Brevet FR2901914A1 — publié le 20071207

L'invention porte sur un procédé de caractérisation d'une couche en matériau cristallin ayant subi une implantation d'espèces atomiques légères, telles que de l'hydrogène et/ou de l'hélium, afin d'obtenir des renseignements sur l'état :structurel de cette couche. Plus précisément, l'invention concerne une méthode de mesure du désordre de paramètre de maille provoqué par cette implantation. L'implantation d'ions au sein de matériaux est une technique largement utilisée dans le domaine des semiconducteurs pour différentes applications. Cette technique permet en effet de doper localement les couches 10 semiconductrices lors de la fabrication des composants. Elle est également utilisée pour la fabrication de structures semiconducteurs-sur-isolant (SeOl) fabriquées selon la technologie Smart CutTM. Cette technologie inclut ainsi l'implantation dans un substrat cristallin pour y créer une zone de fragilisation à une profondeur déterminée. Un clivage 15 est alors opéré au niveau de cette zone de fragilisation, pour venir détacher la couche mince sus-jacente et la transférer sur un substrat récepteur (pour plus de précisions sur Smart CutTM, lire par exemple Silicon-On-Insulator Technology : Materials to VLSI, 2nd Edition de Jean-Pierre Colinge chez Kluwer Academic Publishers , p.50 et 51). 20 Par ailleurs, pour cette technologie, on choisit des espèces implantées qui sont légères, car les dommages dans la couche sont alors minimisés. Ces dommages ne sont pas toujours faciles à détecter. Des techniques de caractérisation de couches en vue de détecter ce type de dommages, créés par l'implantation, ont cependant déjà été explorées. 25 On connaît par exemple la microscopie électronique par transmission (MET) et la méthode de Rutherford backscattering (RBS). D'autres méthodes ont également été mises au point pour caractériser des doses d'espèces implantées dans le substrat ainsi que l'uniformité de l'implantation. Ainsi le brevet US 6 833 314 propose une étape d'acquisition et de traitement d'image d'un substrat implanté en vue d'un Smart CutTM Cette étude quantitative et qualitative de la zone de fragilisation permet le contrôle indirect des paramètres d'implantation (dose, énergie, uniformité, etc.) 5 et la calibration des équipements d'implantation. Cependant, ces techniques sont souvent destructrices, demandent une préparation assez complexe des échantillons, et nécessitent un contrôle précis des paramètres mis en jeu. Un objectif de l'invention est de fournir des informations sur la localisation 10 de la zone perturbée située en profondeur dans le substrat, l'importance de l'endommagement induit, sans devoir nécessairement employer des moyens destructeurs du matériau. Un autre objectif de l'invention est d'obtenir ce résultat, même si les espèces qui ont été implantées dans la couche sont des ions légers, laissant 15 donc une faible empreinte dans le matériau, et donc des dommages pas nécessairement faciles à détecter. Un autre objectif de l'invention est d'utiliser les résultats obtenus par la méthode selon l'invention pour contrôler indirectement les doses et énergies des ions implantés. 20 Afin notamment d'atteindre ces objectifs et d'éviter les problèmes précités, l'invention' propose, selon un premier aspect, un procédé de caractérisation d'une couche en matériau cristallin ayant subi une implantation d'hydrogène et/ou d'hélium, afin d'obtenir des renseignements sur l'état structurel de cette couche, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : 25 (a) réaliser une spectrométrie Raman de la couche à une longueur d'onde déterminée ; (b) qualifier et/ou quantifier une contrainte, une défectivité, ou un désordre structurel créé par l'implantation dans la couche, à partir de la comparaison d'au moins une caractéristique du spectre Raman obtenu avec un modèle de spectre, la au moins une caractéristique de spectre étant choisie parmi : largeur, position, forme d'un pic du spectre. D'autres caractéristiques optionnelles de ce procédé sont : - selon un premier mode de réalisation, l'étape (a) de spectrométrie Raman est mise en oeuvre de sorte à diminuer suffisamment du spectre Raman l'intensité du ou des pics principaux représentatifs du matériau cristallin de sorte à mettre en évidence au moins un pic secondaire décalé de 10 à 40 cm-1 par rapport au pic principal, et l'étape (b) est au moins en partie réalisée à partir de la comparaison d'au moins une des caractéristiques du pic secondaire avec un modèle qui correspond au même spectre sans ce pic secondaire ; - le décalage du pic secondaire, par rapport au pic principal, est compris entre 20 et 30 cm-1 ; - l'étape (b) comprend la qualification d'un désordre structurel créé par l'implantation, à partir de l'analyse de la position et de la largeur du pic 15 secondaire ; - le procédé comprend en outre une quantification du désordre structurel créé par l'implantation à partir de la mesure de l'intensité du pic secondaire ; - selon un deuxième mode de réalisation, l'étape (b) comprend les étapes suivantes : 20 ajuster un spectre théorique obtenu à partir du modèle de corrélation spatial de Richter et Coll. de sorte qu'il ait une largeur du (ou des) pic(s) principal(aux) sensiblement similaire(s) à celui (ceux) du spectre obtenu à l'issue de l'étape (a) ; - estimer la longueur de localisation L du spectre associée à l'implantation; 25 - à partir de L, obtenir une valeur moyenne de défectivité créée par l'implantation ; - selon un troisième mode de réalisation, l'étape (b) comprend les étapes suivantes : - ajuster un spectre théorique obtenu à partir du modèle de corrélation 30 spatial de Richter et Coll. de sorte qu'il ait une largeur du (ou des) pic(s) principal(aux) sensiblement similaire(s) à celui (ceux) du spectre obtenu à l'issue de l'étape (a) ; - calculer le décalage entre le(s) pic(s) principal(aux) du spectre théorique et le(s) pic(s) principal(aux) du spectre obtenu à l'issue de l'étape (a) ; - calculer la valeur moyenne de contrainte créée par l'implantation ; - de façon plus générale, la couche peut être en silicium ; - la couche peut être comprise dans une plaque constituée d'un matériau massif ; - la couche peut avoir subi une implantation avec une dose et une énergie se situant dans les gammes de dosage et d'énergie communément employées lorsqu'on souhaite former une zone de fragilisation à une profondeur déterminée dans la couche en vue d'un Smart CutTM Selon un deuxième aspect, l'invention propose un procédé de caractérisation dans l'épaisseur d'une couche en matériau cristallin ayant subi une implantation d'hydrogène et/ou d'hélium selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend successivement plusieurs étapes de caractérisation, chacune conforme au procédé de caractérisation selon l'une des revendications précédentes. D'autres caractéristiques optionnelles de ce procédé sont : - la spectrométrie Raman de chaque étape de caractérisation est réalisée à une longueur d'onde différente des longueurs d'onde des spectrométries Raman réalisées dans les autres étapes ; - le procédé comprend en outre, entre chaque étape de caractérisation, une étape de gravure de la couche sur une épaisseur déterminée. D'autres aspects, buts et avantages de l'invention seront d'avantage compris à la lecture de la description qui suit, non limitative, et illustrée par les figures suivantes : Les figures 1 à 6 représentent différentes étapes d'un procédé de caractérisation d'une couche selon l'invention. La figure 7 représente un dispositif de spectroscopie Raman (macro-Raman). La figure 8 est un graphique représentant la variation de longueurs de localisation estimées en fonction de la profondeur à laquelle une couche en silicium implantée est sondée par spectrométrie Raman, et ce pour différents paramètres d'implantation. La figure 9 est un graphique représentant la variation de la contrainte dans une couche en silicium implantée en fonction de la profondeur de sondage de cette couche, et ce pour différents paramètres d'implantation. La figure 10 représente un spectre Raman d'un Si (001) monocristallin massif. La figure 11 représente un spectre Raman d'un Si (001) monocristallin massif ayant subi une implantation d'hélium à 1016 at./cm2. La figure 12 représente cinq spectres Raman réalisés sur un substrat de Si (001) monocristallin massif ayant subi différents types d'implantation. La figure 13 est un graphique représentant la position du mode de défaut dans un spectre Raman pour différents dosages d'implantation, après que le mode du silicium à 521 cm-1 ait été minimisé. La figure 14 est un graphique représentant l'évolution de la position du mode de défaut dans un spectre Raman, en fonction de la profondeur à laquelle on a sondé par spectrométrie Raman un substrat implanté, et ce pour des paramètres d'implantation de ce substrat différents. La spectroscopie Raman consiste en la diffusion inélastique d'ondes optiques ipar la matière. Elle s'explique par l'interaction entre une vibration lumineuse (photons) provenant d'un laser et une onde mécanique liée aux vibrations des atomes (phonons). A cet effet, une onde incidente est émise (typiquement une onde laser) sur un échantillon et on récupère un spectre comportant les caractéristiques de la diffusion de cette onde par l'échantillon. Connaissant les caractéristiques fréquentielles de diffusion Raman du matériau constituant l'échantillon, il est alors possible, à partir du spectre Raman mesuré, d'obtenir des renseignements sur l'état structurel réel de cet échantillon, en identifiant les écarts entre la mesure et le modèle. La présente invention se propose d'utiliser la spectrométrie Raman pour quantifier et/ou qualifier des caractéristiques structurelles d'un substrat ayant subi une implantation d'espèces atomiques légères, telles que de l'hydrogène et/ou de l'hélium. Plus particulièrement, l'invention propose une méthode pour identifier et 10 évaluer l'impact direct de cette implantation sur la structure de la couche de substrat ayant subi cette implantation. La spectroscopie Raman a déjà été employée pour caractériser des structures ayant été implantées par des atomes plus lourds (arsenic, phosphore, bore, etc.), en utilisant des méthodes d'imagerie Raman sur 15 l'ensemble d'une surface implantée (US 2004/0004715) ou d'analyse plus fine du spectre ( Raman image study of flash-lamp annealing of ion-implanted silicon de K. Mizoguchi et Coll., J. Appl. Phys. 77(7), 1 er avril 1995). II s'est avéré que ces espèces ainsi implantées ont tellement perturbé la structure cristalline du matériau (ordre cristallin à longue distance), que celle-ci 20 est devenue amorphe ou proche de celle d'un amorphe (i.e. perte de l'ordre cristallin à longue distance). Les empreintes du spectre Raman qui ont ainsi été identifiées comme étant représentatives des dommages engendrés par de telles implantations sont similaires aux empreintes du même matériau, mais dans son état 