Brevet FR2922681A1 — publié le 20090424

PROCEDE DE DETACHEMENT D'UN SUBSTRAT DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un procédé de détachement d'un substrat, trouvant notamment application dans le cadre de la fabrication d'une structure de type semiconducteur sur isolant (SOI) par un procédé de transfert de couche de type SmartCut TM ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Dans la fabrication des semi-conducteurs, on rencontre fréquemment des procédés basés sur le collage puis le transfert d'une couche mince sur un substrat. Notamment, le procédé SmartCutTM comprend, dans une première étape, la formation dans un substrat dit donneur d'une zone de fragilisation délimitant une couche mince destinée à être transférée sur un substrat dit receveur. Puis, après collage du substrat donneur sur le substrat receveur, on procède au détachement du substrat donneur de manière à transférer la couche mince sur le substrat receveur. En règle générale, le détachement (ou � splitting �, selon la terminologie anglo-saxonne) est amorcé à un endroit déterminé de la périphérie du substrat donneur, puis se propage dans le reste du substrat sous la forme d'une onde de détachement. L'amorçage du détachement est effectué par exemple au moyen de forces mécaniques, d'un chauffage localisé... Lors du détachement de substrats qui se présentent sous forme de plaques circulaires, on constate fréquemment un défaut, appelé � rayure process � (ou encore � stress line � selon la terminologie anglo-saxonne), initié autour d'une entaille (également appelée � notch �) située au bord de la plaque. Cette entaille, qui est généralement triangulaire et qui pénètre environ de 2 mm (selon le diamètre de la plaque), permet de repérer l'orientation de la plaque lors des différentes étapes du procédé. L'entaille, qui est pratiquée par le fabricant de plaques avant la découpe du lingot, permet de repérer l'orientation cristalline du substrat. Une photographie d'une telle rayure liée à l'entaille est présentée à la figure 1. L'entaille est repérée par le signe de référence 4, et la rayure process est entourée de pointillés. D'après les analyses de la Demanderesse, cette rayure correspond à un déchirement de la couche mince transférée, initié autour de l'entaille par des contraintes localisées. Il s'agit d'un défaut longiligne, caractérisé par une forte rugosité sur toute sa longueur, généralement traversant dans sa partie centrale la plus marquée (la couche transférée étant déchirée sur toute son épaisseur), de sorte qu'une puce qui serait construite au-dessus de cette rayure ne fonctionnerait pas. Il s'agit donc d'un défaut rédhibitoire qui entraîne la mise à l'écart de la plaque si une rayure d'une longueur supérieure à quelques microns est observée. Un premier but de l'invention est donc d'améliorer le procédé de fabrication d'une structure de transfert de couche afin d'éviter la formation d'une telle rayure autour de l'entaille sur la structure finale. Un autre but de l'invention est de définir un procédé de détachement d'un substrat permettant de limiter l'apparition d'une rayure liée à l'entaille. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION A cet effet, l'invention propose un procédé de fabrication d'une structure semi-conductrice par transfert d'une couche d'un substrat donneur présentant sur sa périphérie une entaille de repérage, vers un substrat receveur, comprenant les étapes de : (a) création d'une zone de fragilisation dans le substrat donneur de manière à définir une couche, (b) collage par adhésion moléculaire du substrat donneur sur le substrat receveur, (c) détachement du substrat donneur selon la zone de fragilisation, le détachement comprenant l'amorçage, dans un secteur déterminé de la périphérie du substrat donneur, d'une onde de détachement, puis la propagation de ladite onde dans le substrat donneur, ce procédé étant caractérisé en ce que lors de l'étape (c) on positionne l'entaille de sorte qu'elle se trouve dans le quart de la périphérie du substrat diamétralement opposé au secteur d'amorçage de l'onde de détachement ou dans le quart de la périphérie du substrat centré sur ledit secteur d'amorçage. Ledit secteur où se trouve l'entaille est alors compris entre 135° et 225° ou entre 315° et 45° par rapport à la bissectrice du secteur d'amorçage de l'onde de détachement. