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FR3160477A1 - Method for manufacturing a ferroelectric layer transferred onto a substrate and for polarization with improved homogeneity - Google Patents

Method for manufacturing a ferroelectric layer transferred onto a substrate and for polarization with improved homogeneity

Info

Publication number
FR3160477A1
FR3160477A1 FR2402873A FR2402873A FR3160477A1 FR 3160477 A1 FR3160477 A1 FR 3160477A1 FR 2402873 A FR2402873 A FR 2402873A FR 2402873 A FR2402873 A FR 2402873A FR 3160477 A1 FR3160477 A1 FR 3160477A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
polarization
layer
ferro
ferroelectric layer
ferroelectric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
FR2402873A
Other languages
French (fr)
Inventor
Joachim MONTOUSSE
Alexis Drouin
Didier Landru
Guillaume NATAF
Micka BAH
Kévin NADAUD
Silvana MERCONE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Soitec SA
Universite de Tours
Institut National des Sciences Appliquées Centre Val de Loire
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Soitec SA
Universite de Tours
Institut National des Sciences Appliquées Centre Val de Loire
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Soitec SA, Universite de Tours, Institut National des Sciences Appliquées Centre Val de Loire filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority to FR2402873A priority Critical patent/FR3160477A1/en
Priority to PCT/EP2025/056276 priority patent/WO2025195801A1/en
Publication of FR3160477A1 publication Critical patent/FR3160477A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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Abstract

Procédé de fabrication d’une structure comportant une couche ferroélectrique de polarisation négative (P1), comprenant les étapes de : fournir une plaquette de matériau ferroélectrique (Ferrosub) présentant une polarisation (-P1) orienté vers une face (Top) ; former un plan de fragilisation (Frgl) dans la plaquette ; assembler la plaquette à un ensemble de support (Sprt.Set) ; détacher une partie de la plaquette de manière à définir une couche ferroélectrique (Ferrolay) assemblée à l’ensemble de support (Sprt.Set) de manière à obtenir une structure (Struct), la couche ferroélectrique présentant une polarisation (P1) négative ; procéder à une étape d’implantation plein champ d’hydrogène additionnelle, paramétrée de manière à corriger ou à prévenir la survenue d’inversion de polarisation dans le volume de la couche ferroélectrique et/ou à son interface avec l’ensemble de support (Sprt.Ens) ; et appliquer au moins un premier traitement thermique à la structure (Strct). Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 2 A method for manufacturing a structure comprising a negatively polarized ferroelectric layer (P1), comprising the steps of: providing a wafer of ferroelectric material (Ferrosub) having a polarization (-P1) oriented toward a face (Top); forming a weakening plane (Frgl) in the wafer; assembling the wafer to a support assembly (Sprt.Set); detaching a portion of the wafer so as to define a ferroelectric layer (Ferrolay) assembled to the support assembly (Sprt.Set) so as to obtain a structure (Struct), the ferroelectric layer having a negative polarization (P1); carrying out an additional full-field hydrogen implantation step, configured so as to correct or prevent the occurrence of polarization inversion in the volume of the ferroelectric layer and/or at its interface with the support assembly (Sprt.Ens); and applying at least a first heat treatment to the structure (Strct). Figure to be published with the abstract: Fig. 2

Description

Procédé de fabrication d’une couche ferroélectrique reportée sur un substrat et de polarisation à homogénéité amélioréeMethod for manufacturing a ferroelectric layer transferred onto a substrate and for polarization with improved homogeneity DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTIONTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

L'invention concerne un procédé de fabrication d’une couche ferroélectrique reportée sur un substrat et de polarisation à homogénéité améliorée dans son épaisseur. Une telle structure peut être exploitée pour former par exemple des composants radiofréquences (RF) en particulier des composants à ondes élastiques, en particulier des composants à ondes acoustique de surface (SAW) ou de volume (BAW).The invention relates to a method of manufacturing a ferroelectric layer transferred onto a substrate and polarization with improved homogeneity in its thickness. Such a structure can be used to form, for example, radiofrequency (RF) components, in particular elastic wave components, in particular surface acoustic wave (SAW) or volume acoustic wave (BAW) components.

ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUETECHNOLOGICAL BACKGROUND

Il existe plusieurs types d’applications mettant à profit ou influencées par les propriétés de polarisation des matériaux ferroélectriques et la présence de domaines de polarisations opposées les unes aux autres. On peut citer des dispositifs électroacoustiques tels que les dispositifs à ondes acoustiques de surface (dispositifs SAW pour Surface Acoustic Wave en terminologie anglaise) ou les dispositifs à ondes acoustiques de volume (dispositifs BAW pour Bulk Acoustic Wave en terminologie anglaise). L’existence de ces applications a motivé le développement de procédés de contrôle des domaines de polarisation des couches ferroélectrique.There are several types of applications that take advantage of or are influenced by the polarization properties of ferroelectric materials and the presence of polarization domains opposite each other. These include electroacoustic devices such as surface acoustic wave devices (SAW devices) or bulk acoustic wave devices (BAW devices). The existence of these applications has motivated the development of methods for controlling the polarization domains of ferroelectric layers.

L’article “ “Seeing Is Believing”-In-Depth Analysis by Co-Imaging of Periodically-Poled X-Cut Lithium Niobate Thin Films”, de Sven Reitzig et al., publié dans Crystals 2021, 11, 288, décrit une couche de niobate de lithium intégrée sur un substrat de silicium par l’intermédiaire d’une couche de silice, et le contrôle de la polarisation de cette couche parallèlement au plan dans lequel elle s’étend, par application d’une tension entre des électrodes disposées de manière périodique sur la surface libre de la couche. Il est à noter que, dans une telle structure ne comportant des électrodes que sur la seule face libre du cristal, le contrôle d’une polarisation qui serait perpendiculaire au substrat au moyen d’un champ électrique, en l’absence d’électrode enterrée, requerrait des tensions risquant de provoquer le claquage de la couche de silice.The article “Seeing Is Believing – In-Depth Analysis by Co-Imaging of Periodically-Poled X-Cut Lithium Niobate Thin Films” by Sven Reitzig et al., published in Crystals 2021, 11, 288, describes a lithium niobate layer embedded on a silicon substrate via a silica layer, and the control of the polarization of this layer parallel to the plane in which it extends, by applying a voltage between electrodes arranged periodically on the free surface of the layer. It should be noted that, in such a structure with electrodes only on the free face of the crystal, controlling a polarization that would be perpendicular to the substrate by means of an electric field, in the absence of a buried electrode, would require voltages that risk causing the breakdown of the silica layer.

Le document EP 0 592 226 A1 décrit un dispositif de conversion de fréquence optique obtenu par la juxtaposition périodique de bandes parallèles de polarisation inversée au niveau d’une face d’un substrat ferroélectrique présentant une polarisation spontanée perpendiculaire au plan d’extension du substrat, c’est-à-dire perpendiculaire à cette face. L’inversion de la polarisation selon les bandes est obtenue par réalisation d’un échange protonique à travers un masque.Document EP 0 592 226 A1 describes an optical frequency conversion device obtained by the periodic juxtaposition of parallel bands of inverted polarization at one face of a ferroelectric substrate having a spontaneous polarization perpendicular to the plane of extension of the substrate, i.e. perpendicular to this face. The inversion of the polarization according to the bands is obtained by carrying out a proton exchange through a mask.

Le document WO 2005/052682 A1 décrit l’inversement localisé de la polarisation d’un cristal ferroélectrique de polarisation spontanée perpendiculaire à l’une de ses faces, par application d’un champ électrique selon des bandes périodiques juxtaposées, au moyen d’électrodes à gel disposées sur cette face et la face opposée du cristal.Document WO 2005/052682 A1 describes the localized reversal of the polarization of a ferroelectric crystal with spontaneous polarization perpendicular to one of its faces, by application of an electric field along juxtaposed periodic bands, by means of gel electrodes arranged on this face and the opposite face of the crystal.

Les structure et procédés présentés ci-dessus, s’ils permettent effectivement de contrôler les domaines de polarisation d’une couche ferroélectrique à sa surface, restent peu pratiques et ne permettent pas le contrôle de la polarisation dans l’épaisseur de cette couche ou son intégration sur un support.The structures and methods presented above, if they effectively allow the control of the polarization domains of a ferroelectric layer on its surface, remain impractical and do not allow the control of the polarization in the thickness of this layer or its integration on a support.

En réponse à ces insuffisances, la demande de brevet internationale de numéro de publication WO 2020/200986 A1 et les demandes de brevets en France de numéros de dépôts FR2301220 et FR2301221 proposent des techniques de report de couches ferroélectriques sur un substrat. Cependant, ces techniques ne résolvent pas le problème de façon totalement satisfaisante, en ce que, en fin de fabrication, les couches ferroélectriques reportées peuvent présenter des inhomogénéités incontrôlées de polarisation dans l’épaisseur de la couche, en particulier en ce qui concerne le report de couches ferroélectriques ayant une polarisation négative sur le substrat support final.In response to these shortcomings, the international patent application with publication number WO 2020/200986 A1 and the patent applications in France with filing numbers FR2301220 and FR2301221 propose techniques for transferring ferroelectric layers onto a substrate. However, these techniques do not solve the problem in a completely satisfactory manner, in that, at the end of manufacturing, the transferred ferroelectric layers may exhibit uncontrolled polarization inhomogeneities in the thickness of the layer, in particular with regard to the transfer of ferroelectric layers having a negative polarization onto the final support substrate.

Un objet de l’invention est de fournir un procédé de fabrication d’une couche ferroélectrique reportée sur un substrat, le procédé corrigeant ou prévenant les éventuelles inhomogénéités de polarisation qui pourraient apparaître dans leur épaisseur, en particulier pour la situation où l’on cherche à obtenir une couche ferroélectrique de polarisation négative, c’est-à-dire orientée vers le support de la couche ferroélectrique.An object of the invention is to provide a method for manufacturing a ferroelectric layer transferred onto a substrate, the method correcting or preventing any polarization inhomogeneities which could appear in their thickness, in particular for the situation where it is sought to obtain a ferroelectric layer of negative polarization, that is to say oriented towards the support of the ferroelectric layer.

En vue de la réalisation de ces objets, un aspect de l’invention est un procédé de fabrication d’une structure comportant une couche ferroélectrique de polarisation négative, comprenant les étapes de : fournir une plaquette de matériau ferroélectrique ayant une première face et présentant une polarisation orienté vers cette face ; former un plan de fragilisation dans la plaquette de matériau ferroélectrique par une implantation d’ions hydrogène à travers la première face ; assembler la plaquette de matériau ferroélectrique comportant le plan de fragilisation à un ensemble de support par mise en contact de la première face avec une surface libre de l’ensemble de support ; détacher une partie de la plaquette de matériau ferroélectrique de manière à définir une couche ferroélectrique détachée de la plaquette de matériau ferroélectrique et assemblée à l’ensemble de support de manière à obtenir une structure formée de la couche ferroélectrique et de l’ensemble de support, la couche ferroélectrique présentant une polarisation négative ; procéder à une étape d’implantation plein champ d’hydrogène additionnelle, paramétrée de manière à corriger ou à prévenir la survenue d’inversion de polarisation dans le volume de la couche ferroélectrique et/ou à son interface avec l’ensemble de support ; et appliquer au moins un premier traitement thermique à la structure.To achieve these objects, one aspect of the invention is a method for manufacturing a structure comprising a negatively polarized ferroelectric layer, comprising the steps of: providing a plate of ferroelectric material having a first face and having a polarization oriented towards this face; forming a weakening plane in the plate of ferroelectric material by implanting hydrogen ions through the first face; assembling the plate of ferroelectric material having the weakening plane to a support assembly by bringing the first face into contact with a free surface of the support assembly; detaching a portion of the plate of ferroelectric material so as to define a ferroelectric layer detached from the plate of ferroelectric material and assembled to the support assembly so as to obtain a structure formed from the ferroelectric layer and the support assembly, the ferroelectric layer having a negative polarization; carrying out an additional full-field hydrogen implantation step, configured so as to correct or prevent the occurrence of polarization inversion in the volume of the ferroelectric layer and/or at its interface with the support assembly; and applying at least a first heat treatment to the structure.