25 amorphe. Le pic d'un spectre Raman associé à un matériau amorphe est très différent de celui du matériau dans son état monocristallin massif. Par exemple, dans le silicium amorphe, le pic principal est élargi (par rapport au cas du Si cristallin) et un pic secondaire apparaît, ce dernier se situant typiquement à plus 30 de 40 cm-1 en deçà du pic principal. En conséquence, les dommages engendrés par les implantations d'atomes lourds sont facilement identifiables dans le spectre Raman. La déposante va en revanche mettre en évidence que les dommages engendrés par des atomes légers, tels que l'hydrogène et/ou l'hélium, sont 5 beaucoup plus difficiles à détecter dans le spectre. En particulier, leur empreinte dans leur spectre diffère de celle du matériau amorphe, comme on le verra plus loin. D'autre part, la déposante proposera des méthodes pour connaître et quantifier les perturbations cristallines engendrées par l'implantation d'atomes 10 légers, à différentes épaisseurs dans le substrat. En référence à la figure 1, le substrat 1 sondé par spectrométrie Raman selon l'invention peut être un matériau massif ou une structure multicouche. Ce substrat 1 peut par exemple être en silicium massif, ou en une structure comprenant une ou plusieurs couches de silicium et une ou plusieurs 15 couches de SiGe. Dans tous les cas, la partie du substrat explorée par spectrométrie Raman selon l'invention est cristalline, préférentiellement monocristalline. Ce substrat 1 est implanté par des espèces légères, telles que de l'hydrogène ou de l'hélium. 20 L'implantation peut être mise en oeuvre au moyen d'un seul type d'espèce atomique (H ou He) ou au moyen de deux types d'espèces atomiques (H et He û on parle alors de co-implantation). Optionnellement, la dose et l'énergie choisies pour réaliser cette implantation se situent dans les gammes de dosage et d'énergie communément 25 employées lorsqu'on souhaite former une zone de fragilisation 2 à une profondeur déterminée dans le substrat en vue d'un Smart CutTM (voir plus haut pour explications). Typiquement pour l'implantation d'une seule espèce (H) la gamme d'énergie se situe entre 10keV et 250keV et la dose entre 5e16 et 2e17. En ce 30 qui concerne une co-implantation (H et He), les énergies typiques vont de 20 à 150keV pour des doses allant de 0.5e 15 à 2e16 pour chacune des espèces implantées. Le résultat en est la formation d'une couche 3 dans le substrat 1 délimitée d'une part par la zone de fragilisation 2 et d'autre part par la surface du substrat 1 qui a subi l'implantation. Une fois cette implantation réalisée, une étape de spectrométrie Raman est mise en oeuvre selon l'invention. En référence à la figure 7, est représenté un exemple de dispositif à spectroscopie Raman, non limitatif, utilisable pour mettre en oeuvre l'invention. Le dispositif comprend une source lumineuse 100 de type laser monochromatique, un polariseur 110 entre la source lumineuse 100 et le substrat 1. Il comprend en outre un analyseur 120 placé après le substrat 1 de sorte à récupérer le signal renvoyé par ce dernier (on verra que cet analyseur 120 pourra être exploité dans le cadre de l'invention pour appliquer les règles de sélection Raman). Après l'analyseur 120, un spectromètre 130 est prévu pour recevoir le rayon renvoyé par le substrat 1 afin de disperser spatialement le rayon diffusé en fonction des fréquences de diffusion et de supprimer la diffusion Rayleigh. Un détecteur 140 convertit ensuite l'information optique dispersée par le spectromètre 130, en signaux électriques (on pourra utiliser à cet effet une caméra CCD). Une unité centrale 150 reçoit ces informations, les stocke en mémoire et peut permettre en outre de stocker et mettre en oeuvre des programmes d'analyse de spectre. L'unité centrale 150 peut en outre communiquer des informations avec le spectromètre 130 et commander ce dernier. Le dispositif présenté ici est agencé pour travailler en rétrodiffusion. Cependant, d'autres agencements de dispositifs peuvent être utilisés. Le spectromètre 130 peut en outre comporter un filtre adapté pour éliminer la raie de réflexion et de Rayleigh. Le dispositif peut en outre comprendre, avant diffusion du rayon par le 30 substrat 1, un microscope, ainsi que d'autres outils ou instruments optiques... La longueur d'onde du rayon de la source lumineuse 100 est préférentiellement comprise dans la gamme allant de l'infrarouge à l'ultraviolet. On sait que la profondeur de pénétration du rayon incident dans le substrat 1 dépend de la longueur d'onde choisie et de son absorption par le substrat. Ainsi, plus la longueur d'onde est grande, plus la profondeur de pénétration est importante. Le tableau ci-dessous donne ainsi trois exemples dans le cas du silicium (à noter qu'on utilise dans deux cas un laser Krypton et dans un dernier cas un laser Argon) : Type du laser Longueur d'onde (nm) Profondeur sondée (nm) Krypton 406 52 413 66 Argon 458 622 En choisissant une longueur d'onde, on sélectionne donc la profondeur sur laquelle on va explorer le substrat 1. La figure 1A, montre un exemple de profondeur sondée en fonction de la longueur d'onde pour un substrat 1 en silicium préalablement implanté à une zone de fragilisation 2 ayant une profondeur de 270 nm environ. Nous verrons en outre plus loin que, en réalisant une succession de spectrométries Raman à différentes longueurs d'onde, on peut arriver à explorer la couche endommagée du substrat 1 dans son épaisseur. On peut ainsi déterminer un