WO2025103654A1 - Carrier comprising a layer for trapping electrical charges for a composite substrate and method for selecting such a carrier - Google Patents

Carrier comprising a layer for trapping electrical charges for a composite substrate and method for selecting such a carrier Download PDF

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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a support having an electric charge trapping layer, the support being intended to receive a thin crystalline layer by a layer transfer technique.
  • a composite substrate formed from such a support finds its application in the field of integrated electronic components, in particular radiofrequency (RF) components processing signals whose frequency can typically be between 20 kHz and 300 GHz, or more.
  • RF radiofrequency
  • the invention also relates to a method for selecting a support substrate.
  • the electric charge trapping layer (more concisely referred to as "trapping layer” in the remainder of this description) is generally formed by depositing a layer of polycrystalline silicon on a base substrate, as is notably illustrated by documents US7585748 and US9293473.
  • the silicon grain boundaries constituting the polycrystalline layer act as traps for electrical charges that may flow. These traps can be formed by incomplete or dangling chemical bonds at these boundaries. This prevents electrical conduction in the trapping layer, which consequently has a high resistivity, typically greater than 1000 Ohms.cm.
  • the state of the art reveals the need to have an electric charge trapping layer that has a high resistivity and is stable over temperature.
  • This temperature stability is an important characteristic, because the manufacture of a composite substrate involves heat treatments typically raising the temperature of the support to more than 1000°C, which tends to cause the desired characteristics to be lost by recrystallization of the trapping layer and disappearance of the structural defects in this layer.
  • amorphous layer made of silicon dioxide for example, on the base substrate before the deposition of the trapping layer as proposed by documents US8765571 and US9129800.
  • the presence of this amorphous layer is not always sufficient to prevent the recrystallization of a trapping layer and/or the disappearance of its structural defects.
  • One aim of the invention is to address, at least in part, this problem. More specifically, one aim of the invention is to be able to determine in advance, simply, whether a trapping layer of a support is capable of receiving the heat treatments of a method for manufacturing a composite substrate without excessively recrystallizing, and therefore preserving its trapping qualities in the composite substrate. One aim of the invention is therefore to determine characteristics of a trapping layer that is temperature stable. Another aim of the invention is to exploit these characteristics to select a support provided with a trapping layer with a view to forming a composite substrate.
  • the subject of the invention provides a support for a composite substrate, the support comprising a base substrate and a polycrystalline silicon trapping layer arranged on the base substrate.
  • the trapping layer has electrical traps of a first type and a second type.
  • the first type of electric traps have an activation energy of 0.383 eV to within 0.008 eV and a capture cross section for holes and electrons of less than 10 ⁇ -16 cm ⁇ 2.
  • the second type of electric traps have an activation energy of 0.428 eV to within 0.016 eV and a capture cross section for holes and electrons of less than 10 ⁇ -16 cm ⁇ 2.
  • FIGS 1 and 2 show seven types of electrical traps (T1 to T7) present in polycrystalline silicon trapping layers;
  • the trap will tend to act as an electron trap.
  • the probability of an electron being re-emitted by the trap will depend on its activation energy, which is the energy required to overcome the potential barrier created by the trap. This energy is equal to the difference between the minimum energy of the conduction band and the energy level of the trap.
  • the trap will act as a hole trap. The activation energy required to re-emit this hole is the difference between the energy level of the trap and the maximum energy of the valence band.
  • an electric trap can be characterized by its capture cross section (usually expressed in cm ⁇ 2) of holes and/or electrons. From a physical point of view, this section represents the effective area around the trap that a carrier must cross to be able to be captured. Carriers move randomly in the crystal lattice of the material, and those that enter the effective area around the trap are close enough to be captured by it.
  • the physically admissible values of a capture cross section can vary between 10 ⁇ 18 and 10 ⁇ 14 cm ⁇ 2.
  • Photo-Induced Current Transient Spectroscopy is a well-known technique that is particularly effective for characterizing the electrical traps present in a polycrystalline silicon trapping layer on a base substrate.
  • a detailed discussion of this technique can be found in the paper “Deep level spectroscopy in high resistivity materials” (Appl. Phys. Lett. 32, 821 (1978); doi: 10.1063/1.89929) or in the paper “Characterization and Role of Deep Traps on the Radio Frequency Performances of High Resistivity Substrates” J.Appl. Phys. June 7, 2021; 129 (21): 215701. https:/doi.org/10.1063/5.0045306.
  • the injection of carriers is ensured by the illumination of the sample of material to be analyzed and the signatures of the traps (activation level and capture cross section) are extracted from a spectrum constructed from the measurement of the transient current coming from the thermally released carriers.
  • the inventors of the present application had the intuition that certain defects in the crystal lattice of a polycrystalline silicon trapping layer were more robust to temperature than others. In an attempt to discriminate among all possible defects those that were temperature-resistant and those that were not, they identified the types of traps present in a wide variety of polycrystalline silicon trapping layers, by measuring their electrical characteristics, then identified the types of traps associated with trapping layers that were robust to temperature (unlikely to recrystallize entirely) and those associated with trapping layers that were not very robust to temperature (and therefore likely to recrystallize entirely).
  • the applicant has in particular identified seven types of electrical traps, which are described below. To obtain this classification, the applicant carried out a series of experiments leading to the formation of a plurality of supports by depositing layers of polycrystalline silicon (i.e. the trapping layer) on base substrates, the layers being produced using distinct deposition techniques and parameters. The defects present in the trapping layer of each support were characterized using the photo-induced current transient thermal spectroscopy technique set out above, to determine the activation energy and the electron and/or hole capture cross-section, which made it possible to identify the different types of electrical traps. The supports underwent a heat treatment at 1100°C for two hours and the trapping layer was then observed to determine whether its polycrystalline nature had been preserved or not.
  • Trap types are characterized by their activation energy and their cross sections. In some cases, the characterization method does not allow determining whether traps of a given type are hole traps, electron traps or mixed traps. For these types of traps, two cross section characteristics have been defined, one considering it to be a hole trap and the other considering it to be an electron trap.
  • a support 1 formed from a base substrate 2 and a trapping layer 3a, intended for the production of a composite substrate is constituted by a trapping layer 3a having electrical traps of the first type and of the second type.
  • the trapping layer 3a is devoid of electrical traps of the third type. More advantageously, the trapping layer 3a further comprises electrical traps of the fourth type and of the fifth type, and it is devoid of electrical traps of the sixth type and of the seventh type.
  • the support 1 is intended to receive, by a layer transfer technique, a thin crystalline layer to form a composite substrate S, represented on the .
  • the support 1 comprises, arranged on a base substrate 2, a trapping layer 3a in contact with the base substrate 2. It is possible to provide, as shown in the , a dielectric layer 3b arranged on and in contact with the trapping layer 3a, but this dielectric layer 3b is perfectly optional. When it is present, the dielectric layer 3b has a thickness typically between 10nm and 10 microns, essentially dictated by the need of the application of the composite substrate S that the support 1 is intended to form.
  • the support 1 can be in the form of a circular plate whose diameter can be 100, 150, 200, 300 or even 450 mm.
  • the base substrate 2 of the support 1 on which the trapping layer 3a rests typically has a thickness of several hundred micrometers.
  • the base substrate 2 has a high resistivity, greater than 1000 ohm centimeters, and even more preferably, greater than 2000 ohm centimeters. This limits the density of charges, holes or electrons, which are likely to move in the base substrate 2.
  • the invention is not limited to a base substrate 2 having such a resistivity, and it also provides RF performance advantages when the base substrate 2 has a more conformal resistivity, of the order of a few hundred ohm centimeters, for example less than 1000 ohm.cm, or 500 ohm.cm or even 10 ohm.cm.
  • the base substrate 2 is preferably made of monocrystalline silicon.
  • the base substrate 2 may alternatively be formed of another material: it may be, for example, sapphire, glass, quartz, silicon carbide, germanium, gallium nitride, indium phosphide, etc.
  • the trapping layer 3a may have a sufficient thickness, for example greater than 10 micrometers, the base substrate 2a may have a standard resistivity, less than 1 kohm.cm.
  • an amorphous layer made of silicon dioxide for example, directly intercalated between the base substrate 2 and the trapping layer 3a.
  • this amorphous layer may be a native oxide layer present on the surface of this substrate or intentionally formed by chemical or thermal oxidation of the base substrate.
  • the trapping layer 3a in accordance with the present description is particularly stable with temperature, and the presence of the amorphous layer is perfectly optional.
  • the trapping layer 3a may have a thickness of between 10 nm and 50 micrometers. Preferably, this thickness is less than 2 microns, or even 1 micron, to limit the quantity of material, and the possible constraints that this layer can apply to the support 1, and which could deform it. But this advantageous thickness range is in no way limiting, and it will be possible to choose to form a trapping layer 3a of any suitable thickness, depending on the needs of the intended application.
  • the invention relates to a method for selecting a support.
  • This method comprises a first step of providing a support comprising a base substrate and a polycrystalline silicon trapping layer 3a disposed on the base substrate.
  • This supply step consists of forming, by any means known per se, the trapping layer 3a.
  • This can thus be a deposit of the HTCVD type (acronym for the English expression “High Temperature Chemical Vapor Deposition” or chemical vapor deposition assisted at high temperature) or of the PECVD type (acronym for the English expression “Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition” or chemical vapor deposition assisted by plasma). It can also be a deposit of the LPCVD type (acronym for the English expression “Low Pressure Chemical Vapor Deposition” or chemical vapor deposition at subatmospheric pressure).
  • trapping layer 3a has electric traps which can be of a variety of types.
  • a step of characterizing the trapping layer 3a is implemented. This step comprises the measurement of the activation energy and the hole and/or electron capture cross-section of the electrical traps of the trapping layer.
  • the method comprises a step of selecting the support 1 during which this support 1 is selected if the trapping layer 3a has electric traps of the first type and of the second type.
  • a support 1 is retained only if the trapping layer 3a is devoid of electrical traps of the third type. Even more advantageously, a support is retained only if the trapping layer 3a further comprises electrical traps of the fourth type and the fifth type, and if it is devoid of electrical traps of the sixth type and the seventh type.
  • a selected support 1 can be advantageously used in a layer transfer method aimed at transferring onto the charge trapping layer 3a or onto a dielectric layer 3b formed on this layer 3a, a crystalline thin film 4.
  • This film can in particular be made of or comprise silicon, silicon carbide, a III-V or piezoelectric material.

