RECUIT D'IMPLATATION PAR FAISCEAU D'ÉLECTRONS BALAYÉS

(1)

HAL Id: jpa-00223131

https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00223131

Submitted on 1 Jan 1983

HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are published or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.

L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.

RECUIT D’IMPLATATION PAR FAISCEAU D’ÉLECTRONS BALAYÉS

C. Jaussaud, B. Biasse, A. Cartier, A. Bontemps

To cite this version:

C. Jaussaud, B. Biasse, A. Cartier, A. Bontemps. RECUIT D’IMPLATATION PAR FAISCEAU D’ÉLECTRONS BALAYÉS. Journal de Physique Colloques, 1983, 44 (C5), pp.C5-303-C5-306.

�10.1051/jphyscol:1983545�. �jpa-00223131�

(2)

JOURNAL DE PHYSIQUE

Colloque C5, supplement au nOIO, Tome 44, octobre 1983 page C5-303

C. Jaussaud, B. Biasse, A.M. Cartier et A. ~ontem~s'

L . E. T. I., Commissariat d Z 'Energie Atomique, 85 X, 38041 GrenobZe Cedex,

France

'u. S. M., 38041 GrenobZe Cedex, France

R6sum6 - Des kchantillons de silicium dop6s au Bore par implantation (BF, 30 Kev, 1015 ions x cm-2) ont 6t6 recuits 2 l'aide d'un faisceau d16lect;ons balaygs, 5 des tempgratures allant de 1000 2 1200°C. Les courbes de R o e n fonction du temps de recuit pr6sentent un minimum. Des dosages de Bore par

&action nucl6aire ont montr6 que l'augmentation du Ropour les temps de recuit importants est due $ une exodiffusion du Bore. Les mesures de profondeur de jonction par spreadin resistance sur biseau indiquent des redistributions de quelques centaines d'f a ¹⁰⁰⁰i.

Abstract - Samples of ion implanted silicon (BF2, 30 Kev, 1015 ions x cm-2) have been annealed with a multiple scan electron beam, at temperatures ran- ging from 1000 to 1200° C. The curves of sheet resistance versus time show a minimum. RBS measurements of the amount of Boron remaining after annealing show that the increase in sheet resistance is due to a loss of Boron. The increase in junction depths, measured by spreading resistance on bevels is between a few hundred and 1000

s.

I - INTRODUCTION

Aprss l'implantation ionique, il est nscessaire d'effectuer un recuit afin d'acti- ver le dopant et d'6liminer les dgfauts cristallins. Le recuit four classique a

950° C pendant 30 minutes conduit en particulier, dans le cas du Bore $ une redistribution du dopant et une augmentation de la profondeur de jonction. Diverses techniques ont 6t6 propos6es pour limiter cette redistribution (1) : recuit laser, recuit par barrette ou plaques de graphite, recuit laser, recuit par lampe ou par faisceaux d161ectrons. Ces techniques permettent d'effectuer le recuit a plus haute tempgrature, pendant des temps plus courts. Les lasers continus balay6s permettent de faire le recuit en des temps tr&s courts (quelques millisecondes) sans redistribution du dopant. Les autres modes de chauffage (lampes, faisceaux d'glectrons, plaques ou barrettes de graphite) permettent d'effectuer le recuit pendant des temps de quelques secondes, avec une faible redistribution du dopant. Nous donnons ici des r6sultats de recuit par faisceaux d161ectrons balay6s sur des 6chantillons de silicium implantgs avec du BF2. Ces r6sultats portent essentiellement sur les profondeurs de jonction obtenues par spreading resistance sur biseau, et sur l'exodiffusion du Bore dos6 par &action nucl6aire.

I1 - CONDITIONS EXPERIMENTALES

Le canon 3 6lectrons utilis6 pour cette 6tude a 6t6 d6crit par ailleurs.(2). NOUS en rappelons brisvement les caract6ristiques : le faisceau (15 Kv, environ 10 @pour les recuits indiqu6s dans cet article) est focalis6 au niveau de l'schantillon

(diamstre environ 600 microns) et balay6 selon deux directions perpendiculaires, 2 des fr6quences de 200 Hz et 20 KHz. Lt6chantillon resoit le faisceau dq61ectrons sur la face non implant6e. La surface balay6e par le faisceau est 2 3 cm2, et les Qchantillons ont une surface de 1,2 X 2 cm2.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1983545

(3)

C5-304 JOURNAL DE PHYSIQUE

11s sont thermiquement isolgs, et les temps de recuit (quelques secondes) sont suf- fisants pour que tout 116chantillon soit chauff6 de facon homogsne.

