FR2967295A1

FR2967295A1 - Procédé de traitement d'une structure multicouche

Info

Publication number: FR2967295A1
Application number: FR1059135A
Authority: FR
Inventors: Alexandre Vaufredaz
Original assignee: Soitec SA
Current assignee: Soitec SA
Priority date: 2010-11-05
Filing date: 2010-11-05
Publication date: 2012-05-11
Anticipated expiration: 2030-11-05
Also published as: TW201232657A; WO2012059350A3; FR2967295B1; WO2012059350A2

Abstract

L'invention concerne un procédé de traitement d'une structure multicouche (211) comprenant une plaque (208) collée sur un substrat (210), la plaque comprenant au moins une couche supérieure (202), une couche inférieure (201) et une couche d'oxyde enterrée (204) disposée entre la couche supérieure et la couche inférieure, une couche d'oxyde de collage (206a) étant disposée entre la plaque et le substrat, le procédé comprenant une étape ultérieure de gravure chimique de la plaque et, avant cette étape ultérieure, les étapes successives suivantes : - un détourage mécanique partiel de la couche supérieure ; - une première gravure chimique préliminaire ; - une première désoxydation partielle par gravure chimique à l'acide fluorhydrique ; - une seconde gravure chimique préliminaire ; et - une seconde désoxydation partielle par gravure chimique à l'acide fluorhydrique.

Description

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine de la réalisation de structures semi-conducteurs multicouches (également dénommées "multilayer semiconductor waters" en anglais) réalisées par transfert d'au moins une couche sur un substrat final. Un tel transfert de couche est obtenu par collage, par exemple par adhésion moléculaire, d'une première plaque (ou substrat initial) sur une deuxième plaque (ou substrat final), la première plaque étant en général amincie après collage. La couche transférée peut comprendre en outre tout ou partie d'un composant ou d'une pluralité de microcomposants. La présente invention s'applique plus particulièrement aux structures multicouches obtenues par collage, et présentant, au niveau de l'interface de collage, une faible énergie de surface (inférieure à 1 J/m2) comme par exemple les structures de type SOS (pour « Silicium Sur Saphir », ou « Silicon-on-Sapphire » en anglais). Le terme SOS désigne les structures multicouches comprenant une première plaque de silicium reportée sur un substrat en saphir cristallin (AI203). SOS est une technologie parmi la famille SOI (« Silicium sur Isolant » OU « Silicon-On-Insulator » en anglais). La technologie SOS est en particulier utilisée dans les applications radiofréquences en raison de ses bonnes performances en termes notamment d'isolation électrique et de dissipation thermique.

L'invention concerne le problème des fragments de matériau qui apparaissent de manière indésirable sur la surface exposée de la couche transférée lors de la fabrication d'une structure multicouche, de type SOS par exemple. Ce phénomène de contamination a été observé à la suite d'une étape technologique mettant en oeuvre une gravure chimique d'au moins une partie d'une structure multicouche SOS. Cette étape technologique peut correspondre, par exemple, à une gravure chimique réalisée sur la première plaque d'une structure multicouche SOS lors d'une étape d'amincissement. Ce problème de contamination a été !Drus particulièrement 35 observé lorsque qu'il n'a pas été possible de stabiliser complètement l'interface de collage entre les deux plaques de la structure multicouche SOS. La technique fréquemment utilisée, au cours de la fabrication de structures multicouches pour nettoyer la surface d'une couche transférée après une étape de gravure chimique, consiste à réaliser une étape de rinçage (ou de nettoyage) au moyen d'un jet sous pression. En général, on applique manuellement un jet d'eau (ou une solution de rinçage quelconque) sous pression sur la surface de la plaque à nettoyer. Cependant, la Déposante a constaté que l'efficacité de cette technique reste limitée puisqu'elle ne permet d'éliminer que partiellement les fragments présents à la surface de la plaque à nettoyer. Par ailleurs, cette technique de rinçage nécessite une intervention humaine, ce qui limite l'industrialisation de l'étape de rinçage. Il existe donc aujourd'hui un besoin pour un procédé permettant 15 d'empêcher que de tels fragments de matériau viennent contaminer une structure multicouche, notamment du type SOS, lors de sa fabrication.

Objet et résumé de l'invention A cet effet, la présente invention propose un procédé de 20 traitement d'une structure multicouche, la structure multicouche comprenant une plaque collée sur un substrat au niveau d'une interface de collage, la plaque comprenant au moins une couche supérieure, une couche inférieure et une couche d'oxyde enterrée disposée entre la couche supérieure et la couche inférieure, une couche d'oxyde de collage 25 étant en outre disposée entre la plaque et le substrat, dans lequel le procédé comprend une étape ultérieure de gravure chimique de la plaque, le procédé comprenant en outre, avant l'étape ultérieure de gravure chimique, les étapes successives suivantes : un détourage mécanique partiel de la couche supérieure ; 30 une première gravure chimique préliminaire pour achever le détourage de la couche supérieure et pour exposer une portion périphérique de la couche d'oxyde enterrée ; une première désoxydation partielle, par gravure chimique à l'acide fluorhydrique, de la portion périphérique exposée 35 de la couche d'oxyde enterrée ; une seconde gravure chimique préliminaire pour éliminer une portion périphérique de la couche inférieure et pour exposer une portion périphérique de la couche d'oxyde de collage ; et une seconde désoxydation partielle, par gravure chimique à l'acide fluorhydrique, de la portion périphérique exposée de la couche d'oxyde de collage. De manière avantageuse, le procédé de l'invention permet d'éliminer une portion périphérique de la couche d'oxyde de collage et de 10 la couche d'oxyde enterrée d'une structure multicouche (de type SOS par exemple), portion à partir de laquelle des fragments pourraient sinon se détacher lors d'une étape ultérieure de gravure chimique et ainsi venir contaminer la surface de la structure. L'invention permet en particulier de minimiser la source des 15 fragments d'oxyde susceptibles de venir contaminer la surface exposée d'une structure multicouche lors d'une étape technologique ultérieure réalisée avec une gravure chimique. Par ailleurs, la plaque peut comprendre des microcomposants. Dans ce document, on entend par « microcomposants », tout dispositif ou 20 motif résultant des étapes technologiques réalisées sur les plaques d'une structure multicouche. Il peut s'agir en particulier de composants actifs ou passifs, de simples prises de contact ou d'interconnexions. Le détourage mécanique partiel peut s'arrêter à une distance supérieure ou égale à 40 dam de l'interface de collage, et de préférence à 25 une distance comprise entre 40 dam et 50 pm de l'interface de collage. De cette manière, il est possible de limiter les contraintes mécaniques générées lors du détourage mécanique au niveau de l'interface de collage entre la plaque et le substrat. Cela permet notamment d'éviter l'apparition de délaminations au niveau de l'interface 30 de collage lors du détourage mécanique. Par ailleurs, la largeur du détourage mécanique partiel est de préférence égale à la largeur d'une couronne de faible collage située au niveau de l'interface de collage. Le procédé de l'invention permet ainsi d'éliminer la portion 35 périphérique de la plaque peu ou mal collée sur le substrat, cette portion étant source de fragments d'oxyde lorsqu'une gravure chimique est ensuite réalisée. La structure multicouche peut présenter au niveau de l'interface de collage une énergie de surface inférieure à 1 3/m2.