profil des défauts et/ou de contraintes engendrés dans une épaisseur du substrat 1, sans détériorer la plaque analysée. Une fois que l'unité centrale 170 a récupéré le spectre Raman, une analyse de celui-ci peut être lancée de sorte à qualifier et/ou quantifier une contrainte, une défectivité, ou un désordre structurel créé par l'implantation dans le substrat 1, à partir de la comparaison d'au moins une caractéristique du spectre Raman obtenu avec un modèle de spectre. La déposante a identifié deux modèles de spectre utilisables pour atteindre ces résultats. Dans un souci de simplification, nous limiterons l'illustration de ces modèles au cas d'un substrat 1 en silicium (001) massif monocristallin ayant 5 subi une implantation d'Hydrogène et/ou d'Hélium. II est à noter que le spectre Raman du silicium monocristallin massif comporte un pic principal situé aux alentours de 521cm-l. Modèle de Richter Des informations sur l'environnement local peuvent être déduites en 10 interprétant l'évolution du pic optique des phonons via l'application du modèle de corrélation spatial (encore connu sous les termes anglo-saxons Spatial Correlation Model ) de Richter et Coll. (lire Solid State Comm. 39, 625 (1981) de H. Richter, Z.P. Wang, L. Ley, pour plus de précisions). Ce modèle traduit la localisation des phonons par les défauts, en 15 introduisant un confinement du phonon (lié aux défauts) dans une cristallite de rayon L appelée longueur de localisation (ou de cohérence). Dans ce modèle, l'intensité Raman I(co) s'écrit : 1(w) C j C(q, ) 0 A(w, q,.) • q? dq,. (1) avec A(co,q,.) la lorentzienne donnant la forme du spectre Raman pour le 20 matériau monocristallin massif ; et C(q,.) exp(ùLZ q?) la transformée de Fourier de la fonction traduisant le 4 ao confinement des phonons. Physiquement, pour un matériau monocristallin massif, L est infini, et donc C(q,.) est non nul seulement lorsque qr est nul. 25 Avec ce modèle on retrouve les caractéristiques du silicium massif pour L=60nm. On retrouve alors le signal à 521 cm-' représenté par la lorentzienne A. En revanche, lorsqu'un matériau n'est pas un cristal parfait et comprend des défauts ou dommages, L prend une valeur finie, et donc C(q.~ est non nul également pour des valeurs de q,- non nulle. Des modes de vibration sont donc activés par les défauts. On obtient alors un élargissement et un décalage du pic Raman du silicium causé par le confinement des phonons par les défauts. Ces phénomènes sont liés à une localisation des phonons par les défauts, et sont donc corrélés à la diminution de L. Le seul paramètre ajustable de ce modèle est la longueur de localisation L. Une première étape va alors consister à modifier L de sorte à ajuster le spectre théorique du modèle de corrélation spatial selon la formule (1) pour qu'il ait une largeur du pic principal sensiblement similaire à celui du spectre mesuré. Par ailleurs, on réalise un spectre Raman sur le substrat 1 avant implantation, afin de déterminer ses caractéristiques et donc de donner les paramètres de la lorentzienne A. On prend ainsi en compte la largeur du pic suivant la longueur d'onde excitatrice et la résolution du spectromètre. En référence à la figure 8, un graphique représente en Y les différentes longueurs de localisation L (en nanomètre) estimées selon les quatre types d'implantation suivants, réalisés dans un substrat 1 massif en Si (001) monocristallin : - implantation d'Hydrogène à 1016 at./cm2 -implantation d'Hélium à 1016 at./cm2 - co-implantation d'Hydrogène à 1016 at./cm2et d'Hélium à 1016 at./cm2 - implantation d'Hélium à 5.1016 at. /cm2 Les énergies choisies pour les différentes implantations ont été ajustées de sorte à former une zone de fragilisation 2 située à environ 270 nm sous la surface du substrat 1. Sur l'axe X est représentée la profondeur de pénétration (en nanomètres) du rayon incident sous la surface du substrat 1. Deux rayons laser à 413 nm et 458 nm ont été envoyés incidemment sur le substrat 1 à deux moments distincts. Les profondeurs sondées sont ainsi respectivement de 66 nm et 622 nm environ. Comme le montre la figure 1A, la première profondeur correspond ainsi à un sondage d'une partie de la couche 3 et la deuxième profondeur correspond à un sondage de l'ensemble de la zone endommagée (2+3) ainsi que d'une partie du substrat support sous-jacent. Le paramètre L est représentatif de la quantité moyenne de défauts sur la 10 zone sondée. En effet, L caractérise la taille de la sphère dans laquelle les phonons sont localisés : plus L est petit, plus les phonons sont confinés et donc plus la défectivité moyenne augmente. Du graphique, on peut ainsi remarquer que l'Hélium provoque 15 sensiblement plus de défauts dans la couche que l'Hydrogène, pour un dosage identique. La défectivité est en effet de l'ordre de 25% plus importante pour l'Hélium que pour l'Hydrogène à 66 nm, et de l'ordre de 12 % à 622 nm. On peut en outre remarquer que l'augmentation du dosage de l'Hélium augmente également la défectivité. La défectivité est en effet de l'ordre de 11 % 20 plus importante à 66 nm, et de l'ordre de 22 % à 622 nm, lorsqu'on augmente le dosage d'Hélium de 1016 at./cm2 à 5.1016 at./cm2. Une fois que la valeur de L a été ajustée, le modèle de Richter fournit également une valeur du décalage du pic du silicium dû à un confinement des phonons, par rapport à 521 cm-1. 