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Etre
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Tric
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Molecule
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germanium
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aluminium
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silicon
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DES
(3)
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gallium-aluminium
(3)
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gallium
(1)
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copper
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nickel
(1)
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tin oxide
(1)
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Physical
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1,33 microns
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de 5 x 10-4 m
(2)
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de 5 microns
(1)
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0,127 mm
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2 newtons/m
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3 m
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[25][_]
4 x 103 V
(1)
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980 dynes/cm
(1)
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2 x 10-4 V
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[28][_]
10 volts
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[29][_]
800 dynes/cm
(1)
[30][_]
Polymer
(2/ 3)
[31][_]
Teflon
(2)
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Rayon
(1)
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2518806A1
Family ID 23436381
Probable Assignee Cook M S
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title PROCEDE POUR DETACHER DES DOUCHES EPITAXIALES
Abstract
_________________________________________________________________
CE PROCEDE PERMET DE DETACHER DES COUCHES CRISTALLINES 13 OBTENUES PAR
EPITAXIE (COUCHES EPITAXIALES) DES SUPPORTS 11 SUR LESQUELS LEUR
CROISSANCE A ETE EFFECTUEE. UNE COUCHE MINCE DE MONOCRISTAL EST FORMEE
PAR CROISSANCE EPITAXIQUE SUR UN SUBSTRAT 11, LA MATIERE A L'INTERFACE
DE LA COUCHE EPITAXIALE ET DU SUBSTRAT AYANT UNE TEMPERATURE DE POINT
DE FUSION INFERIEURE A CELLE DE LA COUCHE EPITAXIALE. DE LA CHALEUR
EST APPLIQUEE A LA MATIERE DE TEMPERATURE DE POINT DE FUSION PLUS
BASSE, AFIN DE LA LIQUEFIER AU MOINS EN PARTIE. UNE TENSION EST
APPLIQUEE ENTRE LA COUCHE EPITAXIALE ET UNE PLAQUE RECEPTRICE CONTIGUE
23, AFIN D'EXERCER UNE FORCE ELECTRIQUE SUR LA COUCHE EPITAXIALE POUR
FACILITER SA SEPARATION D'AVEC LE SUBSTRAT.
Description
_________________________________________________________________
La presente invention concerne un procede economique pour detacher des
couches obtenues par epitaxie (couches epitaxiales) des substrats sur
lesquels leur croissance a ete effectuee Il peut etre applique, par
exemple, pour produire des pellicules monocristallines minces de
semiconducteurs, utilisables dans la fabrication de photopiles
solaireset dans la fabrication de circuits integres a semiconducteur.
Dans une demande de brevet aux Etats-Unis du meme Demandeur, intitulee
"Procede pour la production de feuilles monocristallines minces" N O
de serie 127 114, deposee le 4 mars 1980, il est decrit un procede
pour la production de feuilles minces de cristal; dans une autre
demande de brevet aux Etats-
Unis,du reste abandonnee, le Demandeur, intitulee "Procede pour la
production de feuilles monocristallines minces de semi- conducteurs a
jonctions p-n", no de serie 146 104, deposee le 2 mai 1980, il est
decrit un procede pour la production de feuilles minces de
semiconducteurs, comportant des jonctions p-n superficiellesformees
sur elles; dans la demande de brevet aux
Etats-Unis du meme Demandeur, intitulee "Procede pour la produc- tion
de pellicules monocristailines de semiconducteurs par traite- ment au
laser", N O de serie 156 879, deposee le 6 juin 1980, il est decrit un
procede pour la production de cristaux-minces; dans la demande de
brevet aux Etats-Unis du meme Demandeur, intitulee "Procede pour
detacher des pellicules minces par utili- sation d'un ecoulement
directionnel de chaleur", n Y de serie 192 063, deposee le 29
septembre 1980, il est decrit un procede pour detacher des couches
minces de cristal des substrats sur lesquels leur croissance a ete
effectuee; dans la demande de brevet aux Etats-Unis du meme Demandeur,
intitulee "Procede pour detacher des pellicules cristallines minces",
no de serie 305 521, s 9
= O2518806 deposee le-25 septembre 1981, il est decrit un procede pour
detacher des pellicules metalliques minces de substrats sur lesquels
elles ont ete formees par croissance epitaxiale.
