FR3102771A1 - Procédé de collage de deux surfaces hydrophiles - Google Patents

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Abstract

Procédé de collage direct comprenant les étapes suivantes :- fourniture d’un premier substrat (10) et d’un deuxième substrat (20), le premier substrat (10) étant recouvert par une première surface hydrophile (11) et le deuxième substrat (20) étant recouvert par une deuxième surface hydrophile (21),- dépôt d’une molécule spécifique (30) sur la première surface hydrophile (11) et/ou sur la deuxième surface hydrophile (21), la molécule spécifique (30) comprenant un groupe fonctionnel hydrophile et un groupe fonctionnel basique, séparés par au moins un atome,- mise en contact de la première surface hydrophile (11) et de la deuxième surface hydrophile (21), moyennant quoi on colle les deux surfaces hydrophiles (11, 21) l’une avec l’autre, et le premier substrat (10) et le deuxième substrat (20) sont assemblés,- éventuellement, application d’un traitement thermique de recuit de collage, de préférence à une température inférieure ou égale à 500°C. Figure pour l’abrégé : figure 3.

Description

PROCÉDÉ DE COLLAGE DE DEUX SURFACES HYDROPHILES
L’invention concerne un procédé de collage direct de deux surfaces hydrophiles ainsi qu’un assemblage obtenu avec un tel procédé.
L’invention trouve des applications dans de nombreux domaines industriels, et notamment pour la fabrication de silicium sur isolant (SOI) ou pour la production d’imageur par exemple.
L’invention est particulièrement intéressante puisqu’elle permet d’obtenir un assemblage présentant une bonne tenue mécanique, pour de faibles budgets thermiques de recuit après collage.
Le collage direct est un collage spontané entre deux surfaces sans apport de matière, et notamment sans ajout de couche épaisse de matériaux liquide ou de polymère. Il est néanmoins possible d‘avoir quelques monocouches d’eau adsorbées sur les surfaces à coller notamment si elles sont hydrophiles mais ces dernières sont macroscopiquement sèches. Le collage direct est classiquement réalisé à température ambiante et pression ambiante, mais ce n’est pas une obligation. Pour un collage SiO2-SiO2, on nettoie en général préalablement les surfaces à coller avec une solution à base d’acide Caro obtenue avec un mélange d’acide sulfurique 96% et d’eau oxygénée 30% (3 :1) à 180°C et de SC1 (mélange d’ammoniaque 30%, d’eau oxygénée 30% et d’eau désionisée (1 :1 :5)) à 70°C. Ces nettoyages permettent d’enlever les contaminations organiques et particulaires qui sont très préjudiciables au collage direct. Alternativement, il est possible d’utiliser d’autres solutions de nettoyage très oxydantes comme, par exemple, des solutions aqueuses contenant de l’ozone ou encore avec un traitement utilisant une exposition à une lumière UV en présence d’ozone gazeux.
Le collage direct peut être caractérisé par :
- l’énergie de collage (autrement appelée énergie d’adhérence) : c’est l’énergie nécessaire pour séparer les deux surfaces collées ; l’énergie de collage évolue en fonction du recuit thermique que l’on applique après le collage,
- l’énergie d’adhésion : c’est l’énergie disponible pour réaliser le collage spontané. C’est l’énergie qui permet de déformer les deux surfaces pour les mettre en contact à l’échelle atomique avec l’aide des forces de Van der Waals.
Par exemple, pour deux surfaces de silicium ou d’oxyde de silicium hydrophile, l’énergie d’adhésion va typiquement de 30 à 100 mJ/m². L’énergie d’adhérence d’un collage SiO2-SiO2,dans une ambiance de salle blanche, avec un nettoyage chimique à base de Caro et de SC1 à 70°C, vaut environ 140mJ/m² juste après le collage, sans recuit. Pour un collage l’énergie d’adhérence augmente en fonction de la température des recuits thermiques. Par exemple, l’énergie de collage monte lentement pour atteindre 3J/m² à 500°C et stagne ensuite jusqu’à 800°C (figure 1).
Pour augmenter l’énergie de collage, une solution consiste à réaliser un traitement plasma. Comme le montre la figure 1, avec un plasma d’azote (N2), pour un collage oxyde-oxyde, l’énergie de collage monte rapidement à 5 J/m² pour une température de recuit de 300°C.