Dans un mode de réalisation particulier, l'étape ultérieure de gravure chimique correspond à une étape d'amincissement chimique de la plaque. Dans ce cas, le procédé de traitement peut comprendre en outre, après la première désoxydation partielle et avant l'étape de gravure chimique, une étape d'amincissement mécanique de la plaque. Par ailleurs, l'étape de gravure chimique ultérieure peut être réalisée avec une solution de TMAH ou une solution de KOH. Dans un mode de réalisation particulier, la première gravure chimique préliminaire est réalisée avec une solution de gravure TMAH 15 diluée à 25% en poids et chauffée à une température de 80°C, la durée de la première gravure chimique préliminaire étant comprise entre 90 et 150 minutes. Dans un mode de réalisation particulier, la première désoxydation partielle est réalisée avec une solution d'acide fluorhydrique 20 présentant une concentration inférieure ou égale à 10% en poids, la durée de la première désoxydation partielle étant de 280 secondes environ. L'utilisation d'une solution d'acide fluorhydrique d'une telle concentration permet d'optimiser le contrôle de l'avancement de la désoxydation et d'éviter des délaminations indésirables susceptibles de 25 survenir à l'interface de collage entre la plaque et le substrat. Dans un mode de réalisation particulier, la seconde gravure chimique préliminaire est réalisée avec une solution de gravure TMAH diluée à 25% en poids et chauffée à une température de 800C, la durée de la seconde gravure chimique préliminaire étant inférieure ou égale à 15 30 minutes. Dans un mode de réalisation particulier, la seconde désoxydation partielle est réalisée avec une solution d'acide fluorhydrique présentant une concentration inférieure ou égale à Io% en poids, la durée de la seconde désoxydation partielle étant de 70 secondes environ.

Comme indiqué ci-avant, l'utilisation notamment d'une solution d'acide fluorhydrique concentrée à 10% en poids ou moins est avantageuse. Par ailleurs, la plaque est par exemple de type SOI. Dans un mode de réalisation particulier, le substrat est apte à résister aux première et deuxième désoxydations partielles ou recouvert d'une couche de nitrure ou d'une couche d'oxyde apte à résister aux première et deuxième désoxydations partielles. Corrélativement, l'invention concerne un procédé de fabrication 10 d'une structure multicouche comprenant les étapes successives suivantes : formation d'une couche d'oxyde de collage sur au moins une plaque ou un substrat ; collage de la plaque sur le substrat au moyen de la couche d'oxyde de collage de manière à former la structure 15 multicouche ; recuit de la structure multicouche ; le procédé comprenant, après le recuit, l'élimination d'une portion périphérique de la plaque conformément au procédé de traitement défini précédemment. 20 Dans un mode de réalisation particulier, l'étape de formation est configurée pour qu'une couche d'oxyde comprenant la couche d'oxyde de collage recouvre tout le volume de la plaque. Dans ce mode particulier, une couche d'oxyde de protection protège alors la surface supérieure de la plaque lors de la première 25 gravure chimique préliminaire. Cette protection est avantageuse en ce qu'elle permet d'éviter la présence de résidus d'acide sur la surface supérieure de la plaque une fois la première désoxydation partielle effectuée, ces résidus étant à l'origine d'échauffements indésirables lorsque l'on réalise par la suite un amincissement mécanique. 30 Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout 35 caractère limitatif. Sur les figures : les figures 1A à ID sont des vues en coupe représentant de manière schématique un procédé de réalisation connu d'une structure multicouche de type SOS ; la figure 2 représente, sous forme d'un organigramme, les principales étapes du procédé illustré en figures 1A à 1D; _ les figures 3a à 3i représentent, de façon schématique, un procédé de traitement et un procédé de fabrication selon un mode de réalisation particulier de l'invention ; et a figure 4 représente, sous forme d'un organigramme, les 10 principales étapes des procédés de l'invention conformément au mode de réalisation illustré en figures 3a à 3i.