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, lors de l'étape (c) le substrat est disposé en position verticale dans un four, de sorte que le secteur d'amorçage de l'onde de détachement est centré sur le sommet du substrat, et l'entaille est située dans le quart inférieur ou dans le quart supérieur du substrat. Selon un deuxième mode de réalisation, lors de l'étape (c) on amorce l'onde de détachement au moyen d'une sollicitation mécanique appliquée dans le secteur d'amorçage. Le secteur d'amorçage de l'onde de détachement est de préférence de 90°. Selon un mode particulier de mise en oeuvre de l'invention, la zone de fragilisation créée à l'étape (a) est obtenue par l'implantation d'espèces atomiques dans le substrat donneur, la structure étant maintenue sur une portion de sa périphérie, pendant l'implantation, par un dispositif de maintien, et, lors de l'étape (c) de détachement, on dispose ladite portion dans le secteur d'amorçage de l'onde de détachement. Un autre objet de l'invention concerne un procédé de détachement d'une couche d'une plaque présentant une entaille de repérage sur sa périphérie, comprenant l'amorçage, dans un secteur déterminé de la périphérie de la plaque, puis la propagation d'une onde de détachement dans la plaque, ledit procédé étant caractérisé en ce que l'on positionne l'entaille de sorte qu'elle se trouve dans le quart diamétralement opposé au secteur d'amorçage de l'onde de détachement ou dans le quart centré sur ledit secteur. Ledit secteur où se trouve l'entaille est orienté selon un angle compris entre 135° et 225° ou selon un angle compris entre 315° et 45° par rapport à la bissectrice du secteur d'amorçage de l'onde de détachement. Selon un mode particulier de réalisation, la plaque est disposée en position verticale dans un four, le secteur d'amorçage de l'onde de détachement est centré sur le sommet de la plaque et l'entaille est située dans le quart inférieur ou dans le quart supérieur de la plaque. Enfin, un autre objet de l'invention concerne un lot de structures obtenues par le procédé de fabrication décrit plus haut, chaque structure comprenant une couche transférée d'un substrat donneur présentant une entaille de repérage sur un substrat receveur, ledit lot étant caractérisé en ce que la proportion de structures présentant une rayure liée à l'entaille est inférieure à 12% BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description détaillée qui va suivre, en référence aux figures annexées sur lesquelles : - la figure 1 est une photographie d'une rayure process liée à l'entaille ; - la figure 2 illustre de manière schématique un dispositif de détachement ; - la figure 3 est une photographie du front d'une onde de détachement amorcée dans une région diamétralement opposée à l'entaille ; - la figure 4 est une photographie du front d'une onde de détachement amorcée dans une région orientée de 90° par rapport à l'entaille ; - les figures 5A et 5B représentent de manière schématique l'orientation de l'entaille sur la plaque par rapport à au secteur d'amorçage de l'onde de détachement, - la figure 6 illustre de manière schématique le dispositif de maintien de la plaque pendant l'implantation, - la figure 7 présente l'occurrence de la rayure process sur des lots de plaques fabriqués respectivement avec une entaille disposée de manière défavorable et de manière favorable par rapport au secteur d'amorçage de l'onde de détachement. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Lors du procédé SmartCut TM, préalablement au détachement, le substrat donneur subit les étapes suivantes : a) Création d'une zone de fragilisation définissant une couche mince à transférer sur le substrat receveur. De préférence, cette zone de fragilisation est formée en implantant au sein de la plaque des espèces atomiques ù par exemple, d'hydrogène ou d'hélium. La définition des conditions d'implantation (dose, énergie), en fonction de la nature du substrat et de la profondeur d'implantation souhaitée, sont à la portée de l'homme du métier. b) Collage ù par exemple, par adhésion moléculaire ù sur le substrat receveur. Des traitements de surface, bien connus de l'homme du métier, peuvent être effectués sur les substrats avant collage pour renforcer