Un avantage du procédé selon l’invention est sa capacité à produire une structure incluant une couche ferroélectrique reportée sur un substrat et avec une polarisation négative, orientée vers l’interface entre la couche ferroélectrique et son support, présentant une homogénéité améliorée sur son épaisseur par rapport aux procédés connus de fabrications Une telle structure facilite par exemple l’intégration de fonctions d’acoustique de volume tout en maintenant un coût bas et en permettant un haut niveau de performances.An advantage of the method according to the invention is its ability to produce a structure including a ferroelectric layer transferred onto a substrate and with a negative polarization, oriented towards the interface between the ferroelectric layer and its support, presenting improved homogeneity over its thickness compared to known manufacturing methods. Such a structure facilitates, for example, the integration of volume acoustic functions while maintaining a low cost and allowing a high level of performance.

Selon des caractéristiques additionnelles non-limitative de l’invention, considérées individuellement ou selon toute combinaison techniquement réalisable :According to additional non-limiting characteristics of the invention, considered individually or in any technically feasible combination:

- l’étape d’implantation d’hydrogène additionnelle peut être effectuée après le au moins un premier traitement thermique, le procédé comprenant en outre une étape d’application d’un second traitement thermique à la structure après l’étape d’implantation d’hydrogène additionnelle ;- the additional hydrogen implantation step can be carried out after the at least one first heat treatment, the method further comprising a step of applying a second heat treatment to the structure after the additional hydrogen implantation step;

- le procédé peut en outre comprendre une étape d’amincissement de la couche ferroélectrique, préférentiellement entre l’étape d’application du premier traitement thermique et l’étape d’application du second traitement thermique ;- the method may further comprise a step of thinning the ferroelectric layer, preferably between the step of applying the first heat treatment and the step of applying the second heat treatment;

- l’étape d’implantation d’hydrogène additionnelle peut être effectuée avant le au moins un premier traitement thermique ;- the additional hydrogen implantation step can be carried out before at least one first heat treatment;

- le procédé pouvant en outre comprendre une étape d’amincissement de la couche ferroélectrique, préférentiellement après l’étape d’application du premier traitement thermique ;- the method may further comprise a step of thinning the ferroelectric layer, preferably after the step of applying the first heat treatment;

- le procédé peut comprendre une étape de caractérisation d’une structure de référence, un ajustement de paramètres de l’étape d’implantation d’hydrogène additionnelle pouvant être définis en réponse à cette caractérisation ;- the method may comprise a step of characterizing a reference structure, an adjustment of parameters of the additional hydrogen implantation step being able to be defined in response to this characterization;

- l’étape d’implantation additionnelle d’ions hydrogène peut comprendre une première implantation ionique de correction dans la couche ferroélectrique, paramétrée de manière à générer un parcours projeté des ions hydrogène implantés tel qu’une profondeur de son maximum atteigne ou dépasse une profondeur de d’interface entre (i) un volume de polarisation stable de la couche ferroélectrique et (ii) un volume de polarisation inversée en raison de la formation du plan de fragilisation ou de polarisation qui s’inverserait en raison de la formation du plan de fragilisation si un traitement thermique était appliqué ;- the step of additional implantation of hydrogen ions may comprise a first correction ion implantation in the ferroelectric layer, parameterized so as to generate a projected path of the implanted hydrogen ions such that a depth of its maximum reaches or exceeds a depth of interface between (i) a volume of stable polarization of the ferroelectric layer and (ii) a volume of reversed polarization due to the formation of the embrittlement plane or polarization which would reverse due to the formation of the embrittlement plane if a heat treatment were applied;

- l’étape d’implantation additionnelle d’ions hydrogène peut comprendre une seconde implantation ionique de correction, paramétrée de manière à générer un parcours projeté des ions hydrogène implantés tel qu’une profondeur de son maximum atteigne ou dépasse la profondeur de l’interface entre (i) la couche ferroélectrique et (ii) l’ensemble de support, de préférence à une distance à cette interface qui est inférieure à l’épaisseur d’un volume de polarisation qui est limité par cette interface et qui est multidomaine ou inversée par rapport à une polarisation d’un volume de polarisation stable de la couche ferroélectrique ou qui s’inverserait ou deviendrait multidomaine si un traitement thermique était appliqué ;- the additional hydrogen ion implantation step may comprise a second correction ion implantation, parameterized so as to generate a projected path of the implanted hydrogen ions such that a depth of its maximum reaches or exceeds the depth of the interface between (i) the ferroelectric layer and (ii) the support assembly, preferably at a distance to this interface which is less than the thickness of a polarization volume which is limited by this interface and which is multidomain or inverted with respect to a polarization of a stable polarization volume of the ferroelectric layer or which would invert or become multidomain if a heat treatment were applied;

- l’étape d’implantation plein champ d’hydrogène additionnelle peut être paramétrée de manière à obtenir une concentration d’hydrogène comprise entre 1019à 1022at/cm3dans un volume de la structure ;- the additional full-field hydrogen implantation step can be configured to obtain a hydrogen concentration of between 10 19 and 10 22 at/cm 3 in a volume of the structure;

- la couche ferroélectrique peut s’étendre dans un plan d’extension et la polarisation fait un angle avec compris dans une plage angulaire allant de -20° à -160° par rapport au plan d’extension ;- the ferroelectric layer can extend in an extension plane and the polarization makes an angle with included in an angular range from -20° to -160° relative to the extension plane;

- la couche ferroélectrique peut être une couche de niobate de lithium ou de tantalate de lithium.- the ferroelectric layer can be a layer of lithium niobate or lithium tantalate.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURESBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée de l’invention qui va suivre en référence aux figures annexées sur lesquels :Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the detailed description of the invention which follows with reference to the appended figures in which:

FIG. 1LaFIG. 1illustre des coupes cristallines de monocristaux ; FIG. 1 There FIG. 1 illustrates crystal sections of single crystals;

FIG. 2LaFIG. 2représente la fabrication d’une structure comprenant une couche ferroélectrique reportée sur un support ; FIG. 2 There FIG. 2 represents the manufacture of a structure comprising a ferroelectric layer transferred onto a support;

FIG. 3LaFIG. 3illustre l’influence de la fabrication de laFIG. 2sur la polarisation de la couche ferroélectrique reportée ; FIG. 3 There FIG. 3 illustrates the influence of the manufacture of the FIG. 2 on the polarization of the reported ferroelectric layer;

FIG. 4LaFIG. 4illustre un mécanisme d’inversion de polarisation dans une couche de matériau ferroélectrique ; FIG. 4 There FIG. 4 illustrates a polarization reversal mechanism in a layer of ferroelectric material;

FIG. 5LaFIG. 5illustre un procédé de correction de la polarisation d’un matériau ferroélectrique au moyen d’une première implantation ionique ; FIG. 5 There FIG. 5 illustrates a method of correcting the polarization of a ferroelectric material by means of a first ion implantation;

FIG. 6LaFIG. 6illustre un procédé de correction de la polarisation d’un matériau ferroélectrique au moyen d’une seconde implantation ionique ; FIG. 6 There FIG. 6 illustrates a method of correcting the polarization of a ferroelectric material by means of a second ion implantation;

FIG. 7LaFIG. 7illustre une structure comprenant une couche ferroélectrique reportée de polarisation à homogénéité améliorée ; FIG. 7 There FIG. 7 illustrates a structure comprising a polarization-deferred ferroelectric layer with improved homogeneity;

FIG. 8LaFIG. 8illustre un premier procédé de fabrication selon l’invention ; FIG. 8 There FIG. 8 illustrates a first manufacturing method according to the invention;

FIG. 9LaFIG. 9illustre une polarisation d’orientation négative ; et FIG. 9 There FIG. 9 illustrates a negative orientation polarization; and

FIG. 10LaFIG. 10illustre un second procédé de fabrication selon l’invention. FIG. 10 There FIG. 10 illustrates a second manufacturing method according to the invention.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTIONDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Premier mode de réalisation de l’inventionFirst embodiment of the invention

Selon le dispositif piézoélectrique que l’on souhaite réaliser, il convient de choisir une orientation pour la polarisation de la couche active de matériau piézoélectrique, qui est constituée d’une couche de matériau ferroélectrique monocristallin.Depending on the piezoelectric device to be produced, it is necessary to choose an orientation for the polarization of the active layer of piezoelectric material, which is made up of a layer of monocrystalline ferroelectric material.

Ce matériau ferroélectrique peut être obtenu par croissance cristalline selon la méthode dite « Czochralski » qui permet d’obtenir un matériau monocristallin massif sous la forme d’un cylindre allongé dit « boule » ou « lingot » en tirant un germe cristallin d’orientation choisie baignant dans un matériau fondu correspondant au cristal à former, selon une direction de tirage. Le monocristal croît selon cette direction de tirage. Des plaquettes du matériau ferroélectrique sont alors obtenues par découpe du lingot à un angle déterminé par rapport à sa direction de croissance, puis préparées et intégrées en tant que couche ferroélectrique dans, par exemple, un dispositif piézoélectrique.This ferroelectric material can be obtained by crystal growth using the so-called "Czochralski" method, which makes it possible to obtain a solid monocrystalline material in the form of an elongated cylinder called a "ball" or "ingot" by pulling a crystal seed of chosen orientation immersed in a molten material corresponding to the crystal to be formed, in a pulling direction. The monocrystal grows in this pulling direction. Platelets of the ferroelectric material are then obtained by cutting the ingot at a determined angle relative to its growth direction, then prepared and integrated as a ferroelectric layer in, for example, a piezoelectric device.

L’orientation de la polarisation de la couche dépend de l’orientation cristalline de la plaquette découpée, qui ne correspond pas, dans le cas général, à la direction de la croissance du monocristal. Bien entendu l’homme de métier sait choisir le germe le plus approprié et proche de l’orientation cristalline voulue pour le tirage du lingot afin de réduire les pertes de matière lors de la découpe et de l’usinage en plaquettes circulaires.The orientation of the polarization of the layer depends on the crystalline orientation of the cut wafer, which does not correspond, in the general case, to the direction of growth of the single crystal. Of course, the skilled person knows how to choose the most appropriate seed close to the desired crystalline orientation for the drawing of the ingot in order to reduce material losses during cutting and machining into circular wafers.

La figure 1 illustre en (A) et (B) les orientations de couches de LiTaO3désignées par 42RY et -138RY, respectivement. Ces appellations dérivent du repérage de l’orientation cristallographique de ces couches, correspondant à des rotations respectives de 42° et -138° des axes y et z par rapport au sens trigonométrique autour de l’axe x pour donner les axes x’, y’ et z’, les axes x, y et z correspondant aux axes cristallographiques propres du monocristal et l’axe y’ étant aligné avec la direction normale à la surface découpée et usinée. Plus spécifiquement, les axes x, y et z correspondent aux axes , , et , respectivement.Figure 1 illustrates in (A) and (B) the orientations of LiTaO 3 layers designated by 42RY and -138RY, respectively. These names derive from the identification of the crystallographic orientation of these layers, corresponding to respective rotations of 42° and -138° of the y and z axes with respect to the counterclockwise direction around the x axis to give the x', y' and z' axes, the x, y and z axes corresponding to the crystallographic axes proper to the single crystal and the y' axis being aligned with the direction normal to the cut and machined surface. More specifically, the x, y and z axes correspond to the axes , , And , respectively.

Après le tirage selon une direction choisie il est connu par l’homme de métier de réaliser une polarisation par application d’un champ électrique dans la direction z lors du passage en température en-dessous de la température de Curie pour déterminer le sens de la polarisation.After pulling in a chosen direction, it is known to those skilled in the art to carry out polarization by applying an electric field in the z direction when the temperature falls below the Curie temperature to determine the direction of polarization.

De manière conventionnelle, une polarisation dite négative est une polarisation d’orientation dirigée vers l’intérieur du matériau ou de la structure concerné, ou autrement dit la projection de l’axe z sur l’axe y’ est négative.Conventionally, a so-called negative polarization is a polarization of orientation directed towards the interior of the material or structure concerned, or in other words the projection of the z axis onto the y' axis is negative.

