Brevet FR3125355A1 — publié le 20230120

L’invention concerne un agencement de dispositif de maintien à utiliser dans un processus d’implantation d’un substrat piézoélectrique (120), comprenant un dispositif de maintien de substrat (110) ayant une couche élastique et thermo-conductrice (150) pour recevoir un substrat piézoélectrique (120), caractérisé en ce qu’il comprend en outre des moyens (160) pour connecter électriquement la surface de la couche élastique et thermo-conductrice (150) pour recevoir le substrat piézoélectrique à un potentiel de masse (170). L’invention concerne également un procédé d’implantation d’un substrat piézoélectrique utilisant un agencement de dispositif de maintien tel que décrit ci-dessus, et un dispositif d’implantation ionique comprenant un tel agencement de dispositif de maintien. Figure pour l’abrégé : Figure 1 Agencement de dispositif de maintien pour une utilisation dans un processus d'implantation d'un substrat piézoélectrique L'invention concerne un agencement de dispositif de maintien pour une utilisation dans un processus d'implantation d'un substrat piézoélectrique, et un procédé d’implantation d’un substrat piézoélectrique utilisant un tel agencement de dispositif de maintien. Le processus d'implantation ionique est utilisé pour la fabrication de piézoélectrique pour fabriquer des substrats piézoélectriques sur isolant (10). Dans un processus de fabrication de POI, une couche piézoélectrique mince est détachée d’un substrat source piézoélectrique au niveau d’une couche affaiblie à l'intérieur du substrat source formée par l’espèce atomique implantée à l'intérieur du substrat source, et transférée sur un substrat de manipulation. Pendant une implantation, le substrat piézoélectrique est monté sur un dispositif de maintien métallique à l'intérieur d'une chambre d'implantation, et un faisceau d'implantation vient frapper une surface du substrat piézoélectrique. Pour implanter une espèce atomique sur toute la surface, les substrats sont montés sur une roue d’implantation rotative et/ou se déplaçant en translation, de sorte que toute la surface du substrat passe sous le faisceau ionique. Des moyens de maintien, comme des pinces, sont utilisés pour fixer le substrat sur la roue d’implantation à l'encontre des forces de rotation. Habituellement, les moyens de maintien sont des éléments de maintien métalliques fixes qui sont également configurés pour drainer des charges électriques générées pendant l'implantation ionique. L’implantation d'espèces atomiques dans le substrat piézoélectrique a pour résultat une accumulation de charges. En même temps, un gradient de température élevé est observé à l’intérieur du substrat piézoélectrique, menant à une déformation sous la forme d'une cuvette et d’un gauchissement du substrat piézoélectrique. En conséquence, des charges et de la chaleur ne peuvent pas être dissipés suffisamment dans un dispositif de maintien métallique. Pour remédier à ce problème, le substrat piézoélectrique est placé sur une couche d'élastomère prévue au-dessus du dispositif de maintien métallique. Cette couche d'élastomère fournit un contact thermique entre le substrat piézoélectrique et le dispositif de maintien. Comme mentionné, les éléments de maintien métalliques fixes sont utilisés pour fournir un contact électrique entre le substrat piézoélectrique et le dispositif de maintien. Le contact électrique est cependant uniquement un contact ponctuel entre le substrat piézoélectrique et le dispositif de maintien, et une rupture du substrat piézoélectrique pendant une implantation est toujours observée, qui est attribuée à une évacuation de charges toujours insuffisante. Par conséquent, la dissipation de charges à l'extérieur d'un substrat piézoélectrique doit être améliorée davantage. Le but de l'invention est atteint par un agencement de dispositif de maintien pour une utilisation dans un processus d'implantation d'un substrat piézoélectrique, comprenant un dispositif de maintien avec une couche élastique et thermo-conductrice destinée à recevoir un substrat piézoélectrique, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour connecter électriquement la surface de la couche élastique et thermo-conductrice destinée à