Brevet FR2776125A1 — publié le 19990917

La présente invention concerne un procédé pour détacher des couches ou des systèmes de couches d'un substrat de support, puis les appliquer sur un support alternatif, L'invention concerne le domaine des semi- conducteurs et notamment un procédé pour détacher des couches ou des systèmes de couches d'un substrat de support ainsi que l'application suivante sur un support alternatif. Le décollement d'une couche ou d'un système de couches d'un substrat de support est connu dans l'état de la technique. Cela se fait par exemple par une dissolution chi- mique totale, par un amincissement mécanique ou mécano- chimique du substrat de support. La présente invention a pour but de développer un procédé permettant de détacher les couches ou les systèmes de couches d'un substrat de support conservant le substrat de support et permettant de continuer d'utiliser les couches ou les systèmes de couches sur d'autres substrats. Ce problème est résolu selon l'invention par un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que: a) par anodisation dans de l'acide fluorhydrique, on génère une couche de rupture de consigne poreuse, b) le cas échéant préalablement par dessus la couche de rup- ture de consigne,on génère une couche de stabilisation à faible porosité, c) par une brève mise en contact avec l'acide HF, on dissout l'oxyde de la couche ou de la couche, d) on applique une couche épitaxiale sur la couche, e) on détache la couche épitaxiale ou le système de couches par rapport au substrat de support, f) on applique la couche épitaxiale ou le système de couches sur un support alternatif et, g) le cas échéant, on détache la couche de stabilisation et/ou les restes de la couche de rupture de consigne de la couche épitaxiale. En créant une couche de rupture de consigne dans un système de couches, il est possible de détacher une partie de ce système de couches, de manière contrôlée par rapport au substrat de support. Comme substrat de support et comme matière pre- mière pour la couche de rupture de consigne et la couche de stabilisation, on utilise de préférence chaque fois Si SiC et/ou Ge à dopage p. Le silicium poreux et ainsi la couche de rupture de consigne poreuse de même que la couche d'appui à faible porosité sont réalisés par anodisation électrochimique d'un mélange d'acide fluorique et d'éthanol. Par exemple dans le cas de l'utilisation du silicium, on fait passer de manière connue le silicium Si dans la combinaison SiO2 que l'on fait alors réagir avec HF. La porosité des couches peut se régler en fonc- tion de la densité de l'intensité, du dopage et de la concen- tration de l'acide fluorhydrique. Comme la porosité définit la solidité mécanique et chimique de la couche, on peut ainsi la régler de manière optimale. On peut avoir une taille de pores dans une plage de quelques nm jusqu'à quelques 10 nm. De même, la porosité se règle dans une plage comprise entre environ 10 % jusqu'à plus de 90 %. De manière générale, en augmentant la densité du courant, en abaissant la concentration HF et en diminuant le dopage, on peut augmenter la porosité de la couche de sili- cium poreuse. L'augmentation des pores permet une attaque très rapide de la couche fortement poreuse et peut ainsi dis- soudre sélectivement jusqu'au substrat ou jusqu'à une couche à faible porosité. Grâce à la porosité élevée de la couche de rup- ture de consigne, on peut diminuer suffisamment la solidité mécanique pour permettre un soulèvement mécanique de la cou- che qui se trouve au-dessus de la couche fortement poreuse. La couche de rupture de consigne peut être for- mée: a) seulement d'une porosité, b) d'une succession de couches à porosités alternées ou, c) d'une porosité qui augmente et diminue en continu, c'est- à-dire présentant un gradient de porosité. Dans le cas a), le détachement se produit dans la couche de rupture de consigne ou dans les transitions abrup- tes entre la couche faiblement poreuse et celle fortement po- reuse. Dans le cas b), on crée plusieurs couches de rup- ture de consigne fortement poreuses avec des transitions abruptes de porosité au niveau desquelles la couche se dé- chire. Dans le cas c), par une augmentation et une dimi- nution continues de la porosité, on évite la rupture au ni- veau des transitions de porosité et on se limite ainsi à la partie fortement poreuse de la couche de rupture de consigne. Pour stabiliser la couche de rupture de consigne, on peut ainsi utiliser une couche complémentaire faiblement poreuse, c'est-à-dire la couche de stabilisation réalisée dans la même matière. Celle-ci s'obtient de préférence par anodisation en utilisant une faible densité de courant. Les systèmes de couches poreuses comportent, du fait de leur procédé de fabrication, une