Conventionnellement, pour une couche ferroélectrique fixée à un substrat, on désignera comme une couche de polarisation positive une couche dont l’orientation de la polarisation est dirigée vers la surface libre de la couche.Conventionally, for a ferroelectric layer fixed to a substrate, a layer whose polarization orientation is directed towards the free surface of the layer will be designated as a positive polarization layer.

Inversement, toujours pour une couche ferroélectrique fixée à un substrat, on désignera comme une couche de polarisation négative une couche dont l’orientation de la polarisation est dirigée vers l’intérieur, c’est à dire vers l’interface entre la couche et son support.Conversely, still for a ferroelectric layer fixed to a substrate, we will designate as a negative polarization layer a layer whose polarization orientation is directed inwards, that is to say towards the interface between the layer and its support.

La figure (2) illustre en (D) une situation dans laquelle la polarisation P1 d’une couche ferroélectrique Ferrolayest négative : elle est orientée vers l’interface entre la couche ferroélectrique P1 et l’ensemble la supportant, ce dernier étant ici constitué d’une couche intermédiaire Int sur une couche de support Sprt. On peut aussi dire que la composante de la polarisation selon la direction verticale Vert perpendiculaire à la couche ferroélectrique et orientée de l’ensemble support vers la couche ferroélectrique, est négative. Cette composante est obtenue par une projection normale de la polarisation sur la direction Vert.Figure (2) illustrates in (D) a situation in which the polarization P1 of a ferroelectric layer Ferro lay is negative: it is oriented towards the interface between the ferroelectric layer P1 and the assembly supporting it, the latter here consisting of an intermediate layer Int on a support layer Sprt. We can also say that the component of the polarization in the vertical direction Vert perpendicular to the ferroelectric layer and oriented from the support assembly towards the ferroelectric layer, is negative. This component is obtained by a normal projection of the polarization on the direction Vert.

Pour obtenir un dispositif piézoélectrique muni, par exemple, d’une couche ferroélectrique de polarisation négative, il faut choisir à l’avance les caractéristiques de la plaquette de matériau ferroélectrique employée pour fabriquer le dispositif, et tenir compte du procédé de fabrication et de ses impacts potentiels sur la polarisation de la plaquette.To obtain a piezoelectric device equipped, for example, with a negatively polarized ferroelectric layer, it is necessary to choose in advance the characteristics of the ferroelectric material wafer used to manufacture the device, and to take into account the manufacturing process and its potential impacts on the polarization of the wafer.

LaFIG. 2illustre le principe général d’un procédé de fabrication de la structure Struct illustrée en (D), et qui inclut une étape de report d’une couche ferroélectrique Ferrolaysur un ensemble de support Sprt.Set formé de la couche intermédiaire Int sur la couche de support Sprt, la couche intermédiaire étant interposée entre la couche ferroélectrique Ferrolayet la couche de support. De manière non-limitative, on peut aussi trouver une couche d’un autre matériau, en particulier une couche d’oxyde de silicium, sur la face de la couche ferroélectrique Ferrolayavant de l’agencer sur la couche intermédiaire Int. La structure Struct est par exemple conçue pour être intégrée à un dispositif électroacoustique.There FIG. 2 illustrates the general principle of a method for manufacturing the structure Struct illustrated in (D), and which includes a step of transferring a ferroelectric layer Ferro lay onto a support assembly Sprt.Set formed of the intermediate layer Int on the support layer Sprt, the intermediate layer being interposed between the ferroelectric layer Ferro lay and the support layer. In a non-limiting manner, it is also possible to find a layer of another material, in particular a layer of silicon oxide, on the face of the ferroelectric layer Ferro lay before arranging it on the intermediate layer Int. The structure Struct is for example designed to be integrated into an electroacoustic device.

Les caractéristiques de l’ensemble de support peuvent affecter les propriétés acoustiques de la couche Ferrolay, ce qui est d’importance dans le cas d’une structure faisant partie d’un dispositif acoustique. La nature et l'épaisseur de ces couches peuvent donc également être déterminantes pour réaliser le traitement recherché d’un signal électrique, ou pour le moins influencer ce traitement. Dans l'exemple représenté sur laFIG. 2, l’ensemble de support peut comprendre la couche de support Sprt, et la couche intermédiaire Int d'assemblage diélectrique, de préférence comprenant un oxyde, directement en contact avec la couche mince ferroélectrique Ferrolay.The characteristics of the support assembly can affect the acoustic properties of the Ferro lay layer, which is important in the case of a structure forming part of an acoustic device. The nature and thickness of these layers can therefore also be decisive in achieving the desired processing of an electrical signal, or at least influencing this processing. In the example shown in the FIG. 2 , the support assembly may comprise the support layer Sprt, and the intermediate layer Int of dielectric assembly, preferably comprising an oxide, directly in contact with the ferroelectric thin layer Ferro lay .

Pour des raisons de disponibilité et de coût, la couche de support Sprt peut être en silicium. Il peut s’agir d’un support constitué d’un substrat de base massif en silicium monocristallin, mais l’invention n’est pas limitée à ce support qui peut, plus généralement, être constitué de tout matériau, par exemple du silicium, même électriquement isolant tel que du saphir ou du verre. La couche de support Sprt, lorsque qu’elle est formée d’un substrat massif présente typiquement une épaisseur de plusieurs centaines de microns. On peut limiter la sorte la densité des charges électriques, trous ou électrons, qui sont susceptibles de se déplacer dans la couche de support et qui pourraient affecter le bon fonctionnement d’un composant RF qui serait formé sur la base de la structure Struct. La couche de support Sprt peut ainsi être constituée d'un substrat de silicium haute résistivité, c'est-à-dire présentant une résistivité supérieure à 1000 ohm-centimètre, et plus préférentiellement encore supérieure à 3000 ohm-centimètre. Pour appuyer le caractère résistif de la couche de support Sprt, on peut prévoir de munir la couche support Sprt d’une couche de piégeage de charges du côté de la couche ferroélectrique, par exemple formée de silicium polycristallin. On peut bien entendu prévoir de former cette couche de piégeage de charges par d'autre technique que celle prévoyant une couche formée de silicium polycristallin. Cette couche peut également comprendre du carbone ou être constituée de ou comprendre du carbure de silicium ou un alliage de silicium et de carbone. Il peut alternativement s'agir de réaliser les pièges électriques par bombardement ionique d'espèces relativement lourdes (par exemple de l'argon) dans une partie superficielle de la couche de support afin d'y créer des défauts cristallins apte à piéger des charges électriques. On peut également prévoir une couche de piégeage de charges formée d'une matière poreuse, par exemple par porosification d'une partie superficielle de la couche de support Sprt lorsque celle-ci est en silicium. Mais l’invention n’est pas limitée à une couche de support présentant de telles caractéristiques.For reasons of availability and cost, the Sprt support layer may be made of silicon. It may be a support consisting of a solid base substrate of monocrystalline silicon, but the invention is not limited to this support which may, more generally, be made of any material, for example silicon, even electrically insulating such as sapphire or glass. The Sprt support layer, when it is formed of a solid substrate, typically has a thickness of several hundred microns. This can limit the density of electrical charges, holes or electrons, which are likely to move in the support layer and which could affect the proper functioning of an RF component which would be formed on the basis of the Struct structure. The Sprt support layer may thus be made of a high-resistivity silicon substrate, i.e. having a resistivity greater than 1000 ohm-centimeter, and more preferably still greater than 3000 ohm-centimeter. To support the resistive nature of the Sprt support layer, it is possible to provide the Sprt support layer with a charge trapping layer on the side of the ferroelectric layer, for example formed from polycrystalline silicon. It is of course possible to provide this charge trapping layer by a technique other than that providing a layer formed from polycrystalline silicon. This layer may also comprise carbon or be made of or comprise silicon carbide or an alloy of silicon and carbon. Alternatively, it may involve producing the electric traps by ion bombardment of relatively heavy species (for example argon) in a surface part of the support layer in order to create crystalline defects capable of trapping electric charges. It is also possible to provide a charge trapping layer formed from a porous material, for example by porosification of a surface part of the Sprt support layer when the latter is made of silicon. But the invention is not limited to a support layer having such characteristics.

A titre d'exemple, la couche intermédiaire Int peut être en oxyde de silicium, en nitrure de silicium, ou être formée d'un empilement de couches composées de ces matériaux.For example, the intermediate layer Int may be made of silicon oxide, silicon nitride, or be formed from a stack of layers composed of these materials.

Alternativement, la couche intermédiaire peut être une couche métallique électriquement conductrice interposée entre la couche ferroélectrique Ferrolayet la couche de support Sprt. Dans cet exemple, la couche métallique Int est en contact direct avec chacun du support Sprt et de la couche ferroélectrique Ferrolay. La couche Int pourra dans ce cas être utilisée par la suite en tant qu’électrode enterrée destinée à appliquer un champ électrique à la couche ferroélectrique Ferrolay.Alternatively, the intermediate layer may be an electrically conductive metal layer interposed between the ferroelectric layer Ferro lay and the support layer Sprt. In this example, the metal layer Int is in direct contact with each of the support Sprt and the ferroelectric layer Ferro lay . The layer Int may in this case subsequently be used as a buried electrode intended to apply an electric field to the ferroelectric layer Ferro lay .

La présence d’une couche intermédiaire Int ne représente qu’une option. Toutes les applications ne requièrent pas la présence d’une telle couche.The presence of an Int intermediate layer is only an option. Not all applications require the presence of such a layer.

De manière conventionnelle, la structure Struct peut se présenter sous la forme d'une plaquette circulaire dont le diamètre peut être de 100, 200, 300 voire même 450 mm, mais l'invention n'est nullement limitée à ces dimensions ou à cette forme.Conventionally, the Struct structure may be in the form of a circular plate whose diameter may be 100, 200, 300 or even 450 mm, but the invention is in no way limited to these dimensions or this shape.

La couche ferroélectrique Ferrolaypeut être constituée d’un matériau ferroélectrique monocristallin, tel que du tantalate de lithium LiTaO3ou du niobate de lithium LiNbO3, ou encore des matériaux tels que BaTiO3, PbZrTiO3, KNbO3, BaZrO3, PbTiO3ou de KTaO3. Ces matériaux présentent également des propriétés piézoélectriques. D’une manière générale, la couche ferroélectrique peut présenter une épaisseur comprise entre 10 nanomètres et 10 microns, selon l’application envisagée de la structure Struct et les performances attendues des composants, mais l’invention n’exclut pas l’utilisation d’épaisseurs différentes, toujours selon l’application envisagée. On rappelle qu’un matériau ferroélectrique est un matériau qui possède une polarisation électrique à l'état naturel, polarisation qui peut être renversée par l'application d'un champ électrique extérieur supérieur au champ coercitif du matériau. Comme illustré dans le présent document, la couche ferroélectrique présente préférablement une polarisation monodomaine, c’est-à-dire que tous les moments dipolaires sont alignés parallèlement les uns aux autres suivant une direction donnée. Ici, la direction donnée est inclinée par rapport au plan de la couche ferroélectrique, c’est-à-dire inclinée par rapport à la face libre de cette couche.The ferroelectric layer Ferro lay may be made of a single-crystal ferroelectric material, such as lithium tantalate LiTaO 3 or lithium niobate LiNbO3, or materials such as BaTiO 3 , PbZrTiO 3 , KNbO 3 , BaZrO 3 , PbTiO 3 or KTaO 3 . These materials also have piezoelectric properties. Generally, the ferroelectric layer may have a thickness of between 10 nanometers and 10 microns, depending on the intended application of the structure Struct and the expected performance of the components, but the invention does not exclude the use of different thicknesses, always depending on the intended application. It is recalled that a ferroelectric material is a material that has an electric polarization in its natural state, a polarization that can be reversed by applying an external electric field greater than the coercive field of the material. As illustrated in this document, the ferroelectric layer preferably has a single-domain polarization, that is, all the dipole moments are aligned parallel to each other in a given direction. Here, the given direction is inclined relative to the plane of the ferroelectric layer, that is, inclined relative to the free face of this layer.

