Brevet FR3121548A1 — publié le 20221007

L’invention porte sur un procédé de préparation d’un substrat support (1) comprenant les étapes suivantes : fournir un substrat de base (3) comportant : + une couche de piégeage de charges (2) disposée sur une face principale (31) du substrat de base (3) ; et + une couche de compensation de courbure (32) disposée sur une face arrière (33) du substrat de base (3), la face arrière (33) étant opposée à la face principale (31) ; former une couche diélectrique (4) sur la couche de piégeage de charges (2), la formation de la couche diélectrique (4) mettant simultanément en œuvre le dépôt et la pulvérisation ionique de la couche diélectrique. ( Figure 4 ) PROCEDE DE PREPARATION D’UN SUBSTRAT AVANCÉ, NOTAMMENT POUR DES APPLICATIONS PHOTONIQUES DOMAINE DE L’INVENTION La présente invention concerne un procédé de préparation d’un substrat support comprenant une couche de piégeage de charges. Elle concerne également un procédé de report d’une couche mince sur un tel substrat support, pour réaliser un substrat avancé muni de ladite couche de piégeage de charges et éventuellement d’une couche diélectrique épaisse, enterrées sous la couche mince. Ce type de substrats peut trouver une application dans le domaine de la photonique. Ces substrats trouvent également une application notable dans le domaine des dispositifs intégrés radiofréquences, c’est-à-dire des dispositifs électroniques traitant des signaux dont la fréquence est comprise entre environ 3kHz et 300GHz, par exemple dans le domaine des télécommunications (téléphonie, Wi-Fi, Bluetooth…). ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION Pour se prémunir ou limiter le phénomène de couplage électromagnétique qui peut se produire entre un dispositif électronique ou photonique et le substrat support d’un substrat de silicium sur isolant (SOI) sur lequel ce dispositif est formé, il est connu d'insérer entre la couche diélectrique enterrée et le support du SOI, directement sous la couche diélectrique, une couche de piégeage de charges. Cette couche peut être constituée par exemple d’une couche de 1 à 10 microns de silicium polycristallin. Les joints des grains formant le poly cristal constituent alors des pièges pour les porteurs de charges, ceux-ci pouvant provenir de la couche de piégeage elle-même ou du substrat sous-jacent. De la sorte, on prévient l’apparition d’un plan conducteur sous l’isolant. La fabrication de ce type de substrat SOI bien connu est par exemple décrite dans les documents FR2860341, FR2933233, FR2953640, US2015115480, US7268060, US6544656 ou WO2020008116. Pour former un substrat SOI présentant une telle couche de piégeage, on prépare un substrat support en formant une couche de piégeage de charges sur un substrat de base. Puis, on reporte une couche mince sur ce substrat support par l’intermédiaire d’un procédé de transfert de couche, par exemple selon la technologie Smart Cut®. Selon cette technologie, on assemble, typiquement par adhésion moléculaire, un substrat donneur au substrat support, le substrat donneur présentant un plan de fragilisation définissant, avec sa face exposée, la couche mince à reporter. On fracture ensuite le substrat donneur au niveau du plan de fragilisation pour reporter la couche mince sur le substrat support. La couche diélectrique est insérée entre le substrat support et la couche mince, par exemple par oxydation de l’un et/ou de l’autre de ces substrats, avant leur assemblage. Dans la technologie Smart Cut®, le plan de fragilisation est obtenu en introduisant des espèces légères (hydrogène et/ou hélium par exemple) dans le substrat donneur, à travers la couche diélectrique lorsque celle-ci est présente, généralement par implantation. L’épaisseur de la couche mince à transférer dicte l’énergie et la dose des espèces à implanter : plus cette épaisseur est importante et plus l’énergie et la dose sont également importantes. Implanter une forte dose à haute énergie n’est pas industriellement favorable aussi. Notamment pour des substrats avec 300 mm de diamètre et plus, il n’existe pas d’équipements pouvant réaliser des implantations ioniques à fort courant à une échelle industrielle. Pour contourner ce problème, il est préférable de former la couche de diélectrique sur le substrat support plutôt que sur le substrat donneur, notamment lorsque cette couche diélectrique est choisie relativement épaisse, par exemple supérieure à 200nm. Les expériences menées par la demanderesse ont toutefois révélé que la formation d’une couche diélectrique par oxydation d’une couche de piégeage de charge en silicium polycristallin posait de nombreux problèmes. Cette oxydation tend à former un substrat support présentant un état de surface rugueux, qu’il faut donc préparer avant l’étape d’assemblage, par exemple par polissage, ce qui complexifie le procédé. L’interface enterrée entre l’oxyde de silicium et le reste de la couche de poly silicium est également rugueux, ce qui peut poser des problèmes d’inspection