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Titre: SIMULATION DES PROFILS DE DOPAGE PAR LA METHODE DE MONTE CARLO DES FILMS Si-LPCVD FORTEMENT DOPES AU BORE
Auteur(s): AIT-KAKI, Abdelaziz
Mots-clés: Si-LPCVD
dopage in-situ
bore
azote
oxydation sèche
simulation de Monté-Carlo
implantation ionique
NiDoS
codopage
grains
joints de grains
Date de publication: 25-avr-2018
Résumé: Les résultats de profils SIMS de dopage des films de silicium polycristallin (Si-LPCVD type-P) fortement dopés in-situ au bore, avant et après traitements thermiques d'oxydation ont été présentés. Ces mesures ont été faites sur des couches submicroniques d'environ 200 nm d'épaisseur et déposées à deux intéressantes températures de dépôt Td = 520°C et 605 °C. Les premiers dépôts contiennent relativement moins de grains et joints de grains comparés au second type de dépôts. Ce choix délibéré de Td, a permis de spécifier le rôle joué par les grains et joints de grains et leurs influences sur le comportement de la diffusion du dopant. Ces films ont été dopés au bore par le mode in-situ à une concentration de l'ordre de 2 x 1020 at. cm-3. Tout les traitements thermiques d'oxydation ont été réalisés sous oxygène sec O2 à trois différentes températures d'oxydation différentes Tox = 840, 945 et 1050°C pour plusieurs durées. Les changements dans le comportement du profil de dopage semblent être remarquable dans trois régions spécifiques : à la surface, interface et en volume. Prenant en compte, qu'à ces hauts niveaux de dopage, ou le coefficient de diffusion D devient dépendant de la concentration, les valeurs de D ont été calculées à travers les profils SIMS de dopage. Comme attendu, ces valeurs de D obtenues différent de celles observées dans le silicium monocristallin. Elles varient de 1.82 à 2.73 x 10-14 cm2.s-1 à Tox = 840°C, de 1.86 à 3.72 x 10-13 cm2. s-1 à Tox = 945°C et de 3.32 à 44.24 x 10-13 cm2 s-1 à Tox = 1050°C. Ces valeurs sont en bon accord avec celles rapportées dans la littérature. L'effet des joints de grains semble être moins considérable si nous comparons les résultats de D correspondant aux deux dépôts. Ce comportement est compréhensivement discuté si nous supposons que les joints de grains au niveau de la solubilité solide limite sont les sources à plusieurs interactions fondamentales qui seront vraisemblablement la cause de l'inactivité électrique et physique du dopant. Elle peut aussi être représentative du phénomène de ségrégation, de formation des clusters, et des composés complexes, comme il a été largement discuté dans la littérature. Dans ce travail, on est amené à travailler avec des dispositifs UHF/VHF rapides et intégrés dont les dimensions sont réduites, et cela est obtenu à travers l’introduction des transistors à jonctions courtes dont le processus de réalisation pose un certain nombre de contraintes technologiques. Après traitements thermiques postérieurs d’oxydation, le dopant diffuse plus loin dans le matériau. Pour remédier à ce défaut nous avons essayé d’introduire un processus de contrôle des paramètres liés à l’implantation ionique en utilisant la méthode de Monté-Carlo pour corriger les défauts associés au processus technologique, et cela en utilisant deux programmes informatique écrit en fortran 77 connu sous le nom de TRIM (Transport of Ions in Matter), dans le but de déterminer les trajectoires des particules tel que le bore à l’intérieur d’une cible semi-conductrice donnée et cela dans le but de reconstituer les profils de dopage c’est à dire la répartition des dopants dans les substrats de silicium monocristallin; en fixant une valeur de la dose d’implantation tout en diminuant le pas sur l’épaisseur. L’utilisation du code TRIM92 comme modèle d’obtention des profils plats de dopage simple au bore ou à l’azote correspond bien à la réalité, mais ne donne pas la profondeur de jonction. D’autre part, nous avons retrouvé par ce code de simulation une énergie de dommages de 8 eV/at., qui quelque soit le dopant, donne des doses critiques d’amorphisation en accord avec la littérature avec une zone amorphe se créant prés de la surface puis s’étend vers la jonction lorsque la dose critique d’amorphisation augmente. Nous avons ensuite utilisé un modèle de simulation de Monté-Carlo amélioré pour l’implantation du bore (BF2) dans le silicium monocristallin <100>. Il est basé sur le code MARLOWE, qui apporte des améliorations significatives dans la modélisation de l’implantation ionique en incluant un modèle de pouvoir d’arrêt électronique qui dépend de la concentration électronique locale dans le semiconducteur, et un modèle des dommages cumulatifs. Cela permet de prendre en considération non seulement l’effet de l’énergie sur l’allure des profils de bore implanté, mais aussi autres paramètres importants tel que le tilt, l’angle de rotation des substrats, et la dose. Ainsi les dépendances des profils SIMS avec le tilt et l’angle de rotation ont été mis en évidence pour différentes doses et des énergies d’implantation entre 15 et 65 keV. Aussi les profils de défauts engendrés par l’implantation ionique (lacunes, interstitiels) ont été obtenus par simulation. L’effet du codopage bore-azote sur le ralentissement de la diffusion du bore dans les couches submicroniques LPCVD-NiDoS a été mis en évidence avec des résultats très satisfaisants en faisant varier la densité de la cible polycristalline, le freinage du bore devient très important pour la concentration d’azote supérieure ou égale à 1 x 1021 cm-3. On a utilisé la simulation de Monté-Carlo pour l’étude des profils d’implantation au bore dans les films minces de silicium NiDoS (Nickel Doped Silicon). Ils sont obtenus par technique LPCVD à partir des sources gazeuses Si2H6 et NH3 pour quatre valeurs différentes de concentration d’azote. Pour étudier les effets du codopage et de la structure spécifique de ces films, nous avons utilisé le modèle de collisions binaires de Monté-Carlo. La présence des atomes d’azote dans la cible influt clairement sur l’allure des profils de dopage du bore par réduction importante de sa pénétration en profondeur, cet effet devient très important pour les fortes concentrations d’azote. La structure du polysilicium à grains fins, la présence des grains et joints de grains jouent un rôle important dans le phénomène de dispersion des ions incidents du aux joints de grains. Ceci est représenté par un changement de direction de la trajectoire de l’ion incident après interaction avec les joints de grains mais sans perte d’énergie. Les résultats obtenus indiquent une augmentation du pouvoir d’arrêt avec la concentration d’azote, malgré le grand nombre d’interactions des atomes de bore avec les joints de grains (faibles angles de déflexion). Les positions moyennes des ions décrites par les séquences de trajectoires sont supérieures parraport à celles obtenues par effet de canalisation dans le silicium monocristallin
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Collection(s) :Mémoires de magistère

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