En référence aux figures 2 à 9, la structure Struct peut être réalisée par un procédé 100 de fabrication par report d’une couche ferroélectrique sur un ensemble de support, le procédé état résumé par laFIG. 8et comprenant :

  • une étape S00 de choix et de fourniture d’une plaquette de matériau ferroélectrique monocristallin pour sa composition chimique et son orientation cristalline par rapport à son plan d’extension, afin qu’elle serve en tant que substrat donneur ferroélectrique Ferrosub, la plaquette choisie présente une polarisation positive monodomaine -P1, c’est à dire ayant une composante orientée dans la direction de sa face désignée par Top, c’est-à-dire que la plaquette a une orientation cristalline comprise entre 0RY et 180RY, comme illustré en (B) de laFIG. 2;
  • une étape S10 de préparation d’un ensemble de support Sprt.Ens, constitué ici d’une couche de support Sprt munie d’une couche intermédiaire Int à sa surface comme illustrée en (A) de laFIG. 2;
  • une étape S20 de préparation du substrat donneur ferroélectrique Ferrosubafin d’y former un plan de fragilisation Frgl en vue de la séparation d’une couche ferroélectrique Ferrolaydu substrat donneur Ferrosubà une étape ultérieure, comme illustré en (B), la profondeur du plan de fragilisation Fgrl dans le substrat donneur Ferrosubdéfinissant l’épaisseur de la couche ferroélectrique Ferrolay;
  • une étape S40 d’assemblage de l’ensemble de support Sprt.Ens avec le substrat donneur Ferrosub, par mise en contact de la face libre Fr.Fac de la couche intermédiaire Int avec la face Top du substrat donneur ferroélectrique Ferrosubafin de constituer une structure intermédiaire Structinterillustrée en (C), avec la couche intermédiaire Int interposée entre la couche de support Sprt et la face Top du donneur du substrat ferroélectrique Ferrosub, l’orientation de la polarité de la couche Ferrolay par rapport à la couche support est inversée, passant de -P1 à P1 du fait du retournement du substrat donneur Ferrosubpour l’assemblage ; et
  • une étape de S60 de détachement d’une partie du substrat donneur Ferrosubde la structure intermédiaire au niveau du plan de fragilisation, laissant la couche ferroélectrique Ferrolayfixée sur le support Sprt et permettant d’obtenir la structure Struct illustrée en (D), la couche ferroélectrique Ferrolayayant comme déjà dit une polarisation négative par rapport à la normale Vert de la surface libre ayant servie comme interface de détachement.
With reference to figures 2 to 9, the structure Struct can be produced by a manufacturing method 100 by transferring a ferroelectric layer onto a support assembly, the method being summarized by the FIG. 8 and including:
  • a step S00 of choosing and providing a wafer of monocrystalline ferroelectric material for its chemical composition and its crystalline orientation with respect to its extension plane, so that it serves as a ferroelectric donor substrate Ferro sub , the chosen wafer has a monodomain positive polarization -P1, that is to say having a component oriented in the direction of its face designated by Top, that is to say that the wafer has a crystalline orientation between 0RY and 180RY, as illustrated in (B) of the FIG. 2 ;
  • a step S10 of preparing a support assembly Sprt.Ens, consisting here of a support layer Sprt provided with an intermediate layer Int on its surface as illustrated in (A) of the FIG. 2 ;
  • a step S20 of preparing the ferroelectric donor substrate Ferro sub in order to form therein a weakening plane Frgl for the separation of a ferroelectric layer Ferro lay from the donor substrate Ferro sub in a subsequent step, as illustrated in (B), the depth of the weakening plane Fgrl in the donor substrate Ferro sub defining the thickness of the ferroelectric layer Ferro lay ;
  • a step S40 of assembling the support assembly Sprt.Ens with the donor substrate Ferrosub, by bringing the free face Fr.Fac of the intermediate layer Int into contact with the Top face of the ferroelectric donor substrate Ferro sub in order to constitute an intermediate structure Struct inter illustrated in (C), with the intermediate layer Int interposed between the support layer Sprt and the Top face of the donor of the ferroelectric substrate Ferro sub , the orientation of the polarity of the Ferrolay layer relative to the support layer is reversed, passing from -P1 to P1 due to the turning over of the donor substrate Ferro sub for the assembly; and
  • a step of S60 of detaching a part of the Ferro sub donor substrate from the intermediate structure at the level of the weakening plane, leaving the Ferro lay ferroelectric layer fixed on the Sprt support and making it possible to obtain the Struct structure illustrated in (D), the Ferro lay ferroelectric layer having as already said a negative polarization with respect to the Green normal of the free surface having served as a detachment interface.

Le substrat donneur Ferrosubillustrée en (B) est un substrat constitué du matériau ferroélectrique de la couche ferroélectrique Ferrolay. Il pourrait alternativement comprendre une épaisseur superficielle de ce matériau. Ainsi, le substrat donneur peut, à titre d’exemple, être formé d’un substrat massif de tantalate de lithium ou de niobate de lithium, ou encore d’un substrat composite formé d’un premier substrat sur lequel repose une épaisseur (au moins égale à celle de la couche Ferrolay) de tantalate de lithium ou de niobate de lithium. L’utilisation d’un substrat composite comprenant un substrat de support et une couche de matériau ferroélectrique s’avère nécessaire si la différence de coefficient de dilatation thermique du matériau ferroélectrique et du substrat final est trop grande pour permettre l’application du procédé Smart Cut. Cette approche est décrite en détail dans les documents WO2019002080 et WO2019186032 qui sont incorporés par référence.The Ferro sub donor substrate illustrated in (B) is a substrate made of the ferroelectric material of the Ferro lay ferroelectric layer. It could alternatively comprise a surface thickness of this material. Thus, the donor substrate may, for example, be formed of a bulk substrate of lithium tantalate or lithium niobate, or of a composite substrate formed of a first substrate on which rests a thickness (at least equal to that of the Ferro lay layer) of lithium tantalate or lithium niobate. The use of a composite substrate comprising a support substrate and a layer of ferroelectric material proves necessary if the difference in the coefficient of thermal expansion of the ferroelectric material and the final substrate is too great to allow the application of the Smart Cut process. This approach is described in detail in documents WO2019002080 and WO2019186032 which are incorporated by reference.

Le substrat donneur comprend donc au moins une couche de matériau ferroélectrique ayant une première polarisation positive -P1 monodomaine inclinée par rapport au plan d’extension de la couche ferroélectrique Ferrolayqui dépend de l’orientation cristalline choisie de la plaquette. Cette couche est destinée à être fixée à la couche intermédiaire Int avant d’être séparée du substrat donneur. De manière non-limitative, on peut aussi trouver une couche d’un autre matériau, en particulier une couche d’oxyde de silicium, sur la face de la couche ferroélectrique Ferrolayavant de l’agencer sur la couche intermédiaire Int.The donor substrate therefore comprises at least one layer of ferroelectric material having a first positive polarization -P1 monodomain inclined relative to the extension plane of the ferroelectric layer Ferro lay which depends on the chosen crystalline orientation of the wafer. This layer is intended to be fixed to the intermediate layer Int before being separated from the donor substrate. In a non-limiting manner, it is also possible to find a layer of another material, in particular a layer of silicon oxide, on the face of the ferroelectric layer Ferro lay before arranging it on the intermediate layer Int.

LaFIG. 2illustre une situation dans laquelle la couche ferroélectrique provient d’une coupe de LiTaO3du type 42RY, d’orientation illustrée en (A) de laFIG. 1. La polarisation de la couche est orientée vers le haut en (B) de laFIG. 2comme en (A) de laFIG. 1.There FIG. 2 illustrates a situation in which the ferroelectric layer comes from a LiTaO 3 section of the 42RY type, with the orientation shown in (A) of the FIG. 1 . The polarization of the layer is oriented upwards in (B) of the FIG. 2 as in (A) of the FIG. 1 .

Plus généralement, le procédé 100 s’applique à une coupe cristalline comprise dans la gamme s’étendant de 0RY à 180RY, de préférence 20RY à 160RY, pour le substrat donneur Ferrosub. La polarisation de la structure finale est donc négative, c’est-à-dire orienté de 0° à -180°, préférablement comprise dans une plage angulaire [Ang] allant de -20° à -160°, par rapport au plan de la couche ferroélectrique Ferrolay, comme illustré par laFIG. 9.More generally, the method 100 applies to a crystalline section in the range extending from 0RY to 180RY, preferably 20RY to 160RY, for the Ferro sub donor substrate. The polarization of the final structure is therefore negative, i.e. oriented from 0° to -180°, preferably in an angular range [Ang] going from -20° to -160°, relative to the plane of the ferroelectric layer Ferro lay , as illustrated by the FIG. 9 .

La couche ferroélectrique Ferrolaypeut être transférée du substrat donneur ferroélectrique Ferrosubpar mise en œuvre de la technologie Smart CutTM, auquel cas le substrat donneur doit être préparé par introduction d’espèce(s) légère(s) telles que de l’hydrogène et/ou de l’hélium dans ce substrat donneur. Cette introduction peut correspondre à une implantation d’hydrogène, c’est-à-dire, un bombardement ionique d’hydrogène de la face plane Top du substrat donneur Ferrosub. De façon connue en soi, et comme cela est illustré en (B), les ions hydrogène H+implantés ont pour but de former un plan de fragilisation Frgl délimitant la couche ferroélectrique Ferrolayde matériau ferroélectrique à transférer qui est située du côté de la face Top et une autre partie Ferrosepformant le reste du substrat et qui sera séparée de la couche ferroélectrique Ferrolayà une étape ultérieure.The ferroelectric layer Ferro lay can be transferred from the ferroelectric donor substrate Ferro sub by implementing the Smart Cut TM technology, in which case the donor substrate must be prepared by introducing light species such as hydrogen and/or helium into this donor substrate. This introduction may correspond to a hydrogen implantation, i.e., an ion bombardment of hydrogen of the flat face Top of the donor substrate Ferro sub . In a manner known per se, and as illustrated in (B), the implanted hydrogen ions H + are intended to form a weakening plane Frgl delimiting the ferroelectric layer Ferro lay of ferroelectric material to be transferred which is located on the side of the face Top and another part Ferro sep forming the rest of the substrate and which will be separated from the ferroelectric layer Ferro lay at a later stage.

La nature, la dose des espèces implantées et l’énergie d’implantation sont choisies en fonction de l’épaisseur de la couche que l’on souhaite transférer et des propriétés physico-chimiques du substrat donneur Ferrosub. Dans le cas d’un substrat donneur en LiTaO3, on pourra choisir d’implanter une dose d’hydrogène comprise entre 1016et 5.1017at/cm² avec une énergie comprise entre 30 et 300 keV pour délimiter une couche ferroélectrique Ferrolayde l’ordre de 200 à 2000 nm d’épaisseur.The nature, the dose of the implanted species and the implantation energy are chosen according to the thickness of the layer that we wish to transfer and the physicochemical properties of the Ferro sub donor substrate. In the case of a LiTaO 3 donor substrate, we can choose to implant a dose of hydrogen between 10 16 and 5.10 17 at/cm² with an energy between 30 and 300 keV to delimit a ferroelectric Ferro lay layer of the order of 200 to 2000 nm thick.

En (C) de laFIG. 2, la polarisation P1 est orientée vers l’interface entre la couche ferroélectrique Ferrolayet la couche intermédiaire Int, de sorte que la polarisation de la couche ferroélectrique est considérée comme négative.In (C) of the FIG. 2 , the polarization P1 is oriented towards the interface between the ferroelectric layer Ferro lay and the intermediate layer Int, so the polarization of the ferroelectric layer is considered negative.

Le substrat support Sprt peut présenter la même dimension et la même forme que celles du substrat donneur Ferrosub, mais l’invention ne se limite pas à une telle configuration et des dimensions, des formes et des configurations différentes peuvent être employées. Préalablement à l’assemblage, il peut être envisagé de préparer les faces des substrats à assembler par une étape de nettoyage, brossage, séchage, polissage, ou une activation par plasma, ou encore avant ou après nettoyage d’un dépôt d’une couche de collage.The Sprt support substrate may have the same size and shape as the Ferro sub donor substrate, but the invention is not limited to such a configuration and different sizes, shapes and configurations may be used. Prior to assembly, it may be envisaged to prepare the faces of the substrates to be assembled by a cleaning, brushing, drying, polishing, or plasma activation step, or before or after cleaning a deposit of a bonding layer.