recevoir le substrat piézoélectrique à un potentiel de masse. Ainsi, une connexion électrique entre le substrat piézoélectrique et le dispositif de maintien de substrat peut être réalisée. Cette connexion électrique fournit une évacuation de charges améliorée à travers la couche élastique et thermo-conductrice, car une évacuation n’a pas lieu uniquement via le contact entre les éléments de maintien métalliques et le substrat piézoélectrique comme dans la technique antérieure. Selon une variante de l'invention, la couche élastique et thermo-conductrice peut fournir une connexion électrique entre le dispositif de maintien de substrat et le substrat piézoélectrique sur plus de 30 % de la surface arrière du substrat piézoélectrique, en particulier plus de 50 % de la surface arrière du substrat piézoélectrique. Ainsi, une surface de contact plus grande est fournie, améliorant la connexion électrique entre le substrat piézoélectrique et le dispositif de maintien de substrat. Selon une variante de l'invention, la couche élastique et thermo-conductrice peut comprendre une couche de polymère, en particulier une couche d'élastomère. Du fait de son élasticité, la couche de polymère peut compenser des déformations du substrat, de sorte que le substrat reste toujours en contact thermique avec la couche de polymère et ainsi avec le dispositif de maintien de substrat. Par exemple, une couche de polymère de polydiméthylsiloxane ayant une conductivité thermique de 0,15 W/(m*K) peut être utilisée. Selon une variante de la présente invention, les moyens pour connecter électriquement peuvent comprendre au moins un élément électriquement conducteur intégré dans la couche élastique et thermo-conductrice, en particulier la couche de polymère, afin de rendre la couche élastique et thermo-conductrice, en particulier la couche de polymère, électriquement conductrice. En intégrant l’élément électriquement conducteur, la conductivité électrique de la couche peut être améliorée d'une manière simple mais néanmoins fiable. Selon une variante de l'invention, le au moins élément électriquement conducteur peut être un au moins parmi des nanoparticules métalliques ou des microparticules métalliques, des inclusions à base de carbone, des nanoparticules de graphite ou des nanotubes de carbone. Ces éléments peuvent être introduits dans le polymère au moment de sa fabrication. Selon une variante de la présente invention, les moyens pour connecter électriquement peuvent comprendre au moins une broche métallique s'étendant à travers la couche élastique et thermo-conductrice jusqu’au dispositif de maintien de substrat. Il est particulièrement avantageux de prévoir une pluralité de broches métalliques s’étendant sur toute la surface au-dessus de laquelle des charges peuvent être évacuées. Selon une variante de l'invention, chacune des au moins une broche métallique peut être en appui sur un élément de ressort prévu dans le dispositif de maintien de substrat. Ainsi, même sous une déformation du substrat, les broches peuvent rester en contact avec le substrat. De plus, les forces de rappel des éléments de ressort garantissent un contact fiable. Selon une variante, les broches métalliques font saillie au moins partiellement au-delà de la surface de la couche élastique et thermo-conductrice lorsqu’aucun substrat n’est présent. Ainsi, un contact électrique peut être garanti, même en prenant en compte des tolérances de fabrication. Selon une variante de l’invention, les moyens pour connecter électriquement peuvent comprendre une couche conductrice, en particulier une couche métallique, prévue au-dessus de la couche élastique et thermo-conductrice et s’étendant latéralement au moins partiellement au-dessus de la surface latérale de la couche élastique et thermo-conductrice pour être en contact direct avec la surface du dispositif de maintien de substrat. La couche conductrice fournit un contact électrique fiable avec le substrat piézoélectrique et le dispositif de maintien de substrat, et peut être réalisée en utilisant des procédures connues, par exemple par pulvérisation cathodique. Le but de l’invention est également atteint par un procédé d'implantation d'un substrat piézoélectrique, en particulier un substrat