Brevet FR3076292A1 — publié le 20190705

PROCEDE DE TRANSFERT D'UNE COUCHE UTILE SUR UN SUBSTRAT SUPPORT Domaine technique L'invention se rapporte au domaine technique du transfert d'une couche utile, appartenant a un substrat donneur, sur un substrat support. Le substrat donneur et/ou le substrat support est muni d'au moins une cavite superficielle. L'invention trouve notamment son application dans la fabrication d'une membrane sur la cavite, utilisee pour les microsystemes mecaniques (MEMS), par exemple dans un capteur de pression, un resonateur, un microphone, ou encore un capteur biochimique. La couche utile transferee peut egalement etre utilisee comme capot de protection, par exemple pour un composant, ou encore comme moyen d'encapsulation hermetique. Etat de la technique anterieure Un procede connu de l'etat de la technique, notamment du document C.-H. Yun et al., «Fabrication of Silicon and Oxide Membranes Over Cavities Using Ion-Cut Layer TranJfer», Journal of Microelectromechanical Systems, vol. 9, n°4, 474-477, 2000 (ci-apres D1), est un procede de transfert d'une couche utile sur un substrat support, le substrat support comportant : - une premiere surface et une seconde surface opposee, - au moins une cavite menagee a la premiere surface ; le procede comportant les etapes successives : a') prevoir un substrat donneur comportant : - une premiere surface et une seconde surface opposee, - une zone de fragilisation comprenant des especes implantees, - la couche utile, delimitee par la zone de fragilisation et par la premiere surface du substrat donneur, b') assembler le substrat donneur au substrat support par un collage entre la premiere surface du substrat donneur et la premiere surface du substrat support ; c') fracturer le substrat donneur suivant la zone de fragilisation de maniere a exposer la 30 couche utile. Un tel procede de l'etat de la technique permet d'obtenir un controle satisfaisant de l'epaisseur de la couche utile transferee ainsi qu'une bonne uniformite de l'epaisseur sur le substrat support. Cependant, un tel procede de l'etat de la technique n'est pas entierement satisfaisant dans la mesure ou D1 enseigne que l'epaisseur de la couche utile, notee t, definit 2 une largeur maximale theorique de la cavite, notee WI., qui est proportionnelle a t2. En d'autres termes, pour une epaisseur t fixee de la couche utile, une largeur de la cavite superieure a Whm va conduire a une defaillance de la couche utile transferee sur le substrat support, qui est liee a la formation de bullage (« blistering» en langue anglaise) des especes 5 implantees dans la cavite. L'homme du metier recherche, pour une epaisseur fixee de la couche utile, a repousser les limites de la largeur maximale de la cavite au-dela de laquelle on observe une defaillance de la couche utile transferee sur le substrat support. 10 Exposé de ('invention L'invention vise a remedier en tout ou partie aux inconvenients precites. A cet effet, l'invention a pour objet un procede de transfert d'une couche utile sur un substrat support comportant une premiere surface, le procede comportant les etapes successives : a) prevoir un substrat donneur comportant : 15 - une premiere surface, - une zone de fragilisation comprenant des especes implantees, - la couche utile, delimitee par la zone de fragilisation et par la premiere surface du substrat donneur, - une zone amorphe s'etendant dans la couche utile, parallelement a la zone de 20 fragilisation ; b) assembler, du cote de la premiere surface du substrat donneur et du cote de la premiere surface du substrat support, le substrat donneur au substrat support par un collage ; l'etape b) etant executee de sorte que la zone amorphe est au moins partiellement en regard d'au moins une cavite delimitee en partie par la premiere surface du substrat donneur ; 25 c) fracturer le substrat donneur suivant la zone de fragilisation de maniere a exposer la couche utile. Ainsi, un tel procede selon l'invention permet, grace a la presence d'une telle zone amorphe, de repousser les limites de la largeur maximale de la cavite au-dela de laquelle on observe une defaillance de la couche utile transferee