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Abstract

The invention relates to a carrier (1) for a composite substrate (S). The carrier comprises a base substrate and a trapping layer (3a) made of polycrystalline silicon arranged on the base substrate (2). The trapping layer has electric traps of a first type having an activation energy of 0.383 eV within a tolerance of 0.008 eV, and an effective capture cross-section for holes and electrons of less than 10^-16 cm^2. The trapping layer has electrical traps of a second type having an activation energy of 0.428 eV within a tolerance of 0.016 eV, and an effective capture cross-section for holes and electrons of less than 10^-16 cm^2.

Description

SUPPORT COMPRENANT UNE COUCHE DE PIEGEAGE DE CHARGES ELECTRIQUES POUR UN SUBSTRAT COMPOSITE ET PROCEDE DE SELECTION D’UN TEL SUPPORT.SUPPORT COMPRISING AN ELECTRIC CHARGE TRAPPING LAYER FOR A COMPOSITE SUBSTRATE AND METHOD FOR SELECTING SUCH A SUPPORT. DOMAINE DE L’INVENTIONFIELD OF THE INVENTION

L'invention concerne un support présentant une couche de piégeage de charges électriques, le support étant destiné à recevoir une couche mince cristalline par une technique de report de couche. Un substrat composite formé d’un tel support trouve son application dans le domaine des composants électroniques intégrés, en particulier des composants radiofréquences (RF) traitant des signaux dont la fréquence peut être typiquement comprise entre 20 kHz et 300 GHz, ou plus. Outre le support en tant que tel, l’invention concerne également un procédé de sélection d’un substrat support.The invention relates to a support having an electric charge trapping layer, the support being intended to receive a thin crystalline layer by a layer transfer technique. A composite substrate formed from such a support finds its application in the field of integrated electronic components, in particular radiofrequency (RF) components processing signals whose frequency can typically be between 20 kHz and 300 GHz, or more. In addition to the support as such, the invention also relates to a method for selecting a support substrate.

ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTIONTECHNOLOGICAL BACKGROUND OF THE INVENTION

Pour des raisons de simplicité de mise en œuvre, la couche de piégeage de charges électriques (plus concisément désignée « couche de piégeage » dans la suite de cette description) est généralement formée par dépôt d'une couche de silicium polycristallin sur un substrat de base, comme cela est notamment illustré par les documents US7585748 et US9293473. For reasons of simplicity of implementation, the electric charge trapping layer (more concisely referred to as "trapping layer" in the remainder of this description) is generally formed by depositing a layer of polycrystalline silicon on a base substrate, as is notably illustrated by documents US7585748 and US9293473.

Les joints des grains de silicium constituant la couche polycristalline constituent des pièges pour les charges électriques susceptibles de circuler. Ces pièges peuvent être formés par les liaisons chimiques non complètes ou pendantes au niveau de ces joints. On prévient ainsi la conduction électrique dans la couche de piégeage qui présente en conséquence une résistivité élevée, typiquement supérieure à 1000 Ohms.cm.The silicon grain boundaries constituting the polycrystalline layer act as traps for electrical charges that may flow. These traps can be formed by incomplete or dangling chemical bonds at these boundaries. This prevents electrical conduction in the trapping layer, which consequently has a high resistivity, typically greater than 1000 Ohms.cm.

D’une manière générale, l’état de la technique révèle le besoin de disposer d’une couche de piégeage de charges électriques qui présente une résistivité élevée et qui soit stable en température. Cette stabilité en température est une caractéristique importante, car la fabrication d’un substrat composite met en œuvre des traitements thermiques élevant typiquement la température du support à plus de 1000°C, ce qui tend à faire perdre les caractéristiques recherchées par recristallisation de la couche de piégeage et disparation des défauts structurels de cette couche. Generally speaking, the state of the art reveals the need to have an electric charge trapping layer that has a high resistivity and is stable over temperature. This temperature stability is an important characteristic, because the manufacture of a composite substrate involves heat treatments typically raising the temperature of the support to more than 1000°C, which tends to cause the desired characteristics to be lost by recrystallization of the trapping layer and disappearance of the structural defects in this layer.

Afin de préserver la qualité polycristalline de la couche de piégeage au cours des traitements thermiques que peut subir le support, on peut avantageusement prévoir une couche amorphe, en dioxyde de silicium par exemple, sur le substrat de base avant le dépôt de la couche de piégeage comme cela est proposé par les documents US8765571 et US9129800. Mais la présence de cette couche amorphe n'est pas toujours suffisante pour prévenir la recristallisation d’une couche de piégeage et/ou la disparition de ses défauts structurels.In order to preserve the polycrystalline quality of the trapping layer during the heat treatments that the support may undergo, it is advantageous to provide an amorphous layer, made of silicon dioxide for example, on the base substrate before the deposition of the trapping layer as proposed by documents US8765571 and US9129800. However, the presence of this amorphous layer is not always sufficient to prevent the recrystallization of a trapping layer and/or the disappearance of its structural defects.

La demanderesse a observé que la bonne tenue en température d’une couche de piégeage était étroitement liée aux paramètres de formation de cette couche. Il n’est toutefois pas possible à ce jour de corréler les paramètres de formation de cette couche (ou des caractéristiques mesurables de cette couche) avec cette propriété de tenue en température. La seule évaluation possible se fait par une caractérisation à postériori des performances radiofréquences (RF) du substrat composite dans lequel elle est intégrée, après que la couche de piégeage ait subit les traitements thermiques de fabrication de ce substrat.The applicant observed that the good temperature resistance of a trapping layer was closely linked to the formation parameters of this layer. However, it is not possible to date to correlate the formation parameters of this layer (or the measurable characteristics of this layer) with this temperature resistance property. The only possible evaluation is made by a posteriori characterization of the radiofrequency (RF) performance of the composite substrate in which it is integrated, after the trapping layer has undergone the heat treatments for manufacturing this substrate.

OBJET DE L’INVENTIONSUBJECT OF THE INVENTION

Un but de l’invention est d’adresser, au moins en partie, ce problème. Plus précisément, un but de l’invention est de pouvoir déterminer à l’avance, simplement, si une couche de piégeage d’un support est apte à recevoir les traitements thermiques d’un procédé de fabrication d’un substrat composite sans se recristalliser excessivement, et donc préserver ses qualités de piégeage dans le substrat composite. Un but de l’invention est donc de déterminer des caractéristiques d’une couche de piégeage qui soit stable en température. Un autre but de l’invention est d’exploiter ces caractéristiques pour sélectionner un support muni d’une couche de piégeage en vue de former un substrat composite.One aim of the invention is to address, at least in part, this problem. More specifically, one aim of the invention is to be able to determine in advance, simply, whether a trapping layer of a support is capable of receiving the heat treatments of a method for manufacturing a composite substrate without excessively recrystallizing, and therefore preserving its trapping qualities in the composite substrate. One aim of the invention is therefore to determine characteristics of a trapping layer that is temperature stable. Another aim of the invention is to exploit these characteristics to select a support provided with a trapping layer with a view to forming a composite substrate.

