Réalisation de jonctions ultra courtes par multi-implantation dans du Si

par Ming Xu

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Esidor Ntsoenzok et de Bernard Pichaud.

Le président du jury était Eric Millon.

Le jury était composé de Esidor Ntsoenzok, Bernard Pichaud, Eric Millon, Stephen E. Donnelly, Aomar Halimaoui, Gabrielle Regula, Frank Torregrosa, Fuccio Cristiano.

Les rapporteurs étaient Stephen E. Donnelly, Aomar Halimaoui.


  • Résumé

    Les circuits deviennent de plus en plus intégrés pour augmenter les performances des dispositifs microélectroniques. La formation de jonctions ultra courtes (USJs) est un challenge majeur pour la réalisation de la prochaine génération de transistors à effet de champ (MOSFET) ayant une longueur de grill inférieure à 25 nm. L’implantation ionique est la technique la plus utilisée pour fabriquer des jonctions dans du Si, mais elle génère des défauts étendus, des interstitiels (Is) et des lacunes (Vs), qui introduisent des effets néfastes dans les composants, comme l’effet d’un transitoire de diffusion accélérée (TED) du bore et la formation d’agrégats de bore et d’Is (BICs). Une ingénierie de défauts par triple implantation (He, Si et B) a été utilisée pour maîtriser ces effets. Le rôle de chaque implantation d’He et de Si sur la diffusion du B est présenté dans ce mémoire. Les échantillons ont été caractérisés par SIMS, TEM, effet Hall, PAS, NRA etc. Pour fabriquer des USJs, le meilleur procédé est dans un premier temps l’introduire des cavités par implantation d’He pour créer une barrière de diffusion aux Is. Puis une implantation Si est réalisée à une énergie telle que la couche de cavités soit située entre les couches de Vs et d’Is qui sont introduites par cette même implantation. Enfin les atomes de B sont introduits à une faible énergie par implantation ionique ou par immersion plasma (PIII) pour créer les USJs. Au cours du recuit rapide d’activation (RTA), les Vs introduites par implantation Si peuvent se recombiner avec les Is introduites par implantation du B pour augmenter l’activation du dopant et limiter la diffusion du B. Une jonction ayant une épaisseur Xj de (12 ± 1) nm et une Rs de (150 ± 10) O/? a été réalisée.

  • Titre traduit

    Realization of ultra shallow junctions by multi-implantation in Si


  • Résumé

    The circuit becomes more and more integrated. Ultra shallow junctions (USJs) formation is a key challenge for realization of the next sub-25nm generation of metal oxide semiconductor field-effect transistor (MOSFET). Ion implantation is now a basic technique in the manufacture of Si based junctions in microelectronic industry. But it generates damages such as interstitials (Is) and vacancies (Vs) and induces several drawback effects, including boron transient enhanced diffusion (TED) and boron-interstitial clusters (BICs). Defect engineering by triple-implantation (He, Si and B) used to overcome these drawback effects for the USJs formation has been studied in this thesis. Each effect of He or Si implantation on B diffusion has been presented in this rapport. The samples are mainly characterized by SIMS, TEM, Hall effect, PAS and NRA. The best solution is that the He implantation followed by an annealing is first performed to create cavities to stop the Is diffusion to the surface. Then Si implantation is realized with a appropriate energy to put the band of cavities located in the middle of the zone of Vs and Is introduced by itself. At last, the B is implanted in a low energy by ion implantation or plasma ion immersion implantation (PIII) to realize the USJ. With this structure, the Vs can recombine with the Is introduced by B implantation to raise the activation rate and to limit the B diffusion when rapidly annealed (RTA). A junction with a depth (Xj) of (12 ± 1) nm and a Rs of (15 0± 10) O/? is achieved.


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