sur le substrat support. En effet, une telle zone amorphe permet d'inhiber localement le bullage des especes implantees, provoque par le gaz issu de la recombinaison desdites especes. De plus, cette inhibition du bullage des especes implantees permet de transferer une couche utile fine, sans craindre sa defaillance mecanique, 3 voire sa rupture. L'inhibition du bullage des especes implantees est accrue lorsque la zone amorphe se trouve totalement en regard de la cavite a l'issue de l'etape b). En outre, une telle zone amorphe presente un module d'Young plus faible qu'une structure monocristalline (par exemple de l'ordre de 20% plus faible pour le silicium amorphe 5 par rapport au silicium monocristallin), ce qui permet de reduire les risques de propagation d'une fissure lors de l'etape c). Par ailleurs, le fait que la zone amorphe s'etende parallelement a la zone de fragilisation autorise une fracture du substrat donneur lors de l'etape c) qui s'opere parallelement a la cavite. 10 Definitions - Par « couche utile », on entend une couche a partir de laquelle peut etre forme un dispositif pour tout type d'applications, notamment electronique, mecanique, optique ; ou encore une couche formant un capot de protection. - Par «substrat », on entend un support physique autoporte, realise dans un materiau de 15 base permettant la fabrication d'un dispositif electronique ou d'un composant electronique. Un substrat est classiquement une tranche (« wafer» en langue anglaise) decoupee dans un lingot monocristallin de materiau semi-conducteur. - Par « amorphe », on entend que la zone presente un taux de cristallinite massique strictement inferieur a celui du substrat donneur, le substrat donneur possedant une structure 20 monocristalline. Ainsi, la zone « amorphe » peut avoir une structure polycristalline (taux de cristallinite massique classiquement inferieur ou egal a 80%) ou une structure amorphe (taux de cristallinite massique classiquement inferieur ou egal a 20%). - Le terme « parallelement » s'entend dans les tolerances usuelles liees aux techniques de fabrication en microelectronique, et non au sens mathematique du terme. 25 - Par « au moins partiellement en regard », on entend que tout ou partie de la zone amorphe se situe en face (i.e. a la perpendiculaire) de tout ou partie de la cavite, avec ou sans interposition d'une portion de couche utile. Ainsi, l'expression couvre les cas suivants : (i) toute la zone amorphe se situe en face de toute la cavite, (ii) toute la zone amorphe se situe en face d'une partie de la cavite, 30 (iii) une partie de la zone amorphe se situe en face de toute la cavite, (iv) une partie de la zone amorphe se situe en face d'une partie de la cavite. Le procede selon l'invention peut comporter une ou plusieurs des caracteristiques suivantes. 4 Selon une caracteristique de l'invention, la cavite est menagee a la premiere surface du substrat support ; et le collage de l'etape b) s'opere entre la premiere surface du substrat donneur et la 5 premiere surface du substrat support. Selon une caracteristique de l'invention, le substrat support comporte des piliers, s'etendant a la premiere surface du substrat support, et delimitant en partie la cavite ; et le collage de l'etape b) s'opere entre la premiere surface du substrat donneur et les 10 piliers du substrat support. Selon une caracteristique de l'invention, le substrat donneur prevu lors de l'etape a) comporte des piliers, s'etendant a la premiere surface du substrat donneur, et delimitant en partie la cavite ; 15 et le collage de l'etape b) s'opere entre les piliers du substrat donneur et la premiere surface du substrat support. Selon une caracteristique de l'invention, le substrat support comporte des piliers, s'etendant a la premiere surface du substrat support, et delimitant en partie une premiere 20 cavite ; le substrat donneur prevu lors de l'etape a) comporte des piliers, s'etendant a la premiere surface du substrat donneur, et delimitant en partie une deuxieme cavite ; et le collage de l'etape b) s'opere entre les piliers du substrat donneur et les piliers du substrat support de maniere a reunir les premiere et deuxieme cavites et former la cavite. 