Méthodes de détermination du taux d'oxygène dans des substrats de silicium présentant une face rugueuse par spectroscopie infrarouge a transformée de Fourier

par Florence Garrault-Jolly

Thèse de doctorat en Optique et traitement du signal

Sous la direction de Suzanne Laval.

Soutenue en 1985

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

Le président du jury était A. Brun.

Le jury était composé de Suzanne Laval, A. Brun, Florin Abelès, Danièle Fournier, André Mayeux.

mots clés

• Impureté
• Silicium cristallisé
• Fourier, Spectroscopie infrarouge à transformée de

Résumé

Cette thèse présente les méthodes de détermination du taux d'oxygène dans des substrats de silicium présentant une face rugueuse. Ces substrats se présentent sous la forme de lames à faces parallèles de silicium monocristallin ; les origines et les propriétés spectroscopiques de l'oxygène sont rappelées. La technique d'analyse empolyée est la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier dont le principe et l'appareillage sont décrits. Dans le but d'améliorer la résolution avec laquelle sont obtenus les spectres, plusieurs méthodes de traitement numérique de l'interférogramme sont présentées. Pour la détermination du taux d'oxygène dans des substrats polis sur les deux faces, ces méthodes remettent en question l'importance de la contribution des réflexions multiples. Après l'étude de l'interaction d'une onde électromagnétique et d'une surface rugueuse sont passées en revue des caractérisations numériques et énergétiques de l'état de surface. L'amplitude de rugosité étant déterminée faible devant la longueur d'onde infrarouge, plusieurs méthodes de caractérisation du coefficient d'absorption en oxygène dans des substrats polis sur une seule face sont proposées. On retient deux modélisations : celles à partir de la loi de KIRCHHOFF et de la couche de passage. Les résultats obtenus laissent supposer une oxydation à l'air ambiant non négligeable de la face rugueuse

Titre traduit

Analysis method of oxygen ratio in silicon substrate with a rough face by ftir spectroscopy

Résumé

This thesis presents methods of oxygen concentration determination inside single side polished wafers of monocrystalline silicon. Origin and spectroscopic properties of oxygen into silicon are recalled. The technical analysis is Fourier transform infrared spectroscopy; principle and apparatus are described. To improve spectrum resolution some methods of signal treatement are presented. To determine oxygen concentration inside double side polished wafers this technique questions the importance of the contribution of multipled reflections in the wafer. After study of interaction of an electromagnetic wave and a rough surface, mechanical and energetical surface characterization are reviewed. The averaged amplitude of roughness is found low with respect to the infrared wavelength, so some methods to characterize the absorption coefficient of oxygen of single side polished wafers are proposed. Two models are considered: one about the KIRCHHOFF law and one about an intermediate film. Results suppose a not negligible oxidation into air on single side polished wafers.