Brevet FR3126809A1 — publié le 20230310

L’invention concerne un procédé de transfert d’une couche utile (15) sur un substrat support (20), le procédé comprenant : a) la fourniture d’un substrat donneur (10) qui comprend une couche donneuse (12) ; b) la formation d’une zone de fragilisation (14), par implantation d’espèces dans la couche donneuse (12), qui délimite avec cette dernière une couche utile (15) ; c) l’assemblage du substrat support (20) avec le substrat donneur (10) ; d) un traitement thermique qui comprend une première et une deuxième phase, la première phase, d’une première durée, comprend une élévation à une première température, et est adaptée pour permettre une maturation de défauts, et prévenir l’initiation d’une fracture dans ladite zone (14), la deuxième phase, d’une deuxième durée, comprend un palier à une deuxième température, inférieure à la première température, et est adaptée pour initier une fracture le long de la zone de fragilisation. Figure 1D PROCEDE DE TRANSFERT D’UNE COUCHE UTILE SUR UNE FACE AVANT D’UN SUBSTRAT SUPPORT DOMAINE DE L’INVENTION La présente invention concerne le domaine des structures hétérogènes. En particulier, la présente invention concerne un procédé de transfert d’une couche utile sur un substrat support impliquant la technologie SmartCut ™. Notamment, le procédé selon la présente invention concerne un procédé permettant de limiter la température de fracture afin de réduire le risque d’apparition de fissures et/ou de délamination. Le procédé selon la présente invention est alors avantageusement mis en œuvre pour la fabrication de substrat de piézoélectrique sur isolant. ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION Le document FR3068508A1 divulgue un procédé de transfert d’une couche utile sur un substrat support. En particulier, le document FR3068508A1 divulgue un procédé permettant le report, selon un procédé SmartCut™, d’une couche utile sur un substrat support. Le procédé de transfert décrit dans le document FR3068508A1 comprend, à cet égard, les étapes suivantes : a0) une étape de fourniture d’un substrat donneur qui comprend, d’une face avant vers une face arrière, une couche donneuse reposant sur une face d’un substrat manipulateur ; b0) une étape d’implantation d’espèces par la face avant dans la couche donneuse de manière à former une zone de fragilisation qui s’étend selon un plan parallèle à la face avant et qui délimite avec ladite face avant une couche utile ; c0) une étape d’assemblage de la face avant du substrat donneur avec une face principale d’un substrat support ; d0) une étape de traitement thermique destinée à initier la propagation d’une onde de fracture au sein de la zone de fragilisation et ainsi transférer la couche utile sur la face principale du substrat support. Ce procédé est avantageusement mis en œuvre dès lors que les matériaux formant la couche utile et le substrat support présentent des coefficients de dilatation thermique différents. Plus particulièrement, le procédé divulgué dans le document FR3068508A1, afin de limiter les risques d’une fracture incontrôlée ou d’un report partiel et/ou défectueux de la couche utile, propose de considérer un substrat manipulateur fait d’un matériau présentant un coefficient de dilatation thermique similaire à celui du matériau formant le substrat support. Néanmoins, la considération d’un tel substrat donneur reste problématique. En effet, l’interface formée entre la couche donneuse et le substrat manipulateur est sensible au traitement thermique. Notamment, cette interface peut être le lieu de l’apparition de fissures et/ou d’une délamination de la couche donneuse. Ainsi, un but de la présente invention est de proposer un procédé de transfert d’une couche utile sur un substrat donneur permettant de prévenir l’apparition de fissures au niveau de l’interface formée entre la couche donneuse et le substrat manipulateur et la délamination de la couche donneuse. BREVE DESCRIPTION DE L’INVENTION Le but de l’invention est atteint par un procédé de transfert d’une couche utile sur un substrat support, le procédé comprenant les étapes suivantes : a) la fourniture d’un substrat donneur qui comprend, à partir d’une face principale, une couche donneuse formée d’un matériau piézoélectrique, et un substrat manipulateur ; b) la formation d’une zone de fragilisation, par implantation d’espèces dans la couche donneuse, parallèle à la face principale et qui délimite avec cette dernière une couche utile ; c) l’assemblage du substrat support avec le substrat donneur de manière à intercaler la couche donneuse entre le substrat manipulateur et le substrat support ; d) un traitement thermique qui comprend, dans l’ordre, une première phase et une deuxième phase, la première phase, d’une première durée, comprend une élévation de température jusqu’à une première température, et est adaptée d’une part pour permettre une maturation de défauts, générées par les espèces, dans la zone de fragilisation, et d’autre part pour prévenir l’initiation d’une fracture dans ladite zone de fragilisation, la deuxième phase, d’une deuxième durée, comprend un palier à une deuxième température, inférieure à la première température, et est adaptée pour