WO2005064320A1 - Dispositif et procede d’observation d’une interface de collage - Google Patents

Dispositif et procede d’observation d’une interface de collage Download PDF

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WO2005064320A1
WO2005064320A1 PCT/FR2004/003361 FR2004003361W WO2005064320A1 WO 2005064320 A1 WO2005064320 A1 WO 2005064320A1 FR 2004003361 W FR2004003361 W FR 2004003361W WO 2005064320 A1 WO2005064320 A1 WO 2005064320A1
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bonding
interface
substrate
elements
radiation
Prior art date
Application number
PCT/FR2004/003361
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English (en)
Inventor
Hubert Moriceau
Franck Fournel
Bruce Faure
Fabrice Letertre
Bernard Aspar
Chrystelle Lagahe-Blanchard
Original Assignee
Commissariat A L'energie Atomique
S.O.I. Tec Silicon On Insulator Technologies
TRACIT TECHNOLOGIES Centr'alp
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Publication date
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/8806—Specially adapted optical and illumination features

Definitions

  • the invention relates to the observation of the quality of the interface for assembling or bonding two substrates or composite stacks.
  • the assembly is for example obtained by molecular adhesion, or by eutectic sealing, the bonding can for example be an adhesive bonding or an anodic bonding.
  • the substrates are for example of the type used in the field of microelectronics, in particular semiconductor substrates.
  • the invention finds applications in the field of components or substrates for microelectronics, or optoelectronics or MEMS.
  • the bonding or assembly interface between two elements or substrates can be examined in optical transmission.
  • the lamps and cameras used for this purpose generally operate in the near infrared (IR).
  • the interface of bonding of a silicon substrate to a silicon substrate, both of which are slightly doped, possibly with an intermediate bonding layer of thin Si0 2 is examined by such a technique.
  • Two such substrates may have differences in their optical properties, and in particular in their light transmission properties used. This is particularly the case when they are semiconductor substrates which have different forbidden bands (exa Si substrate bonded to SiGe, or to Ge, or to Sic, or to GaAs, etc.).
  • Germanium the Germanium material, with a small forbidden band (0.67 eV), blocks the transmission of radiation in the near infrared as well as for all wavelengths less than 2 ⁇ m.
  • This problem is also encountered when an alloy of the type Si x Ge ⁇ _ x is used, in particular for x> 40%.
  • a substrate comprises a thick epitaxy of SiGe alloy, the optical transmission is compromised. Strong absorption can have other origins than the width of the prohibited band. It may for example be due to a particular doping or to compensation by impurities, or to defects in the crystal.
  • the transparency of this substrate decreases, the transmitted light signal is weakened and there is loss of contrast.
  • a problem is therefore the need to cover, at least partially, the transmission windows of all the materials and the camera.
  • Other solutions are known among transmission acoustic microscopy, or X-ray microscopy.
  • the first technique is available industrially. It provides a better resolution than 1 IR but is long to implement (about several minutes for each pair bonded) and, above all, requires placing the bonding in a medium other than air, generally a medium aqueous.
  • the problem therefore arises of finding a new process for characterizing or examining the interface of an assembly of two elements such as substrates or layers.
  • finding a method for characterizing such an interface in the case where one of the elements of the assembly is not very transparent or else in the case where one of the elements has a very thick layer or highly reflective.
  • Another problem is to find a method for characterizing such an interface when one of the two elements, linked by this interface, is opaque or semi-transparent to infrared radiation, for example in the spectral range between 0.7 ⁇ m and 1 .m
  • the invention relates to a new method for observing or characterizing an interface, not in transmission mode but in reflection mode, by changing the optical path of the useful radiation.
  • the present invention provides a solution for viewing the bonding or assembly interfaces between two elements such as two substrates or a substrate and a layer, in particular in the case where one of the elements is opaque or partially transparent in a certain spectral range. , for example infrared. These materials are for example bonded to a lightly doped silicon substrate.
  • the invention relates to a method for characterizing the interface between a first element, such as a substrate or a thin layer, and a second element, such as a substrate or a thin layer, comprising: illuminating the first element with radiation for which it is at least partially transparent, detecting the radiation reflected by the interface.
  • a silicon assembly on an absorbent substrate the invention implements on the one hand the optical transparency of the silicon and on the other hand, the power of reflection of the absorbent substrate and / or of the interface substrate- silicon.
  • the second element or one or more layers of the second element can be at least partially absorbent to the radiation used.
  • the method according to the invention does not require overlap between the transmission windows of the second element and that of display means, such as a camera, used to detect the radiation reflected by the interface.
  • the two elements may for example be linked by molecular adhesion or by eutectic sealing or by bonding, the latter possibly being in particular of adhesive or anodic or metallic type.
  • the first element and / or the second element can be made of silicon.
  • the second element can be in, or include, Germanium or SiGe (silicide of
  • Germanium or silicon carbide (SiC) or gallium arsenide (GaAs) or include an alloy of the type Si x Ge ! - x .
  • the two elements can form an SOI structure, the second element comprising for example an oxide layer.
  • FIG. 1 represents the implementation of a method according to the invention
  • FIG. 2 represents an SOI type structure
  • FIGS. 3A and 3B represent steps of a method for producing a SOI type structure
  • FIG. 4 is an example of an image obtained in reflection through a layer of material on a substrate
  • FIGS. 5A - 5C represent steps of a method implementing the invention.
