Initiation de la fracture dans la technologie Smart Cut

Initiation of fracture in Smart Cut technology

• Auteur / Autrice : Antoine Petit
• Direction : François Rieutord, Frédéric Mazen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des matériaux
• Date : Soutenance le 17/06/2020
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électronique et de technologie de l'information (Grenoble, Isère, France ; 1967-....)
• Jury : Président / Présidente : Denis Buttard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nikolay Cherkashin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Esidor Ntsoenzok, Nathalie Moncoffre

Mots clés

Mots clés contrôlés

Technologie silicium sur isolant

Mots clés libres

Smart Cut

Silicium

Silicium sur isolant

Implantation ionique

Initiation de fracture

Microfissures

Smart Cut

Silicon

Silicon On Insulator (SOI)

Ion implantation

Fracture initiation

Microcracks

Résumé

L’objet de cette thèse est d’étudier l’initiation de la fracture dans la technologie Smart CutTM, utilisée pour la fabrication industrielle de substrats de type silicium sur isolant (SOI). Pour cela, des études statistiques ont permis de quantifier les variabilités temporelles et spatiales du phénomène d’initiation de la fracture. Ces études ont permis de déceler l’influence de certains paramètres de fabrication sur l’initiation de la fracture mais ont aussi révélé son caractère aléatoire. Puis, le phénomène de croissance des microfissures enterrées, qui conduit in fine au déclenchement de la fracture, a été caractérisé grâce à l’utilisation de la technique de microscopie confocale en lumière infra-rouge. Cela a montré l’existence d’un comportement particulier des microfissures situées dans les zones préférentielles d’initiation qui sont à l’origine de l’initiation spontanée de la fracture. Un modèle a été proposé pour montrer comment le développement particulier de ces microfissures et leur rupture en bord d’échantillon, ou sur un défaut de collage, peut déclencher une fracture. Ensuite, l’initiation mécanique, réalisée par application d’une contrainte au niveau de l’interface de collage des substrats, a été étudiée.Un nouveau dispositif, développé dans cette thèse, a permis de mesurer la force nécessaire pour initier la fracture. Ces résultats ont ensuite été mis en relation avec des mesures de la quantité de gaz présente à l’interface de fracture pour comprendre l’évolution de la force d’initiation en fonction de différents paramètres expérimentaux. Pour finir, un procédé d’initiation mécanique compatible avec une fabrication industrielle de substrats SOI, et permettant d’améliorer le contrôle de l’étape de fracture, a été développé.

The purpose of this thesis is to study the fracture initiation in the Smart CutTM technology, used for the industrial production of silicon-on-insulator (SOI) substrates. For this purpose, statistical studies allowed us to quantify the temporal and spatial variability of the fracture initiation phenomenon. These studies helped to detect the influence of certainmanufacturing parameters on fracture initiation, but also revealed its randomnature. Then, the growth phenomenon of buried microcracks, which ultimately leads to fracture initiation, was characterized using the technique of confocal microscopy with infrared light. This showed the existence of a particular behaviour of the microcracks located in the preferential initiation zones which are at the origin of the spontaneous initiation of the fracture. A model has been proposed to showhowthe particular development of these microcracks and their rupture at the edge of the sample, or on a bonding defect, can trigger a fracture. Then, mechanical initiation, performed by applying stress at the bonding interface of the substrates, was studied. A new device, developed in this thesis, allowed to measure the force necessary to initiate the fracture. These results were then related to measurements of the gas quantity at the fracture interface in order to understand the evolution of the initiation force as a function of different experimental parameters. Finally, a mechanical initiation process compatible with an industrial SOI substrate fabrication, and allowing to improve the control of the fracture step, was developed.