initier une fracture le long de la zone de fragilisation et ainsi transférer la couche utile sur la face avant. Selon un mode de mise en œuvre, l’étape d) comprend également une phase de renforcement précédant la première phase et exécutée à une température, dite température de renforcement, inférieure à la première température, la phase de renforcement étant destinée en renforcer une énergie de collage d’une interface formée entre le substrat support et le substrat donneur lors de l’exécution de l’étape c). Selon un mode de mise en œuvre, la première phase comprend dans l’ordre : une montée en température, un palier à la première température, et une descente en température jusqu’à la deuxième température. Selon un mode de mise en œuvre, la première phase est ajustée en fonction des conditions d’implantation des espèces lors de l’exécution de l’étape b). Selon un mode de mise en œuvre, l’écart relatif entre les coefficients de dilatation thermique des matériaux formant, respectivement, le substrat manipulateur et le substrat support est inférieur à 10%. Selon un mode de mise en œuvre, le substrat manipulateur comprend un substrat massif sur une face duquel repose une couche intermédiaire, la couche intermédiaire étant intercalée entre la couche donneuse et le substrat massif, avantageusement, la couche intermédiaire comprend un matériau polymère. Selon un mode de mise en œuvre, la première température est inférieure à 300°C, avantageusement inférieure à 250°C, encore plus avantageusement inférieure à 220°C. Selon un mode de mise en œuvre, l’écart absolu entre la première température et la deuxième température est inférieur à 40°C, et est supérieur à 30°C. Selon un mode de mise en œuvre, la deuxième durée est inférieure à 6 heures, avantageusement inférieure à 4 heures. Selon un mode de mise en œuvre, la deuxième température est inférieure à 180°C , avantageusement inférieure à 170°C. Selon un mode de mise en œuvre, les espèces comprennent au moins un des éléments choisis parmi : ions hydrogène, ions hélium. Selon un mode de mise en œuvre, le matériau piézoélectrique comprend au moins un des éléments choisi parmi : LiTaO 3 , LiNbO 3 , LiAlO 3 , BaTiO 3 , PbZrTiO 3 , KNbO 3 , BaZrO 3 , CaTiO 3 , PbTiO 3 , KTaO 3 . Selon un mode de mise en œuvre, l’étape c) d’assemblage est précédée d’une étape de formation d’une couche de matériau diélectrique sur la couche donneuse et/ou sur une face avant du substrat support. Selon un mode de mise en œuvre, l’étape c) d’assemblage comprend un collage moléculaire. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va suivre d'un procédé de transfert d’une couche utile sur un substrat support selon l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence à la figure annexée dans laquelle : La est une représentation schématique de l’étape a) du procédé selon la présente invention, notamment, la représente le substrat donneur selon un plan de coupe perpendiculaire à une face principale dudit substrat donneur ; La est une représentation schématique de l’étape b) du procédé selon la présente invention, notamment la représente le substrat donneur selon un plan de coupe perpendiculaire à une face principale dudit substrat donneur et les flèches symbolisent l’implantation des espèces par la face principale afin de former la zone de fragilisation ; La est une représentation schématique de l’étape c) du procédé selon la présente invention, notamment la représente un assemblage formé par le substrat donneur et le substrat support, selon un plan de coupe perpendiculaire à la face principale dudit substrat donneur ; La est une représentation schématique de la première phase de l’étape d) du procédé selon la présente invention, notamment la représente la maturation des défauts au niveau de la zone de fragilisation de l’assemblage formé par le substrat donneur et le substrat support et selon un plan de coupe perpendiculaire à la face principale dudit substrat donneur ; La est une représentation schématique de la deuxième phase de l’étape d) du procédé selon la présente invention, notamment la représente la fracture conduisant au détachement de la couche utile de la couche donneuse en vue de son report sur la face avant du substrat support ; La est une représentation schématique du substrat donneur selon un plan de coupe perpendiculaire à une face principale dudit substrat donneur et selon un mode de réalisation particulier de la présente invention, notamment, selon ce mode de réalisation, le substrat manipulateur comprend un substrat massif sur une face duquel repose une couche intermédiaire, de sorte que ladite couche intermédiaire soit intercalée entre le substrat massif et la couche donneuse ; La est une représentation graphique d’un traitement thermique susceptible d’être mis en œuvre dans le cadre de la présente invention, notamment l’axe horizontal représente le temps en heures, et l’axe vertical représente la température en degrés Celcius ; La est une représentation graphique d’un traitement thermique, dit premier traitement, susceptible d’être mis en œuvre pour la détermination de paramètres relatifs à l’exécution de l’étape d), notamment l’axe horizontal représente le temps en heures, et l’axe vertical représente