périosité de réseau, mais néanmoins il est avantageux d'avoir une couche de faible porosité pour une croissance de couches épitaxiales consécu- tives. Ainsi la couche de faible porosité peut non seulement participer à la stabilisation de l'ensemble du système de couches, mais créer ainsi pour une couche épitaxiale éven- tuellement adjacente, suffisamment de cellules de germination pour développer une couche épitaxiale de grande qualité. Selon un mode de réalisation préférentiel du pro- cédé de l'invention, on stabilise la couche de rupture de consigne par une oxydation seulement partielle. Cela présente l'avantage que la stabilité du sys- tème de couches pour des étapes de séparation suivantes né- cessaires pour appliquer la couche épitaxiale et les étapes de trempe suivantes nécessaires aux températures élevées sont ainsi augmentées. Avant l'application de la couche épi- taxiale, il faut ainsi un bref contact avec de l'acide fluor- hydrique HF pour dissoudre l'oxyde de la couche portant la couche épitaxiale. Ce contact doit être suffisamment bref pour d'une part dissoudre l'oxyde de la couche supérieure à faible porosité et celle-ci peut alors servir de couche de démarrage de développement épitaxial; par ailleurs, la cou- che de rupture de consigne poreuse, partiellement ou totale- ment oxydée, ne se détache pas totalement. Selon un autre mode de réalisation préférentiel, le procédé caractérisé en ce qu'après une oxydation par- tielle, on effectue une oxydation chimique par voie non hu- mide, puis une réaction avec de l'acide fluorhydrique HF gazeux avec le produit d'oxydation. L'avantage de ce mode de réalisation du procédé est qu'en séchant par exemple les couches de silicium forte- ment poreuses font que les forces de capillarité produites se développent suffisamment pour détruire les couches. Ce mode de réalisation de l'invention permet ainsi d'éviter le risque de rupture existant dans le procédé par voie humide. Les cou- ches poreuses fabriquées par anodisation restent stables même pendant le procédé de séchage et elles ne perdent leur stabi- lité ou solidité mécanique qu'au cours du traitement à la va- peur de HF, consécutive. Dans cette étape du procédé, la perte de solidité ou de stabilité est souhaitée pour que les couches à développement par exemple épitaxial puissent s'enlever mécaniquement. La perte de stabilité du silicium poreuse est une conséquence de la perte de volume et de l'augmentation de la surface superficielle interne du silicium. L'étape d'oxyda- tion produite dans ce mode de réalisation du procédé peut par exemple se faire par un stockage dans une atmosphère d'oxygène ou à l'air. La couche épitaxiale peut être appliquée par dé- pôt d'une couche amorphe provenant d'une phase gazeuse sur la couche de rupture de consigne ou encore la couche de stabili- sation ou encore par recristallisation consécutive de cette couche amorphe par trempe. Le dépôt de la couche amorphe à partir de la phase gazeuse se fait de manière connue par des techniques telles que le procédé PECVE (développement épitaxial à la va- peur chimique enrichie au plasma), MOVPE (croissance épi- taxiale en phase vapeur métal-composé organique par pulvérisation réactive ou non réactive ou encore PECVD (dépôt à la vapeur chimique enrichie au plasma). Le dépôt amorphe que l'on obtient tout d'abord est transformé en forme cristalline par trempe; la périodi- cité du réseau du système de couches qui est à la base cons- titue la couche de base pour la croissance épitaxiale. On peut recuire la couche développée avec l'ensemble du système de couches, c'est-à-dire y compris le substrat. Il est toutefois également possible de recuire la couche développée après le détachement mécanique. La couche de rupture de consigne existant conserve la couche de stabi- lisation poreuse monocristalline et ainsi les cellules de germination nécessaires à la recristallisation après le déta- chement. De plus, il est possible de recuire en partie avec ou en partie sans le substrat. Le détachement de la couche épitaxiale ou du sys- tème de couches peut se faire par voie chimique, par voie mé- canique ou par voie électrochimique. Le détachement par voie chimique du silicium par exemple poreux se fait de préférence avec KOH, NaOH, NH3 ou des mélanges d'acide fluorhydrique avec des agents oxydants tels que H202 ou HNO3. Pour stabiliser la couche à détacher, on peut lier le système de couches supérieures de manière anodique sur du verre ou de la matière plastique. Le pouvoir de déta- chement peut être accéléré par un traitement aux ultrasons. D'autres procédés de liaison ou de collage permettent de fixer le système de couches également sur des supports alter- natifs. En outre, on peut détacher par voie électrochimi- que. Ce détachement électrochimique