Brevet FR3130073A1 — publié le 20230609

Titre : Procédé de transfert d’une couche L’invention porte sur un procédé de report d’une couche d’intérêt (12) depuis un substrat donneur (10) vers un substrat receveur (20), comprenant les étapes suivantes : - Fournir le substrat donneur (10) en un matériau transparent à une longueur d’onde λ, - Former au moins une couche tampon sacrificielle (11) en un matériau sacrificiel absorbant à la longueur d’onde λ, sur le substrat donneur, - Former la couche d’intérêt (12) sur l’au moins une couche tampon sacrificielle (11), - Coller la couche d’intérêt (12) sur le substrat receveur (20), - Illuminer par laser à la longueur d’onde λ l’au moins une couche tampon sacrificielle (11) au travers du substrat donneur (10), de sorte à éliminer ladite au moins une couche tampon sacrificielle (11) pour désolidariser la couche d’intérêt (12) du substrat donneur (10). Figure pour l’abrégé : Fig.1G Procédé de transfert d’une couche La présente invention concerne, en général, un procédé de transfert d’une couche. Ce procédé permet avantageusement de transférer une couche de bonne qualité cristalline, depuis un substrat donneur vers un substrat receveur. Une application particulièrement intéressante de la mise en œuvre de ce procédé est la fabrication de dispositifs électro-acoustiques, par exemple des dispositifs à onde acoustique de surface ou à onde acoustique de volume, sur un substrat receveur à base de silicium. ETAT DE LA TECHNIQUE Les résonateurs basés sur une structure de type « onde acoustique de surface » dite SAW (acronyme de « Surface Acoustic Wave ») ou de type « onde acoustique de volume» dite BAW (acronyme de « Bulk Acoustic Wave ») sont couramment utilisés pour réaliser des filtres radiofréquences (RF). Le cœur de ces résonateurs est composé d’un matériau piézoélectrique qui influence les propriétés finales du filtre. Le niobate de lithium (LiNbO3) est utilisé depuis plusieurs années en tant que matériau piézoélectrique. Ses propriétés intrinsèques, comme son coefficient de couplage piézoélectrique, pourrait permettre aux filtres de résonner à haute fréquence, par exemple à des fréquences supérieures à 3,5 GHz, et/ou avec une large bande passante, par exemple jusqu’à 600MHz. Pour obtenir un coefficient de couplage élevé, typiquement jusqu’à 50%, la couche piézoélectrique à base de LiNbO3 doit notamment présenter une haute qualité cristalline et une stœchiométrie contrôlée. Une haute qualité cristalline et une stœchiométrie contrôlée sont généralement obtenues en faisant croître des substrats massifs de LiNbO3. De tels substrats ne conviennent cependant pas à la plupart des applications dans les domaines des dispositifs électro-acoustiques et des dispositifs optiques, qui requièrent généralement une couche mince de LiNbO3. Le document « A. Reinhardt et al., Acoustic filters based on thin single crystal LiNbO3 films: Status and prospects Proc. – IEEE Ultrason. Symp. 2014, 773 » divulgue une solution basée sur un procédé de report connu sous la dénomination Smart-Cut TM permettant de fabriquer un filtre BAW comprenant une couche piézoélectrique à base de LiNbO3 sur substrat silicium. Une couche mince de LiNbO3 est prélevée d’un substrat donneur, typiquement à partir d’un substrat de LiNbO3 monocristallin, puis reportée vers un substrat receveur, typiquement un substrat de silicium. Cette solution met en œuvre de nombreuses étapes techniques et présente un coût significatif. Par ailleurs, cette méthode de report par Smart- Cut TM ne permet pas de reporter des couches minces de faible épaisseur, par exemple de quelques dizaines de nanomètres, ni de reporter des couches minces de forte épaisseur, typiquement de l’ordre de 1µm ou plus. Par ailleurs, la nécessité d’un recuit de guérison suite à l’implantation ionique soumet le substrat à de hautes températures. Cela empêche l’utilisation de couches fonctionnalisées sous le substrat. Il existe donc un besoin consistant à reporter une couche à base de niobate de lithium ou d’un matériau présentant des propriétés similaires, tel que le tantalate de lithium par exemple, sur un substrat à base de silicium, en limitant les coûts, et pour une large gamme d’épaisseurs de couche. Un objectif de la présente invention est de répondre au moins en partie à ce besoin. Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la description suivante et des dessins d'accompagnement. Il est entendu que d'autres avantages peuvent être incorporés. RESUME Pour atteindre cet objectif, selon un mode de réalisation on prévoit un procédé de report d’une couche d’intérêt depuis un substrat donneur vers un substrat receveur, ladite couche d’intérêt étant à base de niobate de lithium (LiNbO3), ou de tantalate de lithium (LiTaO3), ou d’un alliage Li(Ta,Nb)O3, ou d’une pérovskite oxyde ABO3, O étant l’oxygène, A et B étant deux éléments chimiques distincts pris parmi le calcium (Ca), le sodium (Na), le potassium (K), le baryum (Ba), le lithium (Li), le plomb (Pb), le zirconium (Zr), le titane (Ti), le niobium (Nb), le tantale (Ta). Le procédé comprend les étapes suivantes : Fournir le substrat donneur en un matériau transparent à une longueur d’onde λ, Former au moins une couche tampon sacrificielle en un matériau sacrificiel absorbant à la longueur d’onde λ, par épitaxie sur le substrat donneur, Former la couche d’intérêt par épitaxie sur l’au moins une couche tampon sacrificielle, Coller la couche d’intérêt sur le substrat receveur, Illuminer par laser à la longueur d’onde λ l’au moins une couche tampon sacrificielle au travers du substrat donneur, de sorte à éliminer au moins en partie ladite au moins une couche tampon sacrificielle pour désolidariser ou contribuer à désolidariser la couche d’intérêt du substrat donneur. Ainsi, le procédé permet avantageusement de décoller une couche d’intérêt crue par épitaxie, sans implantation, en utilisant une couche tampon sacrificielle au moins partiellement éliminable par laser. Ce procédé peut donc être qualifié de procédé de « lift off » laser (« lift off » étant le terme généralement utilisé et signifiant décollement, en français). L’élimination au moins partielle de la couche tampon sacrificielle peut se faire par évaporation et/ou par dissociation par exemple. Le flux et/ou les paramètres du laser (puissance, durée, fréquence…) sont typiquement choisis afin d’obtenir une dissociation effective de la couche tampon sacrificielle. Selon le procédé, la couche tampon sacrificielle est choisie de sorte à absorber une majeure partie du flux lumineux de longueur d’onde λ. Le substrat donneur, et de préférence la couche d’intérêt, sont choisis de façon à être transparents à la longueur d’onde λ. Ainsi, seule la couche tampon sacrificielle est affectée par le flux lumineux lors de l’illumination laser. La couche tampon sacrificielle est dissociée sélectivement par rapport au substrat et la couche d’intérêt. La couche d’intérêt n’est avantageusement pas affectée par le flux lumineux. Cela évite d’induire des défauts structuraux dans la couche d’intérêt. Selon le procédé, la couche tampon sacrificielle et la couche d’intérêt sont épitaxiées sur le substrat donneur. Une relation d’épitaxie existe donc entre la couche d’intérêt et le substrat via la couche tampon sacrificielle. Les orientations cristallines du substrat donneur, de la couche tampon sacrificielle et de la couche d’intérêt sont de préférence identiques. La croissance de la couche tampon sacrificielle et la croissance de la couche d’intérêt se font de préférence de façon à garder une cohérence structurelle avec le substrat donneur. Ainsi, le paramètre de maille de la couche tampon sacrificielle est environ égal à celui du substrat donneur. La structure cristalline de la couche tampon sacrificielle n’est pas relaxée. Le paramètre de maille de la couche d’intérêt est environ égal à celui de la couche tampon sacrificielle. Cela évite l’apparition de défauts structuraux par relaxation plastique des contraintes mécaniques dans la couche tampon sacrificielle et/ou dans la couche d’intérêt. Selon un exemple, la couche d’intérêt et le substrat donneur sont à base du même matériau. La couche tampon sacrificielle présente donc au moins une première fonction consistant à assurer la croissance par épitaxie de la couche d’intérêt, et au moins une deuxième fonction consistant à permettre le lift off laser. Avantageusement, le procédé permet d’obtenir une qualité cristalline de la couche d’intérêt élevée, comparable à la qualité cristalline d’une couche homoépitaxiée. Par ailleurs, toutes les épaisseurs de couche d’intérêt sont réalisables, notamment