Ingénierie de défauts ponctuels pour le contrôle de la diffusion et de l’activation du Bore dans le Silicium

Point defect engineering for boron diffusion and activation in silicon

• Auteur / Autrice : Olivier Marcelot
• Direction : Alain Claverie
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Nanophysique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA

Mots clés

Mots clés contrôlés

Silicium

Ions -- Implantation

Ions -- Diffusion

Mots clés libres

Défauts ponctuels

Lacunes

Cavités

Bore

Résumé

La réalisation des futurs transistors MOS exige la formation de jonctions de plus en plus minces et de plus en plus dopées. Pour fabriquer des jonctions p+/n le Bore est implanté puis recuit, et c’est au cours de ce recuit qu’apparaissent des anomalies de diffusion, alors que le Bore reste peu activé. Ces problèmes sont dus à la présence et à l’évolution de fortes sursaturations d’interstitiels de Silicium. Nous proposons alors, dans le cadre de cette thèse, de développer des stratégies d’ingénierie de défauts ponctuels afin de contrôler la diffusion et l’activation du Bore dans le Silicium au cours du recuit. Dans le cas où nous sursaturons en Silicium interstitiels la région où est implanté le Bore, la diffusion du Bore est accélérée, alors que sous certaines conditions le taux d’activation du Bore se dégrade. La présence de fortes concentrations de lacunes, injectées avant l’implantation du Bore ou pendant le recuit, permet de réduire et quelquefois de supprimer la diffusion du Bore tout en améliorant son activation. Nous comparons ces situations hors-équilibre et jetons les bases d’une modélisation des phénomènes. L’ingénierie de lacunes apparaît comme une voix prometteuse pour la réalisation de jonctions performantes

As MOS electronic device dimensions continue to shrink, ultra-shallow and highly doped junctions must be fabricated. In the case of p+/n junction, boron is implanted and then annealed. During this activation annealing, unexpected diffusion occurs, while only small fraction of boron is activated. These undesirable effects are due to the large supersaturation of silicon interstitials which evolve in time and space. During annealing, thus, we propose to develop and test point defect engineering methods, in order to control boron diffusion and activation in silicon. When the implanted boron region is over saturated with silicon interstitials, boron diffusivity is enhanced and, under specific condition, the boron activation level is decreased. In contrast, the presence of large vacancy concentrations injected before the boron implantation or during annealing, allows a reduction and sometimes a suppression of boron diffusion, while in the mean time boron activation is increased. We compare these out-of-equilibrium conditions, and give the basics for the modeling of these phenomena. Vacancy engineering appears as a promising route for the realisation of high performance junctions