L’assemblage peut correspondre à la mise en contact intime du substrat donneur Ferrosubavec le support Sprt par adhésion moléculaire et/ou collage électrostatique.The assembly may correspond to the intimate contact of the Ferro sub donor substrate with the Sprt support by molecular adhesion and/or electrostatic bonding.

Comme cela est bien connu, au cours d’un procédé d’adhésion moléculaire, les surfaces exposées du support Sprt et du substrat donneur Ferrosub, parfaitement propres, planes et lisses, sont mises en contact intime pour favoriser un collage électrostatique ou le développement de liaisons moléculaires, par exemple de type van der Waals ou covalentes. L’assemblage des deux corps est alors obtenu sans utilisation d’un adhésif.As is well known, during a molecular adhesion process, the exposed surfaces of the Sprt support and the Ferro sub donor substrate, which are perfectly clean, flat and smooth, are brought into intimate contact to promote electrostatic bonding or the development of molecular bonds, for example of the van der Waals or covalent type. The assembly of the two bodies is then obtained without the use of an adhesive.

L’assemblage peut comprendre l’application d’un traitement thermique de faible température (compris par exemple entre 50 et 300°C, typiquement 100°C) permettant de guérir des défauts cristallins présents dans la couche ferroélectrique et de renforcer suffisamment l’énergie de collage pour permettre une éventuelle étape ultérieure d’amincissement.The assembly may include the application of a low temperature heat treatment (e.g., 50 to 300°C, typically 100°C) to cure crystalline defects in the ferroelectric layer and to sufficiently enhance the bonding energy to allow a possible subsequent thinning step.

Dans le présent mode de réalisation, l’étape de détachement d’une partie du substrat donneur est réalisée par application de la technologie Smart Cut™, selon laquelle une couche destinée à former la couche ferroélectrique Ferrolayest délimitée par le plan de fragilisation Frgl défini par implantation d’ions hydrogène dans le substrat donneur, comme illustré en (B) de laFIG. 2. Après l’étape d’assemblage, cette couche est détachée du substrat donneur par fracture au niveau du plan de fragilisation Frgl et ainsi reportée sur le support Sprt, comme illustré en (D) de laFIG. 2.In the present embodiment, the step of detaching a portion of the donor substrate is carried out by applying Smart Cut™ technology, according to which a layer intended to form the ferroelectric layer Ferro lay is delimited by the embrittlement plane Frgl defined by implantation of hydrogen ions in the donor substrate, as illustrated in (B) of the FIG. 2 . After the assembly step, this layer is detached from the donor substrate by fracture at the level of the weakening plane Frgl and thus transferred to the support Sprt, as illustrated in (D) of the FIG. 2 .

Cette étape de détachement peut ainsi comprendre l’application à la structure intermédiaire Structinterd’un traitement thermique dans une gamme de température de l’ordre de 80°C à 300° pour permettre le détachement de la partie du substrat donneur de la couche ferroélectrique Ferrolayet ainsi compléter le transfert de celle-ci sur l’ensemble de support. En remplacement ou en complément du traitement thermique, cette étape peut comprendre l’application d’une lame ou un jet de fluide gazeux ou liquide, ou de tout autre effort de nature mécanique au niveau du plan de fragilisation Frgl.This detachment step may thus comprise the application to the intermediate structure Struct inter of a heat treatment in a temperature range of the order of 80°C to 300°C to enable the detachment of the part of the donor substrate from the ferroelectric layer Ferrol ay and thus complete the transfer of the latter onto the support assembly. As a replacement or in addition to the heat treatment, this step may comprise the application of a blade or a jet of gaseous or liquid fluid, or any other force of a mechanical nature at the level of the embrittlement plane Frgl.

A la suite de l’étape S60 qui a mené à l’obtention de la structure illustrée en (D) de laFIG. 2par séparation de la couche Ferrolaydu reste du substrat donneur Ferrsub, on applique un traitement thermique H.Treat-1 de stabilisation à la structure Struct, à une étape S80. Le traitement thermique de stabilisation permet de guérir des défauts cristallins présents dans la couche ferroélectrique et contribue à consolider le collage entre cette couche ferroélectrique Ferrolayet la couche intermédiaire Int. Dans le cas du LiTaO3, ce traitement thermique est prévu pour amener la couche ferroélectrique à une température comprise entre 300°C et la température de Curie du matériau ferroélectrique (et préférentiellement supérieure ou égale à 450°C, 500° ou 550°, jusqu’à 600°) pendant une durée comprise entre 5 minutes et 10 heures. Ce traitement thermique est préférentiellement réalisé en exposant la face libre de la couche diélectrique à une atmosphère gazeuse oxydante ou neutre.Following step S60 which led to obtaining the structure illustrated in (D) of the FIG. 2 by separating the Ferro lay layer from the rest of the Ferr sub donor substrate, a stabilizing heat treatment H.Treat-1 is applied to the Struct structure, at a step S80. The stabilizing heat treatment makes it possible to cure crystalline defects present in the ferroelectric layer and contributes to consolidating the bonding between this Ferro lay ferroelectric layer and the intermediate Int layer. In the case of LiTaO3, this heat treatment is intended to bring the ferroelectric layer to a temperature between 300°C and the Curie temperature of the ferroelectric material (and preferably greater than or equal to 450°C, 500° or 550°, up to 600°) for a period of between 5 minutes and 10 hours. This heat treatment is preferably carried out by exposing the free face of the dielectric layer to an oxidizing or neutral gas atmosphere.

Cependant, les inventeurs ont constaté que le traitement thermique H.Treat-1, combiné aux précédentes étapes de fabrication et à la structure Struct elle-même, a plusieurs effets modifiant localement la polarisation de la couche Ferrolay, comme expliqué à l’aide de laFIG. 3.However, the inventors found that the H.Treat-1 heat treatment, combined with the previous manufacturing steps and the Struct structure itself, has several effects locally modifying the polarization of the Ferro lay layer, as explained using the FIG. 3 .

L’un de ces effets est particulièrement gênant, modifiant la polarisation du cœur de la couche Ferrolay, c’est-à-dire une partie de la couche se situant à distance de sa surface ou de son interface avec l’ensemble de support. En effet, la présence d’un gradient de concentration d’ions hydrogène dans une couche ferroélectrique combinée à un traitement thermique à une température de l’ordre de 300° à 600°C, tel le traitement H.Treat-1, provoque une inversion de la polarisation du matériau ferroélectrique dans le volume où le gradient est suffisamment fort. Il est interprété que le gradient d’ions H+ implantés provoque l’apparition d’un champ électrique EHqui, à la faveur de l’activation thermique provoquée par la hausse de température, peut induire l’inversion de la polarisation dans un volume du matériau. Plus spécifiquement, lors d’un traitement thermique à suffisamment haute température, la polarisation du matériau ferroélectrique tend à prendre la même orientation que le champ EH, inversant donc la polarisation lorsque EHest orienté dans une direction opposée à celle du matériau avant application du traitement thermique.One of these effects is particularly troublesome, modifying the polarization of the core of the Ferro lay layer, that is to say a part of the layer located at a distance from its surface or its interface with the support assembly. Indeed, the presence of a hydrogen ion concentration gradient in a ferroelectric layer combined with a heat treatment at a temperature of the order of 300° to 600°C, such as the H.Treat-1 treatment, causes an inversion of the polarization of the ferroelectric material in the volume where the gradient is sufficiently strong. It is interpreted that the gradient of implanted H+ ions causes the appearance of an electric field E H which, thanks to the thermal activation caused by the increase in temperature, can induce the inversion of the polarization in a volume of the material. More specifically, during heat treatment at sufficiently high temperature, the polarization of the ferroelectric material tends to take the same orientation as the E H field, thus reversing the polarization when E H is oriented in a direction opposite to that of the material before application of the heat treatment.

LaFIG. 3illustre en quatre lignes Lin.A à Lin.D l’impact du traitement thermique H.Treat-1 de l’étape S80 sur la polarisation dans le volume de la couche Ferrolay, en liaison avec certaines étapes de fabrication. Chaque ligne correspond à une étape de fabrication et est divisée en deux colonnes. Une première colonne Col.1 illustre la polarisation de la couche Ferrolayen l’absence du traitement thermique et correspond aux étapes de fabrication de laFIG. 2, tandis qu’une seconde colonne Col.2 illustre les effets entraînés par ces différentes étapes lors de l’application du traitement thermique de l’étape S80. Il sera en particulier prêté attention à l’apparition et l’évolution de volumes de polarisations distinctes apparaissant dans la couche Ferrolay.There FIG. 3 illustrates in four lines Lin.A to Lin.D the impact of the heat treatment H.Treat-1 of step S80 on the polarization in the volume of the Ferro lay layer, in connection with certain manufacturing steps. Each line corresponds to a manufacturing step and is divided into two columns. A first column Col.1 illustrates the polarization of the Ferro lay layer in the absence of the heat treatment and corresponds to the manufacturing steps of the FIG. 2 , while a second column Col.2 illustrates the effects caused by these different steps during the application of the heat treatment of step S80. Particular attention will be paid to the appearance and evolution of volumes of distinct polarizations appearing in the Ferro lay layer.

La ligne Lin.A illustre le substrat donneur ferroélectrique Ferrosubà l’étape S00. Sa polarisation est indiquée par -P1 car opposée en direction à la polarisation P1 de la structure Struct finale à obtenir, illustrée en (D) de laFIG. 2. Cette polarisation est homogène dans l’ensemble du volume VBqui est défini, à ce moment, par le volume de l’ensemble du substrat donneur Ferrosub. Les deux colonne Col.1 et Col.2 ne présentent pas de différence : en l’absence d’ions hydrogène implantés selon un profile inhomogène dans le volume VBde Ferrosub, le traitement thermique n’amène pas de retournement de polarisation.Line Lin.A illustrates the ferroelectric donor substrate Ferro sub at step S00. Its polarization is indicated by -P1 because it is opposite in direction to the polarization P1 of the final Struct structure to be obtained, illustrated in (D) of the FIG. 2 . This polarization is homogeneous in the whole volume V B which is defined, at this moment, by the volume of the whole donor substrate Ferro sub . The two columns Col.1 and Col.2 do not present any difference: in the absence of hydrogen ions implanted according to an inhomogeneous profile in the volume V B of Ferro sub , the thermal treatment does not lead to a reversal of polarization.

La ligne Lin.B illustre l’état du substrat donneur Ferrosubaprès la formation du plan de fragilisation Frgl à l’étape S20. Sans le traitement thermique (voir Col.1), la polarisation du substrat donneur n’est pas modifiée. En revanche, à la suite du traitement thermique, ou si l’on appliquait le traitement thermique immédiatement sans procéder aux étapes S40 et S60, la polarisation serait inversée dans un volume de matériau VCissu du volume matériau VB, au voisinage du plan de fragilisation Frgl. La polarisation du volume VCcorrespond alors à celle d’une coupe -138RY de matériau ferroélectrique LiTaO3, comme indiquée par le nombre -138 sur la figure. En dehors du volume Vc, la polarisation reste inchangée.Line Lin.B illustrates the state of the Ferro sub donor substrate after the formation of the Frgl embrittlement plane at step S20. Without the heat treatment (see Col.1), the polarization of the donor substrate is not modified. On the other hand, following the heat treatment, or if the heat treatment were applied immediately without proceeding to steps S40 and S60, the polarization would be reversed in a volume of material V C from the material volume V B , in the vicinity of the Frgl embrittlement plane. The polarization of the volume V C then corresponds to that of a -138RY section of ferroelectric material LiTaO 3 , as indicated by the number -138 in the figure. Outside the volume Vc, the polarization remains unchanged.

