Etude des nano-cavités en vue de la réalisation des matériaux alternatifs à base de semi-conducteurs

1.4 RECUIT POST-IMPLANTATION

Après l'implantation, les matériaux sont généralement fortement dégradés : les impuretés sont implantées sur des sites quelconques (elles ne sont pas toutes en position substitutionnelle) et la plupart sont électriquement inactives; rendant ainsi le matériau moins utile. C'est pourquoi, Lors des applications en microélectronique, il est souvent nécessaire de faire subir au matériau implanté un traitement thermique particulier que l'on appelle recuit. Celui-ci a deux rôles majeurs :

- Restaurer la structure cristalline du matériau, en 'guérissant' les défauts,

Activer les impuretés implantées.

Il faut noter qu'après recuit, la distribution des impuretés dans le matériau est élargie. Si le matériau est amorphe, les trajectoires des ions sont aléatoires car aucune direction n'est alors privilégiée. Dès lors, on assiste à la formation des bulles (cas oil l'ion implanté est un gaz) ou des cavités (entités vides dues à l'implantation d'ions métalliques) dans le matériau.

1.5 FORMATION DES NANO-CAVITES

1.5.1 Précurseurs

Lors de l'implantation ionique, une large zone amorphe est créée, la densité du matériau dans la zone endommagée diminue. Ainsi tous les paramètres d'implantation (taille, densité, concentration d'ions, température) pris au cours des phénomènes mèneront à une phase d'implantation qui va générer des sites précurseurs des cavités/bulles; ces sites sont des complexes lacunes-particules.

Du point de vue cavité, Romain DELAMARE[5] remarque que le pic de distribution des lacunes créées se situe un peu avant le pic de distribution des ions implantés. Ce qui lui permet de séparer la zone complexe formée en trois. La première zone, la plus proche de la surface, est principalement composée de défauts lacunaires et de quelques atomes implantés. La seconde, quant à elle, est une zone oil l'on trouve à la fois des lacunes et des particules implantées. Enfin la dernière zone est composée principalement de particules en position interstitielle et de quelques lacunes. Les phénomènes de croissance des cavités dans les matériaux semi-conducteurs ne sont pas encore bien appréhender, ce ne sont que les paramètres (dose, énergie, etc.) d'implantation qui sont pris en compte. Selon la dose d'implantation, il y aura une phase de l'implantation qui va générer les sites précurseurs des cavités. Ces sites sont des complexes lacunes-particules.

Du point de vue des bulles[6], la nucléation se fait par un mécanisme de mutation de piège (trap-mutation[7]). Premièrement, c'est un atome qui va occuper un site vacant dans la matrice, formant ainsi un complexe I-V. Ensuite d'autres atomes viendront s'ajouter a ce complexe pour former un deuxième complexe ion-lacune (I₇-V) due à l'accumulation des atomes dans une seule lacune. Dès lors que la pression dans ce complexe augmente, il peut avoir éjection d'un atome de la matrice de son site cristallographique, générant une lacune supplémentaire associée au complexe I7+1 -- V2 ; l'atome déplacé se mettant alors en position interstitielle : I₇ -- V + I --* I7+1 -- V2 + i. La formation de ces complexes lacunaires partiellement remplis d'ions nous donne des précurseurs, qui vont donner naissance aux cavités/bulles durant la phase de recuit post-implantation.