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FR2943177A1 - Procede de fabrication d'une structure multicouche avec report de couche circuit - Google Patents

Procede de fabrication d'une structure multicouche avec report de couche circuit Download PDF

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FR2943177A1
FR2943177A1 FR0951543A FR0951543A FR2943177A1 FR 2943177 A1 FR2943177 A1 FR 2943177A1 FR 0951543 A FR0951543 A FR 0951543A FR 0951543 A FR0951543 A FR 0951543A FR 2943177 A1 FR2943177 A1 FR 2943177A1
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microcomponents
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bonding
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Arnaud Castex
Marcel Broekaart
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Soitec SA
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Soitec SA
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Abstract

Procédé de réalisation d'une structure composite comprenant une étape de réalisation d'une première couche de microcomposants (110) sur une face d'un premier substrat (100), le premier substrat étant maintenu plaqué sur une surface de maintien (121a) d'un premier support (121) lors de la réalisation desdits microcomposants (110), et une étape de collage de la face du premier substrat (100) comportant la couche de microcomposants (110) sur un deuxième substrat (200). Lors de l'étape de collage, le premier substrat (100) est maintenu plaqué sur un deuxième support (221) dont la surface de maintien (221a) présente une valeur de planéité inférieure ou égale à celle du premier support (120) utilisé lors de la réalisation de la première couche de microcomposants (110).

Description

Domaine technique et art antérieur
La présente invention concerne le domaine des plaques ou structures semi-conducteurs multicouches (également dénommées "multilayer semiconductor wafers") réalisés par transfert d'au moins une couche formée à partir d'un substrat initial sur un substrat final, cette couche correspondant à la portion du substrat initial dans laquelle on a formé, par exemple, une pluralité de microcomposants. La technologie d'intégration tridimensionnelle de composants (3D-integration) nécessite le transfert d'une ou plusieurs couches de microcomposants sur un substrat final, ce substrat final pouvant lui-même incorporer des microcomposants. La ou les couches transférées comprennent des microcomposants (électroniques, optoélectroniques, etc.) réalisés au moins en partie sur un substrat initial, ces couches étant ensuite empilées sur un substrat final. En raison notamment de la taille très réduite et du nombre important de microcomposants présents sur une même couche, chaque couche transférée doit être positionnée sur le substrat final avec une grande précision afin de respecter un alignement très strict avec la couche sous-jacente. En outre, il peut être nécessaire de réaliser des traitements sur la couche après son transfert, par exemple pour former d'autres microcomposants, pour découvrir en surface des microcomposants, pour réaliser des interconnections, etc., ces traitements devant également être réalisés avec une grande précision vis-à-vis des composants présents dans la couche. Cependant, la déposante a constaté, qu'après transfert, il existe des cas où il est très difficile, voire impossible, de former des microcomposants supplémentaires en alignement avec tous les microcomposants formés avant le transfert. Ce phénomène de désalignement est décrit en relation avec les figures 1A à 1F qui illustrent un exemple de réalisation d'une structure tridimensionnelle par transfert d'une couche de microcomposants formée 1 sur un substrat initial sur un substrat final suivie de la formation d'une couche additionnelle de microcomposants sur la face exposée du substrat initial après collage. La figure 1A illustre un substrat initial 10 qui présente une géométrie propre. En effet, comme représenté de façon volontairement exagérée sur la figure 1A et avec un maillage (en pointillé) pour rendre visible les zones de déformations, le substrat initial 10 est constitué d'une tranche (wafer) de matériau semi-conducteur qui présente à l'échelle micrométrique des déformations qui correspondent principalement à une courbure ("bow") et à un voilement ou gondolement ("warp"). La courbure ("bow") d'une tranche ou wafer caractérise la déformation concave ou convexe de la tranche par mesure de la position de la surface médiane au centre de la tranche tandis que le voilement ("warp") caractérise les déformations correspondant aux différences entre la distance maximum et la distance minimum de la surface médiane par rapport à un plan de référence, et ce pour toute la surface médiane de la tranche. Ces deux types de déformation permettent de caractériser la géométrie propre d'une tranche qui peut être assimilée par simplification à une géométrie en forme de "chips". Comme illustrée sur les figures 1B et 1C, une première série de microcomposants 11 est formée à la surface du substrat initial 10. Les microcomposants 11 sont définis par photolithographie au moyen d'un masque permettant de définir les zones de formation de motifs correspondant aux microcomposants 11 à réaliser. Lors de la définition des microcomposants 11 par photolithographie, le substrat initial 10 est maintenu sur un dispositif porte-substrat 12. Le dispositif porte-substrat comprend un plateau support 12a sur lequel est plaqué le substrat initial 10, par exemple au moyen d'un système électrostatique ou de succion associé au plateau support 12a. Le dispositif porte-substrat 12 permet de maintenir le substrat initial 10 dans une position "raidie", c'est-à-dire dans une position où les déformations de types courbure et voilement ("bow/warp") du substrat initial 10 sont réduites en comparaison à celles présentées par ce même substrat lorsqu'il n'est pas maintenu par le dispositif 12. En d'autres termes, les microcomposants 11 sont formés sur un substrat initial légèrement contraint (en tension et en compression), les contraintes se relâchant une fois que le substrat est libéré du dispositif 12.
