Brevet FR2864338A1 — publié le 20050624

PROCEDE ET DISPOSITIF D'INSPECTION DE DEFAUTS DANS UN FILM MINCE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTERIEUR L'invention concerne l'observation de la qualité d'un film mince de matériau semi-conducteur, par exemple reporté par adhésion moléculaire sur un substrat support. Des trous ou des défauts peuvent être présents dans un tel film mince. Ces trous peuvent avoir pour origine des défauts de collage ou résulter du procédé de collage ou d'adhérence lui-même. Ils peuvent aussi provenir de la qualité de la matière première utilisée pour former le film, par exemple de défauts cristallins. Ils peuvent aussi se former lors d'étapes ultérieures, telles que des étapes de polissage mécano-20 chimique. Enfin, en guise de caractérisation finale, des trous peuvent être volontairement générés par attaque chimique lors de révélations de défauts cristallins (par exemple les défauts dits HF ). Il existe des techniques de caractérisation de surface permettant de mettre en évidence de tels défauts. Ces techniques, qui mettent en oeuvre la réflexion lumineuse des couches examinées, ou la diffusion d'un rayonnement par ces mêmes couches, ne sont pas toujours suffisantes à révéler tous les défauts. Il se pose donc le problème de trouver une nouvelle méthode de caractérisation des défauts d'une 5 couche mince reportée sur un substrat. Une telle méthode devrait être de préférence rapide et compatible avec un environnement de production. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention concerne un procédé de caractérisation de défauts dans une couche de matériau liée ou reliée à un substrat, ou de la périphérie de cette couche, comportant: - éclairer le substrat en face arrière à l'aide d'un rayonnement pour lequel il est au moins partiellement transparent et pour lequel la couche de matériau est opaque dans une portion exempte de défauts, - détecter le rayonnement transmis par la 20 couche et/ou par une zone voisine du bord de cette couche. Un tel procédé, qui met en oeuvre une étape de transmission d'un rayonnement, par exemple dans le domaine visible et/ou infra-rouge, peut être utilisé alternativement ou en complément aux procédés connus. Il est fait usage des propriétés d'absorption de la couche pour caractériser les défauts ou lacunes contenus dans celle-ci. Ce procédé est compatible avec une mise en 30 oeuvre rapide et industrielle. La couche de matériau peut être liée au substrat par collage ou par adhésion moléculaire. Le substrat peut en outre comporter une couche d'oxyde, par exemple une couche d'oxyde superficiel en contact avec la couche ou le film examiné. Selon un exemple de structure, la couche et le substrat forment une structure SOI. La couche peut être en Germanium ou en SiGe, le 10 substrat étant en Silicium ou en Silicium oxydé et/ou dopé. Une étape de comptage automatique des défauts visualisés ou mis en évidence peut en outre être prévue. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES - La figure 1 représente la mise en uvre d'un procédé selon l'invention. - la figure 2 représente une structure de type SOI, - les figures 3A et 3B représentent des étapes d'un procédé de réalisation d'une structure de type SOI, - la figure 4 est un exemple d'image obtenue en transmission à travers une couche de 25 matériau sur un substrat. DESCRIPTION DE MODES DE REALISATION DE L'INVENTION Un exemple de réalisation de l'invention est illustré sur la figure 1. Une couche ou un film mince de matériau semi-conducteur 2, par exemple d'épaisseur comprise entre 50 nm et 10 pm, est formée ou reportée sur un substrat 4. La liaison entre la couche 2 et le substrat 4 est par exemple une liaison par adhésion moléculaire. Le substrat 4 comporte en outre une face 8, dite face arrière, et vers laquelle est dirigé un rayonnement 10. Le substrat 4 est au moins partiellement transparent au rayonnement 10, tandis que la couche 2 l'absorbe au moins partiellement, ou même complètement, lorsqu'elle ne présente pas de défauts. Une caméra 14 permet de visualiser le rayonnement transmis par la surface extérieure 16 de la couche 2. Ce rayonnement transmis est atténué, partiellement ou totalement, par le matériau de la couche 2 dans les zones exemptes de défauts, tandis qu'il est transmis sans altération, ou avec une altération moindre, dans les zones de cette même couche qui présentent des défauts 20. Ceux-ci peuvent être débouchants ou non débouchants. L'invention permet également d'observer le rayonnement transmis dans les zones latérales 22 du film 2. Ces zones sont également appelées zones d'exclusion car elles correspondent à des zones de substrat 4 sur lesquelles il n'y a pas de matériau de la couche 2. Si le contour de la couche 2 est régulier, la lumière transmise formera un cercle ou un contour régulier sur la caméra. Par contre une irrégularité dans le contour se traduira par une irrégularité sur l'image formée sur la caméra. L'invention s'applique également à des structures composites du type film mince