Description détaillée d'un mode de réalisation La présente invention s'applique, d'une manière générale, à la 15 désoxydation partielle d'une structure multicouche de façon à minimiser la source des fragments de matériau susceptibles d'apparaître sur la surface exposée de la structure au cours de son procédé de fabrication. L'invention s'applique en particulier, mais non exclusivement, aux structures multicouches de type SOS. On réalise une structure multicouche 20 SOS en collant une première plaque sur une deuxième plaque, ou substrat, en saphir constituant le support de la première plaque, une couche d'oxyde de collage étant présente entre les deux plaques. Les plaques composant une structure multicouche se présentent généralement sous la forme de tranches ou "wafers" au contour 25 généralement circulaire et peuvent présenter différents diamètres, notamment des diamètres de 100 mm, 150 mm, 200 mm ou 300 mm. Toutefois, il peut également s'agir de plaques de forme quelconque, comme des plaques de forme rectangulaire, par exemple. Ces plaques présentent de préférence un bord chanfreiné, à 30 savoir un bord comprenant un chanfrein supérieur et un chanfrein inférieur. Ces chanfreins sont en général de forme arrondie. Toutefois, les plaques peuvent présenter des chanfreins ou tombées de bord de différentes formes telles qu'une forme en biseau. Le rôle de ces chanfreins est de faciliter a manipulation des plaques e d'éviter les bris de bords qui pourraient se produire si ces bords étaient saillants, de tels bris étant sources de contamination en particules des surfaces des plaques. Un exemple de procédé de fabrication connu d'une structure multicouche SOS est à présent décrit en référence aux figures 1A à ID et 5 2. Comme représenté en figures 1A à 1D, une structure multicouche SOS 111 est formée par assemblage d'une première plaque 108 avec une deuxième plaque (ou substrat) 110 en saphir cristallin (étape Ell). Dans cet exemple, la première plaque 108 correspond à une 10 structure SOI comprenant une couche d'oxyde enterrée 104 intercalée entre deux couches de silicium (Le. la couche supérieure 102 et la couche inférieure 101). Généralement la couche inférieure 101 correspond à la couche mince du SOI utilisé. Les première et deuxième plaques 108 et 110 présentent ici le 15 même diamètre. Elles pourraient toutefois avoir des diamètres différents. Dans l'exemple décrit ici, on procède à l'oxydation de toute la surface de la première plaque 108, et ce avant collage sur la deuxième plaque 110. Cette oxydation est réalisée au moyen d'un traitement thermique en milieu oxydant et permet de former une couche d'oxyde 106 20 (dite couche d'oxyde de collage) sur toute la surface de la première plaque 108 avant collage sur la deuxième plaque 110. Dans le cas présent, la couche d'oxyde 106 est une couche de SiO2. Une couche d'oxyde de collage 106 se retrouve ainsi à l'interface de collage entre la première plaque 108 et le substrat 110 et permet un 25 meilleur collage entre celles-ci. Selon une première alternative, on peut déposer une couche d'oxyde de collage sur la face à assembler (dite face de collage) de la première plaque 108, et ce avant collage sur la deuxième plaque 110. Selon une autre alternative, il est possible, avant collage des deux plaques 30 108 et 110, de former une couche d'oxyde de collage sur la face de collage du substrat 110, ou alternativement, de former une couche d'oxyde de collage sur la face de collage de chacune des deux plaques 108 et 110. Les alternatives ci-dessus permettent, comme dans l'exemple de 35 la figure 1B, d'intercaler une couche d'oxyde de collage entre les deux plaques 10e 110 avant collage, Par ailleurs, la première plaque 108 présente un bord chanfreiné, à savoir un bord comprenant un chanfrein supérieur 107a et un chanfrein inférieur 107b. La deuxième plaque 110 présente de la même manière un bord comprenant un chanfrein supérieur 109a et un chanfrein inférieur 109b. Dans l'exemple décrit ici, l'assemblage de la première plaque 108 et du substrat 110 est réalisé au moyen de la technique d'adhésion moléculaire bien connue de l'homme du métier. D'autres techniques de collage peuvent toutefois être utilisées, comme par exemple le collage anodique, métallique, ou avec adhésif. Pour rappel, le principe du collage par adhésion moléculaire est basé sur la mise en contact direct de deux surfaces, c'est-à-dire sans l'utilisation d'un matériau spécifique (colle, cire, brasure, etc.). Une telle opération nécessite que les surfaces à coller soient suffisamment lisses, exemptes de particules ou de contamination, et qu'elles soient suffisamment rapprochées pour permettre d'initier un contact, typiquement à une distance inférieure à quelques nanomètres. Dans ce cas, les forces attractives entre les deux surfaces sont assez élevées pour provoquer l'adhérence moléculaire (collage induit par l'ensemble des forces attractives (forces de Van Der Waals) d'interaction électronique entre atomes ou molécules des deux surfaces à coller). On notera que la première plaque 108 peut comprendre des microcomposants (non représentés sur les figures) au niveau de sa face de collage avec la deuxième plaque 110, notamment dans le cas de la technologie d'intégration tridimensionnelle de composants (3D-integration) qui nécessite le transfert d'une ou plusieurs couches de microcomposants sur un support final, ou encore dans le cas de transfert de circuits comme par exemple dans la fabrication d'imageurs éclairés en face arrière. Une fois l'étape El 1 de collage réalisée, la structure multicouche 111 subit un recuit modéré de renforcement de l'interface de collage (par exemple de 1000C à 4000C pendant 2 heures) qui a pour but de renforcer le collage entre la première plaque 108 et la deuxième plaque 110 (étape E12). Aptes ce recuit, on procède en général à l'amincissement de la 35 première plaque 108 de manière à former une couche transférée d'une ép-,russéur determInee (par e \emplé, de 60 pm environ) sur la plaque support 110. Cette opération d'amincissement comprend généralement une étape de gravure chimique de la couche supérieure 102 opposée à la couche inférieure 101 tournée du côté de la plaque support 110. Or, la Déposante a constaté l'apparition de fragments de matériaux indésirables sur la surface exposée de la première plaque 108 à la suite d'une étape d'amincissement impliquant une phase chimique. Une étude approfondie a permis de mettre en évidence le mécanisme de formation de ces fragments. Le mécanisme de formation est décrit plus en détail en relation avec les figures 1C et ID qui illustrent un exemple d'étape d'amincissement de la première plaque 108. L'étape d'amincissement comprend dans cet exemple deux sous-étapes distinctes. La première plaque 108 est tout d'abord amincie mécaniquement à l'aide d'une meule ou tout autre outil apte à user mécaniquement le matériau de la première plaque 108 (« grinding » en anglais) (sous-étape E13). Cette première sous-étape d'amincissement permet d'éliminer la majeure partie de la couche supérieure 102 de façon à ne conserver qu'une couche résiduelle 112 (figure 1C). On procède ensuite à une deuxième sous-étape d'amincissement correspondant à une gravure chimique de la couche résiduelle 112 (sous- étape E14). Au cours de cette deuxième sous-étape, la structure multicouche 111 est placée dans un bain comprenant une solution de gravure 120 (figure ID). Dans l'exemple décrit ici, la solution de gravure utilisée est une solution de TMAH permettant de graver le silicium de la première plaque 108. D'autres solutions d'attaque chimique peuvent toutefois être envisagées, celles-ci étant choisies notamment en fonction de la composition de la première plaque à amincir. Pour des plaques à amincir en silicium, on peut par exemple utiliser une solution de TMAH ou une solution de KOH. La couche d'oxyde enterrée 104 intercalée entre les couches 101 et 102 de la première plaque 108 sert de couche d'arrêt lors de la gravure chimique qui est alors interrompue au niveau de la couche d'oxyde 104. La gravure chimique permet ainsi d'éliminer la couche résiduelle 112. La Déposante a cependant observé qu'à l'issue de la gravure chimique, des fragments de matériau 118 étaient présents sur la surface exposée de la première plaque 108. Ces fragments 118 présentent typiquement une taille supérieure à 2 pm.