Ce niveau de contrainte est également lié à la température à laquelle le substrat est soumis lors de cette étape de définition des microcomposants, cette température pouvant être la température ambiante de l'environnement, ou une température contrôlée imposée par le dispositif porte-substrat. Comme illustrée sur la figure 1D, la face du substrat initial 10 comprenant les microcomposants 11 est ensuite mise en contact intime avec une face d'un substrat final 20. Le collage entre le substrat initial 10 et le substrat final 20 est réalisé, par exemple et de manière préférentielle, par adhésion moléculaire. On obtient ainsi une couche enterrée de microcomposants 11 à l'interface de collage entre les substrats 10 et 20. Après le collage et tel que représenté sur la figure 1E, le substrat initial 10 est aminci afin de retirer une portion de matière présente au-dessus de la couche de microcomposants 11. On obtient alors une structure composite 30 formée du substrat final 20 et d'une couche l0a correspondant à la portion restante du substrat initial 10. Une fois collée sur le substrat final 20, le substrat initial 10 présente une géométrie différente de celle qu'il avait au départ sur la figure 1A. Cette nouvelle géométrie du substrat initial 10 après collage résulte en particulier du fait que le substrat final 20 présente lui aussi une géométrie propre avec des déformations de type courbure et voilement ("bow/warp") différentes de celles présentées par le substrat initial 10 à l'origine. Par conséquent, lorsque le substrat initial 10 est mis en contact intime avec le substrat final 20, le substrat initial 10 et le substrat final 20 doivent s'adapter au moins en partie à la géométrie l'un de l'autre, ce qui crée des zones de contraintes en tension et en compression dans chacun des substrats initial 10 et final 20. En se relâchant, ces contraintes entraînent une modification de la géométrie du substrat initial, c'est-à-dire une modification de ses déformations de type courbure et voilement ("bow/warp") originales. Cette modification de la géométrie du substrat initial 10 est encore plus importante après l'amincissement de celui-ci (figure 1E). En effet, une fois aminci, la portion restante du substrat initial 10, correspondant à la couche 10a, présente une épaisseur bien inférieure à celle du substrat final 20 qui "impose" alors de façon plus importante sa géométrie à l'ensemble de la structure. La couche 10a doit alors se conformer à la géométrie du substrat final 20 et s'éloigne ainsi encore de la géométrie de départ du substrat initial 10. Comme représentée sur la figure 1F, l'étape suivante dans la réalisation de la structure tridimensionnelle consiste à former une deuxième couche de microcomposants 12 au niveau de la surface exposée du substrat initial 10 aminci. Afin de définir les microcomposants 12 en alignement avec les microcomposants 11 enterrés, on utilise un masque de photolithographie similaire à celui utilisé pour former les microcomposants 11. Les couches transférées, comme la couche 10a, comprennent typiquement des marques à la fois au niveau des microcomposants et au niveau de la tranche formant la couche qui sont notamment utilisées par des outils de positionnement et d'alignement pendant les étapes de traitement technologiques telles que celles mises en oeuvre lors d'une photolithographie. Cependant, même en utilisant des outils de positionnement, des décalages se produisent entre certains des microcomposants 11 et 12, tels que les décalages 011, 044, ou A88 indiqués sur la figure 1F (correspondant respectivement aux décalages observés entre les couples de microcomposants 111/121, 112/124 et 118/128). De même que lors de la formation des microcomposants 11, la