Brevet FR3001083A1 — publié le 20140718

DISPOSITIF DE SEPARATION DE DEUX SUBSTRATS DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne un dispositif de séparation de deux substrats, au niveau d'une interface dite "de séparation", au moins l'un de ces deux substrats étant destiné à être utilisé dans l'électronique, l'optique, l'optoélectronique et/ou le photovoltaïque, ces deux substrats formant ensemble une structure. ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION Cette séparation mécanique peut être effectuée le long de différents types d'interfaces de séparation. Un premier type d'interface de séparation est une interface de collage, par exemple une interface de collage par adhésion moléculaire. Par "collage par adhésion moléculaire", on désigne un collage par contact intime entre deux surfaces mettant en oeuvre des forces d'adhésion, principalement les forces de Van der Watts, et n'utilisant pas de couche adhésive. Une structure apte à être séparée le long d'une interface de collage, par exemple par adhésion moléculaire, est connue de l'homme du métier sous l'appellation de structure "décollable" ou structure à interface de collage réversible (en anglais "debondable structure"). Sans vouloir être limitatif, on peut toutefois considérer que ce 25 type de structure décollable peut être utilisé principalement dans quatre applications différentes : a) collage d'un raidisseur mécanique : il peut être souhaitable de coller un raidisseur mécanique sur un substrat ou une couche mince fragile pour éviter son endommagement ou sa rupture durant certaines étapes de fabrication, -30 puis de pouvoir retirer ce raidisseur mécanique lorsque sa présence n'est plus nécessaire. b) rectification d'un mauvais collage : te décollement permet de décoller deux substrats qui n'auraient pas été collés correctement une première fois, puis de tes recoller après nettoyage, afin d'améliorer ta rentabilité d'un 35 procédé de fabrication et d'éviter par exemple la mise au rebut de substrats mat collés. c) protection temporaire : lors de certaines étapes de stockage ou de transport de substrats, notamment dans des boites en matière plastique, il peut être utile de protéger temporairement leurs surfaces, notamment celles destinées à être utilisées ultérieurement pour la fabrication de composants 5 électroniques, afin d'éviter tout risque de contamination. Une solution simple consiste à coller deux substrats de façon que leurs faces à protéger soient collées respectivement l'une avec l'autre, puis à décoller ces deux substrats lors de leur utilisation finale. d) double transfert d'une couche : il consiste à réaliser une 10 interface de collage réversible entre une couche active et un premier substrat support (éventuellement réalisé en un matériau coûteux), puis à transférer cette couche active sur un second substrat définitif, par décollement de ladite interface de collage réversible. Un deuxième type d'interface de séparation est une interface dite 15 "de fragilisation", qui désigne par exemple une zone obtenue par implantation d'espèces atomiques. Une séparation selon une telle interface est utilisée dans un procédé de transfert d'une couche d'un premier substrat vers un second, tel que celui connu par exemple sous la dénomination commerciale "Smart Cut®". Une interface de fragilisation peut également être une zone 20 poreuse. Un troisième type d'interface de séparation est une interface entre un premier et un second matériau, qui peuvent avoir été joints l'un à l'autre par un apport du second sur le premier, par une technique de dépôt, par exemple dépôt CVD ou une épitaxie. 25 Quelles que soient les applications envisagées, il est nécessaire d'effectuer cette séparation, sans endommager, rayer, ou contaminer les surfaces des deux substrats situés de part et d'autre de l'interface séparation et sans casser ces deux substrats. En fonction des différentes applications, ces deux "substrats à séparer" peuvent être deux couches d'un même substrat ou deux 30 substrats distincts. On sait, d'après l'état de la technique, que dans la mesure où des substrats ou couches à séparer présentent des rigidités suffisantes, il est alors possible de les séparer, en les écartant suffisamment l'un de l'autre, par insertion d'une lame (ou coin) au niveau de leur bord chanfreiné. Ceci a pour effet de 35 créer une onde de séparation. Celle-ci se propage depuis le point du bord des substrats où elle est initiée, vers toute la surface de ces substrats au fur et à mesure de l'insertion de la lame. De plus, lorsque les substrats sont identiques (épaisseurs et matériaux comparables) et la lame symétrique, la charge mécanique qui s'exerce 5 sur tes deux substrats est identique. En l'absence de tout support venant gêner le mouvement desdits substrats, leur déformation est semblable. Dans le cas d'un assemblage entre deux substrats qui présentent des rigidités différentes, (on parle de