Procédé laser de réalisation de jonctions ultra-minces pour la microélectronique silicium : étude expérimentale, modélisation et tests de faisabilité
Institution:
Paris 11Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
Semiconductor doping is a critical step for future cmos technologies and is intensively study. The mosfet size reduction requires techniques able to realize highly doped ultra-shallow junctions with very abrupt concentration profiles. However, such specifications will be hardly met by the doping and annealing technologies presently used by the silicon cmos industry. This job is focussed on laser processing techniques that would be able to reach the specifications of usj for cmos technologies. In a first part, we present the state of the art of the doping techniques currently used in the industry. Then we describe in detail the experimental set-ups using two xecl excimer lasers working at the same wavelength (308 nm) but with very different pulse energy and time duration characteristic: an industrial laser tool (vel 15 : 15 j/pulse, 200ns) developed by sopra, and a more conventional laser from lambda physik (0,2 j/pulse, 20ns). The ultra-shallow junctions realized with both lasers were characterized, particularly in terms of dopant concentration, profile and electrical activation. The physical phenomena involved in the laser induced process, and their dependence on the laser characteristic, are discussed. Thermal modelling of laser annealing was performed and showed a good agreement with the experimental observations. Finally, the integration of the laser process to the mosfet manufacturing technologies was studied and tested. This study shows the possibility to obtain functional transistors when laser processing is used to realize ultra-shallow junctions.
Abstract FR:
La realisation de jonctions ultra-minces et fortement dopees est un enjeu majeur pour poursuivre la miniaturisation des dispositifs microelectroniques. En effet, la reduction de taille du transistor mos, exige des conditions drastiques notamment sur les caracteristiques dimensionnelles et electriques des zones dopees constituant la source et le drain du transistor. Les technologies actuelles seront, a court terme, incapables de tenir les specifications prevue pour les dix annees a venir. Au cours de ce travail de these nous avons etudie des procedes de dopage par laser, primordiales pour le bon fonctionnement du mos. Nous avons dispose pour etudier les procedes de recuit et de dopage, de deux montages experimentaux qui utilisent deux lasers impulsionnels ayant des caracteristiques temporelles differentes: un laser industriel vel 15 xecl (15j, 200ns) developpe par sopra et un laser, plus conventionnel, lambda physik xecl (200mj, 20ns). Apres une presentation de l'etat de l'art des differentes techniques utilisees, pour la realisation de jonctions ultra-minces, les dispositifs optiques utilises dans ce travail ont ete decrits, ainsi que les differents phenomenes mis en jeu lors de l'irradiation laser. Des modelisations thermiques ont permis de mieux comprendre les parametres cles du recuit laser et se sont averees en bon accord avec les caracterisations realisees. Enfin, l'integration du procede laser a la technologie de fabrication du mosfet a ete etudiee et testee. Cette etude a permis d'obtenir des transistors fonctionnels demontrant la possibilite d'utiliser les techniques laser pour la realisation de jonctions ultra fines pour la fabrication des transistors cmos.