Implantation ionique et traitements thermiques en technologie silicium

Résumé

Une vision dans le temps de l'élaboration des couches actives modifiant la structure de surface du substrat silicium massif, principes de base, mises en application en fonction des filières technologiques, limites et contraintes, avec un focus sur les dernières avancées. L'ouvrage concerne les procédés utilisant le silicium tant pour les composants électroniques que pour les microsystèmes.

Contributeur(s)
- Baudrant, Annie. Éditeur scientifique
Éditeur(s)
- Hermès science publications-Lavoisier
Date
- impr. 2011
Notes
- Notes bibliogr. Index
Langues
- Français
Description matérielle
- 1 vol. (365 p.) : ill. ; 24 cm
Collections
- Traité EGEM
Sujet(s)
- Silicium -- Substrats
- Technologie silicium sur isolant
ISBN
- 978-2-7462-3130-6
Indice
- 621.45 Microélectronique (transistors, composants, circuits intégrés)
Quatrième de couverture
- Traité EGEM
  Electronique - Génie Electrique - Microsystèmes
  Électronique et micro-électronique
  Le traité Electronique, Génie Electrique, Microsystèmes répond au besoin de disposer d'un ensemble de connaissances, méthodes et outils nécessaires à la maîtrise de la conception, de la fabrication et de l'utilisation des composants, circuits et systèmes utilisant l'électricité, l'optique et l'électronique comme support.
  Conçu et organisé dans un souci de relier étroitement les fondements physiques et les méthodes théoriques au caractère industriel des disciplines traitées, ce traité constitue un état de l'art structuré autour des quatre grands domaines suivants :
  
