WO2023152458A1 - Procede de suivi de fragilisation d'une interface entre un substrat et une couche et dispositif permettant un tel suivi - Google Patents

Procede de suivi de fragilisation d'une interface entre un substrat et une couche et dispositif permettant un tel suivi Download PDF

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WO2023152458A1
WO2023152458A1 PCT/FR2023/050192 FR2023050192W WO2023152458A1 WO 2023152458 A1 WO2023152458 A1 WO 2023152458A1 FR 2023050192 W FR2023050192 W FR 2023050192W WO 2023152458 A1 WO2023152458 A1 WO 2023152458A1
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WO
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embrittlement
substrate
layer
interface
light beam
Prior art date
Application number
PCT/FR2023/050192
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English (en)
Inventor
Frédéric Mazen
François RIEUTORD
Samuel TARDIF
Didier Landru
Oleg Kononchuk
Nadia Ben Mohamed
Original Assignee
Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
Soitec
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Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives, Soitec filed Critical Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
    • 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
    • H01L21/185—Joining of semiconductor bodies for junction formation

Definitions

  • the invention relates to the field of the manufacture of microelectronics and optoelectronics structures and in particular that of the transfer of semiconductor layers capable of being used in the context of such manufacture.
  • the invention thus more particularly relates to a method for monitoring embrittlement of an interface between a substrate and a layer, a method for embrittlement of such an interface, a device allowing the monitoring of embrittlement of this same interface and a system for fracturing an interface between a substrate and a layer.
  • CutTM comprising an implantation step in the donor substrate to create a buried fragile interface delimiting the semiconductor layer to be transferred.
  • Such a transfer requires, after the donor substrate/layer assembly has been bonded to the host substrate by said layer, fracturing between the donor substrate and the layer to be transferred at the level of the buried fragile interface.
  • This fracturing is generally carried out by embrittlement annealing allowing the growth and coalescence of micro-cavities formed at said interface.
  • FIG. 1 illustrates the variation in roughness along the layer after fracturing
  • This variation in roughness is in particular the consequence of the differences in size of the cracks when the fracturing occurs at the scale of the wafer. It can have different sources and in particular the inhomogeneity of the implantation or of the embrittlement annealing or else the stress variations in the stack. Therefore, it would be advantageous to be able to monitor the embrittlement of the interface between the donor substrate and the layer to be transferred during the embrittlement annealing.
  • tracking can be obtained by infrared microscopy. If such imaging makes it possible to obtain an image of the micro-cavities and therefore to quantify the characteristics of their population and their evolution, it is not really suitable for in-situ measurements in a fracturing furnace, in particular when the latter is of the type industrial.
  • the IR radiation emitted by the plates and the oven can interfere with the IR signal used for visualization and therefore requires very powerful sources to illuminate the wafers.
  • the invention aims to remedy the above drawback and thus has as its object the supply of a method for monitoring embrittlement which is compatible with the constraints of a fracturing furnace, in particular industrial, and which does not require, in particular, the installation of a lens at a short distance from the substrate/layer assembly whose interface must be monitored and from particularly powerful radiation sources.
  • the invention relates for this purpose to a method for monitoring embrittlement of an interface between a layer and a substrate during embrittlement annealing of said interface, the substrate/layer assembly having at least a first and a second face, the method comprising the following steps:
  • the inventors have identified that the intensity of the light scattered at a given angle with respect to the first direction is characteristic of the size of the micro-cavities and of the distance between them. Therefore, by following the variation of this intensity during an embrittlement annealing, it is possible to follow the embrittlement of the interface between the layer and the substrate.
  • Such illumination and such a measurement can be carried out at a distance from the substrate/layer assembly and the method therefore has the advantage of being perfectly compatible with the constraints associated with the fracturing furnace, in particular of the industrial type.
  • the method according to the invention makes it possible to carry out such monitoring from outside the enclosure of the fracturing furnace, since the light source and the detector can be arranged at a distance from the substrate assembly / layer and are compatible with the use of portholes.
  • first direction corresponds to a direction of incidence of the monochromatic light beam while the second direction or directions correspond to one or more observation directions used for monitoring the fracturing.
  • second direction corresponds to one or more observation directions used for monitoring the fracturing.
  • the intensity can be measured along a plurality of second directions each presenting a non-zero angle with the first direction, and, preferably, at least two of said second directions can present distinct angles from each other with respect to the first direction.
  • the diffusion peak linked to the cavities formed during the embrittlement of the interface can easily be identified and it is therefore easy to determine the state of embrittlement of the interface.
  • the beam of light can be moved in at least two regions, or zones, of the first face.
  • the monochromatic light beam may have a wavelength in the infrared wavelength range, preferably near infrared, said wavelength being even more advantageously between 1050 nm and 1550 nm.
  • Such a wavelength is particularly suitable when the substrate and/or the layer is/are made of silicon, germanium or a silicon germanium alloy.
  • the light beam may have a visible wavelength.
  • Such an alternative is particularly suitable when the substrate and/or the layer is/are made of a wide-gap semiconductor such as galium nitride, aluminum nitride, an alloy of the two, or a silicon carbide.
  • a wide-gap semiconductor such as galium nitride, aluminum nitride, an alloy of the two, or a silicon carbide.
  • the invention further relates to a method for embrittlement of an interface between a layer and a substrate comprising a step of embrittlement annealing of the substrate/layer assembly in order to embrittle said interface, in which during said annealing step it is implemented an embrittlement monitoring method according to the invention.
  • Such a method benefits from the advantages associated with the monitoring permitted by a monitoring method according to the invention. With such a method, it is thus easy to follow the maturation of the cavities present at the interface and to react if necessary.
  • the oven heating profile can be modified in real time.
  • the embrittlement annealing step can be stopped when a state of embrittlement of the interface measured by the embrittlement monitoring method reaches a given threshold, the state of embrittlement preferably corresponding to a fracturing of the interface, said fracturing then being detected by a variation in intensity along the at least one second direction and/or a displacement of the diffusion peak.
  • the state of embrittlement can be chosen in such a way as to carry out the fracturing outside the furnace in which the embrittlement annealing is carried out. In this way, if the embrittlement process requires it, it will be possible to carry out billing outside the furnace.
  • the annealing conditions used during the annealing step can be modified according to the embrittlement state of the interface determined during the implementation of the embrittlement monitoring method.
  • the invention further relates to an interface embrittlement monitoring device for monitoring the embrittlement of an interface between a layer and a substrate during embrittlement annealing of said interface, the substrate/layer assembly having at least one first and a second face, comprising:
  • an optical source capable of emitting a monochromatic light beam in the direction of the first face in a first direction
  • an electromagnetic radiation detector capable of measuring an intensity of the light beam after scattering by the substrate/layer assembly, the electromagnetic radiation detector being arranged to measure said intensity of the light beam in a second direction having a non-zero angle with the first direction.
  • Such a device is suitable for the implementation of a monitoring method according to the invention and therefore makes it possible to benefit from the advantages associated therewith.
  • the electromagnetic radiation detector can be arranged to allow a measurement of the intensity of the light beam after scattering along a plurality of second directions each having a non-zero angle with the first direction and, preferably, at least two of said second directions have distinct angles from each other with respect to the first direction.
  • such an arrangement of the electromagnetic radiation detector can be provided by the use of at least two electromagnetic radiation detection units each arranged to detect the intensity of the light beam after scattering along a respective second direction.
  • the detector can thus for example take the form of a matrix of such units (or pixels) in order to allow a measurement along a plurality of second directions.
  • each of these units can be provided with dedicated optics in order to allow measurement of the intensity of the light beam after scattering in the corresponding second direction.
  • the embrittlement monitoring device may further comprise a processing unit configured to recover an intensity value of the light beam measured by the detector and to determine a state of embrittlement of the interface from said intensity value of the beam of light.
  • Such a processing unit facilitates the use of the monitoring device according to the invention, the technician implementing the embrittlement annealing having direct access to a state of embrittlement of the interface.
  • the processing unit can also be configured to, when determining the state of embrittlement of the interface, correct the measured intensity from a reference intensity determined before the embrittlement annealing.
  • the invention further relates to an annealing furnace 40 capable of carrying out embrittlement annealing in order to embrittle an interface between a layer and a substrate, the furnace comprising an embrittlement monitoring device according to the invention.
  • the annealing furnace may comprise a first location for the substrate/layer assembly and at least a second location for another substrate/layer assembly in order to allow simultaneous embrittlement annealing of the substrate/layer assembly and of the other assembly substrate/layer, the second location being arranged so that one face of the other substrate/layer assembly is illuminated by the light beam after the light beam has passed through the substrate/layer assembly, and the electromagnetic radiation detector also being capable of measuring an intensity of the light beam after scattering by the other substrate/layer assembly, the electromagnetic radiation detector being arranged to measure said intensity of the light beam in another second direction presenting an angle nonzero with the first direction.