  • FIG. 1 An exemplary embodiment of the invention is illustrated in FIG. 1.
  • a layer or a thin film or a substrate of semiconductor material 2 for example of thickness between 100 ⁇ m and 1 mm, is formed or transferred onto a substrate 4, for example of thickness between the same values.
  • the element 2 and the substrate 4 is for example a bond by molecular adhesion.
  • the element 2 further comprises a face 8, called the front face, and towards which radiation 10 produced by a radiation source is directed.
  • the substrate 2 is at least partially transparent to radiation 10, while the substrate 4 can reflect it at least partially, if not completely.
  • the two substrates can therefore have different optical properties, in particular different optical indices in at least part of the spectral range of the radiation 10.
  • a camera 14 makes it possible to view the radiation reflected by the interface 6.
  • the intensity of this radiation reflected is modulated, partially or totally, when faults are present at, or in, the interface 6. These faults are for example an absence of bonding or the existence of particles which are blocked between the two elements 2, 4.
  • each material can be characterized optically in order to determine its window of transparency with respect to the wavelengths concerned (for example the near IR) and thus determine whether it is considered to be transparent, opaque or partially or semi-transparent.
  • the two elements 2, 4 can be linked by molecular adhesion or by eutectic sealing or by bonding, the latter possibly being, for example, of adhesive or anodic or metallic type.
  • a metallic layer 6, used for metallic bonding can even be present on one of the two elements 2 and 4.
  • a layer on one of the substrates can therefore be thick (for example an adhesive layer with a thickness of between 1 ⁇ m and 10 ⁇ m) and / or highly reflective.
  • the first element 2 is for example made of silicon.
  • the second element 4 is for example made of silicon, without doping or weakly or strongly doped. It can also contain Germanium or
  • SiGe Germanium silicide
  • SiC Silicon Carbide
  • GaAs Gallium Arsenide
  • InP indium phosphide
  • SiGe Germanium silicide
  • SiC Silicon Carbide
  • GaAs Gallium Arsenide
  • InP indium phosphide
  • It may be made of a material which blocks infrared transmission, in particular a semiconductor material with a low band gap, for example less than leV or 0.7 eV.
  • It can also be made of a doped or impure material, and whose doping or impurities give it light absorption properties in a spectral range precisely used for the examination in transmission, for example infrared. As shown in Figure 1, the camera
  • the invention can be connected to image storage and / or analysis means 30, for example a microcomputer programmed for this purpose, and / or to display means 32.
  • Analysis means 30 can also implement a program for counting faults on each of the images.
  • An operator can thus examine an assembly of two substrates 2 and 4 coming from a production unit.
  • the invention therefore allows a characterization of the interface of each assembly. It is possible to examine, on a single image, an entire semiconductor plate, with a diameter of 200 mm or 300 mm. It is also possible to make an enlargement of part of the interface of an assembly, for example performing a “zoom” operation by approaching the camera 14 of the component studied or by using a specific optic such as a microscope.
  • the invention also applies to an SOI structure which typically comprises, as illustrated in FIG.
  • a layer 12 of semiconductor material in which components can then be formed, components which would be opaque to the radiation used. for observation in transmission, and under which a buried layer of silicon oxide is produced.
  • the latter constitutes insulation against parasitic currents and charges coming from ionized particles. It also allows good insulation of neighboring components produced in the same semiconductor layer 12, and in particular a significant reduction in stray capacitances between such neighboring components. It itself rests on a silicon substrate 13, which plays the role of mechanical support.
  • the surface layer 12 of silicon has for example a thickness of approximately 10 nm at
  • FIGS. 3A and 3B schematically represent an embodiment of an SOI device or component which can be examined by a method according to the invention.
  • an initial semiconductor substrate 40 (we will take the example of silicon) an insulating layer is produced (we will take the example of silicon oxide Si0 2 ) 42 of thickness typically of the order of a few hundred nm, for example between 100 nm and 500 nm.
  • This thickness can also reach a few tens of thousands of nm and therefore be, for example, between 100 nm and 5000 nm. Different techniques can be implemented for the production of this insulating zone, for example by deposition or heat treatment.
  • a second semiconductor substrate In a second semiconductor substrate
  • a thin layer 46 which extends substantially parallel to a surface 45 of the substrate 44.
  • This implantation is generally an implantation of hydrogen, but can also be done using other species, or with an H / He co-implantation.
  • the two substrates 40 and 44 thus prepared are then assembled by a technique of the "wafer bonding" type or by contact of the adherent type, for example by molecular adhesion or by bonding. With regard to these techniques, reference may be made to the work by QY Tong and U.
  • FIG. 4 is an example of an image obtained by reflection at the interface of a Germanium film formed on a substrate Si / Si0 2 , structure similar to that described above in connection with FIG. 3B.
  • this figure 4 we perceive the dark areas which testify to the defects at the germanium-substrate interface: a circle, at the bottom left of figure 4, and an irregular and elongated area in the outline of the film, at the top right of the figure.
  • this invention allows the evaluation of the reflection of a provoked interface.
  • this interface is a bonding interface.
  • sticking we mean as much the action of sticking as its result.
  • the interface is defined as the area in which the bonding takes place.