piézoélectrique massif, utilisant un agencement de dispositif de maintien tel que décrit ci-dessus, comprenant les étapes consistant à a) fournir un substrat piézoélectrique sur l'agencement de dispositif de maintien pour connecter ainsi électriquement le substrat piézoélectrique à un potentiel de masse et b) implanter des espèces atomiques dans le substrat piézoélectrique. L'utilisation d'un dispositif de maintien de substrat tel que décrit ci-dessus a pour résultat une évacuation améliorée de charges au niveau du substrat piézoélectrique, ce qui résulte en une moindre rupture des substrats piézoélectriques pendant une implantation ionique. Le substrat piézoélectrique ayant subi une implantation ionique peut être utilisé comme substrat donneur dans un processus de transfert de couche consécutif pour transférer une couche mince du matériau piézoélectrique sur un substrat de manipulation, par exemple une plaquette de silicium, pour former ainsi un substrat piézoélectrique sur isolant. Le but de l'invention est également atteint à l'aide d’un dispositif d'implantation ionique comprenant un agencement de dispositif de maintien de dispositif tel que décrit ci-dessus. La présente invention peut être mieux comprise en se reportant à la description qui suit effectuée en se reportant aux dessins annexés, sur lesquels les références numériques identifient les caractéristiques de l'invention. La illustre schématiquement un dispositif de maintien pour une utilisation dans un processus d'implantation selon un premier mode de réalisation de l'invention. La illustre schématiquement un dispositif de maintien pour une utilisation dans un processus d’implantation selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. La illustre une variante du deuxième mode de réalisation. La illustre schématiquement un dispositif de maintien pour une utilisation dans un processus d'implantation selon un troisième mode de réalisation de l'invention. La illustre schématiquement un procédé d'implantation d'un substrat piézoélectrique selon un quatrième mode de réalisation de l'invention. La représente schématiquement un agencement de dispositif de maintien 100 à utiliser dans un dispositif d'implantation ionique (non représenté) pour un processus d'implantation d’un substrat piézoélectrique selon le premier mode de réalisation de l'invention. L'agencement de dispositif de maintien 100 comprend un dispositif de maintien de substrat 110 pour maintenir au moins un substrat 120 dans une chambre de processus d'un dispositif d'implantation. Le dispositif de maintien de substrat 110 est une partie de, ou est positionné sur, une roue d’implantation du dispositif d’implantation. La roue d’implantation tourne pour déplacer les substrats 120 à travers un faisceau ionique 140, en réalisant ainsi une implantation ionique homogène dans le substrat 120. Le dispositif de maintien de substrat 110 est réalisé en un matériau conducteur, en particulier un métal, par exemple de l'aluminium. Le dispositif de maintien de substrat 110 comprend une ou plusieurs éléments de maintien métalliques 130 sur un côté latéral du dispositif de maintien de substrat 110. Dans ce mode de réalisation, le dispositif de maintien de substrat 110 et les un ou plusieurs éléments de maintien métalliques 130 sont réalisés en le même matériau conducteur, par exemple le même matériau métallique, en particulier de l’aluminium. Les un ou plusieurs éléments de maintien 130 maintiennent le substrat 120 en place sur le dispositif de maintien de substrat 110, par exemple lorsque l'agencement de dispositif de maintien 100 tourne sous un faisceau ionique 140. L’agencement de dispositif de maintien de substrat 100 comprend en outre une couche élastique et thermo-conductrice 150, qui est positionnée sur une surface 112 du dispositif de maintien de substrat 110. La couche élastique et thermo-conductrice 150 comprend une couche de polymère 150, en particulier une couche d'élastomère, pour fournir un contact thermique amélioré entre le substrat 120 et le dispositif de maintien de substrat 110. Les propriétés élastiques de la couche élastique et thermo-conductrice 150 compensent la déformation du substrat 120 sous la contrainte survenant du fait d'une accumulation de