Colloque

Étude de la formation des cloques dans le silicium par implantation ionique à basse énergie : vers des substrats SOI ultra minces

Oussama Moutanabbir

Bernard Terreault

Guy G. Ross

Membre a labase

Oussama Moutanabbir

Résumé du colloque

Les cloques produites par implantation de l’hydrogène et/ou de l’hélium jouent un rôle primordial dans la technologie de séparation de films minces. L’étude de ces structures lors de l’implantation des ions à basse énergie a des applications potentielles dans la technologie du silicium sur isolant de faible dimension (~ 100 nm). L’utilisation des ions de faible énergie (~ 5 keV) ne semble pas être facile sachant que la physique de pénétration des ions dans la matière est gravement affectée dans cette gamme d’énergie. En effet, nous avons trouvé que l’implantation des ions de faible énergie pose des problèmes particuliers qui défient les modèles utilisés à des énergies plus élevées. L’objectif de ce travail est de contribuer à la compréhension du phénomène de formation des cloques et d’améliorer l’efficacité de ce processus par optimisation des doses et des traitements thermiques. Nous avons utilisé la microscopie à force atomique pour caractériser quantitativement la morphologie de la surface, la spectrométrie de désorption thermique pour suivre l’évolution des interactions gaz - défauts lors du recuit, et les mesures de résistivité comme indication de l’évolution du dommage. Des échantillons de silicium type n d’orientations (100), (110) et (111) ont été implantés par des ions H (ou D) d’énergie 5 keV et/ou des ions He d’énergie 8 keV à des doses de 1016 à 1017 ions/cm2. Les doses critiques du cloquage et les conditions optimales du recuit ont été déterminées pour chaque type d’ions ainsi que pour la co-implantation H et He. Les comportements des ions H et D sont remarquablement différents : une dose de 6 1016 D/cm2 suffit pour produire des cloques, alors qu’aucune cloque n’a été observée pour la même dose des ions H. La densité, la taille et la morphologie des cloques et des cratères dépendent de l’orientation du cristal. La co-implantation des ions H et He réduit radicalement la dose critique du cloquage, et l’ordre de l’implantation a un effet crucial dans la formation des cloques. Aucune cloque n’a été observée dans les échantillons implantés H en premier, tandis que des cloques et des cratères se sont bien produits dans les échantillons implantés He en premier. Contrairement à ce qu’on croyait précédemment, à savoir que c’est l’hydrogène qui « prépare le terrain » au cloquage en formant des plaquettes parallèles à la surface. Les mesures de résistivité montrent une nette corrélation avec la morphologie et l’évolution du gaz, et en particulier avec l’ordre de l’implantation. La résistivité dépend de plusieurs paramètres tels que la densité des porteurs de charge, l’état de charge des défauts ou des complexes hydrogène-défaut, le libre parcours moyen des électrons et de la nature et la densité des défauts. Ce qui rend l’interprétation physique des mesures de résistivité très difficile.

Contexte

Section :

Science et ingénierie des plasmas

Thème du colloque :

Science et ingénierie des plasmas

Hôte : Université du Québec à Rimouski

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Titre du colloque :

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