CHAPITRE DEUX
APPLICATIONS POTENTIELLES DES
NANO-CAVITES
Le coût élevé de production des cellules
solaires est dû au coût des plaquettes de silicium massif, c'est
à dire le prix de la matière première, de la mise en forme
des lingots et de la découpe des lingots. Il est donc clair que la
réduction du coût du module (élement constitutif d'une
plaque solaire) passe par la réduction du coût de
l'élaboration du substrat. La méthode la plus accessible pour les
industriels est la réduction de l'épaisseur des plaques de
silicium c.-à-d. en films minces. La réduction de
l'épaisseur des plaquettes est aujourd'hui un point clé du
développement des cellules solaires photovoltaïques en silicium.
Actuellement les substrats de type silicium sur isolant (SOI)
présentent un très grand intérêt pour des
applications microélectroniques dans le domaine de la basse
consommation. Il existe plusieurs procédés d'obtention de
substrats SOI. Les plus utilisés aujourd'hui sont le
procédé SIMOX (de l'expression anglo-saxonne Separation by
Implantation of Oxygène, consiste à implanter de l'oxygène
dans un substrat de silicium à haute dose (1018
O+/cm2) afin de former une couche d'oxyde enterrée), le
procédé BESOI ((Bond and Etch-back SOI) qui est basée sur
le collage direct de deux plaquettes de silicium) et les procédés
basés sur le collage par adhésion moléculaire et
implantation ionique (SMART CUT). Pour obtenir des couches minces de silicium
sur de la silice, ces procédés, utilisant le collage par
adhésion moléculaire, sont combinés à des
procédés d'amincissement où le clivage d'un substrat est
obtenu par coalescence, provoqué par un traitement thermique, de
nano-cavités générées par implantation ionique.
Dans ce chapitre, nous nous intéresserons au
procédé Smart Cut et la méthode de purification des
couches minces.
2.1 PROCEDE SMART CUT
Les structures SOI sont constituées d'une fine couche
de semi-conducteur (parfois le silicium) sur une couche isolante (souvent de
l'oxyde de silicium) permettant la fabrication de circuits
intégrés très efficaces et très rapides. En effet,
il n'existe donc pas de contact entre la couche du semi-conducteur et son
substrat, qui a pour avantage de réduire les effets capacitifs parasites
ainsi que les fuites dues au substrat et d'augmenter le gain en courant
(consommation élevée de courant) [3]. L'un des principaux
domaines d'application de cette technologie est le marché des
systèmes portables d'où l'intérêt
général qui lui est accordé.
Nous vous présenterons donc ici cette technique (le
procédé smart cut) de production de ces structures très
utilisées dans l'industrie.
Smart Cut (Super Material Abrasive Resistant Tools) est un
procédé technologique permettant le transfert de films minces de
matériaux cristallins sur des substrats. Cette technique est une
combinaison de l'implantation d'hydrogène suivie du collage par
l'adhérence moléculaire direct. Dans ce procédé, la
fabrication d'une couche mince de matériau semi-conducteur comprend
l'exposition d'une plaquette de matériau semi-conducteur,
- à une étape de bombardement d'une face du
substrat avec des ions, afin d'implanter ces ions en dose suffisante pour
créer une couche de nano-cavités (couche H),
- à une étape de mise en contact intime de cette
face du substrat réalisée par liaisons hydrophiles entre les deux
plaquettes, et
- à une étape de traitement thermique pour
générer un clivage du substrat au niveau de la couche de
nano-cavités.
Dans ce procédé, la zone où s'effectue
l'implantation est perturbée, ce qui conditionne
l'homogénéité du film mince et sa rugosité au
niveau des surfaces situées de part et d'autre de la surface de clivage.
Il est donc ensuite nécessaire de réaliser des traitements
thermiques pour éliminer les défauts, les rugosités, etc.
Puis un polissage est nécessaire. Le reste de la plaquette donneuse est
intact et peut être recyclé pour former une autre plaquette
support, ce qui diminue le coût matériel.
Comme toute technologie, celle-ci présente des
avantages : on a la possibilité de choisir l'épaisseur de la
couche tout en modifiant juste l'énergie d'implantation ionique, ce qui
nous donne une couche uniforme avec très peu de défauts, et le
recyclage de plaque permet une production à faible coût.
Cependant, la structure atomique du matériau est modifiée,
réduisant ainsi la résistance à la brisure du
matériau; aussi, les propriétés physico-chimiques sont
modifiées entrainant une destruction de la structure cristalline.
FIGURE 2.1: Etapes du procédé Smart Cut.
Nous pouvons donc conclure cette partie en disant que
Smart-Cut est une technologie de production avancée des systèmes
SOI. Cela requiert tout le nécessaire pour l'élaboration et la
fabrication des plaquettes SOI, qui améliore les performances des
circuits intégrés. Comme mentionné plus haut, cette
technologie s'applique également à d'autres semi-conducteurs
(SiC, GaAs, InP,). En utilisant une couche mince plutôt que le
matériau massif (qui est très coûteux), cela permettrait de
réduire les coûts de fabrication car les couches minces ainsi
créées sont autosupportées et peuvent être
transférées par la suite sur des substrats compatibles de
très faible coût (verres, céramiques, ).
Dans l'industrie du semi-conducteur, la contamination du
silicium par des impuretés métalliques, notamment lors de
traitements thermiques à haute température, entraîne une
dégradation des caractéristiques électriques (pour les
cellules solaires) ainsi que des problèmes de fiabilité.
Jusqu'à présent, l'étape de piégeage était
remplie par une étape de diffusion de phosphore après un
dépôt de POCl3. Cependant cette technique n'est pas toujours
suffisante ou même possible sur certains types de composants. Une
alternative prometteuse est le piégeage par implantation ionique.
L'évolution des défauts créés par implantation
ionique, ainsi que la cinétique de piégeage d'une impureté
métallique, seront mis en évidence dans cette partie.
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