Proposition de mécanisme de dégradation

Procédé Rsheet relatif

Bain HF 1% 1,2

Tableau 15 : Valeur de Rs heet après gravure humide dans un bain HF1% de la passivation SiN

au-dessus d’une hétérostructure AlGaN/GaN, relativement à la valeur d’un empilement de référence.

Que ce soit par plasma délocalisé ou bien par bain d’HF, les Tableau 14 et Tableau 15 montrent donc que l’impact d’une gravure chimique reste très limité. Les réactions chimiques à l’origine de la gravure n’induisent pas de dégradation excessive. De plus, la présence et la diffusion de fluor dans l’AlGaN n’est pas dégradant, confirmant une nouvel fois les résultats observés dans les études précédentes. Néanmoins, ces gravures sont lentes et isotropes donc peu appropriées à la réalisation de brique grille ou contact dans un transistor.

En résumé, cette étude complémentaire permet de confirmer que l’influence de la gravure physique est importante sur la dégradation électrique dans une hétérostructure AlGaN/GaN, contrairement aux gravures chimiques. Le bombardement des atomes à fortes énergies, pulvérisant le SiN, provoque de fortes modifications dans le matériau contrairement aux gravures chimiques même si celles-ci se font en présence de fluor. La pulvérisation énergétique peut être responsable de détérioration cristalline, comme la création de défauts ponctuels. Elle peut aussi provoquer de la gravure préférentielle, modifiant les états de surfaces et les états de charges en surface [8], [12], [21].

III. Proposition de mécanisme de dégradation

L’ensemble des études menées précédemment a permis d’observer de nombreux phénomènes ayant des impacts sur les dégradations électriques mesurées. Grâce à ces résultats, un modèle des mécanismes de dégradations influentes peut être proposé. Il est illustré par la Figure 67.

Figure 67 : Modèle des mécanismes de dégradation ayant lieu durant la gravure plasma

Dans nos conditions expérimentales, deux facteurs majeurs augmentent la dégradation électrique de l’hétérostructure AlGaN/GaN : le bombardement ionique et l’épaisseur de la couche modifiée. Le bombardement ionique énergétique impacte la qualité cristalline de l’AlGaN. Celle-ci est dégradée par les collisions en cascade menant à la formation de défauts ponctuels et à

Chapitre III - Étude des mécanismes de dégradation de l’AlGaN lors de l’ouverture de la passivation en nitrure de silicium

l’implantation de contamination. La formation de sites vacants dans la maille de l’AlGaN peut introduire des niveaux accepteurs qui se comporteront comme des pièges en capturant un électron [2,3]. Les ions implantés peuvent aussi se stabiliser dans la maille sous forme de charge fixe, former un piège ou encore compenser les états donneurs natifs de l’AlGaN, diminuant la concentration de porteurs disponibles [11]–[13]. De plus, cette perte de cristallinité peut diminuer les effets piézoélectriques ayant lieu dans l’AlGaN. La formation du 2DEG est alors perturbée [3]. Le bombardement ionique impacte aussi les états et la stœchiométrie de surface. La pulvérisation préférentielle de l’azote puis la réoxydation qui la suit vont modifier les états de charges de surfaces et augmenter le potentiel de surface. Cela diminuera la densité et la mobilité électronique du canal [1,2,10,25]. Il existe néanmoins un seuil d’énergie aux alentours de 100eV sous lequel ces dégradations sont limitées et ont peu d’influence électrique.

Le deuxième facteur identifié est l’épaisseur modifiée. Plus l’épaisseur modifié est importante, plus elle a une influence sur le canal électronique et ses propriétés. Elle peut être augmentée sous l’impact d’un bombardement énergétique. A forte énergie, les modifications et les incorporations ont l’énergie suffisante pour s’implanter profondément. Le bombardement augmente alors l’épaisseur de la couche modifiée et la dose des modifications présentes dans cette couche. L’implantation d’éléments légers, comme l’hélium ou l’hydrogène, dans la maille de l’AlGaN augmente aussi cette épaisseur modifiée du fait de leurs implantation plus profonde grâce à leurs petites tailles. Ce phénomène peut être accentué par des effets de canalisation, dû à la cristallographie hexagonale de l’AlGaN [14].

L’incorporation du fluor dans l’hétérostructure joue un rôle de second ordre pour nos conditions expérimentales. Le fluor peut s’accumuler en surface, menant à la formation d’une couche fluorée modifiant le potentiel de surface. Il peut aussi s’implanter dans la maille, créer des défauts cristallins et des sites vacants sur son passage avant de se stabiliser et former un piège [24]– [26].

Ce modèle est la synthèse des résultats obtenus. Il permet d’émettre des recommandations sur les fenêtres de procédé dans lesquelles nous devons travailler pour limiter les dégradations. Le bias du plasma doit être inférieur à 100V. Ainsi la dégradation électrique et l’influence de la sur-gravure sont limitées. Les chimies et les matériaux contenant des atomes légers, comme l’hélium et l’hydrogène, sont à proscrire pour éviter les implantations profondes de contaminant. Ces résultats serviront de base pour les études réalisées dans les chapitres suivants : les procédés développés s’appuieront sur ces recommandations pour être les moins dégradants possibles.

IV. Bibliographie

IV. Bibliographie

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