optique du substrat SOI lors des étapes de fabrication des dispositifs. De plus, l’étape d’oxydation tend à déformer le substrat support et à faire apparaître une courbure importante (désignée par le terme anglais "bow" dans la technologie de semi-conducteurs). La présence d’une telle courbure rend délicate l’étape suivante d’assemblage. Par ailleurs, pour réaliser un substrat avancé visant des applications photoniques bénéficiant des avantages d’une couche de piégeage de charges, ledit substrat comporte en outre une couche diélectrique épaisse. L’épaisseur de la couche de diélectrique, autrement dit le BOX, est généralement de l’ordre du micron voire de quelques microns. La méthode conventionnelle pour réaliser ce type de structure consiste à déposer une couche très épaisse de silicium polycristallin qui sera polie, avant de l’oxyder thermiquement et de la repolir. Les étapes de polissage nécessitent des enlèvements importants, généralement par CMP, pour supprimer la très forte rugosité des différentes couches. Ces étapes de polissage, et d’oxydation thermique de couches très épaisses engendrent des contraintes mécaniques considérables dans les couches et génèrent de ce fait une courbure du substrat très importante (un « bow » pouvant être supérieur à 250 µm). Notons qu’au-delà d’un certain « bow », les substrats ne sont plus compatibles avec la plupart des équipements destinés à les manipuler dans la ligne de production desdits substrats, ainsi que les équipements configurés pour la réalisation des dispositifs finaux sur ce type de substrats. De plus, quand bien même des équipements acceptent de manipuler ce type de substrats avec un important « bow », les dispositifs réalisés sur de tels substrats souffriront d’un désalignement très important (défaut d’alignement de type radial) généré par la courbure importante des substrats. En outre, une oxydation thermique d’une couche de piégeage de charges induit une très forte rugosité même à l’interface entre la couche diélectrique et la couche de piégeage. Cette interface n’étant pas accessible pour un polissage, elle sera ainsi conservée dans le corps du substrat. Cette forte rugosité peut impacter négativement le bon fonctionnement d’un dispositif, notamment un dispositif photonique, réalisé dans ce type de substrat. On note que la formation de la couche de diélectrique par dépôt sur le substrat support plutôt que par oxydation du support présente des problèmes similaires. En effet, les techniques conventionnelles de dépôt PECVD (acronyme de l’expression anglo-saxonne « Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition » ou dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma) ou LPCVD (acronyme de l’expression anglo-saxonne « Low Pressure Chemical Vapor Deposition » ou dépôt chimique en phase vapeur à pression sous atmosphérique) génèrent des courbures importantes et conduisent généralement à former des couches très rugueuses qu’il faut préparer par polissage avant de pouvoir envisager tout assemblage. OBJET DE L’INVENTION La présente invention vise à pallier tout ou partie des inconvénients précités. BREVE DESCRIPTION DE L’INVENTION En vue de la réalisation de l’un de ces buts, l’objet de l’invention propose un procédé préparation d’un substrat support comprenant les étapes suivantes : fournir un substrat de base comportant : + une couche de piégeage de charges disposée sur une face principale du substrat de base ; et + une couche de compensation de courbure disposée sur une face arrière du substrat de base, la face arrière étant opposée à la face principale ; former une couche diélectrique sur la couche de piégeage de charges, la formation de la couche diélectrique mettant simultanément en œuvre le dépôt et la pulvérisation ionique de la couche diélectrique. Selon d’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l’invention, prises seules ou selon toute combinaison techniquement réalisable : la couche de compensation est formée par une oxydation thermique du substrat de base, suivie respectivement par une élimination du matériau de la couche de compensation de la face avant, et par la formation de la couche de piégeage de charges et la couche diélectrique, préférentiellement l’oxydation thermique est réalisée à une température comprise entre 800 et 1100 °C. la couches de compensation de courbure est en oxyde de silicium ou en nitrure de silicium. la couche de compensation de courbure présente une épaisseur comprise entre 500 et 1000 nm. l’épaisseur de la couche de compensation de courbure est déterminée en fonction d’une valeur de « bow » toléré prédéterminé du substrat support, de l’épaisseur de la couche de piégeage de charges, et de l’épaisseur de la couche diélectrique visées. la couche diélectrique présente une épaisseur supérieure à 200nm, préférentiellement supérieure à 600 nm, et encore plus préférentiellement comprise entre 600 nm et 10 microns. Selon un autre aspect, l’objet de l’invention propose un procédé de report d’une couche mince