n'est toutefois possible que si le système de couches complet, c'est-à-dire avec la couche épitaxiale est de nouveau attaqué par voie électrochi- mique dans de l'acide fluorhydrique. Normalement, l'acide fluorhydrique ne peut traverser la couche épitaxiale pour permettre une attaque électrochimique, si la couche épi- taxiale a été préalablement structurée avec des trous. Pour le détachement électrochimique, une très forte densité de courant conduit en fonction du dopage, de la concentration en acide HF et de l'épaisseur de la couche de rupture de consi- gne au détachement des couches poreuses ou non poreuses, structurées qui se trouvent au-dessus. Le procédé selon l'invention permet d'une manière extrêmement avantageuse de détacher des systèmes de couches par rapport au substrat de support d'origine et de l'appliquer sur des supports alternatifs tels du verre, de la matière plastique ou de la matière céramique ou de poursuivre le traitement Grâce au réemploi du substrat de support, on peut réaliser de manière simple des applications comme par exemple de l'électronique sur du verre ou de la matière plastique. Les solutions que l'on veut détacher par la cou- che de rupture de consigne peuvent également s'utiliser pour le nettoyage de la couche épitaxiale, c'est-à-dire pour enle- ver la couche de stabilisation et les résidus de la couche de rupture de consigne. Le but est dans ce cas la fabrication d'une couche épitaxiale propre, détachée. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: * la figure 1 montre de manière schématique un système de couches avant et après l'enlèvement de la couche de rupture de consigne, * la figure 2 montre schématiquement un autre système de cou- ches. Le substrat 1 porte la couche de rupture de con- signe 2 qui peut être recouverte selon un mode de réalisation particulier de l'invention par une couche de stabilisation 3. La couche de rupture de consigne 2 est formée d'une matière fortement poreuse; la couche de stabilisation 3 est formée d'une matière faible poreuse utilisant de préférence du sili- cium à dopage p. La couche de stabilisation 3 est également enle- vée avec des solutions d'attaque chimique décrites après l'enlèvement de la couche de rupture de consigne 2. La couche épitaxiale 4, développée se trouve sur la couche de rupture de consigne 2 ou la couche de stabilisa- tion 3. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Procédé pour détacher des couches ou des systèmes de cou- ches d'un substrat de support, puis les appliquer sur un sup- port alternatif, caractérisé en ce que a) par anodisation dans de l'acide fluorhydrique, on génère une couche de rupture de consigne poreuse (2), b) le cas échéant préalablement par dessus la couche de rup- ture de consigne (2), on génère une couche de stabilisa- tion (3) à faible porosité, c) par une brève mise en contact avec l'acide HF, on dissout l'oxyde de la couche (2) ou de la couche (3), d) on applique une couche épitaxiale (4) sur la couche (2) ou (3), e) on détache la couche épitaxiale (4) ou le système de cou- ches (3, 4) par rapport au substrat de support (1), f) on applique la couche épitaxiale (4) ou le système de cou- ches (3, 4) sur un support alternatif et, g) le cas échéant, on détache la couche de stabilisation (3) et/ou les restes de la couche de rupture de consigne (2) de la couche épitaxiale (4). 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que comme substrat de support (1) et matière première pour les couches (2, 3), on utilise chaque fois du Si, SiC et/ou Ge à dopage p. 3 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu' on règle la porosité des couches (2, 3) en fonction de la densité du courant, du dopage et de la concentration en acide fluorhydrique. 4 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la couche de rupture de consigne (2) est stabilisée par une oxydation seulement partielle. ) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu' après l'oxydation partielle, on effectue une réaction chimi- que par voie humide de l'acide HF à l'état gazeux avec le produit d'oxydation. 6 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la couche épitaxiale (4) est appliquée par dépôt d'une couche amorphe provenant de la phase gazeuse sur la couche de rup- ture de consigne (2) ou la couche de stabilisation (3), puis recristallisation de cette couche amorphe, consécutive par recuit. 7 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le détachement de la couche épitaxiale (4) ou du système de couches (3, 4) se fait par voie chimique, par voie mécanique ou par voie électrochimique. 8 ) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la dissolution par voie chimique se fait avec KOH, NaOH, NIH3 ou des mélanges d'acide fluorhydrique et d'agents d'oxydation.