BREVE DESCRIPTION DE L’INVENTIONBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

En vue de la réalisation de ce but, l’objet de l’invention propose un support pour un substrat composite, le support comprenant un substrat de base et une couche de piégeage en silicium polycristallin disposé sur le substrat de base. In order to achieve this aim, the subject of the invention provides a support for a composite substrate, the support comprising a base substrate and a polycrystalline silicon trapping layer arranged on the base substrate.

Selon l’invention la couche de piégeage présente des pièges électriques d’un premier type et d’un deuxième type. According to the invention, the trapping layer has electrical traps of a first type and a second type.

Les pièges électriques du premier type présentant une énergie d’activation de 0,383 eV à 0,008 eV près et une section efficace de capture pour les trous et pour les électrons inférieure à 10^-16 cm^2. Les pièges électriques du deuxième type présentent une énergie d’activation de 0,428 eV à 0,016 eV près et une section efficace de capture pour les trous et pour les électrons inférieure à 10^-16 cm^2.The first type of electric traps have an activation energy of 0.383 eV to within 0.008 eV and a capture cross section for holes and electrons of less than 10^-16 cm^2. The second type of electric traps have an activation energy of 0.428 eV to within 0.016 eV and a capture cross section for holes and electrons of less than 10^-16 cm^2.

Selon d’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l’invention, prises seules ou selon toute combinaison techniquement réalisable :

  • les pièges électriques du premier type présentent une section efficace de capture pour les trous de 1,7 10^-17 à 0,1 10^-17 près et une section efficace de capture pour les électrons de 5,4 10^-17 à 0,2^10^-17 près ;
  • les pièges électriques du deuxième type présentent une section efficace de capture pour les électrons de 1,8 10^-17 à 1,1^10^-17 près et une section efficace de capture pour les trous de 5,7 10^-17 à 3,7 10^-18 près ;
  • la couche de piégeage est dépourvue des pièges électriques d’un troisième type, les pièges électriques du troisième type présentant une énergie d’activation de 0,485 eV à 0,015eV près et une section efficace de capture pour les trous et pour les électrons supérieure à 10^-16 cm^2 ;
  • les pièges électriques du troisième type présentent une section efficace de capture pour les électrons de 1,0 10^-15 à 0,1 10^-15 près et une section efficace de capture pour les trous de 3,3 10^-16 à 0,2 10^-16 près ;
  • la couche de piégeage comprend en outre des pièges électriques d’un quatrième type et d’un cinquième type, les pièges électriques du quatrième type présentant une énergie d’activation de 0,392 eV à 0,018 eV près et une section efficace de capture pour les trous et pour les électrons inférieure à 10^-16 cm^2, les pièges électriques du cinquième type présentant une énergie d’activation de 0,371 eV à 0,025 eV près et une section efficace de capture pour les trous et pour les électrons inférieure à 10^-16 cm^2 ;
  • les pièges électriques du quatrième type présentent une section efficace de capture pour les électrons de 3,8 10^-17 à 0,3 10^-17 près et une section efficace de capture pour les trous de 1,2 10^-17 à 0,1 10^-17 près ;
  • les pièges électriques du cinquième type présentent une section efficace de capture pour les électrons de 6,9 10^-17 à 0,7 10^-17 près et une section efficace de capture pour les trous de 2,2 10^-17 à 0,2 10^-17 près ;
  • la couche de piégeage est dépourvue de pièges électriques d’un sixième type et d’un septième type, les pièges électriques du sixième type présentant une énergie d’activation de 0,474 eV à 0,032 eV près et une section efficace de capture pour les trous supérieure à 10^-16 cm^2, les pièges électriques du septième type présentant une énergie d’activation de 0,416 eV à 0,017 eV près et une section efficace de capture pour les trous supérieure à 10^-16 cm^2 ;
  • les pièges électriques du sixième type présentent une section efficace de capture pour les trous de 5,2 10^-16 à 0,5 10^-16 près ;
  • les pièges électriques du septième type présentent une section efficace de capture pour les trous de 1,7 10^-16 à 0,1 10^-16 près.
According to other advantageous and non-limiting characteristics of the invention, taken alone or in any technically feasible combination:
  • electric traps of the first type have a capture cross section for holes of 1.7 10^-17 to within 0.1 10^-17 and a capture cross section for electrons of 5.4 10^-17 to within 0.2^10^-17;
  • electric traps of the second type have a capture cross section for electrons of 1.8 10^-17 to within 1.1^10^-17 and a capture cross section for holes of 5.7 10^-17 to within 3.7 10^-18;
  • the trapping layer is devoid of electric traps of a third type, the electric traps of the third type having an activation energy of 0.485 eV to within 0.015 eV and a capture cross-section for holes and for electrons greater than 10^-16 cm^2;
  • electric traps of the third type have a capture cross section for electrons of 1.0 10^-15 to within 0.1 10^-15 and a capture cross section for holes of 3.3 10^-16 to within 0.2 10^-16;
  • the trapping layer further comprises electric traps of a fourth type and a fifth type, the electric traps of the fourth type having an activation energy of 0.392 eV to within 0.018 eV and a capture cross section for holes and for electrons of less than 10^-16 cm^2, the electric traps of the fifth type having an activation energy of 0.371 eV to within 0.025 eV and a capture cross section for holes and for electrons of less than 10^-16 cm^2;
  • electric traps of the fourth type have a capture cross section for electrons of 3.8 10^-17 to within 0.3 10^-17 and a capture cross section for holes of 1.2 10^-17 to within 0.1 10^-17;
  • electric traps of the fifth type have a capture cross section for electrons of 6.9 10^-17 to within 0.7 10^-17 and a capture cross section for holes of 2.2 10^-17 to within 0.2 10^-17;
  • the trapping layer is devoid of electric traps of a sixth type and a seventh type, the electric traps of the sixth type having an activation energy of 0.474 eV to within 0.032 eV and a capture cross section for holes greater than 10^-16 cm^2, the electric traps of the seventh type having an activation energy of 0.416 eV to within 0.017 eV and a capture cross section for holes greater than 10^-16 cm^2;
  • electric traps of the sixth type have an effective capture section for holes of 5.2 10^-16 to within 0.5 10^-16;
  • The seventh type of electric traps have a capture cross-section for holes of 1.7 10^-16 to within 0.1 10^-16.

Selon un autre aspect, l’objet de l’invention propose un procédé de sélection d’un support, le procédé comprenant:

  • Une étape de fourniture du support comprenant un substrat de base et une couche de piégeage en silicium polycristallin disposé sur le substrat de base, la couche de piégeage comportant des pièges électriques ;
  • Une étape de caractérisation comprenant la mesure d’une énergie d’activation et d’une section efficace de capture de trous et/ou d’électrons des pièges électriques de la couche de piégeage, l’étape de caractérisation comprenant également l’identification de différents types de pièges électriques présent dans la couche de piégeage ;
  • Une étape de sélection au cours de laquelle on sélectionne le support si la couche de piègeage présente des pièges électriques d’un premier type et d’un deuxième type, les pièges électriques du premier type présentant une énergie d’activation de 0,383 eV à 0,008 eV près et une section efficace de capture pour les trous et pour les électrons inférieure à 10^-16 cm^2, les pièges électriques du deuxième type présentant une énergie d’activation de 0,428 eV à 0,0160eV près et une section efficace de capture pour les trous et pour les électrons inférieure à 10^-16 cm^2.
According to another aspect, the subject matter of the invention provides a method for selecting a support, the method comprising:
  • A step of providing the support comprising a base substrate and a polycrystalline silicon trapping layer disposed on the base substrate, the trapping layer comprising electrical traps;
  • A characterization step comprising the measurement of an activation energy and a hole and/or electron capture cross section of the electrical traps of the trapping layer, the characterization step also comprising the identification of different types of electrical traps present in the trapping layer;
  • A selection step during which the support is selected if the trapping layer has electric traps of a first type and a second type, the electric traps of the first type having an activation energy of 0.383 eV to within 0.008 eV and a capture cross section for holes and for electrons of less than 10^-16 cm^2, the electric traps of the second type having an activation energy of 0.428 eV to within 0.0160 eV and a capture cross section for holes and for electrons of less than 10^-16 cm^2.