Cependant, l’utilisation d’un plasma peut être incompatible avec certains substrats et/ou son utilisation rallonge les temps et/ou coûts des procédés, ce qui les rend plus difficilement industrialisables. Le traitement plasma modifie aussi la surface sur une épaisseur de quelques nanomètre (entre 1 et 10nm). Cette modification peut perturber les futurs dispositifs. Par exemple, avec une plaque de silicium, le plasma crée une couche d’oxyde qui est difficilement maîtrisable en terme d’épaisseur et de qualité. Avec une surface d’oxyde de silicium, certains plasmas comme le plasma N2crée des problèmes de charges interfaciales pouvant perturber le fonctionnement électrique des futurs dispositifs.
Un but de la présente invention est de remédier aux inconvénients de l’art antérieur et de proposer un procédé de collage permettant d’obtenir une forte énergie de collage à basse température (typiquement inférieure ou égale à 500°C et de préférence inférieure ou égale à 300°C) sans utiliser de traitement plasma.
Pour cela, la présente invention propose un procédé de collage direct de deux substrats comprenant les étapes suivantes :
- fourniture d’un premier substrat et d’un deuxième substrat, le premier substrat étant recouvert par une première surface hydrophile et le deuxième substrat étant recouvert par une deuxième surface hydrophile,
- dépôt d’une molécule spécifique sur la première surface hydrophile du premier substrat et/ou sur la deuxième surface hydrophile du deuxième substrat, la molécule spécifique comprenant un groupe fonctionnel hydrophile et un groupe fonctionnel basique, séparés par au moins un atome,
- mise en contact de la première surface hydrophile et de la deuxième surface hydrophile, moyennant quoi on assemble le premier substrat et le deuxième substrat par collage de la première surface hydrophile et de la deuxième surface hydrophile,
- éventuellement, application d’un traitement thermique de recuit de collage, de préférence à une température inférieure ou égale à 500°C, et encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 300°C.
L’invention se distingue fondamentalement de l’art antérieur par l’utilisation d’une molécule spécifique comprenant un groupe fonctionnel hydrophile et un groupe fonctionnel basique. Le groupe fonctionnel hydrophile permet à la molécule spécifique de se chimisorber aisément sur la surface hydrophile à coller. Le groupe fonctionnel basique permet d’augmenter le pH des monocouches d’eau adsorbées. La présence de cette molécule augmente considérablement l’énergie de collage obtenue.
Par surface hydrophile, on entend qu’au moins une monocouche d’eau est adsorbée à sa surface à pression ambiante (i.e. de l’ordre de 1bar) dans un air ayant au moins 1% d’humidité relative. Une surface est dite hydrophile si l’angle d’une goutte d’eau est inférieur à 90° et de préférence inférieur à 50°C, et encore plus préférentiellement inférieur à 5°.
De préférence, la première surface hydrophile et la deuxième surface hydrophile sont en oxyde. Il peut s’agir d’une couche mince d’oxyde déposée, d’une couche mince d’oxyde obtenue par un traitement thermique (autrement appelé oxyde thermique) et/ou d’une mince couche d’oxyde obtenue par un traitement chimique (autrement appelée oxyde natif ou oxyde chimique).
Selon une première variante de réalisation avantageuse, la molécule spécifique recouvre complètement la première surface hydrophile du premier substrat et/ou la deuxième surface hydrophile du deuxième substrat. Il y a, avantageusement, de 1 à 5 couches de molécule spécifique sur la surface hydrophile. Avantageusement il y a une seule monocouche.
Selon une deuxième variante de réalisation avantageuse, la molécule spécifique recouvre de 0,05% à 10%, et de préférence de 0,05% à 1%, de la première surface hydrophile du premier substrat et/ou de la deuxième surface hydrophile du deuxième substrat.
Selon une première variante de réalisation avantageuse, la molécule spécifique est déposée sous forme liquide.
Selon une deuxième variante de réalisation avantageuse, la molécule spécifique est déposée sous forme gazeuse.
Avantageusement, le groupe fonctionnel hydrophile de la molécule spécifique est une fonction alcool et/ou le groupe fonctionnel basique est une amine primaire, secondaire ou tertiaire.