  Electronique et micro-électronique
  
  Optoélectronique
  
  Génie électrique
  
  Microsystèmes
  
  Chaque ouvrage développe aussi bien les aspects fondamentaux qu'expérimentaux du domaine qu'il étudie. Une classification des différents chapitres contenus dans chacun, une bibliographie et un index détaillé orientent le lecteur vers ses points d'intérêt immédiats : celui-ci dispose ainsi d'un guide pour ses réflexions ou pour ses choix.
  Les savoirs, théories et méthodes rassemblés dans chaque ouvrage ont été choisis pour leur pertinence dans l'avancée des connaissances ou pour la qualité des résultats obtenus.
Tables des matières
- - Implantation ionique et traitements thermiques en technologie silicium
  - Annie Baudrant
  - Hermes Science
  - Lavoisier
  - Avant-propos17
  - Annie Baudrant
  - Chapitre 1. Oxydation du silicium et du carbure de silicium25
  - Jean-Jacques Ganem et Isabelle Trimaille
  - 1.1. Introduction25
  - 1.2. Revue des diverses techniques d'oxydation27
  - 1.2.1. Généralités27
  - 1.2.1.1. Processus d'oxydation28
  - 1.2.1.2. Processus de dépôt28
  - 1.2.2. Procédés les plus utilisés dans l'industrie des semi-conducteurs28
  - 1.2.2.1. L'oxydation thermique28
  - 1.2.2.2. Le dépôt en phase vapeur31
  - 1.2.3. Les autres procédés33
  - 1.2.3.1. L'oxydation anodique33
  - 1.2.3.2. L'oxydation assistée par plasma35
  - 1.2.3.3. L'oxydation à basse pression sous ultravide38
  - 1.2.3.4. L'oxydation à haute pression40
  - 1.3. Quelques propriétés physiques de la silice41
  - 1.3.1. Structure de la silice41
  - 1.3.2. Les trois paramètres utiles de la silice45
  - 1.3.3. Les propriétés de transport dans la silice46
  - 1.3.3.1. Diffusion des gaz rares dans la silice46
  - 1.3.3.2. Diffusion moléculaire dans la silice48
  - 1.4. Equations de transports atomiques durant l'oxydation53
  - 1.4.1. Les équations de transport dans le cas général54
  - 1.4.2. Première approximation : C(x) varie lentement avec la profondeur x55
  - 1.4.2.1. Application au transport d'espèces neutres dans un milieu isotrope55
  - 1.4.2.2. Application au transport d'espèces chargées sous champ électrique epsilon(x)55
  - 1.4.3. Seconde approximation : epsilon(x) varie lentement avec la profondeur x57
  - 1.4.4. Application des équations de transport à l'oxydation thermique et anodique59
  - 1.4.4.1. Oxydation anodique59
  - 1.4.4.2. Oxydation thermique59
  - 1.5. Est-il possible d'identifier les mécanismes de transports qui ont lieu durant l'oxydation ?59
  - 1.5.1. Identification par les techniques de traçage isotopique59
  - 1.5.1.1. Première hypothèse : le silicium est la seule espèce mobile60
  - 1.5.1.2. Seconde hypothèse : l'oxygène est la seule espèce mobile60
  - 1.5.2. Résultats importants pour l'oxydation thermique du silicium sous O₂ sèche66
  - 1.5.2.1. Films d'épaisseur supérieure à 20 nm66
  - 1.5.2.2. Films d'épaisseur inférieure ou égale à 10 nm69
  - 1.5.3. Résultats importants pour l'oxydation thermique humide70
  - 1.5.4. Conclusions sur les mécanismes de transports atomiques durant l'oxydation thermique du silicium71
  - 1.5.5. Résultats expérimentaux et conclusions sur les mécanismes de transport durant l'oxydation anodique du silicium71
  - 1.5.6. Résultats expérimentaux importants de l'oxydation thermique sèche du SiC72
  - 1.6. Les équations de transport dans le cas de l'oxydation thermique73
  - 1.6.1. Généralités sur les flux et les cinétiques de croissance74
  - 1.6.2. Calcul des flux pour des espèces mobiles neutres74
  - 1.6.3. Calcul des flux pour des espèces mobiles ioniques74
  - 1.6.3.1. Cas des films très minces (X (...) 3 nm)74
  - 1.6.3.2. Cas des films épais (X >> 3 nm)76
  - 1.7. Théorie de l'oxydation thermique de Deal et Grove78
  - 1.7.1. Calcul des flux79
  - 1.7.1.1. Flux dans le gaz, F_g et flux net à l'interface gaz/oxyde, F₁79
  - 1.7.1.2. Flux net dans l'oxyde, F₂81
  - 1.7.1.3. Flux à l'interface oxyde/silicium, F₃81
  - 1.7.2. Equations des cinétiques de croissance82