Une étude a permis de démontrer que ces fragments de matériau sont des débris provenant des bords de la première plaque. Plus précisément, en raison de la présence de bords chanfreinés sur les première et deuxième plaques, la force de collage au voisinage de la périphérie des deux plaques est limitée. Malgré l'étape E12 de recuit modéré de renforcement de l'interface de collage, une portion annulaire en périphérie de la première plaque 108 située au voisinage du chanfrein inférieur 107b présente un mauvais collage (voire l'absence totale de collage) sur la deuxième plaque 110. 10 La Déposante a observé que, lors de la gravure chimique de l'étape d'amincissement E14, la solution de gravure 120 a tendance à graver latéralement les bords de la première plaque 108 ainsi que la couche d'oxyde de collage 106. Cette action de gravure latérale cause notamment des cassures non contrôlées de la couche d'oxyde de collage 15 106, et plus particulièrement au niveau de la portion périphérique de la couche d'oxyde 106 qui est exposée à l'attaque de la solution de gravure 120. Ce phénomène de cassure entraîne ainsi la formation de débris ou de fragments d'oxydes 118 (de SiO2, dans le cas présent) provenant, 20 au moins en partie, de cette portion périphérique de la couche d'oxyde de collage 106. Ces fragments d'oxyde viennent alors se déposer en partie sur la surface exposée de la première plaque amincie 108 (figure ID) lors de la gravure chimique E14. A noter que, sous l'action de gravure latérale de la solution de 25 gravure 120, des fragments d'oxyde, de silicium et/ou de circuit provenant des bords de la première plaque 108 sont également susceptibles de venir polluer la surface exposée de cette dernière. La Déposante a donc mis au point un procédé de traitement permettant d'éliminer une portion périphérique de la couche d'oxyde de 30 collage 106 de la structure multicouche 111. Un exemple de mise en oeuvre du procédé de traitement selon l'invention, et plus généralement, un exemple de mise en oeuvre du procédé de fabrication selon l'invention est à présent décrit en référence aux figures 3a à 3i et 4. 35 On considère en figures 3a et 3b une structure multicouche 211 identique à la structure 111 représentée en figure 18, à savoir une structure multicouche SOS obtenue à l'issue des étapes de collage El 1 et de recuit E12 comme décrites ci-avant. La figure 3b représente, de manière plus détaillée, la structure 211 illustrée en figure 3a au niveau du bord périphérique des plaques 208 et 210. Plus précisément, la structure multicouche 211 considérée est constituée d'une première plaque 208 collée sur une deuxième plaque (ou substrat) 210 en saphir, une couche d'oxyde de collage 206a étant disposée au niveau de l'interface de collage 205 entre les deux plaques 208 et 210. Dans cet exemple, la première plaque 208 est une structure SOI : elle est constituée d'une couche d'oxyde enterrée 204 (identique à la couche 104) intercalée entre deux couches de silicium, à savoir une couche supérieure 202 (identique à la couche 102) et une couche inférieure 201 (identique à la couche 101). De plus, dans cet exemple, la couche d'oxyde de collage 206a a été obtenue en formant par oxydation une couche d'oxyde sur tout le volume de la première plaque 208 avant d'être collée sur la deuxième plaque 210. La partie de cette couche d'oxyde suitée à l'interface de collage 205 est notée 206a, cette partie correspondant à la couche d'oxyde de collage qui est en contact avec les plaques 208 et 210. La partie restante de cette couche d'oxyde recouvrant toute la surface de la première plaque 208 (i.e. la partie autre que la couche de collage 206a) correspond à une couche d'oxyde de protection notée 206b dans la suite de ce document. Dans ce cas particulier, l'épaisseur de la couche d'oxyde de collage 206a et de la couche d'oxyde de protection 206b est de 500 Â (pour Angstrôms) environ. De plus, la couche inférieure 201 et la couche supérieure 202 présentent respectivement des épaisseurs de 750 À et de 625 pm. La couche d'oxyde enterrée 204 présente dans cet exemple une épaisseur de 2000 Â environ. On notera que la deuxième plaque 210 n'est pas nécessairement en saphir. Alternativement, la plaque 210 peut, par exemple, être en silicium. Ce même, fa première plaque 208 n'est pas nécessairement type SOI mais peut correspondre a un empilement de couches quelconque comportent une couche enterrée. Lomme indique prucedetnment, l'invention s'applique plus généralement aux structures multicouches obtenues par collage, et en particulier à celles présentant une faible énergie de surface (inférieure à 1 3/m2) au niveau de leur interface de collage. Dans cet exemple, la première plaque 208 comprend également un chanfrein supérieur 207a et un chanfrein inférieur 207b identiques aux chanfreins 107a et 107b, respectivement. Le substrat 210 comprend également des chanfreins similaires aux chanfreins 207a et 207b. En raison de la présence de bords chanfreinés sur les première et 10 deuxième plaques 208 et 210, la force de collage au voisinage de la périphérie des deux plaques est réduite, voire nulle. Malgré l'étape E12 de recuit modéré de renforcement de l'interface de collage 205, une portion annulaire en périphérie de la première plaque 208 située au voisinage du chanfrein inférieur 207b présente un mauvais collage (voire l'absence 15 totale de collage) sur la deuxième plaque 210. On note LC la largeur d'une couronne de faible collage, cette couronne correspondant à une portion annulaire de l'interface de collage 205 située en périphérie et présentant un collage faible ou de mauvaise qualité (voire l'absence totale de collage). Dans le cas présent, on 20 considère que cette couronne de largeur LC se prolonge dans l'espace situé entre les bords chanfreinés des plaques 208 et 210 où la force de collage est nulle (séparation totale des deux plaques). On entend ici par « collage faible ou de mauvaise qualité », une région de l'interface de collage présentant une force de collage F 25 inférieure ou égale à une force de collage minimale requise (notée Fmin). Cette force de collage minimale Fmin est, par exemple, fixée à 700 m3/m2. De plus, dans le cas considéré ici, la largeur LC est, par exemple, de 2 mm environ. Par ailleurs, comme indiqué ci-avant en référence aux figures 1A 30 et 1B, d'autres modes de réalisation peuvent être mis en oeuvre pour disposer une couche d'oxyde de collage 206a entre les plaques 208 et 210. On notera par exemple que la couche d'oxyde de protection 206b est facultative. En réalité, il est ainsi possible de ne former qu'une couche 35 d'oxyde de collage sur la surface de collage de la première plaque 208 et/ou sur la surface de collage de la deuxième plaque 210, avant collage des deux plaques. De plus, lorsque le substrat 210 est en silicium par exemple, il est possible d'oxyder la totalité de la surface du substrat avant collage avec la première plaque 208. Dans ce cas, on prendra soin à ce que la couche d'oxyde de protection ainsi formée sur la surface exposée du substrat 210 soit suffisamment épaisse pour résister aux gravures mises en oeuvre dans le procédé de traitement de l'invention. Une fois l'étape de recuit E12 effectuée, la structure multicouche 10 211 subit un détourage mécanique partiel (étape E20) de la couche supérieure 202 (« edge grinding » en anglais) (cf. figure 3C). Au cours de cette étape E20, une portion annulaire périphérique de la plaque 208 est éliminée au voisinage du chanfrein supérieur 207a à l'aide d'une meule (ou tout autre outil abrasif approprié). Pour se faire, la 15 meule est appliquée sur le bord chanfreiné 207a de la plaque 208 de façon à éliminer une portion périphérique de la couche d'oxyde de protection 206b au niveau du bord 207a puis une portion périphérique sous-jacente de la couche supérieure 202. Cette étape de détourage E20 est dite partielle car l'action de meulage est stoppée à une distance H de 20 l'interface de collage 205 entre la première plaque 208 et le substrat 210, de façon à ce que la couche supérieure 202 présente un profil en forme de marche (figure 3C). En général, le détourage mécanique E20 s'achève à une distance H raisonnable de l'interface de collage 205 afin d'éviter l'application de 25 contraintes mécaniques trop importantes au niveau de l'interface de collage 205. En effet, si le détourage partiel est réalisé sur une profondeur trop importante (i.e. jusqu'à une distance H trop courte), des délaminations sont par exemple susceptibles d'apparaître à l'interface de collage 205. C'est pourquoi, la hauteur H est en général choisie de 30 manière à ce que les risques de délaminations restent négligeables. La hauteur H peut être choisie en fonction notamment des matériaux de la première plaque 202 et de la deuxième plaque 210, de la force de collage entre ces deux plaques et du mode opératoire adopté lors du détourage (vitesse de rotation de la meule, force d'application, type de 35 meule...).

