INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
A la fin de l’étape e) du procédé de transfert, il reste aussi un substrat donneur 222 comprenant le substrat de manipulation massif 102 avec sa zone de fragilisation 104, la couche intermédiaire 118 et le restant 212 de la couche 128 de matériau piézoélectrique 114. La couche piézoélectrique 212 restante a une épaisseur t6 inférieure à l’épaisseur t2 de la couche 128. Et ainsi, le substrat donneur restant 222 peut être réutilisé dans un procédé de transfert selon les étapes a) et e) décrites précédemment tant que l’épaisseur t 6 de la couche piézoélectrique 212 du restant du substrat donneur 222 obtenu à l’étape e) est supérieure à 5µm.
Ainsi, selon l’invention, les étapes a) à e) du procédé de transfert sont répétées au moins une fois. La réitération des étapes a) à e) du procédé de transfert sont illustrées avec un diagramme à la .
A partir de la deuxième itération, l’étape a) du procédé de fournir un substrat est réalisée avec le substrat 222 correspondant au restant du substrat donneur 100 obtenu à la fin de l’étape e) de l’itération précédente, c’est-à-dire le substrat donneur restant 222.
Lors de la deuxième itération du procédé, une étape b) d’implantation 206 est réalisée dans la couche piézoélectrique 212 du substrat donneur restant 222 pour réaliser une zone de fragilisation dans la couche piézoélectrique 212, étant la couche piézoélectrique restante sur le substrat donneur restant 222 après le transfert d’une couche mince piézoélectrique 208 sur le substrat support final 210 lors de la première itération du procédé de transfert.
Les étapes b), c), d) et e) sont répétées pour obtenir de nouveau un substrat POI 230 (non illustré) selon l’étape e) de la première itération. Les étapes sont les mêmes que celles décrites précédemment pour le procédé de transfert.
De même, après la deuxième itération de l’étape e) du procédé, un restant du substrat donneur 222, appelé substrat donneur 232 (non illustré), est obtenu avec une couche piézoélectrique 242 étant plus mince que la couche piézoélectrique 212, car une mince couche piézoélectrique a été transférée de la couche piézoélectrique 212 au substrat support final pour former un substrat POI 230.
A la fin de l’étape e) de la deuxième itération, si l’épaisseur de la couche piézoélectrique 242 restante dans le substrat donneur 232 est supérieure à 5µm, une nouvelle itération des étapes a) à e) est réalisée pour obtenir un autre substrat POI et ainsi de suite jusqu’à ce que l’épaisseur de la couche piézoélectrique restante 242 du restant du substrat donneur 222 soit égale ou inférieure à 5µm.
Lorsque l’épaisseur de la couche piézoélectrique 242 restante dans le substrat donneur restant 232 est égale ou inférieure à 5µm, une étape f) est alors réalisée. Le procédé de transfert selon les étapes a) à e) n’est pas réitéré.
L’étape f) est une étape de fracture le long de la zone de fragilisation 104 du substrat de manipulation massif 102 du restant du substrat 232. Ainsi, la couche 110 du substrat de manipulation massif 102 délimitée par la zone de fragilisation 104 est séparée du restant 112 du substrat de manipulation massif 102. De même, la couche intermédiaire 118 et la couche restante piézoélectrique 212 positionnée sur la couche 110 sont aussi séparées du restant 112 du substrat de manipulation massif 102.
Ainsi, après l’étape f) de fracture du substrat de manipulation massif 102 le long de la zone de fragilisation 104, un restant 112 du substrat de manipulation massif 102 ayant une épaisseur t8 est obtenu. L’épaisseur t 8 du restant 112 du substrat de manipulation massif 102 est inférieure à l’épaisseur t’ typique d’un substrat de manipulation massif 102. En effet, l’épaisseur t 8 du restant 112 du substrat de manipulation massif 102 correspond à l’épaisseur t’ du substrat de manipulation massif 102 initial dans le procédé de fabrication d’un substrat donneur moins l’épaisseur t de la couche 110 du substrat de manipulation 102 retirée lors de la fracture du substrat de manipulation massif 102.
Cette étape de fracture est réalisée par un traitement thermique.