structure composite 30, formée du substrat final 20 et de la couche 10a, est maintenue plaquée sur un plateau support 13a d'un dispositif porte-substrat 13 identique au dispositif 12. Les zones de contraintes (en tension et en compression) imposées à la structure composite 30 et en particulier à la couche 10a sont au moins en partie différentes de celles présentes lors de la formation des microcomposants 11 puisque la couche 10a présente une géométrie en termes de déformations du type courbure/voilement différente de celle présentée par le substrat 10 avant collage et amincissement. Cela entraîne, par conséquent, un phénomène de désalignement (encore appelé "overlay") entre les deux couches de microcomposants 11 et 12 qui peut être source de courts-circuits ou de défauts de connexion entre les microcomposants des deux couches. Ce phénomène de désalignement conduit ainsi à une réduction de la qualité et de la valeur des plaques de semi-conducteurs multicouches fabriquées. L'impact de ce phénomène devient de plus en plus critique en raison des exigences sans cesse croissantes vis-à-vis de la miniaturisation des microcomposants et de leur densité d'intégration par couche. Les outils de photolithographie comportent des algorithmes de correction de certains modes de désalignement (rotation, translation, ...) qu'il est possible d'appliquer pour tenter de minimiser le désalignement entre deux étapes de définition ou de formation des composants. Toutefois, il a été observé que ce désalignement n'était pas homogène (c'est-à-dire ne pouvait se réduire à des transformations élémentaire) si bien qu'il n'est pas possible de corriger de manière globale et satisfaisante l'exposition lithographique afin d'obtenir, pour chaque champ exposé de la plaque, une valeur maximale de désalignement ("overlay") satisfaisante (par exemple inférieure à 100 nm ou 50 nm). Une correction des paramètres gouvernant l'exposition lithographique pour chaque champ de la plaque n'étant pas industriellement désirable, il est important de chercher à optimiser l'ensemble des paramètres susceptible de conduire à un désalignement ("overlay"). Par ailleurs, lorsqu'une couche de microcomposants est transférée sur un substrat final présentant une première couche de microcomposants, il est très important de pouvoir minimiser le désalignement entre les microcomposants de chacune des couches lorsque ceux-ci doivent être interconnectés entre eux. Il n'est en effet pas possible, dans ce cas, de compenser par la lithographie les désalignements existant entre les microcomposants des deux couches.
Résumé de l'invention
L'invention a pour but de proposer une solution qui permet, lors de la fabrication de structures multicouches ou composites, de diminuer le phénomène de désalignement et de distorsion entre les microcomposants formés sur une face d'un premier substrat et les microcomposants formés ultérieurement sur une autre face de ce substrat après transfert sur un second substrat. A cet effet, la présente invention propose un procédé de réalisation d'une structure composite comprenant une étape de réalisation d'une première couche de microcomposants sur une face d'un premier substrat, ce premier substrat étant maintenu plaqué sur une surface de maintien d'un premier support lors de la réalisation desdits microcomposants, et une étape de collage de la face du premier substrat comportant la couche de microcomposants sur un deuxième substrat, caractérisé en ce que, lors de ladite étape de collage, le premier ou le deuxième substrat est maintenu plaqué sur un deuxième support dont la surface de maintien présente une valeur de planéité inférieure ou égale à celle du premier support utilisé lors de la réalisation des microcomposants.
