Brevet FR3133104A1 — publié le 20230901

Procédé de collage par activation de surface par bombardement d’ions ou d’atomes d’une première surface d’un premier substrat à une deuxième surface d’un deuxième substrat Un aspect de l’invention concerne un procédé (100) de collage par activation de surface par bombardement d’ions ou d’atomes d’une première surface d’un premier substrat à une deuxième surface d’un deuxième substrat, le matériau du premier substrat au niveau de la première surface comprenant au moins deux espèces chimiques dont l’une, dite espèce d’intérêt, s’appauvrit lors de l’activation par bombardement d’ions ou d’atomes, le procédé (100) comprenant : une étape(1E3) de dépôt sur la première surface du premier substrat d’une couche de l’espèce d’intérêt ; une étape (1E5) d’activation de la première surface par un bombardement de la première surface par un faisceau d’ions ou d’atomes de sorte à consommer l’intégralité de la couche d’espèce déposée précédemment ; une étape (1E5’) d’activation de la deuxième surface par un bombardement de la deuxième surface par un faisceau d’ions ou d’atomes ; une étape (1E6) de mise en contact de la première surface du premier substrat avec la deuxième surface du deuxième substrat.… Figure à publier avec l’abrégé : Figure 1 Procédé de collage par activation de surface par bombardement d’ions ou d’atomes d’une première surface d’un premier substrat à une deuxième surface d’un deuxième substrat DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION Le domaine technique de l’invention est celui du collage direct. La présente invention concerne un procédé de collage par activation de surface et en particulier un procédé de collage comprenant une étape de dépôt d’une couche de l’espèce d’intérêt au niveau d’au moins une des surfaces à coller. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION Le collage direct est une technique bien connue et utilisée pour des applications industrielles comme la fabrication de substrats SOI ou bien encore d’imageurs par exemple. Le collage direct consiste en un collage spontané entre deux surfaces sans apport de matière, et notamment sans couche épaisse de liquide. Il est néanmoins possible d‘avoir quelques monocouches d’eau adsorbées sur les surfaces mais ces dernières sont macroscopiquement sèches. Une des caractéristiques principales du collage direct est son énergie d’adhérence ou autrement appelée son énergie de collage. C’est l’énergie qu’il faut utiliser pour séparer les deux surfaces collées. Le type le plus courant de collage direct est le collage à température et pression ambiante de deux surfaces hydrophiles. Pour obtenir une énergie d’adhérence satisfaisante, il faut en général recuire ces collages au-delà de 200°C. D’autres techniques de collages ont également été développées, comme les collages SAB (pour Surface Activation Bounding en anglais ou collage par activation de surface) et ADB (pour Atomic Diffusion Bounding en anglais ou collage par diffusion atomique) qui se réalisent sous ultra vide. Le lecteur pourra notamment se reporter aux documents H. Takagi, R. Maeda, T.R. Chung, and T. Suga, Sensors and Actuators A: Physical 70, 164 (1998) et M. Uomoto, A. Muraoka, and T. Shimatsu, ECS Trans. 86, 199 (2018). Ces collages ont la particularité de présenter une énergie d’adhérence très importante dès la température ambiante. Très souvent une pression uniaxiale est appliquée pendant les collages ADB et SAB, mais toujours à température ambiante. Il ne s’agit donc pas à proprement parler de thermocompression mais de pression seulement pendant le collage direct. Plus particulièrement, dans le collage SAB, la surface à coller est bombardée par un faisceau d’ions ou d’atomes (très souvent de l’argon) de sorte à retirer les oxydes de surfaces pour ne laisser que des liaisons pendantes non appariées (activant ainsi la surface). En mettant deux surfaces ainsi traitées en contact, on obtient directement des liaisons covalentes à l’interface de collage. Cependant ce type de collages souffre de certains désavantages. Notamment, si les matériaux que l’on cherche à coller ne sont pas des matériaux composés d’une seule espèce chimique, le bombardement n’a pas la même efficacité sur les différents types d’atomes qui compose les matériaux ce qui peut induire une rugosification préjudiciable au collage. Surtout, cette différence d’efficacité peut induire un changement de composition de la surface avec un appauvrissement d’un ou de plusieurs des espèces constituants le matériau. Par exemple, le SiC s’appauvrit