Conclusion

Le travail que nous avons effectué et dont nous avons présenté les résultats les plus marquants dans ce sous-chapitre permet de rendre compte au moins qualitativement de la redistribution du bore dans le silicium monocristallin. Les études LaWaTAP et SIMS montrent des résultats semblables sur cette redistribution. Pour les échantillons recuits, les profils de sonde présentent des fluctuations de concentration en bore largement supérieures à celles statistiques, données par les barres d’erreurs. Ces fluctuations sont une indication de la présence d’agglomérats riches en bore.

La concentration en bore dans ces amas augmente avec la température de recuit. Le même comportement est observé pour la taille de ces amas. Après un recuit à 900°C pendant 5h, nous avons observé pour la première fois en LaWaTAP la formation d’un borure de silicium, SiB3. La germination est plus importante au niveau du pic d’implantation. Ainsi, autour du pic d’implantation X_α, Xβ ainsi que la densité d’amas (N_p) sont plus élevés. On peut ainsi conclure que les paramètres : X_α, X_β et N_p suivent généralement la tendance générale de la courbe d’implantation caractéristique pour chaque recuit thermique.

Ce travail a donc permis de réaliser une caractérisation assez complète des amas de bore formés durant le recuit thermique. Le comportement du système Si-B fortement dopé se décrit assez correctement selon les lois classiques de la germination-croissance.

Références

1 T. B. Massalski (1996). Binary alloy phase diagrams, 2nd edition.

2 A.A. Ayron, R. Braff, C.C. Lin, H.H. Swain et M.A. Schmidt (1999). J. Electrochem.

Soc. 146 (1), 339.

3 O. Cojocaru-Mirédin, E. Cadel, B. Deconihout, D. Mangelinck, et D. Blavette (2009).

Ultramicroscopy 109, 649-653.

4 A. Cerezo, T. J. Godfrey, S. J. Sijbrandij, G. D. W. Smith et P. J. Warren (1998). Rev.

Sci. Instrum. 69, 49.

5 Latifa El Kortobi-Desvoivres (2000). « Gravure de la grille en silicium pour les

filières CMOS sub-0,1micrometres », INPG-Grenoble.

6 A.A. Gurenko, I.V. Veksler, A. Meixner, R. Thomas, A.M. Dorfman et D.B. Dingwell (2005). Chemical Geology 222, 268–280.

7 A. Claverie, B. Colombeau, B. de Mauduit, C. Bonafos, X. Hebras, G. Ben Assayag et F. Cristiano (2003). Appl. Phys. A 76, 1025-1033.

8 S. Takeda (1991). Jpn. J. Appl. Phys. 30, L639.

9 K. Nordlund, T. H. Metzger, A. Malachias, L. Capello, P. Calvo, A. Claverie et F. Cristiano (2005). Journal of Applied Physics 98, 073529.

10 P. Calvo (2004). "Evolution cinétique des défauts {113} en cours de recuit thermique

de silicium implanté: influence sur la diffusion des dopants". Thèse de doctorat,

CEMES-CNRS.

11 D.J. Eaglesham, P. A. Stolk, H.-J. Gossmann et J. M. Poate (1994). Appl. Phys. Lett. 65(18), 2305-2307.

12 B. Colombeau, N.E.B. Cowern, F. Cristiano, P. Calvo, N. Cherkashin, Y. Lamrani et A. Claverie, (2003). Appl Phys Lett 83, 1953-1955.

13 F. Cristiano, Y. Lamrani, F. Severac, M. Gavelle, S. Boninelli, N. Cherkashin, O. Marcelot, A. Claverie, W. Lerch et S. Paul (2006). Nuclear Instrum. and Meth. in

Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 253, 68-79.

14 E. M. Bazizi, P. F. Fazzini, C. Zecher, A. Tsibizov, H. Kheyrandish, A. Pakfar, L. Ciampolini, C. Tavernier et F. Cristiano (2008). Mat. Sci. and Eng. B 154-155, 275-278.

16 F. Vurpillot, A. Bostel et D. Blavette (2000). Appl Phys Lett 76, 3127-3129.

17 O. Cojocaru-Mirédin, E. Cadel, F. Vurpillot, D. Mangelinck et D. Blavette (2009).

Scripta Materialia 60, 285-288.

18 B. de Mauduit, L. Laânab, C. Bergaud, M.M. Faye, A. Martinez et A.Claverie (1994).

Nucl. Inst. and Meth. in Phys. Res. B 84, 190.

19 X. Liu, W. Windl et M.P. Masquelier (2000). Appl Phys Lett 77, 2018-2020.

20 T. Philippe, F. De Geuser, S. Duguay, W. Lefebvre, O. Cojocaru-Mirédin, G. Da Costa et D. Blavette (2009). Ultramicroscopy 109, 1304-1309.

21 T. Philippe, O. Cojocaru-Mirédin, S. Duguay et D. Blavette (2009). Acceptée dans

Journal of Microscopy.

22 E.J.H. Collart, K. Weemers, N.E.B. Cowern, P.H.L. Bancken, J.G.M. van Berkum et D.J.G. Gravesteijn (1998). Nucl. Instrum. and Meth. in Phys. Rev. B 139, 98-107. 23 O. Cojocaru-Mirédin, D. Mangelinck et D. Blavette (2009). Acceptée dans J. of Appl.

Phys.

