Brevet FR3024953A1 — publié le 20160226

La présente invention concerne un procédé de détourage d'une couche mince détachée d'un substrat source et transférée sur un substrat raidisseur selon la technologie de report de couche Smart CutTM. Les étapes mises en jeu dans cette technologie comprennent : l'implantation d'espèces ioniques gazeuses dans un substrat source de sorte à créer un plan de fragilisation délimitant la couche mince et le reliquat du substrat source, - la mise en contact intime de la couche mince avec un substrat raidisseur pour un collage par adhésion moléculaire, - la fracture du substrat source au niveau plan de fragilisation par application d'un traitement thermique et/ou une contrainte de détachement. Il en résulte d'une part un substrat composite constitué de la couche mince reportée sur le substrat raidisseur, et d'autre part le reliquat du substrat source. Ensuite, les traitements de finition classiquement appliqués comprennent : un polissage mécano-chimique ou CMP (acronyme anglo-saxon de Chemical Mechanical Polishing) permettant d'ajuster finement l'épaisseur de la couche mince transférée tout en éliminant les défauts et/ou les espèces gazeuses résiduels induits par l'implantation et situés à proximité de la surface fracturée. Ce polissage permet par ailleurs de recouvrer une excellente qualité de surface, typiquement un lissage à l'échelle atomique. un traitement thermique, en général à haute température (dans une plage de 600°C à 1100°C), qui permet à la fois de consolider l'interface de collage et d'éliminer les défauts et/ou espèces gazeuses résiduels éventuellement présents dans le volume de la couche mince transférée, un nettoyage final effectué notamment pour éliminer les particules et la contamination métallique induite par les étapes précédentes. Afin d'éviter la diffusion des espèces ioniques ou l'extension des défauts 30 dans le volume de la couche mince, il est préférable d'appliquer le polissage avant le traitement thermique. En effet, le traitement thermique peut entrainer la diffusion des espèces gazeuses résiduelles dans toute l'épaisseur de la couche mince où elles ne seront plus éliminées par le polissage. Or, certains matériaux constituant le substrat source sont fracturés avec une faible température de sorte que l'énergie de collage 35 obtenue à l'issue de la fracture est relativement faible. Il en résulte que la couche mince présente une défectivité importante, telles que de larges zones soulevées ou 3024953 2 localement désolidarisées notamment en périphérie des plaques. Ainsi, l'application d'une étape de polissage mécano-chimique conduit à des arrachements partiels en périphérie de la couche mince. Ces arrachements forment des micro-particules entrainées sur la totalité de la surface de la couche mince du fait de la rotation de la 5 couche mince sur le plateau de polissage. Ceci conduit à la génération de défauts micrométriques sur la totalité de la surface. Différentes techniques de détourage sont bien connues et peuvent être utilisées pour pallier ce problème. Par exemple, un détourage mécanique par abrasion avec une roue diamantée localisée sur la périphérie de la couche mince permet 10 d'éliminer de la matière sur une profondeur de quelques micromètres. Un autre exemple est la gravure chimique ou la gravure ionique de la périphérie de la couche mince. Cette gravure est réalisée après la protection de la région centrale par une étape de photolithographie. Ces deux procédés ont toutefois deux inconvénients majeurs : 15 ils sont coûteux : ils nécessitent des équipements spécifiques (« edge- grinding », étalement de résine, gravure,...), ils impliquent de nombreuses étapes (insolation, révélation,...), et ils conduisent généralement à une sur-gravure (i.e. gravure du substrat sous-jacent, au-delà du film à graver) impliquant une surconsommation de matériau, 20 ils peuvent entraîner une pollution particulaire des couches minces comme du dispositif, ce qui nécessite ensuite le développement de nettoyages spécifiques. Un des buts visé par la présente invention est de pallier au moins l'un de ces inconvénients. A