Brevet FR3012257A1 — publié le 20150424

PROCEDE DE PREHENSION D'UN SUBSTRAT DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne, d'une façon générale, la fabrication de substrats pour l'électronique, l'optoélectronique ou l'optique, et plus particulièrement, un procédé de préhension d'un substrat à l'aide d'une structure. ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION La fabrication de tels substrats met en jeu de plus en plus fréquemment des techniques de reports de couches plus ou moins épaisses d'un support à l'autre. Ainsi, dans de nombreuses applications du domaine de la micro-15 électronique, on peut souhaiter réaliser le transfert d'une couche de composants électriques sur un substrat, ou d'une couche mince semi-conductrice présente à la surface d'un premier substrat vers un second substrat. Une couche mince, au sens de la présente invention ne peut, en raison de ses dimensions et de sa fragilité, être transportée telle quelle. 20 Aussi, pour transporter la couche, et en particulier la transférer d'un substrat initial vers un substrat final, il faut la rendre solidaire d'une structure de transfert appelée poignée ou temporaire. Une telle structure permet alors de manipuler tout substrat ayant besoin d'être déplacé et/ou transféré. Elle joue le rôle d'une poignée, ou d'une structure utilisée temporairement. 25 Par exemple, le substrat initial comprend une couche mince en nitrure de gallium GaN, et possède en son sein une interface fragile, définissant un plan de rupture privilégié. Le transfert s'effectue en mettant en contact la face exposée de la couche mince, portée par le substrat initial, avec une face d'une structure poignée, en assurant une adhésion convenable entre les faces mises en 30 contact, pour ensuite effectuer le détachement de la couche mince au niveau de l'interface fragile. La zone de rupture, au niveau de l'interface fragile, est alors nettoyée, par exemple par TMAH, pour qu'ensuite la mince couche semiconductrice puisse être transférée sur un substrat final, via la structure poignée ou temporaire. Une fois réalisé, la poignée est détachée du substrat transféré. 35 Sur un plan général, on connaît déjà différentes façons de réaliser ce détachement d'une structure poignée et d'un substrat transféré. Une première technique consiste à détruire la structure poignée par abrasion mécanique ou par attaque chimique. Il peut également être éliminé par combinaison de ces deux moyens, comme décrit par exemple dans le document FR-A-2 715 503. Cependant, l'abrasion mécanique du substrat nécessite beaucoup 5 de temps, et un tel traitement est susceptible d'endommager la couche mince et/ou les circuits qui y sont réalisés, et ne permet pas la réutilisation de la structure poignée. Il existe également une technique consistant à créer une zone de clivage sur la structure poignée, par exemple par implantation d'ions et idéalement 10 du coté de l'interface de collage entre le substrat à transférer et la structure poignée, et de procéder au retrait de la structure poignée, par exemple par arrachement au niveau de la zone de clivage, comme décrit dans le document FRA-2 744 285. Une autre technique permet de réaliser une couche d'oxyde 15 enterrée dans la poignée, et à attaquer cette couche par gravure lors du retrait de la structure poignée, comme décrit dans le document US-A-6 027 958. D'autres solutions connues consistent à obtenir une interface fragile par création d'une couche poreuse, comme décrit par exemple dans le document EP-A-0 849 788, et à éventuellement implanter des espèces gazeuses dans cette 20 couche pour fragiliser jusqu'au degré souhaité. La rupture de ces interfaces fragiles est réalisée par application de contrainte et/ou de cisaillement et/ou en flexion. Une étape de planarisation chimique ou mécanique est ensuite requise au niveau de l'interface de rupture. Toutefois, ces différents procédés connus présentent tous des 25 inconvénients. En premier lieu, il est difficile, voire impossible, de maîtriser les forces de liaison effectives entre un substrat à transférer et la structure poignée, et/ou au niveau d'une interface préalablement fragilisée. En corollaire, les efforts mécaniques, et/ou thermiques, et/ou chimiques à appliquer pour réaliser le détachement ou la destruction de la 30 structure poignée peuvent être importants, avec un risque de détérioration ou de bris des substrats. Ce risque est encore plus élevé dans le cas où ces efforts ou une partie de ces efforts sont appliqués à la main, par exemple à l'aide d'un outil. OBJET DE L'INVENTION ET BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION La présente invention vise à pallier ces limitations de l'état de la 35 technique