Différences observées suivant les variétés de silicium poly-

Le mécanisme général restant celui décrit précédemment, nous avons cherché à analyser dans quelle mesure la morphologie d’un silicium polycristallin pouvait faciliter la fermeture de l’interface et obtenir de meilleures densités d’interface ou de meilleures largeurs aux basses températures. La densité de sites pouvant potentiellement piéger l’eau est susceptible de varier suivant la topologie et la rugosité des variétés cristallines. Il existe de ce fait, en dehors de toutes considérations de niveau de rugosité RMS pour le collage, des variétés cristallines mieux à même d’offrir un scellement de qualité, même aux basses températures. Ce paragraphe présente donc les données de largeur d’interface et de profondeur d’in- terface pour les différents dépôts mis en oeuvre dans cette étude.

L’évolution de la largeur de l’interface est bien semblable pour toutes les couches étu- diées à l’exception de la couche amorphe (fig 4.8). Pour ce matériau, on constate une augmentation de la largeur de l’interface à partir de 400˚C ainsi que l’absence de fermeture de celle ci aux hautes températures.

Si l’on considère le mécanisme abordé précédemment, on peut justifier ce comportement par la mauvaise diffusion de l’hydrogène dans le silicium. Une couche de silicium amorphe constitue en effet une excellente couche d’arrêt pour l’hydrogène. Par conséquent, l’hydro- gène, produit de l’oxydation du silicium, qui commence a diffuser significativement dans le silicium pour des températures supérieures à 400˚C, ne peut s’évacuer. Il forme donc des bulles au niveau de l’interface et la pression augmentant à l’interface de collage contribue à l’éloignement des plaques et à une augmentation de la largeur de l’interface. Les analyses XRR nous permettent de visualiser sur le spectre obtenu, la composante liée à ces bulles. Elle révèle qu’effectivement, il y a présence sur ce dépôt, d’une densité importante de bulle gazeuses.

On constate qu’en dépit de l’amélioration de la rugosité moyenne mesurée par AFM entre différents dépôts (voir paragraphe 3.1.2.2), la largeur de l’interface reste très grande. Même si la microrugosité mesurée se rapproche du cas d’un silicium monocristallin re- couvert d’un oxyde natif, on observe des largeurs d’interface sensiblement plus élevées. La diminution de la rugosité RMS mise en oeuvre par certains recuits faisant grandir les grains ne se traduit pas par une diminution de la largeur de l’interface. Il faut tenir compte de la topologie inhérente au silicium polycristallin qui, outre la valeur moyenne de la rugosité, perturbe la densité de points de contact.

Enfin, pour le silicium polycristallin colonnaire, on constate que la fermeture de l’inter- face se poursuit jusqu’à 200˚C tandis que pour les autres polysiliciums, l’interface s’ouvre au dessus de 150˚C. Il semble donc que pour cet échantillon, l’eau diffuse moins rapidement dans l’oxyde.

Figure_{4.8 – Largeur (FWHM) de l’interface en fonction de la température de recuit pour} les différents dépôts étudiés

Observons maintenant les variations de la profondeur de l’interface selon le type de sili- cium polycristallin. Les comportements de courbes sont très semblables et rendent compte des mécanismes évoqués précédemment. On note une nouvelle fois que l’échantillon colon- naire connait un décalage en température par rapport aux autres échantillons. Son taux de fermeture continue d’augmenter de 150 à 200˚C alors que celui des autres se dégrade, ce qui conforte les résultats observés sur la largeur de l’interface.

Evolution physico-chimique de l’interface de la température ambiante à 1100˚C 95

face et la présence d’eau. Afin d’avoir un éclairage critique sur les valeurs observées nous avons donc évalué les quantités d’eau présentes à l’interface au cas par cas à RT en utilisant la méthode développée par Ventosa [Ven09].

Le positionnement de la courbe de l’amorphe recristallisé est étonnamment bas et pré- sente un aspect original. En effet, lorsque les autres espèces de polysilicium connaissent une amélioration de leur taux de fermeture allant de pair avec la diminution de la largeur de leur interface, l’amorphe recristallisé montre au contraire une diminution de ce taux. Selon les calculs effectués à partir des données de XRR, ce dépôt contiendrait un peu moins de deux monocouches d’eau, deux fois moins pratiquement que les autres dépôts.

Toutefois, le positionnement de ces points à faible température étonne dans la mesure ou un silicium monocristallin, qui possède en surface environ ces deux monocouches d’eau, a une profondeur d’interface deux fois supérieure environ à celle de ce polysilicium pour une rugosité et une topologie moindres.

Figure _{4.9 – Profondeur de l’interface (estimateur du taux de fermeture) en fonction de} la température pour les différents dépôts étudiés

En conclusion on constate que les différences observées en terme de fermeture de l’in- terface entre les différentes variétés de silicium polycristallin sont mineures et peuvent s’expliquer la plupart du temps par des considérations de microrugosité qui modifient les valeurs initiales sans affecter par la suite le comportement ni de la largeur de l’interface ni de sa densité.

Toutefois on peut observer certaines différences, notamment avec le silicium colonnaire, en ce qui concerne les domaines de température et l’allure des courbes. En effet, on peut

constater sur la figure 4.9 que le silicium polycristallin colonnaire connait une réaugmen- tation de son taux de fermeture à partir de 200˚C contre 150˚c pour les autres types de dépôt. Si cette variation observée d’une cinquantaine de degrés peut paraître négligeable, elle pourrait témoigner d’un effet de structure sur des aspects de diffusion dans le silicium qui régissent les mécanismes de fermeture. Il est certain que les fines variations de cris- tallinités n’affectent pas de manière radicale l’évolution de l’interface mais il semble qu’on puisse trouver quelques variations qui pourraient s’avérer intéressantes en ce qui concerne la gestion de l’eau et de la défectivité.