reporté sur substrat épais via une interface de collage, le film mince et le substrat étant de natures différentes, la différence pouvant provenir d'un dopage différent et/ou d'une nature cristalline différente. L'interface de collage ne fait que rajouter une absorption supplémentaire du rayonnement 10. En fait l'invention s'applique aussi à une structure SOI qui comporte typiquement, comme illustré sur la figure 2, une couche 12 de matériau semi-conducteur, dans laquelle peuvent ensuite être formés des composants proprement dits, par exemple des transistors, et sous laquelle est réalisée une couche 15 enterrée d'oxyde de silicium. Cette dernière constitue une isolation vis-à-vis des courants parasites et des charges provenant de particules ionisées. Elle permet aussi une bonne isolation de composants ou de transistors voisins réalisés dans la même couche 12 de semi-conducteur, et notamment une diminution sensible des capacités parasites entre eux. Elle repose elle-même sur un substrat 13 en silicium, qui joue le rôle de support mécanique. Typiquement, la couche superficielle 12 de silicium a par exemple une épaisseur d'environ 10 nm à 1000 nm ou plus, tandis que la couche d'oxyde 15 a une épaisseur pouvant par exemple varier entre 1 nm ou quelques nm et quelques centaines de nm (par exemple 400 nm ou 500 nm) ou plus. Cette couche 15 d'oxyde de silicium peut rajouter une absorption supplémentaire du rayonnement 10 incident, mais cette absorption va être assez négligeable, en particulier dans le cas de l'infra-rouge proche. Le principe de la méthode exposée ci-dessus reste donc applicable. Selon un exemple, le film mince 12 est en silicium ou en germanium ou en un composé de Germanium. Il peut aussi être composé d'un alliage SiGe, quelle que soit la teneur en Ge. Ce peut être un alliage à forte teneur en Ge, par exemple comprise entre 40 % et 99 % ou 100 %, collé par adhérence sur un substrat 13, par exemple en Silicium, qui peut être faiblement dopé et/ou oxydé (comme dans le cas de la figure 2). A titre d'exemple, le dopage peut être de type p, avec une résistivité comprise entre 14 et 22 ohms. Ces structures composites en film mince sont typiquement obtenues par l'application du procédé dit de fracture de substrat ( Smart Cut ) tel que décrit dans le document FR 2 681 472 ou des technologies de type BESOI, ou Eltran. Un exemple d'un tel procédé est donné ci-dessous en liaison avec les figures 3A et 3B. Les structures obtenues sont dénommées Geai (Germanium sur Isolant), SGOI (SiGe sur Isolant). Dans tous les cas la structure ainsi obtenue peut être éclairée en face arrière du substrat 4 ou 13, par une lumière blanche polychromatique. Dans le cas d'un substrat de silicium, la fenêtre de transparence de ce matériau se situe dans un domaine spectral au-delà de 1 pm, donc dans le proche Infra-rouge (IR). Cependant, dans le cas d'un film 2 ou 12 de Germanium, celui-ci est opaque à ces radiations IR qui sont transmises par le Silicium. Ainsi, si une caméra, dont la fenêtre spectrale est au moins partiellement dans le proche infrarouge, est placée, comme la caméra 14, au-dessus du substrat, l'image obtenue comporte les caractéristiques suivantes. Toute surface couverte par le film 2 ou 12, par exemple de Germanium, apparaît opaque. Par contre, toute zone non couverte par le report apparaît brillante car la lumière n'est pas stoppée, en particulier par le Germanium. Ces zones sont, d'une part, la zone latérale d'exclusion 22, liée à l'étape de collage et, d'autre part, les zones 20 exemptes de report. Les causes de ce manque de report ont été évoquées précédemment. Ainsi un report de mauvaise qualité va présenter un certain nombre de points lumineux. Un bon report ou un report parfait va présenter une surface homogène et opaque. Dans le cas plus général où la structure examinée comporte un film et un substrat de natures différentes, on cherchera de préférence une longueur d'onde pour laquelle le substrat présente une absorption minimale et la couche mince 2 une absorption maximale dans les zones exemptes de défauts 20. Comme illustré sur la figure 1, la caméra 14 peut être reliée à des moyens 30 de mémorisation et/ou d'analyse d'images, par exemple un microordinateur programmé à cet effet, et/ou à des moyens 32 de visualisation. Des moyens 30 d'analyse peuvent aussi mettre en oeuvre un programme de comptage des défauts sur chacune des images. Un opérateur peut ainsi examiner un 5 assemblage d'une couche 2 et d'un substrat 4 provenant d'une unité de production. L'invention permet donc une caractérisation de trous ou de défauts, même de faibles dimensions, dans une couche ou un film de matériau. Il est possible d'examiner, sur une seule image, une plaque entière de semi-conducteur, de diamètre 200 mm ou 300 mm. Il est également possible d'effectuer un agrandissement d'une partie d'une zone de la couche 2, par exemple en approchant la caméra 14 au voisinage de cette zone ou en couplant la caméra avec un microscope optique. Dans ce cas, il est possible de