Ce mécanisme est illustré par laFIG. 4, qui montre la répartition des ions hydrogène implantés dans la couche Ferrolaysous forme d’une concentration en hydrogène [H] selon la profondeur d’implantation Dpth à partir de la surface de la couche Ferrolay(représentation aussi désignée par « parcours projeté » dans le domaine de l’implantation ionique). Une telle répartition, fortement inhomogène selon la profondeur de la couche Ferrolay, génère le champ électrique EH, susceptible d’entraîner l’inversion de polarisation du volume concerné lorsqu’un traitement thermique à température suffisamment haute est appliqué. En effet, la polarisation tend dans ces conditions à prendre la même orientation que le champ électrique EH. Ici, une partie du volume VB, influencée par le gradient de concentration des ions hydrogène et le champ électrique qu’il génère, a vu sa polarisation s'inverser, passant P1 à -P1 dans le volume VC.This mechanism is illustrated by the FIG. 4 , which shows the distribution of hydrogen ions implanted in the Ferro lay layer in the form of a hydrogen concentration [H] according to the implantation depth Dpth from the surface of the Ferro lay layer (representation also referred to as "projected path" in the field of ion implantation). Such a distribution, highly inhomogeneous according to the depth of the Ferro lay layer, generates the electric field E H , likely to cause the polarization inversion of the volume concerned when a heat treatment at a sufficiently high temperature is applied. Indeed, the polarization tends under these conditions to take the same orientation as the electric field E H . Here, a part of the volume V B , influenced by the concentration gradient of the hydrogen ions and the electric field that it generates, has seen its polarization reverse, passing P1 to -P1 in the volume V C .

La ligne Lin.C illustre l’état du substrat donneur à la suite de son assemblage à l’ensemble de support à l’étape S40. Pour ce faire, le substrat donneur est retourné. Par symétrie, on se retrouve dans la situation que l’on aurait si l’on avait employé une coupe -138RY de matériau ferroélectrique LiTaO3 en tant que substrat Ferrosubsans que le retournement lors de l’assemblage ait été effectué. En pratique, les polarisations des deux volume VBet VCse retrouvent inversées, comme indiqué par les flèches de polarisation P1 et -P1 et par les indications 42 et -138 correspondant aux coupe 42RY et -138RY.Line Lin.C illustrates the state of the donor substrate following its assembly to the support assembly at step S40. To do this, the donor substrate is turned over. By symmetry, we find ourselves in the situation that we would have if we had used a -138RY cut of ferroelectric material LiTaO3 as the Ferrosub substrate without the turning over during assembly having been carried out. In practice, the polarizations of the two volumes V B and V C are found to be reversed, as indicated by the polarization arrows P1 and -P1 and by the indications 42 and -138 corresponding to the 42RY and -138RY cuts.

La ligne Lin.D illustre, outre la présence des deux volumes VBet VCdéjà décrits, la présence de deux autres volumes VAet VDde polarisations inversées, issus respectivement des volume VBet VCà la suite du traitement thermique de l’étape S80. Ces deux volumes apparaissent aux deux faces de la couche Ferrolay. Le volume VDest défini par une partie du volume VCtel que défini à la ligne Lin.C, dont la polarisation s’inverse partiellement ou totalement au niveau de la surface libre de la couche Ferrolay. Le volume VAest défini par une partie du volume VBtel que défini à la ligne Lin.C, dont la polarisation s’inverse partiellement ou totalement au niveau de l’interface de la couche Ferrolayavec l’ensemble de support, et donc avec la couche Int de cet exemple. Ces inversions de polarités s’opèrent en raison d’interactions physico-chimiques de surface et d’interface en lien avec la température de traitement thermique appliqué, et provoquent la transformation de portions superficielles de cette couche ferroélectrique, qui passe d’une structure ferroélectrique monodomaine d’une première polarisation à une structure ferroélectrique d’une seconde polarisation opposée à la première polarisation ou à une structure ferroélectrique multidomaine à sa surface libre et/ou à son interface avec l’ensemble de support. Ces portions superficielles sont dites multidomaines lorsqu’elles possèdent une structure ferroélectrique présentant des zones d’orientations de polarisation diverses. Ces portions superficielles ont typiquement des épaisseurs de l’ordre de 150 nm ou moins, et peuvent se développer sur toute l’étendue de la couche ferroélectrique.Line Lin.D illustrates, in addition to the presence of the two volumes V B and V C already described, the presence of two other volumes V A and V D of reversed polarizations, originating respectively from the volume V B and V C following the heat treatment of step S80. These two volumes appear on both faces of the Ferrolay layer. Volume V D is defined by a part of volume V C as defined in line Lin.C, the polarization of which is partially or totally reversed at the free surface of the Ferro lay layer. Volume V A is defined by a part of volume V B as defined in line Lin.C, the polarization of which is partially or totally reversed at the interface of the Ferro lay layer with the support assembly, and therefore with the Int layer of this example. These polarity inversions occur due to surface and interface physicochemical interactions related to the applied heat treatment temperature, and cause the transformation of surface portions of this ferroelectric layer, which passes from a single-domain ferroelectric structure of a first polarization to a ferroelectric structure of a second polarization opposite to the first polarization or to a multi-domain ferroelectric structure at its free surface and/or at its interface with the support assembly. These surface portions are said to be multi-domain when they have a ferroelectric structure having zones of various polarization orientations. These surface portions typically have thicknesses of the order of 150 nm or less, and can develop over the entire extent of the ferroelectric layer.

Nous voyons que le procédé de fabrication de la structure Struct, doit préférablement prendre en compte la formation des volume VA, VCet VDà partir du volume VB, pour améliorer l’homogénéité de la polarisation de la couche ferroélectrique Ferrolay, inhomogène en profondeur, et donc menant à des caractéristiques mal contrôlées pour les dispositifs intégrant cette couche. La partie du volume VBne subissant aucune inversion de polarisation est considérée comme un volume de polarisation stable de la couche ferroélectrique Ferrolay.We see that the manufacturing process of the Struct structure must preferably take into account the formation of the volumes V A , V C and V D from the volume V B , to improve the homogeneity of the polarization of the ferroelectric layer Ferro lay , inhomogeneous in depth, and therefore leading to poorly controlled characteristics for the devices integrating this layer. The part of the volume V B not undergoing any polarization inversion is considered as a stable polarization volume of the ferroelectric layer Ferro lay .

Le volume VDpeut être simplement éliminé par polissage superficielle de la couche Ferrolay.The V D volume can be simply removed by surface polishing of the Ferro lay layer.

A une étape S100 suivant l’étape S80 au cours de laquelle le traitement thermique est appliqué, on amincit la couche ferroélectrique. Cet amincissement peut correspondre au polissage de la face libre de la couche ferroélectrique Ferrolay, par exemple par des techniques d’amincissement mécanique, mécano-chimique et/ou de gravure chimique. Il permet de préparer la face libre pour qu’elle présente une rugosité faible, par exemple inférieure à 0,5nm RMS 5x5 µm par mesure par force atomique (AFM) et d’enlever le volume VDde la couche ferroélectrique Ferrolay. On prévoit généralement un enlèvement de 50 à 300 nm d’épaisseur pour atteindre l’épaisseur cible de la couche ferroélectrique Ferrolay, et dans tous les cas une épaisseur supérieure à celle du volume VD. On améliore ainsi l’homogénéité de la polarisation de la couche Ferrolay.In a step S100 following step S80 during which the heat treatment is applied, the ferroelectric layer is thinned. This thinning may correspond to the polishing of the free face of the ferroelectric layer Ferro lay , for example by mechanical, chemical-mechanical and/or chemical etching thinning techniques. It makes it possible to prepare the free face so that it has a low roughness, for example less than 0.5nm RMS 5x5 µm by atomic force measurement (AFM) and to remove the volume V D of the ferroelectric layer Ferro lay . A removal of 50 to 300 nm of thickness is generally provided to achieve the target thickness of the ferroelectric layer Ferro lay , and in all cases a thickness greater than that of the volume V D . This improves the homogeneity of the polarization of the Ferro lay layer.

Afin d’améliorer l’homogénéité de la polarisation de la couche Ferrolayen profondeur, il est proposé de procéder, après l’étape S100, à une étape S120 d’implantation Corr.Imp d’ions hydrogène de correction dans l’épaisseur de la structure Struct suivie d’un second traitement thermique H.Treat-2 au cours d’une étape S140, de manière à corriger la polarisation des volumes VAet VC. L’étape S120 peut éventuellement comporter plusieurs phases d’implantation ionique, mais en comporte au moins une. Bien entendu, pour d’autres modes de réalisation, et sans que cela soit limitatif pour l’invention, il est également possible de procéder à l’étape S120 d’implantation Corr.Imp d’ions hydrogène de correction avant ladite étape S100 d’amincissement.In order to improve the homogeneity of the polarization of the Ferro lay layer in depth, it is proposed to carry out, after step S100, a step S120 of implantation Corr.Imp of correction hydrogen ions in the thickness of the structure Struct followed by a second heat treatment H.Treat-2 during a step S140, so as to correct the polarization of the volumes V A and V C . Step S120 may optionally comprise several ion implantation phases, but comprises at least one. Of course, for other embodiments, and without this being limiting for the invention, it is also possible to carry out step S120 of implantation Corr.Imp of correction hydrogen ions before said thinning step S100.

LaFIG. 5illustre une première implantation ionique de correction menant à un parcours projeté RPdes ions hydrogène implantés tel que la profondeur D1(RP) de son maximum atteigne ou dépasse la profondeur de l’interface entre les volumes VBet VCet se situe au niveau de cette interface ou proche de l’interface soit dans le volume VCsoit dans le volume VB, de préférence à une distance prédéterminée telle que la concentration d’hydrogène dans le volume VCdépasse un seuil de 1019atomes d’hydrogène par centimètre cube, par exemple avec une concentration d’hydrogène comprise entre 1019et 1022atomes/cm3 au niveau d’un plan parallèle à la surface libre de la couche Ferrolay. Cette première implantation ionique de correction aura un effet contrecarrant celui de l’implantation ionique ayant formé le plan de fragilisation et corrigera donc la polarisation du volume VCen inversant de nouveau sa polarisation et la réorientant comme celle du volume VB.ThereFIG. 5illustrates a first correction ion implantation leading to a projected path RPimplanted hydrogen ions such that depth D1(RP) of its maximum reaches or exceeds the depth of the interface between the volumes VBand VCand is located at this interface or close to the interface either in volume VCeither in volume VB, preferably at a predetermined distance such that the hydrogen concentration in the volume VCexceeds a threshold of 1019hydrogen atoms per cubic centimeter, for example with a hydrogen concentration between 1019and 1022atoms/cm3 at the level of a plane parallel to the free surface of the Ferro layerlayThis first corrective ion implantation will have an effect counteracting that of the ion implantation which formed the weakening plane and will therefore correct the polarization of volume VCby reversing its polarization again and reorienting it like that of volume VB.

LaFIG. 6illustre une seconde implantation ionique de correction menant à un parcours projeté RPdes ions hydrogène implantés tel que la profondeur D2(RP) de son maximum atteigne ou dépasse la profondeur de l’interface entre le volumes VAet la couche Int, c’est-à-dire l’interface entre la couche ferroélectrique Ferrolay et l’ensemble de support Sprt.Ens, et se situe au niveau de cette interface ou dans la couche Int, de préférence à une distance prédéterminée telle que la concentration d’hydrogène dans le volume VAdépasse un seuil de 1019atomes d’hydrogène par centimètre cube, par exemple avec une concentration d’hydrogène comprise entre 1019et 1022atomes/cm3 au niveau d’un plan parallèle à la surface libre de la couche Ferrolay. Cette seconde implantation ionique de correction, combinée au second traitement thermique H.Treat-2, aura un effet contrecarrant celui des effets physico-chimiques se produisant à l’interface entre VAet Int, et corrigera donc la polarisation du volume VAen inversant de nouveau sa polarisation et la réorientant comme celle du volume VB.ThereFIG. 6illustrates a second corrective ion implantation leading to a projected path RPimplanted hydrogen ions such that depth D2(RP) of its maximum reaches or exceeds the depth of the interface between the volumes VHASand the Int layer, i.e. the interface between the ferroelectric layer Ferrolay and the support assembly Sprt.Ens, and is located at this interface or in the Int layer, preferably at a predetermined distance such that the hydrogen concentration in the volume VHASexceeds a threshold of 1019hydrogen atoms per cubic centimeter, for example with a hydrogen concentration between 1019and 1022atoms/cm3 at the level of a plane parallel to the free surface of the Ferro layerlayThis second corrective ion implantation, combined with the second thermal treatment H.Treat-2, will have an effect counteracting that of the physicochemical effects occurring at the interface between VHASand Int, and will therefore correct the polarization of the volume VHASby reversing its polarization again and reorienting it like that of volume VB.

