C ONC LUS IONS DU CHAPITRE

Les résultats obtenus dans ce chapitre concernent les propriétés des couches de polysilicium et de NIDOS dopés Bore par implantation ionique.

Les principaux résultats intéressants pour notre objectif sont : a) Concernant le polysilicium obtenu à partir de disilane :

• le coefficient de diffusion du bore se situe dans la gamme 10-15 _–10-14 _{cm²/s pour une}

température de recuit comprise entre 700°C et 850°C.

• la résistivité des couches est inférieure à 10 mΩ.cm pour une dose de bore supérieure à 4.1015 _cm-2 _{et un recuit aussi court que 1 minute à une température supérieure à}

750°C.

b) Concernant le NIDOS :

• le coefficient de diffusion du bore par rapport au cas du polysilicium est réduit d’un facteur 10 pour un contenu en azote aussi faible que 1%

• une résistivité qui au mieux est de l’ordre de 10-1 _{Ω.cm pour une dose d’implantation}

de bore à 950°C et un contenu de 1% en azote

• cette résistivité croît très rapidement avec le pourcentage d’azote

Il apparaît en conséquence qu’une couche unique de NIDOS ne peut jouer un rôle de grille car la résistance série équivalente à la grille serait prohibitive. Une solution cependant est d’utiliser ce matériau comme une barrière à la diffusion dans le cadre d’une grille bi-couche de quelques nanomètres d’épaisseur, constituée d’une couche de NIDOS sous-jacente à une couche de polysilicium non dopée azote et fortement implantée bore. Compte tenu de l’ensemble des résultats obtenus et dans le souci de réduire simultanément la pénétration du bore dans l’isolant et la résistivité de la grille, il apparaît qu’un bon compromis est obtenu pour des conditions de base suivantes :

• épaisseur de la couche de NIDOS : 5 nm (pour réduire la résistivité totale de la grille) • contenu d’azote dans la couche : 2.5% (pour contrôler la vitesse de dépôt et réduire

la résistivité ρ)

• épaisseur de la couche de polysilicium : 195 nm (pour compléter à 200 nm) • conditions d’implantation bore : 1 à 2.1015 _cm-2 _{– 15 keV}

La grille sera réalisée sans interruption du procédé, le passage NIDOS/polysilicium intervient lors de la rupture du flux d’ammoniac dans le four.

Dans l’établissement du compromis, les difficultés technologiques ont été prises en compte. En particulier, la réalisation d’une couche de NIDOS de 4 nm d’épaisseur pour un contenu d’azote égal à 1% (tel qu’il découle de nos études) est extrêmement rapide et incompatible avec un contrôle raisonnable.

En conséquence, le contenu d’azote a été maintenu faible mais égal à 0.025.

Nous avons caractérisé la diffusion du bore dans les grilles « disilane » dans des conditions de recuit à basses températures (700°C-800°C) pour différentes doses implantées à 15 keV. Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés aux premiers stades de la diffusion du bore dans le silicium afin d’envisager la réalisation de grilles faiblement recuites pour réduire la pénétration du bore dans l’oxyde, ainsi qu’aux propriétés électriques.

Cette étude nous a permis d’évaluer le coefficient de diffusion du bore dans la structure polycristalline caractéristique des films de silicium déposés à partir de disilane Si2H6.

Le coefficient de diffusion du bore dans ces conditions, est inférieur à 10-15 _cm2_{/s dès}

les premiers instants de la diffusion en raison de l’évolution, en parallèle, d’une structure amorphe vers une structure partiellement cristalline compte tenu des durées de recuit très faibles.

Cette étude concerne par conséquent la diffusion du bore pendant la phase de germination et la croissance des grains pour les recuits à 700°C. Les propriétés électriques des grilles « disilane » s’avèrent intéressantes pour des doses de bore de l’ordre de 1 à 2.1015 _{at/cm² recuites à 900°C et comparables aux valeurs obtenues avec les grilles}

« silane » dans le cas de doses supérieures. L’influence de l’implantation ionique sur les contraintes mécaniques est négligeable devant celle du recuit, notamment dans le cas de grilles « disilane » déposées amorphes, dont la cristallisation se traduit par une évolution vers des contraintes en tension consécutives à la cristallisation.

Dans le cas des films de NIDOS, une optimisation de la détection de l’azote et du bore par SIMS en utilisant des ions primaires O2+ a permis de mettre en évidence la

stabilité de l’azote dans le volume du matériau notamment pour x>0.05.

Nous montrons que les coefficients de diffusion du bore dans le NIDOS sont inférieurs à 10-14 _{cm²/s et pratiquement identiques pour des doses de bore de 10}15 _at/cm²

et 5.1015 _{at/cm², indépendamment du phénomène de clusterisation du bore en surface}

qui n’est pas pris en compte dans le modèle de diffusion utilisé.

La résistivité des films dopés bore peut atteindre, pour les forts recuits, des valeurs obtenues pour x=0 lorsque les films de NIDOS (dopés bore) de 200nm cristallisent.

A 850°C, la résistivité des films faiblement dopés azote est de l’ordre de 10 Ω.cm, soit 450 kΩ/carré pour une épaisseur de NIDOS (x=0,02) égale à 220 nm (et une section W*d). Si l’on s’intéresse à l’équivalence en terme de résistance d’accès des lignes de polysilicium de longueur L et de section L*W, nous pouvons estimer la longueur de ligne supplémentaire que rajoute une couche de NIDOS de 4 nm d’épaisseur, à 16 µm. Si l’on

diminue le dopage azote (x=0,01), cette longueur devient proche de 0,16 µm seulement. De ce fait, les valeurs élevées de résistivité ne sont pas limitatives dans la mesure où le dopage azote et les épaisseurs du NIDOS intégré dans la grille bi-couche sont faibles (quelques nanomètres).

Pour minimiser la résistivité des films de silicium non dopés bore 0,2µm, nous avons montré qu’il est nécessaire d’effectuer des recuits à une température de 850°C.

Dans le cas de la grille dopée bore, la synthèse des résultats portant d’une part sur la diffusion du bore dans le silicium et dans le NIDOS, et d’autre part sur les mesures de résistivités et de rugosité, nous conduit à proposer un procédé technologique optimal permettant de réaliser une grille déposée amorphe à partir de disilane :

• Epaisseur totale de la grille déposée amorphe : 200 nm • NIDOS faiblement dopé azote et de faible épaisseur (4 nm) • Energie d’implantation E = 15 keV

• Dose de bore implantée D = 1 à 2.1015 _at/cm2

• Température de recuit T = 850°C • Durée du recuit t = 15 min.

La structure du polysilicium est alors très compacte, peu rugueuse et la grille est faiblement résistive. Ainsi, nous élaborerons des structures capacitives à partir de cette optimisation technologique.

Bibliographie du chapitre III

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CHAPITRE III DOPAGE BORE ...87