mettre en oeuvre des techniques de comptage automatique de défauts microscopiques. Il peut alors être favorable de procéder à ces révélations chimiques des défauts avant observation, par exemple par des traitements de type SECCO, Schimmel, HF ou autre chimie. L'observation peut être réalisée après l'étape de report du film 2 ou 12 sur le substrat 4 ou 25 13 et avant un éventuel traitement ultérieur. Les figures 3A et 3B représentent schématiquement un mode de réalisation d'un dispositif ou composant SOI pouvant être examiné par un procédé selon l'invention. Dans un premier substrat 40 semi-conducteur (on prendra l'exemple du silicium) est réalisée une couche isolante (on prendra l'exemple de l'oxyde de silicium SiO2) 42 d' épaisseur typiquement de l'ordre de quelques centaines de nm, par exemple comprise entre 100 nm et 500 nm. Cette épaisseur peut aussi atteindre quelques dizaines de milliers de nm et être donc comprise, par exemple, entre 100nm et 5000 nm. Différentes techniques peuvent être mises en oeuvre pour la réalisation de cette zone isolante, par exemple oydation thermique et/ou dépôt. Dans un deuxième substrat semi-conducteur 44 est réalisée une implantation atomique ou ionique, formant une mince couche 46 qui s'étend sensiblement parallèlement à une surface 45 du substrat 44. En fait est ainsi formée une couche ou un plan de fragilisation ou de fracture délimitant dans le volume du substrat 44 une région inférieure 48 destinée à constituer un film mince et une région supérieure 49 constituant la masse du substrat 44. Cette implantation est en général une implantation d'hydrogène, mais peut être aussi faite à l'aide d'autres espèces, ou encore avec une coimplantation H/He. Les deux substrats 40 et 44 ainsi préparés sont ensuite assemblés par une technique de type "wafer bonding" ou par contact de type adhérent par exemple ou par collage. On pourra se reporter, en ce qui concerne ces techniques, à l'ouvrage de Q.Y. Tong et U. Gosele Semiconductor Wafer Bonding (Science and Technology), Wiley Interscience Publications. Une partie du substrat 44 est ensuite détachée par un traitement permettant de provoquer une fracture le long du plan de fragilisation 46. Un exemple de cette technique est décrit dans l'article de A.J. AubertonHervé et al. Why can Smart-Cut change the future of microelectronics ? paru dans International Journal of High Speed Electronics and Systems, Vol. 10, N .l (2000), p. 131-146. La formation d'un plan de fragilisation peut être obtenue par d'autres méthodes que par l'implantation d'ions. Ainsi, il est aussi possible de réaliser une couche de silicium poreux, comme décrit dans l'article de K. Sataguchi et al. ELTRAN by Splitting Porous Si layers , Proceedings of the 9th International Symposium on Silicon-on-Insulator Tech. and Device, 99-3, The Electrochemical Soweby, Seattle, p. 117-121 (1999). L'invention permet d'examiner les caractéristiques du film 48 ainsi formé sur le substrat 40. Elle s'applique également aux substrats de type BSOI ou BESOI fabriqués par collage moléculaire de deux substrats, comme indiqué ci-dessus, dont un est ensuite aminci jusqu'à constituer une couche mince. La figure 4 est un exemple d'image obtenue par transmission à travers un film de Germanium sur un substrat Si/SiO2, structure similaire à celle décrite ci-dessus en liaison avec la figure 3B. Sur cette figure 4 on perçoit les zones claires qui témoignent des défauts dans le film de gremanium. On observe également des irrégularités dans le contour du film. B 14430.3 PM 11 REVENDICATIONS 1. Procédé de caractérisation de défauts dans une couche (2, 12) de matériau liée à un substrat (4, 13), ou à la périphérie de cette couche, comportant: - éclairer le substrat en face arrière à l'aide d'un rayonnement (10) pour lequel il est au moins partiellement transparent et pour lequel la couche de matériau est opaque dans une portion exempte de défauts, - détecter le rayonnement transmis par la couche et/ou par une zone voisine du bord de cette couche. 2. Procédé selon la revendication 1, la couche de matériau étant liée au substrat par collage ou par adhésion moléculaire. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, le substrat comportant une couche (15) d'oxyde. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, la couche et le substrat formant une structure 25 SOI. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, la couche ayant une épaisseur comprise entre 50 nm et 10 pm. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, la couche étant en Germanium ou en SiGe, le substrat étant en Silicium ou en Silicium oxydé et/ou dopé. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, le rayonnement avec lequel le substrat est éclairé étant un rayonnement infra-rouge ou une lumière blanche. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre une étape de comptage des défauts. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, la couche et le substrat formant une plaque de matériau semi-conducteur de diamètre 200 mm ou 300 mm.