Ainsi, en maintenant pendant le collage un des deux substrats plaqué sur un support dont la surface de maintien, à savoir la surface sur laquelle le substrat est plaqué, présente à sa surface une planéité identique ou inférieure à la surface de maintien du support utilisé lors de la formation des microcomposants, on réduit sensiblement les risques de désalignement ("overlay") et de distorsion lors de la formation ultérieure de couches supplémentaires de microcomposants. En effet, en figeant, lors du collage, le premier substrat dans une configuration géométrique, au moins en termes de déformations de type courbure et voilement ("bow/warp"), similaire à celle présentée par celui- ci au moment de la formation des microcomposants, il sera possible de retrouver cette configuration géométrique lors de la formation d'une couche supplémentaire de microcomposants sur l'autre face du premier substrat. Même si le premier substrat présente une géométrie différente une fois relâché après le collage, par exemple en raison de la différence de géométrie avec le deuxième substrat, le premier substrat retrouvera sa géométrie présentée au moment du collage lorsque le deuxième substrat sera maintenu plaqué sur un support présentant une planéité similaire à celle du support plat de référence utilisé lors de la réalisation des microcomposants. De cette façon, lors de la formation de la deuxième couche de microcomposants sur la face du premier substrat opposée à celle comportant la première couche de microcomposants ou sur la face exposée de cette première couche, on améliore la fiabilité de l'alignement du masque de photolithographie avec les microcomposants de la première couche ou première face de cette couche et, par conséquent, la qualité et la valeur de la plaque ("wafer").
Selon une caractéristique particulière de l'invention, la surface de maintien du premier support présente une planéité inférieure ou égale à 2 pm. Selon un aspect de l'invention, lors de ladite étape de collage, le premier substrat est maintenu plaqué sur le deuxième support. Selon un autre aspect de l'invention, lors de l'étape de collage, on maintien au moins le premier substrat à une température sensiblement équivalente (de préférence inférieure ou égale à 0,5°C) à la température à laquelle il a été soumis lors de l'étape de réalisation de la première couche de microcomposants. Selon encore un autre aspect de l'invention, lors de l'étape de collage, les premier et deuxième substrats sont maintenus à une température sensiblement équivalente. L'écart de température entre le premier et le deuxième substrats est de préférence inférieur ou égale à 0,5°C. Selon une caractéristique particulière de l'invention, le procédé comprend, après l'étape de collage, une étape d'amincissement du premier substrat. Selon une autre caractéristique particulière de l'invention, le procédé comprend en outre une étape de réalisation d'une deuxième couche microcomposants sur la face du premier substrat opposée à la face comportant la première couche de microcomposants. Avant l'étape de collage, le procédé peut comprendre une étape de formation d'une couche d'oxyde sur la face du premier substrat comportant la première couche de microcomposants. Suivant un aspect particulier de l'invention, le premier substrat est constitué d'une structure de type SOI. Lors de l'étape de réalisation de la première couche de microcomposants et de l'étape de collage, on peut utiliser un dispositif porte-substrat comprenant un plateau support sur lequel on plaque le premier substrat, le dispositif porte-substrat étant apte à maintenir le premier substrat plaqué sur le plateau support. Le premier substrat peut être maintenu plaqué sur le plateau support par succion (pompe à vide), par force de capillarité (substrat maintenu plaqué sur un support rigide, par exemple en marbre, et retenu sur celui-ci par capillarité), ou par une force électrostatique. L'utilisation d'une force électrostatique est notamment utile lorsque l'on souhaite réaliser le collage sous vide. La présente invention a également pour objet un appareil de collage moléculaire de substrats comprenant un dispositif porte-substrat, caractérisé en ce que le dispositif porte-substrat comporte une surface de maintien pour substrat présentant une planéité inférieure ou égale à 2 microns. Selon une caractéristique de l'appareil de collage de l'invention, le dispositif porte-substrat est adapté pour recevoir des substrats circulaires ("wafer") de 200 mm ou 300 mm de diamètre. Selon une autre caractéristique de l'appareil de collage de l'invention, l'appareil en outre une enceinte de traitement renfermant le dispositif porte-substrat, l'enceinte de traitement comprenant des moyens de contrôle de température.
Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - les figures 1A à 1F, sont des vues schématiques montrant la réalisation d'une structure tridimensionnelle selon l'art antérieur, - les figures 2A à 2E, sont des vues schématiques montrant la réalisation d'une structure tridimensionnelle mettant en oeuvre le procédé d'assemblage de la présente invention, la figure 3 est un organigramme des étapes mises en oeuvre lors de la réalisation de la structure tridimensionnelle illustrée dans les figures 2A à 2E.