  • the invention makes it possible to characterize the quality of the bonding, that is to say both the action of bonding (dynamic aspect) and the stack obtained (static aspect). In other words, the invention makes it possible (dynamic aspect) to qualify the propagation of the bonding wave, which is an important element in assessing the quality of the bonding. Observation can be carried out during the gluing operation.
  • the visualization of localized change in reflectivity at level of the bonding interface, linked to the localized absence of bonding, or to a defective bonding could allow the recycling of the two elements of the assembly by detachment of these 2 elements at the level of the bonding interface, then the reconditioning of the 2 surfaces to be assembled.
  • the surface treatments will be carried out so as to eliminate the particulate contaminations and / or the surface defects responsible for the defects observed at the bonding interface during assembly.
  • the assembly between the 2 re-conditioned elements can then be carried out again and checked by implementing the invention.
  • This static control can be combined with a dynamic control, during the bonding operation, as explained above.
  • the invention is particularly advantageous when a non-transparent layer is inserted at the interface: this is the case for example of bonding with a metallic film, for which, at most beyond a few nanometers, for example beyond 3 nm or 5 nm, we can consider that it is no longer transparent.
  • Opacity can also result from the presence, in element 4 (Figure 1) or 13 ( Figure 2) of microelectronic components and / or circuits and / or patterned structures formed by layers which can be discontinuous, of different natures, by example: - one or more metallic layers (Al, Cu,
  • W, Ti Among other things, and / or one or more insulating layers (oxides, nitrides ...), - and / or one or more polymer layers (BCB %) and / or one or more amorphous or polycrystalline layers (Si, Ge ...) , - and / or one or more highly doped layers (If doped with boron, phosphorus, arsenic, ...), - and / or one or more layers comprising empty cavities or filled with fluids.
  • insulating layers oxides, nitrides ...), - and / or one or more polymer layers (BCB ...) and / or one or more amorphous or polycrystalline layers (Si, Ge ...) , - and / or one or more highly doped layers (If doped with boron, phosphorus, arsenic, ...), - and / or one or more layers comprising empty cavities or filled with fluids.
  • the invention allows the characterization of the bonding interface between a 1 st element (for example in lightly doped Si), such as element 2 or 12 of Figures 1 or 2, and a 2 nd element as described below- above, this second element having complete or partial opacity, or when a non-transparent layer is inserted at the interface.
  • a characterization makes it possible to preferentially analyze the first interface encountered, that is to say the bonding interface, while eliminating any problems at the level of the interfaces between the different metal levels.
  • the invention can be implemented in a particularly advantageous manner in the context of such an assembly, between a 1 st element and a 2 nd element comprising components, the light from the source 10 (FIG.
  • the invention can also be implemented in a particularly advantageous manner when, as illustrated in FIGS. 5A and 5B, it is desired to transfer a layer 101, process or treated and coming from an element 2, onto a support 4 having different properties from the original substrate 100.
  • the layer 101 due to its treatment, is at least partially opaque to radiation which makes it possible to test the interface in accordance with the invention.
  • Element 2 and its processed layer 101 which is part of this element 2 or which is linked to it), are first separated from the initial substrate 100. Then element 2 and layer 101 are transferred onto substrate 4 and assembled with this substrate.
  • a thinning at the level of the rear face 8 of the element 2 may be made after assembly (by mechanical, chemical or mechanical-chemical means or by any other method of thinning of the layer, see FIG. 5C), thinning which leads to layer 101 on the substrate 4.
  • a control of the interface of the assembly, formed of the support 4 and of the processed or treated layer 101, transferred and of variable thickness depending on the applications could be carried out by implementing the invention, lighting 11 taking place on the side of the support 4 and resulting in reflected radiation 13 through the interface.
  • a treatment may optionally be resumed on the rear face 110 of the layer 101 of components.
  • the support 4 can itself then be thinned, by any technique such as those described above.
  • the invention can also be implemented in a particularly advantageous manner when it is desired to transfer an element 2 (FIG. 5A) to a support or substrate 4 having properties different from an original substrate 100. After separation of the element 2 and assembly with the support or the substrate 4, one can carry out a control of the assembly or bonding interface, in the configuration of FIG. 5B, by implementing the invention, the radiation passing through the substrate 4.
  • a thinning at the level of the rear face 8 of the element 2 can be made after assembly (by mechanical, chemical or mechanical-chemical means or by any other thinning process of layer), with control during or after thinning, as already explained above ( Figure 5C).
  • Figure 5C In the configuration of FIG. 5B or in that of FIG. 5C, it will be possible, both on the rear face 110 of the layer 101, and on the rear face 8 of the layer 2, to then carry out a treatment, for example the implantation of a technology or components or circuits or the resumption of a technology at this rear face.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de caractérisation de l'interface entre un premier élément (2), tel qu'un substrat ou une couche mince, et un deuxième élément (4), tel qu'un substrat ou une couche mince, comportant : - éclairer le premier élément avec un rayonnement (10) pour lequel il est au moins partiellement transparent, - détecter le rayonnement réfléchi par l'interface.