Avantageusement, la masse molaire de la molécule spécifique est inférieure ou égale à 500g/mol et de préférence inférieure ou égale à 200g/mol.
Avantageusement, le premier substrat et/ou le deuxième substrat sont des substrats de silicium. Le ou les substrats sont recouverts par une couche mince d’oxyde de silicium. La couche d’oxyde peut être une couche déposée, une couche d’oxyde thermique ou une couche d’oxyde natif.
Le procédé de collage présente de nombreux avantages :
- la préparation de surface est faite avec la molécule spécifique sous forme liquide ou gazeuse : le procédé est simple à mettre en œuvre et donc facilement industrialisable,
- une faible quantité de molécule spécifique suffit pour assurer un collage fort,
- le procédé est applicable à de nombreux matériaux et est peu coûteux,
- l’utilisation de la molécule ne fait pas décroître l’énergie d’adhésion,
- il n’y a pas de formation de bulles, décollements et/ou défauts à l'interface de collage, même après un traitement thermique,
- les températures de collage sont compatibles avec de nombreuses applications et/ou avec de nombreux substrats (dont la nature et/ou la présence de composants électroniques et/ou opto-électroniques nécessitent de faibles budgets thermiques),
- le procédé conduit à des structures assemblées possédant une bonne tenue mécanique après collage, compatibles avec des procédés ultérieurs comme le Smart Cut et/ou tout procédé générant des contraintes mécaniques sur l’assemblage, comme par exemple un amincissement mécanique.
L’invention concerne également un assemblage comprenant un premier substrat et un deuxième substrat, le premier substrat étant recouvert par une première surface hydrophile et le deuxième substrat étant recouvert par une deuxième surface hydrophile, une molécule spécifique étant disposée entre la première surface hydrophile du premier substrat et la deuxième surface hydrophile du deuxième substrat, la molécule spécifique comprenant un groupe fonctionnel hydrophile et un groupe fonctionnel basique, les deux groupes fonctionnels de la molécule spécifique étant séparés par au moins un atome.
Avantageusement, le groupe fonctionnel hydrophile de la molécule spécifique est une fonction alcool et/ou le groupe fonctionnel basique est une amine primaire, secondaire ou tertiaire.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront du complément de description qui suit.
Il va de soi que ce complément de description n’est donné qu’à titre d’illustration de l’objet de l’invention et ne doit en aucun cas être interprété comme une limitation de cet objet.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d’exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels ;
précédemment décrite, est un graphique représentant l’énergie de collage en fonction de la température de recuit thermique réalisé après un collage direct avec ou sans activation plasma, chaque recuit thermique dure environ 2h, selon l’art antérieur ;
représente de manière schématique, en coupe, deux substrats à assembler par collage direct, un des substrats étant recouvert par une molécule spécifique, selon un mode de réalisation particulier de l’invention ;
est un graphique représentant l’énergie de collage en fonction du recuit thermique réalisé après collage, lorsque la surface de la couche d’oxyde d’un des substrats est saturée par une molécule spécifique, selon un mode de réalisation particulier de l’invention ;
est un graphique représentant l’énergie de collage en fonction du recuit thermique réalisé après collage, lorsque la surface de la couche d’oxyde d’un des substrats est recouverte partiellement par une molécule spécifique, selon un mode de réalisation particulier de l’invention ;
est un graphique représentant l’énergie de collage en fonction du recuit thermique réalisé après collage, pour différentes dilutions volumiques d’une solution de molécule spécifique, selon un mode de réalisation particulier de l’invention ;
représente une image, obtenue par microscopie acoustique à balayage (SAM), d’un collage mettant en œuvre une molécule spécifique, après un recuit thermique à 800°C, selon un mode de réalisation particulier de l’invention.
Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.
Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent être comprises comme n’étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles ;
En outre, dans la description ci-après, des termes qui dépendent de l’orientation, tels que « sur », « sous », etc. d’une structure s’appliquent en considérant que la structure est orientée de la façon illustrée sur les figures.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Bien que cela ne soit aucunement limitatif, l’invention trouve particulièrement des applications dans le domaine de la fabrication de SOI et d’imageur.
