Evolution de la taille des grains du silicium polycristallin pendant des traitements thermiques ou oxydation

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Abstract
Nous avons comparé l'évolution de la morphologie cristallographique de couches épitaxiques de silicium polycristallin (résistivité de 9 x 10 -3 Ω.cm, épaisseur de 450 nm, dépôt L.P.C.V.D. à 670°C par décomposition du silane) soumises pendant 6 à 180 min, à un traitement thermique à température élevée (entre 900 °C et 1 050 °C) sous atmosphère soit inerte (argon), soit oxydante (oxygène sec). L'évolution de la taille des cristallites de la couche polycristalline a été mise en évidence par diffraction des rayons X. Dans les deux cas, on observe un accroissement (plus rapide lors d'une oxydation) de la taille des grains (de moins de 20 nm à plus de 70 nm), correspondant à une cristallisation des zones amorphes, favorisée par la diffusion du dopant (phosphore) aux joints de grains et par l'existence de contraintes mécaniques. La vitesse de formation de l'oxyde est çontrôlée par l'orientation cristallographique aléatoire des grains et la présence des joints de grains (diffusion intergranulaire et ségrégation des dopants). Le claquage destructif de l'oxyde n'est pas direct, on observe souvent une phase de préclaquage avec une auto-guérison. La rigidité diélectrique dépend du dopage et varie de 2 MV/cm à 5 MV/cm quand la température d'oxydation passe de 900 °C à 1000 °C

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