Lorsque le substrat support fournit à l’étape a) correspond au substrat donneur 100 ou 138 de la ou 1b et a été fabriqué selon le procédé de fabrication du premier mode de réalisation et ses variantes, la température nécessaire pour le traitement thermique de fracture le long de la zone de fragilisation du substrat de manipulation massif est comprise entre 500 o C et 600 o C.
Lorsque le pseudo-substrat support fournit à l’étape a) correspond au substrat donneur 148 de la et a été fabriqué selon le procédé de fabrication du deuxième mode de réalisation et ses variantes, la température nécessaire pour le traitement thermique de fracture le long de la zone de fragilisation 104 du substrat de manipulation massif 102 est supérieure à 950 o C, en particulier 1000 o C.
Cette différence dans la température du traitement de fracture est due à la technique de fabrication utilisée pour le matériau piézoélectrique du substrat donneur. En effet, il est nécessaire que la fracture de la zone de fragilisation du substrat de manipulation massif ait lieu pour des températures différentes, et surtout plus élevées de celle utilisées pour la fracture de la zone de fragilisation du matériau piézoélectriques du substrat donneur fabriqué. La fracture de la zone de fragilisation du matériau piézoélectriques doit être réalisée avant la fracture de la zone de fragilisation du substrat de manipulation massif, donc à des températures plus basses.
Ainsi, le procédé de transfert d’une couche mince piézoélectrique selon l’invention comprend deux fractures différentes à deux endroits différents du substrat donneur, une première fracture le long de la zone de fragilisation dans la couche piézoélectrique et une deuxième fracture le long de la zone de fragilisation dans le substrat de manipulation massif. Les deux fractures sont réalisées par des apports thermiques différents, de sorte que les deux fractures ne peuvent pas être réalisées au même moment dans le procédé. Les deux fractures peuvent aussi être réalisées par des traitements mécaniques. Ainsi, le procédé de transfert d’une couche mince piézoélectrique selon le troisième mode de réalisation de l’invention permet d’obtenir plusieurs substrats piézoélectriques sur isolant (POI) à partir d’un seul substrat donneur fabriqué et permet d’obtenir aussi un restant de substrat de manipulation massif, qui peut être de nouveau utilisé dans d’autres procédés de fabrication.
Une fois l’étape b) d’implantation 106 réalisée sur le substrat de manipulation massif 102, l’étape c) de déposition de la couche 140 de matériau piézoélectrique 142 par épitaxie est réalisée. Cette déposition par épitaxie est réalisée directement sur la couche de germe 144, ce qui permet de déposer une couche 140 de matériau piézoélectrique 142 de bonne qualité par épitaxie.
L’étape c) de déposition par épitaxie du matériau piézoélectrique 142 est réalisée à une température inférieure à 950 o C, en particulier à 900 o C. L’épaisseur de la couche 140 de matériau piézoélectrique 142 formée est de 20µm, en particulier inférieure à 100µm.
Après l’étape c) du procédé, un substrat donneur 148 est obtenu comprenant une couche 140 de matériau piézoélectrique 142 d’une épaisseur de 20µm ou inférieure à 20µm sur un substrat de manipulation massif 102 comprenant une zone de fragilisation 104, avec une couche de germe 144 positionnée en sandwich entre la couche 140 de matériau piézoélectrique 142 et le substrat de manipulation massif 102.
Le procédé de transfert d’une couche mince piézoélectrique selon un troisième mode de réalisation de l’invention est représenté schématiquement pour des raisons de clarté sur deux figures, les figures 3a et 3b. Mais le procédé de transfert selon l’invention comprend toutes les étapes a) à f) illustrées sur les figures 3a et 3b.
Le procédé de transfert d’une couche piézoélectrique sur un substrat support final selon l’invention comprend l’étape de fournir un substrat donneur obtenu par la mise en œuvre du procédé de fabrication d’un substrat donneur décrit par rapport aux Figures 1a, 1b et 2 selon le premier mode de réalisation de l’invention et ses variantes et selon le deuxième mode de réalisation de l’invention et ses variantes.