25 Ce décalage est cependant différent de celui obtenu expérimentalement. En effet, dans le spectre obtenu expérimentalement, le décalage résulte non seulement dudit confinement, mais aussi de la contrainte compressive introduite par l'implantation. Selon l'invention, est mis en oeuvre un calcul de la différence entre le décalage obtenu par le modèle de corrélation spatiale et le décalage expérimental. Le décalage dû uniquement à la contrainte est alors obtenu. La valeur moyenne de contrainte, sur la profondeur sondée, est alors calculée. En effet, si on considère que la quantité de défauts créés est assez faible pour qu'on considère que la déformation induite par l'implantation est élastique, on peut appliquer la relation liant le décalage Raman et la contrainte (Anastassakis et al., Phys. Rev. B 41, 7529 (1990)). En référence à la figure 9, un graphique présente la variation de contrainte selon les trois types d'implantation suivants, réalisés dans un substrat 1 massif en Si (001) monocristallin : - implantation d'Hydrogène à 1016 at./cm2 - implantation d'Hélium à 1016 at./cm2 - co-implantation d'Hydrogène à 1016 at./cm2et d'Hélium à 1016 at./cm2 Les énergies choisies pour les différentes implantations ont été ajustées de sorte à former une zone de fragilisation 2 située à environ 270 nm sous la surface du substrat 1. Sur l'axe X est représentée la profondeur de pénétration (en nanomètres) du rayon incident sous la surface du substrat 1. Deux rayons laser à 413 nm et 458 nm ont été envoyés incidemment sur le substrat 1 à deux moments distincts. Les profondeurs sondées sont ainsi respectivement de 66 nm et 622 nm environ. Comme le montre la figure 1A, la première profondeur correspond ainsi à un sondage d'une partie de la couche 3 et la deuxième profondeur correspond à un sondage de l'ensemble de la zone endommagée (2+3) ainsi que d'une partie du substrat support sous-jacent. Du graphique, on peut remarquer que l'Hélium contraint davantage la couche 3 ,que l'Hydrogène, pour un dosage identique. La contrainte est en effet de l'ordre de 60% plus importante pour l'Hélium que pour l'Hydrogène à 66 nm, et de l'ordre de 180 0/0 à 622 nm. Il est à remarquer que, si la co-implantation semble autant contraindre la couche 3 (à 66 nm) que l'implantation d'Hélium, en revanche, elle provoque davantage de contraintes sur l'ensemble de la zone défectueuse 2+3 (à 622 nm) û de l'ordre de 24 % plus important. On a vu qu'il était possible de sonder des profondeurs différentes du substrat 1 en utilisant différentes longueurs d'onde excitatrice. En faisant varier suffisamment la longueur d'onde, on peut ainsi avoir une idée de la répartition des défauts en profondeur. On peut savoir en particulier si le profil de défauts est large ou étroit. Pour obtenir un profil de défauts plus précis, l'invention propose également d'enlever de la surface implantée du substrat 1 une épaisseur déterminée de matière afin de se rapprocher de la zone de fragilisation 2. La technique employée peut être un polissage et/ou une gravure chimique par exemple. Cet enlèvement de matière peut être réalisé plusieurs fois, en intercalant entre chaque enlèvement de matière une étape de spectrométrie Raman. Ainsii, dans l'exemple pris en référence aux figures 3 et 5, une épaisseur de couche 5 et 7 a été enlevée lors, respectivement, d'une première et d'une deuxième gravure, pour ne laisser de la couche 3 qu'une couche 3' et 3" respectivement. La succession d'enlèvement de matière (ici par gravure) peut même être menée de sorte à atteindre la zone de fragilisation 2 (on grave alors toute la couche 3), voire un niveau plus profond (on grave alors la zone de fragilisation 2 et une épaisseur de matière sous-jacente). Entre chaque gravure, la longueur d'onde excitatrice de la spectrométrie Raman réalisée est déterminée de sorte à sonder le substrat 1 à une profondeur déterminée sous sa surface. Ainsi, en référence aux figures 2, 4 et 6, la couche 3, 3' et 3", la longueur d'onde de la spectrométrie Raman est choisie de sorte à sonder respectivement 30 les zones 4, 6 et 8. Optionnellement, plusieurs spectrométries Raman sont réalisées entre chaque enlèvement de matière, chacune à une longueur d'onde excitatrice différente de celles des autres spectrométries Raman. Plusieurs zones à des épaisseurs différentes peuvent ainsi être sondées entre chaque enlèvement de matière. Grâce aux différentes valeurs moyennes de la longueur de localisation L trouvées à différentes longueurs d'onde excitatrice et en utilisant différents échantillons gravés, on peut déterminer un profil L(z) en fonction de la profondeur z (ce n'est plus ici une valeur moyenne mais une évolution en profondeur qui est trouvée). Ce profil présente un très bon accord avec le profil de lacunes/interstitiels simulé par le programme IMSIL (IMplant Simulator), bien connu de l'homme du métier. Modèle de défauts Un mode de défauts induit par l'implantation d'espèces légères dans le 15 substrat 1 pourrait être présent dans le spectre Raman. Pour illustration, la figure 10 représente le spectre Raman du Si monocristallin massif, dont le pic 20 est situé à environ 521 cm-1. La figure 10 montre aussi une partie d'un spectre Raman correspondant à la base du pic 30 du Si d'un substrat 1 en Si (001) massif monocristallin ayant 20 subi une implantation d'Hélium à 1016at./cm2, pour une énergie choisie pour former une zone de fragilisation 2 à environ 270 nm sous la surface du substrat 1. En comparaison, cette partie de spectre montre la base d'un pic 20 de Si monocristallin n'ayant pas subi d'implantation. 