Exposé détaillé de modes de réalisation de l'invention
La présente invention s'applique d'une manière générale à la réalisation de structures composites comprenant au moins le collage, par exemple par adhésion moléculaire, d'un premier substrat ou plaque comportant des composants sur un deuxième substrat ou plaque. Comme décrit précédemment, le premier substrat présente, après collage, une géométrie différente de celle qu'il avait lors de la formation des composants sur celui-ci. Par conséquent, il se crée après un tel collage, des décalages de structures dans le premier substrat qui entraînent un désalignement ("overlay") et une distorsion entre les composants originellement formés et ceux formés ultérieurement. Afin de minimiser ces phénomènes et permettre la réalisation ultérieure de composants en alignement avec ceux formés sur le premier substrat avant collage, la présente invention propose notamment de maintenir, lors du collage, l'un des deux substrats sur un support dont la surface de maintien présente une planéité similaire ou inférieure à celle du support utilisé pour maintenir le premier substrat lors de la formation des composants. La planéité de la surface de maintien du support utilisé lors du collage est de préférence inférieure à celle du support utilisé lors de la formation des composants. La surface de maintien du support correspond à la surface sur laquelle le substrat est plaqué, c'est-à-dire la surface du support en contact avec le substrat. En fonction du type de support utilisé, cette surface de maintien peut être une surface continue ou discontinue. En effet, dans le cas, par exemple d'un support utilisant pour le maintien du substrat un système électrostatique ou une force de capillarité, le support présente généralement une surface de maintien continue qui est entièrement en contact avec le substrat lorsque celui-ci est plaqué sur le support. En revanche, avec un support utilisant, par exemple, des efforts de succion pour maintenir le substrat, ce dernier présente sur sa surface des gorges ou cavités permettant, par succion à travers ces dernières, de maintenir le substrat. Dans ce cas, la surface de maintien du support correspond à la surface du support située autour des gorges ou cavités, c'est-à-dire la surface en contact avec le substrat lorsque celui-ci est maintenu plaqué sur le support. Dans la présente invention, la planéité correspond à la valeur de l'écart entre le point le plus bas et le point le plus haut relevés à la surface de maintien du support. Par exemple, une planéité de x microns signifie que tout point de la surface désignée est situé entre deux plans parallèles espacés de x pm. Un procédé de réalisation d'une structure tridimensionnelle par transfert d'une couche de microcomposants formée sur un substrat initial sur un substrat final conformément à un mode de réalisation de l'invention est maintenant décrit en relation avec les figures 2A à 2E et 3. Les substrats sont notamment des plaques pouvant avoir des diamètres de 150 mm, 200 mm et 300 mm. La réalisation de la structure tridimensionnelle débute par la formation d'une première série de microcomposants 110 à la surface d'une plaque ou substrat initial 100 (figure 2A, étape Si). Les microcomposants 110 peuvent être des composants entiers et/ou seulement une partie de ceux-ci. Dans l'exemple décrit ici, le substrat initial 100 est une plaque de 300 mm de diamètre de type SOI (Silicium sur Isolant) comprenant une couche de silicium 103 sur un support 101 également en silicium, une couche d'oxyde enterrée 102, par exemple en SiO2, étant disposée entre la couche et le support en silicium. Le substrat initial 100 peut être également constitué d'une structure multicouche d'un autre type ou d'une structure monocouche.
