Modélisation et simulation numérique de l'exo-diffusion du bore dans les oxydes encapsulés des technologies CMOS déca-nanométriques

par Bertrand Pelletier

Thèse de doctorat en Micro et nanoélectronique

Sous la direction de Jean-Luc Autran et de Pierre Morin.


  • Résumé

    Cette étude s’est portée sur l’interaction des empilements diélectriques nitrure/oxyde avec la répartition du bore dans les zones sources et drain après le recuit d’activation. L’utilisation des procédés de dépôt des couches de nitrure et d’oxyde réalisées à basse température a permis de limiter l’impact de ces étapes de dépôt sur les performances électriques du dispositif. En revanche, des budgets thermiques de dépôt plus faibles induisent également une concentration d’hydrogène plus importante dans les films. Cette accumulation d’hydrogène dans les couches diélectriques en contact avec les zones source et drain augmente la quantité de bore pouvant diffuser depuis le silicium vers l’oxyde, ce phénomène entraine des modifications de la répartition du bore dans les zones implantées et par conséquent une modification des performances électriques du transistor. Au cours de ces travaux nous avons développé un modèle physique couplant les échanges d’hydrogène durant le recuit entre les couches de diélectrique et la diffusion du bore entre le substrat et l’oxyde. Ce modèle a été validé d’une part en simulant les profils de bore après recuit en fonction des différentes conditions de dépôt nitrure et oxyde, et d’autre part en couplant des mesures de contrainte mécanique avec des mesures de désorption thermique d’hydrogène. Ces travaux ont mis en évidence deux mécanismes de régulation de l’hydrogène dans la couche d’oxyde pendant le recuit. Le premier est le rôle de l’encapsulation du nitrure, la diffusion de l’hydrogène dans les nitrures étant plus faible que dans l’oxyde une partie de l’hydrogène dans l’oxyde en dessous est bloqué dans la couche durant le recuit. Le deuxième est le rôle du nitrure comme source d’hydrogène dans l’empilement.


  • Résumé

    This study has focused on the interaction of dielectric stacks nitride/oxide with the boron distribution in the source and drain areas after the activation annealing. The low temperature deposition processes of nitride and oxide layers limit the impact of these deposition steps on the electrical performance of the device. However the thermal budgets of lower deposit also induce a higher concentration of hydrogen. This hydrogen accumulation in the dielectric layer in contact with the source and drain regions increases the boron diffusion into the silicon oxide and causing modification of the boron distribution into the implanted zones and therefore an electrical performance modification of the device. In this work we developed a physical model combining the hydrogen exchange during annealing between the dielectric layers and boron out-diffusion between the substrate and silicon oxide. This model was validated firstly by simulating the profiles of boron after annealing for different deposition conditions nitride and oxide, and also by coupling measurements of mechanical stress with hydrogen thermal desorption spectroscopy (TDS). This research revealed two mechanisms of hydrogen regulation in oxide layer during annealing. First, the role of nitride encapsulation, hydrogen diffusion in nitride layer is lower than in oxide so hydrogen cannot degas out during anneal. The second is the role of nitride as a hydrogen source into the stack


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