Selon d’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de cet aspect de l’invention, prises seules ou selon toute combinaison techniquement réalisable :

  • au cours de l’étape de sélection on sélectionne le support si la couche de piégeage est également dépourvue des pièges électriques d’un troisième type, les pièges électriques du troisième type présentant une énergie d’activation de 0,485 eV à 0,015 eV près et une section efficace de capture pour les trous et pour les électrons supérieure à 10^-16 cm^2 ;
  • au cours de l’étape de sélection on sélectionne le support si la couche de piégeage comporte également des pièges électriques d’un quatrième type et d’un cinquième type, les pièges électriques du quatrième type présentant une énergie d’activation de 0,392 eV à 0,018 eV près et une section efficace de capture pour les trous et pour les électrons inférieure à 10^-16 cm^2, les pièges électriques du cinquième type présentant une énergie d’activation de 0,371 eV à 0,025 eV près et une section efficace de capture pour les trous et pour les électrons inférieure à 10^-16 cm^2 ;
  • au cours de l’étape de sélection on sélectionne le support si la couche de piégeage est également dépourvue de pièges électriques d’un sixième type et d’un septième type, les pièges électriques du sixième type présentant une énergie d’activation de 0,474 eV à 0,032 eV près et une section efficace de capture pour les trous supérieure à 10^-16 cm^2, les pièges électriques du septième type présentant une énergie d’activation de 0,416 eV à 0,017 eV près et une section efficace de capture pour les trous supérieure à 10^-16 cm^2.
According to other advantageous and non-limiting characteristics of this aspect of the invention, taken alone or in any technically feasible combination:
  • during the selection step the support is selected if the trapping layer is also devoid of electric traps of a third type, the electric traps of the third type having an activation energy of 0.485 eV to within 0.015 eV and a capture cross-section for holes and for electrons greater than 10^-16 cm^2;
  • during the selection step the support is selected if the trapping layer also comprises electric traps of a fourth type and a fifth type, the electric traps of the fourth type having an activation energy of 0.392 eV to within 0.018 eV and a capture cross section for holes and for electrons of less than 10^-16 cm^2, the electric traps of the fifth type having an activation energy of 0.371 eV to within 0.025 eV and a capture cross section for holes and for electrons of less than 10^-16 cm^2;
  • during the selection step the support is selected if the trapping layer is also devoid of electric traps of a sixth type and of a seventh type, the electric traps of the sixth type having an activation energy of 0.474 eV to within 0.032 eV and a capture cross section for holes greater than 10^-16 cm^2, the electric traps of the seventh type having an activation energy of 0.416 eV to within 0.017 eV and a capture cross section for holes greater than 10^-16 cm^2.

 BREVE DESCRIPTION DES FIGURESBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée de l’invention qui va suivre en référence aux figures annexées sur lesquels :Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the detailed description of the invention which follows with reference to the appended figures in which:

Les figures 1 et 2 présentent sept types de pièges électriques (T1 à T7) présents dans des couches de piégeage en silicium polycristallin ;Figures 1 and 2 show seven types of electrical traps (T1 to T7) present in polycrystalline silicon trapping layers;

La représente un support conforme à l’invention ;There represents a support in accordance with the invention;

La représente un substrat composite employant un support conforme à l’invention.There represents a composite substrate using a support in accordance with the invention.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTIONDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

En introduction, on rappelle que certains défauts introduits dans la maille cristalline d’un matériau semiconducteur peuvent être électriquement actifs et introduire des niveaux d’énergies dans la bande interdite de ce matériau. C’est notamment le cas des défauts intrinsèques de la maille cristalline : lacune, auto-interstitiels, antisite, dislocations, interfaces, joints de grain (pour un matériau polycristallin). As an introduction, we recall that certain defects introduced into the crystal lattice of a semiconductor material can be electrically active and introduce energy levels into the band gap of this material. This is particularly the case for intrinsic defects in the crystal lattice: vacancies, self-interstitials, antisites, dislocations, interfaces, grain boundaries (for a polycrystalline material).

Ces niveaux d’énergie sont appelés pièges électriques et la présence de ces pièges modifie les propriétés électriques du matériau semi-conducteur par la capture d’électrons ou de trous libres et/ou par l’émission d’électrons ou de trous piégés. En fonction du niveau d’énergie des pièges, c’est-à-dire de sa position dans la bande interdite, certaines probabilités de transition deviennent dominantes ce qui confère aux matériaux munis de tels pièges des caractéristiques particulières.These energy levels are called electrical traps and the presence of these traps modifies the electrical properties of the semiconductor material by capturing free electrons or holes and/or by emitting trapped electrons or holes. Depending on the energy level of the traps, i.e. its position in the band gap, certain transition probabilities become dominant, which gives materials with such traps particular characteristics.

Si le niveau d’énergie le situe entre l’énergie minimale de la bande de conduction et le milieu de la bande interdite, alors le piège aura plutôt tendance à agir comme un piège à électrons. La probabilité de réémission d’un électron par le piège va dépendre de son énergie d’activation, qui est l’énergie nécessaire pour surmonter la barrière de potentiel crée par le piège. Cette énergie est égale à la différence entre l’énergie minimale de la bande de conduction et le niveau d’énergie du piège. Similairement, si le niveau d’énergie situe un piège entre l’énergie maximale de la bande de valence et le milieu de la bande interdite alors le piège agira comme un piège à trou. L’énergie d’activation permettant la réémission de ce trou correspond à la différence entre le niveau d’énergie du piège et l’énergie maximale de la bande de valence.If the energy level is between the minimum energy of the conduction band and the middle of the band gap, then the trap will tend to act as an electron trap. The probability of an electron being re-emitted by the trap will depend on its activation energy, which is the energy required to overcome the potential barrier created by the trap. This energy is equal to the difference between the minimum energy of the conduction band and the energy level of the trap. Similarly, if the energy level is between the maximum energy of the valence band and the middle of the band gap, then the trap will act as a hole trap. The activation energy required to re-emit this hole is the difference between the energy level of the trap and the maximum energy of the valence band.

L’énergie d’activation d’un piège forme donc une caractéristique importante de ce piège. Outre ce niveau, un piège électrique peut être caractérisé par sa section efficace de capture (exprimé généralement en cm^2) de trous et/ou d’électrons. D’un point de vue physique cette section représente l’aire effective autour du piège qu’un porteur doit traverser pour pouvoir entre capturé. Les porteurs se déplacent de manière aléatoire dans le réseau cristallin du matériau, et ceux qui rentrent dans l’aire effective autour du piège sont suffisamment proches pour être capturés par ce dernier. Les valeurs physiquement admissibles d’une section efficace de capture peuvent varier entre 10^−18 et 10^−14 cm^2.The activation energy of a trap is therefore an important characteristic of this trap. In addition to this level, an electric trap can be characterized by its capture cross section (usually expressed in cm^2) of holes and/or electrons. From a physical point of view, this section represents the effective area around the trap that a carrier must cross to be able to be captured. Carriers move randomly in the crystal lattice of the material, and those that enter the effective area around the trap are close enough to be captured by it. The physically admissible values of a capture cross section can vary between 10^−18 and 10^−14 cm^2.

De nombreuse méthodes existent pour extraire les caractéristiques des pièges électriques présent dans un matériau. Le principe de base de ces méthodes est souvent le même, indépendamment du matériau à analyser, de la structure de test ou de la technique employée. Il consiste a perturber l’équilibre électrique du matériau en injectant (ou en enlevant) des porteurs. Cela peut être accompli par exemple en changeant brusquement la tension inverse d’une diode Schottky ou par illumination du matériau. On observe ensuite le retour à l’équilibre électrique du matériau pour différentes températures et/ou sous excitation optique. Le changement d’occupation dans les pièges est analysé par mesure du courant ou de la capacité (en fonction de la structure de test utilisée).Many methods exist to extract the characteristics of electrical traps present in a material. The basic principle of these methods is often the same, regardless of the material to be analyzed, the test structure or the technique used. It consists of disturbing the electrical equilibrium of the material by injecting (or removing) carriers. This can be accomplished, for example, by abruptly changing the reverse voltage of a Schottky diode or by illuminating the material. The return to electrical equilibrium of the material is then observed at different temperatures and/or under optical excitation. The change in occupancy in the traps is analyzed by measuring the current or capacitance (depending on the test structure used).

La spectroscopie thermique du transitoire de courant photo-induit (« Photo-Induced Current Transient Spectroscopy » dans son expression anglo-saxonne) est une technique bien connue qui est particulièrement efficace lorsqu’il s’agit de caractériser les pièges électriques présents dans une couche de piégeage en silicium polycristallin disposée sur un substrat de base. On pourra trouver un exposé détaillé de cette technique dans le document « Deep level spectroscopy in high resistivity materials » (Appl. Phys. Lett. 32, 821 (1978); doi: 10.1063/1.89929) ou dans le document “Characterization and Role of Deep Traps on the Radio Frequency Performances of High Resistivity Substrates” J. Appl. Phys. 7 June 2021; 129 (21): 215701. https:/doi.org/10.1063/5.0045306.Photo-Induced Current Transient Spectroscopy is a well-known technique that is particularly effective for characterizing the electrical traps present in a polycrystalline silicon trapping layer on a base substrate. A detailed discussion of this technique can be found in the paper “Deep level spectroscopy in high resistivity materials” (Appl. Phys. Lett. 32, 821 (1978); doi: 10.1063/1.89929) or in the paper “Characterization and Role of Deep Traps on the Radio Frequency Performances of High Resistivity Substrates” J.Appl. Phys. June 7, 2021; 129 (21): 215701. https:/doi.org/10.1063/5.0045306.

