INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
- la couche mince continue est en Aluminium présente une épaisseur entre 15 et 75 nm et engendre une organisation en ilots ordonnés
- la couche mince continue est en Aluminium présente une épaisseur entre 75 et 100 nm et engendre une organisation en lignes discontinues
- la couche mince continue est en Aluminium présente une épaisseur entre 100 et 900 nm et engendre une organisation en lignes continues.
Selon un exemple, le procédé comprend en outre une étape dans laquelle on dépose, en outre, une couche mince métallique secondaire.
Selon un exemple, ladite couche mince métallique secondaire est réalisée à base d’un métal avec une conductivité électrique inférieure à 60µΩ.cm tel que l’argent, l’or, le cuivre, l’aluminium, le Molybdene ou l’un quelconques de leurs alliages.
Selon un exemple, la couche mince métallique secondaire est encapsulée entre au moins deux modules diélectriques, une des deux modules diélectriques étant intercalées entre la couche mince métallique continue et la couche mince métallique secondaire.
Selon un exemple, la couche mince métallique secondaire est en contact de la couche mince métallique continue.
Selon un exemple, le procédé comprend une étape dans laquelle on grave au moins le module diélectrique supérieur.
Selon un exemple, l’étape de gravure consiste en outre à utiliser la couche mince métallique rendue discontinu comme masque pour graver la couche mince métallique secondaire.
Selon un exemple, les motifs géométriques obtenus s’étendent dans la direction de défilement du substrat ou orthogonalement à ladite direction de défilement.
Selon un exemple, l’épaisseur physique de la ou chaque couche mince métallique continue est comprise dans un domaine allant de 2 à 300 nm.
Selon un exemple, la couche mince diélectrique intercalée entre la couche mince métallique continue et la couche mince métallique secondaire a une épaisseur comprise entre 0 et 500 nm, de préférence entre 2 et 50nm.
Selon un exemple, les motifs géométriques sont périodiques ou apériodiques, les motifs périodiques possédant au moins une périodicité selon un premier axe et/ou une périodicité selon un second axe, les axes étant non parallèles entre eux.
Selon un exemple, les motifs géométriques périodiques possèdent une période comprise dans un domaine allant de 0,1 à 50 micromètres, de préférence entre 5 et 20 micromètres et encore plus de préférence entre 0,3 à 5 micromètres.
Selon un exemple, le rayonnement laser se présente sous la forme d’une ligne ou d’un point.
Dans la suite de cette description, des exemples détaillés de modes de réalisation sont d’abord décrits dans un chapitre I en référence aux figures. Ensuite, dans un chapitre II, des variantes de ces modes de réalisation sont présentées. Enfin, les avantages des différents modes de réalisation sont présentés dans un chapitre III.
La représente un appareil 2 pour former, les unes après les autres, une série de N 0 gouttes ayant toutes un même volume cible V c . Le nombre N 0 de gouttes de la série est typiquement compris entre 2 et 10 000 ou entre 2 et 1000. Le plus souvent, ce nombre N 0 est supérieur à cinq ou dix.
Le volume cible V c est typiquement fournis ou sélectionné par l’utilisateur de l’appareil 2. Typiquement, le volume V c est compris entre 1 µL et 10 000 µL ou entre 1 µL et 1000 µL.
Par la suite, ce premier exemple de réalisation est décrit dans le cas particulier où les gouttes sont des gouttes de liquide. La représente un exemple d'un goutte G i en cours de formation. Par la suite, l’indice i est le numéro d’ordre de la goutte dans la série de gouttes formées. L’indice i est donc un nombre entier. La première goutte formée est la goutte G 1 et la dernière goutte formée est la goutte G N0 . Ici, la goutte G i est formée dans un fluide environnant 6 et sur une face plane 8 d’un substrat 10. Chaque goutte G i présente un axe 12 de symétrie de révolution autour duquel la goutte G i présente une infinité de symétries de révolution. La face 8 est horizontal et l’axe 12 est vertical. La face 8 est tournée vers le haut. Dans cette configuration, la goutte G i est une goutte sessile. La goutte G i est formée en éjectant du liquide à travers un trou 14 traversant de part en part le substrat 10 et débouchant sur la face 8.
