Brevet FR3132788A1 — publié le 20230818

L’invention concerne un procédé de transfert d’une couche mince sur un substrat support, comprenant : - la fourniture d’un ensemble collé comportant un substrat donneur et le substrat support, assemblés par collage direct au niveau de leurs faces avant respectives, suivant une interface de collage, l’ensemble collé présentant une zone locale non collée au sein de cette interface de collage, le substrat donneur comprenant en outre un plan fragile enterré, - la séparation le long du plan fragile enterré, initiée au niveau de la zone locale non collée après une croissance de microfissures dans ledit plan par activation thermique, la séparation menant au transfert d’une couche mince issue du substrat donneur sur le substrat support. Le procédé est remarquable en ce que la zone locale non collée est uniquement générée par une zone rugueuse, réalisée à dessein sur l’une au moins des faces avant des substrats donneur et support avant leur assemblage, exempte de topologie et présentant une rugosité prédéterminée d’amplitude comprise entre 0,5nm RMS et 60,0nm RMS. Pas de Figure PROCEDE DE TRANSFERT D’UNE COUCHE MINCE SUR UN SUBSTRAT SUPPORT DOMAINE DE L’INVENTION La présente invention vise le domaine de la microélectronique et des semi-conducteurs. En particulier, l’invention concerne un procédé de transfert d’une couche mince sur un substrat support, basé sur la technologie Smart Cut TM , la couche mince présentant une rugosité améliorée après séparation. Le procédé de transfert peut notamment être mis en œuvre pour la fabrication d’une structure SOI. ARRIÈRE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION La technologie Smart Cut TM est bien connue pour la fabrication de structures SOI (silicium sur isolant) et plus généralement, pour le transfert de couches minces. Cette technologie est basée sur la formation d’un plan fragile enterré dans un substrat donneur, par implantation d’espèces légères dans ledit substrat ; le plan fragile enterré délimite, avec une face avant du substrat donneur, la couche mince à transférer. Un assemblage intervient ensuite entre le substrat donneur et un substrat support, au niveau de leurs faces avant respectives, pour former un ensemble collé. L’assemblage est avantageusement réalisé par collage direct, par adhésion moléculaire, c’est-à-dire sans implication de matière adhésive : une interface de collage est ainsi établie entre les deux substrats assemblés. La croissance de microfissures dans le plan fragile enterré, par activation thermique, peut conduire à une séparation spontanée, le long dudit plan, donnant lieu au transfert de la couche mince sur le substrat support (formant la structure empilée). Le reste du substrat donneur peut être réutilisé pour un transfert de couche ultérieur. Après séparation, il est habituel d’appliquer des traitements de finition à la structure empilée, pour restaurer la qualité cristalline et la rugosité de surface de la couche mince transférée. Ces étapes de finition peuvent notamment impliquer des traitements thermiques d’oxydation ou de lissage (en atmosphère neutre ou réductrice), des nettoyages et/ou gravures chimiques et/ou des étapes de polissage mécano-chimiques, comme cela est connu de l’homme du métier. Enfin, différents outils d’inspection de la structure finale permettent de contrôler l’intégralité de la surface de la couche mince. Lorsque la séparation dans le plan fragile enterré est spontanée, on observe des variabilités importantes en termes de rugosité de surface de la couche mince transférée, tant dans les hautes fréquences (microrugosité) que dans les basses fréquences (ondulations, zones locales de forte rugosité, marbrures, etc). Ces variabilités sont visibles et mesurables en particulier via les outils d’inspection précités, lors du contrôle de la couche mince dans la structure finale. Rappelons que la rugosité de surface de la couche mince après finition peut être imagée par une cartographie obtenue à l’aide d’un outil d’inspection Surfscan™ de la société KLA-Tencor ( ). Le niveau de rugosité ainsi que de potentiels motifs (marbrures (M), zones denses (ZD)...) sont mesurés ou rendus apparents par la mesure de bruit de fond diffus (« haze » selon la terminologie anglo-saxonne communément employée) correspondant à l’intensité de la lumière diffusée par la surface de la couche mince. Le signal de « haze » varie linéairement avec le carré de la rugosité de surface RMS (rugosité moyenne quadratique) dans la gamme de fréquences spatiales de 0,1μm -1 à 10μm -1 . On pourra se référer à l’article « Seeing through the haze », de F. Holsteyns (Yield Management Solution, Spring 2004, pp50-54) pour une information plus complète sur cette technique d’inspection et d’évaluation de la rugosité sur une grande surface. Les cartographies de la montrent la rugosité de surface de deux couches minces transférées à partir de deux ensembles collés et traités à l’identique jusqu’à la finition. Sur la cartographie (A), on observe une zone périphérique de rugosité résiduelle, dite « zone dense (ZD) » (en particulier, en haut de la cartographie) ; la cartographie (B) en est totalement dépourvue. Des marbrures (M) plus marquées sont également apparentes sur la cartographie (A). Les rugosités moyennes et maximales (exprimées en ppm de « haze ») sont en outre significativement différentes entre les deux cartographies (A) et (B). La illustre les variabilités de qualité et rugosité finales des couches minces, qui trouvent principalement leur origine dans les variabilités de rugosité de surface (hautes et basses fréquences) après séparation. Pour améliorer la qualité des couches minces dans la structure empilée finale, il demeure donc toujours important de réduire la rugosité de surface (quelle que soit la fréquence spatiale) de ces couches, après transfert. Il est connu du document US2010/330779 de former une zone locale non collée, à l’interface de collage, bordée par une région collée, pour constituer un déclencheur de la séparation et ainsi limiter la rugosité d’une couche mince de silicium transférée sur un substrat support en verre. La zone locale non collée est obtenue par la réalisation d’une topologie correspondant à une cavité et/ou à un dôme (ou pic), sur la face à assembler du substrat donneur (silicium) ou du substrat support (verre). Des cavités et/ou des pics de l’ordre de 2 à 3 micromètres sont réalisés sur le substrat de verre, pour induire une zone non collée de plusieurs dizaines de mm 2 . OBJET DE L’INVENTION La présente invention propose un procédé de transfert mettant en œuvre un point initiateur de fracture particulier, permettant l’obtention d’une rugosité de surface de la couche mince améliorée après séparation, pour atteindre une excellente qualité de surface après les étapes de finition de la structure empilée. Le procédé est en particulier avantageux pour la fabrication de structures SOI. BREVE DESCRIPTION DE L’INVENTION La présente invention concerne un procédé de transfert d’une couche mince sur un substrat support, comprenant : - la fourniture d’un ensemble collé comportant un substrat donneur et le substrat support, assemblés par collage direct au niveau de leurs faces avant respectives, suivant une interface de collage, l’ensemble collé présentant une zone locale non collée au sein de cette interface de collage, le substrat donneur comprenant en outre un plan fragile enterré, - la séparation le long du plan fragile enterré, initiée au niveau de la zone locale non collée après une croissance de microfissures dans ledit plan par activation thermique, la séparation menant au transfert d’une couche mince issue du substrat donneur sur le substrat support. Le procédé est remarquable en ce que la zone locale non collée est uniquement générée par une zone rugueuse réalisée à dessein sur l’une au moins des faces avant des substrats donneur et support avant leur assemblage, ladite zone rugueuse étant exempte de topologie et présentant une rugosité prédéterminée d’amplitude comprise entre 0,5nm RMS exclu et 60,0nm RMS exclu. Selon des caractéristiques avantageuses de l’invention, prises seules ou selon toute combinaison réalisable : la zone rugueuse est réalisée par au moins un tir laser générant uniquement une fusion superficielle, dans les 1 à 30 premiers nanomètres, d’un matériau composant le substrat donneur et/ou le substrat support, du côté de leur face avant respective, le tir laser a une durée d’impulsion comprise entre 1 ns et 1000 ns, préférentiellement comprise entre 10 ns et 500 ns. le tir laser est effectué avec un laser de longueur d’onde 308nm, et avec une densité d’énergie comprise entre 1,8 J/cm 2 et 2,5 J/cm 2 ; un tir laser irradie une surface circulaire, de diamètre inférieur à 200 micromètres ; la zone rugueuse est réalisée à partir d’une pluralité de tirs lasers, par exemple entre deux et quinze tirs lasers, les surfaces circulaires adjacentes irradiées par les tirs lasers successifs étant tangentes ou présentant un pourcentage de recouvrement entre 1% et 95% ; la face avant, sur laquelle la zone rugueuse est réalisée, est en silicium monocristallin, et la rugosité prédéterminée a une amplitude comprise entre 0,5nm RMS et 4,0nm RMS, préférentiellement comprise entre 1,0nm RMS et 2,5nm RMS ; la face avant, sur laquelle la zone rugueuse est réalisée, est en silicium poly-cristallin, et la rugosité prédéterminée a une amplitude comprise entre 0,5nm RMS et 5,0nm RMS, préférentiellement comprise entre 2,0nm RMS et 5,0nm RMS ; la face avant, sur laquelle la zone rugueuse est réalisée, est en oxyde de silicium, et la rugosité prédéterminée a une amplitude comprise entre 1,0nm RMS et 60,0nm RMS ; la zone rugueuse est réalisée sur la face avant du substrat donneur, avant la formation du plan fragile enterré dans ledit substrat donneur ; le substrat donneur est formé d’un premier matériau au niveau de sa face avant, et une zone rugueuse préliminaire est réalisée en surface dudit matériau, et une oxydation thermique du premier matériau du substrat donneur est effectuée après la réalisation de la zone rugueuse préliminaire