Le procédé de transfert d’une couche mince piézoélectrique commence par l’étape a) de fournir un substrat 200. Le substrat 200 correspond à un substrat donneur tel que décrit précédemment et selon l’invention. C’est-à-dire le substrat 200 peut être le substrat donneur 100 obtenu à l’étape d) de la , ou bien le substrat donneur 138 obtenu à l’étape d) de la ou encore le substrat donneur 148 obtenu à l’étape c) de la .
Dans tous ces cas, le substrat donneur fournit à l’étape a) du procédé de transfert comprend une couche 128, 140 de matériau piézoélectrique 114, 122 d’une épaisseur de 20 µm ou inférieure à 20µm, sur un substrat de manipulation massif 102 comprenant une zone de fragilisation 104, avec au moins une couche intermédiaire 118, 132, 134, 144 positionnée en sandwich entre le substrat de manipulation massif 102 et la couche 128, 140 de matériau piézoélectrique 114, 122.
La au moins une couche intermédiaire 118, 132, 134, 144 peut-être une couche diélectrique 118, 132, 134, une couche polymère 118, réticulée ou non, ou bien encore une couche germe 144 déposée par épitaxie sur le substrat de manipulation massif 102.
Les figures 3a et 3b illustrent le procédé de transfert utilisant le substrat 100 obtenu à la , mais comme indiqué ci-dessus, les substrats 138 et 148 peuvent aussi être utilisés. La illustre les étapes a) à d) et la illustre les étapes e) et f) du procédé de transfert.
Le procédé comprend ensuite une étape b) de former une zone de fragilisation 204 à l’intérieur de la couche 128 de matériau piézoélectrique 114 du substrat donneur 100, de manière à délimiter une couche piézoélectrique 208 à transférer sur un substrat support final 210.
Cette étape de formation d’une zone de fragilisation 204 est réalisée par une implantation 206 d'espèces atomiques ou ioniques dans la couche 128 de matériau piézoélectrique 114 du substrat donneur 100. L’implantation 206 atomique ou ionique est réalisée de telle manière que la zone de fragilisation 204 est située à l’intérieure de la couche 128 de matériau piézoélectrique 114 et sépare une couche piézoélectrique 208 du reste 212 de la couche 128 de matériau piézoélectrique 114. Les espèces atomiques ou ioniques sont implantées à une profondeur déterminée de la couche piézoélectrique 124 qui détermine l'épaisseur t 5 de la couche piézoélectrique 208 à transférer et l’épaisseur t 6 du reste 212 de la couche 128 de matériau piézoélectrique 114. L’épaisseur t 5 est typiquement entre 50nm et 1µm, en particulier de l’ordre de 600nm.
Le substrat donneur 214 obtenu comprend une zone de fragilisation 204 séparant la couche piézoélectrique 208 à transférer du reste 212 de la couche 128 de matériau piézoélectrique 114.
L’étape c) du procédé de transfert selon l’invention comprend fournir un substrat support final 210. Le substrat final est un substrat massif à base de Silicium. Le substrat support final 210 peut aussi être un substrat massif à base de Carbure de Silicium SIC, de polySiC, polyAlN ou d’un matériau céramique fritté.
Selon l’invention, le substrat support final peut comprendre une couche 216. La couche 216 peut être une couche diélectrique, par exemple une couche à base d’Oxyde de Silicium, ou à base de Nitrure de Silicium Si 3 N 4 , ou encore une couche comprenant une combinaison de Nitrure et d'Oxyde de Silicium (Oxynitrure de Silicium) SiO x N y . La couche 216 peut également être formée par de l’Oxyde d’Aluminium Al 2 O 3 , de l’Oxyde d’Hafnium HfO 2 ou de l’Oxyde de Tantale Ta 2 O 5 ou autre matériaux ayant des propriétés fonctionnelles spécifiques, par exemple comme barrière de diffusion, une valeur d’impédance acoustique, ou encore le piégeage d’espèces contaminantes. L’épaisseur de la couche 216 est comprise entre 2nm et 1000nm. Suivant la technologie utilisée pour le collage, la couche 216 peut être également une couche de Silicium ou de carbone amorphe ou de métal.