Selon cette technique, l'injection de porteurs est assurée par l'illumination de l'échantillon de matériau à analyser et les signatures des pièges (niveau d’activation et section efficace de capture) sont extraites d'un spectre construit à partir de la mesure du courant transitoire provenant des porteurs libérés thermiquement.According to this technique, the injection of carriers is ensured by the illumination of the sample of material to be analyzed and the signatures of the traps (activation level and capture cross section) are extracted from a spectrum constructed from the measurement of the transient current coming from the thermally released carriers.

Les inventeurs de la présente demande ont eu l’intuition que certains défauts de la maille cristalline d’une couche de piégeage en silicium polycristallin étaient plus robuste à la température que d’autres. Pour tenter de discriminer parmi tous les défauts possibles ceux résistant à la température et ceux qui ne le sont pas, ils ont identifié les types de pièges présents dans une grande variété de couche piégeage en silicium polycristallin, en mesurant leurs caractéristiques électriques, puis ont repéré les types de pièges associés à des couche de piégeage robustes à la température (peu susceptible de recristalliser entièrement) et ceux associés à des couches de piégeage peu robuste à la température (et donc susceptible de recristalliser entièrement). The inventors of the present application had the intuition that certain defects in the crystal lattice of a polycrystalline silicon trapping layer were more robust to temperature than others. In an attempt to discriminate among all possible defects those that were temperature-resistant and those that were not, they identified the types of traps present in a wide variety of polycrystalline silicon trapping layers, by measuring their electrical characteristics, then identified the types of traps associated with trapping layers that were robust to temperature (unlikely to recrystallize entirely) and those associated with trapping layers that were not very robust to temperature (and therefore likely to recrystallize entirely).

La demanderesse a notamment identifié sept types de pièges électriques dont nous faisons une description ci-dessous. Pour obtenir cette classification, la demanderesse a réalisé une série d’expérimentations conduisant à constituer une pluralité de supports en déposant des couches de silicium polycristallin (i.e. la couche de piégeage) sur des substrats de base, les couches étant réalisés selon des techniques et des paramètres de dépôts distincts. Les défauts présents dans la couche de piégeage de chaque support ont été caractérisés à l’aide de la technique de spectroscopie thermique du transitoire de courant photo-induit exposée ci-dessus, pour en déterminer l’énergie d’activation et la section efficace de capture d’électrons et/ou de trous, ce qui a permis d’identifier les différents types de pièges électriques. Les supports ont subit un traitement thermique à 1100°C pendant deux heures et la couche de piégeage a ensuite été observé pour déterminer si sa nature poly cristalline avait été préservée ou pas. The applicant has in particular identified seven types of electrical traps, which are described below. To obtain this classification, the applicant carried out a series of experiments leading to the formation of a plurality of supports by depositing layers of polycrystalline silicon (i.e. the trapping layer) on base substrates, the layers being produced using distinct deposition techniques and parameters. The defects present in the trapping layer of each support were characterized using the photo-induced current transient thermal spectroscopy technique set out above, to determine the activation energy and the electron and/or hole capture cross-section, which made it possible to identify the different types of electrical traps. The supports underwent a heat treatment at 1100°C for two hours and the trapping layer was then observed to determine whether its polycrystalline nature had been preserved or not.

Les types de pièges sont caractérisés par leurs énergie d’activation et par leurs sections efficaces. Dans certains cas, la méthode de caractérisation ne permet pas de déterminer si les pièges d’un type donné, sont des pièges à trous, des pièges à électrons ou des pièges mixtes. Pour ces types de pièges, ont défini donc deux caractéristiques de section efficace, l’un considérant qu’il s’agit d’un piège à trou et l’autre qu’il s’agit d’un piège à électron.Trap types are characterized by their activation energy and their cross sections. In some cases, the characterization method does not allow determining whether traps of a given type are hole traps, electron traps or mixed traps. For these types of traps, two cross section characteristics have been defined, one considering it to be a hole trap and the other considering it to be an electron trap.

Pièges de type 1Type 1 traps

Les pièges électriques du premier type qui se sont révélés robustes à la température présentent :

  • une énergie d’activation de 0,383 eV à 0,008 eV près.
  • une section efficace de capture pour les électrons de 5,4 10^-17 à 0,2^10^-17 près.
  • une section efficace de capture pour les trous de 1,7 10^-17 à 0,1 10^-17 près.
The first type of electric traps that have proven to be robust to temperature have:
  • an activation energy of 0.383 eV to within 0.008 eV.
  • a capture cross section for electrons of 5.4 10^-17 to within 0.2^10^-17.
  • a capture cross-section for holes of 1.7 10^-17 to within 0.1 10^-17.

Pièges de type 2Type 2 traps

Les pièges électriques du deuxième type qui se sont révélés robustes à la température présentent :

  • une énergie d’activation de 0,428 eV à 0,016 eV près.
  • une section efficace de capture pour les électrons de 1,8 10^-17 à 1,1^10^-17 près.
  • une section efficace de capture pour les trous de 5,7 10^-17 à 3,7 10^-18 près.
The second type of electric traps that have proven to be robust to temperature have:
  • an activation energy of 0.428 eV to within 0.016 eV.
  • a capture cross section for electrons of 1.8 10^-17 to within 1.1^10^-17.
  • a capture cross-section for holes of 5.7 10^-17 to within 3.7 10^-18.

Pièges de type 3Type 3 traps

Les pièges électriques du troisième type ne se retrouvent pas dans les couches de piégeage en silicium polycristallin qui se sont révélés robustes à la température. Ces pièges du troisième type présentent :

  • une énergie d’activation de 0,485 eV à 0,015eV près.
  • une section efficace de capture pour les électrons de 1,0 10^-15 à 0,1 10^-15 près.
  • une section efficace de capture pour les trous de 3,3 10^-16 à 0,2 10^-16 près.
The third type of electrical traps are not found in polycrystalline silicon trapping layers, which have proven to be robust to temperature. These third type of traps exhibit:
  • an activation energy of 0.485 eV to within 0.015 eV.
  • a capture cross section for electrons of 1.0 10^-15 to within 0.1 10^-15.
  • a capture cross-section for holes of 3.3 10^-16 to within 0.2 10^-16.

Pièges de type 4Type 4 traps

Les pièges électriques du quatrième type qui se sont révélés robustes à la température présentent :

  • une énergie d’activation de 0,392 eV à 0,018 eV près.
  • une section efficace de capture pour les électrons de 3,8 10^-17 à 0,3 10^-17 près.
  • une section efficace de capture pour les trous de 1,2 10^-17 à 0,1 10^-17 près.
The fourth type of electric traps that have proven to be robust to temperature have:
  • an activation energy of 0.392 eV to within 0.018 eV.
  • a capture cross section for electrons of 3.8 10^-17 to within 0.3 10^-17.
  • a capture cross-section for holes of 1.2 10^-17 to within 0.1 10^-17.

Pièges de type 5Type 5 traps

Les pièges électriques du cinquième type qui se sont révélés robustes à la température présentent :

  • une énergie d’activation de 0,371 eV à 0,025 eV près.
  • une section efficace de capture pour les électrons de 6,9 10^-17 à 0,7 10^-17 près.
  • une section efficace de capture pour les trous de 2,2 10^-17 à 0,2 10^-17 près.
The fifth type of electric traps that have proven to be robust to temperature have:
  • an activation energy of 0.371 eV to within 0.025 eV.
  • a capture cross section for electrons of 6.9 10^-17 to within 0.7 10^-17.
  • a capture cross-section for holes of 2.2 10^-17 to within 0.2 10^-17.

Pièges de type 6Type 6 traps

Les pièges électriques du sixième type ne se retrouvent pas dans les couches de piégeage en silicium polycristallin qui se sont révélés robustes à la température. Ces pièges du sixième type présentent :

  • une énergie d’activation de 0,474 eV à 0,032 eV près.
  • une section efficace de capture pour les trous de 5,2 10^-16 à 0,5 10^-16 près.
Sixth-type electric traps are not found in polycrystalline silicon trapping layers, which have proven to be robust to temperature. These sixth-type traps exhibit:
  • an activation energy of 0.474 eV to within 0.032 eV.
  • a capture cross-section for holes of 5.2 10^-16 to within 0.5 10^-16.

Pièges de type 7Type 7 traps

Les pièges électriques du septième type ne se retrouvent pas dans les couches de piégeage en silicium polycristallin qui se sont révélés robustes à la température. Ces pièges du sixième type présentent :

  • une énergie d’activation de 0,416 eV à 0,017 eV près.
  • une section efficace de capture pour les trous de 1,7 10^-16 à 0,1 10^-16 près.
Seventh-type electric traps are not found in polycrystalline silicon trapping layers, which have proven to be robust to temperature. These sixth-type traps exhibit:
  • an activation energy of 0.416 eV to within 0.017 eV.
  • a capture cross-section for holes of 1.7 10^-16 to within 0.1 10^-16.