25 Selon une caracteristique de l'invention, le procede comporte une etape d) consistant a recristalliser la zone amorphe, l'etape d) etant executee apres l'etape c) ; l'etape d) etant de preference executee par une reprise d'epitaxie en phase solide. Ainsi, la zone amorphe est recristallisee lors de l'etape d) afin de reconstruire la structure 30 cristalline de la couche utile, et ce a partir du materiau cristallin entourant la zone amorphe. L'etape d) est essentielle lorsque l'on souhaite former un dispositif electronique a partir de la couche utile. Selon une caracteristique de l'invention, l'etape a) comporte les etapes : ao) prevoir le substrat donneur comportant la premiere surface ; 5 at) former la zone de fragilisation dans le substrat donneur ; az) former la zone amorphe dans la couche utile. Les etapes at) et az) peuvent etre interverties. 5 Selon une caracteristique de l'invention, l'etape at) consiste a implanter des especes ionisees dans le substrat donneur, a travers la premiere surface du substrat donneur, lesdites especes ionisees comportant de preference au moins une des especes selectionnees parmi H+, He+, B. 10 Selon une caracteristique de l'invention, l'etape az) consiste a implanter des especes dans la couche utile, a travers la premiere surface du substrat donneur, lesdites especes etant de preference des ions de silicium ou des ions de germanium. Ainsi, un avantage procure est de pouvoir obtenir aisement une zone amorphe « enterree », c'est-a-dire situee a distance de la premiere surface du substrat donneur, ce qui 15 n'est pas envisageable avec une technique de depOt. Selon une caracteristique de l'invention, l'etape az) est executee de sorte que la zone amorphe s'etend a distance de la premiere surface du substrat donneur. Ainsi, un avantage procure par une telle zone amorphe enterree, plus proche de la zone 20 de fragilisation, est d'ameliorer l'efficacite de l'inhibition du bullage des especes implantees, provoque par le gaz issu de la recombinaison desdites especes. En outre, le cas echeant, une telle zone amorphe enterree permet d'ameliorer la qualite de la recristallisation lors de l'etape d). Enfin, un autre avantage procure par une telle zone amorphe enterree est qu'elle peut etre supprimee simplement, par oxydation sacrificielle ou amincissement. 25 Selon une caracteristique de l'invention, la couche utile du substrat donneur prevu lors de l'etape a) presente une densite volumique, notee pi ; et l'etape az) est executee de sorte que la zone amorphe presente une densite volumique, notee p2, verifiant 1)2 pi/10. 30 Ainsi, un avantage procure est d'ameliorer l'efficacite de l'inhibition du bullage des especes implantees. Selon une caracteristique de l'invention, la couche utile du substrat donneur prevu lors de l'etape a) presente une epaisseur, notee t, definissant une largeur maximale theorique de la 35 cavite, notee Wlim, qui est proportionnelle a t2 ; 6 et l'etape az) est executee de sorte que la zone amorphe forme un reseau periodique avec un pas, note p, verifiant p REVENDICATIONS1. Procede de transfert d'une couche utile (1) sur un substrat support (2) comportant une premiere surface (20), le procede comportant les etapes successives : a) prevoir un substrat donneur (3) comportant : - une premiere surface (30), - une zone de fragilisation (ZS) comprenant des especes implantees, - la couche utile (1), delimitee par la zone de fragilisation (ZS) et par la premiere surface (30) du substrat donneur (3), - une zone amorphe (4) s'etendant dans la couche utile (1), parallelement a la zone de fragilisation (ZS) ; b) assembler, du cote de la premiere surface (30) du substrat donneur (3) et du cote de la premiere surface (20) du substrat support (2), le substrat donneur (3) au substrat support (2) par un collage ; l'etape b) etant executee de sorte que la zone amorphe (4) est au moins partiellement en regard d'au moins une cavite (200) delimitee en partie par la premiere surface (30) du substrat donneur (3) ; c) fracturer le substrat donneur (3) suivant la zone de fragilisation (ZS) de maniere a exposer la couche utile (1). 