  - 1.7.3. Remarques sur les variations des constantes d'oxydation k_P et k_L84
  - 1.7.4. Détermination des paramètres d'oxydation à partir de résultats expérimentaux85
  - 1.7.5. Confrontation de la théorie de Deal et Grove avec les résultats expérimentaux86
  - 1.7.6. Conclusions sur la théorie de Deal et Grove91
  - 1.8. Théorie de l'oxydation thermique sous vapeur d'eau du silicium92
  - 1.8.1. Profils de concentration attendus pour H₂O92
  - 1.8.2. Profils de concentration attendus pour les groupes OH93
  - 1.8.3. Profils de concentration attendus pour H₂93
  - 1.8.4. Profils de concentration attendus pour H94
  - 1.8.5. Comparaison des profils attendus et des profils expérimentaux96
  - 1.8.6. Théorie de Wolters96
  - 1.9. Les cinétiques de croissance en O₂ pour des films d'oxydes < 30 nm97
  - 1.9.1. Généralités sur les films minces97
  - 1.9.2. Modèles d'oxydation des films minces104
  - 1.9.3. Cas des films ultraminces (< 5 nm)106
  - 1.9.4. Simulateur en ligne107
  - 1.9.5. Cinétiques et modèles d'oxydation de SiC107
  - 1.10. Variations des constantes d'oxydation avec les conditions expérimentales110
  - 1.10.1. Rôle de la pression110
  - 1.10.1.1. Oxydation humide110
  - 1.10.1.2. Oxydation sèche110
  - 1.10.2. Rôle de la température111
  - 1.10.2.1. Oxydation humide111
  - 1.10.2.2. Oxydation sèche112
  - 1.10.3. Rôle de l'orientation du cristal115
  - 1.10.3.1. Oxydation humide115
  - 1.10.3.2. Oxydation sèche115
  - 1.10.4. Rôle du dopage117
  - 1.11. Conclusion119
  - 1.12. Bibliographie119
  - Chapitre 2. Implantation ionique129
  - Jean-Jacques Grob
  - 2.1. Introduction129
  - 2.2. Les implanteurs ioniques131
  - 2.2.1. Description générale131
  - 2.2.2. Sources d'ions133
  - 2.2.3. Analyse en masse et optique du faisceau133
  - 2.2.4. Mesure du courant134
  - 2.2.5. Rendement de production, contrôle de température et effets de charges136
  - 2.3. Parcours des ions138
  - 2.3.1. Collision binaire et pouvoir d'arrêt138
  - 2.3.2. Profil des ions implantés142
  - 2.3.3. Rétrodiffusion, érosion superficielle et canalisation146
  - 2.3.4. Implantation à travers un masque149
  - 2.4. Création et guérison des défauts151
  - 2.4.1. Collision primaire et cascade151
  - 2.4.2. Défauts ponctuels154
  - 2.4.3. Accumulation des dommages, amorphisation155
  - 2.4.4. Guérison des dommages et activation des dopants159
  - 2.5. Applications dans les technologies traditionnelles et nouvelles tendances163
  - 2.5.1. Implantations courantes164
  - 2.5.2. Autres applications et nouvelles tendances167
  - 2.5.2.1. Piégeage167
  - 2.5.2.2. Implantation à haute énergie168
  - 2.5.2.3. Jonctions ultra minces169
  - 2.5.2.4. SIMOX et Smart-Cut^TM170
  - 2.5.2.5. Vers la nano-électronique ?173
  - 2.6. Conclusion174
  - 2.7. Bibliographie175
  - Chapitre 3. Diffusion des dopants : modélisation et enjeux technologiques181
  - Daniel Mathiot
  - 3.1. Introduction181
  - 3.2. Diffusion dans les solides183
  - 3.2.1. Généralités183
  - 3.2.1.1. Première loi de Fick183
  - 3.2.1.2. Flux généralisé : termes d'entraînement185
  - 3.2.1.3. Deuxième loi de Fick et calcul de profils simples186
  - 3.2.1.4. Analyse de Boltzman - Matano189
  - 3.2.2. Mécanismes élémentaires191
  - 3.2.2.1. Les mécanismes atomiques191
  - 3.2.2.2. Théorie atomique du coefficient de diffusion196
  - 3.2.3. Spécificités des semi-conducteurs199
  - 3.2.3.1. Influence du dopage200
  - 3.2.3.2. Influence du champ électrique induit201
  - 3.3. Diffusion des dopants dans le silicium mono-cristallin203
  - 3.3.1. Méthodes de pré-dépôt203
  - 3.3.1.1. Pré-dépôt en phase vapeur203
  - 3.3.1.2. Pré-dépôt en phase solide204
  - 3.3.2. Principales observations expérimentales205
  - 3.3.2.1. Pré-dépôts diffusés en atmosphère neutre205
  - 3.3.2.2. Couplages entre impuretés208
  - 3.3.2.3. Influence de l'oxydation210
  - 3.3.3. Modélisation211
  - 3.3.3.1. Diffusion « normale »211
  - 3.3.3.2. Diffusion « anormale » : diffusion par paires214