la température en degrés Celcius ; La est une représentation graphique d’un traitement thermique, dit deuxième traitement, susceptible d’être mis en œuvre pour la détermination de paramètres relatifs à l’exécution de l’étape d), notamment l’axe horizontal représente le temps en heures, et l’axe vertical représente la température en degrés Celcius ; La est une représentation graphique d’un traitement thermique, dit troisième traitement, susceptible d’être mis en œuvre pour la détermination de paramètres relatifs à l’exécution de l’étape d), notamment l’axe horizontal représente le temps en heures, et l’axe vertical représente la température en degrés Celcius ; La illustre un substrat donneur qui comprend une couche de matériaux diélectrique, dite première couche, reposant sur la couche donneuse ; La illustre un substrat support qui comprend une couche de matériaux diélectrique (par exemple du dioxyde de silicium), dite deuxième couche, reposant sur la face avant du substrat support. Procédé de transfert d’une couche utile (15) sur un substrat support (20), le procédé comprenant les étapes suivantes : a) la fourniture d’un substrat donneur (10) qui comprend, à partir d’une face principale, une couche donneuse (12) formée d’un matériau piézoélectrique, et un substrat manipulateur (13) ; b) la formation d’une zone de fragilisation (14), par implantation d’espèces dans la couche donneuse (12), parallèle à la face principale et qui délimite avec cette dernière une couche utile (15) ; c) l’assemblage du substrat support (20) avec le substrat donneur (10) de manière à intercaler la couche donneuse (12) entre le substrat manipulateur (13) et le substrat support (20) ; d) un traitement thermique qui comprend, dans l’ordre, une première phase et une deuxième phase, la première phase, d’une première durée, comprend une élévation de température jusqu’à une première température, et est adaptée d’une part pour permettre une maturation de défauts, générées par les espèces, dans la zone de fragilisation (14), et d’autre part pour prévenir l’initiation d’une fracture dans ladite zone de fragilisation (14), la deuxième phase, d’une deuxième durée, comprend un palier à une deuxième température, inférieure à la première température, et est adaptée pour initier une fracture le long de la zone de fragilisation (14) et ainsi transférer la couche utile (15) sur le substrat support (20). Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’étape d) comprend également une phase de renforcement précédant la première phase et exécutée à une température, dite température de renforcement, inférieure à la première température, la phase de renforcement étant destinée en renforcer une énergie de collage d’une interface formée entre le substrat support (20) et le substrat donneur (10) lors de l’exécution de l’étape c). Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la première phase comprend dans l’ordre : une montée en température, un palier à la première température, et une descente en température jusqu’à la deuxième température. Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel la première phase est ajustée en fonction des conditions d’implantation des espèces lors de l’exécution de l’étape b). Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel l’écart relatif entre les coefficients de dilatation thermique des matériaux formant, respectivement, le substrat manipulateur (13) et le substrat support (20) est inférieur à 10%. Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel le substrat manipulateur (13) comprend un substrat massif sur une face duquel repose une couche intermédiaire, la couche intermédiaire étant intercalée entre la couche donneuse (12) et le substrat massif, avantageusement, la couche intermédiaire comprend un matériau polymère. Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel la première température est inférieure à 300°C, avantageusement inférieure à 250°C, encore plus avantageusement inférieure à 220°C. Procédé selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel l’écart absolu entre la première température et la deuxième température est inférieur à 40°C, et est supérieur à 30°C. Procédé selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel la deuxième durée est inférieure à 6 heures, avantageusement inférieure à 4 heures. Procédé selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel la deuxième température est inférieure à 180°C , avantageusement inférieure à 170°C. Procédé selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel les espèces comprennent au moins un des éléments choisis parmi : ions hydrogène, ions hélium. Procédé selon l’une des revendications 1 à 11, dans lequel le matériau piézoélectrique comprend au moins un des éléments choisi parmi : LiTaO 3 , LiNbO 3 , LiAlO 3 , BaTiO 3 , PbZrTiO 3 , KNbO 3 , BaZrO 3 , CaTiO 3 , PbTiO 3 , KTaO 3 . Procédé selon l’une des revendications 1 à 12, dans lequel l’étape c) d’assemblage est précédée d’une étape de formation d’une couche de matériau diélectrique sur la couche donneuse (12) et/ou sur une face avant (21) du substrat support (20). Procédé selon l’une des revendications 1 à 13, dans lequel l’étape c) d’assemblage comprend un collage moléculaire.