24 A. Heinrich, T. Al Kassab, R. Kirchheim (2003). Mater. Sci. Eng A353, 92. 25 D. Vaumousse, A. Cerezo et P. Warren (2003). Ultramicroscopy 95, 215. 26 S. Solmi, E. Landi et F. Baruffaldi (1990). J. Appl. Phys. 68, 3250.

27 C. Jaussaud, B. Biasse, A.M. Cartier et A. Bontemps (1983). J. Phys. Colloques 44, C5-303-C5-306.

28 M. Omri, L.F. Giles, B. de Mauduit et A. Claverie (1999). Mat. Res. Soc. Proc. 568, 219.

29 M. Omri, C. Bonafos, A. Claverie, A. Nejim, F. Cristiano, D. Alquier, A. Martinez et N.E.B. Cowern (1996). Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section

B: Beam Interactions with Materials and Atoms 120, 5-8.

30 H. Gossmann, C.S Rafferty, F.C. Unterwald, T. Boone, T.K. Mogi, M.O. Thompson, et H.S. Luftman, (1995). Appl Phys Lett 67, 1558-1560.

CHAPITRE IV : Etude de la cristallisation du Si amorphe et de la

redistribution du B dans le Si polycristallin

Dans cette section, nous présentons les résultats, obtenus à l’aide de plusieurs techniques expérimentales (DRX, MEB, MET, METHR, SIMS et LaWaTAP), sur la cristallisation du Si amorphe et sur la redistribution du B dans le Si polycristallin. Nous commençons par l’étude de la cristallisation du silicium amorphe, lors de recuits réalisés dans la chambre du diffractomètre (DRX in situ). Après de tels recuits, la couche de silicium déposée par pulvérisation cathodique passe de son état initial amorphe à son état final polycristallin. Ce sont ces états polycristallins que nous avons voulu caractériser, en termes de morphologie et dimension de grains. Les mesures en microscopie électronique à balayage (MEB) fournissent une image bidimensionnelle de la surface de l’échantillon, permettant d’observer les grains (comme ils apparaissent à la surface) pour le silicium polycristallin. Ces études nous donnent la possibilité de déterminer la taille de ces grains (longueur, largeur), mais nous n’avons aucune information sur la taille verticale (profondeur). Celle-ci peut être obtenue par les mesures DRX et par les mesures MET (METHR), en coupe transversale.

Finalement, nous allons étudier par la SAT et SIMS la redistribution du bore dans les échantillons ayant subi plusieurs traitements thermiques.

Pour cette étude, les échantillons ont été préparés comme suit. Une couche de Si amorphe (200 nm d’épaisseur) a été déposée sur le substrat de silicium monocristallin (sur lequel se trouve une couche fine d’oxyde natif-SiO2) par pulvérisation cathodique (PC), en utilisant comme gaz l’argon à une pression résiduelle comprise entre 10^-2 et 10^-4 mbar. Cette couche de silicium amorphe a été ensuite implantée par les ions de B¹¹, avec une énergie d’implantation de 10 keV et une dose de 5x10¹⁵ at/cm². Comme pour l’étude de la précipitation du bore dans le silicium monocristallin, l’implantation ionique a été effectuée sur la « pleine plaque » (la plaque de silicium monocristallin de résistivité 0,01 Ω.cm), mais aussi sur les « plots de silicium» (obtenus par le procédé dit « Bosch » (1)).

Une couche de 200 nm de silicium amorphe a été déposée sur les plots, afin de protéger le bore implanté des dommages crées par le faisceau d’ions de 30 keV Ga⁺ focalisés (FIB). La structure commune à tous les échantillons est représentée dans la Figure 1.

Figure 1 : Schéma de la structure des échantillons (coupe transverse) pour a) la pleine plaque et b) les plots de silicium. Les films de Si amorphe (a-Si) a été déposés par pulvérisation cathodique (PC). Le premier film de Si amorphe est dopé aux ions de B¹¹ (5x10¹⁵ at/cm², 10keV).

Les traitements thermiques ont été effectués sous vide, soit dans un four, soit dans la chambre d’analyse du diffractomètre. Nous avons appelé :

• Mesures ex situ, celles effectuées sur les échantillons ayant déjà subi un traitement thermique dans le four sous vide de 10^-5Pa ;

• Mesures in situ, celles effectuées sur les échantillons recuits dans la chambre du diffractomètre sous vide de 10^-4Pa.

Cette terminologie fait référence aux mesures XRD. Dans ce cas de figure, les mesures in situ s’effectuent sur l’échantillon pendant le traitement thermique, à l’intérieur du diffractomètre, tandis que les mesures ex situ s’effectuent sur un échantillon ayant déjà subi un traitement thermique généralement à l’extérieur du diffractomètre. Deux types d’études DRX ont été réalisées : la cristallisation de la couche amorphe non dopé, ainsi que la cristallisation de la couche amorphe dopé bore.

Pour le silicium dopé bore, plusieurs traitements thermiques (600°C/1h, 700°C/1h et 800°C/1h) ont été effectués dans un four sous vide (10^-5Pa), afin d’étudier la redistribution du bore à différents températures. Ainsi, quatre types d’échantillons seront présentés dans ce sous-chapitre. Ils seront appelés comme suit : a-Si_B_TA, Si(B)_600°C1h, p-Si(B)_700°C1h et p-Si(B)_800°C1h. La procédure de préparation de ces échantillons est la même que celle présentée dans le chapitre III.