Evolution des paramètres électriques

Tous ces échantillons ont été mesurés par effet Hall, les résultats des mesures sont regroupés dans les trois graphes de la Figure 65.

Figure 65 : Graphes représentant l’évolution des diffé- rents paramètres électriques mesurés par effet Hall en fonction du temps de recuit : résistance carrée (1), dose active (2) et mobilité (3), des jonctions réalisées dans trois substrats différents ; silicium massif (carrés), SOI avec l’oxyde enterré à 110nm (ronds) et SOI avec l’oxyde enterré à 70nm (triangles).

Si l’on regarde tout d’abord l’évolution de la résistance carré en fonction du temps de recuit, Figure 65 (1), on peut observer dans le cas du silicium le phénomène de désactiva- tion/réactivation que nous avons décrit dans le chapitre I section I.3.4.2. Mis en évidence par Pawlak et al. en 2004 [3] puis étudié en détail de manière expérimentale [3-5] et théorique [6, 7], l’origine de ce phénomène est le flux d’atomes interstitiels de silicium qui en allant se re- combiner vers la surface, interagissent avec les atomes de bore en substitution pour former des BICs, ce qui engendre une désactivation des dopants et donc une augmentation de la résis- tance carrée mesurée (cf. Figure 65 (1) carrés). Ensuite, au fur et à mesure du recuit, les BICs commencent à se dissoudre et on assiste à une réactivation des dopants et donc une diminu- tion de la résistance carrée. Nos mesures par effet Hall confirment ici la présence de ce phé-

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nomène, sur la Figure 65 (2) (carrés) on observe bien la diminution de la dose active de do- pants au fur et à mesure du recuit, puis celle-ci se stabilise au bout d’un certain temps de re- cuit (ici 300s – 1000s) lorsque la dissolution des BICs se produit [13]. Des temps de recuit beaucoup plus long seraient nécessaires pour observer la remontée de la dose active. Au ni- veau de la mobilité, Figure 65 (3) (carrés), celle-ci augmente au fur et à mesure du recuit de la même manière que la dose active diminue, en accord avec ce que nous avons déjà vu dans le chapitre II section II.1.4.2. Si l’on s’intéresse maintenant au cas du substrat de SOI dont la couche d’oxyde enterrée est située à 110nm de profondeur (motifs ronds sur les trois graphes de la Figure 65), on observe tout d’abord le même comportement de la résistance carrée (Figure 65 (1)) que dans le cas du silicium massif, avec le phénomène de désactiva- tion/réactivation. Mais dans ce cas, les valeurs de résistance carrée sont plus faibles, ce qui laisse supposer une meilleure activation des dopants. Ceci est confirmé par la Figure 65 (2), on l’on peut voir le même comportement de l’évolution de la dose active que pour le silicium, mais avec des niveaux plus élevés. La mobilité quant à elle, Figure 65 (3), évolue de la même manière que dans le silicium. Ce phénomène peut être expliqué en considérant que dans le SOI, les interstitiels issus des EOR viennent se recombiner vers la couche d’oxyde enterrée comme ils le font vers la surface. En effet, si tel est le cas, alors le flux d’interstitiels vers la surface est moins important, donc la quantité de bore désactivée doit être plus faible, comme on l’observe sur la Figure 65 (2). Cependant, dans ce cas de figure où la couche d’oxyde en- terrée est située à 110nm de profondeur, les défauts EOR sont situés plus proches de la sur- face que de l’oxyde (cf. Figure 64 (1)), ils vont donc plus facilement se recombiner vers la surface que vers l’oxyde.

Pour vérifier cette hypothèse, regardons maintenant l’évolution des paramètres élec- triques dans le cas du substrat de SOI donc la couche d’oxyde enterrée est située à 70nm de profondeur (cf. Figure 65 (triangles)), donc très proche des défauts EOR (cf. Figure 64 (2)). Suivons tout d’abord l’évolution de la résistance carrée en fonction du temps de recuit, Figure 65 (1), on observe de manière évidente la suppression quasi totale du phénomène de désacti- vation/réactivation. En effet, la résistance carrée augmente puis diminue légèrement au cours du recuit, mais de manière beaucoup moins marquée que dans les deux cas précédents. L’évolution de la dose active, Figure 65 (2), confirme ceci, l’écart entre la dose mesurée à 3s de recuit et à 1000s est bien moins important pour le substrat SOI 70nm que pour les autres.

Une observation importante concerne l’évolution de la mobilité des porteurs (cf. Fi- gure 65 (3)) : si l’on tient compte des erreurs de mesure, on s’aperçoit que celle-ci évolue de manière quasi identique dans les trois substrats, or si on regarde l’évolution de la dose active,

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Figure 65 (2), et compte tenu que les conditions de fabrication sont les mêmes pour les trois échantillons, on s’attendrait plutôt à des écarts dans les valeurs de mobilités compte tenu l’écart important entre les niveaux d’activation, en particulier pour les longs temps de recuits (300s – 1000s). Par exemple, pour un temps de recuit de 1000s, l’activation des dopants dans l’échantillon SOI 70nm est bien plus importante et donc la mobilité mesurée devrait être bien plus faible que celle mesurée dans les autres substrats (cf. évolution de la mobilité en fonction de la concentration chapitre II section II.1.4.2.). Pour expliquer cette contradiction, il faut considérer que, comparé au cas d’un substrat de silicium massif, la diminution du flux d’interstitiel vers la surface dans un substrat de SOI a pour conséquence de former une quanti- té moins importante de BICs. Ceci est responsable de deux effets concurrents : d’une part la concentration maximale de dopants actifs augmente par rapport au silicium massif, ce qui induit une diminution de la mobilité des porteurs. D’autre part, comme nous l’avons vu dans le chapitre précédent, la diminution de la concentration de BICs réduit leur impact sur la mo- bilité des porteurs, c’est-à-dire que le coefficient de mobilité α augmente par rapport au sili- cium massif. L’application de notre modèle mathématique nous permettra donc de vérifier si ces deux effets se compensent, et de voir comment évolue la mobilité totale des porteurs dans les deux types de matériaux.

Nous avons donc déterminé le coefficient de mobilité α pour ces deux substrats : si les valeurs de ce dernier sont plus importantes dans le SOI que dans le silicium, cela signifiera qu’on a bien atténué la dégradation de la mobilité en diminuant la quantité de BICs grâce à l’oxyde enterré. Les valeurs de α calculées pour ces échantillons sont regroupées sous forme de graphe dans la Figure 66.

Figure 66 : Graphe représentant l’évolution du coefficient de mo- bilité α en fonction du temps de recuit, pour les échantillons réali- sés dans le silicium massif, et dans du SOI dont la couche d’oxyde enterrée est située à 70nm de profondeur proche des défauts EOR.

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Effectivement, si l’on regarde l’évolution du coefficient de mobilité dans le silicium massif et dans le SOI 70nm, on s’aperçoit que celui-ci est supérieur dans le SOI 70nm, et cette différence est d’autant plus importante que les temps de recuit sont longs.

L’hypothèse de la recombinaison des interstitiels vers la couche d’oxyde enterrée avait déjà été avancée dans des travaux récents [8, 9] du même type, à la différence qu’au lieu de changer la profondeur de la couche d’oxyde, c’est la position des EOR par rapport à l’oxyde qui variait (en changeant les conditions de préamorphisation). Cependant, dans ces articles, l’étude se limitait à l’activation et la diffusion du bore, nos travaux ont permis en plus de con- clure sur l’amélioration de la mobilité des porteurs.