Etude des defauts ponctuelscrees par l’implantation ionique

La recherche d’une technologie optimale pour la conception des circuits intégrés devenait, à partir des années 1970, un problématique d’envergure. L’apparition des circuits intégrés à grande échelle d’intégration V.L.S.I. ne fait qu’accroître cette difficulté. En effet, l’optique était orientée vers une possibilité d’intégration plus poussée, répondant en même temps aux performances désirées : rapidité et faible consommation. On assiste alors à l’évolution de techniques de fabrication : diffusion, oxydation, gravure,… Les imperfections des méthodes utilisées :rétrécissement involontaire du canal, une trop grande profondeur de jonction, firent naître l’implantation ionique .

Découverte par SHOCKLEY en 1954 [1], l’implantation ionique est une technique qui permet d’introduire des particules chargées énergétiques dans un matériau cible. Ces impuretés pénètrent dans la cible et y prennent place. Sa principale application est le dopage de dispositif micro-électronique. EN effet, la fabrication d’un circuit intégré passe au moins une fois par le biais de l’implantation ionique :dopage, piégeage d’impureté, création de couches dopées enterrées.

Bombardement d’ions énergétiques

Lorsque l’on bombarde un solide ou une cible par des ions énergétiques, les ions vont pénétrer dans la cible. Cependant, au fur et à mesure de la pénétration, les ions perdent une partie de leur énergie et s’arrêtent ou s’implantent. Cette technique de bombardement s’appelle « l’IMPLANTATION IONIQUE ». L’implantation ionique est une technique de dopage qui permet d’introduire des ions étrangers d’énergie de quelques dizaines d’eV à une dizaines de MeV [1]. La perte d’énergie pendant l’implantation ionique est due aux interactions de l’ion incident avec les électrons et les atomes du matériau cible [1,2]. En toute rigueur, définir l’interaction de ces particules incidentes avec le réseau est inabordable à mettre en oeuvre. Aussi, des hypothèses simplificatrices sont nécessaires: on suppose donc que les chocs peuvent être décomposés en deux non corrélés l’un de l’autre: d’une part chocs avec les noyaux, et d’autre part chocs avec les électrons.

CHOCS NUCLEAIRES

Ce sont des chocs supposés élastiques entre noyaux celui de l’ion incident et celui de l’atome cible. Comme c’est un choc élastique, nous nous placerons dans le cadre de la mécanique classique du point matériel pour étudier les deux particules en collision. La particule incidente P1 de masse m1 est caractérisée par son énergie E1 donc sa vitesse v1, l’atome cible P2 de masse m2 est supposé au repos ( v2 =0 ).

Ce choc est régi par :
• La loi de conservation de l’énergie totale
• La loi de conservation de la quantité de mouvement.
L’application de ces lois nécessite l’utilisation des systèmes de référence. Elle nous permet aussi de définir des relations entre les vitesses donc énergie et les angles des deux particules .

ENERGIE LIMITE ET LIBRE PARCOURS MOYEN

Le calcul du pouvoir d’arrêt électronique diffère en haute et en basse énergie. Il est donc nécessaire d’évaluer l’intervalle de chaque domaine d’énergie. [1] Une première approche a été faite en considérant l’énergie réduite ε du couple ion – cible. Plusieurs auteurs reconnaissent que pour une ε supérieur à 10 quel que soit le couple (ion, cible), on est dans la zone des hautes énergies. Cependant, il est difficile de mettre un seuil pour les énergies faibles car ε dépend surtout du couple ion – atome. Néanmoins, à partir de la basse énergie, l’ion incident se déplace en distance interatomique. Il suffit donc de chercher ε correspondant à cette distance pour un couple donné.

LES LIMITES DE CE MODELE

L’énergie couramment utilisée en implantation ionique est généralement inférieure au MeV, donc une énergie nettement inférieure à l’énergie de cohésion du noyau (=> 8MeV). Le modèle ne tient donc pas compte des réactions nucléaires au cours de la simulation. Nous négligerons également les interactions entre les ions incidents.

ENERGIE SEUIL D’ARRET Emin

L’autre paramètre important dans le phénomène de cascades de collisions est l’énergie seuil d’arrêt Emin. C’est l’énergie limite pour laquelle la particule est supposée arrêtée. Elle représente l’énergie de liaison d’un atome à un site. Si l’énergie E de la particule est inférieure à Emin, alors elle est piégée par le site. Emin est de l’ordre de quelques eV (5 à 10 eV).