La première implantation et la seconde implantation sont effectuées « plein champ », c’est-à-dire sur l’ensemble de la surface de la couche Ferrolay, sans masque destiné à créer des motifs d’implantation dans une zone utile de la couche. Un système de maintien peut cependant être utilisé pour maintenir la structure en cours d’opération et masquer certaines parties de la couche Ferrolay, en particulier la périphérie, ces parties masquées n’étant pas considérée comme faisant partie de la zone utile de la structure Struct. On peut considérer des énergies d’implantation comprises entre 30 keV et 300 keV, et doses entre 1.1015et 9.1016atomes/cm2.The first implantation and the second implantation are carried out "full field", that is to say on the entire surface of the Ferro lay layer, without a mask intended to create implantation patterns in a useful area of the layer. A holding system can however be used to hold the structure during operation and mask certain parts of the Ferro lay layer, in particular the periphery, these masked parts not being considered as part of the useful area of the Struct structure. Implantation energies between 30 keV and 300 keV, and doses between 1.10 15 and 9.10 16 atoms/cm 2 can be considered.

Selon les caractéristiques de la couche ferroélectrique Ferrolay, et en particulier son épaisseur, la seconde implantation peut être suffisante pour corriger les orientations des polarisations des deux volumes VAet VC. En effet, le champ électrique générée par le gradient de concentration d’hydrogène peut être suffisamment étendu et intense pour comprendre le volume VCdans sa zone d’influence et influer la polarisation lors du traitement thermique H.Treat-2. On comprend alors qu’une couche ferroélectrique relativement mince bénéficiera plus aisément de cet avantage qu’une couche ferroélectrique relativement épaisse.Depending on the characteristics of the ferroelectric layer Ferro lay , and in particular its thickness, the second implantation may be sufficient to correct the orientations of the polarizations of the two volumes V A and V C . Indeed, the electric field generated by the hydrogen concentration gradient can be sufficiently extensive and intense to include the volume V C in its zone of influence and influence the polarization during the heat treatment H.Treat-2. It is then understood that a relatively thin ferroelectric layer will benefit more easily from this advantage than a relatively thick ferroelectric layer.

La première implantation de correction et la seconde implantation de correction peuvent être réalisées successivement au cours de l’étape de correction S120. Alternativement, la première implantation ou la seconde implantation peuvent être réalisées seules.The first correction implantation and the second correction implantation may be performed successively during the correction step S120. Alternatively, the first implantation or the second implantation may be performed alone.

Un ajustement des paramètres d’implantation de l’étape S120 de correction est préférablement réalisé en fonction des caractéristiques géométriques (épaisseur, localisation) des volumes VAet VCde la couche Ferrolay. Dans ce but, une première étape préparatoire Prep-S00 consiste à fabriquer une structure Ref de référence selon les mêmes paramètres que la structure Struct que l’on souhaite réaliser, donc selon les étapes S00 à S100.An adjustment of the implantation parameters of the correction step S120 is preferably carried out according to the geometric characteristics (thickness, location) of the volumes V A and V C of the Ferro lay layer. For this purpose, a first preparatory step Prep-S00 consists of manufacturing a reference structure Ref according to the same parameters as the structure Struct that we wish to produce, therefore according to steps S00 to S100.

Une deuxième étape préparatoire Prep-S10 consiste à effectuer une analyse de la polarisation selon un plan transverse de la couche Ferrolayde l’échantillon de référence, de manière à obtenir les caractéristiques Char de la polarisation de l’échantillon Ref. Pour ce faire, on effectue une coupe en biseau de la couche Ferrolaypuis une analyse de cette coupe par microscopie à force piézoélectrique (ou PFM en terminologie anglaise, pour Piezoresponse Force Microscopy). Une telle analyse permet de déterminer l’orientation de la polarisation de la couche Ferrolaysur tout son épaisseur, et donc de déterminer l’absence ou la présence de volumes de polarisations inversées et, le cas échéant, localiser les volume VA, VB, VCet VD, c’est-à-dire les épaisseurs de chacun de ces volumes et donc les profondeurs auxquelles se situent les interfaces entre VAet VB, VBet VC, et VCet VD, mesurées depuis la surface libre de la couche Ferrolay.A second preparatory step Prep-S10 consists of carrying out a polarization analysis along a transverse plane of the Ferro lay layer of the reference sample, in order to obtain the Char characteristics of the polarization of the Ref sample. To do this, a bevel cut of the Ferro lay layer is carried out and then an analysis of this cut by piezoelectric force microscopy (or PFM in English terminology, for Piezoresponse Force Microscopy). Such an analysis makes it possible to determine the orientation of the polarization of the Ferro lay layer over its entire thickness, and therefore to determine the absence or presence of volumes of reversed polarizations and, if necessary, to locate the volumes V A , V B , V C and V D , that is to say the thicknesses of each of these volumes and therefore the depths at which the interfaces between V A and V B , V B and V C , and V C and V D are located, measured from the free surface of the Ferro lay layer.

L’étape S120 peut être appliquée avec des paramètres d’implantations ajustés en réponse à l’analyse pratiquée lors de l’étape Prep-S10. Spécifiquement, l’énergie d’implantation de la première implantation ionique sera déterminée de manière telle que la profondeur D1(RP) du maximum du parcours projeté RPdes ions hydrogène atteigne ou se situe proche de la profondeur de l’interface entre les volumes VBet VCou encore se situe au niveau de cette interface ou même dans le volume Vcou dans le volume VB, de préférence à une distance prédéterminée déjà mentionnée ci-dessus pour dépasser le seuil de concentration. Le même principe s’applique pour la profondeur D2(RP) de la deuxième implantation, dont l’énergie d’implantation sera déterminée de manière telle que la profondeur D2(RP) du maximum du parcours projeté RPdes ions hydrogène atteigne ou se situe proche de la profondeur de l’interface entre le volume VAet la couche Int, ou encore se situe au niveau de cette interface, dans le volume VAou même dans la couche Int.Step S120 may be applied with implantation parameters adjusted in response to the analysis performed in step Prep-S10. Specifically, the implantation energy of the first ion implantation will be determined such that the depth D1(R P ) of the maximum of the projected path R P of the hydrogen ions reaches or is located close to the depth of the interface between volumes V B and V C or is located at this interface or even in volume V c or in volume V B , preferably at a predetermined distance already mentioned above to exceed the concentration threshold. The same principle applies for the depth D2(R P ) of the second implantation, whose implantation energy will be determined in such a way that the depth D2(R P ) of the maximum of the projected path R P of the hydrogen ions reaches or is located close to the depth of the interface between the volume V A and the layer Int, or is located at the level of this interface, in the volume V A or even in the layer Int.

Le second traitement thermique H.Treat-2 de l’étape S140, appliqué à la structure Struct après l’étape S120 d’implantation de correction Corr.Imp, peut être prévu pour amener la couche ferroélectrique à une température comprise entre 300°C et la température de Curie du matériau ferroélectrique (et préférentiellement supérieure ou égale à 450°C, 500° ou 550°, jusqu’à 600°) pendant une durée comprise entre 5 minutes et 10 heures. Ce traitement thermique est préférentiellement réalisé en exposant la face libre de la couche diélectrique à une atmosphère gazeuse oxydante ou neutre. H.Treat-2 amène à une inversion de la polarisation des volumes VC et/ou VA et donc à une homogénéisation de la polarisation de la couche ferroélectrique Ferrolay. Idéalement, cette couche est faite, en fin de traitement, d’un monodomaine unique de polarisation négative P1, orientée vers l’interface entre la couche Ferrolay et l’ensemble de support, comprenant ici la couche intermédiaire Int et la couche de support Sprt, comme illustré par laFIG. 7.The second heat treatment H.Treat-2 of step S140, applied to the structure Struct after the correction implantation step S120 Corr.Imp, may be provided to bring the ferroelectric layer to a temperature between 300°C and the Curie temperature of the ferroelectric material (and preferably greater than or equal to 450°C, 500° or 550°, up to 600°) for a duration between 5 minutes and 10 hours. This heat treatment is preferably carried out by exposing the free face of the dielectric layer to an oxidizing or neutral gas atmosphere. H.Treat-2 leads to an inversion of the polarization of the volumes VC and/or VA and therefore to a homogenization of the polarization of the ferroelectric layer Ferrolay. Ideally, this layer is made, at the end of treatment, of a single monodomain of negative polarization P1, oriented towards the interface between the Ferrolay layer and the support assembly, here comprising the intermediate layer Int and the support layer Sprt, as illustrated by the FIG. 7 .

Second mode de réalisation de l’inventionSecond embodiment of the invention

Selon le premier mode de réalisation de l’invention, on applique une étape d’implantation d’hydrogène et un traitement thermique associé destinés à la correction de la polarisation de la couche ferroélectrique en réponse aux inversions de polarisations non souhaités, provoquées par un premier traitement thermique. Il s’agit d’un procédé de réparation de la polarisation.According to the first embodiment of the invention, a hydrogen implantation step and an associated heat treatment are applied intended to correct the polarization of the ferroelectric layer in response to unwanted polarization inversions caused by a first heat treatment. This is a polarization repair method.

Le second mode de réalisation consiste, en alternative au premier mode de réalisation, à prévenir les inversions de polarisation qui, bien que non souhaitées, peuvent être attendues.The second embodiment consists, as an alternative to the first embodiment, in preventing polarization inversions which, although undesired, can be expected.

LaFIG. 10illustre un procédé 200 de fabrication de la structure Struct illustrée par laFIG. 2. Les étapes S00 à S60 sont les mêmes que celles du procédé 100 du premier mode de réalisation.There FIG. 10 illustrates a method 200 of manufacturing the structure Struct illustrated by the FIG. 2 . Steps S00 to S60 are the same as those of method 100 of the first embodiment.

Dans le second mode de réalisation, c’est à la suite du détachement de la couche Ferro lay du substrat donneur Ferro sub , à l’étape S60, que l’on met en œuvre une étape S270 d’implantations ioniques. Cette étape est similaire à l’étape S120 du premier mode de réalisation, à la différence près qu’il faut tenir compte du fait de la couche Ferro lay n’a pas encore été amincie ou n’a pas encore été soumise à un traitement thermique. Le principe reste cependant le même, pouvant être appliqué après les étapes de préparation et de caractérisation d’un échantillon Ref’ de référence.In the second embodiment, it is following the detachment of the Ferro lay layer from the Ferro sub donor substrate, in step S60, that an ion implantation step S270 is implemented. This step is similar to step S120 of the first embodiment, except that it is necessary to take into account the fact that the Ferro lay layer has not yet been thinned or has not yet been subjected to a heat treatment. The principle, however, remains the same, and can be applied after the steps of preparing and characterizing a reference sample Ref'.

L’échantillon Ref’ de référence est un échantillon obtenu dans une étape Prep-S00 au moyen des étapes S00 à S60, en outre soumis à une étape d’application d’un traitement thermique de stabilisation tel que celui de l’étape S80 du premier mode de réalisation. Ce traitement thermique permet de révéler les effets sur la polarisation de la couche Ferro lay des étapes de fabrication S00 à S60, comme expliqué plus haut, en particulier dans les commentaires en référence à laFIG. 3, concernant les volumes de polarisation inversés. L’étape d’analyse Prep-S10 permet d’obtenir les caractéristique Char’ des volumes VA, VB, VCet VDsur la base desquelles les paramètres d’implantation de l’étape S270 sont choisis, comme dans le premier mode de réalisation.The reference sample Ref' is a sample obtained in a Prep-S00 step by means of steps S00 to S60, further subjected to a step of applying a stabilizing heat treatment such as that of step S80 of the first embodiment. This heat treatment makes it possible to reveal the effects on the polarization of the Ferro lay layer of the manufacturing steps S00 to S60, as explained above, in particular in the comments referring to the FIG. 3 , concerning the inverted polarization volumes. The analysis step Prep-S10 makes it possible to obtain the Char' characteristics of the volumes V A , V B , V C and V D on the basis of which the implantation parameters of step S270 are chosen, as in the first embodiment.

