Cristallisation et dopage laser du silicium amorphe. Application a la fabrication de transistors mos en couches minces en silicium polycristallin

par MOHAMMED ELLIQ

Thèse de doctorat en Sciences et techniques

Sous la direction de Eric Fogarassy.

Soutenue en 1994

à l'Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008) .

mots clés

Résumé

Dans ce travail, j'ai demontre les possibilites offertes par les lasers de puissance dans les processus intervenant dans la fabrication de transistors mos en couches minces en silicium polycristallin (tft en poly-si) realises sur des substrats de verre associant a la fois : - la realisation du canal par cristallisation d'une couche mince de silicium amorphe ou par depot direct d'un film de polysilicium par photo-cvd du silane ou du disilane - et le dopage de la source et du drain a partir d'un film de silice dopee prealablement depose a la surface du silicium. Deux types de lasers ont ete utilises dans ce travail : le laser pulse a excimeres arf a large faisceau (s = 1 cm 2) et le laser pulse et balaye nd : yag double en frequence a microfaisceau ( = 100 ). Apres avoir etudie les mecanismes de cristallisation laser d'un film de silicium amorphe depose sur un substrat de verre et leurs effets sur la microstructure et la morphologie des couches de polysilicium obtenues, j'ai demontre que la couche cristallisee presente une structure non homogene : une couche a gros grain en surface et une couche a grains fins sous-jacente. Les tft en poly-si dont le canal a ete realise par cristallisation laser d'un film de silicium amorphe non hydrogene depose sur un substrat de verre presentent les caracteristiques electriques suivantes : laser arf : = 141 cm 2/v. S v t = 1,5 v i o n = 4 10 - 4 a i o f f < 10 - 1 2 a laser nd:yag : = 60 cm 2/v. S v t = 2,5 v i o n = 2 10 - 4 a i o f f = 4 10 - 1 2 a. A la suite de ces travaux mes efforts ont porte sur la mise en uvre une nouvelle technique de dopage qui consiste a irradier un film d'oxyde dope (b 2o 3 ou p 2o 5), prealablement depose par centrifugation a la surface du film de silicium a doper, avec une ou plusieurs impulsions laser. Les resistances carrees obtenues par cette methode de dopage, aussi bien pour le bore que pour le phosphore, sont inferieures a 10 4 /@. L'application de ce procede au dopage des regions de source et de drain des tft en poly-si obtenu par cristallisation thermique d'un film de silicium amorphe a permis d'obtenir des caracteristiques electriques ( = 51 cm 2/v. S, v t = 4 v, i o n/i o f f = 1,5 10 5) analogues a celles obtenues lorsque cette operation est realisee par implantation ionique ( = 56 cm 2/v. S, v t = 5 v, i o n/i o f f = 5 10 5). Par ailleurs, j'ai mis en uvre une technique de depot de films de polysilicium en irradiant le silane ou le disilane dilues dans l'azote par le laser pulse arf perpendiculaire au substrat de verre. Le film de polysilicium ainsi obtenu, recouvrant la quasi-totalite du substrat, est faiblement hydrogene ; son epaisseur ainsi que la hauteur moyenne des rugosites de sa surface croissent avec la densite d'energie.

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