Brevet FR3076067A1 — publié le 20190628

P-SATTGE-016/FR 1 Description La présente invention concerne généralement le domaine de la fabrication de couches minces, en particulier la fabrication de couches minces semiconductrices, piézoélectriques ou ferroélectriques sur substrat support permet- tant notamment de répondre aux demandes des marchés des télécommunications radiofréquences, de la photonique et des MEMS. La fabrication à faible coût de couches minces monocristallines ultra planes est une problématique dans le domaine des micro-composants acoustiques et photoniques en général. On citera par exemple le domaine des télécommunications radio-fréquences, qui requiert la fabrication de composants acousto-électriques (filtres, sources, capteurs, résonateurs,...) utilisant des couches piézoélectriques dont l'épaisseur définit la fréquence d'utilisation. Dans la littérature, différentes techniques permettent de fabriquer de telles 15 couches minces, chacune d'elles possédant ses avantages et ses limitations. L'implantation ionique (voir par exemple référence [1] ci-après) permet d'obtenir des films ultra plans à l'échelle du substrat, avec une variation d'épaisseur totale (ci-après également désignée TTV, de l'anglais 'total thickness variation') inférieure à 100 nm. Par contre l'épaisseur maximale atteignable (typiquement 20 limitée à moins d'un micromètre d'épaisseur) dépendra du matériau implanté, de l'énergie d'implantation et tous les matériaux ne sont pas implantables. Le dépôt par épitaxie permet d'obtenir des couches d'épaisseur généralement inférieure, voire très inférieure, au micron mais avec une très bonne homogénéité (TTV de quelques nanomètres). Cette méthode fonctionne particulière- 25 ment bien pour certains matériaux (semi-conducteurs typiquement) déposé sur certains matériaux substrats. Cependant la mono-cristallinité de la couche est difficile à maitriser voire impossible à obtenir et dépend drastiquement du matériau substrat sur lequel elle est déposée. Ainsi avec cette technique les couches obtenues sont limitées en épaisseur et ne peuvent pas être déposées P-SATTGE-016/FR 2 sur tous les matériaux. La référence [2] décrit par exemple la fabrication de résonateurs haute fréquence utilisant une couche mince épitaxiale (orientée selon l'axe c) de LiNb03 par dépôt chimique en phase vapeur. Une autre technique employée par ex. pour la fabrication de composants 5 acousto-électriques repose sur le report-amincissement mécano-chimique du substrat d'origine (voir les références 4 et 5). Cette technique permet d'obtenir des couches minces d'épaisseur allant du micron à plusieurs dizaines de microns, mais dont l'homogénéité en épaisseur va dépendre de la planéité des équipements utilisés et de celle du substrat support. Cette homogénéité est 10 d'autant plus difficile à maîtriser que la surface du substrat support est grande. La variation d'épaisseur de la couche est généralement de quelques microns. Objet de l'invention L'objet de la présente invention est de proposer une méthode améliorée de fabrication d'empilements ou composites à couche minces, ultra-planes, 15 utilisables avec une diversité de substrats supports, quelles que soient leurs homogénéités en épaisseur. Description générale de l'invention Conformément à l'invention, cet objectif est atteint par un procédé de fabrication d'un composite (ou empilement) à couche mince comprenant les étapes 20 suivantes : a) fourniture d'un premier substrat et d'un substrat de référence ayant une face ultra-plane ; b) collage du premier substrat sur la face ultra-plane du substrat de référence; 25 c) amincissement du premier substrat jusqu'à une épaisseur submillimé- trique prédéterminée, formant ainsi une face ultra-plane amincie ; d) collage d'un substrat support sur la face ultra-plane amincie (du premier substrat en cas d'un composite avec une seule couche amincie, ou sur la P-SATTGE-016/FR 3 face ultra-plane amincie du 2e ou Xième substrat en cas d'empilement à plusieurs substrats amincis) ; e) élimination du substrat de référence. Le présent procédé permet la fabrication d'une couche mince à partir d'un 5 premier substrat, et de l'appliquer sur un substrat support de quelconque nature, qui forme le substrat support pour l'utilisation visée. Dans le cadre de l'invention, on entend par « couche mince » une couche d'épaisseur inférieure au millimètre, qui peut selon les applications avoir une épaisseur entre 1 et 10 pm, ou une à plusieurs centaines de microns. 