Ces differentes demandes de brevet definissent l'etat anterieur de la
technique et fournissent des solutions economiques a certains
problemes qui se posent dans cet etat de la-technique.
Les procedes decrits dans ces differentes demandes de brevet utilisent
des moyens divers pour engendrer un liquide dans la region entre une
couche et son substrat, afin de liberer la couche et de la detacher du
substrat pour former une pellicule.
Toutefois, il se peut que les techniques decrites pqur effectuer
reellement la separation des-couches d'avec leurs substrats ne soient
pas toujours-les plus commodes ou les plus efficaces pour detacher les
pellicules des substrats Dans le cas typique, les pellicules
cristallines minces ont une fragilite mecanique extreme, ce qui fait
que l'on doit prendre de grandes precau- tions pour appliquer des
forces exterieures a de telles pelli- cules dans le but de les separer
de leurs substrats, meme lors- qu'un liquide a ete engendre entre la
couche et le substrat.
La presente-invention a pour but de fournir un procede economique pour
separer des couches de leurs substrats afin de former des pellicules.
Un autre but de la presente invention est de fournir un procede
economique pour separer de son substrat une couche obte- nue par
croissance epitaxiale, lorsqu'une zone de matiere liquefiee a ete
produite entre la couche et le substrat.
En bref, suivant les principes de la presente invention et dans le
mode de realisation prefere de celle-ci, une couche mince (par exemple
de 5 microns d'epaisseur) de cristal est formee par croissance
epitaxiale sur un substrat monocristallin, la matiere a l'interface de
la couche et du substrat ayant une temperature de point de fusion
inferieure a celle de la couche.
Une telle couche peut etre formee par croissance sur un substrat par
application de procedes bien connus dans la technique, par exemple par
depot de vapeurs -de substances chimiques, par epitaxie en phase
liquide, Dar epitaxie par faisceau moleculaire.
Pour prendre un exemple particulier, la couche epitaxiale peut etre un
arseniure de gallium-aluminium, par exemple dans les proportions Ga Al
As et le substrat peut etre en germanium
0,5 0,5
251880 i La temperature de point de fusion du germanium est 937,40 C
et celle de la couche epitaxiale est de l'ordre de 1380 'C, ce qui
fait que le substrat a une temperature de point de fusion infe- rieure
a celle de la couche au niveau de leur interface.
Le faisceau de sortie d'un laser est focalise a travers la couche sur
le substrat, de preference sur toute la largeur du substrat, avec
utilisation d'un rayonnement laser qui est absorbe efficacement par le
substrat et auquel la couche est transparente Dans l'exemple
particulier d'un-substrat de germanium, on peut utiliser un laser
Nd:YAG fonctionnant a 1,06 ou 1,33 microns, chacune de ces longueurs
d'onde etant absorbee par le germanium, mais non par l'arseniure de
gallium-aluminium.
L'absorption du rayonnement laser chauffe la matiere a l'inter- face
de la couche et du substrat Si une quantite suffisante d'energie est
absorbee, de la matiere va etre liquefiee entre la couche et le
substrat La presence de cette matiere liquefiee permet de detacher la
couche du substrat, la structure cristal- line de la couche restant
intacte.
Un corps maintenu a un potentiel electrique plus eleve que celui de la
couche est place a proximite de cette derniere Cela produit, sur la
couche, une force qui a tendance a la separer du substrat La couche
est recue sur une plaque transparente au faisceau du laser, placee au
voisinage immediat de la couche dont elle est separee par une petite
distance, par exemple de 0,005 pouces (0,127 mm) Si on le juge
desirable, la couche detachee peut etre retiree ulterieurement de la
plaque transparente.
D'autres buts, caracteristiques et avantages de la presente invention
apparaitront a l'examen de la description detaillee qui suit, en
reference aux dessins ci-annexes.
