Πειραματική μελέτη και προσομοίωση της ταχείας ανόπτησης πυριτίου και γερμανίου σε καθεστώς μη τήξης - Σταθόπουλος, Σπυρίδων (Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών, 2015)
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.