25 La déposante fait alors observer que la partie basse fréquence de la base du pic 30 est élargiepar rapport à la même partie de la base du pic 20. La figure 11 montre le même spectre 30 ajusté avec le modèle de corrélation spatiale (spectre 30'). La partie basse fréquence du spectre 30 correspond au mode de défaut 31. L'ajustement du spectre expérimental 30 avec la combinaison des deux spectres 30' et 31 (noté 30") est par ailleurs excellent. En utilisant des outils d'extrapolation, la déposante montre ainsi la présence d'un pic secondaire 31 en lorentzienne sous cette partie de la base du 5 pic 30. Ce pic secondaire 31 est ici situé autour de 497 cm-1. Cet élargissement de la base du pic 30 est directement dû audit mode de défauts. Dans le but de révéler ce mode de défaut induit par une implantation 10 d'atomes légers, l'étape de spectrométrie Raman est mise en oeuvre de sorte à diminuer suffisamment du spectre Raman l'intensité du ou des pics principaux représentatifs du cristal constituant la couche 3, de sorte à mettre en évidence un pic secondaire 31 décalé de 10 à 40 cm-1 par rapport au pic principal (i.e. un pic centré autour de 480 à 510 cm-1 si ce cristal est du silicium). 15 Dans le but de révéler ce mode de défaut, le rayon incident est polarisé , et le signal émis est analysé, de sorte à utiliser les règles de sélection Raman (voir Fundamentals of semiconductors de P. Yu, M. Cardona û Springer 2nd Edition (1999) - pour plus de précisions). Ainsi en configurant le polariseur 110 pour obtenir une polarisation 20 incidente verticale (selon la direction cristallographique (1-10)) et l'analyseur 120 pour obtenir une analyse horizontale (selon la direction cristallographique (110)), le phonon optique du Si (001) massif monocristallin devient invisible (configuration VH). On supprime ou diminue sensiblement ainsi du spectre le mode à 521 cm-1. 25 Le mode de défauts est alors révélé. Pour illustration, la figure 12 montre quatre spectres Raman 32, 33, 34 et 35, obtenus selon cette dernière méthode, avec la longueur d'onde excitatrice à 458 nm, d'un substrat 1 en Si (001) massif monocristallin implanté respectivement par : 30 - de l'Hydrogène à 1016 at./cm2 - de l'Hélium à 1016 at./cm2 - de l'Hydrogène à 1016 at./cm2 et de l'Hélium à 1016 at./cm2 (i.e. coimplantation) - de l'Hélium à 5. 1016 at./cm2 Les énergies choisies pour les différentes implantations ont été ajustées de sorte à former une zone de fragilisation 2 située à environ 270 nm sous la surface du substrat 1. La figure 12 montre également, pour comparaison, un spectre 20 d'un substrat 1 non implanté. De prime abord, en comparant le spectre 33 avec le spectre 30 de la figure 11, correspondant tous deux à celui d'un substrat 1 implanté avec un dosage en Hélium et une énergie identique, un épaulement de la partie basse fréquence de la base du pic 33 est plus visible que pour le pic 30. Le spectre 33 révèle donc bien, grâce à la méthode ici employée, le mode de défaut. Par ailleurs, si le mode de défaut est très légèrement plus important pour le cas de la co-implantation (pic 33) que pour l'implantation d'hydrogène (pic 32), il est en revanche bien plus important pour l'implantation d'Hélium à 1016/cm2 (pic 34), et encore plus important pour l'implantation d'Hélium à 5.1016/cm2 (pic 35). Ce résultat est logique, si on compare les tailles et poids respectifs différents de ces espèces implantées, les plus lourdes et les plus volumineuses générant nécessairement plus de défauts. De façon générale, la déposante a montré que le mode de défaut induit par l'implantation d'espèces légères est compris entre 10 et 40 cm-1 environ par rapport au pic principal (i.e. un pic secondaire centré autour de 480 à 510 cm-1 pour le cas du silicium implanté), voire entre 20 à 30 cm-1 par rapport au pic principal (i.e. un pic secondaire centré autour de 490 à 500 cm-1 pour le cas du silicium implanté). Ce mode de défaut est donc compris entre la phase amorphe (située en 30 deçà de 480 cm-l) et la phase monocristalline (située à 521 cm-1). Ce mode de défaut traduit donc la présence d'une phase intermédiaire entre ces deux dernières phases, c'est-à-dire l'existence d'un ordre intermédiaire entre le cristal et l'amorphe. Cet ordre est intermédiaire car il est généré par des espèces implantées légères, qui ne sont pas suffisamment lourdes pour rendre l'ordre cristallin amorphe (contrairement aux espèces implantées lourdes de l'état de la technique) et qui sont suffisamment lourdes pour perturber cet ordre cristallin. Le résultat est que la position du mode de défaut est plus proche du pic du cristal, et qu'une atténuation de ce dernier est souhaitable voire nécessaire, afin de parvenir aux informations que l'on peut déduire de ce mode intermédiaire. En particulier, la position et la largeur de ce mode indiquent l'importance du désordre créé. Ainsi, on peut déduire du spectre 35 (cas d'une implantation d'Hélium à 5.1016 at./cm2) que celui-ci est proche de l'amorphe et du spectre 32 (cas d'une implantation d'Hydrogène à 1016 at./cm2) que celui-ci est peu désordonné par rapport au cristal de référence. Pour illustration, dans le cas du Si, on peut estimer que le matériau : - est amorphe ou quasiment amorphe si le mode de défauts est décalé d'au moins 42 cm-1 en deçà de 521 cm-1 (soit 488 cm-1 ou moins) et a une demi-largeur de pic supérieure à 30 cm-1 ; - présente un ordre intermédiaire (entre l'amorphe et le monocristal) si le mode de défauts est décalé de moins de 42 cm-1 et de plus