Description

DISPOSITIF ET PROCEDE D'OBSERVATION D'UNE INTERFACE DE COLLAGE
DO MAINE TECHNIQUE ET ART ANTERIEUR L'invention concerne l'observation de la qualité de l'interface d'assemblage ou de collage de deux substrats ou d'empilements composites. L'assemblage est par exemple obtenu par adhésion moléculaire, ou par scellement eutectique, le collage pouvant par exemple être un collage adhésif ou un collage anodique. Les substrats sont par exemple du type utilisé dans le domaine de la microëlectronique, notamment des substrats semi-conducteurs . L'invention trouve des applications dans le domaine des composants ou substrats pour la microëlectronique, ou l'optoélectronique ou les MEMS . De manière connue, l'interface de collage ou d'assemblage entre deux éléments ou substrats peut être examiné en transmission optique. Les lampes et caméras utilisées à cette fin fonctionnent en général dans le proche infra-rouge (IR) . Ainsi l'interface d'un collage d'un substrat Silicium sur un substrat Silicium, tous deux faiblement dopés, éventuellement avec une couche de collage intermédiaire en Si02 de faible épaisseur, est examiné par une telle technique . On tire alors profit des propriétés de transparence ou de semi-transparence du silicium pour des longueurs d'onde optique situées dans le proche infrarouge (longueur d'onde voisine de un micromètre) . Deux tels substrats peuvent présenter des différences dans leurs propriétés optiques, et notamment dans leurs propriétés de transmission de la lumière utilisée. C'est notamment la cas lorsque ce sont des substrats semi-conducteurs qui ont des bandes interdites différentes (exemple : un substrat Si collé sur SiGe, ou sur Ge, ou sur Sic, ou sur GaAs, etc..) . Un problème se pose lorsqu'un des substrats collés ou assemblés est peu transparent, ou absorbe la lumière utilisée lors d'une caractérisation optique en transmission. Ainsi, dans le cas du collage Silicium sur
Germanium, le matériau Germanium, de faible bande interdite (0,67 eV) , bloque la transmission du rayonnement dans le proche infrarouge ainsi d'ailleurs que pour toutes les longueurs d'ondes inférieures à 2 μm. Ce problème se rencontre aussi dès lors qu'un alliage de type SixGeι_x est utilisé, notamment pour x > 40 %. Selon un autre exemple, lorsqu'un substrat comprend une epitaxie épaisse d'alliage de SiGe, la transmission optique est compromise. Une forte absorption peut avoir d'autres origines que la largeur de la bande interdite. Elle peut être par exemple due à un dopage particulier ou à une compensation par des impuretés, ou à des défauts du cristal . Ainsi, lorsqu'un des substrats de silicium d'un assemblage silicium-silicium est fortement dopé, la transparence de ce substrat diminue, le signal lumineux transmis est affaibli et il y a perte de contraste. L'observation en transmission est alors problématique . Un autre problème se pose lorsqu'un des matériaux possède en surface une couche très absorbante ou très réfléchissante, par exemple dans le cas d'un collage métallique. Ainsi une couche de collage en Si02 épaisse (par exemple de plusieurs micromètres d'épaisseur) cause une absorption importante du signal transmis et ainsi une perte d'imagerie. De même la présence d'une couche enterrée, absorbante dans l'infrarouge, est problématique. Selon un autre exemple lorsque la surface d'un des substrats comporte des couches métalliques (scellement eutectique par exemple) ou des couches fortement dopées, le mode d'observation en transmission devient impossible ou très difficile. Les . structures de type SOI (semi-conducteur sur Isolant et notamment silicium sur isolant) font partie des structures concernées par la présente invention. Elles ont un processus d'élaboration qui met en oeuvre une étape de collage par adhésion moléculaire. Par transmission IR à travers la structure collée, on peut visualiser d'éventuels défauts de collage à l'interface considérée. La paire collée est alors éclairée en face arrière par une lumière blanche qui est partiellement absorbée par le silicium. Seule une partie de la radiation correspondant à la fenêtre de transparence du silicium (longueurs d'ondes transmises > 1 μm) est transmise vers la caméra permettant de visualiser cette interface. Mais la fenêtre spectrale de cette caméra filtre à nouveau la lumière transmise pour créer l'image de l'interface. Ainsi, le rayonnement est filtré à la fois par le matériau silicium (transmission au-delà de 1 μm) et par la caméra (limite haute vers 2 μm) . Autrement dit, l'imagerie en transmission n'est possible que lorsque les fenêtres de transparence des matériaux observés et celle de la caméra se superposent. Un problème est donc la nécessité du recouvrement, au moins partiel, des fenêtres de transmission de tous les matériaux et de la caméra. D'autres solutions sont connues parmi la microscopie acoustique en transmission, ou la microscopie par rayons X. La première technique est disponible industriellement. Elle permet d'obtenir une meilleure résolution que 1 ' IR mais est longue à mettre en œuvre (environ plusieurs minutes pour chaque paire collée) et, surtout, nécessite de placer le collage dans un milieu autre que l'air, en général un milieu aqueux. Il se pose donc le problème de trouver un nouveau procédé pour caractériser ou examiner l'interface d'un assemblage de deux éléments tels que des substrats ou des couches. Il se pose aussi le problème de trouver un procédé de caractérisation d'une telle interface dans le cas où l'un des éléments de l'assemblage est peu transparent ou bien dans le cas où l'un des éléments possède une couche très épaisse ou fortement réfléchissante . Un autre problème est de trouver un procédé permettant de caractériser une telle interface lorsqu'un des deux éléments, liés par cette interface, est opaque ou semi-transparent au rayonnement infrarouge, par exemple dans le domaine spectral compris entre 0,7 μm et 1 μm.