en silicium et une couche riche en carbone se retrouve à l’interface après bombardement. Or, cette couche présente une moindre résistance mécanique que le SiC nominal comme le décrit le document T. Suga and F. Mu, in 2018 7th Electronic System-Intégration Technology Conference (2018), pp. 1–4. Il est possible de contourner le problème avec l’utilisation d’un SAB « modifié », où un dépôt d’un autre matériau est réalisé pendant ou avant le bombardement d’argon afin de coller avec cette nouvelle espèce chimique. C’est ainsi qu’il est possible de coller par SAB de l’oxyde de silicium ou des polymères par exemple. Le SAB modifié est intéressant mais cela demande une machine particulière et l’espèce rajoutée se retrouve à l’interface de collage. Il existe donc un besoin d’un procédé de collage permettant de limiter l’appauvrissement d’un des constituants des surfaces que l’on souhaite coller sans toutefois nécessiter l’ajout d’une couche tierce à l’interface de collage. L’invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en permettant, à l’aide d’une couche d’une espèce d’intérêt avant l’étape d’activation, de limiter l’appauvrissement du matériau. De plus, cette couche étant entièrement consommée lors de l’activation, le collage peut être réalisé sans la présence d’une couche tierce à l’interface de collage. L’invention concerne un procédé de collage par activation de surface par bombardement d’ions ou d’atomes d’une première surface d’un premier substrat à une deuxième surface d’un deuxième substrat, le matériau du premier substrat au niveau de la première surface comprenant au moins deux espèces chimiques dont l’une, dite espèce d’intérêt, s’appauvrit lors de l’activation par bombardement d’ions ou d’atomes, le procédé comprenant : Une étape de dépôt sur la première surface du premier substrat d’une couche de l’espèce d’intérêt ; Une étape d’activation de la première surface par un bombardement de la première surface par un faisceau d’ions ou d’atomes de sorte à consommer l’intégralité de la couche d’espèce déposée précédemment ; Une étape d’activation de la deuxième surface par un bombardement de la deuxième surface par un faisceau d’ions ou d’atomes ; Une étape de mise en contact de la première surface du premier substrat avec la deuxième surface du deuxième substrat. Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, le procédé selon un aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles. Dans un mode de réalisation, le procédé comprend, avant l’étape de dépôt, une étape de préparation de la première surface et/ou de la deuxième surface comportant le nettoyage de ladite ou desdites surfaces. Dans un mode de réalisation, le procédé comprend, avant l’étape de dépôt et après l’étape de préparation si une telle étape est mise en œuvre, une étape d’activation préliminaire de la première surface du premier substrat et/ou de la deuxième surface du deuxième substrat. Dans un mode de réalisation, l’espèce d’intérêt du matériau au niveau de la première surface du premier substrat est dite première espèce d’intérêt et le matériau au niveau de la deuxième surface du deuxième substrat comprend au moins deux espèces chimiques dont l’une, dite deuxième espèce d’intérêt, s’appauvrit lors de l’activation par bombardement d’ions ou d’atomes, le procédé comprenant avant, pendant ou après l’étape de dépôt de la couche de la première espèce d’intérêt sur la première surface du premier substrat, une étape de dépôt d’une couche de la deuxième espèce d’intérêt sur la deuxième surface du deuxième substrat, l’étape d’activation de la deuxième surface étant effectué de sorte à consommer l’intégralité de la couche de la deuxième espèce d’intérêt déposée précédemment. Dans un mode de réalisation, le procédé comprend, après l’étape ou les étapes de dépôt, une étape de recuit de la couche ou des couches déposées précédemment. Dans un mode de réalisation, l’étape d’activation est prolongée après la consommation de la couche de l’espèce d’intérêt et, lorsqu’une telle couche existe, de la couche de la deuxième espèce d’intérêt, de sorte à obtenir une gravure partielle de la première surface du premier substrat et, lorsque la couche de la deuxième espèce d’intérêt a été déposée, une gravure partielle de la deuxième surface du deuxième substrat. Dans un mode de réalisation, le matériau au niveau de la première surface du premier substrat et/ou le matériau au niveau de la deuxième surface du deuxième substrat est choisi parmi le SiGe, le SiC, le CGe. Dans un mode de réalisation l’étape d’activation