et à proposer un procédé de préhension d'un substrat à l'aide d'une structure, dite poignée ou temporaire, qui comprend au moins un conduit formant un réseau débouchant, d'un coté, sur une première face de la structure, et de l'autre, débouchant sur une ouverture située sur une autre face de la structure. Le procédé consiste alors à : - mettre en contact la première face de la structure avec une surface du substrat, de sorte que le réseau débouchant sur la première face de la structure soit obturé hermétiquement par la surface du substrat ; - soumettre le réseau à une dépression, maintenue par un élément obturateur disposé sur l'ouverture, de manière à ce que le réseau puisse 10 exercer un effort de succion suffisant pour soulever au moins le poids du substrat à l'aide de la structure. Une telle invention permet d'effectuer un transfert de couche, par exemple de composants électriques, ou un détachement entre deux parties d'un substrat intermédiaire d'une manière simple, efficace et précise. 15 En fonction de la forme et de la pression soumise au réseau de conduits débouchant sur la première face de la structure, l'invention permet de contrôler avec précision la répartition et l'amplitude des forces destinées à provoquer la préhension et le relâchement au niveau de tout ou partie de l'étendu du substrat. Ainsi, le substrat transféré subit le moins de contrainte possible lors 20 de son déplacement et de la séparation du substrat et de la structure. Par ailleurs, la mise en place d'un tel procédé permet une réutilisation à volonté de la poignée, et d'éviter une étape de planarisation du substrat au niveau de la face préalablement assemblée à la structure poignée. Enfin, le fait de n'utiliser aucune solution d'abrasion, de gravure 25 chimique ou mécanique, d'arrachement, de traitement thermique... pour retirer la structure poignée du substrat transféré, permet d'éviter la contamination, la déformation ou l'endommagement du substrat. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS 30 L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit du mode de réalisation particulier et non limitatif de l'invention en référence aux figures ci-jointes parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue d'une face de la structure, selon l'invention, destinée à venir en contact avec un substrat initial; - la figure 2 est une section transversale latérale de la structure selon la figure 1 ; - les figures 3 et 4 représentent est une section transversale latérale de la structure disposée sur le substrat initial ; - les figures 5 et 6 représentent une section transversale latérale de la structure intercalée entre le substrat initial et le substrat final; - la figure 7 est une section transversale latérale du substrat initial transféré sur le substrat final. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION D'une manière générale, la préhension d'un substrat à l'aide d'une structure, communément qualifiée de poignée ou temporaire, est possible par l'assemblage d'une face de la structure poignée et d'une face du substrat, par exemple, à l'aide d'un collage par adhésion moléculaire. Une fois que la structure poignée n'est plus utile et doit être retirée, les solutions, de l'art antérieur, permettant de séparer la face du substrat de celle de la structure poignée, génèrent des contaminations, déformations ou l'endommagement du substrat. Par ailleurs, selon les modes de réalisation de l'art antérieur, la structure poignée ne peut pas être réutilisée ou doit subit un traitement avant de l'être. Un mode de réalisation possible du procédé de préhension 20 conforme à l'invention, permettant de palier aux problématiques précédemment énoncées, va maintenant être décrit en faisant référence aux figures 1 à 7. Le présent mode de réalisation décrit, ci-dessous, un processus de transfert de couche d'un substrat initial vers un substrat final. L'utilisation du procédé de préhension de l'invention concerne habituellement ce processus de transfert de 25 couche. Cependant, la présente invention ne se limite pas à un tel processus, mais peut s'appliquer à tout processus nécessitant la manipulation d'un substrat en général, qu'il y est un transfert de couche ou pas. Les figures 1 et 2 sont des vues différentes de la structure poignée 1. La structure, par exemple composée d'oxyde de silicium, comprend une 30 première face 2 sur laquelle débouche un réseau de conduits 3, formant ici un damier, et une deuxième face 4, ici la face opposée à la première face 2, sur laquelle débouche une ouverture 5 au moins connectée à une partie du réseau de conduits 3. En référence à la figure 3, le procédé de préhension selon 35 l'invention consiste à mettre en contact la