Dans l'exemple considéré ici, le détourage mécanique partiel E20 est réalisé de façon à ce que la hauteur H soit supérieure ou égale à 40 dam, et de préférence comprise entre 40 pm et 50 dam. Par ailleurs, il est préférable de configurer le détourage mécanique partiel E20 de façon à ce que la largeur (notée LD) de la portion périphérique détourée soit relativement faible. En effet, plus la largeur LD est importante, plus la surface de la structure multicouche finale sera réduite, ce qui réduit d'autant la valeur commerciale de celle-ci. Typiquement, la largeur de détourage LD est fixée de manière à être égale ou supérieure à la largeur de couronne LC. De cette manière, toute la portion périphérique de la plaque 208 présentant un mauvais collage (ou l'absence totale de collage) sur le substrat 210 sera éliminée à l'issue de l'étape E40 à venir (décrite plus en détail ultérieurement). Après l'étape de détourage mécanique partiel E20, on réalise une première gravure chimique préliminaire sur la structure multicouche 211 (étape E25). Au cours de cette étape E25, la structure multicouche 211 est immergée pendant un temps Ti dans une solution de gravure notée S1. Lorsque la structure multicouche 211 est immergée, la solution S1 grave principalement la partie périphérique exposée de la couche supérieure 202, c'est-à-dire la partie qui n'est plus protégée en surface par la couche d'oxyde de protection 206b (cf. figure 3D). Cette gravure est donc possible grâce à la surface d'attaque qui a été précédemment ouverte dans la couche supérieure 202 lors de l'étape de détourage partiel E20. L'action de gravure de la solution SI se fait prioritairement de manière verticale, c'est-à-dire en direction de l'interface de collage 205. Ceci s'explique notamment par le fait que la solution S1 est une solution d'attaque chimique selon des plans cristallins préférentiels.

La première gravure chimique préliminaire E25 permet ainsi d'achever le détourage partiel réalisé lors de l'étape précédente E20. L'étape E25 permet en effet d'éliminer la portion résiduelle périphérique de la couche supérieure 202 qui n'avait pas été éliminée lors de l'étape E20. La couche d'oxyde enterrée 204 fait ici office de couche d'arrêt vis-à- vis de l'action de gravure de la solution SI utilisée.