préliminaire, l'étape ou les étapes de dépôt, les étapes d’activation et l’étape de mise en contact sont réalisées dans une machine de collage par activation de surface comprenant une chambre de dépôt permettant le dépôt de la ou des couches de l’espèce d’intérêt. L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention. La montre un ordinogramme d’un procédé selon l’invention dans lequel les étapes optionnelles apparaissent en pointillé. La illustre une étape de dépôt de la couche de l’espèce d’intérêt du procédé selon l’invention. La illustre une étape d’activation du procédé selon l’invention. Procédé (100) de collage par activation de surface par bombardement d’ions ou d’atomes d’une première surface (SF1) d’un premier substrat (S1) à une deuxième surface (SF2) d’un deuxième substrat (S2), le matériau du premier substrat (S1) au niveau de la première surface (SF1) comprenant au moins deux espèces chimiques dont l’une, dite espèce d’intérêt, s’appauvrit lors de l’activation par bombardement d’ions ou d’atomes, le procédé (100) comprenant : Une étape(1E3) de dépôt sur la première surface (SF1) du premier substrat (S1) d’une couche (CI) de l’espèce d’intérêt ; Une étape (1E5) d’activation de la première surface (SF1) par un bombardement de la première surface (SF1) par un faisceau (FS) d’ions ou d’atomes de sorte à consommer l’intégralité de la couche d’espèce déposée précédemment ; Une étape (1E5’) d’activation de la deuxième surface (SF2) par un bombardement de la deuxième surface par un faisceau d’ions ou d’atomes ; Une étape (1E6) de mise en contact de la première surface du premier substrat avec la deuxième surface du deuxième substrat. Procédé (100) selon la revendication précédente comprenant, avant l’étape (1E3) de dépôt, une étape (1E1) de préparation de la première surface (SF1) et/ou de la deuxième surface (SF2) comportant le nettoyage de ladite ou desdites surfaces (SF1, SF2). Procédé (100) selon la revendication 1 ou la revendication 2 comprenant, avant l’étape de dépôt (1E3) et après l’étape (1E1) de préparation si une telle étape (1E1) est mise en œuvre, une étape (1E2) d’activation préliminaire de la première surface (SF1) du premier substrat (S1) et/ou de la deuxième surface (SF2) du deuxième substrat (S2). Procédé (100) selon la revendication précédente dans lequel l’espèce d’intérêt du matériau au niveau de la première surface (SF1) du premier substrat (S1) est dite première espèce d’intérêt et dans lequel le matériau au niveau de la deuxième surface (SF2) du deuxième substrat (S2) comprend au moins deux espèces chimiques dont l’une, dite deuxième espèce d’intérêt, s’appauvrit lors de l’activation par bombardement d’ions ou d’atomes, le procédé (100) comprenant avant, pendant ou après l’étape (1E3) de dépôt de la couche (CI) de la première espèce d’intérêt sur la première surface (SF1) du premier substrat (S1), une étape (1E3’) de dépôt d’une couche de la deuxième espèce d’intérêt sur la deuxième surface (SF2) du deuxième substrat (S2), l’étape d’activation de la deuxième surface étant effectué de sorte à consommer l’intégralité de la couche de la deuxième espèce d’intérêt déposée précédemment. Procédé selon l’une des revendications précédentes comprenant, après l’étape (1E3) ou les étapes (1E3,1E3’) de dépôt, une étape (1E4) de recuit de la couche (CI) ou des couches (CI) déposées précédemment. Procédé (100) selon l’une des revendications précédentes dans lequel l’étape (1E5) d’activation est prolongée après la consommation de la couche de l’espèce d’intérêt (CI) et, lorsqu’une telle couche existe, de la couche (Cl2) de la deuxième espèce d’intérêt, de sorte à obtenir une gravure partielle de la première surface (SF1) du premier substrat (S1) et, lorsque la couche de la deuxième espèce d’intérêt a été déposée, une gravure partielle de la deuxième surface (SF2) du deuxième substrat (S2). Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel le matériau au niveau de la première surface (SF1) du premier substrat (S1) et/ou le matériau au niveau de la deuxième surface (SF2) du deuxième substrat (S2) est choisi parmi le SiGe, le SiC, le CGe. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel l’étape (1E2) d’activation préliminaire lorsque cette étape (1E2) est mise en œuvre, l'étape (1E3) ou les étapes (1E3,1E3’) de dépôt, les étapes (1E5, 1E5’) d’activation et l’étape (1E6) de mise en contact sont réalisées dans une machine de collage par activation de surface comprenant une chambre de dépôt permettant le dépôt de la ou des couches de l’espèce d’intérêt.