  • the electromagnetic radiation detector can comprise at least two detection units each dedicated to a corresponding location among the first and the second location.
  • the annealing furnace can be configured so that, during the implementation of embrittlement annealing, annealing of the substrate/layer assembly is stopped when the embrittlement monitoring device determines that the state of embrittlement of the measured interface reaches a given threshold.
  • the annealing furnace may comprise a control unit configured to communicate with the processing unit of the embrittlement monitoring device and to adjust the conditions of the embrittlement annealing according to the state of embrittlement provided by the embrittlement monitoring device.
  • FIG. 1 illustrates a roughness map produced on a semiconductor layer after fracturing its interface with a donor substrate from which said semiconductor layer originates, a clear value corresponding to maximum roughness
  • FIG. 2 illustrates an embrittlement furnace equipped with an embrittlement monitoring device according to the invention
  • FIG. 3 graphically illustrates the variations in intensity of the beam scattered by a layer/substrate assembly as a function of the scattering angle obtained from the embrittlement monitoring device according to the invention measured respectively before and during embrittlement annealing;
  • FIG. 4 graphically illustrates the intensity variation differential as a function of the diffusion angle calculated by subtracting the intensity measured during the embrittlement annealing from the intensity measured before the embrittlement annealing;
  • FIG. 5 graphically compares the intensity of the scattered beam measured from a device according to the invention with a Fourier transform of a confocal microscopy image as implemented in the prior art.
  • FIG. 2 illustrates an embrittlement furnace 40 in which an embrittlement annealing of an interface 13 is carried out between a donor substrate 11 and a layer 12, said embrittlement furnace 40 being equipped with an embrittlement monitoring device 30 according to the invention in order to allow monitoring of the weakening of said interface 13.
  • the elements of the embrittlement monitoring device 30 are arranged outside the enclosure 40A of the embrittlement furnace 40, the enclosure 40A then being equipped with portholes, not illustrated, in order to allow monitoring of embrittlement by the embrittlement monitoring device 30 according to the invention.
  • Such a usual configuration is in no way limiting and it is perfectly conceivable, without departing from the scope of the invention, that at least some of the elements of the embrittlement monitoring device 30 be at least partly arranged in enclosure 40A of embrittlement furnace 40.
  • the substrate called the donor substrate
  • the layer which is to be transferred are respectively a substrate and a layer of monocrystalline silicon Si. Therefore, the wavelengths, values, and other measurements given below and in the rest of this document are appropriate for such material.
  • the invention is also particularly suitable in the context of an embrittlement of an interface between a layer and a substrate both made of germanium Ge, in a silicon-germanium alloy Si-Ge or even in a silicon carbide SiC , or even for a silicon Si substrate and a layer of silicon carbide SiC.
  • the embrittlement annealing follows a step bonding said layer on a host substrate 14, the substrate 11 being the donor substrate used in the context of the transfer of the layer 12 to the host substrate 14.
  • the substrate assembly 10 11/ layer 12 includes substrate 11 and layer 12, in the typical application of the invention, assembly 10 also includes the host substrate as shown in Figure 2
  • Such an embrittlement monitoring device 30 comprises:
  • an optical source 31 capable of emitting a monochromatic light beam 25 in the direction of the first face 10A, the wavelength of said light beam 25 being chosen so that the layer 12 and the substrates 11 or 14 are substantially transparent to said wave length,
  • an electromagnetic radiation detector 32 capable of measuring an intensity of the light beam 25 after diffusion by the substrate 11/layer 12 assembly, the electromagnetic radiation detector being arranged to measure said intensity of the light beam 25 in a second direction having a non-zero angle 20 with the first direction 25A.
  • such a second direction 25B for detecting a light beam 25 diffused by the substrate 11/layer 12 assembly 10 crosses the first direction 25A, along which the light beam 25 is emitted, at the level of the element diffusing at the origin of said diffusion, that is to say the substrate 11/layer 12 assembly 10 (or more precisely the interface 13 between the layer 11 and the substrate 12).
  • the second direction 25B can, as illustrated in FIG. 2, extend from the second face of the support while moving away from the latter.
  • the second direction 25B can extend from the first face away from the latter.
  • a processing unit 33 capable of controlling the optical source and the electromagnetic radiation detector 32 in order to calibrate from the intensity measured by the electromagnetic radiation detector 32 a weakened state of the interface 13.
  • the optical source 31 is a light source able to supply/emit the light beam 25 with a wavelength adapted to the transparency of the material(s) of the substrate 11 and of the layer 12.
  • the wavelength of the light beam can be an infrared wavelength, preferably near infrared.
  • the light beam 25 may have a wavelength of between 1050 nm and 1550 nm. and be for example equal to 1.2 ⁇ m, 1.5 ⁇ m, or 1.3 ⁇ m.
  • the optical source can be a laser source, such as a semiconductor laser, laser diode; or a light emitting diode.
  • the optical source 31 may comprise a system for guiding the light beam 25, such as an optical fiber, advantageously comprising a collimation system (lenses, mirrors) to define the size and divergence of the light beam after its emission. .
  • the first direction 25A is preferably perpendicular to the first surface.
  • first direction 25A can be envisaged without departing from the scope of the invention.
  • the electromagnetic radiation detector 32 is configured to receive electromagnetic radiation in a range of wavelengths including the wavelength of the light beam 25 emitted by the optical source 31 and to supply a signal representative of the intensity of the radiation received.
  • the electromagnetic radiation detector may comprise a photodetector such as a photodiode or a plurality of photodiodes organized in a matrix.
  • the electromagnetic radiation detector 32 may include a CMOS or CCD sensor whose spectral response is appropriate for the source used. In such a configuration, the different photodiodes or pixels form detection units
  • the electromagnetic radiation detector 32 may comprise, in addition to such a photodetector, an objective in order to concentrate the part of the light beam 25 diffused in the second direction 25B on said photodetector.
  • the electromagnetic radiation detector can be arranged to receive the part of the beam diffused in a second predetermined direction 25B and selectively image the light-emitting zone.
  • the second direction is chosen to correspond to a direction of interest, that is to say presenting an angle 20 of interest with respect to the first direction 25A, corresponding to a predetermined state of weakening. interface 13.
  • the radiation detector 32 can comprise a plurality of optical systems each dedicated to one or to a group of respective detection units. Said optical systems each being arranged to allow a measurement of the intensity of the light beam 25 diffused by the substrate 11/layer 12 assembly 10 in a second direction 25B which is respective thereto.
  • a second direction having an angle 20 of between 5 and 15°, preferably between 8 and 12° and substantially equal to 10° corresponded to a state of embrittlement of the interface 13 adapted to provide optimized fracturing.
  • the inventors have in fact identified that such an angle value of 10° of the second direction 25B with respect to the first direction 25A corresponds to micro-cracks of 10 ⁇ m and to a maturity of the embrittlement of the interface 13 adapted for its fracturing.
  • the electromagnetic radiation detector and its optics can be arranged to receive a part of the beam diffused in a plurality of second directions 25B, 25B′ each having a non-zero angle 20 with the first direction.
  • This plurality of second directions can correspond to a range of angles 20 with the first direction corresponding to several states of embrittlement of the interface 13 of interest (thus including, for example 10° as mentioned above in the context of the first possibility).
  • the electromagnetic radiation detector 32 can be arranged to be movable so as to allow a measurement of the intensity of the beam after its diffusion along a plurality of second directions 25B, 25B' each having an angle 20 not zero with the first direction.
  • this plurality of second directions can correspond to an angle range 20 with the first direction corresponding to several states of weakening of the interface 13 of interest (thus including, for example 10° as mentioned above under the first possibility).
  • the embrittlement tracking device 30 can be configured to move the light beam 25 into at least two locations, or regions, of the first face 10A , the detector then being arranged to allow measurement of the intensity of the light beam 25 diffused by the substrate 11/layer 12 assembly 10 in the at least one second direction 25B for said at least two regions.
  • Such a possibility allows a mapping of the state of embrittlement of the interface 13 along the first face 10A.
  • Such displacement of the light beam 25 can be obtained by a suitable configuration of the optical source 31, the latter being either arranged to be movable or comprising an optic, such as an optical fiber and/or an objective, that can be moved in order to allow a movement of the light beam 25.
  • the electromagnetic radiation detector 31 is adapted to allow either by presenting an arrangement adapted to measure the intensity in the at least one second direction 25B for all of the measurement locations of the first face 10A, or by being movable to allow a measurement for each of these locations.
  • the embrittlement furnace 40 accommodates a single substrate/layer assembly, it is perfectly possible for the embrittlement furnace 40 to be adapted to allow embrittlement annealing of a number of assemblies greater than or equal to two. According to this possibility, not illustrated, the embrittlement furnace 40 may include a first location for the substrate 11/layer 12 assembly and one or more second locations for one or more other substrate/layer assemblies in order to allow simultaneous embrittlement annealing of the the substrate 11/layer 12 assembly and the other substrate/layer assembly(ies).
