Πειραματική μελέτη και προσομοίωση της ταχείας ανόπτησης πυριτίου και γερμανίου σε καθεστώς μη τήξης

Σταθόπουλος, Σπυρίδων; Stathopoulos, Spyridon

dc.contributor.author	Σταθόπουλος, Σπυρίδων	el
dc.contributor.author	Stathopoulos, Spyridon	en
dc.date.accessioned	2016-01-13T08:04:39Z
dc.date.available	2016-01-13T08:04:39Z
dc.date.issued	2016-01-13
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/41841
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.2046
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού - Παρόμοια Διανομή 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού - Παρόμοια Διανομή 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/gr/	*
dc.subject	ανόπτηση με laser	el
dc.subject	ρηχές επαφές	el
dc.subject	διάχυση προσμίξεων	el
dc.subject	ταχεία ανόπτηση	el
dc.subject	προσομοίωση διεργασιών ημιαγωγών	el
dc.subject	laser annealing	en
dc.subject	rapid thermal annealing	en
dc.subject	semiconductor process simulation	en
dc.subject	dopant diffusion	en
dc.subject	shallow junctions	en
dc.subject	silicon annealing	en
dc.subject	germanium annealing	en
dc.subject	ανόπτηση πυριτίου	el
dc.subject	ανόπτηση γερμανίου	el
dc.title	Πειραματική μελέτη και προσομοίωση της ταχείας ανόπτησης πυριτίου και γερμανίου σε καθεστώς μη τήξης	el
dc.title	Experimental study and simulation of rapid laser sub-melt annealing of silicon and germanium	en
dc.contributor.department	Τομέας Φυσικής	el
heal.type	doctoralThesis
heal.classification	Physics	el
heal.classification	Semiconductor industry--Laser use in	el
heal.classification	Semiconductors--Defects	el
heal.classification	Semiconductors	el
heal.classification	Rapid thermal processing	el
heal.classificationURI	http://id.loc.gov/authorities/subjects/sh85101653
heal.classificationURI	http://id.loc.gov/authorities/subjects/sh85119895
heal.classificationURI	http://id.loc.gov/authorities/subjects/sh85119908
heal.classificationURI	http://id.loc.gov/authorities/subjects/sh85119903
heal.classificationURI	http://id.loc.gov/authorities/subjects/sh95006047
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2015-10-22
heal.abstract	Σε αυτή τη διδακτορική διατριβή θα δούμε τη χρήση της τεχνικής της ανόπτησης με laser διοξειδίου του άνθρακα CO2 το οποίο λειτουργεί σε μήκος κύματος 10.6 μm για τη θερμική κατεργασία γερμανίου και πυριτίου σε χρονικό εύρος millisecond και καθεστώς μη τήξης. Η ανόπτηση είναι κρίσιμο βήμα στη διαδικασία κατασκευής μικροηλεκτρονικών διατάξεων και καθώς οι διαστάσεις αυτών μικραίνουν είναι εξαιρετικά μεγάλης σημασίας ο ακριβής έλεγχος της διάχυσης των προσμίξεων ούτως ώστε να είναι εφικτός ο σχηματισμός εξαιρετικά ρηχών επαφών με τον μέγιστο βαθμό ενεργοποίησης και την ελάχιστη δυνατή διάχυση. Παράλληλα η θέρμανση του υλικού σε υψηλές θερμοκρασίες είναι σημαντική για την επανακρυστάλλωση της φθοράς που υπεισέρχεται μετά την εμφύτευση. Σε αυτή την εργασία εργαζόμαστε προς αυτή την κατεύθυνση και παρουσιάζουμε τη χρήση του laser CO2 για να πετύχουμε την κατασκευή εξαιρετικά ρηχών επαφών p+/n στο πυρίτιο και όσο το δυνατόν πιο ρηχών επαφών n+/p στο γερμάνιο. Όσον αφορά το πυρίτιο, η επίτευξη χαμηλής διάχυσης και απότομων προφίλ προσμίξεων παίζει εξαιρετικά μεγάλο ρόλο για τον έλεγχο των ρευμάτων διαρροής τόσο στην πηγή/απαγωγό του τρανζίστορ MOSFET όσο και στις επεκτάσεις αυτών κάτω από τα διαχωριστικά οξείδια που ήδη από τον κόμβο των 90 nm είναι απαραίτητες για τον περιορισμό του short channel effect. Θα αξιοποιήσουμε το laser CO2 καθώς και την τεχνική της εμφύτευσης εμφύτευσης πλάσματος BF3+ (Plasma Immersion Ion Implantation, PIII) για τον σχηματισμό επαφών n+/p με βάση το βόριο με εξαιρετικά μικρή διάχυση κάτι το οποίο θα μας οδηγήσει σε βάθη επαφής μέχρι 15 nm, μεγάλα επίπεδα ενεργοποίησης και πλήρη επανακρυστάλλωση των αμορφοποιημένων περιοχών. Η μελέτη της ανόπτησης στο πυρίτιο συνοδεύεται από υλοποίηση ενός μοντέλου προσομοίωσης μέσω του industry standard TCAD εργαλείου Sentaurus Process™ της εταιρείας Synopsys® για την πρόβλεψη τόσο της θερμοκρασιακής κατανομής όσο και της κινητικής του βορίου και του επίπεδου ενεργοποίησης του με πολύ καλά αποτελέσματα. Στην περίπτωση του γερμανίου μελετήθηκε η βιωσιμότητα της ίδιας μεθόδου για τον σχηματισμό ηλεκτρικά ενεργών επαφών n+/p με βάση τον φώσφορο. Ο έλεγχος της διάχυσης του φωσφόρου είναι ένα πολύ σημαντικό ζήτημα για τη σμίκρυνση των μικροηλεκτρονικών διατάξεων που βασίζονται στο γερμάνιο. Χρησιμοποιώντας τη διάταξη ανόπτησης με το laser CO2 έγινε εφικτή η κατασκευή των επαφών με εξαιρετικά μικρή διάχυση. Επίσης εξερευνάται η χρήση του αζώτου ως παράγοντα συννόθευσης για τον περαιτέρω έλεγχο της διάχυσης του φωσφόρου. Τα πειράματά μας όντως έδειξαν ιδιαίτερα έντονο κατευνασμό της διάχυσης με κόστος το χαμηλότερο επίπεδο ενεργοποίησης γεγονός που έγινε ξεκάθαρο μέσω ηλεκτρικού χαρακτηρισμού και μετρήσεων SIMS. Παράλληλα, αυτό επιβεβαιώθηκε και μέσω θεωρητικών υπολογισμών density functional theory (DFT) οι οποίοι κατέδειξαν ότι ο φώσφορος σχηματίζει ενεργειακά σταθερά αλλά ηλεκτρικά αδρανή σύμπλοκα με το άζωτο.	el