Pour former la série de gouttes G i sur le substrat 10, l’appareil 2 comporte : - une seringue motorisée 20, - une unité 22 de commande de la seringue 20, et - une interface homme-machine 24 raccordée à l’unité 22 commande.
Après la formation de chaque goutte G i , la goutte G i est retirée du substrat 10 par un dispositif non représenté. Par exemple, la goutte G i est retirée : - en déplaçant le fluide 6, ou - en déplaçant le substrat 10 ou un support pour amener la goutte G i en contact avec ce support qui retient la goutte G i une fois que le substrat 10 est éloigné de ce support.
La seringue 20 est apte à éjecter, de façon contrôlée, le liquide à travers le trou 14 pour former, les unes après les autres, les N 0 gouttes G i . Ici, la seringue 20 présente un axe de symétrie de révolution confondue avec l’axe 12. Par exemple, la seringue 20 présente une infinité de symétries de révolution autour de cet axe 12.
À cet effet, la seringue 20 comporte notamment : - une buse 30 dont la sortie supérieure est fluidiquement raccordée au trou 14, - un réservoir 32 de liquide à éjecter fluidiquement raccordé à l’entrée de la buse 30, - un grand piston 34 capable de s’enfoncer à l’intérieur du réservoir 32 pour pousser le liquide vers l’entrée de la buse 30, - un petit piston 36 capable lui aussi de s’enfoncer à l’intérieur du réservoir 32 pour pousser lui aussi le liquide vers l’entrée de la buse 30, - un actionneur électrique 38 apte à déplacer le piston 34, - un actionneur électrique 40 apte à déplacer le piston 36, et - un corps rigide 42 à l’intérieur duquel les pistons 34, 36 se déplacent.
Ici, la buse 30 s’étend vers le bas dans le prolongement du trou 14 le long de l’axe 12. L’entrée de la buse 30 débouche dans une paroi supérieure du réservoir 32.
Le réservoir 32 est aménagé à l’intérieur du corps 42. Ce réservoir 32 contient le liquide à éjecter pour former les N 0 gouttes G i . À cet effet, il est capable de contenir un volume de liquide supérieur à N 0 *V C . Dans ce texte, le symbole «*» désigne l’opération de multiplication arithmétique.
Le piston 34 s’étend le long de l’axe 12. Il comporte une extrémité inférieure 44 et une extrémité supérieure 46. Ici, l’extrémité 46 est un cylindre de révolution de section circulaire dont la génératrice est confondue avec l'axe 12. Son diamètre D 1 est typiquement compris entre 5 mm et 30 mm. La surface de sa face supérieure horizontale est notée par la suite S 1 . La surface S 1 est égal à π*(D 1 /2) 2 .L’extrémité supérieure 46 forme une paroi inférieure du réservoir 32. L’extrémité inférieure 44 est aussi une extrémité cylindrique de section circulaire dont la génératrice est confondue avec l’axe 12.
Le piston 34 comporte un évidement 50 creusé à l’intérieur des extrémités 44 et 46. Le piston 36 coulisse à l’intérieur de cet évidement 50. Cet évidement 50 s’étend le long de l’axe 12 et débouche dans la face horizontale de l’extrémité supérieure 46 du piston 34.
Le piston 34 est déplaçable en translation le long de l’axe 12 entre une position complètement rétractée et une position complètement enfoncée. Dans la position complètement rétractée, le volume du réservoir 32 est supérieur au volume N 0 *V c . Dans la position complètement enfoncée, le volume restant de liquide dans le réservoir 32 est inférieur ou égal à N 0 *V c . De préférence, dans la position complètement enfoncée, le volume restant est très petit, c’est-à-dire inférieur à 10 µL ou à 1 µL. Ainsi, le volume mort de la seringue 20 est très petit.