  • the said second location(s) are arranged so that one face of the other substrate/layer assembly(ies) is illuminated by the light beam after the latter has passed through the substrate 11/layer 12 assembly.
  • electromagnetic radiation detector 32 is further able to measure an intensity of light beam 25 after scattering by the other substrate/layer assembly(ies), electromagnetic radiation detector 32 being arranged to measure said intensity of light beam 25 according to another second direction having a non-zero angle 20 with the first direction 25A.
  • an electromagnetic radiation detector 32 comprising, for each location, at least one respective unit and a respective optical system dedicated to said unit.
  • the embrittlement monitoring device 30 may comprise one or more other electromagnetic radiation detectors 32 in order to measure an intensity of the light beam 25 for one or more of the other substrate/layer assemblies.
  • the embrittlement monitoring device 30 may further comprise a processing unit 33 configured to retrieve an intensity value of the light beam measured by the detector and to determine a state of embrittlement of the interface from said value of intensity of the light beam.
  • This same processing unit can also be configured to, when determining the state of embrittlement of the interface, correct the intensity measured from a reference intensity determined before the embrittlement annealing.
  • the processing unit is able to determine the state of embrittlement of the interface 13 from the intensity values measured according to the plurality of second directions 25B, 25B' and at different locations on the first face 10A.
  • the optical source 31 is configured to allow movement of the light beam 25, and/or when the electromagnetic radiation detector 32 is configured to measure the intensity is in a plurality of second directions, controlling the optical source 31 and/or the electromagnetic radiation detector 32 in accordance with said possibility or possibilities.
  • the processing unit can be configured to supply embrittlement furnace 40 with the state of embrittlement of interface 13 determined.
  • the embrittlement furnace 40 can be configured to stop the embrittlement annealing when the state of embrittlement of the interface 13 determined by the processing unit 33 reaches a given threshold.
  • the processing unit can also be configured to detect the spontaneous fracturing of the assemblies at the end of annealing.
  • this event is associated with a sudden variation in the intensity and the position of the diffusion intensity which can be detected by the embrittlement monitoring device 30 according to the invention.
  • the given threshold of the state of embrittlement corresponds to a fracturing of the interface 13, said fracturing being detected by a sudden variation in intensity according to at least a second direction 25B and/or a peak displacement of diffusion.
  • the furnace may include a control unit configured to communicate with the processing unit of the embrittlement monitoring device and to adjust the embrittlement annealing conditions according to the state of embrittlement provided by the embrittlement monitoring device. embrittlement.
  • the weakening monitoring device 30 is able to allow the implementation of a weakening monitoring method 30 comprising the following steps:
  • the wavelength of the light beam 25 being chosen so that the layer 12 and the substrate 13 are substantially transparent to said wavelength
  • the method is compatible with these different possibilities.
  • the method according to the invention can also comprise a preliminary calibration step carried out before the embrittlement annealing comprising the following sub-steps:
  • a sub-step for correcting the intensity measured from the reference intensity is then provided.
  • an embrittlement monitoring device 30 and the corresponding method can be used in production in the context of monitoring a fracturing step of an interface 13 between a layer and a support, it can also be used in more specific cases such as during a calibration of an embrittlement furnace 40 within the framework of an installation or a revision of said furnace.
  • the embrittlement monitoring device 30 is not necessarily integrated into said embrittlement furnace 40 and can be installed in a removable manner in order to implement the calibration step. The embrittlement monitoring device 30 can thus perfectly be removed after completion of said calibration step.
  • the entire embrittlement monitoring device 30 can be installed outside the enclosure 40A of the embrittlement furnace 40, said enclosure 40A then being provided with windows transparent to incident 25A and diffused 25B light. .
  • the inventors measured the variation in intensity 102, 103 of the beam of light 25 scattered as a function of the angle 20 between the second direction 25B and the first direction 25A this during embrittlement annealing of a silicon layer 12 supported by a silicon substrate 11 for two different samples, the interface 13 between said layer and said substrate having been implanted beforehand to form micro-cavities at the level of said interface 13.
  • the inventors have shown in this same figure the variation in intensity 101 of the beam of light 25 diffused as a function of the angle 0 between the second direction 25B and the first direction 25A obtained on a substrate 11/layer 12 assembly 10 before embrittlement annealing, such a measurement being able to form, as discussed below in connection with FIG. 4, a reference measurement.
  • the scattered light is characteristic of the size and of the distribution of the cavities at the level of the interface 13 (such a characteristic being able to be formalized on the basis of a Fraunhofer approximation).
  • FIG. 4 the inventors have shown in FIG. 4 the variation of the difference between the intensity of the light beam measured 102 during embrittlement annealing and that measured 101 before annealing as a function of the angle 20 between the second direction 25B and the first direction 25A. It can be seen that the intensity of scattered light linked to the embrittlement annealing is maximum around 9°, ie a size of micro-cavities of around 8 microns.
  • the inventors used a confocal microscope to obtain an infrared image of this same interface 13 which was characterized by the embrittlement monitoring device during embrittlement annealing.
  • the inventors performed a Fourier transform of this image and radially averaged the image thus obtained
  • FIG. 5 graphically compares the result of this Fourier transform 111 with the intensity variation as a function of twice the angle between the second direction 25B and the first direction 25A. This comparison makes it possible to show that these two techniques make it possible to obtain similar results and therefore both make it possible to characterize the state of embrittlement of the interface 13.
  • the method according to the invention presents, with respect to a such confocal imaging, the advantage of not requiring the placement of an objective close to the sample and therefore of being perfectly capable of equipping a large industrial embrittlement furnace.
  • the state of embrittlement of the surface determined from the method according to the invention can be, for example, provided in the form of one of the following values:

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Abstract

L'invention concerne un procédé de suivi de fragilisation d'une interface (13) entre une couche (12) et un substrat (11) lors d'un recuit de fragilisation le procédé comprenant les étapes suivantes: éclairage de la première face (10A) de l'ensemble (10) substrat (ll)/couche (12) avec un faisceau de lumière (25) monochromatique selon une première direction (25A); mesure d'une intensité du faisceau de lumière (25) diffusée par l'ensemble (10) substrat (ll)/couche (12) selon au moins une deuxième direction (25B), la deuxième direction (25B) présentant un angle (20) non nul avec la première direction (25A); et détermination d'un état de fragilisation de l'interface (13) à partir de ladite intensité. L'invention concerne en outre un dispositif de suivi de fragilisation adapté pour mettre en œuvre un tel procédé.

Description

PROCEDE DE SUIVI DE FRAGILISATION D'UNE INTERFACE ENTRE UN SUBSTRAT ET UNE COUCHE ET DISPOSITIF PERMETTANT UN TEL SUIVI
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention concerne le domaine de la fabrication de structures de la microélectronique et de l'optoélectronique et en particulier celui du transfert de couches semiconductrices susceptibles d'être utilisées dans le cadre d'une telle fabrication.
L'invention a ainsi plus particulièrement pour objet un procédé de suivi de fragilisation d'une interface entre un substrat et une couche, un procédé de fragilisation d'une telle interface, un dispositif permettant le suivi d'une fragilisation de cette même interface et un système de fracturation d'une interface entre un substrat et une couche.
ÉTAT DE L'ART ANTERIEUR
Il n'est pas rare de réaliser, dans le cadre de la fabrication de structures de la microélectronique et/ou de l'optoélectronique, un transfert d'une couche semiconductrice d'un substrat donneur à un substrat hôte par un procédé de type Smart Cut™ comprenant une étape d'implantation dans le substrat donneur pour créer une interface fragile enterrée délimitant la couche semiconductrice à transférer.
Un tel transfert nécessite, après collage de l'ensemble substrat donneur/couche sur le substrat hôte par ladite couche, la fracturation entre le substrat donneur et la couche à transférer au niveau de l'interface fragile enterrée. Cette fracturation est généralement réalisée par un recuit de fragilisation permettant la croissance et la coalescence de micro-cavités formées au niveau de ladite interface.
La figure 1 illustre la variation de rugosité le long de la couche après la fracturation Cette variation de rugosité est notamment la conséquence des différences de taille des fissures au moment où la fracturation se produit à l'échelle du wafer. Elle peut avoir différentes source et notamment l'inhomogénéité de l'implantation ou du recuit de fragilisation ou encore les variations de contraintes dans l'empilement. De ce fait, il y aurait un intérêt de pouvoir suivre la fragilisation de l'interface entre le substrat donneur et la couche à transférer pendant le recuit de fragilisation. Actuellement, un tel suivi peut être obtenu par microscopie infrarouge. Si une telle imagerie permet d'obtenir une image des micro-cavités et donc de quantifier les caractéristiques de leur population et leur évolution elle n'est pas réellement adaptée aux mesures in-situ dans un four de fracturation notamment lorsque ce dernier est du type industriel.