EXPOSE DE L'INVENTION
L'invention concerne un nouveau procédé pour observer ou caractériser une interface, non pas en mode de transmission mais en mode de réflexion, en changeant le trajet optique de la radiation utile. La présente invention propose une solution pour visualiser les interfaces de collage ou d'assemblage entre deux éléments tels que deux substrats ou un substrat et une couche, notamment dans le cas où l'un des éléments est opaque ou partiellement transparent dans un certain domaine spectral, par exemple l'infrarouge. Ces matériaux sont par exemple collés sur un substrat silicium faiblement dopé. L'invention concerne un procédé de caractérisation de l'interface entre un premier élément, tel qu'un substrat ou une couche mince, et un deuxième élément, tel qu'un substrat ou une couche mince, comportant : éclairer le premier élément avec un rayonnement pour lequel il est au moins partiellement transparent, détecter le rayonnement réfléchi par 1' interface. Dans le cas d'un assemblage silicium sur un substrat absorbant, l'invention met en œuvre d'une part la transparence optique du silicium et d'autre part, le pouvoir de réflexion du substrat absorbant et/ou de l'interface substrat-silicium. Le deuxième élément ou une ou des couches du deuxième élément, peuvent être au moins partiellement absorbants au rayonnement utilisé. Le procédé selon l'invention ne nécessite pas de recouvrement entre les fenêtres de transmission du deuxième élément et celui de moyens de visualisation, tels qu'une caméra, utilisés pour détecter le rayonnement réfléchi par l'interface. Les deux éléments peuvent être par exemple liés par adhésion moléculaire ou par scellement eutectique ou par collage, ce dernier pouvant notamment être de type adhésif ou anodique ou métallique. Le premier élément et/ou le deuxième élément peut être en silicium. Le deuxième élément peut être en, ou comporter du, Germanium ou du SiGe (siliciure de
Germanium) ou du Carbure de silicium (SiC) ou de l'Arsêniure de Gallium (GaAs) ou comporter un alliage de type SixGe!-x. Les deux éléments peuvent former une structure SOI, le deuxième élément comportant par exemple une couche d'oxyde.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES - La figure 1 représente la mise en œuvre d'un procédé selon l'invention, - la figure 2 représente une structure de type SOI, les figures 3A et 3B représentent des étapes d'un procédé de réalisation d'une structure de type SOI, la figure 4 est un exemple d'image obtenue en réflexion à travers une couche de matériau sur un substrat, - les figures 5A - 5C représentent des étapes d'un procédé mettant en oeuvre l'invention.
DESCRIPTION DE MODES DE REALISATION DE L'INVENTION
Un exemple de réalisation de l'invention est illustré sur la figure 1. Une couche ou un film mince ou un substrat de matériau semi-conducteur 2, par exemple d'épaisseur comprise entre 100 μm et 1 mm, est formée ou reportée sur un substrat 4, par exemple d'épaisseur comprise entre les mêmes valeurs . La liaison 6 entre la couche ou le substrat
2 et le substrat 4 est par exemple une liaison par adhésion moléculaire. L'élément 2 comporte en outre une face 8, dite face avant, et vers laquelle est dirigé un rayonnement 10 produit par une source de rayonnement. Le substrat 2 est au moins partiellement transparent au rayonnement 10, tandis que le substrat 4 peut le réfléchir au moins partiellement, sinon complètement . Les deux substrats peuvent donc avoir des propriétés optiques différentes, en particulier des indices optiques différents dans au moins une partie du domaine spectral du rayonnement 10. Une caméra 14 permet de visualiser le rayonnement réfléchi par l'interface 6. L'intensité de ce rayonnement réfléchi est modulé, partiellement ou totalement, lorsque des défauts sont présents à, ou dans, l'interface 6. Ces défauts sont par exemple une absence de collage ou l'existence de particules restées bloquées entre les deux éléments 2, 4. Un bon collage résultera au contraire en une image uniformément brillante ou présentant un fond uniforme brillant. D'une façon générale, chaque matériau peut être caractérisé optiquement afin de déterminer sa fenêtre de transparence vis-à-vis des longueurs d'ondes concernées (par exemple le proche IR) et déterminer ainsi s'il est considéré comme transparent, opaque ou partiellement ou semi-transparent . Les deux éléments 2, 4 peuvent être liés par adhésion moléculaire ou par scellement eutectique ou par collage, ce dernier pouvant être par exemple de type adhésif ou anodique ou métallique. Ainsi une couche métallique 6, utilisée pour un collage métallique, peut même être présente sur un des deux éléments 2 et 4. Une couche sur un des substrats (celui qui n'est pas transparent ou partiellement transparent) peut donc être épaisse (par exemple couche de collage d'épaisseur comprise entre 1 μm et 10 μm) et/ou fortement réfléchissante. Le premier élément 2 est par exemple en silicium. Le deuxième élément 4 est par exemple en silicium, sans dopage ou faiblement ou fortement dopé. II peut aussi comporter du Germanium ou du
SiGe (silicure de Germanium) ou du Carbure de silicium (SiC) ou de l'Arséniure de Gallium (GaAs) , ou du InP (phosphure d' indium) . Il peut être en un matériau qui bloque la transmission infra-rouge, notamment un matériau semiconducteur de faible bande interdite, par exemple inférieure à leV ou à 0,7 eV. Il peut aussi être en un matériau dopé ou impur, et dont le dopage ou les impuretés lui conféreraient des propriétés d'absorption de la lumière dans un domaine spectral justement utilisé pour l'examen en transmission, par exemple l' infra-rouge . Comme illustré sur la figure 1, la caméra