On note qu’outre la nature des pièges, il est bien entendu important que la densité cumulée de l'ensemble des pièges soit suffisante pour que l’effet de piégeage soit présent. Il faut au moins une densité surfacique de 2.0 10^11 pièges.cm^-2, préférentiellement plus de 1.0 10^12 pièges.cm^-2, voire plus de 1.0 10^13 pièges.cm^-2. Pour une couche de de 1 µm d'épaisseur, cela donne respectivement 2.0 10^15, 2.0 10^16 16 et 2.0 10^17 pièges.cm^-3.It should be noted that, in addition to the nature of the traps, it is of course important that the cumulative density of all the traps is sufficient for the trapping effect to be present. At least a surface density of 2.0 10^11 traps.cm^-2 is required, preferably more than 1.0 10^12 traps.cm^-2, or even more than 1.0 10^13 traps.cm^-2. For a layer of 1 µm thickness, this gives respectively 2.0 10^15, 2.0 10^16 and 2.0 10^17 traps.cm^-3.

On a représenté sur la les sept types de pièges T1 à T7 selon leur niveau d’énergie d’activation EA. On note qu’il n’est pas possible de discriminer les types de pièges qui sont présent dans les couches de piégeage robustes des pièges présent dans les couches de piégeage non robustes à partir de ce niveau d’énergie d’activation seulement, et que la caractérisation complète (comprenant la valeur de la section efficace de capture) est nécessaire pour cela. Cela est rendu apparent sur la sur laquelle on remarque que la section efficace de capture pour les trous et pour les électrons est inférieure à 10^-16 cm^2 pour tous les types de pièges que l’on retrouve dans une couche de piégeage robuste, et supérieure à cette limite de 10^-16 cm^2 dans le cas contraire.It has been represented on the the seven types of traps T1 to T7 according to their activation energy level EA. It is noted that it is not possible to discriminate the types of traps that are present in robust trapping layers from traps present in non-robust trapping layers from this activation energy level alone, and that complete characterization (including the value of the capture cross section) is necessary for this. This is made apparent on the on which we note that the capture cross-section for holes and for electrons is less than 10^-16 cm^2 for all types of traps found in a robust trapping layer, and greater than this limit of 10^-16 cm^2 in the opposite case.

Aussi, et selon l’invention, un support 1 formé d’un substrat de base 2 et d’une couche de piégeage 3a, destiné à la réalisation d’un substrat composite, est constitué d’une couche de piégeage 3a présentant des pièges électriques du premier type et du deuxième type. Avantageusement, la couche de piégeage 3a est dépourvue de pièges électriques du troisième type. Plus avantageusement, la couche de piégeage 3a comprend en outre des pièges électriques du quatrième type et du cinquième type, et elle est dépourvue des pièges électriques du sixième type et du septième type.Also, and according to the invention, a support 1 formed from a base substrate 2 and a trapping layer 3a, intended for the production of a composite substrate, is constituted by a trapping layer 3a having electrical traps of the first type and of the second type. Advantageously, the trapping layer 3a is devoid of electrical traps of the third type. More advantageously, the trapping layer 3a further comprises electrical traps of the fourth type and of the fifth type, and it is devoid of electrical traps of the sixth type and of the seventh type.

La représente ainsi un support 1 conforme à l’un des modes de mise en œuvre. Ce support 1 est destiné à recevoir, par une technique de transfert de couche, une couche mince cristalline pour former un substrat composite S, représenté sur la . D’une manière très générale, le support 1 comprend, disposée sur un substrat de base 2, une couche de piégeage 3a en contact avec le substrat de base 2. On peut prévoir, comme cela est représenté sur la , une couche diélectrique 3b disposée sur et en contact avec la couche de piégeage 3a, mais cette couche diélectrique 3b est parfaitement optionnelle. Lorsqu’elle est présente, la couche diélectrique 3b présente une épaisseur typiquement comprise entre 10nm et 10 microns, essentiellement dictée par le besoin de l’application du substrat composite S que le support 1 est destiné à former. There thus represents a support 1 conforming to one of the implementation modes. This support 1 is intended to receive, by a layer transfer technique, a thin crystalline layer to form a composite substrate S, represented on the . In a very general manner, the support 1 comprises, arranged on a base substrate 2, a trapping layer 3a in contact with the base substrate 2. It is possible to provide, as shown in the , a dielectric layer 3b arranged on and in contact with the trapping layer 3a, but this dielectric layer 3b is perfectly optional. When it is present, the dielectric layer 3b has a thickness typically between 10nm and 10 microns, essentially dictated by the need of the application of the composite substrate S that the support 1 is intended to form.

De manière conventionnelle, le support 1 peut se présenter sous la forme d'une plaquette circulaire dont le diamètre peut être de 100, 150 200, 300 voire même 450mm.Conventionally, the support 1 can be in the form of a circular plate whose diameter can be 100, 150, 200, 300 or even 450 mm.

Le substrat de base 2 du support 1 sur lequel repose la couche de piégeage 3a présente typiquement une épaisseur de plusieurs centaines de micromètres. Préférentiellement, le substrat de base 2 présente une résistivité élevée, supérieure à 1000 ohms centimètres, et plus préférentiellement encore, supérieure à 2000 ohms centimètres. On limite de la sorte la densité des charges, trous ou électrons, qui sont susceptibles de se déplacer dans le substrat de base 2. Mais l’invention n’est pas limitée à un substrat de base 2 présentant une telle résistivité, et elle procure également des avantages de performance RF lorsque le substrat de base 2 présente une résistivité plus conforme, de l’ordre de quelques centaines d’ohms centimètres, par exemple inférieur à 1000 ohm.cm, ou à 500 ohm.cm voire même à 10 ohm.cm. The base substrate 2 of the support 1 on which the trapping layer 3a rests typically has a thickness of several hundred micrometers. Preferably, the base substrate 2 has a high resistivity, greater than 1000 ohm centimeters, and even more preferably, greater than 2000 ohm centimeters. This limits the density of charges, holes or electrons, which are likely to move in the base substrate 2. However, the invention is not limited to a base substrate 2 having such a resistivity, and it also provides RF performance advantages when the base substrate 2 has a more conformal resistivity, of the order of a few hundred ohm centimeters, for example less than 1000 ohm.cm, or 500 ohm.cm or even 10 ohm.cm.

Pour des raisons de disponibilité et de coût, le substrat de base 2 est préférentiellement en silicium monocristallin. Le substrat de base 2 peut alternativement être formé d'un autre matériau : il peut s'agir par exemple de saphir, de verre, de quartz, de carbure de silicium, de germanium, de nitrure de gallium, de phosphure d’indium… Dans certaines circonstances, et notamment lorsque la couche de piégeage 3a présente une épaisseur suffisante, par exemple supérieur à 10 micromètres, le substrat de base 2a peut présenter une résistivité standard, inférieure à 1 kohm.cm.For reasons of availability and cost, the base substrate 2 is preferably made of monocrystalline silicon. The base substrate 2 may alternatively be formed of another material: it may be, for example, sapphire, glass, quartz, silicon carbide, germanium, gallium nitride, indium phosphide, etc. In certain circumstances, and in particular when the trapping layer 3a has a sufficient thickness, for example greater than 10 micrometers, the base substrate 2a may have a standard resistivity, less than 1 kohm.cm.

Afin de chercher à préserver les propriétés de la couche de piégeage 3a au cours des traitements thermiques que peut subir le support 1, on peut éventuellement prévoir une couche amorphe, en dioxyde de silicium par exemple, directement intercalée entre le substrat de base 2 et la couche de piégeage 3a. Lorsque le substrat de base 2 est en silicium, cette couche amorphe peut être une couche d’oxyde natif présent à la surface de ce substrat ou formée intentionnellement par oxydation chimique ou thermique du substrat de base. Mais la couche de piégeage 3a conforme à la présente description est particulièrement stable avec la température, et la présence de la couche amorphe est parfaitement optionnelle. In order to seek to preserve the properties of the trapping layer 3a during the heat treatments that the support 1 may undergo, it is possible to provide an amorphous layer, made of silicon dioxide for example, directly intercalated between the base substrate 2 and the trapping layer 3a. When the base substrate 2 is made of silicon, this amorphous layer may be a native oxide layer present on the surface of this substrate or intentionally formed by chemical or thermal oxidation of the base substrate. But the trapping layer 3a in accordance with the present description is particularly stable with temperature, and the presence of the amorphous layer is perfectly optional.

