Depuis les années 1970, la taille des composants n’a cessé de diminuer. La réalisation de jonctions ultra-minces et fortement dopées est devenue un point clef dans la réduction des dispositifs microélectroniques. Les techniques de production doivent évoluer afin de répondre aux spécifications drastiques, en termes de taille des zones dopées et de leurs propriétés électriques, des prochains noeuds technologiques. Dans ce travail de thèse nous avons étudié le procédé d’activation au laser de dopants implantés par immersion plasma. Le laser à excimère utilisé (ArF) est absorbé dans moins de 10 nmde silicium, ce qui va permettre un recuit local. De plus, la courte durée d’impulsion va assurer un faible budget thermique, limitant la diffusion des dopants. En associant cette technique à l’implantation ionique par immersion plasma, dont l’intérêt est de pouvoir travailler à de très basses tensions d’accélération (quelques dizaines d’eV), nous pouvons réaliser des jonctions avec un fort taux d’activation sans diffusion. Après avoir présenté les différentes techniques de dopage pouvant être utilisées, nous avons décrit les dispositifs expérimentaux de traitement et de caractérisation utilisés. Des simulations ont permis de comprendre le rôle des paramètres laser sur le profil de température du siliciumen surface. Après avoir choisi le laser le plus adapté parmi les lasers ArF, KrF et XeCl (respectivement: 193 nm - 15 ns, 248 nm - 35 ns, 308 nm - 50 ns), nous avons observé l’effet du nombre de tirs et de la mise en forme de faisceau afin d’optimiser le procédé. Pour terminer, des inhomogénéités dues aux bords de faisceau ont été mises en évidence et étudiées afin d’enlimiter l’effet. / Since the 1970’s, the components size has steadily declined. The realization of highly-dopedultra shallow junctions became a key point in the reduction of microelectronic devices. Them anufacturing processes must evolve to meet the stringent specifications of the next technologynodes, in particular in terms of dimension and electrical properties of the doped area.In this thesis we have studied the process of laser annealing of dopants implanted by plasmaimmersion. The ArF excimer laser we used is absorbed in less than 10 nm of silicon, whichallows a local heating. Moreover, the short pulse duration provides a low thermal budget whichreduces the dopant diffusion. By combining this technique with plasma immersion ion implantation, which is interesting because of the very low acceleration voltage (few tens of eV), we can produce highly activated junctions without diffusion. After a presentation of the different doping techniques that may be used, we describe the experimental treatment and the characterization tools that we used. We have used numerical simulations to understand the role of the laser parameters on the temperature profile of the silicon surface. After choosing the most suitable laser between ArF, KrF and XeCl (respectively :193 nm - 15 ns, 248 nm - 35 ns, 308 nm - 50 ns), we studied the influence of the number of shots and beam shaping to optimize the process. Finally, inhomogeneities caused by the beam edgeshave been studied and identified in order to improve the laser scan process.

Ce travail de thèse est consacré à l'étude de la diffusion accélérée et transitoire (TED) du bore dans le silicium. Cette diffusion est considérée comme un problème majeur pour la fabrication des jonctions ultra minces. En effet, la miniaturisation incessante des transistors MOS impose, pour les prochaines générations de composants, la diminution de l'extension en profondeur des deux jonctions source et drain jusqu'à quelques dizaines de nanomètres. Ces jonctions sont fabriquées par implantation ionique des dopants suivie d'un recuit thermique d'activation. Dans ces conditions, le dopant bore diffuse de façon accélérée et transitoire de quelques millions de fois à quelques centaines de fois plus vite qu'à l'équilibre thermodynamique alors que des défauts cristallins de plusieurs types se forment et évoluent au cours du recuit.Une première partie de ce mémoire a été dédiée à l'inspection de la forte relation existante entre l'évolution de la TED et l'évolution des défauts étendus (petits clusters, (113) et boucles de dislocation) au cours du recuit thermique. Effectivement, suivant les différentes conditions expérimentales d'implantation ionique (amorphisante ou non) et de recuit thermique, les défauts étendus évoluent de manières différentes mais toujours suivant une croissance de type "Ostwald ripening". Ils évoluent en échangeant des atomes de silicium interstitiels qui sont les principaux responsables de l'accélération de la diffusion. Dés lors, nous avons pu interpréter et comprendre l'évolution de la TED en fonction des paramètres expérimentaux. Ainsi, nous avons montré expérimentalement, et pour la première fois, l'existence d'un gradient d'interstitiels entre la bande des défauts et la surface du substrat.Dans le second volet de ce travail, nous avons utilisé l'ensemble de nos résultats expérimentaux pour améliorer et optimiser un modèle physique permettant de prédire l'évolution de la TED ainsi que la formation et la croissance des défauts étendus. Ce modèle tient compte du processus d'Ostwald ripening et de l'interaction des défauts avec la surface de la plaquette. Enfin, nous avons utilisé la version optimisée du modèle pour des simulations prédictives de la TED et pour d'autres applications qui nous ont permis de comprendre des phénomènes physiques qui ont lieu dans des conditions expérimentales d'intérêt technologique.