La solution de gravure SI peut correspondre à une solution de TMAH ou à une solution de KOH. Dans l'exemple décrit ici, la solution SI utilisée est une solution de TMAH diluée à 25% et chauffée à une température de 800C environ. L'homme du métier comprendra néanmoins que d'autres solutions de gravure et modes opératoires sont envisageables dans le cadre de la présente invention. Par ailleurs, le temps Ti est choisi en fonction notamment du type de la solution S1 utilisée de sorte que toute la portion périphérique résiduelle non détourée de la couche supérieure 202 (i.e. la portion 10 extérieure non détourée lors de l'étape E20) soit éliminée à l'issue de l'étape E25. Dans cet exemple, Ti est compris de préférence entre 90 et 150 minutes. A noter que, lors de l'étape E25, l'action de gravure de la solution 15 S1 sur la couche d'oxyde de protection 206b est négligeable. C'est pourquoi, à l'issue de l'étape E25 subsiste en particulier la portion 206c de la couche d'oxyde de protection 206b, c'est-à-dire la portion qui recouvrait la couche supérieure 202 et qui n'avait pas été éliminée lors de l'étape de détourage mécanique partiel E20. 20 A noter en outre que, dans cet exemple, la couche d'oxyde de protection 206b protège la grande majorité de la surface supérieure de la première plaque 202 lors de l'étape de gravure chimique E25. Comme décrit plus en détail ultérieurement, cette protection permet d'améliorer l'étape E45 d'amincissement mécanique à venir. Cependant, comme déjà 25 expliqué, une telle protection n'est pas indispensable pour mettre en oeuvre la présente invention. Après l'étape E25, on réalise une première désoxydation partielle E30 de la structure multicouche 211 à l'acide fluorhydrique (HF) (figure 3E). 30 Au cours de cette étape E30, la structure multicouche 211 est immergée pendant un temps T2 dans une solution de gravure S2 présentant une concentration CHF2 non nulle en acide fluorhydrique. Lors de cette étape, la solution d'acide fluorhydrique S2 attaque et élimine toute la couche de protection 206b (figure 3E). Ainsi, les 35 portions de la couche d'oxyde de protection 206b situées en bord de plaque 208 et sur la surface supérieure de la plaque 208 sont éliminées lors de l'étape E30. En outre, lors de l'étape E30, la solution S2 s'introduit entre les plaques 208 et 210 au niveau de la couronne de faible collage à l'interface de collage 205. La première désoxydation partielle E30 permet ainsi d'éliminer une portion périphérique accessible de la couche d'oxyde de collage 206a au voisinage du chanfrein inférieur 207b. A noter qu'une fois la partie de la couche d'oxyde de protection 206b éliminée en bord de plaque, le bord de la couche d'oxyde enterrée 204 n'est plus protégée vis-à-vis de l'action de gravure de la solution S2. C'est pourquoi, lors de cette étape E30, une portion périphérique exposée de la couche d'oxyde enterrée 204 est également éliminée, découvrant de ce fait la portion sous-jacente de la couche inférieure 201. Dans l'exemple considéré ici, la concentration CHF2 en acide 15 fluorhydrique s'élève à 10% en poids. De plus, le temps T2 s'élève dans cet exemple à 280 secondes environ. A noter que d'autres concentrations CHF2 sont cependant envisageables. La concentration CHF2 est de préférence inférieure ou égale à 10% (en poids). Le temps T2 est alors fixé en fonction de la 20 concentration CHF2 (OU inversement) de façon à éviter tous décollements indésirables au niveau de l'interface de collage 205. Il est en effet nécessaire de fixer les paramètres T2 et CHF2 de manière à ce que la gravure à l'acide fluorhydrique soit relativement lente et permette : 25 de maîtriser précisément l'avancement de la désoxydation au cours de l'étape E30, et de limiter la gravure latérale non souhaitée. Une concentration CHF2 excessive peut effet rendre l'action de désoxydation difficilement contrôlable. Si T2 est excessif, la solution S2 30 s'infiltre trop profondément à 'Interface de collage 205 entre les plaques 208 et 210, dégradant de ce fait la qualité du collage entre ces deux plaques. Une fois la première désoxydation partielle E30 achevée, on réalise une deuxième gravure chimique préliminaire E35 (figure 3F). 35 Au cours de cette étape E35, la structure multicouche 211 est imnic e pendant un temps T3 ddns une solution de gravure notée 53.

Lors de cette étape, la solution S3 attaque principalement la partie périphérique exposée de la couche inférieure 201, c'est-à-dire la partie qui n'est plus protégée en surface par la couche d'oxyde enterrée 204. La portion périphérique exposée de la couche inférieure 201 est ainsi éliminée lors de la seconde gravure chimique préliminaire E35. Cette attaque est rendue possible grâce à la surface d'attaque précédemment ouverte en périphérie de la couche inférieure 201 lors de l'étape E30. Dans cet exemple, la solution de gravure S3 est identique à la solution S1, à savoir une solution de TMAH diluée à 25°lo et chauffée à 10 80°C. De même que pour l'étape E25, l'homme du métier comprendra toutefois que d'autres types de solution S3 et d'autres conditions opératoires (température) sont envisageables dans le cadre de la présente invention. On notera que, lors de cette seconde gravure chimique 15 préliminaire E35, la couche supérieure 202 est peu ou pas altérée par l'action de gravure de la solution S3. La durée T3 est en effet relativement limitée, et de préférence inférieure ou égale à 15 minutes. De plus, dans le cas présent, l'épaisseur de la couche supérieure 202 est très supérieure à celle de la couche inférieure 201. On peut par conséquent considérer 20 que l'action de gravure sur la couche supérieure 202 est négligeable lors de l'étape E35 de gravure. Dans l'exemple considéré ici, la couche supérieure 202 conserve ainsi une épaisseur de 625 pm environ à l'issue de l'étape E35. Après l'étape E35, on réalise une seconde désoxydation partielle 25 E40 de la structure multicouche 211 à l'acide fluorhydrique (figure 3G). Au cours de cette étape E40, la structure multicouche 211 est immergée pendant un temps T4 dans une solution de gravure S4 présentant une concentration CHF4 non nulle en acide fluorhydrique. Lors de cette étape, la solution d'acide fluorhydrique S4 attaque 30 et élimine toute la partie exposée la couche d'oxyde de collage 206a, c'est-à-dire la partie périphérique qui n'est plus protégée par la couche inférieure 201. Cette gravure est rendue possible grâce à la surface d'attaque précédemment ouverte sur la couche d'oxyde de collage 206a résiduelle lors de l'étape E35. 35 Dans le cas présent, la gravure réalisée au niveau des bords L-2puses de la couche d'oxyde enterrée 204 est considérée négligeable.

