Étude du dopage laser en phases solide et liquide : Application à la formation de jonctions ultra-minces dans le silicium

par Stéphane Coutanson

Thèse de doctorat en Sciences pour l'ingénieur. Microélectronique

Sous la direction de Eric Fogarassy.

Soutenue en 2008

à l'Université Louis Pasteur (Strasbourg) .


  • Résumé

    Dans ce travail de thèse a été étudié une méthode de dopage laser simple utilisant des films d’oxyde dopé comme sources de dopant (jusqu'à 2. 1021 cm-3), déposés sur la surface du silicium par centrifugation. Des pulses laser excimer, courts (20 ns) et longs (200 ns), ont servi à déposer une grande quantité d'énergie en peu de temps dans la région proche de la surface. Dans des conditions appropriées, l'irradiation entraîne la fonte de surface et l’incorporation du dopant par diffusion en phase liquide. Dans d’autres conditions, nécessitant une quantité moindre d'énergie déposée à la surface, la diffusion des dopants est opérée en phase solide. Dans un premier chapitre de ce mémoire de thèse, sont développés les fondamentaux théoriques permettant la compréhension du sujet (cristallographie et propriétés optiques et thermiques du silicium, mécanismes de dopage et de diffusion dans le silicium, physique des lasers, interaction laser – matière). Le deuxième chapitre traite du dopage laser, le choix du procédé y est motivé, faisant suite à une revue bibliographique des principales méthodes de dopage et de diffusion. La voie du troisième chapitre est alors ouverte et est l’occasion de présenter les simulations numériques 1D et 2D, le modèle thermique utilisé et les résultats des simulations numériques de l’interaction laser-matière. Dans le quatrième et dernier chapitre, est proposée, en plus de la présentation des dispositifs expérimentaux (implanteur ionique, sources laser et homogénéiseur…), une analyse des résultats (SIMS, RBS, spectroscopie micro-Raman, 4 pointes, I(V), C(V)…). Finalement, des perspectives d’amélioration du procédé sont discutées avant de conclure.

  • Titre traduit

    Study of laser doping in solid and liquid phases : Application to the ultra-shallow junctions fabrication in silicon


  • Résumé

    In this work was investigated a simple laser doping method employing doped oxide glass films as dopant source (up to 2. 1021 cm-3). These doped oxide are deposited onto silicon by spin coating technique. Both short (20 ns) and long (200 ns) pulse duration excimer laser beams were used to deposit a large amount of energy in a short time into the near-surface region. Under suitable conditions, the irradiation leads to surface melting and dopant incorporation by liquid phase diffusion from the surface. Under other conditions, requiring a smaller quantity of energy deposited on the surface, the dopant is incorporated by solid phase diffusion. In the first chapter of this thesis, the basic theories are developed to the understanding of the topic (crystallography and optical and thermal properties in silicon, doping and diffusion mechanisms of silicon, laser physics, and laser–material interaction). The second chapter presents the laser doping method, and the choice for this process is motivated following a literature review of the main doping and diffusion methods. The way of the third chapter is opened and is the opportunity to present 1D and 2D numerical simulations, the thermal model, and the results of numerical simulations of laser-matter interaction. In the fourth and final chapter, is proposed, in addition to the presentation of the experimental devices (ion-implanter, laser sources and homogenizer. . . ), an analysis of the experimental results (SIMS, RBS, micro-Raman spectroscopy, 4 points, I (V) , C (V). . . ). Finally, prospects for improving the process are discussed before concluding.

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La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (171 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 163-170

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université de Strasbourg. Service commun de la documentation. Bibliothèque Blaise Pascal.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th.Strbg.Sc.2008;5902
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