cet effet, la présente invention propose un procédé de détourage 25 d'une surface exposée d'une couche mince ayant été reportée, le procédé comprenant les étapes suivantes : a) Fournir une structure composite comprenant la couche mince collée sur un substrat raidisseur avec une énergie de collage El, la couche mince comprenant une région périphérique et une région centrale, b) Appliquer une face adhésive d'un film autocollant sur au moins la surface exposée de la région périphérique avec une énergie d'adhésion E2 supérieure à l'énergie de collage El, c) Peler le film autocollant de la couche mince de sorte à arracher au moins une portion de la région périphérique. 3024953 3 Ainsi, le procédé de l'invention permet d'arracher une portion de la région périphérique, voire toute la région périphérique de la couche mince, et ce sur toute l'épaisseur de la région périphérique. Il permet ainsi d'éliminer les défauts situés au niveau de la région périphérique de la couche mince, après la fracture et avant le 5 polissage de la surface, notamment pour des couches minces ayant été reportées avec une faible énergie de collage. Il est alors possible d'appliquer le traitement de polissage mécano-chimique sans risque de création de nouveaux défauts à la surface. Le traitement thermique permet ensuite d'évacuer les espèces gazeuses résiduelles et de consolider l'énergie de collage. 10 La couche mince présente une section identique à la section du substrat source à partir duquel elle est prélevée. Généralement le substrat source provient d'un lingot de sorte que sa section est circulaire. Toutefois, l'invention est applicable à toute forme de section du substrat source et de la couche mince, qu'elle soit circulaire, ovale comme rectangulaire, etc. Ainsi, le contour extérieur de la région 15 périphérique peut être respectivement rectangulaire, ovale, etc. Le film autocollant présente une géométrie configurée pour couvrir la totalité de la région périphérique. Ainsi, le contour du film autocollant peut présenter une forme similaire à celle de la région périphérique, ou une forme différente, tel un film de contour carré couvrant une région périphérique de contour circulaire. 20 Selon une disposition, la région périphérique présente une forme de couronne et le procédé comprend avant l'étape b), une étape i) consistant à fournir un film autocollant présentant une forme d'anneau, dont le diamètre intérieur est sensiblement identique au diamètre intérieur de la région périphérique, dont le diamètre extérieur est supérieur ou égal au diamètre extérieur de la région 25 périphérique et l'étape b) consiste à disposer coaxialement le film autocollant sur la région périphérique de sorte à couvrir cette dernière. Selon une variante, la région périphérique présente une forme de couronne et le procédé comprend avant l'étape b), une étape j) consistant à couvrir la région centrale de la couche mince par un film protecteur et l'étape b) consiste à 30 appliquer la face adhésive du film autocollant sur le film protecteur et sur la région périphérique de la couche mince. Dans cette variante, la présence du film protecteur évite une étape de découpe annulaire du film autocollant aux dimensions de la couronne. De préférence, le film protecteur présente une forme circulaire de 35 dimensions similaires à celle de la région centrale. 3024953 4 Par ailleurs, la surface du film protecteur en contact avec la couche mince est lisse et non collante (la surface est dépourvue de colle ou d'adhésif). Avantageusement, le film autocollant présente un diamètre extérieur supérieur à celui de la région périphérique et l'étape c) de pelage comprend une étape 5 cl) consistant à fournir un outil de retrait de forme annulaire présentant un diamètre intérieur supérieur au diamètre extérieur de la région périphérique et inférieur au diamètre extérieur du film autocollant, une étape c2) consistant à centrer la structure composite comprenant le film autocollant sur l'outil de retrait de sorte à coller une partie de film autocollant sur l'outil de retrait et une étape c3) consistant à appliquer 10 une force sur