Centre d’Élaboration de Matériaux et d’Etudes Structurales (UPR 8011)


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Thèse Aurélie Royal


Étude du piégeage de l’hydrogène implanté et application au transfert de couches fines de silicium

Soutenance vendredi 27 janvier à 10h00
salle de conférences du CEMES

 

Composition du jury

  • Mme Marie-France BEAUFORT, CNRS-Institut Pprime (Poitiers), Rapportrice
  • M. Daniel ALQUIER, CNRS-GREMAN (Tours), Rapporteur
  • M. Alain CLAVERIE, CNRS-CEMES (Toulouse), Directeur de thèse
  • M. Frédéric MAZEN, CEA-LETI (Grenoble), Directeur de thèse, invité
  • M. Jérémie GRISOLIA, CNRS-LPCNO (Toulouse), Examinateur

 

Résumé :

Le développement de la microélectronique « ultime » requiert la fabrication de structures de type SOI (Silicon-On-Insulator) dotées d’une couche superficielle de Si d’épaisseur très fine (de l’ordre de 10 nm) et uniforme (<+/- 0,5 nm). Une des voies pour relever ce challenge serait d’intégrer, dans la technologie Smart CutTM, des substrats donneurs modifiés permettant de « forcer » l’hydrogène à précipiter, en cours de recuit, dans un plan parallèle à, et proche de, la surface.

Dans ce travail, nous étudions les effets de l’implantation ionique d’ions hydrogène et d’un recuit thermique dans des structures de silicium contenant de fines couches

« enterrées » de Si:B ou de SiGe. Nous avons tout d’abord identifié les conditions d’implantation et de recuit permettant l’obtention de cloques sur des surfaces libres et donc devant permettre de fracturer la couche en présence d’un raidisseur mécanique, ce que nous avons testé. La couche Si:B permet d’obtenir la fracture pour une dose d’hydrogène implanté plus faible et pour un budget thermique plus faible qu’avec une couche de SiGe. De plus, la rugosité de ces couches après transfert est nettement plus faible qu’obtenue avec le procédé de référence.

Nous avons observé (par MET et SIMS) que l’hydrogène se piège dans la couche Si:B, et aux interfaces entre le SiGe et le Si, ce qui suggère que les mécanismes mis en jeu dans ce piégeage sont différents.

Nous avons ensuite étudié la redistribution de l’hydrogène après implantation et recuit (par SIMS) ainsi que l’évolution des platelets (par MET) au cours d’un recuit isotherme dans la structure Si/Si:B/Si. En cours de recuit, les platelets formés en dehors de la couche Si:B se dissolvent au profit de ceux, plus grands, formés dans la couche dopée, qui finalement forment des microfissures. Cette croissance est à la base du transfert de l’hydrogène implanté vers la couche piégeante. Cette diffusion est néanmoins lente et tout l’hydrogène implanté n’est finalement pas « pompé » par cette couche piégeante. Un modèle numérique simple a permis de comprendre puis de reproduire qualitativement le phénomène de redistribution observé par SIMS.

Ce travail a donc montré que les couches de Si:B sont très prometteuses pour la fabrication de SOI ultrafins. Ce procédé a été optimisé en milieu industriel et une rugosité du film transféré de 2 à 8 Å a été obtenue, ce qui est 10 fois plus faible que la rugosité obtenue avec le procédé Smart CutTM classique.