Jonctions ultra-minces p+/n pour MOS ultimes : étude de l'impact des défauts cristallins sur la mobilité et l'activation du bore

P+/N ultra-shallow junctions for “ultimate” MOS : study of the impact of crystalline defects on boron carrier mobility and activation

• Auteur / Autrice : Fabrice Severac
• Direction : Elena Bedel-Pereira, Filadelfo Cristiano
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Nanophysique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bore

Semiconducteurs -- Jonctions

MOS (électronique)

Mots clés libres

Jonctions ultra-minces

Implantation ionique

Défauts cristallins

Bics

Eor

Bore

Effet Hall

Facteur de scattering

Mobilité des porteurs

Dose active

Sims

Silicium sur Isolant (SOI)

Résumé

La réalisation des transistors MOS de taille "ultime" nécessite la fabrication de jonctions source et drain ultra-minces (quelques dizaines de nanomètres), abruptes et fortement dopées. L'optimisation du procédé de fabrication de ces jonctions nécessite la compréhension des phénomènes physiques qui interviennent lors des différentes étapes de fabrication, en particulier l'impact des défauts cristallins sur leurs paramètres électriques. Dans ce travail, nous avons étudié l'impact des précipités de bore (BICs, Boron-Interstitial Clusters) mais aussi des défauts EOR (End-Of-Range), sur la mobilité des porteurs et l'activation des dopants (principalement le bore dans le silicium). Tout d'abord, nous avons développé un modèle d'analyse mathématique basé sur le profil de concentration des dopants mesuré par SIMS et sur les valeurs " standards " de mobilité des porteurs. Ce modèle permet de déterminer par le calcul les trois paramètres électriques mesurés par effet Hall : la résistance carrée, la dose active de dopants et la mobilité des porteurs. A partir de l'utilisation de ce modèle, nous démontrons qu'en présence de BICs, il s'avère nécessaire de modifier la valeur d'un facteur correctif, le facteur de scattering, essentiel pour les mesures par effet Hall, et nous déterminons sa valeur. Nous mettons ensuite en évidence la dégradation de la mobilité des porteurs par les BICs, puis étudions de manière plus quantitative l'évolution de cette dégradation en fonction de la quantité de BICs. Par la suite, une étude sur l'activation du bore en présence de défauts EOR est menée. . .

To continue the scaling down of CMOS devices, high doped ultra-shallow source/drain junctions must be fabricated. The optimization of the fabrication process of these junctions needs the understanding of the physical phenomena occurring during the various fabrication steps, particularly the crystalline defects' impact on their electrical parameters. In this work, we investigated the impact of Boron-Interstitial Clusters (BICs) and End-Of-Range (EOR) defects on dopant carrier mobility and activation (mainly boron in silicon). Firstly, we developed an analysis model based on the dopant concentration profile measured by SIMS and "standard" values of carrier mobilities. This model allows to determine the three electrical parameters measured by Hall effect: sheet resistance, dopant active dose and carrier mobility. Thanks to this model, we demonstrate that in presence of BICs, the Hall scattering factor, a corrective factor essential for Hall effect measurements, is modified and we determine its new value. Next, we highlight the carrier mobility degradation by the BICs, and we study it more quantitatively as a function of BICs concentration. Then, a study of boron activation in presence of EOR defects is done. Finally, we considered the case of new materials, such as Silicon-On-Insulator (SOI) and silicon/germanium alloys (Si1-xGex), currently used for the latest transistors generations. . .