L’étape d) du procédé de transfert selon l’invention comprend assembler le substrat donneur 214 obtenu à l’étape b) du procédé avec le substrat final 210 pour obtenir un assemblage substrat support final –substrat donneur qui forme l’hétérostructure 218. L’assemblage du substrat donneur 214 avec le substrat support final 210 se fait au niveau de la couche 216, de telle manière que la couche 128 de matériau piézoélectrique 114 du substrat donneur 214 est en contact avec la couche 216 du substrat support 210.
Ensuite, une étape e) de réaliser une fracture le long de la zone de fragilisation 204 de la couche 128 de matériau piézoélectrique 114 pour séparer la couche piézoélectrique 208 du restant 212 de la couche 128 de matériau piézoélectrique 114 du substrat donneur est réalisée. Cette étape de fracture peut être réalisée thermiquement ou mécaniquement. Lors d’une séparation thermique, la température utilisée est inférieure à 600 o C, en particulier inférieure à 300°C. Par exemple, un traitement thermique de 5h à 200 o C peut être utilisé pour réaliser la fracture. Le traitement thermique réalisé permet de fracturer seulement la zone de fragilisation 204 de la couche 128 du matériau piézoélectrique 114. En effet, la zone de fragilisation 104 présente dans le substrat de manipulation massif 102 n’est pas fracturée lors de ce traitement thermique car l’apport thermique n’est pas assez important pour cela. La température utilisée est trop basse pour fracturer la zone de fragilisation 104 dans le substrat de manipulation massif 102.
Selon le deuxième exemple de réalisation de l’invention illustré sur la , une face radialement interne de chacun des mors 22 est pourvue des dents 32 destinées à coopérer avec la denture 10, cette dernière étant ménagée sur une surface radiale externe 16 de l’arbre d’entraînement 2.
La deuxième portion 34 du mors 22 quant à elle comprend, et tel que particulièrement visible sur les figures 3 et 4, l’ergot 36 coopérant avec le dispositif de déplacement 26 du système de blocage 12 en rotation. L’ergot 36 s’étend le long d’une direction parallèle à l’axe de rotation A depuis la deuxième portion 34 vers le dispositif de déplacement 26. Avantageusement, l’ergot 36 s’étend à l’opposé de l’arbre d’entraînement 2 par rapport à la première portion 30 du mors 22.
Tel que particulièrement visible sur la , le dispositif de déplacement 26 comprend une couronne 38 comportant au moins une nervure spiralée 40 destinée à coopérer avec le mors 22. La couronne 38 prend ici la forme d’une paroi sensiblement discoïdale en présentant une face avant 42 en regard du mors 22 et une face arrière 44 orientée à l’opposé de l’arbre d’entraînement 2 par rapport au mors 22.
La nervure spiralée 40 fait ici saillie de la face avant 42 de la couronne 38 en direction du mors 22. Alternativement, la nervure spiralée 40 peut prendre la forme d’un gorge réalisée dans la couronne 38 et qui s’ouvre sur sa face avant 42.
La nervure spiralée 40 s’étend depuis un bord radialement extérieur de la couronne 38 vers le centre de celle-ci, en formant une courbe décrivant des révolutions autour d’un point en se rapprochant de plus en plus du centre de la couronne 38. La nervure spiralée 40 s’enroule plus précisément autour de l’axe de rotation A.
La nervure spiralée 40 participe à délimiter une rainure spiralée 46 dans laquelle l’ergot 36 du mors 22 peut se déplacer. Autrement dit, l’ergot 36 du mors 22 s’étend entre deux portions de la nervure spiralée 40 au travers de la rainure spiralée 46.
Selon l’invention, l’ergot 36 du mors 22 coopère dans la nervure spiralée 40 en vue de provoquer le déplacement du mors 22 le long de la direction sécante à l’axe de rotation A. Plus précisément, lorsque la couronne 38 est entraînée en rotation autour de l’axe de rotation A, ladite couronne 38 entraîne le mors 22 en translation le long d’une direction sécante à l’axe de rotation A. En fonction du sens de rotation de la couronne 38, le ou les mors 22 s’éloignent ou se rapprochent de l’arbre l’entraînement 2.