l'énergie de collage. Ensuite, on effectue le détachement selon la zone de fragilisation, de telle sorte que la couche mince est transférée sur le substrat receveur, le reste du substrat donneur étant récupéré pour être, par exemple, recyclé. A cet effet, on peut effectuer un recuit ou appliquer un effort mécanique en un point de la zone de fragilisation. En effet, sous l'effet de la température ou de la force appliquée, le détachement s'amorce dans un secteur déterminé de la périphérie de la plaque, puis se propage sous la forme d'une onde de détachement dans le reste de la plaque. Le secteur d'amorçage de l'onde de détachement est contrôlé par l'homme du métier en fonction du moyen employé pour effectuer le détachement. Cas où le détachement est amorcé par l'application d'une force Une première possibilité est d'amorcer le détachement en insérant une lame en un point de la périphérie de la zone de fragilisation. C'est alors l'homme du métier qui choisit et donc contrôle directement le secteur d'amorçage de l'onde de détachement. Cas où le détachement est amorcé par un recuit Pour le recuit de détachement, on dispose une plaque 1 en position verticale dans une nacelle 2 pouvant être insérée dans un four 3, comme représenté sur la figure 2. Les moyens pour maintenir la plaque sont bien connus de l'homme du métier et ne seront donc pas décrits plus en détail. Habituellement, la plaque 1 est disposée de telle sorte que l'entaille 4 soit orientée de 90° par rapport à la verticale (pour faciliter la compréhension de l'ensemble, la figure 2 n'est pas à l'échelle). Cette orientation de l'entaille 4 n'est pas impérative mais correspond à la position selon laquelle les plaques sont disposées lors de l'étape précédente du procédé, c'est-à-dire le collage. Pour éviter des manipulations des plaques, on conserve donc cette même orientation pour l'étape de détachement. L'enceinte du four est amenée à la température de détachement, comprise typiquement entre 300°C et 600°C, par des éléments chauffants (non représentés). Ces éléments chauffants fournissent une chaleur uniforme dans le four ; toutefois, la partie de la plaque 1 au contact de la nacelle 2 monte moins facilement en température que la partie supérieure en raison d'une masse plus importante qui absorbe la chaleur. On parle donc, pour la plaque 1, d'une zone � chaude � (indiquée par la flèche ZC) correspondant sensiblement à la moitié supérieure de la plaque, située hors de la nacelle, et d'une zone � froide � (indiquée par la flèche ZF) correspondant à la partie de la plaque 1 située dans la nacelle 2, ce qui correspond à un gradient de température de quelques dizaines de degrés Celsius. Le détachement est amorcé dans la zone la plus chaude de la plaque 1, donc dans un secteur R situé au voisinage du sommet de celle-ci (correspondant, sur la figure 2, à une orientation à 0°), et se propage sous la forme d'une onde dans la plaque. Par � voisinage du sommet � on entend dans ce texte un secteur angulaire R compris entre -45° et +45° par rapport au sommet de la plaque, plus particulièrement entre -20° et +20°, et de préférence entre -5° et +5°. Dans ce cas, le secteur R d'amorçage de l'onde de détachement est donc contrôlé indirectement, par les conditions de réalisation du recuit. D'après des études statistiques, l'amorçage de l'onde de détachement a lieu en moyenne au sommet de la plaque, c'est-à-dire sur la bissectrice du secteur R. La Demanderesse a effectué des essais de détachement en faisant varier l'orientation de l'entaille 4 par rapport à la nacelle 2, l'amorce du détachement étant toujours effectuée dans la zone chaude de la plaque, c'est-à-dire, en référence à la figure 2, dans un secteur R centré sur une orientation de 0° par rapport à la verticale. La Demanderesse a observé que l'on évite la formation de la rayure liée à l'entaille lorsque l'entaille 4 est située soit dans un secteur orienté de 135° à 225° par rapport à la verticale, c'est-à-dire par rapport à la bissectrice du secteur R d'amorçage du détachement, soit dans un secteur orienté entre 315° (ou -45°) et 45° par rapport à la bissectrice du secteur d'amorçage du détachement. Cette orientation bénéfique correspond en réalité à deux secteurs privilégiés pour disposer l'entaille 4. En référence à la figure 5A, une première