collage "à rigidité asymétrique"), parce qu'ils sont réalisés dans des matériaux de nature différente ou d'épaisseur 10 différente, ou les deux, on constate que ces deux substrats se déforment en fonction de leur rigidité. Un exemple concret illustre ce phénomène. Lors de l'ouverture de l'interface de collage entre un substrat en saphir et un en silicium, le saphir étant deux fois plus rigide que le silicium, celui en silicium casse 15 systématiquement, dès que l'énergie de collage dépasse 0,5 J/m2. Pour un collage silicium/silicium, cette limite est quatre fois supérieure (2,0 J/m2). Les collages à rigidité asymétrique sont donc beaucoup plus sensibles à la casse lors des ouvertures mécaniques que les collages symétriques. Ce phénomène est considérablement accentué lorsque les 20 substrats assemblés ne sont pas alignés ou que les substrats sont de taille et/ou de forme différente. Ainsi, le choix de la zone de pénétration d'un outil de séparation, entre les substrats, permettant de séparer les substrats, de sorte à éviter les rayures, cassures et/ou contaminations, est particulièrement important. 25 OBJET DE L'INVENTION La présente invention a donc pour objet de proposer une méthode de séparation de deux substrats obviant les problèmes précités. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION En vue de la réalisation de ce but, l'invention propose une méthode de séparation de deux substrats au niveau d'une interface dite "de séparation", les deux substrats formant une structure, au moins l'un de ces deux substrats étant destiné à être utilisé dans l'électronique, l'optique, 30 l'optoélectronique et/ou le photovoltaïque, la méthode consistant à insérer un outil de séparation entre les deux substrats au niveau d'une zone dite de « pénétration ». Cette zone de pénétration se situe sur l'épaisseur de la structure, entre les deux substrats, au niveau d'un axe (X-X') sensiblement perpendiculaire aux substrats et tangent au contour du premier et du second substrat. Idéalement, l'axe (X-X') et la surface des substrats définissent un angle de 90°, plus ou moins 10° . Le choix de la zone de pénétration est déterminé de manière à ce que, lors de l'insertion de l'outil de séparation entre les substrats, l'outil de séparation 3 puisse s'appuyer sur chaque contour des substrats, offrant ainsi une répartition adéquate des efforts exercés par l'outil de séparation sur les substrats, palliant ainsi à d'éventuelles cassures de l'un ou l'autre des substrats, mais aussi d'éviter les rayures sur l'un des substrats, et par conséquent d'éviter la contamination des substrats. La méthode de séparation selon l'invention est particulièrement avantageuse dans le cas où les substrats ne sont pas alignés, présentent des rigidités, des tailles, et/ou des formes différentes. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation particuliers non limitatifs de l'invention en référence aux figures ci-jointes parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue latérale de deux substrats entre lesquels un outil de séparation est inséré ; - la figure 2 est une vue de dessus représentant deux substrats assemblés de manière désalignée ; - les figures 3 et 4 sont des vues latérales des substrats, selon les plans de coupe Y-Y' et Z-Z' représentés à la figure 2; - la figure 5 est une vue de dessus représentant deux substrats assemblés de manière alignée ; - les figures 6 et 7 représentent deux assemblages de deux substrats ayant, respectivement, des formes et tailles différentes vus de dessus ; - les figures 8 et 9 sont des vues latérales de deux substrats entre lesquels l'outil de séparation est inséré de différentes façons. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION Plusieurs modes de réalisation possibles de la méthode de 30 séparation de deux substrats conforment à l'invention vont maintenant être décrits en faisant référence à l'ensemble des figures. Les éléments communs aux différents modes de réalisation possèdent les mêmes références. D'une manière générale, cette méthode consiste à séparer deux substrats 1, 2, au niveau d'une interface de séparation 10, à l'aide d'un outil de 5 séparation 3 inséré entre les deux substrats 1, 2, comme représenté en figure 1. De manière non limitative, les substrats 1, 2 sont en silicium, les deux substrats formant une structure, et l'outil de séparation 3 est une lame présentant une section transversale en forme de triangle. De sorte à éviter toute cassure, rayure et/ou contamination des substrats 1, 2, la méthode de séparation selon 10 l'invention doit considérer différents paramètres, tels que le positionnement des substrats 1, 2 l'un par rapport à l'autre, la taille, la forme et ou la rigidité de chaque substrat 1, 2. Les figures 2, 3 et 4 représentent les deux substrats assemblés de manière désalignée, les substrats étant de forme et de taille identique. Les 15 différentes méthodes d'assemblage de deux substrats 