2. Procede selon la revendication 1, dans lequel la cavite (200) est menagee a la premiere surface (20) du substrat support (2) ; et dans lequel le collage de l'etape b) s'opere entre la premiere surface (30) du substrat donneur (3) et la premiere surface (20) du substrat support (2). 3. Procede selon la revendication 1, dans lequel le substrat support (2) comporte des piliers (6), s'etendant a la premiere surface (20) du substrat support (2), et delimitant en partie la cavite (200) ; et dans lequel le collage de l'etape b) s'opere entre la premiere surface (30) du substrat donneur (3) et les piliers (6) du substrat support (2). 4. Procede selon la revendication 1, dans lequel le substrat donneur (3) prevu lors de l'etape a) comporte des piliers (6'), s'etendant a la premiere surface (30) du substrat donneur (3), et delimitant en partie la cavite (200) ; et dans lequel le collage de l'etape b) s'opere entre les piliers (6') du substrat donneur (3) 35 et la premiere surface (20) du substrat support (2). 17 5. Procede selon la revendication 1, dans lequel le substrat support (2) comporte des piliers (6), s'etendant a la premiere surface (20) du substrat support (2), et delimitant en partie une premiere cavite (200a) ; 5 dans lequel le substrat donneur (3) prevu lors de l'etape a) comporte des piliers (6'), s'etendant a la premiere surface (30) du substrat donneur (3), et delimitant en partie une deuxieme cavite (200b) ; et dans lequel le collage de l'etape b) s'opere entre les piliers (6') du substrat donneur (3) et les piliers (6) du substrat support (2) de maniere a reunir les premiere et deuxieme cavites 10 (200a, 200b) et former la cavite (200). 6. Procede selon l'une des revendications 1 a 5, comportant une etape d) consistant a recristalliser la zone amorphe (4), l'etape d) etant executee apres l'etape c) ; l'etape d) etant de preference executee par une reprise d'epitaxie en phase solide. 7. Procede selon l'une des revendications 1 a 6, dans lequel l'etape a) comporte les etapes : ao) prevoir le substrat donneur (3) comportant la premiere surface (30) ; at) former la zone de fragilisation (ZS) dans le substrat donneur (3) ; az) former la zone amorphe (4) dans la couche utile (1). 8. Procede selon la revendication 7, dans lequel l'etape at) consiste a implanter des especes ionisees dans le substrat donneur (3), a travers la premiere surface (30) du substrat donneur (3), lesdites especes ionisees comportant de preference au moins une des especes selectionnees parmi H+, He+, B. 9. Procede selon la revendication 7 ou 8, dans lequel l'etape az) consiste a implanter des especes dans la couche utile (1), a travers la premiere surface (30) du substrat donneur (3), lesdites especes etant de preference des ions de silicium ou des ions de germanium. 30 10. Procede selon rune des revendications 7 a 9, dans lequel l'etape az) est executee de sorte que la zone amorphe (4) s'etend a distance de la premiere surface (30) du substrat donneur (3). 15 20 25 11. Procede selon l'une des revendications 7 a 10, dans lequel la couche utile (1) du 35 substrat donneur (3) prevu lors de l'etape a) presente une densite volumique, notee p1 ; 18 et dans lequel l'etape az) est executee de sorte que la zone amorphe (4) presente une densite volumique, notee p2, verifiant p2 pi/10. 12. Procede selon l'une des revendications 7 a 11, dans lequel la couche utile (1) du 5 substrat donneur (3) prevu lors de l'etape a) presente une epaisseur, notee t, definissant une largeur maximale theorique de la cavite, notee Wlim, qui est proportionnelle a t2 ; et dans lequel l'etape az) est executee de sorte que la zone amorphe (4) forme un reseau periodique avec un pas, note p, verifiant p 13. Procede selon l'une des revendications 1 a 12, dans lequel l'etape c) est executee en appliquant un recuit thermique a l'assemblage obtenu a l'issue de l'etape b). 14. Procede selon l'une des revendications 1 a 13, dans lequel le substrat donneur (3) 15 prevu lors de l'etape a) est realise dans un materiau selectionne parmi : - un materiau semi-conducteur, de preference Si, Ge, GaAs, InP, GaN ; - un materiau piezoelectrique, de preference LiNbO3, LiTaO3.