14 peut être reliée à des moyens 30 de mémorisation et/ou d'analyse d'images, par exemple un microordinateur programmé à cet effet, et/ou à des moyens 32 de visualisation. Des moyens 30 d'analyse peuvent aussi mettre en œuvre un programme de comptage des défauts sur chacune des images. Un opérateur peut ainsi examiner un assemblage de deux substrats 2 et 4 provenant d'une unité de production. L'invention permet donc une caractérisation de l'interface de chaque assemblage. Il est possible d'examiner, sur une seule image, une plaque entière de semi-conducteur, de diamètre 200 mm ou 300 mm. Il est également possible d'effectuer un agrandissement d'une partie de l'interface d'un assemblage, par exemple effectuant une opération de « zoom » en approchant la caméra 14 du composant étudié ou en utilisant une optique spécifique comme un microscope. En fait l'invention s'applique aussi à une structure SOI qui comporte typiquement, comme illustré sur la figure 2, une couche 12 de matériau semiconducteur, dans laquelle peuvent ensuite être formés des composants proprement dits, composants qui seraient opaques à un rayonnement utilisé pour une observation en transmission, et sous laquelle est réalisée une couche 15 enterrée d'oxyde de silicium. Cette dernière constitue une isolation vis-à-vis des courants parasites et des charges provenant de particules ionisées. Elle permet aussi une bonne isolation de composants voisins réalisés dans la même couche 12 de semi-conducteur, et notamment une diminution sensible des capacités parasites entre de tels composants voisins. Elle repose elle-même sur un substrat 13 en silicium, qui joue le rôle de support mécanique. Typiquement, la couche superficielle 12 de silicium a par exemple une épaisseur d'environ 10 nm à
1000 nm ou plus, tandis que la couche d'oxyde 15 a une épaisseur de l'ordre de quelques centaines de nm (par exemple 400 nm) ou plus. L'observation peut alors être réalisée après l'étape de report du substrat 2 ou 12 sur le substrat 4 ou 13 et avant un éventuel traitement ultérieur. Les figures 3A et 3B représentent schématiquement un mode de réalisation d'un dispositif ou composant SOI pouvant être examiné par un procédé selon 1 ' invention. Dans un premier substrat 40 semi-conducteur (on prendra l'exemple du silicium) est réalisée une couche isolante (on prendra l'exemple de l'oxyde de silicium Si02) 42 d'épaisseur typiquement de l'ordre de quelques centaines de nm, par exemple comprise entre 100 nm et 500 nm. Cette épaisseur peut aussi atteindre quelques dizaines de milliers de nm et être donc comprise, par exemple, entre 100 nm et 5000 nm. Différentes techniques peuvent être mises en oeuvre pour la réalisation de cette zone isolante, par exemple par dépôt ou traitement thermique . Dans un deuxième substrat semi-conducteur
44 est réalisée une implantation atomique ou ionique, formant une mince couche 46 qui s'étend sensiblement parallèlement à une surface 45 du substrat 44. En fait est ainsi formée une couche ou un plan de fragilisation ou de fracture délimitant dans le volume du substrat 44 une région inférieure 48 destinée à constituer un film mince et une région supérieure 49 constituant la masse du substrat 44. Cette implantation est en général une implantation d'hydrogène, mais peut être aussi faite à l'aide d'autres espèces, ou encore avec une co- implantation H/He . Les deux substrats 40 et 44 ainsi préparés sont ensuite assemblés par une technique de type "wafer bonding" ou par contact de type adhérent par exemple par adhésion moléculaire ou par collage. On pourra se reporter, en ce qui concerne ces techniques, à l'ouvrage de Q. Y. Tong et U. Gosele «Semiconductor afer Bonding » (Science and Technology) , iley Interscience Publications. Une partie du substrat 44 est ensuite détachée par un traitement permettant de provoquer une fracture le long du plan de fragilisation 46. Un exemple de cette technique est décrit dans l'article de A. J. Auberton-Hervé et al. « Why can Smart-Cut change the future of microelectronics ? » paru dans International Journal of High Speed Electronics and Systems, Vol. 10, N° .1 (2000), p. 131-146. La formation d'un plan de fragilisation peut être obtenue par d'autres méthodes que par l'implantation d'ions. Ainsi, il est aussi possible de réaliser une couche de silicium poreux, comme décrit dans l'article de K. Sataguchi et al. « ELTRAN® by Splitting Porous Si layers », Proceedings of the 9th International Symposium on Silicon-on-Insulator Tech, and Device, 99-3, The Electrochemical Soweby, Seattle, p. 117-121 (1999) . L'invention permet d'examiner les caractéristiques de l'interface 42 formée entre les deux éléments 40, 48. La figure 4 est un exemple d' image obtenue par réflexion à l'interface d'un film de Germanium formé sur un substrat Si/Si02, structure similaire à celle décrite ci-dessus en liaison avec la figure 3B. Sur cette figure 4 on perçoit les zones sombres qui témoignent des défauts à l'interface germanium-substrat : un cercle, en bas à gauche de la figure 4, et une zone irrégulière et allongée dans le contour du film, en haut à droite de la figure. De façon générale, cette invention permet l'évaluation de la réflexion d'une interface provoquée. Avantageusement cette interface est une interface de collage. Par collage, on entend autant l'action de coller que son résultat. L'interface se définit comme la zone dans laquelle le collage s' effectue. L'invention permet de caractériser la qualité du collage, c'est-à-dire tant l'action de coller (aspect dynamique) que l'empilement obtenu (aspect statique) . Autrement dit, l'invention permet (aspect dynamique) de qualifier la propagation de l'onde de collage, qui est un élément important d'appréciation de la qualité du collage. L'observation peut être réalisée pendant l'opération de collage. Par ailleurs (aspect