Gestion de l'eau à l'interface de collage Silicium/Silicium

Le collage direct est une technique qui permet de coller deux materiaux de facon spontanee a temperature ambiante sans apports de matiere supplementaires (polymeres...). Cette technique est particulierement utilisee pour la creation de SOI par la technique Smart Cut®. La chimie de surface, la rugosite, la topologie et la proprete des materiaux sont les parametres essentiels a maitriser pour reussir ce collage si particulier. Parmi les collages directs les plus etudies, le collage Silicium sur Silicium hydrophile fait cas d’ecole. Lors des recuits de consolidations, d’importants defauts apparaissent qui sont due a la reaction chimique entre le silicium et l’eau presente a l’interface de collage. Plusieurs etudes ont montre que l’eau etait capable de traverser les couches d’oxydes natifs en surfaces et de venir oxyder le materiau brut avant 300°C. Cette eau est donc responsable de la qualite des collages et l’etude de sa gestion est fondamentale dans ce cas particulier.En utilisant plusieurs chimies et atmospheres de collage, nous avons pu creer des echantillons presentant differents degres de defectivite. Avec differentes techniques de caracterisation comme l’imagerie acoustique, la mesure d’energie de collage par l’insertion de lame, la spectroscopie infrarouge et de masse et la reflectivites des rayons X et des neutrons, nous avons pu mettre en evidence que l’eau pouvait entrer et sortir de l’interface de collage en diffusant le long de cette derniere depuis les bords des echantillons. Des collaborations avec l’ILL (Institut Laue Langevin) et l’ESRF (European Synchrotron Radiation Facility) ont ete necessaires pour acceder a certains equipements de caracterisations cles prouvant indubitablement ce phenomene. L’etude de sa cinetique a montre qu’il suivait une loi quadratique d’avance et de recul du front conformement aux previsions des lois de Lucas-Wahsburn ou suivant un modele alternatif base sur une loi de diffusion qui decrit plus precisement la forme d’evolution du front d’eau. Finalement, en controlant precisement la quantite d’eau a l’interface de collage que ce soit avant et apres le collage direct, nous avons reussis a obtenir des collages silicium presque exempts de toute defectivite quelle que soit la temperature de recuit. Il semble que le controle de la nature de l’oxyde natif soit un facteur determinant pour obtenir ce resultat. Nous avons aussi clairement montre qu’il est necessaire d’avoir une bonne energie de collage au moment de la production d’hydrogene pour empecher la croissance d’eventuels defauts de collage preexistant. L’eau interfaciale est donc necessaire mais la nature de l’interface et le controle de la quantite d’hydrogene genere le sont tout autant.