La couche de piégeage 3a peut présenter une épaisseur comprise entre 10 nm et 50 micromètres. Préférentiellement, cette épaisseur est inférieure à 2 microns, voire même à 1 micron, pour limiter la quantité de matière, et les éventuelles contraintes que cette couche peut appliquer au support 1, et qui pourraient le déformer. Mais cette gamme d’épaisseur avantageuse n’est nullement limitative, et on pourra choisir de former une couche de piégeage 3a de toute épaisseur qui convient, selon les besoins de l’application visée.The trapping layer 3a may have a thickness of between 10 nm and 50 micrometers. Preferably, this thickness is less than 2 microns, or even 1 micron, to limit the quantity of material, and the possible constraints that this layer can apply to the support 1, and which could deform it. But this advantageous thickness range is in no way limiting, and it will be possible to choose to form a trapping layer 3a of any suitable thickness, depending on the needs of the intended application.

Selon un autre aspect, l’invention concerne un procédé de sélection d’un support. Ce procédé comprend une première étape de fourniture d’un support comprenant un substrat de base et une couche de piégeage 3a en silicium polycristallin disposé sur le substrat de base. According to another aspect, the invention relates to a method for selecting a support. This method comprises a first step of providing a support comprising a base substrate and a polycrystalline silicon trapping layer 3a disposed on the base substrate.

Cette étape de fourniture consiste à former, par tout moyen connu en soi, la couche de piégeage 3a. Il peut ainsi s’agir d’un dépôt du type HTCVD (acronyme de l’expression anglo-saxonne « High Temperature Chemical Vapor Deposition » ou dépôt chimique en phase vapeur assisté à haute température) ou encore du type PECVD (acronyme de l’expression anglo-saxonne « Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition » ou dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma). Il peut également s’agir d’un dépôt LPCVD (acronyme de l’expression anglo-saxonne « Low Pressure Chemical Vapor Deposition » ou dépôt chimique en phase vapeur à pression sous atmosphérique). Ces dépôts peuvent être réalisés à partir de tout gaz précurseur de silicium qui convient, tel que du silane, du dichlorosilane, du trichlorosilane ou du TEOS (orthosilicate de tétraéthyle). Dans tous les cas, la couche de piégeage 3a comporte des pièges électriques qui peuvent être d’une variété de types. This supply step consists of forming, by any means known per se, the trapping layer 3a. This can thus be a deposit of the HTCVD type (acronym for the English expression “High Temperature Chemical Vapor Deposition” or chemical vapor deposition assisted at high temperature) or of the PECVD type (acronym for the English expression “Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition” or chemical vapor deposition assisted by plasma). It can also be a deposit of the LPCVD type (acronym for the English expression “Low Pressure Chemical Vapor Deposition” or chemical vapor deposition at subatmospheric pressure). These deposits can be made from any suitable silicon precursor gas, such as silane, dichlorosilane, trichlorosilane or TEOS (tetraethyl orthosilicate). In any case, trapping layer 3a has electric traps which can be of a variety of types.

Les expérimentations menées ont montré qu’une même technique de dépôt, mais déployant des précurseurs de nature différentes (par exemple dichlorosilane et trichlorosilane) conduisait à former des couches de piégeage présentant des niveaux de performance différents. L’analyse des pièges présents dans ces couches a montré que ceux-ci était bien distincts d’une couche à l’autre, ce qui confirme l’intérêt d’une méthode de caractérisation conforme à l’invention. The experiments carried out showed that the same deposition technique, but using precursors of different nature (for example dichlorosilane and trichlorosilane) led to the formation of trapping layers with different performance levels. Analysis of the traps present in these layers showed that they were very distinct from one layer to another, which confirms the interest of a characterization method in accordance with the invention.

Dans une étape suivante du procédé qui fait l’objet à la présente description, on met en œuvre une étape de caractérisation de la couche de piégeage 3a. Cette étape comprend la mesure de l’énergie d’activation et de la section efficace de capture de trous et/ou d’électrons des pièges électriques de la couche de piégeage. In a following step of the method which is the subject of the present description, a step of characterizing the trapping layer 3a is implemented. This step comprises the measurement of the activation energy and the hole and/or electron capture cross-section of the electrical traps of the trapping layer.

Cette étape de caractérisation comprend également l’identification de différents types de pièges électriques présent dans la couche de piégeage, et notamment des types T1 à T7 dont on a fait la description dans une section précédente. This characterization step also includes the identification of different types of electric traps present in the trapping layer, and in particular types T1 to T7 which were described in a previous section.

Enfin, le procédé comprend une étape de sélection du support 1 au cours de laquelle ce support 1 est sélectionné si la couche de piégeage 3a présente des pièges électriques du premier type et du deuxième type. Finally, the method comprises a step of selecting the support 1 during which this support 1 is selected if the trapping layer 3a has electric traps of the first type and of the second type.

Avantageusement, on ne retient, au cours de cette étape de sélection, un support 1 uniquement si la couche de piégeage 3a est dépourvue de pièges électriques du troisième type. Plus avantageusement encore, on ne retient un support uniquement si la couche de piégeage 3a comprend en outre des pièges électriques du quatrième type et du cinquième type, et si elle est dépourvue de pièges électriques du sixième type et du septième type.Advantageously, during this selection step, a support 1 is retained only if the trapping layer 3a is devoid of electrical traps of the third type. Even more advantageously, a support is retained only if the trapping layer 3a further comprises electrical traps of the fourth type and the fifth type, and if it is devoid of electrical traps of the sixth type and the seventh type.

Un support 1 sélectionné peut être avantageusement exploité dans un procédé de transfert de couche visant à reporter sur la couche de piégeage de charge 3a ou sur une couche diélectrique 3b constituée sur cette couche 3a, un film mince 4 cristallin. Ce film peut notamment être constitué ou comprendre du silicium, du carbure de silicium, un matériau III-V ou piézoélectrique.A selected support 1 can be advantageously used in a layer transfer method aimed at transferring onto the charge trapping layer 3a or onto a dielectric layer 3b formed on this layer 3a, a crystalline thin film 4. This film can in particular be made of or comprise silicon, silicon carbide, a III-V or piezoelectric material.

Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de mise en œuvre décrits et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications.
Of course, the invention is not limited to the methods of implementation described and variant embodiments can be made without departing from the scope of the invention as defined by the claims.

Claims (15)