l'outil de retrait dans une direction de retrait de sorte à peler le film autocollant. De préférence, la force est appliquée de manière uniforme sur l'outil de retrait de sorte que le pelage est simultané sur toute la surface du film autocollant. Selon une possibilité, l'outil de retrait est un cadre, ou autrement dit une 15 plaque annulaire, formé en acier inoxydable de sorte à éviter toute contamination de la couche mince. De préférence, la force appliquée à l'outil de retrait fournit une énergie de retrait E3 supérieure à l'énergie de collage El et inférieure à l'énergie d'adhésion E2. Le film autocollant est ainsi collé à la région périphérique avec une force plus 20 importante que ne l'est la région périphérique au substrat raidisseur. Il est ainsi possible détacher au moins une portion de la région périphérique, voire la totalité de la région périphérique, par pelage du film autocollant. Selon une variante l'étape c3) comprend en outre l'application d'une force complémentaire, d'énergie complémentaire E4, sur la couche mince dans une 25 direction opposée à la direction de retrait. Ceci permet un pelage efficace du film autocollant. Typiquement, la force appliquée sur l'outil de retrait et la force complémentaire appliquée sur la couche mince sont d'origine mécanique. Selon une autre diposition, la force complémentaire appliquée sur la 30 couche mince est une obtenue par aspiration. Dans ce cas, la somme de l'énergie de retrait E3, appliquée indirectement sur la couche mince 3, et de l'énergie complémentaire E4, appliquée dans une direction contraire sur le substrat raidisseur 5, est supérieure à l'énergie de collage El. Le film autocollant est formé d'un polymère, tel que du PVC (polychlorure 35 de vinyle) ou du PET (poly(téréphtalate d'éthylène)), recouvert par exemple d'une couche d'un adhésif à base d'acrylique. 3024953 5 Selon une configuration, l'énergie de collage El est inférieure à environ 600mJ/cm2. Cette énergie relativement faible est notamment obtenue lors de transfert par Smart Cut TM d'une couche mince en matériau tels que le Ge, InP, GaAs, LiTaO3, LiNbO3, etc, collée par collage direct. Il est en effet connu que l'implantation 5 d'espèces gazeuses dans ces matériaux conduit à une fracture à basse température, c'est-à-dire inférieure à 300°C, de sorte que l'interface de collage n'est pas parfaitement stabilisée immédiatement après le report, avant le traitement thermique de recuit de collage. Typiquement, l'étape a) comprend une étape d'implantation al) 10 d'espèces ioniques gazeuses dans un substrat source de sorte à former un plan de fragilisation délimitant la couche mince et un reliquat du substrat source, une étape a2) de mise en contact de la couche mince avec le substrat raidisseur et une étape de fracture a3) formant ladite structure composite. Avantageusement, le procédé comprend en outre après l'étape c) une 15 étape d) consistant à appliquer un polissage mécano-chimique sur la surface exposée de la couche mince de sorte à obtenir une surface avec un nombre réduit de défauts. Ces défauts peuvent notamment être quantifiés à partir d'outils standard d'inspection par exemple en utilisant un rayonnement UV. On peut citer à titre d'exemple l'outil Surfscan® commercialisé par KLA-Tencor. A titre d'exemple, une couche mince d'InP, 20 d'un diamètre d'environ 9 cm, reportée sur un substrat raidisseur par la technologie Smart CutTM (énergie d'environ 10 KeV - dose d'H d'environ 6,7.10e16 at/cm2 et fracture à environ 220°C) présente, sans utilisation du procédé selon l'invention, entre 500 et 1000 défauts. Avec le procédé selon la présente invention, la couche mince d'InP obtenue dans ces mêmes conditions présente moins de 100 défauts. 25 D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description suivante de trois modes de réalisation de celle-ci, donnés à titre d'exemples non limitatifs et faits en référence aux dessins annexés. Les figures ne respectent pas nécessairement l'échelle de tous les éléments représentés de sorte à améliorer leur lisibilité. Des traits pointillés symbolisent un plan de 30 fragilisation. Dans la suite de la description, par souci de simplification, des éléments identiques, similaires ou équivalents des différentes formes de réalisation portent les mêmes références numériques. Les figures 1 à 3 illustrent le détachement et le report d'une couche mince selon la technologie Smart CutTM 35 La figure 4 illustre le procédé selon un premier mode de réalisation de l'invention. 