1, 2 peuvent être sujettes à un désalignement, plus ou moins important, rendant problématique l'opération de séparation des substrats 1, 2. Le choix d'une zone d'insertion 4 recherchée de l'outil de séparation 3 entre les substrats 1, 2 doit être définit de telle sorte que les efforts subits par chacun des substrats 1, 2, lors de l'insertion de l'outil de 20 séparation 3, soient équilibrés en fonction de la rigidité de chaque substrat, et ce, pour éviter toute cassure de l'un des deux substrats 1, 2. De manière générale et non limitative, lors de l'assemblage de deux substrats, il peut être constaté un désalignement D, de l'ordre de 10 pm à 1000 pm. Dans l'industrie, ces désalignements peuvent être du fait d'un 25 assemblage des substrats manquant de précisions, de l'utilisation de substrats non standardisés, et par conséquent pouvant avoir des tailles ou des formes différentes, ou bien, le résultat d'un assemblage volontairement désaligné, tel est te cas dans les collages de type 3D, connus de l'art antérieur, où l'alignement des substrats, juste avant leur assemblage, est réalisé à l'aide de repères situés 30 sur les surfaces des substrats et non pas par rapport à leurs contours. Ainsi, le désalignement des substrats 1, 2, illustré en figure 2, est artificiellement accentué pour une meilleur compréhension de l'invention. La figure 3 représente les substrats assemblés à la figure 2 selon un plan de coupe Y-Y', et la figure 4 représente les substrats assemblés à la figure 2 35 selon un plan de coupe Z-Z'. Ainsi, la figure 4 montre le désalignement des substrats 1, 2 l'un par rapport à l'autre. L'insertion de l'outil de séparation 3 au niveau d'une zone de désalignement 5, entre les substrats 1, 2, comme représenté dans la figure 4, provoquerait des rayures sur une partie libre d'une face 6 du substrat 1, la face 6 étant en contact avec une face 7 du substrat 2, du fait de frottements provoqués par l'outil de séparation 3 sur de la partie libre 6 lorsque l'outil de séparation 3 s'approche de la zone de désalignement 5. Par ailleurs, le choix de l'insertion de l'outil de séparation 3 dans une telle zone de désalignement 5 provoquerait une répartition critique des efforts subits par les substrats 1, 2 entrainant la rupture du substrat 1. De sorte à éviter ces inconvénients, le choix de la zone de pénétration 4 est déterminé de manière à ce que, lors de l'insertion de l'outil de séparation 3 entre les substrats 1, 2, l'outil de séparation 3 puisse s'appuyer sur chaque contour des substrats 1, 2, offrant ainsi une répartition adéquate des efforts exercés par l'outil de séparation 3 sur les substrats 1, 2. Ainsi, en référence à la figure 3, la détermination de cette zone de pénétration 4 est localisée sur l'épaisseur de la structure (1, 2), entre les deux substrats 1, 2, au niveau d'un axe (X-X') perpendiculaire aux substrats 1, 2 et tangent aux contours de chaque substrat 1, 2. Ainsi définie, la zone de pénétration 4 de l'outil de séparation 3 permet à l'outil de séparation de s'appuyer sur chaque contour des substrats 1, 2 pour séparer les substrats 1, 2. De manière générale et non limitative, les contours des substrats 1, 2 sont chanfreinés pour que les contours soient sensiblement arrondis. Comme cela est illustrée aux figures 5, 6 et 7, la détermination de la zone de pénétration 4 peut être définie de la même manière que 25 précédemment. Il est évident que les cas d'assemblage des substrats 1, 2, représentés sur ces figures, ne définissent pas une liste exhaustive des situations d'assemblage pouvant être rencontrées dans le monde de l'industrie. Ainsi, à titre d'exemple et en référence à la figure 5, la superposition, parfaitement alignés, de deux substrats 1, 2 de forme et taille 30 identique, permet de définir une zone de pénétration 4 s'étendant sur l'épaisseur de la structure (1, 2), entre les deux substrats 1, 2 sur tout le contour de la structure (1, 2). La figure 6 illustre le cas d'une structure (1, 2) dans laquelle les substrats 1, 2 assemblés sont de taille différente, et assemblés de manière à ce 35 que le substrat 1 comprenne une partie libre d'une face 6, et le substrat 2 comprenne une partie libre d'une face 7, une autre partie de la face 6 étant en contact avec une autre partie de la face 7 du substrat 2. La figure 7 illustre le cas d'une structure (1, 2) dans laquelle les substrats 1, 2 sont de forme différente, carré et rond, et assemblés de manière à ce qu'au moins un axe (X-X'), non représenté, soit perpendiculaire aux substrats 1, 2 et tangent aux contours de chaque substrat 1, 2 pour que la zone de pénétration 4 de l'outil de séparation 3 puisse être localisée. Dans le cas présent, les coins du substrat 1 affleurent le contour du substrat 2 offrant ainsi quatre zones de pénétration possibles selon l'invention. Nous préciserons, de manière générale, que la localisation de la zone de pénétration 4 selon l'invention permet de