En effet, pour une telle imagerie, il est nécessaire d'avoir une distance objectif/échantillon (c'est-à-dire l'ensemble substrat donneur/couche/substrat hôte) qui soit faible (quelques millimètres tout au plus) ce qui complique particulièrement son intégration dans un four de fracturation industriel.
Par ailleurs, en température, le rayonnement IR émis par les plaques et le four peut brouiller le signal IR utilisé pour la visualisation et nécessite donc des sources très puissantes pour éclairer les wafers.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
L'invention vise à remédier à l'inconvénient ci-dessus et a ainsi pour objet la fourniture d'un procédé de suivi de fragilisation qui soit compatible avec les contraintes d'un four de fracturation, notamment industriel, et qui ne nécessite pas, en particulier, l'installation d'un objectif à faible distance de l'ensemble substrat/couche dont l'interface doit être surveillée et des sources de rayonnement particulièrement puissantes.
L'invention concerne à cet effet un procédé de suivi de fragilisation d'une interface entre une couche et un substrat lors d'un recuit de fragilisation de ladite interface, l'ensemble substrat/couche présentant au moins une première et une deuxième face, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- éclairage de la première face avec un faisceau de lumière monochromatique selon une première direction,
- mesure d'une intensité du faisceau de lumière diffusée par l'ensemble substrat/couche selon au moins une deuxième direction, la deuxième direction présentant un angle non nul avec la première direction, détermination d'un état de fragilisation de l'interface à partir de ladite intensité.
Les inventeurs ont identifié que l'intensité de la lumière diffusée à un angle donné vis-à-vis de la première direction était caractéristique de la taille des micro-cavités et de la distance entre elles. De ce fait, en suivant la variation de cette intensité pendant un recuit de fragilisation, il est possible de suivre la fragilisation de l'interface entre la couche et le substrat. Un tel éclairage et une telle mesure peuvent être réalisés à distance de l'ensemble substrat/couche et le procédé présente donc l'avantage d'être parfaitement compatible avec les contraintes liées au four de fracturation, notamment du type industriel. On notera en particulier que le procédé selon l'invention permet de réaliser une telle surveillance à partir de l'extérieur de l'enceinte du four de fracturation, puisque la source de lumière et le détecteur peuvent être agencés à distance de l'ensemble substrat/couche et sont compatibles avec l'utilisation de hublots.
On notera que la première direction correspond à une direction d'incidence du faisceau de lumière monochromatique tandis que la ou les deuxièmes directions correspondent à une ou des directions d'observation utilisées pour le suivi de la fracturation. Ainsi, dans le présent document, il est parfaitement envisageable de substituer « première direction » par « direction incidente » et « deuxième direction » par « direction d'observation » sans en changer l'enseignement.
Lors de la mesure de l'intensité du faisceau de lumière, l'intensité peut être mesurée selon une pluralité de deuxièmes directions présentant chacune un angle non nul avec la première direction, et, de manière préférentielle, au moins deux desdites deuxièmes directions peuvent présenter des angles distincts l'un de l'autre vis-à-vis de la première direction.
De cette manière, il est possible d'obtenir une mesure plus précise, lorsque ces aux moins deux directions présentes un angle identique vis-à-vis de la première direction, et de s'intéresser à au moins deux deuxièmes directions d'intérêt correspondant à des états de fragilisation d'intérêt, dans le cas où lesdites au moins deux directions présentent des angles distincts l'un de l'autre vis-à-vis de la première direction. Cette possibilité autorise de réaliser la mesure d'intensité selon une plage de deuxièmes directions telle que cela sera discutée en lien avec les figures 3 à 5.
Il peut être prévu une étape préalable d'étalonnage réalisée avant le recuit de fragilisation comprenant les sous étapes suivantes :
- éclairage de la première face avec le faisceau de lumière selon la première direction,
- mesure d'une intensité de référence du faisceau de lumière diffusée par l'ensemble substrat/couche selon l'au moins une deuxième direction,
- dans lequel, lors de l'étape de détermination d'un état de fragilisation il est prévu une sous-étape de correction de l'intensité mesurée à partir de l'intensité de référence.
De cette manière, le pic de diffusion lié aux cavités formées en cours de fragilisation de l'interface peut aisément être identifié et il est donc aisé de déterminer l'état de fragilisation de l'interface.
Lors de l'éclairage de la première face avec le faisceau de lumière selon la première direction, le faisceau de lumière peut être déplacé en au moins deux régions, ou zones, de la première face.
Ainsi, il est possible de vérifier l'homogénéité de la fragilisation de l'interface le long de la première face.
En variante, à une telle mesure en deux emplacements par déplacement du faisceau de lumière, il peut être prévu, pour permettre une telle mesure en au moins deux régions :
- l'éclairage de la première face par le faisceau de lumière et un autre faisceau de lumière tous deux selon la première direction,
- mesure des intensités du faisceau de lumière et de l'autre faisceau de lumière diffusée par l'ensemble substrat/couche selon au moins la deuxième direction,
- détermination d'un état de fragilisation de l'interface à partir desdites intensité au niveau desdites au moins deux régions.
Le faisceau de lumière monochromatique peut présenter une longueur d'onde comprise dans plage de longueur d'onde des infrarouges, préférentiellement du proche infrarouge, ladite longueur d'onde étant de manière encore plus avantageuse comprise entre 1050 nm et 1550 nm.
Une telle longueur d'onde est particulièrement adaptée lorsque le substrat et/ou LA couche est/sont réalisé/s en silicium, en germanium ou dans un alliage de silicium germanium.
On notera qu'en alternative, le faisceau de lumière peut présenter une longueur d'onde du visible.
Une telle alternative est particulièrement adaptée lorsque le substrat et/ou la couche est/sont réalisé/s dans un semiconducteur grand gap tel que le nitrure de galium, le nitrure d'aluminium, un alliage des deux, ou un carbure de silicium.
L'invention concerne en outre un procédé de fragilisation d'une interface entre une couche et un substrat comprenant une étape de recuit de fragilisation de l'ensemble substrat/couche afin de fragiliser ladite interface, dans lequel lors de ladite étape de recuit il est mis en œuvre un procédé de suivi de fragilisation selon l'invention.
Un tel procédé bénéficie des avantages liés à la surveillance permise par un procédé de surveillance selon l'invention. Avec un tel procédé, Il est ainsi aisé de suivre la maturation des cavités présentes à l'interface et le cas échéant rétroagir.
Il est ainsi possible d'ajuster en conséquence les conditions du recuit de fragilisation notamment pour obtenir une répartition de micro-fissures voulue. On peut par exemple modifier en temps réel le profil du chauffe du four.
L'étape de recuit de fragilisation peut être stoppée lorsqu'un état de fragilisation de l'interface mesurée par le procédé de suivi de fragilisation atteint un seuil donné, l'état de fragilisation correspondant préférentiellement à une fracturation de l'interface, ladite fracturation étant détectée alors par une variation d'intensité selon l'au moins une deuxième direction et/ou un déplacement de pic de diffusion.
De cette manière, il est possible d'optimiser la fracturation, le recuit pouvant être stoppé au moment le plus opportun.
On notera notamment, que, selon une possibilité de l'invention, l'état de fragilisation peut être choisi de tel façon à réaliser la fracturation hors du four dans lequel le recuit de fragilisation est réalisé. De cette manière, si le procédé de fragilisation le nécessite, il sera possible de réaliser la facturation en dehors du four. les conditions de recuit utilisées pendant l'étape de recuit peuvent modifiées en fonction de l'état de fragilisation de l'interface déterminé pendant la mise en œuvre du procédé de suivi de fragilisation.
De cette façon, il est possible d'optimiser le recuit de fragilisation, et notamment le profil du chauffe du four, en fonction de l'état de fragilisation de l'interface ceci afin d'obtenir une répartition de micro-fissures voulue au niveau de l'interface.
L'invention concerne en outre un dispositif de suivi de fragilisation d'interface pour suivre la fragilisation d'une interface entre une couche et un substrat lors d'un recuit de fragilisation de ladite interface, l'ensemble substrat/couche présentant au moins une première et une deuxième face, comprenant :
- une source optique apte à émettre un faisceau de lumière monochromatique en direction de la première face selon une première direction,
- un détecteur de rayonnement électromagnétique apte à mesurer une intensité du faisceau de lumière après diffusion par l'ensemble substrat/ couche, le détecteur de rayonnement électromagnétique étant agencé pour mesurer ladite intensité du faisceau de lumière selon une deuxième direction présentant un angle non nul avec la première direction.
Un tel dispositif est adapté pour la mise en œuvre d'un procédé de surveillance selon l'invention et permet donc de bénéficier des avantages qui y sont liés.