La figure 1 est une representation schematique d'une couche formee sur
un substrat.
La figure 2 est une representation schematique de la couche
cristalline (couche epitaxiale) en train d'etre detachee du substrat
et d'etre placee sur une plaque transparente.
La figure 3 est une representation schematique de la couche en train
d'etre detachee du substrat et d'etre recue sur un ruban flexible.
Sur la figure 1 est represente un substrat 11, sur lequel est formee
une couche epitaxiale 13 La couche epitaxiale et le substrat
s'unissent a l'interface 15 La matiere epitaxiale a une temperature de
point de fusion plus elevee que celle de lamatiere du substrat situee
a l'interface Parmi les combinaisons possibles de matieres, on citera
entre autres l'arseniure de gallium-aluminium sur le germanium et
l'arseniure d'aluminium sur l'arseniure de gallium.
Sur la figure 2, le substrat Il est represente tandis que la couche
epitaxiale 13 est en train d'en etre detachee, au niveau de la matiere
liquefiee 21 La matiere liquefiee est produite O 10 par absorption du
rayonnement laser 17 dirige par un systeme optique 19 Le systeme
optique se deplacant dans le sens de la fleche 27, la matiere
liquefiee 21 se deplace egalement dans le sens 27 et la couche peut
etre progressivement detachee du substrat Le faisceau du laser
traverse une plaque receptrice 23 placee au voisinage immediat de la
couche, mais separee de celle- ci par un intervalle 25 La plaque
receptrice peut etre faite d'un dielectrique, par exemple le quartz ou
le verre, ou d'un semiconducteur, par exemple le silicon ou
l'arseniure d'aluminium Au fur et a mesure que la couche est detachee
du substrat, elle est recue sur la plaque receptrice Un generateur de
tension electrique 33 est monte electriquement entre une plaque de
base 31 et une plaque decalee 29 Lorsque le generateur etablit une
tension V entre la plaque de base et la plaque decalee, un champ
electrique est cree En outre, le generateur fait que la couche se
charge Le champ electrique agit sur la couche chargee et exerce sur
elle une force qui l'attire en direction de la plaque decalee Dans la
region o existe la matiere liquefiee 21, cette force d'attraction a
pour effet de detacher la-couche du substrat.
Lorsque la couche est detachee du substrat, elle effectue un mouvement
vers la plaque receptrice qui la recoit et qui la supporte ensuite
mecaniquement Tandis que le systeme optique se deplace, la plaque
decalee se deplace elle aussi dans le meme sens et a la meme vitesse
Ainsi, la couche est progressivement detachee. Les moyens utilises
pour deplacer le systeme optique et la plaque decalee et pour produire
la tension V n'ont pas ete representes, mais on peut utiliser
n'importe lequel des disposi tifs classiques a cet effet Le systeme
optique et la plaque decalee peuvent faire partie dumeme ensemble
materiel, puisqu'ils se deplacent de concert Selon une autre
disposition possible, ils peuvent etre maintenus en position fixe,
tandis que le substrat et la couche sont deplaces.
Si l'on utilise un substrat semiconducteur, sa resistance electrique
est, dans le cas typique, extremement faible a sa temperature de point
de fusion La quasi-totalite du potentiel V apparait donc entre la
couche et la plaque decalee Si la plaque transparente 23 a une
epaisseur t et une constante dielectrique kso, et si elle est separee
de la couche par une distance de grandeur d, il agira sur la couche
une force F qui est egale a F = 8,85 x 10-12 (k V)2/(kd + t)2
newtons/m Dans le cas particulier o k = 5, d = 10 3 m, t = 10 3 met
V = 4 x 103 V, la valeur de F est 980 dynes/cm 2.
Si la plaque transparente 23 est silicon, on peut utiliser un laser
Nd:YAG fonctionnant a 1,33 microns.
