Topographie de surfaces Si(111) après bombardement d'ions Ar+ et recuit thermique

J. Fauré , Alain Claverie , Christophe Vieu , J. Beauvillain

Nous avons étudié la réorganisation, par recuit thermique, de surfaces Si(111) préalablement bombardées par des ions argon d'énergie incidente E0 = 10 keV, en utilisant les techniques de diffraction électronique R.H.E.E.D. et d'imagerie R.E.M.. L'influence de la dose implantée sur la température et la durée du recuit nécessaire, ainsi que sur la topographie de la surface obtenue, a été mise en évidence. La théorie L.S.S. et un programme de calcul d'énergie déposée permettent d'interpréter l'ensemble des résultats. Pour une dose d'ions Ar+ associée à la disparition complète des taches de diffraction et des contrastes caractéristiques des marches atomiques ( D0 = 6 × 1013 ions/cm2), un recuit de 30 min à 575 °C permet de retrouver la topographie de la surface initiale : même disposition et même densité des marches atomiques. L'implantation de cette dose ne permet ni l'amorphisation ni une érosion importante du matériau. Le recuit permet une désorption complète de l'argon au voisinage de la surface. Après amorphisation complète de la surface de silicium (pour D a = 4 × 1015 ions/cm2), un recuit de 20 h à 750 °C permet une recristallisation partielle (la taille moyenne des monocristaux de silicium est de quelques milliers d'angströms). Pour une dose intermédiaire (Di = 6 × 1014 ions/cm2), un recuit de 90 min à 700 °C permet de réorganiser la région proche de la surface. Cette réorganisation conduit à une surface rugueuse de silicium monocristallin. Ces résultats indiquent que la recristallisation épitaxiée à partir de l'interface cristal/amorphe n'est possible que lorsque la concentration d'argon y est inférieure à une concentration limite. Une augmentation de la température de recuit est alors nécessaire pour diminuer cette concentration par diffusion et par désorption.

Mots clés: annealing; electron microscope examination of materials; elemental semiconductors; ion implantation; reflection high energy electron diffraction; silicon; surface topography

Domaines: Articles anciens

J. Fauré, Alain Claverie, Christophe Vieu, J. Beauvillain. Topographie de surfaces Si(111) après bombardement d'ions Ar+ et recuit thermique. Journal de Physique, 1987, 48 (7), pp.1161-1170. ⟨10.1051/jphys:019870048070116100⟩. ⟨jpa-00210540⟩