Étude du comportement de l'oxyde de silicium dopé au phosphore lors de traitements thermiques

Behaviour of thick layers of phosphosilicate glass during thermal treatments.

• Auteur / Autrice : Fabien Chabuel
• Direction : Agnès Granier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Micro et nanoélectronique
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)

Résumé

L'objectif de ce travail est l'étude du comportement des films d'oxyde de silicium dopés phosphore à haute température (850°C-1050°C). Les observations expérimentales montrent que dans certaines conditions de température et d'atmosphère de recuit (azote, oxygène, vapeur d'eau), il se produit un dégazage s'accompagnant de la formation des bulles dans le matériau. Une étude thermodynamique du système SiO2-P2O5 a été réalisée pour déterminer les principaux facteurs d'apparition des bulles. Elle montre qu'il y a une formation d'espèces gazeuses lors de recuits sous atmosphère humide. Le traitement thermique génère aussi des modifications structurales du matériau. Les variations des propriétés physiques du matériau telles que l'indice de réfraction, la contrainte et la viscosité ont été étudiées. En particulier, la viscosité est un paramètre important pour la formation des bulles. Nous avons observé qu'il est nécessaire d'avoir une viscosité spécifique pour permettre la nucléation de bulles. Le modèle de maturation d'Ostwald a été adapté à notre système et nous avons déterminé le paramètre limitant la croissance des bulles dans l'oxyde. L'étude de ces phénomènes permet une meilleure connaissance du comportement des films d'oxyde de silicium dopé soumis à des traitements thermiques et une meilleure maîtrise des procédés.

The goal of this work is the study of phosphosilicate glass layers behaviour at high temperatures (850°C-1050°C). Experimental observations point out outgassing with bubbles formation in the material under particular conditions of temperature and atmosphere's annealing (nitrogen, oxygen, steam). Thermodynamic study of the SiO2-P2O5 was achieved in order to determine the main factors of bubble apparition. It was shown that under dry atmosphere, gaseous spécies are formed. Under wet atmosphere, solid compounds are formed. Thermal treatment engenders structural modifications of material. The variations of material physical properties like index refraction, strain, and viscosity have been studied. Indeed, viscosity is an important parameter for bubble formation. We observed that a specific viscosity is needed to nucleate bubbles. The model of Ostwald ripening was adapted in our case and we determined the limiting parameter of bubble growth in the oxide. The study of these phenomenons allows a better knowledge of phosphosilicate glass behaviour under thermal treatments and control of process.