des faibles épaisseurs de quelques nanomètres ou dizaines de nanomètres, du fait de la formation de cette couche d’intérêt par croissance. Avantageusement, après lift off laser, le substrat donneur n’est pas endommagé. Contrairement à une implantation ionique, l’illumination par laser n’endommage pas le substrat donneur. Il peut être réutilisé de façon à effectuer une nouvelle croissance de couche tampon sacrificielle et de couche d’intérêt. Ainsi, par rapport au procédé de report connu sous la dénomination Smart-Cut TM , le procédé de report selon la présente invention permet de reporter la couche d’intérêt en limitant les coûts, sans implantation ni recuit de guérison. Il permet également de viser une plus large gamme d’épaisseur de couche d’intérêt. Selon un exemple préféré, la couche d’intérêt est à base de l’un parmi le niobate de lithium LiNbO3, le tantalate de lithium LiTaO3, ou un alliage, par exemple Li(Nb,Ta)O3. La couche tampon sacrificielle peut être à base de nitrure d’aluminium AlN ou AlInN. On choisira dans ce cas une illumination laser à une longueur d’onde λ du domaine ultraviolet UV. Alternativement, la couche tampon sacrificielle peut être à base de nitrure de titane TiN. On choisira dans ce cas de préférence une illumination laser à une longueur d’onde λ du domaine infrarouge IR. Le substrat est de préférence à base du même Selon un préjugé technique, une couche d’intérêt à base de LiNbO3 ou de LiTaO3, dite couche LN/LT, doit nécessairement être épitaxiée sur une couche tampon à base d’oxyde, afin d’éviter une perte de stœchiométrie de la couche LN/LT par diffusion d’oxygène. Au contraire, dans le cadre du développement de la présente invention, il a été observé de manière parfaitement inattendue qu’une couche tampon à base d’un nitrure permet l’épitaxie de la couche LN/LT dans de bonnes conditions. De façon surprenante, il a été également observé qu’une telle couche tampon permet de bloquer à la fois la diffusion d’oxygène et la diffusion du lithium vers le substrat donneur. Il en résulte que la couche LN/LT épitaxiée sur une telle couche tampon conserve la stœchiométrie requise. Par ailleurs, une telle couche tampon à base de nitrure absorbe généralement dans l’UV et/ou dans l’IR, tandis que la couche LN/LT et le substrat donneur sont transparents dans ces domaines de longueur d’onde. Une telle couche tampon « sacrificielle » est donc avantageusement au moins en partie dissociée par illumination UV ou IR. La présente invention propose ainsi une solution peu coûteuse permettant de transférer une couche d’intérêt de haute qualité cristalline sur un substrat receveur adapté aux applications visées, par exemple un substrat receveur à base de silicium. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée de modes de réalisation de cette dernière qui sont illustrés par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels : Les figures 1A à 1I illustrent en coupe transverse un procédé de transfert d’une couche d’intérêt selon un mode de réalisation la présente invention. La illustre en coupe transverse une couche tampon sacrificielle comprenant une pluralité de sous-couches alternées, selon un mode de réalisation la présente invention. Les figures 3A à 3F illustrent en coupe transverse un procédé de transfert d’une couche d’intérêt selon un autre mode de réalisation la présente invention. Les figures 4A à 4E illustrent en coupe transverse un procédé de transfert d’une couche d’intérêt selon un autre mode de réalisation la présente invention. La illustre une courbe de transmission optique d’un substrat saphir. La illustre une courbe de transmission optique d’un substrat LiNbO3. La illustre une courbe d’absorption optique du nitrure d’aluminium AlN. La illustre une courbe d’absorption optique du nitrure de titane TiN. Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier, sur les schémas de principe, les épaisseurs des différentes couches et portions, et les dimensions des motifs ne sont pas représentatives de la réalité. Procédé de report d’une couche d’intérêt (12) depuis un substrat donneur (10) vers un substrat receveur (20), ladite couche d’intérêt (12) étant à base d’un matériau ABO3, O étant l’oxygène, A étant au moins un premier élément chimique pris parmi le sodium (Na), le potassium (K), le baryum (Ba), le plomb (Pb), et B étant au moins un élément chimique pris parmi le lithium (Li), le plomb (Pb), le zirconium (Zr), le titane (Ti), le niobium (Nb), le tantale (Ta), ledit procédé comprenant les étapes suivantes : Fournir le substrat donneur (10) en un matériau transparent à une longueur d’onde λ, Former au moins une couche tampon sacrificielle (11) en un matériau sacrificiel absorbant à la longueur d’onde λ, par épitaxie sur le substrat donneur, Former la couche d’intérêt (12) par épitaxie sur l’au moins une couche tampon sacrificielle (11), Coller la couche d’intérêt (12) sur le substrat receveur (20), Illuminer par laser à la longueur d’onde λ l’au moins une couche tampon sacrificielle (11) au travers du substrat donneur (10), de sorte à éliminer au moins en partie ladite au moins une couche tampon sacrificielle (11) pour désolidariser la couche d’intérêt (12) du substrat donneur (10). Procédé selon la revendication précédente dans lequel les formations par épitaxie de l’au moins une couche tampon sacrificielle (11) et de la couche d’intérêt (12) sont configurées de sorte à ce que lesdites au moins une couche sacrificielle (11) et couche d’intérêt (12) présentent entre elles et avec le substrat donneur (10) une continuité de structure cristalline. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le matériau ABO3 est pris parmi le niobate de lithium LiNbO3, le tantalate de lithium LiTaO3, ou un alliage Li(Nb,Ta)O3. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la longueur d’onde λ du laser est choisie dans le domaine infrarouge, et dans lequel le matériau sacrificiel absorbant de l’au moins une couche tampon sacrificielle (11) est à base d’un nitrure réfractaire de transition, par exemple TiN, VN, ZrN, TaN, HfN, NbN, ou leurs alliages. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel la longueur d’onde λ du laser est choisie dans le domaine ultraviolet, et dans lequel le matériau sacrificiel absorbant de l’au moins une couche tampon sacrificielle (11) est à base d’un nitrure III-N, par exemple du nitrure d’aluminium AlN, du nitrure de gallium GaN, du nitrure de bore BN, du nitrure d’indium InN, ou leurs alliages. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la formation de l’au moins une couche tampon sacrificielle (11) comprend au moins une séquence comprenant : une formation d’une première couche tampon sacrificielle (111) à base du matériau sacrificiel absorbant, puis une formation d’une couche intercalaire (121) à base du matériau transparent du substrat (10), puis une formation d’une deuxième couche tampon sacrificielle (112) à base du matériau absorbant. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la formation de l’au moins une couche tampon sacrificielle (11) est configurée de sorte à ce que ladite au moins une couche tampon sacrificielle (11) présente une épaisseur inférieure à une épaisseur critique au-delà de laquelle des défauts structuraux apparaissent dans ladite au moins une couche tampon sacrificielle (11), lors de l’épitaxie. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le substrat donneur (10) et la couche d’intérêt (12) sont à base du même matériau. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant en outre, avant collage de la couche d’intérêt (12) sur le substrat receveur (20), une formation d’une couche (14) dite fonctionnelle sur la couche d’intérêt (12), et dans lequel le collage de la couche d’intérêt (12) sur le substrat receveur se fait par l’intermédiaire de ladite couche fonctionnelle (14). Procédé selon la revendication précédente dans lequel la couche fonctionnelle (14) forme au moins l’un parmi une électrode, un miroir réfléchissant à la longueur d’onde λ, une couche de confinement acoustique. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le matériau transparent du substrat donneur (10) est choisi parmi le LiNbO3, LiTaO3, le saphir Al2O3. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le substrat receveur (20) est choisi à base de silicium. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant en outre, après désolidarisation de la couche d’intérêt (12) du substrat donneur (10), un recuit de guérison. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant en outre, après formation de la couche d’intérêt (12), une planarisation de la couche d’intérêt (12).