Par ailleurs, dans l'exemple considéré ici, la concentration CFiR en acide fluorhydrique s'élève à 10°k en poids de sorte que CHF2 CHF4. De plus, le temps T4 s'élève dans cet exemple à 70 secondes environ. A noter que d'autres concentrations CHF4 sont cependant envisageables. La concentration CHF4 est de préférence inférieure ou égale à 10% (en poids). Le temps T4 est alors fixé en fonction de la concentration CHF2 (ou inversement) de façon à éviter tous décollements indésirables au niveau de l'interface de collage 205. De la même manière que pour les paramètres T2 et CHF2 lors de l'étape E30, il est nécessaire de fixer les paramètres T4 et CHF4 de façon à ce que la gravure à l'acide fluorhydrique soit relativement lente lors de l'étape E40. De cette manière, il est possible de maîtriser précisément l'avancement de la désoxydation. Le temps T4 est ainsi choisi de manière à ce que la solution S4 ne s'infiltre pas trop profondément à l'interface de collage 205 afin de conserver une bonne qualité de collage entre les deux plaques 208 et 210. Comme illustré en figure 3G, les bords de la couche supérieure 202 et de la couche inférieure 204 sont alignés à l'issue de l'étape E40. La réalisation des étapes E20 à E40 permet ainsi d'effectuer un détourage complet de la première plaque 208, ce détourage permettant d'éliminer une portion périphérique de largeur LD de la plaque 208. Dans ce mode de réalisation, une étape d'amincissement mécanique E45 est ensuite réalisée sur la structure multicouche 211 (figure 3H). Au cours de cette étape, une meule (ou tout autre outil abrasif approprié) amincie mécaniquement la couche supérieure 202. De même que pour l'étape de détourage mécanique partiel E20, il est préférable d'arrêter la meule à une distance raisonnable de l'interface de collage 205 afin de ne pas appliquer de contraintes mécaniques qui pourraient détériorer la qualité du collage entre les plaques 208 et 210.

Typiquement, l'amincissement mécanique E45 s'achève à la distance H précédemment mentionnée de façon à ne conserver qu'une partie résiduelle 212 de la couche supérieure 202 (figure 3H). De plus, comme indiqué ci-avant, la majorité de la surface supérieure de la couche supérieure 202 était protégée par la couche d'oxyde de protection 206b lors de la première gravure chimique préliminaire E25. Cette protection est avantageuse en ce qu'elle permet à la couche supérieure 202 de ne pas être en contact avec la solution S1 lors de l'étape E25. Dans le cas présent, la solution SI est une solution de TMAH. Or, en raison de sa viscosité, ce type de solution de gravure est généralement difficile à rincer une fois l'étape de gravure achevée.

Dans ce mode de réalisation, la couche supérieure 202 n'est donc exposée qu'à la seconde gravure chimique préliminaire E35 dont la durée T3 est ici très inférieure à Ti. La présence de la couche d'oxyde de protection 206b sur toute la surface supérieure de la plaque 208 lors de l'étape E25 est donc avantageuse en ce qu'elle permet de limiter la quantité de résidus de TMAH susceptibles d'être présents sur la surface exposée de la couche supérieure 202 lors de l'étape d'amincissement mécanique E45. La Déposante a en effet observé que, lors de l'étape E45, de tels résidus peuvent entraîner des échauffements indésirables de la roue de meulage, réduisant ainsi son efficacité d'attaque. Une fois l'étape E45 d'amincissement mécanique achevée, on réalise une étape E50 d'amincissement chimique afin de finaliser l'amincissement de la première plaque 208. Au cours de cette étape 45, la structure multicouche 211 est 20 immergé pendant un temps T5 dans une solution de gravure S5 afin d'éliminer toute la couche supérieure résiduelle 212. Dans l'exemple décrit ici, cette solution S5 est une solution de TMAH diluée à 25% et chauffée à 80°C. De plus, le temps T5 est fixé entre 3 et 4 heures, et s'élève par exemple à 3 heures et 45 minutes. 25 Après l'étape l'amincissement chimique E50, on réalise en générale une étape de rinçage (non représentée). Par ailleurs, comme indiqué précédemment, la réalisation des étapes E20 à E40 permet d'effectuer un détourage complet de la première plaque 208, ce détourage permettant d'éliminer une portion périphérique 30 de largeur LD de la plaque 208. Or, la largeur LD est de préférence égale ou supérieure à la largeur LC de la couronne de faible collage au niveau de l'interface de collage 205. Les étapes E20 à E40 permettent donc d'éliminer la portion périphérique de la plaque 208 qui se trouve au voisinage de cette 35 couronne de faible collage. L'élimination de cette portion de plaque est avantageuse car, comme l'ont montre les études de la Déposante, cette portion, et plus particulièrement les portions correspondantes des couches d'oxyde de protection 206b, d'oxyde de collage 206a et d'oxyde enterrée 204, sont à l'origine de la formation de fragments d'oxyde venant contaminer la surface de la structure multicouche 211 lors d'une étape de gravure chimique. L'élimination des portions périphériques des couches 204, 206a et 206b permet donc avantageusement de réduire considérablement les fragments d'oxyde susceptibles de se déposer sur la surface exposée de la structure 211 lors de l'amincissement chimique E50.