et avant la formation du plan fragile enterré, pour former une couche isolante qui sera assemblée sur le substrat support dans l’ensemble collé, ladite couche isolante comportant, sur sa face libre, la zone rugueuse à l’aplomb de la zone rugueuse préliminaire ; le substrat support est formé d’un premier matériau au niveau de sa face avant, et une zone rugueuse préliminaire est réalisée en surface dudit matériau, et une oxydation thermique du premier matériau du substrat support est effectuée après la réalisation de la zone rugueuse préliminaire, pour former une couche isolante qui sera assemblée sur le substrat donneur dans l’ensemble collé, ladite couche isolante comportant, sur sa face libre, la zone rugueuse à l’aplomb de la zone rugueuse préliminaire ; la zone locale non collée présente une forme, dans le plan de l’interface de collage, dont au moins une portion du contour a un rayon de courbure inférieur au rayon d’un défaut de collage circulaire de même surface ; la zone locale non collée présente au moins une dimension latérale, dans le plan de l’interface de collage, inférieure à 300 micromètres ; la zone locale non collée est localisée dans une région centrale de l’ensemble collé, dans le plan de l’interface de collage ; le plan fragile enterré est formé dans le substrat donneur par implantation d’espèces légères telles que l’hydrogène, l’hélium ou une combinaison de ces deux espèces ; le substrat donneur et/ou le substrat support présentent une couche isolante au moins du côté de leur face avant respective, qui forme une couche isolante enterrée, adjacente à l’interface de collage, dans l’ensemble collé ; la couche mince, issue du substrat donneur, est en silicium monocristallin et le substrat support comprend du silicium monocristallin, pour former une structure empilée de type SOI. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre en référence aux figures annexées sur lesquelles : La présente deux cartographies représentatives de la rugosité de surface de deux couches minces transférées, issues de deux ensembles collés et traités à l’identique jusqu’à la finition, selon un procédé classique ; les deux cartographies ont été obtenues via un outil d’inspection Surfscan TM ; La présente un graphe indiquant la rugosité de surface des couches minces, en fonction du temps de fracture, pour une pluralité d’ensembles collés (différents des ensembles collés énoncés en référence à la ) et traités de manière identique jusqu’à la finition, selon un procédé classique ; La présente un ensemble collé intervenant à une étape intermédiaire du procédé de transfert conforme à l’invention ; La présente un exemple de substrat donneur ou support comprenant une zone rugueuse formée à dessein sur sa face avant, conformément au procédé de transfert de l’invention, laquelle zone rugueuse présente une rugosité prédéterminée ; La présente une structure empilée et le reste d’un substrat donneur, obtenus par un procédé de transfert conforme à l’invention ; La présente l’évolution de la rugosité RMS (moyenne quadratique) et PV (crête à creux) d’une surface en silicium irradiée par un tir laser, en fonction de la densité d’énergie du laser ; La présente deux cartographies représentatives de la rugosité de surface (après finition) de deux couches minces transférées pour une première et une deuxième structure RFSOI, la première (110) ayant été obtenue avec un procédé de transfert conforme à l’invention, la deuxième (110’) avec un procédé de transfert classique ; les deux cartographies ont été obtenues via un outil d’inspection Surfscan T M ; La présente différents exemples de formes de la zone rugueuse et de la zone locale non collée associée, mises en œuvre dans le procédé de transfert conforme à l’invention ; Les figures 8a et 8b présentent des images de zone non transférée correspondant à la zone locale non collée d’un ensemble collé ; la zone non transférée étant observée sur une structure empilée obtenue par un procédé de transfert conforme à l’invention. Certaines figures sont des représentations schématiques qui, dans un objectif de lisibilité, ne sont pas à l’échelle. En particulier, les épaisseurs des couches selon l’axe z ne sont pas à l’échelle par rapport aux dimensions latérales selon les axes x et y. Les mêmes références sur les figures et dans la description pourront être utilisées pour des éléments de même nature. Procédé de transfert d’une couche mince (10) sur un substrat support (2), comprenant : - la fourniture d’un ensemble collé (100) comportant un substrat donneur (1) et le substrat support (2), assemblés par collage direct au niveau de leurs faces avant (1a,2a) respectives, suivant une interface de collage (3), l’ensemble collé (100) présentant une zone locale non collée (31) au sein de cette interface de collage (3), le substrat donneur (1) comprenant en outre un plan fragile enterré (11), - la séparation le long du plan fragile enterré (11), initiée au niveau de la zone locale non collée (31) après une croissance de microfissures dans ledit plan (11) par activation