Les microcomposants 110 sont formés par photolithographie au moyen d'un masque permettant de définir les zones de formation de motifs correspondant aux microcomposants 110 à réaliser. Conformément à l'invention, lors de la formation des microcomposants 110 par photolithographie, le substrat initial 100 est maintenu sur un dispositif porte-substrat 120. Le dispositif porte-substrat comprend un plateau support 121 présentant une surface de maintien 121a sur laquelle est plaqué le substrat initial 100 au moyen d'un système électrostatique associé au plateau support 121. La surface de maintien 121a du plateau de support 121 présente sur une planéité généralement inférieure ou égale à 2 microns (pm). Après formation des microcomposants, on dépose, sur la surface du substrat initial 100 comportant les microcomposants 110, une couche d'oxyde 104, par exemple en SiO2, en vue de la préparation au collage (étape S2, figure 2B). De façon optionnelle, on peut former sur la face arrière du substrat initial (c'est-à-dire la face ne comportant pas les microcomposants 110) des couches de compensation afin de réduire la courbure ("bow") et/ou le voilement ("warp") qui ont pu être créés par la formation des composants. On prépare ensuite la surface 104a de la couche d'oxyde 104 ainsi que la surface 200a d'une plaque ou substrat final 200 en silicium en vue de leur collage (étape S3). Des plots métalliques, par exemple en cuivre, peuvent être pourvus en surface de la couche 104a et en contact avec tout ou partie des microcomposants 110 afin de pouvoir mettre en contact ces microcomposants avec d'autres microcomposants présents dans le substrat final. Comme pour le substrat initial, le substrat final 200 peut également comporter sur sa face de collage une couche d'oxyde et, éventuellement, des plots métalliques. Les traitements mis en oeuvre pour la préparation de surface varient selon l'énergie de collage que l'on souhaite obtenir. Si l'on souhaite obtenir une énergie collage standard, c'est-à-dire relativement faible, la surface peut être préparée en réalisant un polissage mécano-chimique suivi d'un nettoyage. Autrement, si l'on souhaite obtenir une énergie de collage importante entre les deux substrats, la préparation de la surface comprend un nettoyage de type RCA (à savoir la combinaison d'un bain SC1 (NH4OH, H202, H20) adapté au retrait des particules et des hydrocarbures et d'un bain SC2 (HCI, H202, H20) adapté au retrait des contaminants métalliques), une activation de surface par plasma, un nettoyage supplémentaire suivi d'un brossage. Dans une variante de réalisation, le substrat final 200 peut également comporter des composants qui sont soit directement formés sur celui-ci, soit formés au cours d'une précédente étape de transfert. Conformément à l'invention, lors du collage, la face arrière d'un des deux substrats est maintenue sur un support dont la surface de maintien présente une planéité similaire ou inférieure à celle du support utilisé lors de la formation des microcomposants, c'est-à-dire une planéité inférieure ou égale à 2 microns, et de préférence inférieure à 2 microns. Comme illustré sur la figure 2C, la face arrière du substrat initial 100 est maintenue sur un dispositif porte-substrat 220 appartenant à un appareil de collage (non représentée sur la figure 2C). Le dispositif porte-substrat comprend un plateau support 221 présentant une surface de maintien 221a sur laquelle est plaquée la face arrière de substrat initial 100 au moyen d'un système électrostatique associé au plateau support 221. La surface de maintien 221a du plateau de support 221 présente une planéité inférieure ou égale à 2 pm, de préférence inférieure à 2 pm. Comme dans l'exemple décrit ici, c'est le substrat initial sur lequel les composants ont été formés qui est de préférence posé et plaqué sur le support. Dans ce cas, le maintien du substrat initial sur le support permet de compenser la courbure ("bow") et/ou le voilement ("warp") de ce substrat, en particulier si celui-ci ne comporte pas de couche de compensation ou si les étapes de préparation de surface ont conduit à créer de telles déformations. En outre, la mise en contact de la face arrière d'un substrat avec le support pouvant entraîner la création de défauts (rayures, contamination particulaire, etc.), il est préférable que ce soit la face arrière du substrat initial qui soit en contact avec le support car celle-ci sera amincie ultérieurement.
Une fois le substrat initial posé et plaqué sur le plateau support 221 du dispositif porte-substrat 220, on pose le substrat final 200 sur le substrat initial de manière à mettre la surface 104a du substrat initial en contact intime avec la face du substrat final 200 en vue d'un collage par adhésion moléculaire (étape S4). Le collage par adhésion moléculaire est une technique bien connue en soi. 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 procède ensuite au collage par adhésion moléculaire proprement dit en appuyant délicatement au moyen d'un outil, par exemple un stylet, sur la face supérieure du substrat final 200, ce qui permet d'initier la propagation d'une onde de collage (étape S5). Le point d'appui de l'outil peut être, par exemple, situé au centre ou en bord de plaque. La pression mécanique exercée par l'outil peut être comprise entre 1 MPa et 33,3 MPa et appliquée sur une surface d'appui inférieure ou égale à 1 mm2. Les deux substrats sont alors collés ensemble par adhésion moléculaire sur la totalité de leur surface en contact (interface de collage). On obtient ainsi une couche enterrée de microcomposants 110 à l'interface de collage entre les substrats 100 et 200. Lors du collage, la température des substrats est de préférence contrôlée. A cet effet, l'appareil de collage peut, par exemple, comporter une enceinte close renfermant le dispositif porte-substrat. La température des substrats peut être ajustée par des moyens de contrôle de température propres à l'enceinte (système de chauffage et/ou de refroidissement de l'atmosphère dans l'enceinte) et/ou propres au dispositif porte-substrat (fluide de refroidissement circulant dans le plateau support et/ou moyen de chauffage intégré au plateau support).