3024953 6 La figure 5 illustre le procédé selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Les figures 6 et 7 illustrent le procédé selon un troisième mode de réalisation de l'invention. 5 Comme illustré à la figure 1, le procédé comporte une implantation d'espèces ioniques gazeuses, tel que de l'hydrogène, dans un substrat source 1 en germanium de sorte à y former un plan de fragilisation 2 (étape al - énergie d'implantation comprise entre 60 et 150 KeV et une dose comprise entre 4 et 8.10e16 at/cm2). Le plan de fragilisation 2 délimite une couche mince 3, d'une épaisseur 10 comprise entre 500 nm et 1,5 micromètre, et un reliquat 4 du substrat source 1. Comme illustré à la figure 2, la couche mince 3 est mise en contact avec un substrat raidisseur 5 pour un collage par adhésion moléculaire (étape a2). Puis, la fracture du substrat source 1 est initiée au niveau du plan de fragilisation 2 par application d'un traitement thermique à une température inférieure à 300°C, par exemple à une 15 température comprise entre 200 et 250°C (étape a3) - figure 3). La couche mince 3 est alors reportée sur le substrat raidisseur 5 pour former une structure composite 6 mais du fait de la basse température de la fracture, l'énergie de collage El sur le substrat raidisseur 5 est faible, notamment inférieure à 600mJ/cm2. Il est alors possible de distinguer une région centrale 7 et une région périphérique 8 dans la couche mince 3. 20 La région centrale 7 est en partie délimitée par la nécessité d'obtenir une surface active minimale de la couche mince 3 selon l'application visée et par une défectivité plus importante en région périphérique 8. Le reliquat 4 du substrat source 1 récupéré est ensuite recyclé pour un nouveau transfert de couche mince 3. Selon une variante non illustrée, le substrat source 1 est choisi en InP, 25 GaAs, LiTaO3, LiNbO3 ou autre matériau présentant une basse température de fracture. Dans le cas de l'InP, les conditions d'implantation et de fracture sont identiques à celles du Ge. Dans le mode de réalisation utilisant du Ge, la largeur des zones d'arrachements partiels de la couche mince 3 délimite une région périphérique 8 de la 30 forme d'une couronne. Ainsi, comme illustré à la figure 4, une face adhésive d'un film autocollant 9 présentant la forme d'un anneau est appliquée sur la région périphérique 8 de la couche mince 3 avec une énergie d'adhésion E2 supérieure à l'énergie de collage El (étape i). L'anneau du film autocollant 9 présente un diamètre intérieur et extérieur similaires à ceux respectivement de la couronne. Le diamètre 35 intérieur est typiquement de 8-9 cm et le diamètre extérieur est d'environ 10 cm. 3024953 7 Le film autocollant 9 est formé d'un polymère, tel que du PVC, dont la face adhésive est obtenue par une couche d'adhésif à base d'acrylique. Ce film autocollant 9 est notamment disponible dans le commerce sous forme de film de découpe commercial, tel que le F08xx vendu par la société Microworld SA. 5 Le placement du film autocollant 9 est obtenu en alignant la zone évidée du film autocollant 9 et le centre de la couche mince 3 placée sur un outil de montage de plaques de type commercial, par exemple le Wafer Mounter P200 fourni par la société Powatec GmbH (étape b). Puis, le film autocollant 9 est pelé de la structure composite 6 selon 10 l'étape c) du procédé de sorte à arracher au moins une portion, et avantageusement la totalité de la région périphérique 8 de la couche mince 3 (non visible à la figure 4). Selon une variante non illustrée, ce procédé est mis en oeuvre sur des couches minces de matériaux III/V, par exemple de l'InP, GaN, GaAs. La figure 5 illustre un deuxième mode de réalisation du procédé qui 15 diffère du précédent en ce que le