charges et du gradient de température à l'intérieur du substrat 120, et garantissent le contact thermique entre le substrat 120 et le dispositif de maintien de substrat 110. La couche élastique et thermo-conductrice 150 peut être appliquée en revêtement par centrifugation ou déposée sur le dispositif de maintien de substrat 110 en utilisant diverses techniques de dépôt. Par exemple, une couche de polymère de polydiméthylsiloxane ayant une conductivité thermique de 0,15 W/(m*K) peut être utilisée. Selon l'invention, la couche élastique et thermo-conductrice 150 comprend en outre des moyens 160 pour connecter électriquement la surface 152 de la couche élastique et thermo-conductrice 150 qui reçoit le substrat 120 au dispositif de maintien de substrat 110 situé en-dessous qui est connecté au potentiel de masse 170. Dans ce mode de réalisation, les moyens 160 pour connecter électriquement comprennent au moins un élément électriquement conducteur sous la forme d'éléments électriquement conducteurs 162 qui sont intégrés dans la couche de polymère 150 pour rendre la couche de polymère électriquement conductrice. Ceci peut être réalisé en ajoutant des nanoparticules ou des microparticules métalliques ou des inclusions à base de carbone, des nanoparticules de graphite ou des nanotubes de carbone dans la couche de polymère 150. Par exemple, les particules sont mélangées à l'intérieur de la matrice polymère liquide. Ensuite, la solution est déposée sur le dispositif de maintien de substrat grâce à une technique de dépôt comme une application en revêtement par centrifugation. Ensuite, la polymérisation de l'élastomère est activée par un durcissement UV et/ou un traitement thermique. En agissant de la sorte, la conductivité électrique de la couche élastique et thermo-conductrice 150 peut être élevée de 10 S/cm à l'ordre de 10 4 S/cm. Pendant le processus d'implantation, les ions 180 qui sont implantés dans le substrat piézoélectrique 120 peuvent être évacués vers le dispositif de maintien de substrat 110 via la couche de polymère 150. La surface de contact entre le substrat 120 et la couche de polymère 150 est plus grande, par rapport au contact entre le substrat 120 et l’élément de maintien fixe 130 dans la technique antérieure, lorsque des couches de polymère électriquement isolantes sont utilisées. Ainsi, l’évacuation de charges est améliorée, et une moindre rupture du substrat piézoélectrique survient pendant l'étape d'implantation. En effet, selon l'invention, la connexion électrique peut être prévue sur toute la surface de la couche de polymère 150, qui représente au moins 30 %, en particulier au moins 50 % et plus particulièrement toute la surface 122 du substrat 120 qui est en appui sur la couche de polymère 150. La et la illustrent un agencement de dispositif de maintien 200 selon un deuxième mode de réalisation. Toutes les caractéristiques communes au premier mode de réalisation et utilisant la même référence numérique que ci-dessus ne vont pas être décrites à nouveau, mais il sera fait référence à leur description détaillées ci-dessus. Dans le deuxième mode de réalisation représenté sur la , une pluralité de broches métalliques 260 sont prévues dans des trous traversants d'appariement 262 réalisés dans la couche élastique et thermo-conductrice 150 à la place de particules intégrées 162. Les broches métalliques 262 s’étendent à travers la couche élastique et thermo-conductrice 150 jusqu'au dispositif de maintien de substrat 110, qui est en contact avec le potentiel de masse 170. Dans ce mode de réalisation, chacune des broches métalliques 262 est en appui sur un élément de ressort 264 prévu dans le dispositif de maintien de substrat 110. Les broches métalliques 262 et l’élément de ressort 264 sont conçus de telle sorte que sans un substrat présent sur l'agencement de dispositif de maintien 200, les broches métalliques 262 s’étendent au-delà de la surface 152 de la couche élastique et thermo-conductrice 150. Lorsqu'un substrat 120 appuie sur la couche élastique et thermo-conductrice 150, les éléments de ressort 264 sont comprimés et les forces de rappel des éléments de ressort poussent les broches métalliques 262 contre le côté arrière 122 du substrat. Ainsi, un contact