Support (1) pour un substrat composite (S), le support comprenant un substrat de base et une couche de piégeage (3a) en silicium polycristallin disposé sur le substrat de base (2), le support (1) étant caractérisé en ce que la couche de piégeage présente des pièges électriques d’un premier type et d’un deuxième type, les pièges électriques du premier type présentant une énergie d’activation de 0,383 eV à 0,008 eV près et une section efficace de capture pour les trous et pour les électrons inférieure à 10^-16 cm^2, les pièges électriques du deuxième type présentant une énergie d’activation de 0,428 eV à 0,016 eV près et une section efficace de capture pour les trous et pour les électrons inférieure à 10^-16 cm^2.Support (1) for a composite substrate (S), the support comprising a base substrate and a trapping layer (3a) made of polycrystalline silicon arranged on the base substrate (2), the support (1) being characterized in that the trapping layer has electrical traps of a first type and a second type, the electrical traps of the first type having an activation energy of 0.383 eV to within 0.008 eV and a capture cross section for holes and for electrons of less than 10^-16 cm^2, the electrical traps of the second type having an activation energy of 0.428 eV to within 0.016 eV and a capture cross section for holes and for electrons of less than 10^-16 cm^2. Support (1) selon la revendication précédente dans lequel les pièges électriques du premier type présentent une section efficace de capture pour les trous de 1,7 10^-17 à 0,1 10^-17 près et une section efficace de capture pour les électrons de 5,4 10^-17 à 0,2^10^-17 près.Support (1) according to the preceding claim in which the electrical traps of the first type have an effective capture section for holes of 1.7 10^-17 to within 0.1 10^-17 and an effective capture section for electrons of 5.4 10^-17 to within 0.2^10^-17. Support (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel les pièges électriques du deuxième type présentent une section efficace de capture pour les électrons de 1,8 10^-17 à 1,1 10^-17 près et une section efficace de capture pour les trous de 5,7 10^-17 à 3,7 10^-18 près.Support (1) according to one of the preceding claims in which the electrical traps of the second type have an effective capture section for electrons of 1.8 10^-17 to within 1.1 10^-17 and an effective capture section for holes of 5.7 10^-17 to within 3.7 10^-18. Support (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel la couche de piégeage est dépourvue des pièges électriques d’un troisième type, les pièges électriques du troisième type présentant une énergie d’activation de 0,485 eV à 0,015eV près et une section efficace de capture pour les trous et pour les électrons supérieure à 10^-16 cm^2.Support (1) according to one of the preceding claims in which the trapping layer is devoid of electrical traps of a third type, the electrical traps of the third type having an activation energy of 0.485 eV to within 0.015 eV and an effective capture section for holes and for electrons greater than 10^-16 cm^2. Support (1) selon la revendication précédente dans lequel les pièges électriques du troisième type présentent une section efficace de capture pour les électrons de 1,0 10^-15 à 0,1 10^-15 près et une section efficace de capture pour les trous de 3,3 10^-16 à 0,2 10^-16 près.Support (1) according to the preceding claim in which the electrical traps of the third type have an effective capture section for electrons of 1.0 10^-15 to within 0.1 10^-15 and an effective capture section for holes of 3.3 10^-16 to within 0.2 10^-16. Support (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel la couche de piégeage comprend en outre des pièges électriques d’un quatrième type et d’un cinquième type, les pièges électriques du quatrième type présentant une énergie d’activation de 0,392 eV à 0,018 eV près et une section efficace de capture pour les trous et pour les électrons inférieure à 10^-16 cm^2, les pièges électriques du cinquième type présentant une énergie d’activation de 0,371 eV à 0,025 eV près et une section efficace de capture pour les trous et pour les électrons inférieure à 10^-16 cm^2.Support (1) according to one of the preceding claims in which the trapping layer further comprises electrical traps of a fourth type and of a fifth type, the electrical traps of the fourth type having an activation energy of 0.392 eV to within 0.018 eV and a capture cross-section for holes and for electrons of less than 10^-16 cm^2, the electrical traps of the fifth type having an activation energy of 0.371 eV to within 0.025 eV and a capture cross-section for holes and for electrons of less than 10^-16 cm^2. Support (1) selon la revendication précédente dans lequel les pièges électriques du quatrième type présentent une section efficace de capture pour les électrons de 3,8 10^-17 à 0,3 10^-17 près et une section efficace de capture pour les trous de 1,2 10^-17 à 0,1 10^-17 près.Support (1) according to the preceding claim in which the electrical traps of the fourth type have an effective capture section for electrons of 3.8 10^-17 to within 0.3 10^-17 and an effective capture section for holes of 1.2 10^-17 to within 0.1 10^-17. Support (1) selon l’une des deux revendications précédentes dans lequel les pièges électriques du cinquième type présentent une section efficace de capture pour les électrons de 6,9 10^-17 à 0,7 10^-17 près et une section efficace de capture pour les trous de 2,2 10^-17 à 0,2 10^-17 près.Support (1) according to one of the two preceding claims in which the electrical traps of the fifth type have an effective capture section for electrons of 6.9 10^-17 to within 0.7 10^-17 and an effective capture section for holes of 2.2 10^-17 to within 0.2 10^-17. Support (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel la couche de piégeage est dépourvue de pièges électriques d’un sixième type et d’un septième type, les pièges électriques du sixième type présentant une énergie d’activation de 0,474 eV à 0,032 eV près et une section efficace de capture pour les trous supérieure à 10^-16 cm^2, les pièges électriques du septième type présentant une énergie d’activation de 0,416 eV à 0,017 eV près et une section efficace de capture pour les trous supérieure à 10^-16 cm^2.Support (1) according to one of the preceding claims in which the trapping layer is devoid of electric traps of a sixth type and of a seventh type, the electric traps of the sixth type having an activation energy of 0.474 eV to within 0.032 eV and a capture cross-section for holes greater than 10^-16 cm^2, the electric traps of the seventh type having an activation energy of 0.416 eV to within 0.017 eV and a capture cross-section for holes greater than 10^-16 cm^2. Support (1) selon la revendication précédente dans lequel les pièges électriques du sixième type présentent une section efficace de capture pour les trous de 5,2 10^-16 à 0,5 10^-16 près.Support (1) according to the preceding claim in which the electric traps of the sixth type have an effective capture section for the holes of 5.2 10^-16 to within 0.5 10^-16. Support (1) selon l’une des deux revendications précédentes dans lequel les pièges électriques du septième type présentent une section efficace de capture pour les trous de 1,7 10^-16 à 0,1 10^-16 près.Support (1) according to one of the two preceding claims in which the electric traps of the seventh type have an effective capture section for the holes of 1.7 10^-16 to within 0.1 10^-16. Procédé de sélection d’un support (1), le procédé comprenant:
  • Une étape de fourniture du support comprenant un substrat de base et une couche de piégeage (3a) en silicium polycristallin disposé sur le substrat de base, la couche de piégeage comportant des pièges électriques ;
  • Une étape de caractérisation comprenant la mesure d’une énergie d’activation et d’une section efficace de capture de trous et/ou d’électrons des pièges électriques de la couche de piégeage, l’étape de caractérisation comprenant également l’identification de différents types de pièges électriques présent dans la couche de piégeage ;
  • Une étape de sélection au cours de laquelle on sélectionne le support (1) si la couche de piègeage présente des pièges électriques d’un premier type et d’un deuxième type, les pièges électriques du premier type présentant une énergie d’activation de 0,383 eV à 0,008 eV près et une section efficace de capture pour les trous et pour les électrons inférieure à 10^-16 cm^2, les pièges électriques du deuxième type présentant une énergie d’activation de 0,428 eV à 0,016 eV près et une section efficace de capture pour les trous et pour les électrons inférieure à 10^-16 cm^2.
A method of selecting a support (1), the method comprising:
  • A step of providing the support comprising a base substrate and a trapping layer (3a) of polycrystalline silicon arranged on the base substrate, the trapping layer comprising electric traps;
  • A characterization step comprising the measurement of an activation energy and a hole and/or electron capture cross section of the electrical traps of the trapping layer, the characterization step also comprising the identification of different types of electrical traps present in the trapping layer;
  • A selection step during which the support (1) is selected if the trapping layer has electric traps of a first type and a second type, the electric traps of the first type having an activation energy of 0.383 eV to within 0.008 eV and a capture cross section for holes and for electrons of less than 10^-16 cm^2, the electric traps of the second type having an activation energy of 0.428 eV to within 0.016 eV and a capture cross section for holes and for electrons of less than 10^-16 cm^2.
Procédé de sélection selon la revendication 12 dans lequel au cours de l’étape de sélection on sélectionne le support (1) si la couche de piégeage est également dépourvue des pièges électriques d’un troisième type, les pièges électriques du troisième type présentant une énergie d’activation de 0,485 eV à 0,015eV près et une section efficace de capture pour les trous et pour les électrons supérieure à 10^-16 cm^2.Selection method according to claim 12, in which during the selection step the support (1) is selected if the trapping layer is also devoid of electrical traps of a third type, the electrical traps of the third type having an activation energy of 0.485 eV to within 0.015 eV and an effective capture section for holes and for electrons greater than 10^-16 cm^2. Procédé de sélection selon l’une des revendications 12 à 13 dans lequel au cours de l’étape de sélection on sélectionne le support (1) si la couche de piégeage comporte également des pièges électriques d’un quatrième type et d’un cinquième type, les pièges électriques du quatrième type présentant une énergie d’activation de 0,392 eV à 0,018 eV près et une section efficace de capture pour les trous et pour les électrons inférieure à 10^-16 cm^2, les pièges électriques du cinquième type présentant une énergie d’activation de 0,371 eV à 0,025 eV près et une section efficace de capture pour les trous et pour les électrons inférieure à 10^-16 cm^2.Selection method according to one of claims 12 to 13 in which during the selection step the support (1) is selected if the trapping layer also comprises electric traps of a fourth type and a fifth type, the electric traps of the fourth type having an activation energy of 0.392 eV to within 0.018 eV and a capture cross-section for holes and for electrons less than 10^-16 cm^2, the electric traps of the fifth type having an activation energy of 0.371 eV to within 0.025 eV and a capture cross-section for holes and for electrons less than 10^-16 cm^2. Procédé de sélection selon l’une des revendications 12 à 14 dans lequel au cours de l’étape de sélection on sélectionne le support (1) si la couche de piégeage est également dépourvue de pièges électriques d’un sixième type et d’un septième type, les pièges électriques du sixième type présentant une énergie d’activation de 0,474 eV à 0,032 eV près et une section efficace de capture pour les trous supérieure à 10^-16 cm^2, les pièges électriques du septième type présentant une énergie d’activation de 0,416 eV à 0,017 eV près et une section efficace de capture pour les trous supérieure à 10^-16 cm^2.Selection method according to one of claims 12 to 14, in which during the selection step the support (1) is selected if the trapping layer is also devoid of electrical traps of a sixth type and of a seventh type, the electrical traps of the sixth type having an activation energy of 0.474 eV to within 0.032 eV and a capture cross-section for holes greater than 10^-16 cm^2, the electrical traps of the seventh type having an activation energy of 0.416 eV to within 0.017 eV and a capture cross-section for holes greater than 10^-16 cm^2.
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