film autocollant 9 présente un diamètre extérieur supérieur à celui de la région périphérique 8 de la couche mince 3. De plus, un outil de retrait 11 comprenant une forme annulaire et présentant un diamètre intérieur supérieur au diamètre extérieur de la région périphérique 8 est utilisé pour le pelage (étape cl). A cet effet, l'outil de retrait 11 est 20 centré sur la structure composite 6 de sorte à être collé sur le film autocollant 9 (étape c2 - le diamètre intérieur de l'outil 11 est inférieur au diamètre extérieur du film autocollant 9). Puis, une force mécanique est appliquée uniformément sur l'outil de retrait 11 dans une direction de retrait (se référer aux flèches de la figure 5) en fournissant une énergie E3 supérieure à l'énergie de collage El, tout en restant 25 inférieure à l'énergie d'adhésion E2. L'application de cette force entraine alors le pelage circulaire simultané du film autocollant 9 (étape c3). Comme illustré sur la figure 5, une force complémentaire d'énergie E4 est appliquée simultanément sur la couche mince 3 dans une direction opposée à celle de la direction de retrait de sorte à assister le pelage du film autocollant 9 (étape c -figure 5). Selon une possibilité non 30 illustrée, la force complémentaire est appliquée par aspiration de la structure composite 6. Les figures 6 et 7 illustrent un troisième mode de réalisation du procédé selon l'invention. Dans cette variante, un film protecteur 12 présentant un diamètre similaire à la région centrale 7 de la couche mince 3 est disposé coaxialement sur 35 ladite région centrale 7. Ce film protecteur 12 est un polymère ou un tissu présentant typiquement une épaisseur inférieure ou égale à quelques millimètres. Ce film 3024953 8 protecteur 12 présente au moins une face lisse et non collante qui est utilisée pour couvrir et protéger la région centrale 7 (étape j). Puis, la face adhésive d'un film autocollant 9 présentant la forme d'un disque est disposée coaxialement à la région centrale 7. Ce film autocollant 9 présentant un diamètre supérieur à celui de la couche 5 mince 3 recouvre ainsi le film protecteur 12 et la région périphérique 8 (étape b). Puis selon l'étape c) du procédé, la structure composite 6 est centrée sur l'outil de retrait 11 de sorte que la surface adhésive du film autocollant 9 adhère à l'outil 11, ce dernier présentant un diamètre extérieur similaire à celui du film autocollant 9. Selon une variante non illustrée, le diamètre extérieur de l'outil de retrait 11 est inférieur à celui 10 du film autocollant 9. L'important étant que le diamètre intérieur de l'outil de retrait 11 soit inférieur au diamètre extérieur du film autocollant 9. L'étape c) de pelage du film est ensuite réalisée par application d'une force mécanique sur l'outil de retrait 11, dans une direction de retrait. Cette force est complétée par une force complémentaire appliquée sur la structure composite 6 dans 15 une direction opposée. La face adhésive du film autocollant 9 étant collée au film protecteur 12, le pelage du film autocollant 9 entraine le retrait simultané du film protecteur 12 et l'arrachement d'au moins une portion de la région périphérique 8, voire la totalité de la région périphérique 8 sur toute son épaisseur. Bien entendu, selon une possibilité de l'invention non illustrée, l'énergie 20 E3 appliquée sur l'outil de retrait 11 est suffisamment importante pour que l'application de la force complémentaire d'énergie E4 ne soit pas nécessaire. La couche mince 3 obtenue après ce traitement peut subir un polissage mécano-chimique, sans risquer la création de nouveaux défauts de surface, puis un traitement thermique de stabilisation du collage. Dans le cas d'une couche mince 3 25 d'InP obtenue selon les conditions précédemment décrite, le nombre de défauts présents en surface est inférieur à 100 défauts. Ainsi, la présente invention propose un procédé permettant l'application d'un polissage mécano-chimique sans générer de défauts parasites sur la surface de la couche mince 3, avant l'application d'un traitement thermique permettant de 30 consolider le collage. De plus, ce procédé comporte