de 25 cm-1 en deçà de 521 cm-1 (soit est compris entre 488 cm-1 et 496 cm-1) et a une demi-largeur supérieure ou égale à 26 cm-1. Pour illustration, la figure 13 donne la position du pic secondaire pour différents dosages d'implantation, à des énergies ajustées pour former une zone de fragilisation 2 située à environ 270 nm sous la surface du substrat 1 en Si (001) monocristallin massif. Les mesures Raman ont été réalisées avec une longueur d'onde excitatrice à 458 nm. Pour les implantations d'Hydrogène à 1016 at./cm2, d'Hydrogène à 6.1016 30 at./cm2, d'Hélium à 1016 at./cm2, et d'Hydrogène/Hélium à 1016/1016 at./cm2 (i.e. co-implantation), la demi-largeur du pic secondaire varie de 22 à 26 cm-1. La position du pic se située en dessous de 493 cm-1. Ce désordre se situé réellement à mi-chemin entre un désordre amorphe et un ordre cristallin. Pour l'implantation d'Hélium à 5.1016 at./cm2, la demi-largeur du pic secondaire est de 35 cm-1, pour une position à 486 cm-1. Le désordre est ici plus proche de la phase amorphe, sans être tout à fait une phase amorphe. La figure 14 donne l'évolution de la position du pic secondaire dans 10 l'épaisseur d'un substrat 1 massif en Si (001) monocristallin, pour les quatre implantations suivantes : - Hydrogène à 1016 at./cm2 -Hélium à 1016 at./cm2 - Hydrogène à 1016 at./cm2et d'Hélium à 1016 at./cm2 (i.e. co-implantation) 15 - Hélium à 5.1016 at./cm2 Les énergies choisies pour les différentes implantations ont été ajustées de sorte à former une zone de fragilisation 2 située à environ 270 nm sous la surface du substrat 1. Sur D'axe X est représentée la profondeur de pénétration (en nanomètres) 20 du rayon incident sous la surface du substrat 1. Deux rayons laser à 413 nm et 458 nm ont été envoyés incidemment sur le substrat 1 à deux moments distincts. Les profondeurs sondées sont ainsi respectivement de 66 nm et 622 nm environ. Comme le montre la figure Ibis, la première profondeur correspond ainsi à un sondage d'une partie de la couche 3 et la deuxième profondeur 25 correspond à un sondage de l'ensemble de la zone endommagée (2+3) ainsi que d'une partie du substrat support sous-jacent. D'autre part, l'intensité du mode de défaut peut renseigner sur la quantité de désordre créé. On peut en particulier déduire des rapports d'intensité du mode de défauts et du mode du silicium (001) dans le matériau endommagé, la fraction du cristal initial qui a été endommagée. Par ailleurs, on peut sonder le substrat 1 dans son épaisseur, tel que précédemment décrit, en utilisant différentes longueurs d'onde (i.e. en sondant différentes parties de la zone endommagée) et/ou en gravant au moins une fois la surface du substrat 1 (voir les figures 1 à 6). On peut ainsi obtenir une idée de la répartition en profondeur de la fraction de cristal endommagé. L'invention propose ainsi deux méthodes, fondées sur deux modèles d'interprétation d'un spectre Raman, permettant d'obtenir des valeurs de contrainte, de défectivité et de désordre cristallin et de qualifier ces contrainte, défectivité, désordre comme étant faibles ou importants. En particulier, le désordre cristallin engendré par l'implantation peut être qualifié comme étant plus proche de la phase amorphe ou de la phase cristalline L'invention propose en outre des moyens pour estimer l'évolution de la contrainte, défectivité, désordre dans l'épaisseur du substrat 1, et en particulier de la couche 1, déterminant des profils. De plus, la présente invention concerne un procédé de caractérisation de matériau facile à mettre en oeuvre pour l'analyse d'une zone perturbée enterrée au sein d'un substrat semiconducteur, en utilisant la spectroscopie Raman. C'est en particulier très intéressant pour connaître l'état des couches 3 implantées en vue d'un prochain Smart CutTM Il est notamment possible d'utiliser ces données structurelles pour ajuster 25 les paramètres d'implantation (doses, énergies, ...) de plaques, afin d'obtenir un profil d'implantation optimisé. On peut ainsi améliorer la qualité des plaques issues d'une chaîne de fabrication. A cet effet, on pourra par exemple implémenter des tests en spectrométrie Raman selon l'invention sur des plaques prélevées aléatoirement ou pseudoaléatoirement dans la chaîne. L'invention peut trouver des applications notamment dans : - la calibration d'un équipement d'implantation par analyse d'une plaque témoin par rapport à un profil modèle ; - l'affinage des modèles de simulations des lacunes/interstitiels dans le cas de la co-implantation (en particulier mieux tenir compte de la recombinaisons 10 des défauts lors de l'implantation de la deuxième espèce) ; - l'analyse quantitative et qualitative d'une zone de fragilisation 2 ; - le suivi au cours du recuit de clivage d'un procédé Smart CutTM de la contrainte, et de l'évolution des défauts. 