Optimisation des conditions d’attaque chimique

Afin de valider nos conditions expérimentales, nous avons exploité un lot de tranches de silicium multicristallin attaqué avec le protocole décrit précédemment. Dans un premier temps, nous avons comparé les méthodes de mesure de l’épaisseur d’enlèvement et évalué leur sensibilité. Deux méthodes ont été utilisées :

‒ La première méthode, dite « mesure par pesée », consiste à mesurer la perte de poids lors de

l’attaque chimique à l’aide d’une balance dont l’erreur de mesure est de 0,02 g. Connaissant la taille de la tranche et la masse volumique du silicium, la perte de poids est traduite en épaisseur enlevée. Cette méthode suppose que l’enlèvement est uniforme sur toute la surface de la tranche.

‒ La deuxième méthode, dite « mesure capacitive », est basée sur la mesure capacitive de

l’épaisseur de la tranche avant et après attaque chimique. L’instrumentation utilisée a été présentée précédemment (cf. § II.2.1.1). Cette méthode a l’avantage de donner l’enlèvement en 49 points régulièrement distribués sur la surface de la tranche.

La Figure 56 présente l’épaisseur enlevée par face en fonction de la durée d’attaque, mesurée respectivement par la méthode de la pesée et par la méthode capacitive. Dans le cas de la méthode capacitive, la valeur représentée est la moyenne des 45 mesures réalisées pour chacune des tranches.

(a) (b)

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avec la mesure de l’enlèvement (a) par pesée des tranches et (b) par mesure capacitive.

Les barres verticales représentent les erreurs introduites par les deux méthodes. Ces erreurs sont calculées à partir des incertitudes soit de pesée, soit de mesure d’épaisseur par la méthode capacitive, avant et après l’attaque chimique. Ce calcul d’erreur est décrit en Annexe 3. L’erreur est 8 fois plus importante avec la méthode de la pesée.

La méthode capacitive sera donc retenue. Outre sa meilleure sensibilité et sa meilleure précision, cette technique permet d’obtenir la distribution des épaisseurs enlevées sur la tranche ce qui permet d’évaluer l’homogénéité de l’enlèvement. La Figure 57 montre un exemple de mesure des enlèvements par cette méthode. La distribution de l’enlèvement local est représentée par son écart en pourcent à l’enlèvement moyen.

Figure 57- Exemple de distribution des enlèvements mesurés par méthode capacitive.

Le même lot de tranches de silicium a servi pour déterminer les conditions cinétiques de nos attaques chimiques progressives. Dans ce but, plusieurs méthodologies ont été testées :

‒ Protocole I : Pour ce type d’essai nous utilisons trois tranches pour chaque durée d’attaque.

Une tranche sert à analyser la vitesse d’attaque, les deux autres tranches sont utilisées pour des caractérisations complémentaires. De manière à étudier la cinétique dans les premières minutes de l’attaque chimique, les incréments de durée d’attaque dans cette période sont plus courts que ceux utilisés pour les durées d’attaque longues. Tenant compte de la durée totale de l’essai qui est de l’ordre de la journée et du nombre important de tranches traitées (3 paniers), le bain est renouvelé au moins une fois pour limiter les effets de son vieillissement (changement des concentrations).

‒ Protocole II: Dans cet essai, une seule tranche est utilisée pour chaque durée d’attaque. Nous

limitons ainsi le nombre de paniers introduits et le nombre de bains utilisés. De plus, les incréments des durées d’attaque sont constants.

Le Tableau 15 récapitule les conditions expérimentales de ces protocoles. En particulier, la progression des incréments de durée d’attaque chimique y est précisée.

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Tableau 15 : Paramètres des protocoles d’attaque chimique sur tranche entière.

Protocole durées d’attaque ^{Intervalle de}

Incrément de la durée d’attaque Nombre de durées Nombre de tranches Renouvellement de la solution I

[0 min, 1 min] 30 s 2 3×2 = 6 Bain 1

[2 min, 30 min] 2 min 15 3×15 = 45 Bain 1

[40 min, 100 min] 10 min 7 3×7 = 21 Bain 2

II [0 min, 100 min] 5 min 20 1×20 = 20 Bain unique

La Figure 58 illustre la différence de l’évolution de l’enlèvement en fonction de la durée d’attaque entre les deux protocoles. Nous avons utilisé la méthode capacitive et seule la mesure obtenue au centre de la plaque est représentée. Un changement de régime dans l’attaque chimique (pente de la courbe plus faible) et une discontinuité dans l’évolution de l’épaisseur enlevée sont observés à partir de la durée d’attaque de 30 min dans le cas de l’essai 1 réalisé selon le protocole I. Pour l’essai 2 réalisé selon le protocole II, l’évolution de l’épaisseur enlevée est assez monotone.

Or la durée d’attaque de 30 minutes correspond au moment du renouvellement de la solution chimique et du changement de la valeur de l’incrément de durée d’attaque de 1 minute à 10 minutes dans le protocole I. Nous en avons déduit que le changement de régime dans ce cas est lié à l’instabilité apportée par ces différents changements. En effet, pour chaque durée d’attaque l’ensemble des tranches présentes dans le panier sont sorties de la solution. Après retrait des tranches utilisées pour les mesures à la durée d’attaque considérée, le panier avec les tranches restantes est réintroduit pour poursuivre l’attaque. Après le renouvellement du bain, le retrait des tranches n’intervient qu’après une durée d’attaque longue avec plus de 20 tranches présentes. Ces conditions sont à comparer avec la période de durées d’attaque courtes où le nombre de tranches présentes dans le panier décroit rapidement dans le temps.

Figure 58 : Épaisseur enlevée par face des tranches de silicium en fonction de la durée d’attaque chimique selon les protocoles I (essais 1) et II (essai 2) des attaques chimiques progressives.

Pour la suite de notre étude, nous avons donc privilégié l’utilisation du protocole II qui propose une plus grande régularité d’opération. De ce fait, il semble plus adapté pour mettre en évidence un changement de régime de l’attaque chimique lié à la disparition de la zone d’endommagement par enlèvement chimique.

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