L’étanchéité entre l’extrémité 46 et le corps 42 est, par exemple, assurée par un joint torique 56.
Pour déplacer le piston 34 par rapport au corps 42 le long de l’axe 12, l’actionneur 38 est interposé entre le corps 42 et extrémité 44. Ici, l’actionneur 38 comporte : - un moteur pas-à-pas 60 qui transforme une impulsion électrique en un mouvement angulaire, et - un système vis-écrou 62 qui transforme le mouvement angulaire en un mouvement de translation du piston 34.
La deuxième couche sacrificielle 24 peut servir d’entrefer supérieur pour la détection capacitive. La gravure de la deuxième couche sacrificielle 24 peut entrainer la gravure de la première couche sacrificielle 22, là où la première couche structurelle 23 a préalablement été gravée (non représenté sur les figures).
A l’étape S3 de la , une deuxième couche structurelle 25 est déposée sur la première couche structurelle 23 (dans la deuxième zone 20B de l’empilement 20) et sur la deuxième couche sacrificielle 24 (dans la première zone 20A de l’empilement 20), par exemple par épitaxie. La deuxième couche structurelle 25 est destinée à former un ou plusieurs éléments (structurels) du transducteur, en particulier la structure de rigidification 132 du piston 13. Elle est avantageusement formée du même matériau que la première couche structurelle 23, par exemple de silicium. L’épaisseur de la deuxième couche structurelle 25 est de préférence comprise entre 5 µm et 50 µm, par exemple égale à 20 µm.
Puis, lors d’une étape S4 représentée par la , la deuxième couche structurelle 25 est gravée de façon à délimiter les contours de la structure de rigidification 132 (détourage du piston) et à alléger le piston 13. Dans la première zone 20A de l’empilement 20, la deuxième couche sacrificielle 24 (ex. en oxyde de silicium) sert de couche d’arrêt à la gravure de la deuxième couche structurelle 25 (ex. en silicium), préservant ainsi la première couche structurelle 23 sous-jacente (ex. en silicium). La gravure de la deuxième couche structurelle 25 est donc sélective par rapport à la deuxième couche sacrificielle 24. En revanche, dans la deuxième zone 20B de l’empilement 20, la gravure de la deuxième couche structurelle 25 pour délimiter la périphérie (ou le contour extérieur) de la structure de rigidification 132 débouche sur la première couche structurelle 23. La gravure de la deuxième couche structurelle 25 n’étant pas sélective par rapport à la première couche structurelle 23 (mais uniquement par rapport à la première couche sacrificielle 22), la première couche structurelle 23 est gravée en même temps que la deuxième couche structurelle 25 jusqu’à la première couche sacrificielle 22.
Ainsi, au fond de la tranchée correspondant à la périphérie de la structure de rigidification 132, la première couche structurelle 23 a été gravée et la première couche sacrificielle 22 est exposée.
A l’issue de l’étape S4, la première couche structurelle 23 comprend une première partie 23a et une deuxième partie 23b séparées l’une de l’autre. La première partie 23a de la première couche structurelle 23 (à gauche sur la ) est destinée à former la membrane 131 du piston 13. Elle est recouverte par la deuxième couche sacrificielle 24 et par une portion désolidarisée de la deuxième couche structurelle 25 formant la structure de rigidification 132 du piston 13.
La technique de gravure employée à l’étape S4 de la est avantageusement la gravure ionique réactive profonde (ou DRIE, pour « Deep Reactive Ion Etching » en anglais).
En référence à la , le procédé de fabrication comprend ensuite une étape S5 de gravure de la deuxième couche sacrificielle 24 de façon à exposer (partiellement) la première partie 23a de la première couche structurelle 23 (autrement dit de façon à exposer une première face de la membrane 131). Cette étape S5 peut être qualifiée de première étape de libération du piston 13.