peu d'étapes et est simple à mettre en oeuvre. Il va de soi que l'invention n'est pas limite au mode de réalisation décrit ci-dessus à titre d'exemple mais qu'elle comprend tous les équivalents techniques et les variantes des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons. 35 REVENDICATIONS1. Procédé de détourage d'une surface exposée d'une couche mince (3) ayant été reportée, le procédé comprenant les étapes suivantes : a) Fournir une structure composite (6) comprenant la couche mince (3) collée sur un substrat raidisseur (5) avec une énergie de collage (El), la couche mince (3) comprenant une région périphérique (8) et une région centrale (7), b) Appliquer une face adhésive d'un film autocollant (9) sur au moins la surface exposée de la région périphérique (8) avec une énergie d'adhésion (E2) supérieure à l'énergie de collage (El), c) Peler le film autocollant (9) de la couche mince (3) de sorte à arracher au moins une portion de la région périphérique (8). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la région périphérique (8) présente une forme de couronne, le procédé comprenant avant l'étape b), une étape i) consistant à fournir un film autocollant (9) présentant une forme d'anneau, dont le diamètre intérieur est sensiblement identique au diamètre intérieur de la région périphérique (8), dont le diamètre extérieur est supérieur ou égal au diamètre extérieur de la région périphérique (8), et dans lequel l'étape b) consiste à disposer coaxialement le film autocollant (9) sur la région périphérique (8) de sorte à couvrir cette dernière. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la région périphérique (8) présente une forme de couronne, le procédé comprenant avant l'étape b), une étape j) consistant à couvrir la région centrale (7) de la couche mince (3) par un film protecteur (12) et dans lequel l'étape b) consiste à appliquer la face adhésive du film autocollant (9) sur le film protecteur (12) et sur la région périphérique (8) de la couche mince (3). 4. Procédé selon l'une des revendications 2 à 3, dans lequel le film autocollant (9) présente un diamètre extérieur supérieur à celui de la région périphérique (8) et dans lequel l'étape c) de pelage comprend une étape cl) consistant à fournir un outil de retrait (11) de forme annulaire présentant un diamètre intérieur supérieur au diamètre extérieur de la région périphérique (8) et inférieur au diamètre extérieur du film autocollant (9), une étape c2) consistant à centrer la 3024953 10 structure composite (6) comprenant le film autocollant (9) sur l'outil de retrait (11) de sorte à coller une partie de film autocollant (9) sur l'outil de retrait (11) et une étape c3) consistant à appliquer une force sur l'outil de retrait (11) dans une direction de retrait de sorte à peler le film autocollant (9). 5 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la force appliquée à l'outil de retrait (11) fournit une énergie de retrait (E3) supérieure à l'énergie de collage (El), et inférieure à l'énergie d'adhésion (E2). 10 6. Procédé selon l'une des revendications 4 à 5, dans lequel l'étape c3) comprend l'application d'une force complémentaire sur la couche mince (3) dans une direction opposée à la direction de retrait. 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel la force complémentaire 15 appliquée sur la couche mince (3) est obtenue par aspiration. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le film autocollant (9) est formé d'un polymère, tel que du PVC ou du PET, recouvert par 20 exemple d'une couche d'un adhésif à base d'acrylique. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel l'énergie de collage (El) est inférieure à environ 600mJ/cm2. 25 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel l'étape a) comprend une étape al) d'implantation d'espèces ioniques gazeuses dans un substrat source (1) de sorte à former un plan de fragilisation (2) délimitant la couche mince (3) et un reliquat (4), une étape a2) de mise en contact de la couche mince (3) avec le substrat raidisseur (5) et une étape de fracture a3) formant ladite structure composite 30 (6).