Le détecteur de rayonnement électromagnétique peut être agencé pour permettre une mesure de l'intensité du faisceau de lumière après diffusion selon une pluralité de deuxièmes directions présentant chacune un angle non nul avec la première direction et, de manière préférentielle, au moins deux desdites deuxièmes directions présentent des angles distincts l'un de l'autre vis-à-vis de la première direction.
De cette manière, il est possible d'obtenir une mesure plus précise, lorsque ces aux moins deux directions présentes un angle identique vis-à-vis de la première direction, et de s'intéresser à au moins deux deuxièmes directions d'intérêt correspondant à des états de fragilisation d'intérêt, dans le cas où lesdites au moins deux directions présentent des angles distincts l'un de l'autre vis-à-vis de la première direction.
On notera qu'un tel agencement du détecteur de rayonnement électromagnétique peut être fourni par l'utilisation d'au moins deux unités de détection de rayonnement électromagnétique chacune agencées pour détecter l'intensité du faisceau de lumière après diffusion selon une deuxième direction respective.
Le détecteur peut ainsi par exemple prendre la forme d'une matrice de telles unités (ou pixels) afin de permettre une mesure selon une pluralité de deuxièmes directions.
On notera que chacune de ces unités peut être munie d'une optique dédiée afin de permettre la mesure de l'intensité du faisceau de lumière après diffusion selon la deuxième direction correspondante.
Le dispositif de suivi de fragilisation peut comprendre en outre une unité de traitement configurée pour récupérer une valeur d'intensité du faisceau de lumière mesurée par le détecteur et pour déterminer un état de fragilisation de l'interface à partir de ladite valeur d'intensité du faisceau de lumière.
Une telle unité de traitement facilite l'utilisation du dispositif de suivi selon l'invention, le technicien mettant en œuvre le recuit de fragilisation ayant directement accès à un état de fragilisation de l'interface.
L'unité de traitement peut en outre être configurée pour, lors de la détermination de l'état de fragilisation de l'interface, corriger l'intensité mesurée à partir d'une intensité de référence déterminée avant le recuit de fragilisation.
De cette manière, le pic de diffusion lié aux cavités formées en cours de fragilisation de l'interface peut aisément être identifié.
L'invention concerne en outre un Four de recuit 40 apte à réaliser un recuit de fragilisation afin de fragiliser une interface entre une couche et un substrat, le four comprenant un dispositif de suivi de fragilisation selon l'invention.
Avec un tel dispositif de suivi de fragilisation, un tel four de recuit autorise un suivi de fragilisation in-situ qui est parfaitement adapté aux fours de recuit de type industriel. Le four de recuit peut comprendre un premier emplacement pour l'ensemble substrat/couche et au moins un deuxième emplacement pour un autre ensemble substrat/couche afin de permettre un recuit de fragilisation simultané de l'ensemble substrat/couche et de l'autre ensemble substrat/couche, le deuxième emplacement étant agencé de manière à ce qu'une face de de l'autre ensemble substrat/couche soit éclairée par le faisceau de lumière après que le faisceau de lumière ait traversé l'ensemble substrat/couche, et le détecteur de rayonnement électromagnétique étant en outre apte à mesurer une intensité du faisceau de lumière après diffusion par l'autre ensemble substrat/couche, le détecteur de rayonnement électromagnétique étant agencé pour mesurer ladite intensité du faisceau de lumière selon une autre deuxième direction présentant un angle non nul avec la première direction.
Avec un tel four de recuit, il est possible de réaliser un recuit de fragilisation d'interface pour une pluralité d'ensemble substrat/couche en surveillant la fragilisation d'au moins deux desdits interfaces, voire de la totalité desdites interfaces.
On notera que dans une telle configuration, le détecteur de rayonnement électromagnétique peut comprendre au moins deux unités de détection chacune dédiée à un emplacement correspondant parmi le premier et le deuxième emplacement.
Le four de recuit peut être configuré pour que, lors de la mise en œuvre d'un recuit de fragilisation, un recuit de l'ensemble substrat/ couche est stoppé lorsque le dispositif de suivi de fragilisation détermine que l'état de fragilisation de l'interface mesurée atteint un seuil donné.
De cette manière, il est possible de fournir un recuit de fragilisation optimisé puisque basé sur une surveillance de la fragilisation de l'interface.
Le four de recuit peut comprendre une unité de commande configuré pour communiquer avec unité de traitement du dispositif de suivi de fragilisation et pour ajuster les conditions du recuit de fragilisation en fonction de l'état de fragilisation fourni par le dispositif de suivi de fragilisation. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation, donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :
[Fig. 1] illustre une cartographie de rugosité réalisée sur une couche semiconductrice après fracturation de son interface avec un substrat donneur à partir duquel est issue ladite couche semiconductrice, une valeur claire correspondant à une rugosité maximale ;
[Fig. 2] illustre un four de fragilisation équipé d'un dispositif de suivi de fragilisation selon l'invention ;
[Fig. 3] illustre graphiquement les variations d'intensité du faisceau diffusé par un ensemble couche/substrat en fonction de l'angle de diffusion obtenu à partir du dispositif de suivi de fragilisation selon l'invention mesurées respectivement avant et en cours de recuit de fragilisation ;
[Fig. 4] illustre graphiquement le différentiel de variation d'intensité en fonction de l'angle de diffusion calculé par soustraction de l'intensité mesurée en cours de recuit de fragilisation par l'intensité mesurée avant le recuit de fragilisation ;
[Fig. 5] compare graphiquement l'intensité du faisceau diffusé mesurée à partir d'un dispositif selon l'invention avec une transformée de Fourier d'une image de microscopie confocale telle que mise en œuvre dans l'art antérieur.
Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre.
Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.
Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent être comprises comme n'étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS
La figure 2 illustre un four de fragilisation 40 dans lequel est réalisé un recuit de fragilisation d'une interface 13 entre un substrat donneur 11 et une couche 12, ledit four de fragilisation 40 étant équipé d'un dispositif de suivi de fragilisation 30 selon l'invention afin de permettre un suivi de la fragilisation de ladite interface 13.
On notera que dans une configuration usuelle de l'invention, telle qu'illustré sur la figure 2, les éléments du dispositif de suivi de fragilisation 30 sont agencés à l'extérieur de l'enceinte 40A du four de fragilisation 40, l'enceinte 40A étant alors équipée de hublots, non illustrés, afin d'autoriser le suivi de fragilisation par le dispositif de suivi de fragilisation 30 selon l'invention. Une telle configuration usuelle n'est nullement limitative et il est parfaitement envisageable, sans que l'on sorte du cadre de l'invention, qu'au moins une partie des éléments du dispositif de suivi de fragilisation 30 soit au moins en partie agencée dans l'enceinte 40A du four de fragilisation 40.
Dans le cadre du présent exemple de réalisation, le substrat, dit substrat donneur, et la couche qui est à transférer sont respectivement un substrat et une couche de silicium Si monocristallin. De ce fait, les longueurs d'onde, valeurs et autres mesures indiquées ci-dessous et dans le reste de ce document sont adaptées pour un tel matériau. Bien entendu, à partir d'un tel enseignement, l'homme du métier est à même d'adapter le présent enseignement à d'autres types de matériau. Ainsi, l'invention est également particulièrement adaptée dans le cadre d'une fragilisation d'une interface entre une couche et un substrat tous deux réalisés en germanium Ge, dans un alliage silicium- germanium Si-Ge ou encore dans un carbure de silicium SiC, voire pour un substrat en silicium Si et une couche de carbure de silicium SiC.
Bien entendu, si dans l'invention concerne le suivi de la fragilisation d'une interface 13 entre un substrat 11 et la couche 12 qu'il supporte, dans une application classique de l'invention, le recuit de fragilisation fait suite à une étape de collage de ladite couche sur un substrat hôte 14, le substrat 11 étant le substrat donneur utilisé dans le cadre du transfert de la couche 12 vers le substrat hôte 14. Ainsi, si dans le cadre général de l'invention l'ensemble 10 substrat 11/ couche 12 comprend le substrat 11 et la couche 12, dans l'application classique de l'invention, l'ensemble 10 comprend également le substrat hôte tel que cela est montré sur la figure 2
Un tel dispositif de suivi de fragilisation 30 comprend :
- une source optique 31 apte à émettre un faisceau de lumière 25 monochromatique en direction de la première face 10A, la longueur d'onde dudit faisceau de lumière 25 étant choisie pour que la couche 12 et les substrats 11 ou 14 soient sensiblement transparents à ladite longueur d'onde,
- un détecteur de rayonnement électromagnétique 32 apte à mesurer une intensité du faisceau de lumière 25 après diffusion par l'ensemble 10 substrat 11/ couche 12, le détecteur de rayonnement électromagnétique étant agencé pour mesurer ladite intensité du faisceau de lumière 25 selon une deuxième direction présentant un angle 20 non nul avec la première direction 25A.
