Étude du dopage et de la formation des contacts pour les technologies germanium

Study of doping and contacts formation for germanium technologies

• Auteur / Autrice : Jacques Perrin Toinin
• Direction : Alain Portavoce, Khalid Hoummada
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et sciences de la matière. Matière condensée et nanosciences
• Date : Soutenance le 08/12/2016
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence (IM2NP) (Marseille, Toulon)
• Jury : Président / Présidente : Guy Tréglia
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Magali Grégoire
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Filadelfo Cristiano, Baptiste Gault

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microélectronique

Germanium

Semiconducteurs -- Dopage

Mots clés libres

Dopage

Diffusion

Germanium

Microélectronique

Science des matériaux

Doping

Diffusion

Germanium

Microelectronic

Material science

Résumé

Les progrès récents concernant la fabrication des substrats de Ge mono- et poly-cristallins, ainsi que des substrats « Ge-sur-isolant », combinés au transfert des technologies des isolants « high-k » et des contacts ohmiques de la technologie Si vers la technologie Ge permettent d’envisager le développement d’une microélectronique à haute performance basée sur une technologie utilisant le Ge en remplacement du Si. Toutefois, afin de respecter les restrictions liées à la fabrication de la prochaine génération de dispositifs microélectroniques miniaturisés (MOSFETs à canal court), il est nécessaire d'améliorer nos connaissances sur le dopage et sur la formation des contacts ohmiques sur Ge, en particulier pour le Ge de type n. Le principal objectif de cette thèse était d'étudier la redistribution atomique ayant lieu pendant certains procédés impliqués dans la fabrication de la structure [métal premier niveau / contact ohmique / Ge-dopé] localisée sur chacune des zones actives (grille, source et drain) des transistors. Notre travail s’est concentré sur le sélénium et le tellure en tant que dopant de type n, ainsi que sur le gallium et l'aluminium comme dopants de type p. Le Palladium a été choisi pour la fabrication des contacts ohmiques. Notre travail comprend l’étude des interactions entre dopants et défauts étendus, de la formation de précipités, et de la diffusion des dopants dans le Ge(001) pendant un recuit post-implantation. La formation et la stabilité des films minces de germaniure de Pd sont également étudiées dans le but d’évaluer et d’optimiser l’utilisation du composé PdGe comme contact ohmique sur Ge.

The recent progress concerning the fabrication of large Ge mono- and poly-crystalline substrates, as well as the fabrication of Ge-On-Insulator (GOI) substrates, combined with the successful transfer from the Si technology to the Ge technology of the high-k dielectric and of the ohmic contact fabrication technologies support the development of a future high-performance Ge-based microelectronic technology. However, in order to meet the restrictions for the fabrication of the next generation of miniaturized microelectronic devices (short-channel MOSFETs), it is necessary to improve our knowledge concerning Ge doping and contact fabrication, in particular for n-type Ge. The main goal of this PhD was to investigate the atomic redistribution occurring during some of the fabrication processes involved in the fabrication of the structure [first-level metal / ohmic contact / doped-Ge] found on each active zone (gate, source, and drain) of transistors. Our work focused on selenium and tellurium for n-type doping, as well as on gallium and aluminum for p-type doping. Palladium was the metal chosen for the fabrication of ohmic contacts.This work includes the study of extended defect interactions with dopants, dopant clustering, and dopant diffusion in Ge(001) during post-implantation annealing. The formation and stability of Pd germanide thin films are also investigated, in order to evaluate and optimize the use of the PdGe compound as ohmic contact on Ge. Finally, dopant redistribution in PdGe thin films and in the Ge substrate during ohmic contact fabrication is also investigated.