15 Des abaques peuvent être réalisés pour donner l'évolution de contrainte en fonction de la dose et des espèces implantées ou co-implantées. Mais aussi suivre les défauts créés (quantité et nature) dans les mêmes conditions d'implantation. L'évolution de la contrainte et des défauts d'implantation peut être suivie 20 en fonction de la température et du temps de recuit, dans le but de mieux comprendre le phénomène de clivage impliqué dans le procédé Smart CutTM On peut également appliquer ces méthodes à l'implantation d'ions légers (H /He) dans d'autres matériaux que le Si, tel que par exemple le germanium (Ge) ou le SiGe. 25 Dans le cas d'un substrat ou d'une couche en Ge, le principe reste le même, sauf que le pic principal du Ge est à 282,5 cm-1. Dans le cas d'un substrat ou d'une couche en SiGe, le principe reste le même, sauf qu'il existe trois pics principaux, un premier pic pour les vibrations des liaisons entre atomes de germanium, le deuxième pic pour les vibrations 30 des liaisons entre atomes de silicium et le troisième correspondant aux vibrations des liaisons mixtes entre atomes de silicium et de germanium. Les intensités respectives dépendent de la proportion de l'un et de l'autre dans l'alliage. Chaque pic principal peut faire l'objet d'une étude séparée ou combinée selon l'invention. De façon plus générale, l'invention ne se limite pas à ces matériaux, ni à des substrats massifs. Elle peut par exemple être mise en oeuvre sur des substrats multicouche. De plus, l'implantation d'espèces légères n'est pas nécessairement limitée à des applications Smart CutTM, mais s'étend à toutes autres applications.10 REVENDICATIONS 1. Procédé de caractérisation d'une couche en matériau cristallin ayant subi une implantation d'hydrogène et/ou d'hélium, afin d'obtenir des renseignements sur l'état structurel de cette couche, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : (a) réaliser une spectrométrie Raman de la couche à une longueur d'onde déterminée ; (b) qualifier et/ou quantifier une contrainte, une défectivité, ou un désordre structurel créé par l'implantation dans la couche, à partir de la comparaison d'au moins une caractéristique du spectre Raman obtenu avec un modèle de spectre, la au moins une caractéristique de spectre étant choisie parmi : largeur, position, forme d'un pic du spectre. 2. Procédé de caractérisation selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'étape (a) de spectrométrie Raman est mise en oeuvre de sorte à diminuer suffisamment du spectre Raman l'intensité du ou des pics principaux représentatifs du matériau cristallin de sorte à mettre en évidence au moins un pic secondaire décalé de 10 à 40 cm-1 par rapport au pic principal, et en ce que l'étape (b) est au moins en partie réalisée à partir de la comparaison d'au moins une des caractéristiques du pic secondaire avec un modèle qui correspond au même spectre sans ce pic secondaire. 3. Procédé de caractérisation selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le décalage du pic secondaire est compris entre 20 et 30 cm1. 4. Procédé de caractérisation selon l'une des deux revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape (b) comprend la qualification d'un désordre structurel créé par l'implantation, à partir de l'analyse de la position et de la largeur du pic secondaire. 5. Procédé de caractérisation selon l'une des trois revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une quantification du désordre structurel créé par l'implantation à partir de la mesure de l'intensité du pic secondaire. 10 6. Procédé de caractérisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape (b) comprend les étapes suivantes : -ajuster un spectre théorique obtenu à partir du modèle de corrélation spatial de Richter et Coll. de sorte qu'il ait une largeur du (ou des) pic(s) 15 principal(aux) sensiblement similaire(s) à celui (ceux) du spectre obtenu à l'issue de l'étape (a) ; - estimer la longueur de localisation L du spectre associée à l'implantation; à partir de L, obtenir une valeur moyenne de défectivité créée par l'implantation. 20 7. Procédé de caractérisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape (b) comprend les étapes suivantes : ajuster un spectre théorique obtenu à partir du modèle de corrélation spatial de Richter et Coll. de sorte qu'il ait une largeur du (ou des) pic(s) 25 principal(aux) sensiblement similaire(s) à celui (ceux) du spectre obtenu à l'issue de l'étape (a) ; calculer le décalage entre le(s) pic(s) principal(aux) du spectre théorique et le(s) pic(s) principal(aux) du spectre obtenu à l'issue de l'étape (a) ; - calculer la valeur moyenne de contrainte créée par l'implantation. 30 8. Procédé de caractérisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche est en silicium. 9. Procédé de caractérisation selon l'une des revendications précédentes, 5 caractérisé en ce que la couche est comprise dans une plaque constituée d'un matériau massif. 10. Procédé de caractérisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche a subi une implantation avec une dose et une 10 énergie se situant dans les gammes de dosage et d'énergie communément employées lorsqu'on souhaite former une zone de fragilisation à une profondeur déterminée dans la couche en vue d'un Smart CutTM 11. Procédé de caractérisation dans l'épaisseur d'une couche en matériau 15 cristallin ayant subi une implantation d'hydrogène et/ou d'hélium selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend successivement plusieurs étapes de caractérisation, chacune conforme au procédé de caractérisation selon l'une des revendications précédentes. 20 12. Procédé de caractérisation dans l'épaisseur d'une couche selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la spectrométrie Raman de chaque étape de caractérisation est réalisée à une longueur d'onde différente des longueurs d'onde des spectrométries Raman réalisées dans les autres étapes. 25 13. Procédé de caractérisation dans l'épaisseur d'une couche selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, entre chaque étape de caractérisation, une étape de gravure de la couche sur une épaisseur déterminée. 30