Bien entendu, une telle deuxième direction 25B de détection d'un faisceau de lumière 25 diffusé par l'ensemble 10 substrat 11/couche 12 croise la première direction 25A, selon laquelle le faisceau de lumière 25 est émis, au niveau de l'élément diffusant à l'origine de ladite diffusion, c'est-à-dire l'ensemble 10 substrat 11/ couche 12 (ou plus précisément l'interface 13 entre la couche 11 et le substrat 12).
Dans une configuration usuelle de diffusion, la deuxième direction 25B peut, comme illustré sur la figure 2, s'étendre à partir de la deuxième face du support en s'éloignant de cette dernière. En variante non illustrée dans laquelle la diffusion mesurée par le détecteur est une rétrodiffusion, la deuxième direction 25B peut s'étendre à partir de la première face en s'éloignant de cette dernière. Une telle possibilité est particulièrement intéressante afin de permettre l'observation de la diffusion avec un substrat hôte/receveur opaque ou lorsque les angles en transmission ne sont pas accessibles.
On notera ainsi que par diffusion du faisceau de lumière par l'ensemble 10 substrat 11/ couche 12, il doit être entendu, ici et dans le reste de ce document aussi bien une diffusion en tant que telle, c'est-à-dire que le faisceau de lumière est diffusé à partir de l'interface 13 en direction de la deuxième face 10B, qu'une rétrodiffusion, c'est c'est-à- dire que le faisceau de lumière est diffusé à partir de l'interface 13 en direction de la première face 10B.
Comme cela est décrit, ci-après, il peut en outre être prévu une unité de traitement 33 apte à commander la source optique et le détecteur de rayonnement électromagnétique 32 afin de calibrer à partir de l'intensité mesurée par le détecteur de rayonnement électromagnétique 32 un état de fragilisation de l'interface 13.
La source optique 31 est une source de lumière apte à fournir/à émettre le faisceau de lumière 25 avec une longueur d'onde adaptée à la transparence du ou des matériaux du substrat 11 et de la couche 12. Dans le cas du présent exemple de réalisation, c'est-à-dire une couche et un substrat silicium, la longueur d'onde du faisceau de lumière peut être une longueur d'onde de l'infrarouge, préférentiellement du proche infrarouge. Ainsi, le faisceau de lumière 25 peut présenter une longueur d'onde comprise entre 1050 nm et 1550 nm. et être par exemple égale à 1,2 pm, à 1,5 pm, ou 1,3 pm. Pour permettre une telle fourniture, la source optique peut être une source laser, telle qu'un laser semiconducteur, diode laser ; ou une diode électroluminescente. De manière préférentielle la source optique 31 peut comprendre un système de guidage du faisceau de lumière 25, telle qu'une fibre optique, comprenant avantageusement un système de collimation (lentilles, miroirs) pour définir les taille et divergence du faisceau de lumière après son émission.
Comme illustré sur la figure 2, la première direction 25A est préférentiellement perpendiculaire à la première surface. Bien entendu, d'autre première direction 25A sont envisageables sans que l'on sorte du cadre de l'invention.
Le détecteur de rayonnement électromagnétique 32 est configuré pour recevoir un rayonnement électromagnétique dans une plage de longueurs d'onde incluant la longueur d'onde du faisceau de lumière 25 émis par la source optique 31 et fournir un signal représentatif de l'intensité du rayonnement reçu. Ainsi le détecteur de rayonnement électromagnétique peut comporter un photodétecteur tel qu'une photodiode ou pluralité de photodiodes organisées en matrice. Ainsi, par exemple, le détecteur de rayonnement électromagnétique 32 peut comporter un capteur CMOS ou CCD dont la réponse spectrale est adaptée à la source utilisée. Dans une telle configuration, les différentes photodiodes ou pixels forment des unités de détection
Le détecteur de rayonnement électromagnétique 32 peut, comprendre, outre d'un tel photodétecteur, un objectif afin de concentrer la partie du faisceau de lumière 25 diffusée selon la deuxième direction 25B sur ledit photodétecteur.
Selon une première possibilité de l'invention, le détecteur de rayonnement électromagnétique peut être agencé pour recevoir la partie du faisceau diffusée selon une deuxième direction 25B prédéterminée et imager sélectivement la zone émettrice de lumière. Selon cette possibilité, la deuxième direction est choisie pour correspondre à une direction d'intérêt, c'est-à-dire présentant un angle 20 d'intérêt vis-à-vis de la première direction 25A, correspondant à un état de fragilisation prédéterminé de l'interface 13.
On notera que, dans le cas où le détecteur de rayonnement électromagnétique 32 comprend une pluralité d'unités de détection, le détecteur de rayonnement peut comprendre une pluralité de systèmes optique dédiés chacun à une ou à un groupe d'unités de détection respectives. Lesdits systèmes optiques étant chacun agencés pour permettre une mesure d'intensité du faisceau de lumière 25 diffusée par l'ensemble 10 substrat 11/couche 12 selon une deuxième direction 25B qui lui est respective.
En conformité avec le présent exemple de réalisation, les inventeurs ont identifié que, dans le cadre d'une telle possibilité, une deuxième direction présentant un angle 20 compris entre 5 et 15°, préférentiellement entre 8 et 12° et sensiblement égale à 10° correspondait à un état de fragilisation de l'interface 13 adapté pour fournir une fracturation optimisée. Les inventeurs ont en effet identifié qu'une telle valeur d'angle de 10° de la deuxième direction 25B vis-à-vis de la première direction 25A, correspond à des micro-fissures de 10 pm et à une maturité de la fragilisation de l'interface 13 adaptée pour sa fracturation.
Selon une deuxième possibilité de l'invention, le détecteur de rayonnement électromagnétique et son optique peuvent être agencés pour recevoir une partie du faisceau diffusée selon une pluralité de deuxièmes directions 25B, 25 B' présentant chacune un angle 20 non nul avec la première direction. De cette manière, il est possible de surveiller précisément l'état de fragilisation de l'interface. Cette pluralité de deuxièmes directions peut correspondre à une plage d'angle 20 avec la première direction correspondant à plusieurs états de fragilisation de l'interface 13 d'intérêts (incluant ainsi, par exemple 10° comme mentionné ci-dessus dans le cadre de la première possibilité).
Selon une troisième possibilité de l'invention, le détecteur de rayonnement électromagnétique 32 peut être agencé déplaçable de manière à permettre une mesure d'intensité du faisceau après sa diffusion selon une pluralité de deuxième direction directions 25B, 25B' présentant chacune un angle 20 non nul avec la première direction. De la même façon que pour la deuxième possibilité exposée ci-dessus, cette pluralité de deuxièmes directions peut correspondre à une plage d'angle 20 avec la première direction correspondant à plusieurs états de fragilisation de l'interface 13 d'intérêts (incluant ainsi, par exemple 10° comme mentionné ci-dessus dans le cadre de la première possibilité).
On notera également, selon une autre possibilité, compatible avec les trois possibilités ci-dessus, que le dispositif de suivi de fragilisation 30 peut être configuré pour déplacer le faisceau de lumière 25 en au moins deux emplacements, ou régions, de la première face 10A, le détecteur étant alors agencé pour permettre la mesure de l'intensité du faisceau de lumière 25 diffusée par l'ensemble 10 substrat 11/couche 12 selon l'au moins une deuxième direction 25B pour lesdites aux moins deux régions. Une telle possibilité autorise une cartographie de l'état de fragilisation de l'interface 13 le long de la première face 10A. Un tel déplacement du faisceau de lumière 25 peut être obtenu par une configuration adaptée de la source optique 31, celle-ci étant soit agencée déplaçable ou comprenant une optique, telle qu'une fibre optique et/ou un objectif, déplaçable afin de permettre un déplacement du faisceau de lumière 25. De même le détecteur de rayonnement électromagnétique 31 est adapté pour permettre soit en présentant un arrangement adapté pour mesurer l'intensité selon l'au moins une deuxième direction 25B pour l'ensemble des emplacements de mesure de la première face 10A, soit en étant déplaçable pour permettre une mesure pour chacun de ces emplacements.
On notera que si, dans le présent mode de réalisation, le four de fragilisation 40 accueille un unique ensemble substrat/couche, il est parfaitement envisageable que le four de fragilisation 40 soit adapté pour permettre un recuit de fragilisation d'un nombre d'ensembles supérieur ou égal à deux. Selon cette possibilité non illustrée, le four de fragilisation 40 peut comporter un premier emplacement pour l'ensemble substrat 11/couche 12 et un ou plusieurs deuxièmes emplacements pour un ou plusieurs autres ensembles substrat/couche afin de permettre un recuit de fragilisation simultané de l'ensemble substrat 11/couche 12 et du ou des autres ensembles substrat/couche.