  - 3.4. Exemples de problèmes d'ingénierie associés219
  - 3.4.1. Redistribution des dopants implantés : diffusion accélérée transitoire219
  - 3.4.2. Ingénierie des jonctions ultra fines222
  - 3.4.2.1. Ingénierie des défauts ponctuels222
  - 3.4.2.2. Co-implantation de fluor222
  - 3.4.2.3. Co-implantation de carbone222
  - 3.4.3. Effet canal court inverse223
  - 3.5. Diffusion des dopants dans le germanium225
  - 3.5.1. Diffusion thermique226
  - 3.5.1.1. Autodiffusion226
  - 3.5.1.2. Diffusion des donneurs227
  - 3.5.1.3. Diffusion du bore228
  - 3.5.2. Dopants implantés et ingénierie des jonctions228
  - 3.5.2.1. Jonctions P⁺/N228
  - 3.5.2.2. Jonctions N⁺/P229
  - 3.6. Conclusion230
  - 3.7. Bibliographie231
  - Chapitre 4. Epitaxie d'hétérostructures contraintes Si/Si_1-x Ge_x239
  - Jean-Michel Hartmann
  - 4.1. Introduction239
  - 4.1.1. Introduction générale239
  - 4.1.2. Le dépôt chimique en phase vapeur depuis les origines240
  - 4.1.2.1. Introduction240
  - 4.1.2.2. La CVD en général241
  - 4.1.2.3. Epitaxie conventionnelle haute température du Si242
  - 4.1.2.4. Epitaxie à basse température du Si et du SiGe242
  - 4.1.2.5. Evolution des équipements de CVD243
  - 4.1.3. Le bâti d'épitaxie Epi Centura246
  - 4.1.4. Quelques notions générales d'épitaxie250
  - 4.2. Ingénierie du canal de transistors pMOSFETs à l'aide de couches pseudomorphes de SiGe253
  - 4.2.1. Introduction253
  - 4.2.2. Cinétique de croissance de Si et de SiGe en chimie chlorée255
  - 4.2.2.1. La cinétique de croissance du Si en chimie chlorée255
  - 4.2.2.2. La cinétique de croissance du SiGe en chimie chlorée257
  - 4.2.3. Transposition sur substrats masqués260
  - 4.2.4. Transistors pMOS incorporant des couches de SiGe263
  - 4.3. Ingénierie du canal de transistors nMOSFETs à l'aide de couches pseudomorphes de Sil-yCy ; barrières de diffusion SiGeC264
  - 4.3.1. Introduction264
  - 4.3.2. Incorporation du C dans Si et SiGe266
  - 4.3.3. Empilements Si/Sil-yCy/Si pour transistors nMOS270
  - 4.3.4. Transistors nMOS incorporant des couches de Sil-yCy ou des barrières de diffusion SiGeC273
  - 4.4. Epitaxie de sources et drains surélevés de Si sur substrats SOI ultra-minces275
  - 4.4.1. Introduction275
  - 4.4.2. Problèmes rencontrés sur substrats SOI ultra-minces276
  - 4.4.3. Procédé développé en réponse277
  - 4.5. Epitaxie de sources et drains abaissés et surélevés de SiGe:B sur substrats SOI ultra-minces et SON279
  - 4.5.1. Introduction279
  - 4.5.2. Cinétique de croissance et dopage bore du SiGe en chimie chlorée281
  - 4.5.3. Sources et drains abaissés et surélevées de SiGe:B sur substrats FD-SOI et SON283
  - 4.6. Substrats virtuels de SiGe : élaboration de substrats sSOI et de canaux duaux c-Ge / t-Si285
  - 4.6.1. Introduction285
  - 4.6.2. Croissance et propriétés structurales de substrats virtuels de SiGe286
  - 4.6.3. Croissance et propriétés structurales de couches de Si en tension sur substrats virtuels de SiGe294
  - 4.6.4. Elaboration de substrats sSOI et XsSOI & propriétés de transport299
  - 4.6.5. Canaux duaux c-Ge/t-Si sur substrats virtuels Si_0.5Ge_0.5303
  - 4.7. Couches fines ou épaisses de Ge pur sur Si pour des finalités en nano- et opto-électronique306
  - 4.7.1. Introduction306
  - 4.7.2. Propriétés structurales de couches épaisses de Ge sur Si(001) et de GeOI308
  - 4.7.3. Propriétés optiques et de transport de couches épaisses de Ge sur Si(001) et de substrats GeOI315
  - 4.7.4. Propriétés structurales et optiques de boîtes quantiques de Ge sur Si(001)319
  - 4.8. Dispositifs à base de couches sacrificielles de SiGe323
  - 4.8.1. Introduction323
  - 4.8.2. Gravure sélective HCI du SiGe sélectivement par rapport au Si323
  - 4.8.3. Dispositifs SOI localisés et SON328
  - 4.8.4. Dispositifs à base de multi-fils et de multi-canaux332
  - 4.9. Conclusions et perspectives342
  - 4.9.1. Conclusion générale342
  - 4.9.2. Perspectives344
  - 4.10. Bibliographie348
  - Index363
Origine de la notice:
- FR-751131015