première face 2 de la structure poignée 1 sur la face d'un substrat initial 6, ici multicouche, à déplacer, les faces étant suffisamment planes pour qu'une interface de collage par adhésion moléculaire puisse être réalisée entre les deux faces. Ainsi, le réseau de conduits 3 débouchant sur la face 2 est obturé hermétiquement par la face du substrat initial 6. Par ailleurs, selon certains modes de réalisation, il peut être nécessaire de consolider cette interface de collage par une étape de recuit connue de l'art antérieur. L'ensemble ainsi formé est disposé dans une chambre à vide permettant de soumettre le réseau de conduits 3 à une pression prédéterminée se situant entre 0.5 et 50 mbar. Une fois la pression prédéterminée atteinte, l'ouverture 5, débouchant sur la deuxième face 4 de la structure poignée 1, est obturée par un élément obturateur 7, par exemple réalisé dans une résine photosensible, tel qu'illustré en figure 4. Selon les modes de réalisation, il peut s'avérer nécessaire de consolider la mise en place de l'élément obturateur 7 sur l'ouverture 5 par une étape de durcissement de l'élément obturateur 7 à l'aide 15 d'un rayonnement de type UV provocant, par ailleurs, une augmentation du volume de l'élément obturateur 7. Dans un tel cas, l'homme du métier devra s'assurer que cette étape de durcissement ne dégage pas de gaz en direction de l'ouverture 5. Pour se faire, la portion de l'élément obturateur introduite dans l'ouverture 5 peut être recouverte d'une couche imperméabilisante. Ainsi, le 20 réseau de conduits 3, renfermant une faible pression, génère une force de succion suffisante sur le substrat initial 6 pour le soulever et le déplacer. La forme et la surface du réseau de conduits 3 débouchant sur la première face 2 de la structure 1 sont préalablement déterminées en fonction de la topologie de surface du substrat initial 6 à déplacer. De manière générale, le 25 réseau de conduits 3 débouchant sur la première face 2 décrit un motif de forme régulière, tel qu'un damier, illustré en exemple en figure 1, une spirale, une série de lignes parallèles ou perpendiculaires, ou toutes autres formes régulièrement réparties sur la première face 2 de la structure 1, de sorte à exercer une force de succion homogène sur la face du substrat initial 6. L'application d'une force de 30 succion homogène sera privilégiée dans les cas où la face du substrat initial 6 à déplacer possède une topologie de surface régulière et plane. Dans le cas où la face du substrat 6 à déplacer possède une topologie de surface non régulière, le motif du réseau de conduits 3 débouchant sur la première face 2 de la structure 1 sera adapté, d'une part, pour assurer l'interface de collage par adhésion 35 moléculaire sur au moins une partie des faces de la structure poignée 1 et du substrat initial 6, et d'autre part, pour assurer la préhension du substrat initial 6 selon le procédé de l'invention, et ce, pour éviter une séparation imprévue de la structure poignée 1 et du substrat initial 6 lors du déplacement du substrat initial 6. Quelque soit la topologie de surface de la face du substrat initial 6, 5 et pour limiter les risques de séparation imprévue de la structure poignée 1 et du substrat initial 6 lors du déplacement du substrat initial 6, la surface du réseau de conduits 3 débouchant sur la première face 4 de la structure 1 doit être inférieure à la surface de contact entre la première face 4 de la structure 1 et la face du substrat initial 6 à déplacer. Ainsi, l'énergie de collage entre la structure 1 et le 10 substrat initial 6 est assurée, d'une part, par le collage par adhésion moléculaire entre la face de la structure poignée 1 et celle du substrat initial 6, et d'autre part, par l'effort de succion appliqué sur la face du substrat initial 6. Une fois la structure poignée 1 et le substrat initial 6 assemblés, et l'élément obturateur 7 disposé sur l'ouverture 5, l'ensemble ainsi obtenu est retiré 15 de la chambre à vide. Le substrat initial 6 peut alors être facilement manipulé à l'aide de la structure poignée 1. Dans le mode de réalisation présenté aux figures 1 à 4, le substrat initial multicouche 6 comprend successivement une première couche de composants électriques 8, une deuxième couche diélectrique 9, une troisième 20 couche d'arrêt de gravure 10 et une quatrième couche de silicium 11. Avant de transférer une partie du substrat 6 initial sur un substrat final, une opération de gravure, par exemple chimique du type TMAH, peut être réalisée jusqu'à la couche d'arrêt de gravure 10, et ce, pour supprimer la couche de silicium 11. Cette étape de gravure, connue de l'art antérieur, n'est citée qu'à titre d'exemple, et peut être 25 remplacée ou