DEFAUTS

Ces défauts peuvent être classés en deux catégories :
∗ Les défauts transitoires
Ces défauts n’existent que pendant un temps très court(µs). On peut citer l’excitation des électrons, et les phonons.
∗ Les défauts permanents:
Ces défauts restent plus longtemps, peuvent être mobiles. Citons parmi eux ;les défauts ponctuels: lacunes, atomes subtitutionnels, les atomes intersititiels, les défauts linéaires: les dislocations, …

Comme nous nous intéressons aux cascades, nous nous restreignons aux atomes déplacés.

Les paires de Frenkel

La paire de Frenkel correspond à la formation de lacune et d’intersititiel. La particule incidente éjecte l’atome de son site, ce dernier se déplace et se met en position intersititielle. Les sites intersititiels sont les défauts importants des cascades de collisions.

Les substitutionnels

Certains atomes délogés, selon leur énergie, regagnent des sites vacants du réseau cristallin. Ces ions ou atomes deviennent des impuretés en position substitutionnelle.

Les phonons
Lorsqu’un incident (ion ou atome) ne s’arrête, et en plus, l’énergie transférée ne déplace pas l’atome cible, cette énergie est consommée sous de forme de vibrations du réseau ou phonons.

Modèle cascades de collisions

Notre modèle de cascade de collision st le même que celui de l’implantation ionique avec la possibilité de considérer les atomes déplacés comme particule incidente. Le nombre de défauts crées est fonction de l’énergie d’implantation. Un seul ion incident occasionne, à lui seul, un grand nombre de défauts ponctuels, à titre d’exemple, l’implantation d’un ion d’antimoine de 50 KeV dans le silicium provoque :

phonons :2814
lacunes :2052
atomes interstitiels :2052
atomes substitutionnels :439

Il n’est pas donc nécessaire de simuler les défauts de tous les ions, parce que nous assisterons à un fort désordre. Ce fort désordre ne nous sera guère utile pour mieux apprécier le profil des défauts. Nous traiterons donc les défauts par un seul ion incident. Cette simplification amène la remarque suivante le profil des défauts dépend du parcours de l’ion, il est fort possible qu’il n’existe de relation directe entre le profil des défauts et le résultat général d’implantation.

Le logiciel C.C.D.B.I.E.

Le logiciel C.C.D.B.I.E (Cascades de Collisions Dûs au Bombardement d’Ions Énergétiques) est un logiciel conçu pour traiter à la fois le processus d’implantation ionique et les défauts ponctuels créés par les cascades. Ce logiciel est réalisé en langage orienté objet C++. Il est valable pour les ions incidents implantés dans les cible mono-élément et monocouche,en l’occurrence le silicium. A partir d’un fichier d’entrée contenant toutes les caractéristiques des particules incidentes et de la cible nécessaires au traitement, l’utilisateur a le choix:

➲ou traiter uniquement l’implantation ionique, dans ce cas, on peut aller jusqu’à 10000 ions simulés,
➲ou traiter l’implantation ionique et les cascades générées par un seul ion incident. Deux sortes de fichiers résultats sont éventuellement disponibles:
◊résultat de l’implantation ionique,
◊résultat des cascades.

Le rapport de stage ou le pfe est un document d’analyse, de synthèse et d’évaluation de votre apprentissage, c’est pour cela chatpfe.com propose le téléchargement des modèles complet de projet de fin d’étude, rapport de stage, mémoire, pfe, thèse, pour connaître la méthodologie à avoir et savoir comment construire les parties d’un projet de fin d’étude.

Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE1.-BOMBARDEMENT D’ION ENERGETIQUE
« Toy ny voninkazo ampaniriana amin’ny tavy ny fahaizana tsy mandray faka
amin’ny fahalalana ny sata sy fitendrazan’ny tena, ka met y harevaka sy ho azo
afindrafindra etsy sy eroa, fa tsy hanjary hazobe hihinamboa na oviana na oviana
ATOLOTRAY
Lalaniaina sy Njaka Rado
REMERCIEMENTS
Caractéristique cherchée
Très difficile
Bonne
INTERACTION DE L’ION INCIDENT AVEC LA MATIERE
CHOCS NUCLEAIRES
Les systemes de references
Angle de diffusion
La perte d’énergie nucléaire
CHOCS ELECTRONIQUES
Le pouvoir d’arrêt électronique
Perte d’énergie électronique
NOTRE MODELE
II.1. ENERGIE LIMITE ET LIBRE PARCOURS MOYEN
II.2. LES LIMITES DE CE MODELE
II.4. LOCALISATION D’UN ION IMPLANTE
RESULTAT
Facteur correctif
Implantation dans le silicium
I.cascades de collisions
GENERATION DE CASCADES
ENERGIE DE DEPLACEMENT Ed, RENDEMENT NUCLÉAIRE γ
ENERGIE SEUIL D’ARRET Emin
DEFAUTS
Les paires de Frenkel
Les substitutionnels
Les phonons
Position finale de la particule incidente
Modèle cascades de collisions
description
Résultats
Défauts des ions léger-intermediaire-lourd
Profil de l’implantation et profil des défauts
PRESENTATION DES INTERFACES
LES ENTREES
Création
Introduction
Traitement
Autres
RESULTATS
Résultats d’implantation
Résultats de cascades
INCONVENIENTS
Limitation logicielle
Inconvénients matériels
CHAPITRE 2.-CASCADES DE COLLISIONS
« Toy ny voninkazo ampaniriana amin’ny tavy ny fahaizana tsy mandray faka
amin’ny fahalalana ny sata sy fitendrazan’ny tena, ka met y harevaka sy ho azo
afindrafindra etsy sy eroa, fa tsy hanjary hazobe hihinamboa na oviana na oviana
ATOLOTRAY
Lalaniaina sy Njaka Rado
REMERCIEMENTS
Caractéristique cherchée
Très difficile
Bonne
INTERACTION DE L’ION INCIDENT AVEC LA MATIERE
CHOCS NUCLEAIRES
Les systemes de references
Angle de diffusion
La perte d’énergie nucléaire
CHOCS ELECTRONIQUES
Le pouvoir d’arrêt électronique
Perte d’énergie électronique
NOTRE MODELE
II.1. ENERGIE LIMITE ET LIBRE PARCOURS MOYEN
II.2. LES LIMITES DE CE MODELE
II.4. LOCALISATION D’UN ION IMPLANTE
RESULTAT
Facteur correctif
Implantation dans le silicium
I.cascades de collisions
GENERATION DE CASCADES
ENERGIE DE DEPLACEMENT Ed, RENDEMENT NUCLÉAIRE γ
ENERGIE SEUIL D’ARRET Emin
DEFAUTS
Les paires de Frenkel
Les substitutionnels
Les phonons
Position finale de la particule incidente
Modèle cascades de collisions
description
Introduction
Résultats
Défauts des ions léger-intermediaire-lourd
Profil de l’implantation et profil des défauts
PRESENTATION DES INTERFACES
LES ENTREES
Création
Traitement
Autres
RESULTATS
Résultats d’implantation
Résultats de cascades
INCONVENIENTS
Limitation logicielle
Inconvénients matériels
CHAPITRE 3.- LA LOGICIEL C.C.D.B.I.E
« Toy ny voninkazo ampaniriana amin’ny tavy ny fahaizana tsy mandray faka
amin’ny fahalalana ny sata sy fitendrazan’ny tena, ka met y harevaka sy ho azo
afindrafindra etsy sy eroa, fa tsy hanjary hazobe hihinamboa na oviana na oviana
ATOLOTRAY
Lalaniaina sy Njaka Rado
REMERCIEMENTS
Caractéristique cherchée
Très difficile
Bonne
INTERACTION DE L’ION INCIDENT AVEC LA MATIERE
CHOCS NUCLEAIRES
Les systemes de references
Angle de diffusion
La perte d’énergie nucléaire
CHOCS ELECTRONIQUES
Le pouvoir d’arrêt électronique
Perte d’énergie électronique
NOTRE MODELE
II.1. ENERGIE LIMITE ET LIBRE PARCOURS MOYEN
II.2. LES LIMITES DE CE MODELE
II.4. LOCALISATION D’UN ION IMPLANTE
RESULTAT
Facteur correctif
Implantation dans le silicium
I.cascades de collisions
GENERATION DE CASCADES
ENERGIE DE DEPLACEMENT Ed, RENDEMENT NUCLÉAIRE γ
ENERGIE SEUIL D’ARRET Emin
Introduction
DEFAUTS
Les paires de Frenkel
Les substitutionnels
Les phonons
Position finale de la particule incidente
Modèle cascades de collisions
description
Résultats
Défauts des ions léger-intermediaire-lourd
Profil de l’implantation et profil des défauts
PRESENTATION DES INTERFACES
LES ENTREES
Création
Traitement
Autres
RESULTATS
Résultats d’implantation
Résultats de cascades
INCONVENIENTS
Limitation logicielle
Inconvénients matériels
CONCLUSION