électrique avec le côté arrière 122 du substrat 120 est garanti, et un drainage de charges 180 dans le dispositif de maintien de substrat est garanti. En même temps, les broches métalliques peuvent suivre toute déformation du substrat 120 sous le faisceau ionique. Selon une variante, comme illustré sur la , les broches 252 peuvent comprendre une partie de tête agrandie 266 au niveau de leur extrémité terminale faisant face au substrat 120, de sorte que la zone de contact peut être agrandie encore davantage. Ainsi, comme dans le premier mode de réalisation, une évacuation améliorée de charges à partir du substrat 120 peut être réalisée. Des charges peuvent également être évacuées via le contact avec l’élément de maintien métallique fixe 130. La illustre un agencement de dispositif de maintien 300 selon un troisième mode de réalisation de l'invention. Toutes les caractéristiques communes au premier mode de réalisation et utilisant la même référence numérique ne seront pas décrites à nouveau, mais il sera fait référence à leur description détaillée ci-dessus. Dans le troisième mode de réalisation, les moyens pour connecter électriquement 360 sont une couche électriquement conductrice 362 prévue au-dessus de la couche élastique et thermo-conductrice 150. Dans ce mode de réalisation, la couche électriquement conductrice 362 est une couche métallique, par exemple une couche d’aluminium. Elle est déposée sur la couche élastique et thermo-conductrice 150 en utilisant des techniques de dépôt connues dans la technique, par exemple par pulvérisation cathodique. L'épaisseur de la couche électriquement conductrice 362 est de l'ordre de 200 µm. La couche électriquement conductrice 362 est déposée des telle sorte qu’elle s’étend au moins partiellement sur le bord latéral 154 de la couche élastique et thermo-conductrice 150 pour s'étendre jusqu'au dispositif de maintien de substrat 110. Ainsi, un contact électrique avec le dispositif de maintien de substrat 110 peut être réalisé. Ainsi, dans ce mode de réalisation également, un contact électrique direct est fourni entre la couche électriquement conductrice 362 et le dispositif de maintien de substrat 110. Par conséquent, l’évacuation de charges 180 à partir du substrat 120 peut avoir lieu sur une large zone sur le côté arrière 122 du substrat 120 dans la couche électriquement conductrice 360 et à partir de là vers le dispositif de maintien de substrat 110 à un potentiel de masse 170. À nouveau, des charges peuvent également être évacuées via le contact avec l’élément de maintien métallique fixe 130. La illustre schématiquement un procédé d'implantation d'un substrat piézoélectrique selon un quatrième mode de réalisation de l’invention. Toutes les caractéristiques communes au premier mode de réalisation et utilisant la même référence numérique que ci-dessus ne seront pas décrites à nouveau, mais il sera fait référence à leur description détaillée ci-dessus. Le procédé d’implantation d’un substrat piézoélectrique utilise un agencement de dispositif de maintien de substrat piézoélectrique 100, 200 et 300 selon l’un quelconque de modes de réalisation un à trois tels que décrits ci-dessus. Pendant l'étape a), un substrat piézoélectrique 120, en particulier une plaquette piézoélectrique massive, est fourni sur l'agencement de dispositif de maintien de substrat 100, 200, 300. Pendant l'étape b), des ions 140, par exemple des ions hydrogène ou de gaz noble, sont implantés dans le substrat 120. Les ions 140 peuvent être implantés de telle sorte qu’une couche affaiblie mécaniquement 142 soit formée à l’intérieur du substrat 120. Pendant l’implantation, une évacuation de charges 180 a lieu à partir du substrat 120 étant implanté dans le dispositif de maintien de substrat 110 via les moyens de connexion électrique 160, 260 ou 360. L’évacuation de charges du substrat piézoélectrique implanté 120 est ainsi améliorée par rapport à un processus d'implantation de la technique antérieure où l'évacuation de charges 190 aurait lieu uniquement via l’élément de maintien fixe 130 du dispositif de maintien de substrat 110. Le substrat piézoélectrique 120 ayant subi une implantation ionique peut être utilisé comme substrat donneur dans un processus de transfert