Study of the boron transient enhanced diffusion

in heavily doped polycrystalline silicon thin films

Etude de la diffusion transitoire et accélérée

du bore dans des films minces de silicium polycristallin très fortement dopés

S. Abadli1*, F. Mansour1, P. Temple-Boyer2

1 Département d'Electronique, Faculté des Sciences de l’Ingénieur,

Université Mentouri Route d’Ain El-Bey Constantine, 25000, Algérie

2 LAAS-CNRS, 7, Av. du colonel Roche 31077 Toulouse Cedex, France

* Corresponding author. E-mail: Abadli_com_art@yahoo.fr

Received: 20 April 2004; revised version accepted: 07 June 2005

Abstract

The essential aim of this work is to physically study the origin of the boron transient enhanced diffusion (TED). This diffusion is strongly influenced by the thermal evolution of the complex phenomena related to the effects of the strong concentrations; created during the dopant activation process. This will create a shoulder or bump in the diffusion profiles after the thermal treatment. It represents a major problem for the manufacture of micro-electronic components and integrated circuits. In this paper, we describe a theoretical model adapted to the very strong concentrations. This will make it possible to simulate and study the TED and electrical activation of the boron, introduced by ion implantation with a high dose in polysilicon thin films, during thermal post-implantation annealing. This model takes account of the temporal evolution of the clusters and the different possible mechanisms of diffusion, with associating the phenomena connected to the effects of the very strong concentrations, such as exceeds of the solid solubility limit, ion implantation damages and dopant trapping effect. The results obtained by the tracing of the simulated profiles via this theoretical model and their adjustment with the experimental SIMS profiles, are very satisfactory and have permitted to extract some very significant informations on the boron transient enhanced diffusion and on the shoulder of the doping profiles.

Keywords: Model; Boron; Transient diffusion; Trapping; Clusters; Polysilicon.

Résumé

L’objectif essentiel du présent travail est d’étudier, physiquement, l’origine de la diffusion transitoire et accélérée (TED) du bore. Cette diffusion est fortement influencée par l’évolution thermique des phénomènes complexes liés aux effets des très forts dopages créés au cours du recuit d’activation du dopant. Ce problème fait apparaître un épaulement des profils de dopage après traitement thermique, il représente un inconvénient majeur pour la fabrication de composants micro-électroniques et circuits intégrés. Dans ce papier, nous décrivons un modèle théorique adapté aux très forts dopages. Ceci permettra de simuler et d’étudier la TED et l’activation électrique du bore introduit par implantation ionique à forte dose dans des films minces de polysilicium durant le traitement thermique post-implantation. Ce modèle tient compte de l’évolution temporelle des clusters et des différents mécanismes possibles de diffusion, en leurs associant les phénomènes liés aux effets des très forts dopages tels que le dépassement de la solubilité solide limite, les endommagements crées par l’implantation ionique et piégeage du dopant. Les résultats obtenus par le tracé des profils simulés via ce modèle théorique et leur ajustement avec les profils SIMS expérimentaux, sont très encourageants et nous ont permis d’extraire des informations très satisfaisants sur le régime transitoire de la répartition du bore et l’épaulement des profils de dopages.

Mots clés: Modèle; Bore; Diffusion transitoire; Piégeage; Clusters; Polysilicium.

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