Sur la figure 3, le substrat 11 est represente tandis que la couche 13
en est detachee au niveau de la matiere liquefiee
21 La matiere liquefiee est produite par absorption de rayon- nement
laser 17, dirige par le systeme optique 19 Un champ electrique agit
sur la couche dans la region de la matiere liquefiee Ce champ est cree
par le generateur de tension-33 monte entre la plaque decalee 29 et la
plaque de base 31.
Lorsque le champ est suffisamment fort pour detacher la couche di
substrat, la couche effectue un mouvement vers le ruban flexible qui
la supporte et l'eloigne du substrat dans le sens 49 Le ruban peut
etre fait d'une matiere dielectrique telle que le Teflon ou le verre,
d'une matiere semiconductrice telle que le silicon ou l'arseniure
d'aluminium, ou d'une matiere metallisee telle que le teflon argente
ou le verre argente entre autres Les mnyens servant a deplacer le
ruban n'ont pas ete representes, mais on peut utiliser a cet
effetn'importe lequel des dispositifs classiques Le substrat est
deplace dans le sens de la fleche 51 au fur et a mesure que la couche
est detachee du substrat Dans le cas particulier d'un ruban metallise
dont la face dielec- tric est dirigee vers la couche, l'epaisseur du
dielectrique peut etre de 5 x 10-4 m, la distance separant le ruban de
la couche peut etre de 5 x 104 m et la constante dielectrique du
dielectrique peut etre 3 E 0, ce qui fait que F = 2 x 10-4 V et
3 2. que, si V = 2 x 10 volts, F = 800 dynes/cm 2 -
-25-18806
La mg-me technique de separation 'Peut etre uti 1 iseeepu fabriquer
une pile solaire en cascade a jonctions multiples une premiere
jonctiorh pn peut etre formee sur un substrat de silicon qui sert
ensuite de plaque 23 sur la figure 2, la couche detachee et transferee
comprenant une structure de seconde. jonctioni pn (ou de jonctions
multiples).
Au lieu d'utiliser une plaque 29 separee comme sur la figure Z, on
peut former une grille conductrice sur la face de la plaque receptrice
23 qui est dirigee vers le rayonnement laser, le generateur de tension
33 etant connecte a cette grille.
La grille peut etre formee d'un reseau de depots conducteurs
lineaires, par exemple d'aluminium, de copper oui de nickel, en une
disposition a claire-voie S elon une autre disposition possible, la
grille peut etre une couche continue de matiere qui est pratiquement
transpa Lrente au rayonnement, comme par exemple l'tin oxide.
La source d'energie thermique, utilisee pour liquefier la matiere a
l'interface de la couche et du substrat, a ete decrite a titre
d'illustrat-ion comme etant un laser, mais il apparaitra, au
specialiste a qui les demandes de brevet precitees sont familieres,
que d'autres sources d'energie thermique peuvent etre utilisees C'est
dire que si les principes de l'invention ont ete illustres par des
modes de realisation particuliers, il est bien entendu que leur
description n'a ete donnee qu'a titre d'exemple et non pour limiter la
portee de l'invention,, telle qu'elle est definie dans les
revendications ci-annexees.
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS -
1 Procede pour detacher d'un substrat une couche cristal- line, la
matiere a l'interface de ce substrat et de cette couche cristalline
ayant une temperature de point de fusion qui est inferieure a celle de
la couche cristalline, caracterise en ce qu'il comprend les operations
consistant a chauffer cette matiere a l'interface de telle maniere
qu'une partie au moins de cette matiere a l'interface se liquefie, et
a detacher la couche cristalline (13) du substrat (11), au niveau de
la matiere liquefiee, par l'application d'une force electrique sur la
couche cristalline (13) dans la region de la matiere liquefiee.
2 Procede selon la revendication 1, caracterise en ce que la force
electrique est produite par un champ electrique qui agit sur la couche
cristalline (13).
3 Procede selon la revendication 2, caracterise en ce que le champ
electrique est cree par le montage d'un generateur (33) de champ
electrique entre le substrat (11) et une plaque electri-
quementconductrice (23), place au voisinage immediat de la couche
cristalline, mais sans toucher celle-ci, au niveau de la matiere
liquefiee.
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