Le procédé est un procédé de collage direct de deux substrats 10, 20, et plus particulièrement il s’agit d’un procédé de collage direct de deux surfaces hydrophiles, par exemple d’oxyde.
Le procédé comporte les étapes suivantes :
a) fourniture d’un premier substrat 10 et d’un deuxième substrat 20, le premier substrat 10 étant recouvert par une première surface hydrophile 11, et le deuxième substrat 20 étant recouvert par une deuxième surface hydrophile 21,
b) ajout d’une molécule spécifique 30 sur la première surface hydrophile du premier substrat et/ou sur la deuxième surface hydrophile du deuxième substrat, la molécule spécifique 30 comprenant un groupe fonctionnel hydrophile et un groupe fonctionnel basique, les deux groupes fonctionnels de la molécule spécifique étant séparés par au moins un atome,
c) mise en contact de la première surface hydrophile 11 et de la deuxième surface hydrophile 21, moyennant quoi on colle les deux surface hydrophile 11, 21 l’une avec l’autre, et le premier substrat 10 et le deuxième substrat 20 sont assemblés,
Chaque substrat 10, 20 fourni à l’étape a) comprend deux faces principales parallèles l’une à l’autre. Au moins l’une des faces principale de chaque substrat est recouverte par une surface hydrophile 11, 21 (figure 2).
Le premier substrat 10 et/ou le deuxième substrat 20 peuvent être en silice, en métal, en alliage de métaux ou en matériau semi-conducteur.
De préférence, le premier substrat 10 et/ou le deuxième substrat 20 sont en un matériau choisi parmi Si, Ge, InP, AsGa, Al2O3, SiO2, Si3N4, SiC, GaN, LNO, LTO, Cu, Ti, Ni. Le premier substrat et le deuxième peuvent être de nature identique ou de natures différents.
Le premier substrat 10 et le deuxième substrat 20 sont recouverts par une surface hydrophile 11, 21, c’est-à-dire qu’il y a au moins une monocouche d’eau adsorbée à leur surface.
De préférence, le premier substrat 10 est recouvert par une première couche mince d’oxyde de manière à former une première surface hydrophile et le deuxième substrat 20 est recouvert par une deuxième couche mince d’oxyde de manière à former une deuxième surface hydrophile.
Par exemple, le premier substrat 10 et le deuxième substrat 20 sont recouverts par une couche d’oxyde natif ou par une couche d’oxyde thermique.
Selon une première variante de réalisation, l’un des substrats peut être recouvert par une couche d’oxyde natif et l’autre par une couche d’oxyde thermique.
Selon une autre variante de réalisation, les deux substrats peuvent être recouverts par une couche d’oxyde thermique.
Selon une autre variante de réalisation, les deux substrats peuvent être recouverts par une couche d’oxyde natif.
Dans toutes ces variantes, la couche d’oxyde thermique peut être remplacée par une couche d’oxyde déposée.
Avantageusement, avant l’étape b), on peut réaliser un ou plusieurs pré-traitements, par exemple mécaniques et/ou chimiques. Par exemple, pour le silicium et son oxyde, on utilisera, avantageusement, un nettoyage chimique à base d’acide Caro obtenu avec un mélange d’acide sulfurique 96%, d’eau oxygénée 30% (3 :1) à 180°C et de SC1 (mélange d’ammoniaque 30%, d’eau oxygénée 30% et d’eau désionisée (1 :1 :5)), par exemple à une température de 70°C. D’autres nettoyages peuvent être envisagés.
Les substrats 10, 20 sont, de préférence, des tranches (« wafers »).
Lors de l’étape b), on dépose la molécule spécifique 30 pour améliorer le collage.
La molécule spécifique 30 est une molécule organique. Elle comporte un groupe fonctionnel hydrophile et un groupe fonctionnel basique, séparés par au moins un atome. Autrement dit, les deux groupes fonctionnels ne sont pas sur le même atome, par exemple, ils ne sont pas sur le même atome de carbone.
Par groupe fonctionnel basique, on entend que la molécule spécifique 30 comprend un groupe susceptible de se protoner. De manière préférée, le groupe basique est une amine primaire, une amine secondaire ou une amine tertiaire. Il pourrait également s’agir d’un groupement dérivant de l'ionisation d'un groupe fonctionnel acide, par exemple de l’ionisation d’un groupe fonctionnel, par exemple du groupe sulfonique SO3H, conduisant à -SO3 -. Il est aussi possible d’avoir un groupement alcoolate (R-O-) pour cette fonction basique.