Selon cette même possibilité le ou lesdits deuxièmes emplacements sont agencés de manière à ce qu'une face du ou des autres ensembles substrat/couche soit éclairée par le faisceau de lumière après que ce dernier ait traversé l'ensemble substrat 11/couche 12. Le détecteur de rayonnement électromagnétique 32 est en outre apte à mesurer une intensité du faisceau de lumière 25 après diffusion par le ou les autres ensembles substrat/couche, le détecteur de rayonnement électromagnétique 32 étant agencé pour mesurer ladite intensité du faisceau de lumière 25 selon une autre deuxième direction présentant un angle 20 non nul avec la première direction 25A. Un tel agencement peut notamment être obtenu au moyen d'un détecteur de rayonnement électromagnétique 32 comprenant, pour chaque emplacement, au moins une unité respective et un système optique respectif dédié à ladite unité.
Bien entendu, en variante le dispositif de suivi de fragilisation 30 peut comporter un ou plusieurs autres détecteur rayonnement électromagnétique 32 afin de mesurer une intensité du faisceau de lumière 25 pour un ou plusieurs des autres ensembles substrat/couche
Le dispositif de suivi de fragilisation 30 peut en outre comporter une unité de traitement 33 configurée pour récupérer une valeur d'intensité du faisceau de lumière mesurée par le détecteur et pour déterminer un état de fragilisation de l'interface à partir de ladite valeur d'intensité du faisceau de lumière.
Cette même unité de traitement peut en outre être configurée pour, lors de la détermination de l'état de fragilisation de l'interface, corriger l'intensité mesurée à partir d'une intensité de référence déterminée avant le recuit de fragilisation. De même, en fonction de la possibilité mise en œuvre parmi les différentes possibilités décrites ci-dessus, l'unité de traitement est à même de déterminer l'état de fragilisation de l'interface 13 à partir des valeurs d'intensités mesurées selon la pluralité de deuxièmes directions 25B, 25B' et en différents emplacements de la première face 10A. Pour ce faire, lorsque la source optique 31est configurée pour permettre un déplacement du faisceau de lumière 25, et/ou lorsque le détecteur de rayonnement électromagnétique 32 est configuré pour mesurer l'intensité est selon une pluralité de deuxièmes directions, commander la source optique 31 et/ou le détecteur de rayonnement électromagnétique 32 en conformité avec la ou lesdites possibilités.
On notera que selon une possibilité de l'invention, l'unité de traitement peut être configurée pour fournir au four de fragilisation 40 l'état de fragilisation de l'interface 13 déterminée. Selon cette possibilité, le four de fragilisation 40 peut être configuré pour stopper le recuit de fragilisation lorsque l'état de fragilisation de l'interface 13 déterminée par l'unité de traitement 33 atteint un seuil donné.
Selon une variante de cette possibilité de l'invention, l'unité de traitement peut en outre être configurée pour détecter la fracturation spontanée des assemblages en fin de recuit. En effet cet évènement est associé à une variation brutale de l'intensité et de la position de l'intensité de diffusion qui peut être détectée par le dispositif de suivi de fragilisation 30 selon l'invention. Ainsi selon cette variante le seuil donné de l'état de fragilisation correspond à une fracturation de l'interface 13, ladite fracturation étant détectée par une variation brutale d'intensité selon 'au moins une deuxième direction 25B et/ou un déplacement de pic de diffusion. D'une manière identique le four peut comprendre une unité de commande configurée pour communiquer avec unité de traitement du dispositif de suivi de fragilisation et pour ajuster les conditions du recuit de fragilisation en fonction de l'état de fragilisation fourni par le dispositif de suivi de fragilisation.
Selon cette dernière possibilité, il est donc possible d'ajuster les conditions de recuit utilisées pendant l'étape de recuit en fonction de l'état de fragilisation de l'interface 13 déterminé pendant la mise en œuvre du procédé de suivi de fragilisation. Ainsi, il est possible d'optimiser le recuit de fragilisation et notamment le profil du chauffe du four, en fonction de l'état de fragilisation de l'interface ceci afin d'obtenir une répartition de microfissures voulue au niveau de l'interface. Cela est particulièrement intéressant lorsque l'on recherche à obtenir une fracturation en dehors du four. Le dispositif de suivi de fragilisation 30 selon l'invention est apte à permettre la mise en œuvre d'un procédé de suivi de fragilisation 30 comprenant les étapes suivantes :
- éclairage de la première face 10A avec le faisceau de lumière 25 monochromatique selon la première direction 25A, la longueur d'onde du faisceau de lumière 25 étant choisie pour que la couche 12 et le substrat 13 soient sensiblement transparents à ladite longueur d'onde,
- mesure de l'intensité du faisceau de lumière 25 diffusée par l'ensemble 10 substrat 11/couche 12 selon l'au moins une deuxième direction 25B, la deuxième direction 25B présentant un angle 20 non nul avec la première direction 25A,
- détermination d'un état de fragilisation de l'interface 13 à partir de ladite intensité.
Bien entendu, en conformité avec les possibilités décrites en lien avec le dispositif de suivi de fragilisation 30, le procédé est compatible avec ces différentes possibilités. En particulier, le procédé selon l'invention peut également comprendre une étape préalable d'étalonnage réalisée avant le recuit de fragilisation comprenant les sous étapes suivantes :
- éclairage de la première face avec le faisceau de lumière 25 monochromatique selon la première direction 25A,
- mesure d'une intensité de référence du faisceau de lumière 25 diffusée par l'ensemble 10 substrat 11/couche 12 selon l'au moins une deuxième direction 25B. Lors de l'étape de détermination d'un état de fragilisation il est alors prévu une sous-étape de correction de l'intensité mesurée à partir de l'intensité de référence.
Si un tel dispositif de suivi de fragilisation 30 et le procédé correspondant peuvent être utilisés en production dans le cadre d'une surveillance d'une étape de fracturation d'une interface 13 entre une couche et un support, il peut également être utilisé dans des cas plus spécifiques tels que lors d'un étalonnage d'un four de fragilisation 40 dans le cadre d'une installation ou d'une révision dudit four. Dans ce cadre le dispositif de suivi de fragilisation 30 n'est pas nécessairement intégré audit four de fragilisation 40 et peut être installé de manière amovible afin de mettre en œuvre l'étape d'étalonnage. Le dispositif de suivi de fragilisation 30 peut ainsi parfaitement être retiré après réalisation de ladite étape d'étalonnage.
Comme indiqué, dans une configuration usuelle, l'ensemble du dispositif de suivi de fragilisation 30 peut être installé hors de l'enceinte 40A du four de fragilisation 40, ladite enceinte 40A étant alors pourvue d'hublots transparents aux lumières incidentes 25A et diffusées 25B.
Exemples de mise en œuyre de l'invention
Afin d'illustrer le principe de mise en œuvre par le procédé de suivi selon l'invention et fournir un exemple de détermination de l'état de fragilisation d'une interface, il est décrit ci-après un exemple de mesures obtenues par les inventeurs dans le cadre d'une telle mise en œuvre.
Ainsi comme illustré sur la figure 3, dans le cadre de la mise en œuvre d'un tel procédé, les inventeurs ont mesuré la variation d'intensité 102, 103 du faisceau de lumière 25 diffusé en fonction de l'angle 20 entre la deuxième direction 25B et la première direction 25A ceci en cours d'un recuit de fragilisation d'une couche 12 de silicium supportée par un substrat 11 silicium pour deux échantillons différents, l'interface 13 entre ladite couche et ledit substrat ayant été implantée préalablement pour former des micro-cavités au niveau de ladite interface 13. A titre de comparaison, les inventeurs ont figuré sur cette même figure la variation d'intensité 101 du faisceau de lumière 25 diffusé en fonction de l'angle 0 entre la deuxième direction 25B et la première direction 25A obtenue sur un ensemble 10 substrat 11/ couche 12 avant recuit de fragilisation, une telle mesure pouvant former, comme cela est discuté ci-après en lien avec la figure 4, une mesure de référence.
On peut ainsi voir que la coalescence des micro-cavités et l'augmentation de la taille de ces dernières en raison de cette coalescence et à l'origine d'une augmentation significative de la lumière diffusée sur une plage angulaire 20 allant de 1° à 12°. Ainsi, comme l'ont découvert les inventeurs, la lumière diffusée est caractéristique de la taille et de la distribution des cavités au niveau de l'interface 13 (une telle caractéristique pouvant être formalisée sur la base d'une approximation de Fraunhofer).
Afin de mieux illustrer ce phénomène, les inventeurs ont montré sur la figure 4 la variation de la différence entre l'intensité du faisceau de lumière mesurée 102 en cours de recuit de fragilisation et celle mesurée 101 avant recuit en fonction de l'angle 20 entre la deuxième direction 25B et la première direction 25A. On peut voir, que l'intensité de lumière diffusée liée au recuit de fragilisation est maximale aux environs de 9°, soit une taille de micro-cavités d'environ 8 microns.