La gravure de la deuxième couche sacrificielle 24 est de préférence une gravure isotrope sélective par rapport au substrat 21, à la première couche structurelle 23 et à la deuxième couche structurelle 25. La deuxième couche sacrificielle 24 est de préférence gravée chimiquement, par exemple en plongeant l’empilement dans un bain d’acide fluorhydrique (HF) en phase liquide ou vapeur (dans le cas d’une couche en oxyde de silicium) pendant un temps maîtrisé.
En revanche, une portion de la première couche sacrificielle 22 située à l’aplomb de la périphérie de la structure de rigidification 132 est gravée en même temps que la deuxième couche sacrificielle 24, ce qui forme une cavité 22’ dans la première couche sacrificielle 22. La gravure peut être contrôlée en temps de sorte que cette cavité 22’ soit peu étendue.
La gravure des couches sacrificielles 22 et 24 peut également servir à libérer l’électrode mobile 151 des moyens de détection capacitive 15 (avant qu’elle ne soit enfermée dans la chambre sous atmosphère contrôlée).
Bien que non représentée par les figures, le procédé de fabrication peut comprendre ensuite une étape S6 de report d’un capot sur la deuxième couche structurelle 25, formant ainsi la chambre sous atmosphère contrôlée, c’est-à-dire la deuxième zone 12. Le capot peut être réalisé par usinage d’un substrat en silicium. Il peut notamment être fixé à la deuxième couche structurelle 25 par collage direct (par exemple Si-Si) ou par scellement eutectique (par exemple Au-Si ou Al-Ge).
Puis, à l’étape S6' de la , l’assemblage formé par l’empilement de couches 20 et le capot (non représenté) est retourné, pour faciliter la gravure ultérieure du substrat 21. Après ce retournement, le substrat 21 est avantageusement aminci, par exemple par gravure DRIE, broyage (« grinding » en anglais) et/ou polissage mécano-chimique (« Chemical mechanical polishing », CMP), de préférence jusqu’à atteindre une épaisseur comprise entre 30 µm à 300 µm, soit l’épaisseur souhaitée pour le premier bras de transmission 141.
L’étape S7 de la consiste à graver le substrat 21 (éventuellement aminci) jusqu’à la première couche sacrificielle 22 de façon à créer un accès jusqu’au piston 13 et à délimiter, dans une zone non représentée sur la , le premier bras de transmission. La gravure du substrat est de préférence sélective par rapport à la première couche sacrificielle 22. Le substrat 21 peut être gravé par DRIE.
Comme cela est illustré sur la , la gravure du substrat 21 pour créer un accès vers la face arrière du piston 13 peut être inscrite à l’intérieur de la périphérie du piston 13, de façon à ne pas déboucher sur la cavité 22’ formée à l’étape S5 (cf. ) par la gravure partielle (et involontaire) de la première couche sacrificielle 22. Ainsi, la gravure de l’étape S7 ne s’étend pas au piston 13 comprenant la première partie 23a de la première couche structurelle 23 (membrane 131) et la portion désolidarisée de la deuxième couche structurelle 25 (structure de rigidification 132). A l’intérieur de la périphérie du piston 13, la première couche sacrificielle 22 (ex. en oxyde de silicium) sert de couche d’arrêt à la gravure du substrat 21 (ex. en silicium), préservant ainsi la première partie 23a de la première couche structurelle 23 sous-jacente (ex. en silicium). Cela évite de créer des fuites d’air importantes entre la cavité ouverte sur l’environnement extérieur (et donc soumise à la pression atmosphérique) et le volume de référence (soumis à la pression de référence), aussi appelé volume arrière, de part et d’autre de la membrane 131.
Enfin, à l’étape S8 (cf. ), la première couche sacrificielle 22 est gravée de façon à découvrir la première partie 23a de la première couche structurelle 23 (autrement dit de façon à exposer une deuxième face opposée de la membrane 131) et la désolidariser du substrat 21. A l’issue de l’étape S8, le piston 13 est libre de se déplacer. L’étape S8 peut donc être qualifiée de deuxième étape de libération du piston 13.
