2.2 GETTERING (PIEGEAGE D'IMPURETES)
Le terme anglais gettering qui signifie piégeage est un
procédé par lequel des impuretés indésirables sont
retirées dans un endroit alternatif (le piège) du matériau
oil ils préfèrent résider (leur énergie est
faible).
Dans le but de faire des économies, au lieu d'utiliser
le silicium pur qui coûte cher, on utilise le silicium massif renfermant
trop d'impuretés. Les couches minces destinées à
l'énergie solaire sont généralement celles qui
présentent le plus de contamination métalliques. Et les moyens
pour leur décontamination font l'objet de différentes
études. Le gettering par les nano-cavités induites par
implantation d'ions est l'une des pistes les plus prometteuses.
Les impuretés introduites dans les composants pendant
leur fabrication modifient les caractéristiques de ceux-ci. Il est donc
impératif de contrôler la concentration de ces impuretés,
d'autant plus que la miniaturisation des composants les rend de plus en plus
sensibles à celles-ci. La plupart de ces impuretés sont en fait
des impuretés métalliques dues aux différents
procédés de fabrication des composants. Les nano cavités
formées par implantation d'ions (H ou He) sont des puits efficaces pour
les impuretés métalliques dans les matériaux (Si).
Comparé au piégeage traditionnel à l'équilibre
thermodynamique qu'est le dopage (diffusion de phosphore après un
dépôt de POCl3), l'implantation ionique présente de
nombreux avantages, (i) les puits créés par implantation peuvent
se situer très près de la zone active. La figure 2.2
schématise ce phénomène de façon succinte.
FIGURE 2.2: Processus de piégeage (gettering).
Aussi, le piégeage des impuretés
métalliques par des nano-cavités est une voie prometteuse
pour
obtenir des échantillons de silicium de haute pureté. La
formation-croissance dans un
matériau, de couches de nano-cavités à
des profondeurs déterminées (notamment près des surfaces
libres) par implantation d'ions, suivi de recuit met en jeu des interactions
complexes entre ces ions et les amas de lacunes[9].
Une des méthodes les plus utilisée est une
méthode de piégeage par la face arrière, qui implique de
forts bilans thermiques donc de forts coûts. Une des alternatives
à cette méthode est l'utilisation des nano cavités
induites par implantation d'hélium pour piéger les
impuretés en dehors des zones actives des composants. Il s'agit du
gettering de proximité. Par des techniques de piégeage, nous
verrons comment les nano-cavités induites permettent de purifier
à faible coût certains semi-conducteurs (silicium) et par
conséquence de réduire le coût des composants.
2.2.1 Les différentes méthodes de
piégeage
Suivant la nature des sites pièges, ces méthodes
sont séparées en deux catégories distinctes, à
savoir : le gettering interne, celle qui utilise comme sites pièges des
défauts déjà présents dans le silicium et le
gettering externe, celle oil l'on crée les défauts qui vont
servir de pièges.
Le gettering interne
Ce terme désigne une méthode qui utilise la
précipitation de l'oxygène, présent dans les substrats,
comme site piège. En effet, dans ce substrat, on trouve une grande
concentration de précipités d'oxygène. Cette
précipitation de l'oxygène crée dans les substrats des
faisceaux qui se développent sans interruption, présentent des
défauts. Par la suite, ces défauts atteignent des zones actives,
formant au passage des nano-cavités qui serviront de pièges aux
impuretés. Une description de cette méthode consiste en une
succession de recuits permettant de créer des nano-cavités/bulles
ou précipités qui diffuseront vers la surface pour y former des
sites pièges; en effet, lors de la croissance des
précipités d'oxygène, des auto-interstitiels vont
être émis. Et ce sont ces auto-interstitiels qui vont favoriser la
précipitation des impuretés afin qu'elles soient
piégées. Enfin, les impuretés piégées
restent présentes dans le matériau et peuvent donc se
libérer au cours de recuits ultérieurs.
Le gros avantage de cette méthode est qu'elle est
facile à mettre en oeuvre sur une chaîne de production et les
pièges internes sont plus près des zones actives que sur la face
arrière. Par contre, l'homogénéité des
caractéristiques des composants est mauvaise (ceci vient du fait que
l'on ne peut pas contrôler la distribution et la taille des
précipités d'oxygène). Cette méthode n'est efficace
qu'avec des impuretés en grande concentration et qui précipitent
facilement.
Le gettering externe
Il existe deux façons de réaliser du gettering
externe : on introduit les sites pièges, soit par la face
arrière, soit par la face avant.
Si on introduit les défauts par la face arrière,
alors il suffit de faire diffuser l'impureté et de la faire
précipiter dans la zone de nano-cavités. L'avantage de cette
méthode est qu'elle est facile à mettre en uvre et que l'on peut
éliminer la zone de piège. Par contre elle nécessite des
bilans thermiques importants et elle ne piège pas les impuretés
dont la concentration est inférieure à leur solubilité
limite.
Lorsque l'on introduit des défauts par la face avant,
c'est à dire que des nano-cavités (sites de piégeage) se
créent près des zones actives par implantation ionique, on parle
alors de gettering de proximité comme mentionné plus haut.
Faire donc croître des nano-cavités dans des
matériaux permettra la réalisation de ces pièges. Mais ces
nano-cavités nécessitent de fortes doses d'implantation et cela
crée des défauts qui risquent de perturber les zones actives. A
cela donc, l'immersion plasma (d'hydrogène) est un atout, les
interactions plasma-surface créent des zones actives non
perturbées par les défauts car cette méthode ne
présente pas de problème à caractère directionnel.
De plus la présence d'hydrogène favorise le transfert entre les
nano cavités.
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