Brevet FR3134650A1 — publié le 20231020

L’invention porte sur un procédé d’assemblage par adhésion moléculaire de deux substrats présentant chacun une face principale, l’un au moins des deux substrats étant pourvu d’une couche superficielle diélectrique du côté de sa face principale. Le procédé comprend (a) la mise en contact des faces principales des deux substrats, puis (b) l’initiation et la propagation d'une onde de collage entre les faces principales des deux substrats pour les assembler l’un à l’autre. Selon l’invention le procédé comprend, avant l’étape de mise en contact, une étape de préparation de la couche superficielle diélectrique visant à introduire dans cette couche une dose de soufre supérieure à 3,0 E13 at/cm^2. L’invention porte également sur une structure obtenue à l’aide du procédé. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 2 PROCEDE D’ASSEMBLAGE DE DEUX SUBSTRATS PAR ADHESION MOLECULAIRE, ET STRUCTURE OBTENUE PAR UN TEL PROCEDE DOMAINE DE L’INVENTION L’invention trouve son application notamment dans les domaines de la microélectronique, des microsystèmes, de la photonique… ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION L’adhésion moléculaire est un procédé d’assemblage de deux corps au cours duquel les faces ou surfaces principales de ces deux corps, parfaitement propres, planes et lisses, sont mises en contact intime l’une avec l’autre pour favoriser le développement de liaisons moléculaires, par exemple de type van der Waals ou covalentes. L’assemblage des deux corps est alors obtenu sans utilisation d’un adhésif. Ces liaisons peuvent être renforcées par l’application d’un traitement thermique à l’assemblage. Ce procédé est utilisé en particulier pour la fabrication des substrats qui trouvent une application dans les domaines de la microélectronique, des microsystèmes, de la photonique… Dans ces domaines, les substrats présentent généralement la forme de plaquettes circulaires de matériaux qui peuvent être monocristallins, poly-cristallins ou amorphes, conducteurs, semi-conducteurs ou isolants. Dans ces domaines et pour faciliter l’assemblage des substrats, il est usuel de former une couche diélectrique, typiquement d’oxyde de silicium, sur l’un et/ou l’autre de ces deux substrats, par dépôt, éventuellement suivi d’une étape de polissage, ou par simple oxydation lorsque le substrat est formé ou contient du silicium. Il est également usuel de préparer les faces principales pour les rendre propres (notamment en termes de particules et de contaminants) et lisses (pour fournir une rugosité de surface typiquement sous 0,5 nm en valeur quadratique moyenne sur un champ d’observation de 5 microns par 5 microns). Il est également parfois envisagé de rendre une au moins de ces faces réactives par l’application d’un plasma, typiquement d’oxygène ou d’azote. Cette préparation de surface vise à obtenir, directement après l’étape d’assemblage et avant tout recuit thermique, une énergie de collage maximale. Après leur préparation, les deux substrats sont disposés l’un sur l’autre, au niveau de leurs faces principales. L’application d’une pression sur l’un ou l’autre des deux substrats provoque la mise en contact intime et ponctuel des faces principales, et la propagation de ce contact intime sur toute l’étendue des faces principales sous la forme d’une onde, dite « onde de collage ». La littérature brevet, technique et scientifique regorge de documents exposant les principes et l’utilisation d’un tel procédé d’adhésion. On pourra notamment se référer à la publication de Rieutord et al., « Dynamics of a bonding front », Physical Review Letters, vol. 94, pp. 236101, 2005. Un problème récurrent rencontré lors du déploiement d’un procédé d’adhésion moléculaire est l’apparition de défauts périphériques (souvent désigné « picots ») au niveau de l’interface de collage, aux lieux où l’onde de collage rencontre le bord des substrats. Lorsque l’onde est initiée sur un bord d’un substrat, ces défauts périphériques sont disposés sur un secteur périphérique généralement disposé sur le bord diamétralement opposé du point d’initiation de l’onde. Lorsque l’onde est initiée dans une zone centrale de l’un des substrats, ces défauts périphériques peuvent être disposés sur le contour entier. Ces défauts résultent du piégeage de gaz et/ou d'eau à l'interface de collage entre les deux substrats. Au niveau de ces défauts, les deux substrats ne sont pas en contact, et l’énergie d’adhésion locale est très faible, voire inexistante. Ces défauts, bien que présents, ne sont pas nécessairement visibles directement après la propagation de l’onde de collage, mais ils peuvent se révéler lors d’un recuit thermique de l’assemblage formé des deux substrats assemblés l’un à l’autre. La vitesse de l'onde de collage a été identifiée comme étant un facteur influençant le nombre de tels défauts, et la réduction de cette vitesse conduit généralement à réduire le nombre de défauts, voire à les faire disparaitre. A cet effet, différentes techniques de contrôle de cette vitesse ont été proposées, notamment via un traitement de l'état de surface de l'un et/ou l'autre des substrats, en particulier par chauffage (WO2007060145). Il a également été proposé, en vue de réduire la vitesse de l'onde de collage, de projeter, au moment du collage, un jet gazeux, éventuellement chaud, en direction du point d'initiation de l'onde de