disposition favorable de l'entaille 4 est dans un secteur S1 diamétralement opposé au secteur R d'amorçage de l'onde de détachement (les bissectrices des secteurs S1 et R, représentées en traits mixtes, formant une droite), c'est-à-dire que le trajet sensiblement rectiligne de l'onde de détachement se termine au voisinage de l'entaille 4. En référence à la figure 5B, une deuxième disposition favorable de l'entaille 4 est dans un secteur S2 centré sur le secteur R (les bissectrices des secteurs S2 et R étant confondues), c'est-à-dire que le trajet de l'onde de détachement s'amorce au voisinage de l'entaille 4. Dans le cas illustré à la figure 5B, où le secteur R et le secteur S2 correspondent chacun à un quart de cercle, ces deux secteurs sont donc confondus. Par contre, lorsque l'entaille 4 est orientée de 90° par rapport à la bissectrice du secteur R d'amorçage, selon la pratique habituelle, l'onde de détachement traverse la plaque en passant sur l'entaille 4 mais sans se terminer ni s'amorcer sur celle-ci, et provoque une rayure process. La figure 4 illustre cette configuration, la rayure apparue étant entourée en pointillés. La description n'est toutefois aucunement limitée à une orientation de l'amorce de l'onde de détachement à 0° telle que décrite précédemment. Il est en effet possible de faire partir l'onde de détachement d'un point quelconque de la périphérie de la plaque 1 (par exemple, dans le cas d'un détachement au moyen d'un recuit, en chauffant localement le secteur dans lequel on souhaite amorcer le détachement). Par conséquent, la disposition de l'entaille 4 n'est pas non plus limitée au quart inférieur ou au quart supérieur de la plaque 1. En respectant l'orientation définie ci-dessus, on parvient à diminuer l'occurrence de la rayure process d'un facteur au moins égal à 5, typiquement 7, par rapport à un procédé où l'entaille n'est pas située dans le secteur S1 ou S2 privilégié par rapport à l'amorce du détachement, voire à éviter son apparition. L'invention permet donc un gain important du rendement de l'étape de détachement. En référence à la figure 7, des lots de plaques ont été réalisés, certains avec une orientation défavorable de l'entaille par rapport à l'amorce du détachement (série 1), les autres avec une orientation favorable de l'entaille (série 2). Le graphique de la figure 7 illustre les valeurs minimale, moyenne et maximale de l'occurrence (exprimée en pourcentage) de la rayure process dans les deux séries de lots. L'occurrence moyenne est divisée par un facteur proche de 7. Dans les lots les plus affectés, près de 75% des plaques peuvent présenter une rayure process dans le cas d'une orientation défavorable contre 12% au maximum dans le cas d'une orientation conforme à l'invention. En moyenne, un lot de 25 plaques obtenues selon l'invention présente au plus 3 plaques avec une rayure process. Par ailleurs, la direction de propagation de l'onde de détachement n'est pas totalement maîtrisée par l'homme du métier. En effet, à partir d'un même point d'amorçage, on observe que l'onde de détachement peut se propager selon des directions différentes (selon une amplitude angulaire de l'ordre de 45°). A cet égard, la Demanderesse a observé que l'orientation de la plaque dans le dispositif d'implantation (pour former la zone de fragilisation) a une incidence sur la maîtrise du départ de l'onde de détachement. Dans le cas d'une implantation dite � batch � (c'est-à-dire l'implantation simultanée de plusieurs plaques sur une roue), en référence à la figure 6, on utilise un dispositif de maintien 5 appelé selon la terminologie anglo-saxonne � Fixed restraint � pour maintenir la plaque sur un secteur angulaire d'environ 90°. Ce dispositif constitue un contact thermique avec le substrat et peut donc permettre d'évacuer la chaleur de celui-ci ; il constitue également un contact électrique et permet ainsi d'écouler les charges électriques accumulées par le substrat durant l'implantation. L'angle a définit la position de l'entaille 4 par rapport au dispositif de maintien 5. La portion de la périphérie de la plaque qui était en contact avec le dispositif de maintien 5 durant l'implantation doit se retrouver dans le secteur R de l'amorce du détachement, par exemple, dans la zone chaude du four dans un cas de détachement thermique. En effet, dans cette configuration, on 5 maîtrise mieux la direction de propagation de l'onde de détachement dans le secteur d'amorçage, et on peut donc garantir que le trajet de l'onde s'amorce ou se termine au voisinage de l'entaille pour éviter la formation de la rayure process. Enfin, on remarque qu'il peut subsister des rayures process qui ne sont pas liées à l'entaille sur la périphérie de la plaque, mais ces rayures sont plus petites, rarement débouchantes et donc moins gênantes. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une structure semi-conductrice par transfert d'une couche d'un substrat donneur présentant sur sa périphérie une entaille (4) de repérage, vers un substrat receveur, comprenant les étapes de : (a) création d'une zone de fragilisation dans le substrat donneur de manière à définir une couche, (b) collage par adhésion moléculaire du substrat donneur sur le substrat receveur, (c) détachement du substrat donneur selon la zone de fragilisation, le détachement comprenant l'amorçage, dans un secteur (R) déterminé de la périphérie du substrat donneur, d'une onde de détachement, puis la propagation de ladite onde dans le substrat donneur, caractérisé en ce que lors de l'étape (c) on positionne l'entaille (4) de sorte qu'elle se trouve dans le quart (Si) de la périphérie du substrat diamétralement opposé au secteur (R) d'amorçage de l'onde de détachement ou dans le quart (S2) de la périphérie du substrat centré sur ledit secteur (R). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit secteur (Si, S2) où se trouve l'entaille (4) est compris entre 135° et 225° ou entre 315° et 45° par rapport à la bissectrice du secteur (R) d'amorçage de l'onde de détachement. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lors de l'étape (c) le substrat est disposé en position verticale dans un four (3), de sorte que le secteur (R) d'amorçage de l'onde de détachement est centré sur le sommet du substrat, et en ce que l'entaille (4) est située dans le quart inférieur ou dans le quart supérieur du substrat. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lors de l'étape (c) on amorce l'onde de détachement au moyen d'une sollicitation mécanique appliquée dans le secteur (R). 11 2922681 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le secteur (R) d'amorçage de l'onde de détachement est de 90°. 5 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la zone de fragilisation créée à l'étape (a) est obtenue par l'implantation d'espèces atomiques dans le substrat donneur, la structure étant maintenue sur une portion de sa périphérie, pendant l'implantation, par un dispositif de maintien (5), 10 et en ce que, lors de l'étape (c) de détachement, on dispose ladite portion dans le secteur (R) d'amorçage de l'onde de détachement. 7. Procédé de détachement d'une couche d'une plaque (1) présentant une entaille (4) de repérage sur sa périphérie, comprenant l'amorçage, dans un 15 secteur (R) déterminé de la périphérie de la plaque (1), puis la propagation d'une onde de détachement dans la plaque (1), caractérisé en ce que l'on positionne l'entaille (4) de sorte qu'elle se trouve dans le quart (SI) de la périphérie du substrat diamétralement opposé au secteur (R) d'amorçage de l'onde de détachement ou dans le quart (S2) centré sur ledit secteur (R). 20 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit secteur (SI, S2) où se trouve l'entaille (4) est orienté selon un angle compris entre 135° et 225° ou selon un angle compris entre 315° et 45° par rapport à la bissectrice du secteur (R) d'amorçage de l'onde de détachement. 25 9. Procédé selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que la plaque (1) est disposée en position verticale dans un four (3), en ce que le secteur (R) d'amorçage de l'onde de détachement est centré sur le sommet de la plaque (1) et en ce que l'entaille (4) est située dans le quart inférieur ou dans 30 le quart supérieur de la plaque (1). 10. Lot de structures comprenant une couche transférée d'un substrat donneur présentant une entaille de repérage sur un substrat receveur, caractérisé en ce que ledit lot est obtenu par un procédé selon l'une des 12 2922681 revendications 1 à 6, et en ce que la proportion de structures présentant une rayure liée à l'entaille est inférieure à 12%.