Selon un premier aspect, les substrats 100 et 200 sont maintenus à une température sensiblement similaire. L'écart de température entre les deux substrats est de préférence inférieur ou égale à 0,5°C. La température des substrats peut être précisément contrôlée suivant une température de consigne, en maintenant dans l'enceinte close de l'appareil de collage une atmosphère à température contrôlée pendant les étapes de préparation au collage des substrats (brossage, nettoyage, mise en contact...) et de collage. La température du plateau support sur lequel est réalisé le collage ainsi que celle des fluides appliqués aux substrats (nettoyage, brossage) est également contrôlée suivant la température de consigne. De manière préférentielle, on s'assure en outre que la température, lors du collage et éventuellement lors des étapes de préparation au collage, est sensiblement similaire (à +/- 0.5°C) à la température à laquelle les microcomposants 110 sont formés par photolithographie sur le substrat initial 100 maintenu sur le dispositif porte-substrat 120. Cela permet d'éviter d'éventuels effets de dilatation et de génération de désalignement ("overlay") entre ces différentes étapes. Après le collage, la structure résultante est soumise à un traitement thermique modéré (inférieur à 500°C) de manière à augmenter l'énergie de collage entre les deux substrats et permettre l'amincissement ultérieur de l'un d'entre eux. Tel que représenté sur la figure 2D, le substrat initial 100 est aminci afin de retirer une portion de matière présente au-dessus de la couche de microcomposants 110 (étape S7). Le substrat initial 100 peut être aminci notamment par polissage mécano-chimique (CMP), par gravure chimique, ou par clivage ou fracture le long d'un plan de fragilisation formé préalablement dans le substrat par implantation atomique. Dans le cas où le substrat initial est un substrat de type SOI comme c'est le cas ici, on peut utiliser avantageusement la couche isolante enterrée comme couche d'arrêt de gravure chimique pour délimiter l'épaisseur de la couche 100a restante. Alternativement, si le substrat initial est en matériau massif, des plots profonds, par exemple des plots en matériau métallique régulièrement espacés à la surface du substrat, peuvent être préalablement formés dans celui-ci lors de la formation des composants afin de stopper l'amincissement mécanique (polissage). On obtient alors une structure composite 300 formée du substrat final 200 et d'une couche 100a correspondant à la portion restante du substrat initial 100. Comme représentée sur la figure 2E, l'étape suivante dans la réalisation de la structure tridimensionnelle consiste à former une deuxième couche de microcomposants 140 au niveau de la surface exposée du substrat initial 100 aminci (figure 2E, étape S8). Les microcomposants 140 peuvent correspondre à des parties complémentaires de microcomposants 110 pour former un composant fini et/ou à des composants distincts destinés à fonctionner avec des microcomposants 140. Afin de former les microcomposants 140 en alignement avec les microcomposants 110 enterrés, on utilise un masque de photolithographie similaire à celui utilisé pour former les microcomposants 110. De même que lors de la formation des microcomposants 110, la structure composite 300, formée du substrat final 200 et de la couche 100a, est maintenue sur un plateau support 130 d'un dispositif porte- substrat 130 identique au dispositif 120, c'est-à-dire un plateau disposant d'un système électrostatique de maintien et dont la surface présente une planéité inférieure ou égale à 2 microns. Le masque de photolithographie est alors appliqué à la surface libre de la couche 100a. Dans une variante, la structure tridimensionnelle est formée par un empilement de couches, chaque couche ayant été reportée par le procédé d'assemblage de la présente invention (une première couche pouvant déjà être présente dans le substrat final), et chaque couche étant en alignement avec les couches directement adjacentes. Grâce au procédé de réalisation d'une structure composite de l'invention, le substrat initial 100 a pu être collé sur le substrat final sans déformation ou tout du moins avec une réduction des déformations telle qu'il n'est plus observé de décalage significatifs des microcomposants 110 avant et après transfert du substrat initial 100 sur le substrat final 200. On peut ainsi limiter ces décalages résiduels à des valeurs inférieures à 200 nm, voire 100 nm de manière homogène sur toute la surface de la plaque. Les microcomposants 140, même de tailles très réduites (par exemple < 1 pm), peuvent alors être formés facilement en alignement avec les microcomposants 110, et ce même après transfert du substrat initial. Cela permet, par exemple, d'interconnecter entre eux les microcomposants présents dans deux couches, ou sur deux faces distinctes d'une même couche, par l'intermédiaire de connections métalliques, en minimisant les risques de mauvaise interconnexion. Le procédé de la présente invention permet, par conséquent, d'éliminer ou pour le moins réduire le phénomène de désalignement ("overlay") lors du transfert d'une couche de circuit sur une autre couche ou sur un substrat support et de réaliser des plaques de semi-conducteurs multicouches de très grande qualité.