Ce travail de thèse est consacré à l'étude de la diffusion accélérée et transitoire (TED) du bore dans le silicium. Cette diffusion est considérée comme un problème majeur pour la fabrication des jonctions ultra minces. En effet, la miniaturisation incessante des transistors MOS impose, pour les prochaines générations de composants, la diminution sont fabriquées par implantation ionique des dopants suivie d'un recuit thermique d'activation. Dans ces conditions, le dopant bore diffuse de façon accélérée et transitoire de quelques millions de fois à quelques centaines de fois plus vite qu'à l'équilibre thermodynamique alors que des défauts cristallins de plusieurs types se forment et évoluent au cours du recuit.Une première partie de ce mémoire a été dédiée à l'inspection de la forte relation existante entre l'évolution de la TED et l'évolution des défauts étendus (petits clusters, (113) et boucles de dislocation) au cours du recuit thermique. Effectivement, suivant les différentes conditions expérimentales d'implantation ionique (amorphisante ou non) et de recuit thermique, les défauts étendus évoluent de manières différentes mais toujours suivant une croissance de type “Ostwald ripening”. Ils évoluent en échangeant des atomes de silicium interstitiels qui sont les principaux responsables de l'accélération de la diffusion. Dés lors, nous avons pu interpréter et comprendre l'évolution de la TED en fonction des paramètres expérimentaux. Ainsi, nous avons montré expérimentalement, et pour la première fois, l'existence d'un gradient d'interstitiels entre la bande des défauts et la surface du substrat.Dans le second volet de ce travail, nous avons utilisé l'ensemble de nos résultats expérimentaux pour améliorer et optimiser un modèle physique permettant de prédire l'évolution de la TED ainsi que la formation et la croissance des défauts étendus. Ce modèle tient compte du processus d'Ostwald ripening et de l'interaction des défauts avec la surface de la plaquette. Enfin, nous avons utilisé la version optimisée du modèle pour des simulations prédictives de la TED et pour d'autres applications qui nous ont permis de comprendre des phénomènes physiques qui ont lieu dans des conditions expérimentales d'intérêt technologique.

La réalisation des transistors MOS de taille "ultime" nécessite la fabrication de jonctions source et drain ultra-minces (quelques dizaines de nanomètres), abruptes et fortement dopées. L'optimisation du procédé de fabrication de ces jonctions nécessite la compréhension des phénomènes physiques qui interviennent lors des différentes étapes de fabrication, en particulier l'impact des défauts cristallins sur leurs paramètres électriques. Dans ce travail, nous avons étudié l'impact des précipités de bore (BICs, Boron-Interstitial Clusters) mais aussi des défauts EOR (End-Of-Range), sur la mobilité des porteurs et l'activation des dopants (principalement le bore dans le silicium). Tout d'abord, nous avons développé un modèle d'analyse mathématique basé sur le profil de concentration des dopants mesuré par SIMS et sur les valeurs " standards " de mobilité des porteurs. Ce modèle permet de déterminer par le calcul les trois paramètres électriques mesurés par effet Hall : la résistance carrée, la dose active de dopants et la mobilité des porteurs. A partir de l'utilisation de ce modèle, nous démontrons qu'en présence de BICs, il s'avère nécessaire de modifier la valeur d'un facteur correctif, le facteur de scattering, essentiel pour les mesures par effet Hall, et nous déterminons sa valeur. Nous mettons ensuite en évidence la dégradation de la mobilité des porteurs par les BICs, puis étudions de manière plus quantitative l'évolution de cette dégradation en fonction de la quantité de BICs. Par la suite, une étude sur l'activation du bore en présence de défauts EOR est menée. Enfin, nous élargissons notre étude sur ces mêmes paramètres électriques au cas de nouveaux matériaux tels que le SOI (Silicon-On-Insulator) ou le SiGe (alliage silicium/germanium), matériaux utilisés pour les dernières générations de transistors.