statique) , de manière avantageuse, dans un mode d'application, la visualisation de changement localisé de réflectivité au niveau de l'interface de collage, liée à l'absence localisée de collage, ou à un collage défectueux, pourra permettre le recyclage des deux éléments de l'assemblage par décollement de ces 2 éléments au niveau de l'interface de collage, puis le reconditionnement des 2 surfaces à assembler. Les traitements de surface seront effectués de manière à éliminer les contaminations particulaires et/ou les défauts superficiels responsables des défauts observés à l'interface de collage lors de l'assemblage. L'assemblage entre les 2 éléments re-conditionnés pourra ensuite être effectué à nouveau et contrôlé en mettant en œuvre l'invention. Ce contrôle statique peut être combiné avec un contrôle dynamique, pendant l'opération de collage, tel qu'exposé ci-dessus. L'invention est particulièrement intéressante lorsqu'une couche non transparente est insérée en interface : c'est la cas par exemple du collage avec un film métallique, pour lequel, au maximum au delà de quelques nanomètres, par exemple au- delà de 3 nm ou de 5 nm, on peut considérer qu'il n'est plus transparent . Une opacité peut aussi résulter de la présence, dans l'élément 4 (figure 1) ou 13 (figure 2) de composants et/ou circuits microélectroniques et/ou des structures patternées formées par des couches pouvant être discontinues, de différentes natures, par exemple : - une ou des couches métalliques (Al, Cu,
W, Ti...) , et/ou une ou des couches isolantes (oxydes, nitrures...) , - et/ou une ou des couches polymères (BCB...) et/ou une ou des couches amorphes ou polycristallines (Si, Ge...) , - et/ou une ou des couches fortement dopées (Si dopé en bore, phosphore, arsenic,...) , - et/ou une ou des couches comportant des cavités vides ou remplies de fluides. L'invention permet la caractérisation de l'interface de collage entre un 1er élément (par exemple en Si faiblement dopé), tel que l'élément 2 ou 12 des figures 1 ou 2 , et un 2eπιe élément tel que décrit ci- dessus, ce deuxième élément présentant une opacité complète ou partielle, ou lorsqu'une couche non transparente est insérée en interface. Une telle caractérisation permet d'analyser préférentiellement la première interface rencontrée c'est-à-dire l'interface de collage tout en s' affranchissant des éventuels problèmes au niveau des interfaces entre les différents niveaux métalliques. L'invention peut être mise en œuvre de manière particulièrement intéressante dans le cadre d'un tel assemblage, entre un 1er élément et un 2eme élément comportant des composants, la lumière de la source 10 (figure 1) traversant le premier élément, le deuxième élément 4 (figure 1) ou 13 (figure 2) étant au moins partiellement opaque à cette lumière du fait notamment de la présence desdits composants. L'invention peut aussi être mise en œuvre de manière particulièrement intéressante lorsque, comme illustré sur les figures 5A et 5B, on désire reporter une couche 101, processêe ou traitée et issue d'un élément 2, sur un support 4 de propriétés différentes du substrat d'origine 100. La couche 101, du fait de son traitement, est au moins partiellement opaque au rayonnement qui permet de tester l'interface conformément à l'invention. L'élément 2 (et sa couche processée 101 qui fait partie de cet élément 2 ou qui lui est liée) , sont d'abord séparés du substrat initial 100. Puis l'élément 2 et la couche 101 sont reportés sur le substrat 4 et assemblés avec ce substrat . Pour compléter ce report, un amincissement au niveau de la face arrière 8 de l'élément 2 pourra être fait après assemblage (par voie mécanique, chimique ou mécano-chimique ou par tout autre procédé d'amincissement de couche, voir figure 5C) , amincissement qui conduit à la couche 101 sur le substrat 4. Pour valider la bonne tenue de l'interface de collage, par exemple au cours des étapes d'amincissement ou après ces étapes, un contrôle de l'interface de l'assemblage, formé du support 4 et de la couche processée ou traitée 101, reportée et d'épaisseur variable selon les applications, pourra être effectué en mettant en œuvre l'invention, un éclairage 11 ayant lieu du côté du support 4 et résultant en un rayonnement 13 réfléchi par l' interface . On peut éventuellement reprendre un traitement en face arrière 110 de la couche 101 de composants . Si des composants sont présents au niveau de l'interface 101-4 ou 2-4, on aura une encapsulâtion hermétique de composants et/ou de structures . Le support 4 peut lui-même être ensuite aminci, par toute technique telle que celles décrites ci-dessus . L'invention peut également être mise en œuvre de manière particulièrement intéressante lorsque on désire reporter un élément 2 (figure 5A) , sur un support ou substrat 4 de propriétés différentes d'un substrat d'origine 100. Après séparation de l'élément 2 et assemblage avec le support ou le substrat 4, on peut procéder à un contrôle de l'interface d'assemblage ou de collage, dans la configuration de la figure 5B, en mettant en œuvre l'invention, le rayonnement traversant le substrat 4. Un amincissement au niveau de la face arrière 8 de l'élément 2 pourra être fait après assemblage (par voie mécanique, chimique ou mécano- chimique ou par tout autre procédé d'amincissement de couche) , avec contrôle pendant ou après l'amincissement, comme déjà expliqué ci-dessus (figure 5C) . Dans la configuration de la figure 5B ou dans celle de la figure 5C il sera possible, tant en face arrière 110 de la couche 101, qu'en face arrière 8 de la couche 2, de procéder ensuite à un traitement, par exemple à l'implantation d'une technologie ou de composants ou de circuits ou à la reprise d'une technologie au niveau de cette face arrière .