thermique, la séparation menant au transfert d’une couche mince (10) issue du substrat donneur (1) sur le substrat support (2), le procédé étant caractérisé en ce que la zone locale non collée (31) est uniquement générée par une zone rugueuse (31a) réalisée à dessein sur l’une au moins des faces avant (1a,2a) des substrats donneur (1) et support (2) avant leur assemblage, ladite zone rugueuse (31a) étant exempte de topologie et présentant une rugosité prédéterminée d’amplitude comprise entre 0,5nm RMS et 60,0nm RMS. Procédé de transfert selon la revendication précédente, dans lequel la zone rugueuse est réalisée par au moins un tir laser générant uniquement une fusion superficielle, dans les 1 à 30 premiers nanomètres, d’un matériau composant le substrat donneur (1) et/ou le substrat support (2), du côté de leur face avant respective (1a,2a). Procédé de transfert selon la revendication précédente, dans lequel le tir laser a une durée d’impulsion comprise entre 1 ns et 1000 ns, préférentiellement comprise entre 10 ns et 500 ns. Procédé de transfert selon la revendication précédente, dans lequel le tir laser est effectué avec un laser de longueur d’onde 308nm, et avec une densité d’énergie comprise entre 1,8 J/cm 2 et 2,5 J/cm 2 . Procédé de transfert selon l’une des trois revendications précédentes, dans lequel un tir laser irradie une surface circulaire, de diamètre inférieur à 200 micromètres. Procédé de transfert selon la revendication précédente, dans laquelle la zone rugueuse (31a) est réalisée à partir d’une pluralité de tirs lasers, par exemple entre deux et quinze tirs lasers, les surfaces circulaires adjacentes irradiées par les tirs lasers successifs étant tangentes ou présentant un pourcentage de recouvrement entre 1% et 95%. Procédé de transfert selon l’une des revendications précédentes, dans lequel : - la face avant (1a,2a), sur laquelle la zone rugueuse (31a) est réalisée, est en silicium monocristallin, et la rugosité prédéterminée a une amplitude comprise entre 0,5nm RMS et 4,0nm RMS, préférentiellement comprise entre 1,0nm RMS et 2,5nm RMS, ou - la face avant (1a,2a), sur laquelle la zone rugueuse (31a) est réalisée, est en silicium poly-cristallin, et la rugosité prédéterminée a une amplitude comprise entre 0,5nm RMS et 5,0nm RMS, préférentiellement comprise entre 2,0nm RMS et 5,0nm RMS, ou - la face avant (1a,2a), sur laquelle la zone rugueuse (31a) est réalisée, est en oxyde de silicium, et la rugosité prédéterminée a une amplitude comprise entre 1,0nm RMS et 60,0nm RMS. Procédé de transfert selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la zone rugueuse (31a) est réalisée sur la face avant (1a) du substrat donneur (1), avant la formation du plan fragile enterré (11) dans ledit substrat donneur (1). Procédé de transfert selon la revendication précédente, dans lequel : - le substrat donneur (1) est formé d’un premier matériau au niveau de sa face avant (1a), et une zone rugueuse préliminaire est réalisée en surface dudit matériau, et - une oxydation thermique du premier matériau du substrat donneur (1) est effectuée après la réalisation de la zone rugueuse préliminaire et avant la formation du plan fragile enterré (11), pour former une couche isolante qui sera assemblée sur le substrat support (2) dans l’ensemble collé (100), ladite couche isolante comportant, sur sa face libre, la zone rugueuse (31a) à l’aplomb de la zone rugueuse préliminaire. Procédé de transfert selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel : - le substrat support (2) est formé d’un premier matériau au niveau de sa face avant (2a), et une zone rugueuse préliminaire est réalisée en surface dudit matériau, et - une oxydation thermique du premier matériau du substrat support (2) est effectuée après la réalisation de la zone rugueuse préliminaire, pour former une couche isolante qui sera assemblée sur le substrat donneur (1) dans l’ensemble collé (100), ladite couche isolante comportant, sur sa face libre, la zone rugueuse (31a) à l’aplomb de la zone rugueuse préliminaire. Procédé de transfert selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la zone locale non collée (31) présente une forme, dans le plan de l’interface de collage (3), dont au moins une portion du contour a un rayon de courbure inférieur au rayon d’un défaut de collage circulaire de même surface. Procédé de transfert selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la zone locale non collée (31) présente au moins une dimension latérale, dans le plan de l’interface de collage (3), inférieure à 300 micromètres. Procédé de transfert selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la zone locale non collée (31) est localisée dans une région centrale de l’ensemble collé (100), dans le plan de l’interface de collage (3). Procédé de transfert selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la couche mince (10), issue du substrat donneur (1), est en silicium monocristallin et le substrat support (2) comprend du silicium monocristallin, pour former une structure empilée (110) de type SOI.