A la suite de l’étape S270, une étape S80 d’application d’un traitement thermique H.Treat’ à la structure Struct est appliquée au cours d’une étape S280. Le traitement H.Treat’ remplace les deux traitement H.Treat-1 et H.Treat-2 du premier mode de réalisation, avec ici un effet de stabilisation de la structure Struct comme le traitement H.Treat-1. L’étape S270 résulte en la formation de gradients de concentrations d’ions hydrogène générant des champs électriques s’opposant à aux inversions de polarisation dans le volume de la couche ferroélectrique. Ainsi, les volumes VAet VCd’inversion de la polarisation du volume VBdans le premier mode de réalisation ne se forment pas. L’étape S270 permet de prévenir les inversions de polarisations susceptibles de survenir dans le volume de la couche ferroélectrique, à l’interface enterrée de la couche ferroélectrique avec l’ensemble de support, ou au niveau de ces deux régions.Following step S270, a step S80 of applying a heat treatment H.Treat' to the structure Struct is applied during a step S280. The treatment H.Treat' replaces the two treatments H.Treat-1 and H.Treat-2 of the first embodiment, with here an effect of stabilizing the structure Struct like the treatment H.Treat-1. Step S270 results in the formation of hydrogen ion concentration gradients generating electric fields opposing polarization inversions in the volume of the ferroelectric layer. Thus, the volumes V A and V C of polarization inversion of the volume V B in the first embodiment are not formed. Step S270 makes it possible to prevent polarization inversions likely to occur in the volume of the ferroelectric layer, at the buried interface of the ferroelectric layer with the support assembly, or at these two regions.

Toutefois, le traitement thermique H.Treat’ peut provoquer l’apparition d’un volume multidomaine en surface de la couche Ferrolay, comme précédemment expliqué. Il est alors nécessaire de procéder à une étape S290 similaire à l’étape S100 de premier mode de réalisation, qui permet d’éliminer la couche multidomaine superficielle et de mettre la couche Ferrolayà l’épaisseur désirée.However, the heat treatment H.Treat' may cause the appearance of a multi-domain volume on the surface of the Ferro lay layer, as previously explained. It is then necessary to carry out a step S290 similar to step S100 of the first embodiment, which makes it possible to eliminate the surface multi-domain layer and to put the Ferro lay layer at the desired thickness.

Le procédé 200 a pour avantage sur le procédé 100 d’être plus simple, une seule étape de traitement thermique étant nécessaire au lieu de deux.The advantage of process 200 over process 100 is that it is simpler, with only one heat treatment step being required instead of two.

Dans ce document, les figures ne sont pas nécessairement à l'échelle. Certaines caractéristiques et certains composants peuvent être représentés exagérés par rapport à d’autres composants ou sous une forme quelque peu schématique, et certains détails d'éléments conventionnels peuvent ne pas être représentés dans l'intérêt de la clarté et de la concision.The figures in this document are not necessarily to scale. Some features and components may be shown exaggerated in relation to other components or in a somewhat schematic form, and some details of conventional items may not be shown in the interest of clarity and conciseness.

Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de mise en œuvre décrits et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications.
Of course, the invention is not limited to the embodiments described and variant embodiments can be made without departing from the scope of the invention as defined by the claims.

Claims (11)

Procédé de fabrication d’une structure comportant une couche ferroélectrique de polarisation négative (P1), comprenant les étapes de :
- fournir (S00) une plaquette de matériau ferroélectrique (Ferrosub) ayant une première face (Top) et présentant une polarisation (-P1) orienté vers cette face ;
- former (S20) un plan de fragilisation (Frgl) dans la plaquette de matériau ferroélectrique (Ferrosub) par une implantation d’ions hydrogène à travers la première face (Top) ;
- assembler (S40) la plaquette (Ferro sub ) de matériau ferroélectrique comportant le plan de fragilisation (Frgl) à un ensemble de support (Sprt.Set) par mise en contact de la première face avec une surface libre de l’ensemble de support ;
- détacher (S60) une partie de la plaquette de matériau ferroélectrique de manière à définir une couche ferroélectrique (Ferro lay ) détachée de la plaquette de matériau ferroélectrique (Ferro sub ) et assemblée à l’ensemble de support (Sprt.Set) de manière à obtenir une structure (Struct) formée de la couche ferroélectrique et de l’ensemble de support, la couche ferroélectrique présentant une polarisation (P1) négative ;
- procéder (S120 ; S270) à une étape d’implantation plein champ d’hydrogène additionnelle, paramétrée de manière à corriger ou à prévenir la survenue d’inversion de polarisation dans le volume de la couche ferroélectrique et/ou à son interface avec l’ensemble de support (Sprt.Ens) ; et
- appliquer (S80, S280) au moins un premier traitement thermique (H.Treat-1 ; H. Treat’) à la structure (Strct).
Method for manufacturing a structure comprising a negative polarization ferroelectric layer (P1), comprising the steps of:
- providing (S00) a plate of ferroelectric material (Ferro sub ) having a first face (Top) and presenting a polarization (-P1) oriented towards this face;
- forming (S20) a weakening plane (Frgl) in the ferroelectric material plate (Ferro sub ) by implanting hydrogen ions through the first face (Top);
- assembling (S40) the plate (Ferro sub ) of ferroelectric material comprising the embrittlement plane (Frgl) to a support assembly (Sprt.Set) by bringing the first face into contact with a free surface of the support assembly;
- detaching (S60) a portion of the ferroelectric material wafer so as to define a ferroelectric layer (Ferro lay ) detached from the ferroelectric material wafer (Ferro sub ) and assembled to the support assembly (Sprt.Set) so as to obtain a structure (Struct) formed from the ferroelectric layer and the support assembly, the ferroelectric layer having a negative polarization (P1);
- carrying out (S120; S270) an additional full-field hydrogen implantation step, configured so as to correct or prevent the occurrence of polarization inversion in the volume of the ferroelectric layer and/or at its interface with the support assembly (Sprt.Ens); and
- apply (S80, S280) at least one first heat treatment (H.Treat-1; H. Treat') to the structure (Strct).
Le procédé selon la revendication 1, dans lequel l’étape (S120) d’implantation d’hydrogène additionnelle est effectuée après le au moins un premier traitement thermique (S80, Htreat-1), le procédé comprenant en outre une étape (S140) d’application d’un second traitement thermique (H.Treat-2) à la structure après l’étape (S120) d’implantation d’hydrogène additionnelle.The method according to claim 1, wherein the step (S120) of additional hydrogen implantation is carried out after the at least one first heat treatment (S80, Htreat-1), the method further comprising a step (S140) of applying a second heat treatment (H.Treat-2) to the structure after the step (S120) of additional hydrogen implantation. Le procédé selon la revendication 2, comprenant en outre une étape (S100) d’amincissement (S.Pol) de la couche ferroélectrique, préférentiellement entre l’étape (S80) d’application du premier traitement thermique (H.Treat-1) et l’étape (S140) d’application du second traitement thermique (H.Treat-2).The method according to claim 2, further comprising a step (S100) of thinning (S.Pol) the ferroelectric layer, preferably between the step (S80) of applying the first heat treatment (H.Treat-1) and the step (S140) of applying the second heat treatment (H.Treat-2). Le procédé selon la revendication 1, dans lequel l’étape (S270) d’implantation d’hydrogène additionnelle est effectuée avant le au moins un premier traitement thermique (S280, Htreat’).The method according to claim 1, wherein the step (S270) of additional hydrogen implantation is carried out before the at least one first heat treatment (S280, Htreat’). Le procédé selon la revendication 4, comprenant en outre une étape (S290) d’amincissement (S.Pol’) de la couche ferroélectrique, préférentiellement après l’étape (S280) d’application du premier traitement thermique (H.Treat’).The method according to claim 4, further comprising a step (S290) of thinning (S.Pol') the ferroelectric layer, preferably after the step (S280) of applying the first heat treatment (H.Treat'). Le procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes 1 à 5, comprenant une étape (Prep-S10) de caractérisation d’une structure de référence (Ref ; Ref’), un ajustement de paramètres de l’étape d’implantation d’hydrogène additionnelle (S120 ; S270) étant définis en réponse à cette caractérisation.The method according to any one of the preceding claims 1 to 5, comprising a step (Prep-S10) of characterizing a reference structure (Ref; Ref'), an adjustment of parameters of the additional hydrogen implantation step (S120; S270) being defined in response to this characterization. Le procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes 1 à 6, dans lequel l’étape d’implantation additionnelle d’ions hydrogène (S120 ; S270) comprend une première implantation ionique de correction dans la couche ferroélectrique (Ferrolay), paramétrée de manière à générer un parcours projeté des ions hydrogène implantés tel qu’une profondeur (D1(RP)) de son maximum atteigne ou dépasse une profondeur de d’interface entre (i) un volume (VB) de polarisation stable de la couche ferroélectrique (Ferrolay) et (ii) un volume (VC) de polarisation inversée en raison de la formation du plan de fragilisation ou de polarisation qui s’inverserait en raison de la formation du plan de fragilisation si un traitement thermique était appliqué.The method according to any one of the preceding claims 1 to 6, wherein the step of additionally implanting hydrogen ions (S120; S270) comprises a first correction ion implantation in the ferroelectric layer (Ferrolay), parameterized so as to generate a projected path of the implanted hydrogen ions such that a depth (D1(R P )) of its maximum reaches or exceeds an interface depth between (i) a volume (V B ) of stable polarization of the ferroelectric layer (Ferro lay ) and (ii) a volume (V C ) of reversed polarization due to the formation of the embrittlement plane or polarization which would reverse due to the formation of the embrittlement plane if a heat treatment were applied. Le procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes 1 à 7, dans lequel l’étape d’implantation additionnelle d’ions hydrogène (S120 ; S270) comprend une seconde implantation ionique de correction, paramétrée de manière à générer un parcours projeté des ions hydrogène implantés tel qu’une profondeur (D2(RP)) de son maximum atteigne ou dépasse la profondeur de l’interface entre (i) la couche ferroélectrique (Ferrolay) et (ii) l’ensemble de support (Sprt.Ens), de préférence à une distance à cette interface qui est inférieure à l’épaisseur d’un volume (VA) de polarisation qui est limité par cette interface et qui est multidomaine ou inversée par rapport à une polarisation d’un volume (VB) de polarisation stable de la couche ferroélectrique (Ferrolay) ou qui s’inverserait ou deviendrait multidomaine si un traitement thermique était appliqué.The method according to any one of the preceding claims 1 to 7, wherein the additional hydrogen ion implantation step (S120; S270) comprises a second correction ion implantation, parameterized so as to generate a projected path of the implanted hydrogen ions such that a depth (D2(R P )) of its maximum reaches or exceeds the depth of the interface between (i) the ferroelectric layer (Ferro lay ) and (ii) the support assembly (Sprt.Ens), preferably at a distance to this interface which is less than the thickness of a polarization volume (V A ) which is limited by this interface and which is multidomain or inverted with respect to a polarization of a stable polarization volume (V B ) of the ferroelectric layer (Ferro lay ) or which would invert or become multidomain if a heat treatment were applied. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes 1 à 8, dans lequel l’étape d’implantation plein champ d’hydrogène additionnelle est paramétrée de manière à obtenir une concentration d’hydrogène comprise entre 1019à 1022at/cm3dans un volume (VA, VB, VC) de la structure.Method according to any one of the preceding claims 1 to 8, in which the additional full-field hydrogen implantation step is parameterized so as to obtain a hydrogen concentration of between 10 19 and 10 22 at/cm 3 in a volume (V A , V B , V C ) of the structure. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes 1 à 9, dans lequel la couche ferroélectrique s’étend dans un plan d’extension et la polarisation (P1) fait un angle avec compris dans une plage angulaire ([Ang]) allant de -20° à -160° par rapport au plan d’extension.A method according to any one of the preceding claims 1 to 9, wherein the ferroelectric layer extends in an extension plane and the polarization (P1) makes an angle with included in an angular range ([Ang]) from -20° to -160° relative to the extension plane. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes 1 à 10, dans lequel la couche ferroélectrique (Ferrolay) est une couche de niobate de lithium ou de tantalate de lithium.A method according to any one of the preceding claims 1 to 10, wherein the ferroelectric layer (Ferro lay ) is a layer of lithium niobate or lithium tantalate.
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