limiter de manière optimale les inconvénients précités. Comme expliqué précédemment et pour éviter les inconvénients précités, la rigidité des substrats 1, 2 peut également être pris en considération lors de l'insertion de l'outil de séparation 3 dans la zone de pénétration 4, telle que définie précédemment. Ainsi, les figures 8 et 9 illustrent deux moyens différents, respectivement, la forme et l'orientation de l'outil de séparation 3, permettant d'obvier aux problèmes de différence de rigidité des substrats 1, 2. Cette différence peut être du fait d'une différence d'épaisseur, de matériaux 20 des substrats 1, 2, ou même de conditions atmosphériques dans lesquelles sont soumis les substrats 1, 2 en fonction de la composition de chacun. En référence aux figures 8 et 9, te substrat 1 est en saphir et le substrat 2 est en silicium. A titre indicatif, le saphir est deux fois plus rigide que le silicium. Ainsi, le substrat en saphir 1 pourra supporter un effort plus 25 important que pour le substrat en silicium 2. En conséquence, l'insertion de l'outil de séparation 3, ici une lame présentant une section transversale en forme de triangle, au niveau de la zone de pénétration 4, exercera un effort plus important sur le substrat en saphir 1. Pour cela, un homme du métier pourra : - soit adapter les dimensions de la lame 3, tel que présenté en 30 figure 8. Plus précisément, une droite C-C passe par l'extrémité de la lame 3 dit angle d'attaque 9, destinée à être insérée dans la zone de pénétration 4, et coupe perpendiculairement le côté arrière 8 de la lame 3. Cette droite C-C' partage ainsi l'angle d'attaque 9 en un premier angle a1, adjacent au substrat saphir 1, et un second angle a2, adjacent au substrat silicium 2. Du fait, de la 35 rigidité supérieure du saphir par rapport au silicium, al >a2 ; - soit adapter ta direction de l'insertion de la lame 3, axe B-B', dans la zone de pénétration 4 en fonction d'un axe A-A' sur lequel s'étend l'interface de séparation 10, tel que présenté à la figure 9, permettant ainsi d'exercer un effort plus important sur le substrat en saphir 1 que sur le substrat en silicium. Il est entendu qu'un opérateur pourra utiliser l'un de ces deux moyens, ou une combinaison de ces moyens pour adapter les efforts que peuvent subir les substrats 1, 2. Comme présenté en figure 1, les substrats, 1, 2 possèdent une rigidité identique, tous les deux en silicium et présentant une épaisseur similaire. Ainsi, la lame 3 présente une section transversale en forme de triangle isocèle, et les axes A-A' et B-B' sont confondus, de sorte à ce que chaque substrat 1, 2, au niveau de la zone de pénétration 4, supportent les mêmes efforts tors de l'insertion de la lame 3. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de mise en oeuvre décrits, et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention, telles que définies par les revendications. REVENDICATIONS1. Méthode de séparation de deux substrats (1, 2) au niveau d'une interface dite "de séparation" (10), les deux substrats (1, 2) formant une structure (1, 2), au moins l'un de ces deux substrats (1, 2) étant destiné à être utilisé dans l'électronique, l'optique, l'optoélectronique et/ou le photovoltaïque, la méthode consiste à insérer un outil (3) de séparation entre les deux substrats (1, 2) au niveau d'une zone dite de « pénétration » (4), la méthode étant caractérisé en ce que la zone de pénétration (4) se situe sur l'épaisseur de la structure (1, 2), entre les deux substrats (1, 2), au niveau d'un axe (X-X') sensiblement perpendiculaire aux substrats (1, 2), par sensiblement perpendiculaire on entend un angle de 80 à 100°, et tangent aux contours du premier et du second substrat (1, 2). 2. Méthode de séparation selon la revendication 1, dans laquelle les substrats (1, 2) sont désalignés. 3. Méthode de séparation selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle les substrats (1, 2) ont une taille et/ou une forme différente. 4. Méthode de séparation selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle l'outil de séparation (3) est une lame présentant une section transversale en forme de triangle. 5. Méthode de séparation selon la revendication 4, dans laquelle tes dimensions de la base de la lame (3) et la direction de l'insertion (B-B') de la lame (3) dans la zone de pénétration (4) sont ajustés de manière à adapter les efforts subits par les substrats (1, 2) lors de l'insertion de la lame (3). 6. Méthode de séparation selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle les substrats (1, 2) présentent une rigidité différente. 7. Méthode de séparation selon la revendication 6, dans laquelle l'un des substrats (1, 2) est en silicium et l'autre substrat en saphir. 8. Méthode de séparation selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle les deux substrats (1, 2) formant la structure sont assemblés par collage, préférentiellement par adhésion moléculaire.