Le groupe fonctionnel hydrophile est, par exemple, un groupe fonctionnel hydroxyle, éther, amide, ester ou cétone.
Le groupe fonctionnel hydrophile est, de préférence, un groupe fonctionnel hydroxyle (aussi appelée fonction alcool). Il peut s’agir d’un alcool primaire, secondaire ou tertiaire.
Encore plus préférentiellement, le groupe fonctionnel hydrophile est un groupe fonctionnel hydroxyle et le groupe fonctionnel basique est une amine primaire, secondaire ou tertiaire.
La molécule spécifique 30 peut comprendre plusieurs groupes fonctionnels acides et/ou plusieurs groupes fonctionnels basiques.
De préférence, la molécule comprend un groupe fonctionnel basique et au moins un groupe fonctionnel hydroxyle. Par exemple, elle comprend un groupe fonctionnel basique et un, deux ou trois groupes fonctionnels hydrophiles.
La molécule spécifique 30 peut être cyclique ou acyclique. De préférence, elle est acyclique. Lorsque la molécule comporte une chaine carbonée ouverte, celle-ci peut être linéaire ou ramifiée. Elle comporte, de préférence, de 1 à 10 atomes de carbone et encore plus préférentiellement de 1 à 6 atomes de carbone.
Avantageusement, le poids moléculaire de la molécule spécifique 30 est inférieur ou égal à 500g/mol et de préférence inférieur ou égal à 200g/mol. Il est, avantageusement, supérieur à 40g/mol.
A tire illustratif et non limitatif, la molécule spécifique 30 est choisie parmi : le N,N-Diéthyl-2-amino-éthanol (CAS : 100-37-8), le diméthylaminoéthanol ou DMAE (CAS :108-01-0), la diéthyléthanolamine ou DEAE (CAS 100-37-8), la monoéthanolamine (CAS : 141-43-5), la N-méthyldiéthanolamine, ou MDEA (CAS : 105-59-9), l'aminométhanol (CAS : 3088-27-5), la N-méthylhydroxylamine (CAS :593-77-1), la diéthanolamine ou DEA (CAS : 111-42-2), la diméthanolamine (CAS : 7487-32-3), la triéthanolamine (CAS : 102-71-6) et la triméthanolamine (CAS : 14002-32-5).
La molécule spécifique 30 peut être déposée :
- sur la surface hydrophile 11 du premier substrat 10, ou
- sur la surface hydrophile 12 du deuxième substrat 20, ou
- à la fois sur la surface hydrophile 11 du premier substrat 10 et sur la surface hydrophile 21 du deuxième substrat 20.
La molécule spécifique 30 peut être déposée sous forme liquide et/ou sous forme gazeuse.
On peut utiliser une solution pure de molécule spécifique ou une solution diluée de molécule spécifique.
On peut, avantageusement, ajouter une base à la solution pour augmenter le pH. Par exemple, on peut utiliser KOH, NaOH, Na2CO3, ou encore NH4OH.
Pour déposer la molécule spécifique 30 sous forme liquide, on peut utiliser toute technique de dépôt par voie liquide, par exemple, par enduction, par pulvérisation, par dépôt à la tournette (« spin-coating »). De préférence, on utilise un dépôt à la tournette.
Pour déposer la molécule spécifique 30 sous forme gazeuse, on place un substrat dans une enceinte fermée, dans laquelle est disposé un récipient contenant une solution de la molécule spécifique (pure ou diluée). Puis on laisse la solution s’évaporer dans le réacteur fermé.
La molécule spécifique 30 peut recouvrir complètement ou partiellement la surface sur laquelle est déposée.
La quantité déposée peut être telle qu’une monocouche continue se forme sur la surface hydrophile (saturation de la surface). Il est également possible d’avoir plusieurs monocouches sur la surface, par exemple il peut y avoir jusqu’à 5 monocouches sur la surface.