sur un substrat support comprenant les étapes suivantes : - préparer un substrat support à l’aide d’un procédé de préparation tel que proposé précédemment ; - assembler, par adhésion moléculaire, un substrat donneur à la couche diélectrique du substrat support, le substrat donneur présentant un plan de fragilisation définissant la couche mince ; - fracturer le substrat donneur au niveau du plan de fragilisation pour libérer la couche mince et la reporter sur le substrat support. Selon une caractéristique avantageuse et non limitative de l’invention, la face libre de la couche diélectrique n’est pas préparée par polissage avant son assemblage au substrat donneur. Selon d’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l’invention, prises seules ou selon toute combinaison techniquement réalisable : un dispositif photonique est formé sur la couche mince. le dispositif photonique forme un commutateur, un guide d’ondes, un déphaseur, un modulateur, un émetteur laser, un amplificateur, un coupleur directionnel, un filtre, et/ou un multiplexeur. Selon un autre aspect, l’objet de l’invention propose un substrat support comportant la couche mince élaborée par le procédé de report tel que proposé précédemment et un dispositif photonique intégré dans ladite couche mince. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée de l’invention qui va suivre en référence aux figures annexées sur lesquels : La représente un substrat support conforme à l’invention ; La représente un substrat final comprenant un substrat support conforme à l’invention ; Les figures 3A à 3E représentent un mode de réalisation d’un substrat support conforme à l’invention ; La représente un substrat final comprenant un substrat support conforme à un mode de réalisation de l’invention. Procédé de préparation d’un substrat support (1) comprenant les étapes suivantes : fournir un substrat de base (3) comportant : + une couche de piégeage de charges (2) disposée sur une face principale (31) du substrat de base (3) ; et + une couche de compensation de courbure (32) disposée sur une face arrière (33) du substrat de base (3), la face arrière (33) étant opposée à la face principale (31) ; former une couche diélectrique (4) sur la couche de piégeage de charges (2), la formation de la couche diélectrique (4) mettant simultanément en œuvre le dépôt et la pulvérisation ionique de la couche diélectrique. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la couche de compensation (32) est formée par une oxydation thermique du substrat de base (3), suivie respectivement par une élimination du matériau de la couche de compensation (32) de la face avant (31), et par la formation de la couche de piégeage de charges (2) et la couche diélectrique (4). Procédé selon la revendication précédente dans lequel l’oxydation thermique est réalisée à une température comprise entre 800 et 1100 °C. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la couches de compensation de courbure (32) est en oxyde de silicium ou en nitrure de silicium. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel la couche de compensation de courbure (32) présente une épaisseur comprise entre 500 et 1000 nm. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’épaisseur de la couche de compensation de courbure (32) est déterminée en fonction d’une valeur de « bow » toléré prédéterminé du substrat support(1), de l’épaisseur de la couche de piégeage de charges (2), et de l’épaisseur de la couche diélectrique (4) visées. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel la couche diélectrique (4) présente une épaisseur supérieure à 200nm, préférentiellement supérieure à 600 nm, et encore plus préférentiellement comprise entre 600 nm et 10 microns. Procédé de report d’une couche mince (5) sur un substrat support (1) comprenant les étapes suivantes : - préparer un substrat support (1) à l’aide d’un procédé conforme à l’une des revendications 1 à 7 ; - assembler, par adhésion moléculaire, un substrat donneur à la couche diélectrique (4) du substrat support (1), le substrat donneur présentant un plan de fragilisation définissant la couche mince (5) ; - fracturer le substrat donneur au niveau du plan de fragilisation pour libérer la couche mince (5) et la reporter sur le substrat support (1). Procédé selon la revendication précédente dans lequel la face libre de la couche diélectrique (4) n’est pas préparée par polissage avant son assemblage au substrat donneur. Procédé selon l’une des revendications 8 et 9, dans lequel un dispositif photonique (51) est formé sur la couche mince (5). Procédé selon la revendication précédente dans lequel le dispositif photonique (51) forme un commutateur, un guide d’ondes, un déphaseur, un modulateur, un émetteur laser, un amplificateur, un coupleur directionnel, un filtre, et/ou un multiplexeur. Substrat support (1) comportant la couche mince (5) élaboré par le procédé de report selon la revendication 7 et un dispositif photonique intégré dans ladite couche mince (5).