHYSICS. NEW YORK, US, vol. 72, no. 9, 2 mars 1998 (1998-03-02), pages 1086-1088, XP000742819 ISSN: 0003-6951 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8609514B2 (en) 1997-12-10 2013-12-17 Commissariat A L'energie Atomique Process for the transfer of a thin film comprising an inclusion creation step
US7485545B2 (en) 2004-12-28 2009-02-03 S.O.I.Tec Silicon On Insulator Technologies Method of configuring a process to obtain a thin layer with a low density of holes
US8142593B2 (en) 2005-08-16 2012-03-27 Commissariat A L'energie Atomique Method of transferring a thin film onto a support
US8664084B2 (en) 2005-09-28 2014-03-04 Commissariat A L'energie Atomique Method for making a thin-film element
US7514341B2 (en) 2005-12-22 2009-04-07 S.O.I.Tec Silicon On Insulator Technologies Finishing process for the manufacture of a semiconductor structure
DE112006003447B4 (de) 2005-12-22 2013-03-07 Soitec Prozess zur Ausbildung einer Anordnung, die eine Dünnschicht aufweist
US8778775B2 (en) 2006-12-19 2014-07-15 Commissariat A L'energie Atomique Method for preparing thin GaN layers by implantation and recycling of a starting substrate
US8252663B2 (en) 2009-06-18 2012-08-28 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Method of transferring a thin layer onto a target substrate having a coefficient of thermal expansion different from that of the thin layer
WO2011023905A1 (fr) 2009-08-26 2011-03-03 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Procédé de détachement par fracture d'un film mince de silicium mettant en oeuvre une triple implantation

Also Published As

Publication number Publication date
KR20060030911A (ko) 2006-04-11
WO2005013318A3 (fr) 2005-03-24
JP2007500435A (ja) 2007-01-11
US20060223283A1 (en) 2006-10-05
EP1652230A2 (fr) 2006-05-03
WO2005013318B1 (fr) 2005-05-19
US20150221545A1 (en) 2015-08-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2259302B1 (fr) Procédé d'obtention d'une couche mince de qualité accrue par co-implantation et recuit thermique.
EP1208593B1 (fr) Procede de traitement de substrats pour la micro-electronique
WO2005013318A2 (fr) Procede d’obtention d’une couche mince de qualite accrue par co-implantation et recuit thermique
EP1359615B1 (fr) Procédé de décollement de couches de matériau
WO2005086226A1 (fr) Traitement thermique d’amelioration de la qualite d’une couche mince prelevee
EP1922752B1 (fr) Procede de report d'une couche mince sur un support
FR2903808A1 (fr) Procede de collage direct de deux substrats utilises en electronique, optique ou opto-electronique
EP1726039A1 (fr) Traitement thermique apres detachement smart-cut
EP1344249A1 (fr) Procede de fabrication d'une structure empilee comprenant une couche mince adherant a un substrat cible
EP1407483A1 (fr) Procede d'amelioration de l'etat de surface d'une plaquette semiconductrice
FR2827078A1 (fr) Procede de diminution de rugosite de surface
FR3094573A1 (fr) Procede de preparation d’une couche mince de materiau ferroelectrique
FR2880988A1 (fr) TRAITEMENT D'UNE COUCHE EN SI1-yGEy PRELEVEE
FR2922359A1 (fr) Procede de fabrication d'une structure micro-electronique impliquant un collage moleculaire
FR2874455A1 (fr) Traitement thermique avant collage de deux plaquettes
FR2912259A1 (fr) Procede de fabrication d'un substrat du type "silicium sur isolant".
FR2858875A1 (fr) Procede de realisation de couches minces de materiau semi-conducteur a partir d'une plaquette donneuse
FR2912258A1 (fr) "procede de fabrication d'un substrat du type silicium sur isolant"
FR2860340A1 (fr) Collage indirect avec disparition de la couche de collage
FR2972564A1 (fr) Procédé de traitement d'une structure de type semi-conducteur sur isolant
FR3093859A1 (fr) Procédé de transfert d’une couche utile sur une substrat support
EP2701185A1 (fr) Procédé de transfert d'un film d'InP
FR3132383A1 (fr) Procédé de fabrication d’une structure de type double semi-conducteur sur isolant
FR2857503A1 (fr) Procede d'implantation au travers d'une surface irreguliere
WO2023144496A1 (fr) Procédé de fabrication d'une structure de type double semi-conducteur sur isolant

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200480021578.X

Country of ref document: CN

AK Designated states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
B Later publication of amended claims

Effective date: 20050303

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2004786008

Country of ref document: EP

Ref document number: 1020067001760

Country of ref document: KR

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2006521623

Country of ref document: JP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 1020067001760

Country of ref document: KR

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2004786008

Country of ref document: EP