Par partiellement, on entend notamment moins de 50%, et de préférence moins de 10%. De manière encore plus préférentielle, la molécule spécifique recouvre moins de 1%, voire moins de 0,1% de la surface à coller. Avantageusement, elle recouvre au moins 0,05% de la surface à coller. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, elle recouvre de 0,05% à 1% de la surface à coller, et encore plus préférentiellement de 0,05% à 0,1%.
Lors de l’étape c), les surfaces à coller (i.e. les surfaces hydrophiles 11, 21) sont mises en contact moyennant quoi on obtient un assemblage comprenant deux substrats 10, 20 collés l’un à l’autre au niveau de leurs surfaces hydrophiles 11, 21 hydrophiles. L’étape c) est de préférence réalisée à température ambiante (i.e. à une température de l’ordre de 20°C).
L’assemblage ainsi obtenu comprend deux substrats 10, 20, chacun recouvert par une surface hydrophile 11, 21, la molécule spécifique 30 telle que définie précédemment étant disposée entre les deux surfaces hydrophiles.
Le procédé peut comprendre une étape ultérieure au cours de laquelle on réalise un recuit thermique après collage. Le recuit thermique après collage permet le renforcement du collage direct obtenu à l'étape c). La température du recuit thermique va, par exemple, de 100°C à 1200°C. De préférence, la température va de 100°C à 500°C, et encore plus préférentiellement de 100°C à 300°C.
Les énergies de collage de l’assemblage, après recuit, vont de 600mJ à 5000mJ en fonction de la température du recuit thermique. Par exemple, pour une température de 300°C, l’énergie de collage va de 3500mJ à 4000mJ.
Exemples illustratifs et non limitatifs d’un mode de réalisation  :
Dans les différents exemples de réalisation qui vont être décrits, les plaques sont des plaques de silicium de 200mm de diamètre et de 725µm d’épaisseurs. Elles ont été oxydées thermiquement pour obtenir en surface un film d’oxyde de silicium de 145nm d’épaisseur. Elles sont ensuite nettoyées à l’eau ozonée et au SC1 suivie d’un SC2 (mélange d’acide chlorhydrique 30%, d’eau oxygénée 30% et d’eau 1 :1 :5) pour rendre leurs surfaces hydrophiles.
La molécule spécifique pour le collage est ici le N,N-Diéthyl-2-amino-éthanol (CAS : 100-37-8).
Exemple 1  : Saturation de la surface :
Dans un réacteur ayant un volume d’environ 50 ou 100L, on place un bécher contenant 10mL de la molécule spécifique pure (non diluée). On laisse la solution s’évaporer dans le réacteur fermé pendant 1h30. Ensuite, on place deux plaques de silicium dans cette atmosphère pendant 3min et ensuite on les colle. L’onde de collage est alors d’environs 8s pour traverser les 200mm ce qui est équivalent au collage sans cette molécule.
On recuit le collage et on mesure les énergies d’adhérence à différentes températures. L’énergie de collage obtenue avec la molécule spécifique est plus importante que sans la molécule spécifique (figure 3). En revanche, comme la surface est rapidement saturée, il n’y a pas de dépendance avec le temps d’exposition : les mêmes résultats sont obtenus pour des durées de 30s, 8mn ou 15mn d’exposition.
Exemple 2  : sat uration partielle de la surface  :
Dans un réacteur ayant un volume d’environ 50 ou 100L, on place un bécher contenant 1mL d’eau et 0,02mL de la molécule spécifique. On laisse la solution s’évaporer dans le réacteur fermé pendant 1h30. Ensuite on place les deux plaques de silicium dans cette atmosphère pendant 1min et ensuite on les colle. L’onde de collage est alors d’environs 8s pour traverser les 200mm ce qui est équivalent au collage sans cette molécule.
On recuit le collage et on mesure les énergies d’adhérence à différentes températures. Comme le montre la figure 4, l’énergie de collage obtenue avec une saturation partielle de la surface est plus importante que lorsque la surface est totalement saturée. Une plus faible concentration due à une plus faible pression de vapeur saturante de la solution diluée permet d’obtenir une meilleure énergie de collage pour toute la gamme de température.
La figure 5 représente l’énergie de collage en fonction de la dilution de la solution de molécule spécifique.
