Etude de la dynamique de fracture dans la technologie Smart Cut™

par Damien Massy

Thèse de doctorat en Physique des materiaux

Sous la direction de François Rieutord.

Soutenue le 11-12-2015

à l'Université Grenoble Alpes (ComUE) , dans le cadre de École doctorale physique (Grenoble) .

Le président du jury était Jean-François Barbot.

Le jury était composé de François Rieutord, Frédéric Mazen, Laurent Ponson, Didier Landru.

Les rapporteurs étaient Olivier Thomas, Esidor Ntsoenzok.


  • Résumé

    La technologie Smart Cut™ est un procédé générique de transfert de couches minces utilisé pour la fabrication des substrats silicium sur isolant (SOI) à l’échelle industrielle. L’implantation d’ions légers dans un substrat de silicium oxydé mène à la formation d’une zone fragilisée enterrée au sein du cristal. Ce substrat implanté est ensuite solidarisé à un support mécanique grâce à la technique de collage par adhésion moléculaire. Sous l’effet de la température, les espèces implantées évoluent sous la forme de microfissures qui se développent de manière parallèle à la surface. Après recuit, une fracture se déclenche au niveau de la zone implantée et permet le report de la fine couche monocristalline. L’objet de cette thèse est d’étudier l’aspect dynamique de cette étape de fracture.Pour ce faire, la vitesse de rupture et la déformation des plaques à l’arrière du front de fracture ont tout d’abord été mesurées à l’aide d’un montage optique original qui a ensuite été étendu aux études sur plaque entière 300mm. Ces données ont ensuite été modélisées. Dans un deuxième temps, l’interaction entre le front de fracture et des ondes acoustiques émises dynamiquement au cours de sa propagation a été étudiée. Celle-ci conduit à l’apparition récurrente d’un motif périodique sur le faciès de rupture qui consiste en une très faible variation de rugosité sur de très grandes périodes (mm). Des mesures expérimentales permettent tout d’abord de mettre en évidence cette émission acoustique et d’étudier ses caractéristiques. La modélisation physique du phénomène puis sa simulation numérique permettent ensuite de retrouver la forme typique de ce motif. Enfin, des solutions technologiques sont proposées pour empêcher son apparition sur le faciès de rupture des plaques SOI.

  • Titre traduit

    Fracture dynamics analysis on Smart Cut™ technology


  • Résumé

    The Smart Cut™ technology is a generic way of transferring very thin layers of crystalline material onto a mechanical substrate. It is currently the industrial standard for Silicon On Insulator (SOI) manufacturing. The implantation of relatively high doses of gas ions in a thermally oxidized silicon substrate leads to the formation of a buried weakened layer in the crystal. The implanted wafer is then bonded onto a host substrate using direct wafer bonding. Under annealing, the implanted species evolve into microcracks lying parallel to the surface, and a controlled fracture process finally occurs along the implanted layer. The aim of this thesis is to study the dynamics of this fracture step.First of all, the fracture velocity and the deformation profile behind the crack tip have been measured using an original optical setup, which has been extended to full wafer studies. A model has been established to explain these data. Then, the interaction of the fracture front with self-generated acoustic waves has been studied. This interaction leads to the appearance of a macroscopic periodic pattern on post-split SOI wafers which is made of small variations of the SOI roughness on very large periods (mm). Experimental studies are first carried out to look at the fracture acoustic emission for different experimental conditions. Numerical simulations based on acoustic phase calculations are then performed to recover the typical pattern shape, with results consistent with experimental data. Finally, technologic solutions are proposed to prevent the pattern formation on the post-split SOI wafers.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Université Grenoble Alpes. Bibliothèque et Appui à la Science Ouverte. Bibliothèque électronique.
  • Bibliothèque : Université Savoie Mont Blanc (Chambéry-Annecy). Bibliothèques universitaires. Bibliothèque électronique.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.