Lorsque la couronne 38 comprend une gorge ménagée dans son épaisseur, l’ergot 36 du mors 22 s’y loge et peut être entraîné en translation suivant une direction radiale à l’axe de rotation A.
La couronne 38 comprend de plus un organe d’entraînement 48, visible sur les figures 3 et 4, prenant la forme d’un pion faisant saillie de la face arrière 44 de la couronne 38 et destiné à coopérer avec l’actionneur 28 du système de blocage 12 en rotation. Plus précisément, l’actionneur 28 comprend un orifice 50 coopérant avec l’organe d’entraînement 48 de la couronne 38 de sorte que l’organe d’entraînement 48 est logé dans l’orifice 50. Cependant, un système de blocage 12 en rotation, dans lequel la couronne 38 comprendrait l’orifice 50 et l’actionneur 28 comprendrait l’organe d’entraînement 48, ne sortirait pas du cadre de l’invention.
L’organe de guidage 24 a pour fonction de guider le mors 22 en translation le long d’une direction sécante à l’axe de rotation A de l’arbre d’entraînement 2, tout en empêchant sa rotation autour de l’axe de rotation A.
Selon l’exemple illustré sur les figures 3 et 4, l’organe de guidage 24 comporte une glissière 52 prenant la forme d’une gorge délimitée par le boîtier 4. Plus précisément, c’est la deuxième portion 34 du mors 22 qui est logée dans la glissière 52, cette dernière étant réalisée dans une paroi du boîtier 4. Avantageusement, la glissière 52 est configurée pour réaliser un guidage glissant du mors 22 le long d’une direction sécante à l’axe de rotation A, et ainsi de bloquer la rotation dudit mors 22 autour de l’axe de rotation A.
Selon une alternative de l’invention, l’organe de guidage 24 comporte un bloc de guidage participant à délimiter au moins en partie la glissière 52. Le bloc de guidage est par exemple fixé sur le boîtier 4, le mors 22 étant configuré pour coulisser en translation en étant guidé par le bloc de guidage.
Comme mentionné auparavant, le mors 22 est mobile en translation entre une première position autorisant la rotation de l’arbre d’entraînement 2 et une deuxième position dans laquelle le mors 22 coopère avec la denture 10 pour bloquer la rotation de l’arbre d’entraînement 2 autour de l’axe de rotation A. Autrement dit, lorsque le mors 22 est dans la première position, les dents 32 du mors 22 ne coopèrent pas avec la denture 10 de l’arbre d’entraînement 2 tandis que, lorsque le mors 22 est dans la deuxième position, les dents 32 du mors 22 coopèrent avec la denture 10 afin de bloquer la rotation de l’arbre d’entraînement 2.
Pour que le mors 22 passe de la première position à la deuxième position, l’actionneur 28 entraîne en rotation la couronne 38 autour de l’axe de rotation A selon un premier sens de rotation, la couronne 38 entraînant dès lors le mors 22 en translation le long de la direction sécante à l’axe de rotation A depuis la première position vers la deuxième position. Plus précisément, l’actionneur 28 entraîne en rotation autour de l’axe de rotation A la couronne 38 par l’interaction de l’organe d’entraînement 48 logé dans l’orifice 50 de l’actionneur 28. La couronne 38, quant à elle, entraîne la translation du mors 22 le long de la direction sécante à l’axe de rotation A, notamment par coopération entre l’ergot 36 du mors 22 et la nervure spiralée 40 de la couronne 38 et par coopération entre le mors 22 et la glissière 52.
En deuxième position, le mors 22 coopère avec la denture 10 pour bloquer la rotation de l’arbre d’entraînement 2, les dents 32 du mors 22 se logeant dans les crans délimités par les dents de la denture 10 et les dents de la denture 10 se logeant dans les rainures délimitées par les dents 32 du mors 22.
Dans le premier exemple de réalisation de l’invention illustré sur la , la couronne 38 entraîne en déplacement les mors 22 depuis la première position vers la deuxième position en éloignant le premier mors 22a et le deuxième mors 22b l’un de l’autre le long de la direction sécante à l’axe de rotation A, chacun des mors 22 se rapprochant de la surface radiale interne 18 de la paroi de l’arbre d’entraînement 2.