La gravure de la première couche sacrificielle 22 est de préférence une gravure isotrope sélective par rapport au substrat 21, à la première couche structurelle 23 et à la deuxième couche structurelle 25. La première couche sacrificielle 22 est de préférence gravée chimiquement, par exemple en plongeant l’assemblage dans un bain d’acide fluorhydrique (HF) en phase liquide ou vapeur (dans le cas d’une couche en oxyde de silicium) pendant un temps maîtrisé.
ETAT DE LA TECHNIQUE Les structures de type semi-conducteur sur isolant sont des structures multicouches comprenant un substrat support qui est généralement en un matériau semi-conducteur tel que du silicium, une couche électriquement isolante agencée sur le substrat support, qui est généralement une couche d’oxyde telle qu’une couche d’oxyde de silicium, et une couche semi-conductrice agencée sur la couche isolante, qui est généralement une couche de silicium. De telles structures sont dites structures « Semiconductor on Insulator » en anglais, en particulier « Silicon on Insulator » (SOI) lorsque le matériau semi-conducteur est du silicium. La couche d’oxyde se trouve entre le substrat et la couche semi-conductrice. La couche d’oxyde est alors dite « enterrée », et est appelée « BOX » pour « Buried Oxide » en anglais. Dans la suite du texte, on emploiera le terme « SOI » pour désigner d’une manière générale les structures de type semi-conducteur sur isolant.
Outre les structures SOI comprenant une couche de BOX et une couche semi-conductrice agencée sur la couche de BOX, des structures « double SOI » ont été réalisées. Les structures « double SOI » comprennent un substrat support (« handle substrate » en anglais), une première couche d’oxyde ou couche d’oxyde enterrée inférieure agencée sur le substrat support, une première couche semi-conductrice ou couche semi-conductrice inférieure agencée sur la première couche d’oxyde, une seconde couche d’oxyde ou couche d’oxyde enterrée supérieure agencée sur la première couche semi-conductrice et une seconde couche semi-conductrice ou couche semi-conductrice supérieure agencée sur la seconde couche d’oxyde. Dans cette structure de double SOI, la première couche d’oxyde et la première couche semi-conductrice constituent le premier SOI, agencé dans une partie inférieure de la structure, tandis que la seconde couche d’oxyde et la seconde couche semi-conductrice constituent le second SOI, agencé dans une partie supérieure de la structure.
Un procédé connu pour la fabrication d’une structure SOI est le procédé dit Smart Cut™. Le procédé Smart Cut™ comprend l’implantation d’espèces atomiques, telles que de l’hydrogène (H) et/ou de l’hélium (He), afin de créer une zone de fragilisation au sein d’un substrat donneur, le collage du substrat donneur sur le substrat receveur puis le détachement du substrat donneur au niveau de la zone de fragilisation de sorte à transférer une couche mince du substrat donneur sur le substrat receveur. Le substrat donneur et le substrat receveur se présentent de préférence sous la forme de plaques de 300 mm de diamètre. Le substrat donneur est un substrat semi-conducteur préalablement oxydé en surface : les atomes de H et/ou de He sont implantés, à travers la couche d’oxyde, à une profondeur donnée dans le cœur du matériau semi-conducteur. Le collage se fait entre la surface du substrat receveur et la surface de la couche d’oxyde du substrat donneur.
Une solution proposée pour l’obtention d’un double SOI est de mettre en œuvre deux procédés Smart Cut™ successifs en utilisant, pour le deuxième procédé Smart Cut™, le SOI obtenu suite au premier procédé Smart Cut™ comme substrat receveur et un second substrat semi-conducteur préalablement oxydé en surface comme substrat donneur. Dans la structure finale du double SOI, la couche d’oxyde et la couche semi-conductrice du premier SOI obtenues suite au premier procédé Smart Cut™ constituent respectivement la couche d’oxyde inférieure et la couche semi-conductrice inférieure. La couche d’oxyde et la couche semi-conductrice issues du second substrat donneur suite au deuxième procédé Smart Cut™ constituent respectivement la couche d’oxyde supérieure et la couche semi-conductrice supérieure du double SOI obtenu.