En d'autres termes, l'invention permet de manière avantageuse de minimiser la source des fragments d'oxyde susceptibles de venir contaminer la surface exposée d'une structure multicouche lors d'une étape de gravure ultérieure, telle que l'étape E50 par exemple. On comprendra toutefois que les étapes d'amincissement E45 et E50 ne sont pas obligatoires et peuvent être remplacées par une étape technologique quelconque impliquant une gravure chimique. Une telle étape peut, par exemple, être réalisée avec une solution de TMAH ou une solution de KOH et peut, par exemple, avoir pour objet la formation d'un ou de plusieurs microcomposants (dans la première plaque 208 par exemple). De plus, dans une alternative au mode de réalisation décrit ci-dessus, l'étape d'amincissement mécanique E45 est réalisée entre l'étape E30 et E35. Cette alternative est avantageuse en ce qu'elle permet de réaliser l'amincissement mécanique avant que la surface de la couche supérieure 202 rentre en contact avec la solution S3 lors de la deuxième gravure chimique préliminaire E35. De cette manière, lors de l'étape E45, on évite tout éventuel échauffement de la roue de meulage susceptible d'être causé par la présence de résidus (de TMAH, par exemple) sur la surface de la couche supérieure 202. De plus, la Déposante a constaté que les contraintes mécaniques engendrées lors de l'étape d'amincissement mécanique E45 conduisent généralement à un agrandissement de la couronne à l'interface de collage 205. La réalisation de l'étape E45 avant la deuxième désoxydation partielle E40 (comme requis dans cette alternative) permet donc d'optimiser l'accès de l'acide fluorhydrique ans l'interface de collage entre les deux plaques 208 et 210, de façon à éliminer au maximum les sources potentielles de contamination. Plus généralement, le procédé de traitement de l'invention est avantageux en ce que ses paramètres d'application (notamment les concentrations CHF2 et CHF4, ainsi que les temps de gravure Tl à T4) sont contrôlables et reproductibles. Cette technique peut ainsi être optimisée et automatisée à des fins industrielles. Les étapes E20 à E40 peuvent en effet être intégrées, avant une étape quelconque de gravure chimique, dans un procédé de fabrication conventionnel d'une structure multicouche, de type SOS par exemple. Le substrat 210 en saphir est avantageux en ce qu'il est capable de résister aux gravures chimiques successives, à savoir les gravures réalisées lors des étapes E20 à E40. On notera par ailleurs que le substrat 210 de saphir peut contenir différents types d'impuretés sous forme de traces (titane, fer, vanadium...) et ce, dans des concentrations quelconques. Le substrat 210 peut cependant être formé d'un autre matériau que le saphir à condition que celui-ci soit résistant aux attaques chimiques mentionnées ci-avant. Alternativement, le substrat 210 peut être formé d'un matériau quelconque recouvert d'une couche de protection (en oxyde ou en nitrure, par exemple) suffisamment épaisse pour ne pas être totalement éliminée à l'issue des différentes gravures mises en oeuvre dans le procédé de !Invention. Le substrat 210 peut, par exemple, être recouvert d'une couche d'oxyde dont l'épaisseur est de l'ordre de 2000 Â.

Le procédé de traitement selon l'invention s'applique à tous types de structure multicouche obtenue par collage, et plus particulièrement, aux structures multicouches SOS dont les plaques présentent des bords chanfreinés (ou des tombées de bord d'une forme quelconque) et/ou qui ne peuvent être portés à des températures élevées afin de stabiliser parfaitement l'interface de collage.

Claims

REVENDICATIONS, 1. Procédé de traitement d'une structure multicouche (211), ladite structure multicouche comprenant une plaque (208) collée sur un substrat (210) au niveau d'une interface de collage (205), ladite plaque comprenant au moins une couche supérieure (202), une couche inférieure (201) et une couche d'oxyde enterrée (204) disposée entre la couche supérieure et la couche inférieure, une couche d'oxyde de collage (206a) étant en outre disposée entre la plaque et le substrat, dans lequel le procédé comprend une étape ultérieure (E50) de gravure chimique de ladite plaque, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre, avant l'étape ultérieure de gravure chimique, les étapes successives suivantes : un détourage mécanique (E20) partiel de ladite couche supérieure ; une première gravure chimique préliminaire (E25) pour achever le détourage de ladite couche supérieure et pour exposer une portion périphérique de la couche d'oxyde enterrée ; une première désoxydation partielle (E30), par gravure chimique à l'acide fluorhydrique, de ladite portion périphérique exposée de la couche d'oxyde enterrée ; _ une seconde gravure chimique préliminaire (E35) pour éliminer une portion périphérique de ladite couche inférieure et pour exposer une portion périphérique de la couche d'oxyde de collage ; et _ une seconde désoxydation partielle (E40), par gravure chimique à l'acide fluorhydrique, de ladite portion périphérique exposée de a couche d'oxyde de collage. 30
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le détourage mécanique partiel s'arrête à une distance (Fi) de !Interface de collage comprise entre 40 pm et 50 pm.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la largeur (LD) du détourage mécanique partiel est égale à la largeur d'une couronne de faible collage située au niveau de ladite interface de collage.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la structure multicouche présente au niveau de l'interface de collage une énergie de surface inférieure à 1 3/m2.
5. Procédé selon 'une quelconque des revendications 1 à 4, 10 dans lequel l'étape ultérieure de gravure chimique correspond à une étape d'amincissement chimique de ladite plaque.
6. Procédé selon la revendication 5 comprenant en outre, après la première désoxydation partielle et avant l'étape de gravure chimique, 15 une étape (E45) d'amincissement mécanique de la plaque.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'étape ultérieure de gravure chimique est réalisée avec une solution de TMAH ou une solution de KOH. 20
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la première gravure chimique préliminaire est réalisée avec une solution de gravure TMAH diluée à 25% en poids et chauffée à une température de 800C, la durée de ladite première gravure chimique 25 préliminaire étant comprise entre 90 et 150 minutes.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la première désoxydation partielle est réalisée avec une solution d'acide fluorhydrique présentant une concentration inférieure ou 30 égale à 10% en poids, la durée de ladite première désoxydation partielle étant de 280 secondes environ.
10. Procédé selon 'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel la seconde gravure chimique préliminaire est réalisée avec une solution de gravure TMAH diluée à 2 en poids e chauffée à unetempérature de 80°C, la durée de ladite seconde gravure chimique préliminaire étant inférieure ou égale à 15 minutes.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel la seconde désoxydation partielle est réalisée avec une solution d'acide fluorhydrique présentant une concentration inférieure ou égale à 10% en poids, la durée de ladite seconde désoxydation partielle étant de 70 secondes environ. 10
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel la plaque (208) est de type SOI.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel le substrat est apte à résister auxdites première et deuxième 15 désoxydations partielles ou recouvert d'une couche de nitrure ou d'une couche d'oxyde apte à résister auxdites première et deuxième désoxydations partielles.
14. Procédé de fabrication d'une structure multicouche (211) 20 comprenant les étapes successives suivantes : formation d'une couche d'oxyde de collage (206a) sur au moins une plaque (208) ou un substrat (210) ; collage (Ell) de ladite plaque sur ledit substrat au moyen de la couche d'oxyde de collage de manière à former ladite 25 structure multicouche ; recuit (E12) de ladite structure multicouche ; ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend, après le recuit, l'élimination d'une portion périphérique de ladite plaque conformément au procédé de traitement défini dans l'une quelconque des 0 revendications 1 à
15. Procédé de fabrication selon la revendication 14, ladite formation étant configurée pour qu'une couche d'oxyde (206a, 206b) comprenant la couche d'oxyde de collage recouvre tout le volume de ladite plaque.