Exemple 3  : saturation partielle de la surface à partir d’une solution liquide  :
On dépose par dépôt à la tournette (« spin coating ») une solution contenant 1% volumique de la molécule spécifique sur la surface d’une plaque : on crée un jet du mélange eau-produit sur la surface qui tourne à 30 tours par minute jusqu’à recouvrir toute la surface. Ensuite, on arrête la dispense du produit et on tourne à 2000 tours par minute pendant 30s pour évacuer le surplus. Puis on colle les deux plaques. L’onde de collage est alors d’environs 8s pour traverser les 200mm ce qui est équivalent au collage sans cette molécule.
On recuit le collage et on mesure les énergies d’adhérence à différentes températures, on obtient les mêmes résultats que pour l’exemple 2.
Les observations au microscope acoustique à balayage (SAM) confirment que les collages sont exempts de défaut (figure 6).
A titre de comparaison, les essais suivants ont été réalisés :
- des plaques ont été nettoyées avec des vapeurs d’alcool isopropylique,
- des plaques ont été nettoyées avec des vapeurs d’alcool isopropylique puis on a rajouté de l’ammoniaque dilué à 2% avant de les coller.
Aucun n’effet visible n’a été observé sur l’énergie de collage.

Claims (11)

  1. Procédé de collage direct de deux substrats (10, 20) comprenant les étapes suivantes :
    - fourniture d’un premier substrat (10) et d’un deuxième substrat (20), le premier substrat (10) étant recouvert par une première surface hydrophile (11) et le deuxième substrat (20) étant recouvert par une deuxième surface hydrophile (21),
    - dépôt d’une molécule spécifique (30) sur la première surface hydrophile (11) et/ou sur la deuxième surface hydrophile (21), la molécule spécifique (30) comprenant un groupe fonctionnel hydrophile et un groupe fonctionnel basique, séparés par au moins un atome,
    - mise en contact de la première surface hydrophile (11) et de la deuxième surface hydrophile (21), moyennant quoi on colle les deux surfaces hydrophiles (11, 21) l’une avec l’autre, et le premier substrat (10) et le deuxième substrat (20) sont assemblés,
    - éventuellement, application d’un traitement thermique de recuit de collage, de préférence à une température inférieure ou égale à 500°C.
  2. Procédé de collage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la molécule spécifique (30) recouvre complètement la première surface hydrophile (11) et/ou la deuxième surface hydrophile (21).
  3. Procédé de collage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la molécule spécifique (30) recouvre de 0,05% à 10%, et de préférence de 0,05% à 1%, de la première surface hydrophile (11) et/ou de la deuxième surface hydrophile (21).
  4. Procédé de collage selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la molécule spécifique (30) est déposée sous forme liquide.
  5. Procédé de collage selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la molécule spécifique (30) est déposée sous forme gazeuse.
  6. Procédé de collage selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le groupe fonctionnel hydrophile de la molécule spécifique (30) est une fonction alcool et/ou le groupe fonctionnel basique est une amine primaire, secondaire ou tertiaire.
  7. Procédé de collage selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la masse molaire de la molécule spécifique (30) est inférieure ou égale à 500g/mol et de préférence inférieure ou égale à 200g/mol.
  8. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier substrat (10) et/ou le deuxième substrat (20) sont des substrats de silicium.
  9. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la première surface hydrophile et/ou la deuxième surface hydrophile sont en oxyde, par exemple, en oxyde déposé, en oxyde thermique et/ou en oxyde natif.
  10. Assemblage comprenant un premier substrat (10) et un deuxième substrat (20), le premier substrat (10) étant recouvert par une première surface hydrophile (11) et le deuxième substrat (20) étant recouvert par une deuxième surface hydrophile (21), la première surface hydrophile (11) étant collée à la deuxième surface hydrophile (21),
    une molécule spécifique (30) étant disposée entre la première surface hydrophile (11) et la deuxième surface hydrophile (21), la molécule spécifique (30) comprenant un groupe fonctionnel hydrophile et un groupe fonctionnel basique, séparés par au moins un atome.
  11. Assemblage selon la revendication 10, caractérisé en ce que le groupe fonctionnel hydrophile de la molécule spécifique (30) est une fonction alcool et/ou le groupe fonctionnel basique est une amine primaire, secondaire ou tertiaire.
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