Etude technologique de bicouches polysilicium sur silicium monocristallin destinées à la fabrication de transistors bipolaires submicroniques

par Abdelali Merabet

Thèse de doctorat en Marière

Sous la direction de Christian Gontrand.

Soutenue en 1995

à Lyon, INSA , dans le cadre de École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon) , en partenariat avec LPM - Laboratoire de Physique de la Matière (laboratoire) .

mots clés

• Silicium
• Arsenic -- Composés
• Recuit thermique rapide

Résumé

L'objectif de cette thèse est l'étude technologique de bicouches polysilicium sur silicium monocristallin destinées à la fabrication de transistors bipolaires submicroniques. Les échantillons implantés essentiellement par de l'arsenic(As) et/ou du bore(B) subissent des Recuits Rapides Isothermes (RRI) de 1 à 20 s, typiquement de 1000 à 1150 °c. Les profils SIMS font apparaître un ralentissement de la diffusion du B en présence d'As (configuration: base extrinsèque d'un NPN). L'analyse TEM montre une couche amorphe de 150 nm, produite par l'implantation de l'As. Les mesures de résistance par carré, fonctions du recuit, corroborées par celles d'effet Hall, mettent en évidence l'activation électrique. A partir du simulateur de processus technologiques TITAN V, du CNET-Meylan, nous ajustons les profils SIMS; les coefficients de diffusion augmentent avec la profondeur du polysilicium pour toute température de recuit. Une des principales hypothèses est que l'arsenic tend à saturer les joints de grains, et par là gêne la diffusion du bore, à leurs niveaux. En conséquence, nous explicitons un modèle d'inter-codiffusion, As/B, entre grains et joints. Ce système de quatre équations est résolu par un schéma implicite. Les premières expériences numériques semblent bien valider ce modèle.

Titre traduit

= Technological study of polysilicon on monocrystallin silicon bilayers destined for submicronic bipolar transistors

Résumé

The aim of this work is the technological study of the polysilicon on monocrystalline silicon bilayers used in the submicronic bipolar transistors fabrication. The samples have been essentially implanted by arsenic (As) and / or boron (B) and subsequently annealed by RTA ( Rapid Thermal annealing) for 1 to 20 s at typical temperatures comprised in the 1000- 1150 °c range. The SIMS profiles enlightened the slowing-down B - diffusion in presence of As ( NPN configuration : extrinsic base). TEM analysis revealed an amorphous layer ( 150 nm) resulting from the As - implantation. Sheet resistance measurements and Hall effect as a function of annealing conditions, allow us to put in evidence the electrical activation of dopants. The SIMS profiles have been adjusted by TITAN V ( CNET- Meylan ) process simulators. For all annealing temperature, the diffusion coefficients increases along with the polysilicon depth. One of the major hypothesis is that the As tend to saturate the grains boundaries and then inhibit B - diffusion along them. Consequently, we develop an inter-codiffusion of As/B model, between grains and grain boundaries. A system of 4 equations is resolved by implicite scheme. The first numerical experiments seems to validate this model.