Effets des traitements thermiques au four à lampes halogène sur la création de défauts électriquement actifs et sur le gettering interne du chrome dans le silicium

= Effects of Thermal Annealing's in Halogen Lamp Furnace on the Generation of Electrically Active Defects and on the Internal Gettering of Chromium in Silicon

• Auteur / Autrice : Nasr-Eddine Chabane-Sari
• Direction : Daniel Barbier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance en 1993
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LPM - Laboratoire de Physique de la Matière (1961-2007)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Recuit thermique rapide

Défauts électriques -- Localisation

Silicium

Résumé

Les technologies actuelles de fabrication des circuits intégrés (ULSI) utilisent de plus en plus les traitements thermiques rapides (RTP= Rapid Thermal Processing) pour l'obtention des propriétés électriques requises pour les matériaux microélectroniques. Néanmoins, ces techniques de recuits rapides mettent en jeu des vitesses de refroidissement importantes se traduisant par des états thermodynamiques hors-équilibre. Ces états hors-équilibre induisent des niveaux pièges à trous dans le silicium dopé bore et modifient, par ailleurs, le comportement de l'oxygène dans le silicium, lequel est utilisé pour le gettering interne du chrome. Dans cette étude, nous examinons, par DLTS, les conditions expérimentales d'apparition de ces niveaux pièges, sous l'effet des RTP, et nous donnons les conditions pratiques conduisant à l'inhibition totale des centres responsables de ces niveaux. Une hypothèse concernant la nature de ces centres y est également suggérée. Par ailleurs, nous associons la DLTS à d'autres techniques de caractérisation telles que la microscopie électronique à transmission, la révélation des précipités par figures d'attaque ou encore la spectrométrie infrarouge à transformée de Fourier, pour étudier les anomalies induites par les recuits sous lampes halogène sur le comportement de l'oxygène et leur conséquence sur l'efficacité et la stabilité des traitements de gettering. En particulier, nous montrons que la précipitation du métal est fondamentalement contrôlée par la précipitation de l'oxygène et nous établissons un lien entre l'efficacité d'un traitement de gettering et la morphologie des précipités d'oxygène après nucléation. Par ailleurs, nous montrons que l'instabilité thermique des précipités métalliques dépend fortement de la taille et de la densité des précipités d'oxygène à la fin du traitement de genering. En définitive, nos résultats confirment le concept de Gilles, établi dans le cas du gettering interne du fer, et permettent de vérifier le modèle de croissance des précipités, suggéré par Hu.

Rapid Thermal Processing (RTP) is now widely used in ultra-large scale integration technology to obtain the electrical properties required for microelectronic devices. However, the RTP process involves high cooling rates which might induce hole trap levels in B-doped silicon and modifies the behaviour of oxygen in silicon, which is used for the internal gettering of chromium. In thise work, DLTS results about the formation of hole trap levels in B-dopes Si during RTP are presented with emphasis on the substrate type and the process parameters. A new hypothesis about the origin of those hole trap levels is also suggested. Furthermore, DLTS measurements associated with TEM analysis, are presented in order to point out the anomalies induced by the RTP on the behavior of oxygen and their consequences on the efficiency and the stability of internal gettering treatments. In particular, we have observed that the metal precipitation is controlled by the oxygen precipitation and established a connection between the internal gettering and the morphology of oxygen precipitation after nucleation. Besides, we have shown that the thermal instability of metallic precipitates strongly depends on the size and the destiny of oxygen precipitates at the end of the gettering treatment. Finally, our results support the concept of ''oxygen precipitation gettering'' previously reported by Gilles in the case of iron.