Pour une profondeur donnée de la zone de fragilisation au sein d’un substrat donneur, l’épaisseur de la couche semi-conductrice destinée à être transférée est limitée par l’épaisseur de la couche d’oxyde présente à la surface du substrat donneur. En effet, l’épaisseur maximale sur laquelle peuvent pénétrer les atomes d’hydrogène et/ou d’hélium au sein du substrat donneur recouvert de la couche d’oxyde est fixée par l’énergie maximale du dispositif d’implantation. Cette épaisseur dépend de l’épaisseur d’oxyde traversée par les atomes implantés. Elle reste typiquement de l’ordre de quelques centaines de nanomètres de silicium. Le procédé de « double Smart Cut™ » tel que décrit ci-dessus ne permet donc pas d’obtenir des épaisseurs qui soient grandes à la fois pour les couches semi-conductrices et les couches d’oxyde. Des structures de double SeOI présentant des épaisseurs importantes à la fois pour les couches d’oxyde et les couches de semi-conducteur (par exemple de l’ordre de quelques centaines de nanomètres chacune) sont pourtant des structures d’intérêt pour certaines applications, notamment en photonique.
En outre, l’efficacité du collage lors du second procédé Smart Cut™ est conditionnée par la qualité de la surface du SOI servant de substrat receveur. Des traitements de surface, comme par exemple des traitements thermiques, peuvent être mis en œuvre préalablement au collage du second substrat donneur afin de, notamment, diminuer la rugosité de la surface du SOI servant de substrat receveur. Toutefois, à l’issue de tels traitements thermiques, une déformation de la plaque formée par le premier SOI et/ou par le double SOI peut être constatée. Les plaques sont d’autant plus sensibles à la déformation qu’elles présentent un diamètre important, notamment un diamètre de 300 mm dans les applications privilégiées. Les équipements industriels pour la fabrication et le traitement des plaques semi-conductrices sont conçus pour manipuler des plaques planes. Par ailleurs, l’utilisation d’une plaque déformée en tant que substrat receveur pour le second collage avec le second substrat donneur peut conduire à la formation de défauts lors de ce second collage, et donc à une mauvaise qualité de collage.
BREVE DESCRIPTION DE L’INVENTION Un but de l’invention est de réaliser des structures multicouches de type double semi-conducteur sur isolant telles que les épaisseurs des couches semi-conductrices et des couches électriquement isolantes soient suffisantes pour certaines applications en photonique.
Un autre but de l’invention est de limiter la déformation de la plaque à l’issue de la mise en œuvre éventuelle de traitements thermiques, notamment de traitements de surface, au cours du procédé de fabrication de ladite structure multicouche de type double semi-conducteur sur isolant.
A cet effet, l’invention propose un procédé de fabrication d’une structure de type double semi-conducteur sur isolant comprenant successivement depuis une face arrière vers une face avant de la structure : un substrat support, une première couche électriquement isolante, une première couche semi-conductrice monocristalline, une seconde couche électriquement isolante et une seconde couche semi-conductrice monocristalline, le procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend :
- une première étape de formation d’une couche d’oxyde sur les faces avant et arrière du substrat support pour former la première couche électriquement isolante sur la face avant du substrat support et une couche d’oxyde sur la face arrière du substrat support,
- une première étape de transfert de couche pour transférer la première couche semi-conductrice monocristalline d’un premier substrat donneur sur la première couche électriquement isolante, de sorte à former un premier substrat de type semi-conducteur sur isolant,
- une seconde étape de formation d’une couche d’oxyde sur la face avant du premier substrat de type semi-conducteur sur isolant pour former la deuxième couche électriquement isolante,
- une seconde étape de transfert de couche pour transférer la seconde couche semi-conductrice monocristalline d’un second substrat donneur sur la deuxième couche électriquement isolante, de sorte à former le substrat de type double semi-conducteur sur isolant.