Formation de couches minces de semi-conducteurs et contrôle intégré dans une machine mono-plaque, multi-chambres 300 mm

par Benoit Vandelle

Thèse de doctorat en Dispositifs de l'électronique intégrée

Sous la direction de Gérard Guillot.

Soutenue en 2002

à Villeurbanne, INSA .


  • Résumé

    Les travaux présentés s'inscrivent dans le cadre du développement et de la caractérisation des procédés de début de fabrication des dispositifs électroniques et optoélectroniques sur des plaques de silicium de 300 mm de diamètre. Ces travaux ont été réalisés dans un système mono-plaque équipé d'une chambre de traitements thermiques rapides, d'une chambre de dépôts chimiques en phase vapeur et d'une chambre de refroidissement qui accueille également un ellipsomètre spectroscopique. Outre la détection des procédés défectueux, ce qui devient essentiel avec le coût des plaques 300 mm, l'intégration d'un outil de métrologie dans un système thermique permet de caractériser les couches avant leur exposition à l'air et donc de suivre la croissance des films très minces (inférieur à 1 nm). La formation de modules critiques des transistors MOS a été étudiée : assemblage du module de canal (épitaxie Si et hétéro-épitaxie SiGe à basse température), du module de grille (croissance d'un oxyde mince nitruré et dépôt de poly-Si) et du module de jonctions p+/n ultra-fines pour la source et le drain (épitaxie en phase solide). Des études prospectives ont été menées sur la croissance auto-organisée des îlots quantiques de Si sur SiO2 pour améliorer les performances des mémoires de type Flash. Puis la croissance auto-organisée des îlots de Ge sur Si pour la réalisation de dispositifs optoélectroniques sur si avec une technologie compatible avec la microélectronique a été étudiée. L'ellipsométrie spectroscopique, associée à des techniques de microscopie, a permis de décrire les mécanismes intervenant lors de la croissance de ces îlots (mode Stranski-Krastanov) lors de leur encapsulation par du Si et lors de l'empilement de plusieurs plan d'îlots.

  • Titre traduit

    = On-line monitoring of thin films growth and deposition in a 300 mm industrial cluster tool


  • Résumé

    Studies presented are driven by the development and the characterization on 300 mm silicon wafers of new front-end processes in electronic and optoelectronic devices. The system used is a 300 mm single wafer cluster tool equipped with a rapid thermal processor, a chemical vapor deposition chamber and a cool-clown chamber. A Spectroscopy Ellipsometer is integrated in the cool-clown chamber in order to monitor grown or deposited thin films. In addition to process control, which is mandatory given the high cost of 300 mm wafers, the integration of an optical metrology tool in the cluster tool allows characterization of films without air exposure, and hence the study of ultra-thin films (< 1 nm). The formation of some critical modules of MOS transistors has been studied: the channel module (low temperature Si epitaxy and SiGe alloys hetero-epitaxy), the gate stack module (ultra-thin nitride oxide growth and polysilicon deposition) and Source/Drain module with shallow p+/n junctions (solid phase epitaxy). More advanced studies have been dedicated to silicon-based quantum dots growth. The objective is to create small and self-organized structures without any photolithography processes. Si dots on Si0², obtained by optimizing nucleation processes, were first studied. Then self-organized growth of Ge dots on Si for optoelectronic devices using a technology compatible with microelectronics has been assessed. Spectroscopie Ellipsometry, correlated to physical characterization, has been used to describe mechanisms occurring during Ge dots growth (Stranski-Krastanov mode), during dots capping with Si, and during stacking of dots layers.

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Informations

  • Détails : 1vol.(311 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 280-299

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(2668)
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