collage. Toutefois, ces traitements, s'ils peuvent effectivement induire une réduction de la vitesse de collage, sont susceptibles de réduire également l'énergie d'adhésion, ce qui peut être préjudiciable pour certaines applications. Le document WO2013160841 prévoit quant à lui de maintenir les substrats, lors de la propagation de l’onde, dans une atmosphère de gaz présentant, à la température et à la pression de ladite atmosphère, un coefficient de Joule-Thomson négatif, par exemple de l’hélium, du néon ou de l'hydrogène. Quel que soit la solution retenue dans l’état de la technique et quelle que soit l’efficacité de cette solution, elle forme une contrainte importante. OBJET DE L’INVENTION Un but de l’invention est de proposer un procédé d’assemblage par adhésion moléculaire qui se distingue de cet état de la technique et qui permet de prévenir, ou pour le moins de limiter, l’apparition des défauts de type « picots ». Plus spécifiquement, un but de l’invention est de proposer un procédé d’assemblage par adhésion moléculaire qui puisse fournir une énergie de collage importante avec un nombre de défauts de type « picots » bien moindre que dans les procédés de l’état de la technique, et sans imposer les contraintes de l’état de la technique. BREVE DESCRIPTION DE L’INVENTION En vue de la réalisation de ce but, l’objet de l’invention propose un procédé d’assemblage par adhésion moléculaire de deux substrats présentant chacun une face principale, l’un au moins des deux substrats étant pourvu d’une couche superficielle diélectrique du côté de sa face principale. Le procédé comprend les étapes suivantes : la mise en contact des faces principales des deux substrats, puis ; l’initiation et la propagation d'une onde de collage entre les faces principales des deux substrats pour les assembler l’un à l’autre. Le procédé est remarquable en ce qu’il comprend, avant l’étape de mise en contact, une étape de préparation de la couche superficielle diélectrique visant à introduire, dans cette couche, une dose de soufre supérieure à 3,0 E13 at/cm^2. De manière surprenante, l’introduction de soufre dans la couche superficielle et avec une telle dose, permet de prévenir, ou pour le moins limiter, l’apparition de défauts de type picots, même lorsque les deux substrats sont assemblés avec une énergie de collage importante. Selon d’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l’invention, prises seules ou selon toute combinaison techniquement réalisable : la dose introduite de soufre est supérieure à 3,5 E13 at/cm^2 ; l’étape de préparation de la couche superficielle diélectrique vise également à introduire dans cette couche une dose de fluor supérieure à 4,0 E14 at/cm^2 ; l’étape de préparation comprend l’activation de la couche superficielle diélectrique par un plasma d’un gaz comprenant du soufre ; l’étape de préparation comprend l’activation de la couche superficielle diélectrique par un plasma comprenant de l’hexafluorure de soufre ; le plasma comprend également de l’oxygène ou de l’azote ; l’activation de la couche superficielle est conduite pendant une durée d’activation comprise entre 15 secondes et 2 minutes ; la couche superficielle est exposée au plasma d’oxygène ou d’azote pendant toute la durée de l’activation, et une quantité maitrisée d’hexafluorure de soufre est mélangée à l’oxygène ou à l’azote pendant une période déterminée de la durée d’activation ; l’étape de préparation comprend la préparation d’une chambre d’un équipement d’activation plasma par un plasma d’un gaz comprenant du soufre puis, après la préparation de la chambre, le traitement de la couche superficielle diélectrique dans la chambre par un plasma comprenant de l’oxygène ou de l’azote ; l’étape de préparation comprend la préparation d’une chambre d’un équipement d’activation plasma par un plasma comprenant de l’hexafluorure de soufre puis, après la préparation de la chambre, le traitement de la couche superficielle diélectrique dans la chambre par un plasma comprenant de l’oxygène ou de l’azote. le procédé d’assemblage comprend le traitement thermique des deux substrats assemblés l’un à l’autre ; les deux substrats sont pourvus d’une couche superficielle diélectrique d’oxyde de silicium ou de nitrure de silicium du côté de leur face principale, et l’étape de préparation est conduite sur chacune des couches superficielles diélectriques ; la couche superficielle diélectrique est en oxyde de silicium ; l’oxyde de silicium de la couche superficielle diélectrique incorpore de l’azote, préférentiellement dans un ratio azote/oxygène inférieur à 0,5 ; la couche superficielle diélectrique est en nitrure de silicium. Selon un autre aspect, l’invention propose une structure comprenant un substrat support, une couche enterrée diélectrique disposée sur et en contact avec le substrat support, et une couche dite « utile » sur et en contact avec la couche enterrée. Selon l’invention, la couche enterrée diélectrique comporte une dose de soufre supérieure à 3,0 E13 at/cm^2. Selon d’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l’invention, prises seules ou selon toute combinaison techniquement réalisable : la dose de soufre est supérieure à 3,5 E13 at/cm^2 ; la couche enterrée diélectrique comporte une dose de fluor supérieure à 4,0 E14 at/cm^2 ; la couche enterrée diélectrique est en oxyde de silicium ; l’oxyde de silicium de la couche enterrée diélectrique incorpore de l’azote, préférentiellement dans un ratio azote/oxygène inférieur à 0,5 ; la couche enterrée diélectrique est en nitrure de silicium. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES 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 : Les figures 1a et 1b représentent deux exemples de procédé d’assemblage conforme à l’invention ; La représente une structure pouvant être obtenue à l’aide d’un procédé conforme à l’invention. Procédé d’assemblage par adhésion moléculaire de deux substrats présentant chacun une face principale, l’un au moins des deux substrats étant pourvu d’une couche superficielle diélectrique du côté de sa face principale, le procédé comprenant les étapes suivantes : (a) la mise en contact des faces principales des deux substrats, puis ; (b) l’initiation et la propagation d'une onde de collage entre les faces principales des deux substrats pour les assembler l’un à l’autre ; Le procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend, avant l’étape de mise en contact, une étape de préparation de la couche superficielle diélectrique visant à introduire dans cette couche une dose de soufre supérieure à 3,0 E13 at/cm^2. Procédé d’assemblage selon la revendication précédente dans lequel la dose de soufre est supérieure à 3,5 E13 at/cm^2. Procédé d’assemblage selon l’une des revendications précédentes dans lequel l’étape de préparation de la couche superficielle diélectrique vise également à introduire dans cette couche une dose de fluor supérieure à 4,0 E14 at/cm^2. Procédé d’assemblage selon l’une des revendications 1 et 2 dans lequel l’étape de préparation comprend l’activation de la couche superficielle diélectrique par un plasma d’un gaz comprenant du soufre. Procédé d’assemblage selon l’une des revendications précédentes dans lequel l’étape de préparation comprend l’activation de la couche superficielle diélectrique par un plasma comprenant de l’hexafluorure de soufre. Procédé d’assemblage selon l’une des deux revendications précédentes dans lequel le plasma comprend également de l’oxygène ou de l’azote. Procédé d’assemblage selon la revendication précédente dans lequel l’activation de la couche superficielle diélectrique est conduite pendant une durée d’activation comprise entre 15 secondes et 2 minutes. Procédé d’assemblage selon la revendication précédente dans lequel la couche superficielle est exposée au plasma d’oxygène ou d’azote pendant toute la durée de l’activation, et une quantité maitrisée d’hexafluorure de soufre est mélangée à l’oxygène ou à l’azote pendant une période déterminée de la durée d’activation. Procédé d’assemblage selon l’une des revendications 1 à 2 dans lequel l’étape de préparation comprend la préparation d’une chambre d’un équipement d’activation plasma par un plasma d’un gaz comprenant du soufre puis, après la préparation de la chambre, le traitement de la couche superficielle diélectrique dans la chambre par un plasma comprenant de l’oxygène ou de l’azote. Procédé d’assemblage selon l’une des revendications 1 à 3 dans lequel l’étape de préparation comprend la préparation d’une chambre d’un équipement d’activation plasma par un plasma comprenant de l’hexafluorure de soufre puis, après la préparation de la chambre, le traitement de la couche superficielle diélectrique dans la chambre par un plasma comprenant de l’oxygène ou de l’azote. Procédé d’assemblage selon l’une des revendications précédentes comprenant le traitement thermique des deux substrats assemblés l’un à l’autre. Procédé d’assemblage selon l’une des revendications précédentes dans lequel les deux substrats sont pourvus d’une couche superficielle diélectrique d’oxyde de silicium ou de nitrure de silicium du côté de leur face principale, et l’étape de préparation est conduite sur chacune des couches superficielles diélectriques. Procédé d’assemblage selon l’une des revendications précédentes dans lequel la couche superficielle diélectrique est en oxyde de silicium. Procédé d’assemblage selon la revendication précédente dans lequel l’oxyde de silicium de la couche superficielle diélectrique contient de l’azote, préférentiellement dans un ratio azote/oxygène inférieur à 0,5. Procédé d’assemblage selon l’une des revendications 1 à 12 dans lequel la couche superficielle diélectrique est en nitrure de silicium. Structure (1) comprenant un substrat support (2), une couche enterrée diélectrique (3) disposée sur et en contact avec le substrat support (2) et une couche dite « utile » (4) sur et en contact avec la couche enterrée (3), la structure étant caractérisée en ce que la couche enterrée diélectrique (3) comporte une dose de soufre supérieure à 3,0 E13 at/cm^2. Structure (1) selon la revendication précédente dans laquelle la dose de soufre est supérieure à 3,5 E13 at/cm^2. Structure (1) selon la revendication précédente dans laquelle la couche enterrée diélectrique (3) comporte une dose de fluor supérieure à 4,0 E14 at/cm^2. Structure (1) selon l’une des revendications 16 à 18 dans laquelle la couche enterrée diélectrique est en oxyde de silicium. Structure (1) selon la revendication précédente dans laquelle l’oxyde de silicium de la couche enterrée diélectrique contient de l’azote, préférentiellement dans un ratio azote/oxygène inférieur à 0,5. Structure (1) selon l’une des revendications 16 à 17 dans laquelle la couche enterrée diélectrique est en nitrure de silicium.