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de caractérisation de l'interface entre un premier élément (2, 12), tel qu'un substrat ou une couche mince, et un deuxième élément (4, 14) , tel qu'un substrat ou une couche mince, comportant : éclairer le premier élément avec un rayonnement (10) pour lequel il est au moins partiellement transparent, détecter le rayonnement réfléchi par 1' interface.
2. Procédé selon la revendication 1, le deuxième élément (4, 14) étant partiellement absorbant au rayonnement avec lequel le premier élément est éclairé.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, les deux éléments étant liés par adhésion moléculaire ou par scellement eutectique ou par collage.
4. Procédé selon la revendication 1 ou 2 , les deux éléments étant liés par collage adhésif ou par collage anodique ou par collage métallique.
5. Procédé selon la revendication 4, les deux éléments étant liés par un collage métallique avec un film métallique d'épaisseur supérieure à 3 nm ou 5 nm.
6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, les deux éléments étant décollés l'un de l'autre si le collage est insuffisant ou imparfait ou révèle des défauts .
7. Procédé selon la revendication 6, la surface des deux éléments étant traitée après décollage, et les deux éléments étant de nouveau assemblés par collage.
8. Procédé selon la revendication 7, l'interface de collage étant, après le nouvel assemblage, contrôlée par : éclairage du premier élément avec le rayonnement (10) pour lequel il est au moins partiellement transparent, détection du rayonnement réfléchi par l' interface.
9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, les deux éléments étant traités afin d'éliminer des contaminations particulaires et/ou des défauts superficiels responsables des défauts observés à l'interface de collage.
10. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 , l'interface étant une interface de collage, le procédé de caractérisation étant mis en œuvre pendant l'opération de collage des deux éléments.
11. Procédé selon la revendication précédente, le procédé permettant d'observer l'onde de collage. 12. Procédé selon l'une des revendications
1 à 11, le premier élément (2,
12) étant en silicium.
13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, le deuxième élément (4, 14) étant en silicium.
14. Procédé selon l'une des revendications 1 à 12 , le deuxième élément comportant du Germanium ou du SiGe (siliciure de Germanium) ou du Carbure de silicium (SiC) ou de l'Arséniure de Gallium (GaAs) ou du phosphure d' indium (InP) .
15. Procédé selon l'une des revendications 1 à 12 , le deuxième élément comportant des composants et/ou des circuits microélectroniques et/ou des structures traitées.
16. Procédé selon la revendication 15, le deuxième élément comportant une ou plusieurs couches, dont une ou plusieurs sont éventuellement discontinues, et éventuellement de différentes natures, par exemple : - une ou des couches métalliques (Al, Cu, W, Ti...) , et/ou une ou des couches isolantes (oxydes, nitrures...) , - et/ou une ou des couches polymères (BCB...) et/ou une ou des couches amorphes ou polycristallines (Si, Ge...) - et/ou une ou des couches fortement dopées (Si dopé en bore, phosphore, arsenic,...) - et/ou une ou des couches comportant des cavités vides ou remplies de fluides.
17. Procédé selon l'une des revendications 1 à 16, les deux éléments formant une structure SOI.
18. Procédé selon la revendication 17, le deuxième élément comportant une couche d'oxyde (15) .
19. Procédé selon l'une des revendications 1 à 18, le rayonnement (10) utilisé étant de la lumière blanche.
20. Procédé selon l'une des revendications 1 à 19, une atténuation du rayonnement réfléchi traduisant des défauts de l'interface, par exemple des défauts d'assemblage ou de collage.
21. Procédé selon l'une des revendications 1 à 20, comportant en outre une étape de comptage de défauts de l'interface.
22. Procédé de report, sur un premier substrat (4) , d'un deuxième élément (2) assemblé avec un deuxième substrat, dit substrat initial (100) , comportant : la séparation de l'élément (2) et du substrat initial (100) , le report du deuxième élément (2) sur le premier substrat (4) , - la mise en œuvre du procédé de caractérisation de l'interface entre le premier substrat (4) et le deuxième élément (2) selon l'une des revendications 1 à 21.
23. Procédé selon la revendication 22, comportant en outre une étape d'amincissement du deuxième élément (2) après report, pour former une couche reportée (101) et la mise en oeuvre du procédé de caractérisation de l'interface pendant et/ou après amincissement.
24. Procédé selon l'une des revendications
22 ou 23, comportant en outre un traitement du deuxième élément (2) ou de la couche reportée (101) , du côté (8, 110) opposé au côté assemblé avec le premier substrat (4) .
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