complétée par toutes autres actions nécessaires au traitement du substrat initial 6 à transférer. Une fois le substrat initial 6 traité, ici épuré de sa couche de silicium 11, le substrat initial restant 8, 9, 10 peut alors être déplacé pour que la face libre de la couche d'arrêt de gravure 10 soit collé au substrat final 12, tel qu'un substrat 30 d'AIN/SiC, comme illustré en figure 5. A titre d'exemple, le collage peut être un collage hydrophile utilisant une fine couche d'oxyde 13, tel que du A1203. L'étape de collage terminée, la structure poignée 1 peut être retirée, comme illustré en figure 6. Pour cela, l'élément obturateur 7 est retiré de l'ouverture 5. La pression atmosphérique se propage alors dans le réseau de 35 conduits 3, provocant la suppression de l'effort de succion, et donc la diminution de l'énergie de collage entre la face 2 de la structure poignée 1 et la face du substrat initial restant 8, 9, 10. L'énergie de collage restante n'est alors assurée plus que par l'interface de collage par adhésion moléculaire. Ainsi pour limiter, autant que possible, le stress, les contaminations ou déformations du substrat 8, 9, 10 lors de la séparation de la structure 1 et du substrat initial restant 8, 9, 10, un fluide est injecté, par l'ouverture 5, et pressurisé dans le réseau de conduits 3, de sorte à exercer une poussée sur le substrat initial restant 8, 9, 10. Le produit final est illustré en figure 7. Dans le présent mode de réalisation, le réseau de conduits 3 étant en forme de damier, la poussée exercée sur le substrat initial restant 8, 9, 10 est' donc homogène, limitant considérablement les problèmes de l'art antérieur. Tout type de fluide peut être utilisé, tel que du gaz ou un liquide, par exemple de l'eau contribuant à corroder l'interface de collage. Ainsi, aucune opération de traitement thermique n'est nécessaire pour séparer la structure poignée 1 et le substrat évitant ainsi tout problème lié à 15 la différence de coefficient de dilatation thermique de la structure poignée 1 et du substrat final 12. Une fois séparée, la structure poignée 1 peut être réutilisée pour un nouveau processus de transfert de couche d'un substrat initial vers un substrat final, et ce, sans aucun traitement préalable. 20 REVENDICATIONS1. Procédé de préhension d'un substrat (6) à l'aide d'une structure (1), dite poignée ou temporaire, qui comprend au moins un conduit formant un réseau (3) débouchant, d'un coté, sur une première face (2) de la structure (1), et de l'autre, débouchant sur au moins une ouverture (5) située sur une autre face (4) de la structure (1), le procédé se caractérisant par les étapes suivantes: mettre en contact la première face (2) de la structure (1) avec une surface du substrat (6), de sorte que le réseau (3) débouchant sur la première face (2) de la structure (1) soit obturé hermétiquement par la surface du substrat (6) ; soumettre le réseau (3) à une dépression, maintenue par un élément obturateur (7) disposé sur l'ouverture (5), de manière à ce que le réseau (3) puisse exercer un effort de succion suffisant pour au moins soulever le poids du substrat (6) à l'aide de la structure (1). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la structure (1) est en oxyde de silicium. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la surface du réseau (3) débouchant sur la première face (2) de la structure (1) est inférieure à la surface de contact entre la première face (2) de la structure (1) et la surface du substrat (6). 4. Procédé selon la revendication 1 ou 3, dans lequel le réseau (3) débouchant sur la première face (2) de la structure (1) forme un motif régulier, tel qu'un damier ou une spirale. 5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la mise en contact de la première face (2) de la structure (1) avec la face du substrat (6) forme une interface de collage par adhésion moléculaire. 6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la mise sous dépression du réseau (3) est réalisée en disposant la structure (1) et le substrat (6) dansune chambre à vide, le réseau (3) étant alors, d'un coté, obturé hermétiquement par la face du substrat (6), et de l'autre, obturé hermétiquement par l'élément obturateur (7) sur la deuxième ouverture (5). 7. Procédé selon la revendication 1 ou 6, dans lequel l'élément obturateur (7) est une résine photosensible. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel la résine est durcie par un rayonnement de type UV. 9. Procédé selon l'une des revendications 1, 6 ou 7, dans lequel la séparation du substrat (6) et de la structure (1) est réalisée par l'introduction d'un fluide pressurisé dans le réseau (3) de manière à exercer une poussée sur le substrat (6).