de couche consécutif pour transférer une couche mince du matériau piézoélectrique sur un substrat de manipulation afin de former ainsi un substrat piézoélectrique sur isolant. Dans un tel processus, le substrat électrique 120 ayant subi une implantation ionique est fixé, par exemple par collage, sur un substrat de manipulation par exemple une plaquette de silicium, avec ou sans couche supplémentaire sur la surface au niveau de laquelle le collage a lieu. Le transfert de la couche piézoélectrique survient ensuite au niveau de la couche affaiblie mécaniquement à l’intérieur du substrat piézoélectrique 120 en appliquant une charge thermique ou mécanique. Plusieurs modes de réalisation de la présente invention ont été décrits. Néanmoins, il convient de comprendre que diverses modifications et améliorations peuvent être réalisées, par exemple en combinant une ou plusieurs caractéristiques des divers modes de réalisation. Agencement de dispositif de maintien (100, 200, 300, 400) à utiliser dans un processus d’implantation d’un substrat piézoélectrique, comprenant un dispositif de maintien de substrat (110) ayant une couche élastique et thermo-conductrice (150) pour recevoir un substrat piézoélectrique (120), caractérisé en ce qu’il comprend en outres des moyens (160, 260, 360) pour connecter électriquement la surface de la couche élastique et thermo-conductrice (150) pour recevoir le substrat piézoélectrique (120) à un potentiel de masse. Agencement de dispositif de maintien selon la revendication 1, dans lequel la couche élastique et thermo-conductrice (150) comprend une couche de polymère, en particulier une couche d’élastomère. Agencement de dispositif de maintien selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les moyens (160) pour connecter électriquement comprennent au moins un élément électriquement conducteur (160) intégré dans la couche élastique et thermo-conductrice (150) pour rendre la couche élastique et thermo-conductrice (150) électriquement conductrice. Agencement de dispositif de maintien selon la revendication 3, dans lequel le au moins un élément électriquement conducteur (160) est au moins un parmi des nanoparticules métalliques ou des microparticules métalliques, des inclusions à base de carbone, des nanoparticules de graphite ou des nanotubes de carbone. Agencement de dispositif de maintien selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les moyens (260) pour connecter électriquement comprennent au moins une broche métallique (262) s’étendant à travers la couche élastique et thermo-conductrice (150) jusqu’au dispositif de maintien de substrat (110). Agencement de dispositif de maintien selon la revendication 5, dans lequel chacune des au moins une broche métallique (262) repose sur un élément de ressort (264) prévu dans le dispositif de maintien de substrat (300). Agencement de dispositif de maintien selon la revendication 6, dans lequel, en l’absence d’un substrat, les broches métalliques (262) font saillie au moins partiellement au-delà de la surface de la couche élastique et thermo-conductrice (150). Agencement de dispositif de maintien selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les moyens (360) pour connecter électriquement comprennent une couche conductrice (362), en particulier une couche métallique, prévue au-dessus de la couche élastique et thermo-conductrice (150) et s’étendant latéralement au moins partiellement au-dessus de la surface latérale de la couche élastique et thermo-conductrice (150) pour être en contact direct avec la surface (112) du dispositif de maintien de substrat (110). Procédé d’implantation d’un substrat piézoélectrique, en particulier d’un substrat piézoélectrique massif, utilisant un agencement de dispositif de maintien selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant les étapes consistant à : a) fournir un substrat piézoélectrique sur l’agencement de dispositif de maintien pour ainsi connecter électriquement le substrat piézoélectrique à un potentiel de masse et, b) implanter des espèces atomiques dans le substrat piézoélectrique. Dispositif d’implantation ionique comprenant un agencement de dispositif de maintien (100, 200, 300) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8.