La temp6rature de 116chantillon est lue par un pyromstre 2 deux longueurs d'onde, dont la reponse est indgpendante de 116missivit6. Les densit6s de puissance utili- sees vont de 18 2 30 W x cm-2,correspondant 2 des tempgratures b 116quilibre de 1000 3 1200° C, et les durges de recuit vont de 3 b 20 secondes. Pour les faibles densit6s de puissance, les durdes de recuit sont suffisantes pour que les temp6ra- tures d16quilibre soient atteintes mais pour les fortes densites de puissance, les dur6es de recuit sont trop faibles pour que des temperatures dldquilibre soient atteintes (Figure 1).

5 1 0 Temps (s)

Fig. 1 - Tempkrature e n fonction du temps I11 - ^RESULTATS

Les r6sultats indiqu6s ci-dessous ont 6t6 obtenus sur des 6chantillons implant6s avec du BF2 (30 Kev, 1015 ions x

Rgsistance carre'e :

Les valeurs de R a sont donnges (Figure 2) en fonction du temps de recuit (temps to- tal : mont6e en temp6rature et plateau kventuellement) pour trois densit6s de puissance (18, 24 et 30 W/cm2), correspondant 2 des tempdratures d16quilibre de 1620, 1120 et 1200' C. Pour les trois series de recuit, on observe une d6croissance rapi- de de Ro , puis une lente augmentation. La valeur minimum theorique du R o pour une dose de Bore de i015 ions x ca-2 est d'environ 100 ohms. La valeur minimum observ6e est sensiblement la msme pour les trois series de recuit, de l'ordre de 150 ohms.

Exoaiffusion du Bore et du Fluor :

Afin de d6terminer l'origine de la remontde du Ro , nous avons effectu6 des dosages de Bore restants par reaction nuclgaire (I1g (p, a)). Par exemple, pour un recuit de 4,5 secondes avec une densite' dt6nergie de 30 W (cm2, il reste 66 % du Bore implant6 Une mesure par r6trodiffusion de particules a indique en outre que 38 % du Bore est un site substitutionnel. La valeur du Rodemait donc &re de 170 R. La valeur me- surge est 180 R. La remont6e du Ros'explique donc par l'exodiffusion du Bore.

(4)

30 W x ~ r n - . ~ 2 4 W x

-.

^- ^{1 8}

^w

^x

,HH--

-. - i - - - . - . - ^/ .-

././

Temps ( s )

F i g . 2 - ^{R o} e n f o n c t t o n d u t e m p s d e r e c u i t

Un dosage par &action nuclgaire ('9 F _(p,a) du fluor aprss recuit dans les mzmes conditions indique qu'il reste moins de 10'$ du fluor implantg. L'exodiffusion du fluor est Qgalement observge lors de recuits four (3).

Profondeur de jonction :

Elles sont mesurges par spreading resistance sur biseau. On a done directement accts aux paramstres glectriques de la couche implantge. La pr6cision est de 2 200

i.

^Les

profondeurs de jonction sont indiquges sur la figure 3, en fonction du temps de recuit, pour une densit6 de puissance de 24 W X emd2 ( ternpgrature 2 l'gquilibre : 1120' C). Aprss recuit non redistribuant (600' C, 30 mlnutes) la profondeur de jonction est de 1000

51.

Avec les temps de recuit utilis6s (1,5 & 7 secondes) les profondeurs de jonction vont de 1 100 2 2000 2. Le minimum de R,-J correspond 2 1400 2.

Avec les m^emes conditions d'implantation un recuit four 2 950' C pendant 30 minutes conduit 2 m e profondeur de jonction de 3000 i, ^{et un}^Ry) ^de¹⁴⁰^Q. La redistribution des dopants pendant le recuit Blectronique n'est donc pas n6gligeable, mais bien plus faible que dans le recuit four.

IV - CONCLUSION

L'utilisation du recuit glectronique balayg permet d'obtenir des valeurs de R U comparables 2 celles que l'on obtient par recuit four standard, mais avec une redistribution limitge du dopant (profondeurs de jonctio~ de 1400 i( contre 3000

i).

L'exodiffusion du Bore limite les valeurs de R g (150 Q au lieu de 100, pour une dose de 10'5 ions x dm-2). Des valeurs de R,-J plus faibles peuvent ^etre obtenues en utilisant des doses plus fortes.

Cette Etude a 6t6 financge en partie par un contrat DAII.

(5)

JOURNAL DE PHYSIQUE

Fig. 3 - Profondeur de jonction en fonction du temps de recuit

V - REFERENCES

( 1 ) LASER and ELECTRON BEAM INTERACTIONS with SOLIDS 1982 Edited by B.R. APPLETON et G.K. CELIER - NORTH HOLLAND (2) H.J. SMITH, E. LIGEON et A. BONTEMPS

Applied Physics Letters 37 ( 1 1) 1980 p 1036

(3) M. Y. TSAI, D.S. DAY, B.G. STREETMAN, P. WILLIAMS et C.A. EVANS, Jr.

J. Applied Phys; 50 ( 1 ) 1979 p 188.