Plus précisément, le message MSG comprend : des données DATA et un code d’authentification de message MAC. De ce fait, le message chiffré ENC_MSG comprend : des données chiffrées ENC_DATA ; et un code chiffré ENC_MAC
Le code MAC permet de vérifier l’intégrité du message MSG. Par exemple, le code d’authentification de message MAC est obtenu à partir des données DATA en utilisant un algorithme de signature, tel qu’une fonction de hachage. Ce mode de réalisation met ainsi en œuvre une technique de chiffrement et d’authentification dite « mac-then-encrypt » en anglais.
Lors de l’étape E141, l’entité de vérification CSC déchiffre le message chiffré ENC_MSG en utilisant la clé KEY et la suite CIPHER, puis vérifie l’intégrité du message déchiffré MSG en utilisant les données DATA et le code MAC.
Ainsi, ce mode de réalisation permet à l’entité de vérification CSC de vérifier que la suite CIPHER est effectivement utilisée pour chiffrer des messages échangés entre les dispositifs CLT et SRV.
Selon un deuxième mode de réalisation illustré par la , le message chiffré ENC_MSG, échangé à l’étape E130 entre les dispositifs CLT et SRV, est obtenu à partir du message MSG en utilisant la suite CIPHER et la clé KEY.
Plus précisément, le message MSG comprend : des données DATA. Et, le message chiffré ENC_MSG comprend : des données chiffrées DATA ; et un code d’authentification de message MAC permettant de vérifier l’intégrité du message MSG.
Selon ce mode de réalisation, les données chiffrées ENC_DATA sont obtenues par chiffrement des données DATA en utilisant la suite CIPHER et la clé KEY ; et le code MAC est obtenu en utilisant une fonction de hachage à partir des données DATA et/ou de données associées. Ce mode de réalisation permet notamment de mettre en œuvre une technique de chiffrement et d’authentification dite « encrypt-and-mac » en anglais et, plus particulièrement, une technique dite « Authenticated Encryption with Associated Data » en anglais.
Lors de l’étape E141, l’entité de vérification CSC déchiffre le message chiffré ENC_MSG (i.e. les données chiffrées ENC_DATA) en utilisant la clé KEY et la suite CIPHER, puis vérifie l’intégrité du message déchiffré MSG en utilisant les données DATA et le code MAC.
Ce mode de réalisation permet ainsi à l’entité de vérification CSC de vérifier que la suite CIPHER est effectivement utilisée pour chiffrer des messages échangés entre les dispositifs CLT et SRV.
Selon un troisième mode de réalisation illustré par la , le message chiffré ENC_MSG échangé à l’étape E130 entre les dispositifs CLT et SRV comprend : des données applicatives chiffrées ENC_DATA_APP ; et des données de remplissage chiffrées ENC_DATA_PAD.
Les données applicatives chiffrées ENC_DATA_APP sont, selon un mode de réalisation, obtenues en chiffrant des données applicatives DATA_APP en utilisant la suite CIPHER et une clé de chiffrement KEY’ distincte de la clé KEY susmentionnée.
Les données de remplissage chiffrées ENC_DATA_PAD sont, selon un mode de réalisation, obtenues en chiffrant des données de remplissage DATA_PAD (également dites de bourrage, par exemple des données aléatoires) en utilisant la suite CIPHER et la clé KEY. Plus particulièrement, les données de remplissage DATA_PAD comprennent le défi CH.
Lors de l’étape E141, l’entité de vérification CSC déchiffre les données de remplissage chiffrées ENC_DATA_PAD en utilisant la clé KEY et la suite CIPHER, puis vérifie la correspondance entre le défi CH compris dans les données de remplissage déchiffrées DATA_PAD et le défi CH tel qu’envoyé par l’entité de vérification CSC au dispositif CLT.
Ainsi, ce mode de réalisation permet à l’entité de vérification CSC de vérifier l’usage de la suite CIPHER pour chiffrer des messages échangés entre les dispositifs CLT et SRV, tout en préservant la confidentialité des données applicatives DATA_APP communiquées entre les dispositifs CLT et SRV.