10 L'invention permet plus particulièrement d'obtenir des couches piézoélectriques, électro-optiques ou ferroélectriques monocristallines ultra-planes d'épaisseur sur-mesure reportées sur tous types de substrats (substrat support final). On notera que dans la technique classique de report/amincissement, la difficulté est de maîtriser l'homogénéité en épaisseur des couches qui va dépendre de la planéité des équipements utilisés lors de l'amincissement mais avant tout de la planéité des substrats sur lesquels elles sont reportées. Cette planéité est actuellement très bonne pour les substrats silicium, mais n'est pas garantie pour les autres matériaux substrats. La présente invention, qui consiste en un double report-amincissement avec une étape intermédiaire de transfert de couche et d'enlèvement du substrat de référence ultra-plan, permet de lever ce verrou technologique en garantissant la monocristallinité des couches et l'homogénéité en épaisseur de celles-ci (TTV REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un composite à couche mince comprenant les étapes suivantes : a) fourniture d'un premier substrat (14) et d'un substrat de référence (10) ayant une face ultra-plane (12) ; b) collage du premier substrat (14) sur la face ultra-plane (12) du substrat de référence (10) ; c) amincissement du premier substrat (14) jusqu'à une épaisseur submillimétrique prédéterminée de sorte à former une face ultra-plane amincie (17) ; d) collage d'un substrat support (18) sur la face ultra-plane amincie (17) ; e) élimination du substrat de référence (10). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la face ultra-plane (12) du substrat de référence (10) présente une variation totale d'épaisseur infé- rieure à 1 pm, le substrat de référence étant de préférence en silicium. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le substrat de référence (10) comprend une deuxième face ultra-plane, opposée à ladite face ultra-plane, ayant la même variation totale d'épaisseur. 4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, dans lequel, à l'issue de l'étape c), la face ultra-plane amincie (17) du premier substrat présente une variation totale d'épaisseur inférieure à 1 pm, et de préférence une rugosité de surface inférieure au nm. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier substrat est un substrat cristallin, en particulier monocris- tallin. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier substrat un matériau piézoélectrique, ferroélectrique, diélectrique, semi-conducteur ou céramique. P-SATTGE-016/FR 14 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier substrat (10) est aminci à l'étape c) jusqu'à une épaisseur comprise entre 1 et 100 pm, de manière plus préférées entre 1 et 10 pm. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans 5 lequel l'étape d'amincissement comprend : cl ) pré-amincissement d'ébauche, notamment par usinage - rectification, jusqu'à une surépaisseur prédéterminée ; et c2) amincissement de finition, avec contrôle fin de rugosité et planéité, jusqu'à ladite épaisseur submillimétrique prédéterminée, en particulier 10 par rodage et/ou polissage mécano-chimique. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le collage à l'étape b) ou d) comprend le collage par diffusion métallique, notamment par couche d'or. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans 15 lequel le collage est réalisé à température ambiante et comprend, sur les faces à coller : dépôt d'une couche d'accroche en chrome et du métal de diffusion, en particulier de l'or ; pré-collage par compression à température ambiante et sous vide des empilements de substrats ; puis collage sous presse. 20 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel à l'étape b) ou d) on réalise un collage au moyen d'une colle ou un collage moléculaire. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel à l'issue de l'étape c) on répète les étapes de collage et amincisse- 25 ment b) et d) avec un ou plusieurs autres substrats, de sorte à former un empilement, et on procède à l'étape d) en collant le substrat support sur la dernière face ultra-plane amincie formée. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel à l'étape e) comprend l'élimination du substrat par une ou plusieurs des techniques suivantes : P-SATTGE-016/FR 15 - enlèvement mécanique, notamment rectification ou rodage ; - ablation laser ; - traitement plasma ; ou - décollage. 5