heal.abstract	In this dissertation we present the application of laser annealing of silicon and germanium using a carbon dioxide (CO2) laser at 10.6 nm in millisecond range and sub-melt regime. Thermal annealing is a crucial step in the fabrication process of micro- and nanoelectronic devices. As their critical dimension decreases the control of dopant diffusion is of paramount importance in order to be able to create extremely shallow junctions with the least possible profile movement. In addition high temperature treatment of the semiconductor is important for the crystal reconstruction of the implantation induced damage. In this work we are moving toward that end by using a high power CO2 laser for the fabrication of ultra shallow p+/n junctions in silicon and n+/p junctions in germanium. As far as silicon is concerned the achievement of low impurity diffusion as well as abrupt dopant profiles plays an extremely important role in controlling leakage currents in both MOSFET source/drain and the source/drain extension below the spacer oxides that are present since the introduction of the 90 nm technology node to address short channel effects. We utilize our CO2 laser setup and BF3+ Plasma Immersion Ion Implantation (PIII) for the fabrication of p+/n junctions based on boron impurities that exhibit junction depth up to 15 nm, high activation percentage and full recrystallization of the amorphized regions. This experimental process is supported through the use of an industry standard TCAD tool, Synopsys® Sentaurus Process™, to predict both the temperature distribution as well as the boron kinetics. Both are in excellent agreement with our experimental observations. In the case of germanium we examined the viability of the same annealing process for realizing electrically active n+/p dopants with created with phosphorus ion implantation. Controlling the fast diffusion of phosphorus is a critical issue for the scaling of germanium based microelectronic devices. Using our setup it was made possible to fabricate junctions with very small profile movement and high activation levels. We also explore the presence of nitrogen co-doping and we conclude that it can further reduce dopant movement at the expense of lower activation level. This observation is confirmed by both electrical and SIMS measurements. Additionally we employ density functional theory (DFT) calculation to further examine this phenomenon. DFT calculations indicate that nitrogen-phosphorus co-doping creates stable but electrically inert N-P complexes that, indeed, are consistent with the observed deactivation and diffusion suppression of phosphorus.	en
heal.sponsor	H παρούσα έρευνα έχει συγχρηματοδοτηθεί από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο - ΕΚΤ) και από εθνικούς πόρους μέσω του Επιχειρησιακού Προγράμματος "Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση" του Εθνικού Στρατηγικού Πλαισίου Αναφοράς (ΕΣΠΑ) – Ερευνητικό Χρηματοδοτούμενο Έργο: Ηράκλειτος ΙΙ. Επένδυση στην κοινωνία της γνώσης μέσω του Ευρωπαϊκού Κοινωνικού Ταμείου	el
heal.sponsor	This research has been co-financed by the European Union (European Social Fund—ESF) and Greek national funds through the Operational Program “Education and Lifelong Learning” of the National Strategic Reference Framework (NSRF)—Research Funding Program: “Heracleitus II. Investing in knowledge society through the European Social Fund”	en
heal.advisorName	Τσουκαλάς, Δημήτριος	el
heal.advisorName	Tsoukalas, Dimitrios	en
heal.committeeMemberName	Τσουκαλάς, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Ζεργιώτη, Ιωάννα	el
heal.committeeMemberName	Τσάμης, Χρήστος	el
heal.committeeMemberName	Σεραφετινίδης, Αλέξανδρος	el
heal.committeeMemberName	Ράπτης, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Normand, Pascal	fr
heal.committeeMemberName	Τσέτσερης, Λεωνίδας	el
heal.academicPublisher	Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	195
heal.fullTextAvailability	true