Claims (16)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de réalisation d'une structure composite (300) comprenant une étape de réalisation d'une première couche de microcomposants (110) sur une face d'un premier substrat (100), ledit premier substrat étant maintenu plaqué sur une surface de maintien (121a) d'un premier support (121) lors de la réalisation desdits microcomposants (110), et une étape de collage de la face du premier substrat (100) comportant la couche de microcomposants (110) sur un deuxième substrat (200), caractérisé en ce que, lors de ladite étape de collage, le premier ou le deuxième substrat est maintenu plaqué sur un deuxième support (221) dont la surface de maintien (221a) présente une valeur de planéité inférieure ou égale à celle du premier support (120) utilisé lors de la réalisation de la première couche de microcomposants (110).
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface de maintien (121a) du premier support (121) présente une planéité inférieure ou égale à 2 pm.
  3. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, lors de ladite étape de collage, le premier substrat (100) est maintenu plaqué sur ledit deuxième support (221). 25
  4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, lors de ladite étape de collage, les premier et deuxième substrats (100, 200) sont maintenus à une température sensiblement équivalente. 30
  5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, lors de ladite étape de collage, on maintient au moins le premier substrat (100) à une température sensiblement équivalente à celle dudit premier substrat lors de l'étape de réalisation de la première couche de microcomposants (110). 35
  6. 6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que, lors de ladite étape de collage, l'écart de température entre le premier et le deuxième substrats (100, 200) est inférieur ou égale à 0,5°C.
  7. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend, après l'étape de collage, une étape d'amincissement du premier substrat (100).
  8. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le deuxième substrat (200) comprend des microcomposants.
  9. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de réalisation d'une deuxième couche microcomposants (140) sur la face du premier substrat (100) opposée à la face comportant la première couche de microcomposants (110).
  10. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend, avant l'étape de collage, une étape de formation d'une couche d'oxyde (104) sur la face du premier substrat (100) comportant la première couche de microcomposants (110).
  11. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le premier substrat (100) est une structure de type SOI.
  12. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que, lors de l'étape de réalisation de la première couche de microcomposants (110) et de l'étape de collage, on utilise un dispositif porte-substrat (220) comprenant un plateau support (221), le dispositif porte-substrat étant apte à maintenir le premier substrat (100) plaqué sur la surface de maintien (221a) du plateau support (221).
  13. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que le premier substrat (100) est maintenu plaqué sur le plateau support (221) par succion, ou par capillarité, ou par une force électrostatique.
  14. 14. Appareil de collage moléculaire de substrats, ledit appareil comprenant un dispositif porte-substrat (220), caractérisé en ce que le dispositif porte-substrat comporte une surface de maintien (221a) pour substrat présentant une planéité inférieure ou égale à 2 microns.
  15. 15. Appareil selon la revendication 14, caractérisé en ce que le dispositif porte-substrat est adapté pour recevoir des substrats circulaires de 200 mm ou 300 mm de diamètre.
  16. 16. Appareil selon la revendication 14 ou 15, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une enceinte de traitement renfermant le dispositif porte-substrat, ladite enceinte de traitement comprenant des moyens de contrôle de température.
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