A titre de comparaison, les inventeurs ont utilisé un microscope confocal pour obtenir une image infrarouge de cette même interface 13 qui a été caractérisée par le dispositif de suivi de fragilisation en cours de recuit de fragilisation. Les inventeurs ont effectué une transformée de Fourier de cette image et ont moyenné radialement l'image ainsi obtenue
La figure 5 compare graphiquement le résultat de cette transformée de Fourier 111 avec la variation d'intensité en fonction du double de l'angle entre la deuxième direction 25B et la première direction 25A. Cette comparaison permet de montrer que ces deux techniques permettent d'obtenir des résultats similaires et permettent donc toutes deux de caractériser l'état de fragilisation de l'interface 13. Le procédé selon l'invention présente, vis-à-vis d'une telle imagerie confocale, l'avantage de ne pas nécessiter le placement d'un objectif à proximité de l'échantillon et donc d'être parfaitement à même d'équiper un four de fragilisation industriel de grande taille.
On notera que dans le cadre de l'invention, l'état de fragilisation de la surface déterminée à partir du procédé selon l'invention peut être, par exemple, fourni sous la forme de l'une des valeurs suivantes :
- l'angle de la deuxième direction 25B vis-à-vis de la première direction pour laquelle l'augmentation d'intensité de diffusion est maximale vis-à-vis d'une intensité de référence déterminée avant le recuit de fragilisation,
- une valeur de taille de micro-cavités estimée à partir de l'intensité du faisceau de lumière 25 diffusé selon la ou les deuxièmes direction 25B, 25b' , une valeur d'intensité du faisceau de lumière 25 diffusé selon une deuxième direction de référence 25B ou une pluralité de direction de référence 25B, 25B'.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de suivi de fragilisation d'une interface (13) entre une couche (12) et un substrat (11) lors d'un recuit de fragilisation de ladite interface (13), l'ensemble substrat (ll)/couche (12) présentant au moins une première et une deuxième face (10A, 10B), le procédé comprenant les étapes suivantes :
- éclairage de la première face (10A) avec un faisceau de lumière (25) monochromatique selon une première direction (25A), la longueur d'onde dudit faisceau de lumière (25) étant choisie pour que la couche (12) et le substrat (13) soient sensiblement transparents à ladite longueur d'onde,
- mesure d'une intensité du faisceau de lumière (25) diffusée par l'ensemble (10) substrat (ll)/couche (12) selon au moins une deuxième direction (25B), la deuxième direction (25B) présentant un angle (20) non nul avec la première direction (25A),
- détermination d'un état de fragilisation de l'interface (13) à partir de ladite intensité.
2. Procédé de suivi de fragilisation selon la revendication 1, dans lequel lors de la mesure de l'intensité du faisceau de lumière (25), l'intensité est mesurée selon une pluralité de deuxièmes directions (25B, 25B') présentant chacune un angle non nul avec la première direction (25A), et dans lequel, de manière préférentielle, au moins deux desdites deuxièmes directions (25B, 25B') présentes des angles distincts l'un de l'autre vis-à-vis de la première direction (25).
3. Procédé de suivi de fragilisation selon la revendication 1 ou 2, dans lequel il est prévu une étape préalable d'étalonnage réalisée avant le recuit de fragilisation comprenant les sous étapes suivantes :
- éclairage de la première face avec le faisceau de lumière (25) selon la première direction (25A), - mesure d'une intensité de référence du faisceau de lumière (25) diffusée par l'ensemble (10) substrat (ll)/couche (12) selon l'au moins une deuxième direction (25B), dans lequel, lors de l'étape de détermination d'un état de fragilisation il est prévu une sous-étape de correction de l'intensité mesurée à partir de l'intensité de référence.
4. Procédé de suivi de fragilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel lors de l'éclairage de la première face (10A) avec le faisceau de lumière (25) selon la première direction, le faisceau de lumière (25) est déplacé en au moins deux régions de la première face (10A).
5. Procédé de suivi de fragilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le faisceau de lumière (25) monochromatique présente une longueur d'onde comprise dans plage de longueur d'onde des infrarouges, préférentiellement du proche infrarouge, ladite longueur d'onde étant de manière encore plus avantageuse comprise entre 1050 nm et 1550 nm.
6. Procédé de fragilisation d'une interface (13) entre une couche (12) et un substrat (11) comprenant une étape de recuit de fragilisation de l'ensemble (10) substrat (ll)/couche (12) afin de fragiliser ladite interface (13), dans lequel lors de ladite étape de recuit il est mis en œuvre un procédé de suivi de fragilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.
7. Procédé de fragilisation d'une interface (13) selon la revendication 6, dans lequel l'étape de recuit de fragilisation est stoppée lorsqu'un état de fragilisation de l'interface déterminé par le procédé de suivi de fragilisation atteint un seuil donné, l'état de fragilisation correspondant préférentiellement à une fracturation de l'interface (13), ladite fracturation étant alors détectée par une variation d'intensité selon l'au moins une deuxième direction (25B) et/ou un déplacement de pic de diffusion.
8. Procédé de fragilisation d'une interface (13) selon la revendication 6 ou
7 , dans lequel les conditions de recuit utilisées pendant l'étape de recuit sont modifiées en fonction de l'état de fragilisation de l'interface (13) déterminé pendant la mise en œuvre du procédé de suivi de fragilisation.
9. Dispositif de suivi de fragilisation (30) d'interface pour suivre la fragilisation d'une interface (13) entre une couche (12) et un substrat (11) lors d'un recuit de fragilisation de ladite interface (13), l'ensemble (10) substrat (ll)/couche (12) présentant au moins une première et une deuxième face (10A, 10B), comprenant :
- une source optique (31) apte à émettre un faisceau de lumière (25) monochromatique en direction de la première face (10A) selon une première direction,
- un détecteur de rayonnement électromagnétique (32) apte à mesurer une intensité du faisceau de lumière (25) après diffusion par l'ensemble (10) substrat (11)/ couche (12), le détecteur de rayonnement électromagnétique étant agencé pour mesurer ladite intensité du faisceau de lumière (25) selon une deuxième direction présentant un angle (20) non nul avec la première direction (25A).
10. Dispositif de suivi de fragilisation (30) selon la revendication 9, dans lequel le détecteur de rayonnement électromagnétique est agencé pour permettre une mesure de l'intensité du faisceau de lumière (25) après diffusion selon une pluralité de deuxièmes directions (25B, 25B') présentant chacune un angle non nul avec la première direction (25A), et dans lequel, de manière préférentielle, au moins deux desdites deuxièmes directions (25B, 25B') présentent des angles distincts l'un de l'autre vis-à-vis de la première direction (25).
11. Dispositif de suivi de fragilisation (30) selon la revendication 9 ou 10 comprenant en outre une unité de traitement (33) configurée pour récupérer une valeur d'intensité du faisceau de lumière (25) mesurée par le détecteur (32) et pour déterminer un état de fragilisation de l'interface (13) à partir de ladite valeur d'intensité du faisceau de lumière (25).
12. Dispositif de suivi de fragilisation (30) selon la revendication 11 dans lequel l'unité de traitement (33) est en outre configurée pour, lors de la détermination de l'état de fragilisation de l'interface, corriger l'intensité mesurée à partir d'une intensité de référence déterminée avant le recuit de fragilisation.
13. Four de recuit (40) apte à réaliser un recuit de fragilisation afin de fragiliser une interface entre une couche et un substrat, le four de recuit (40) comprenant un dispositif de suivi de fragilisation selon l'une quelconque des revendications 9 à 12.
14. Four de recuit (40) selon la revendication 13, comprenant un premier emplacement pour l'ensemble substrat (ll)/couche (12) et au moins un deuxième emplacement pour un autre ensemble substrat/couche afin de permettre un recuit de fragilisation simultané de l'ensemble substrat (ll)/couche (12) et de l'autre ensemble substrat/couche, dans lequel le deuxième emplacement est agencé de manière à ce qu'une face de de l'autre ensemble substrat/couche soit éclairée par le faisceau de lumière après que le faisceau de lumière ait traversé l'ensemble substrat (ll)/couche (12) et dans lequel le détecteur de rayonnement électromagnétique (32) est en outre apte à mesurer une intensité du faisceau de lumière (25) après diffusion par l'autre ensemble substrat/couche, le détecteur de rayonnement électromagnétique (32) étant agencé pour mesurer ladite intensité du faisceau de lumière (25) selon une autre deuxième direction présentant un angle (20) non nul avec la première direction (25A).
15. Four de recuit (40) selon la revendication 13 ou 14 configuré pour que, lors de la mise en œuvre d'un recuit de fragilisation, un recuit de l'ensemble (10) substrat (11)/ couche (12) est stoppé lorsque le dispositif de suivi de fragilisation (30) détermine que l'état de fragilisation de l'interface (13) mesurée atteint un seuil donné.
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