Développement et intégration de procédés d’épitaxie à basse température en chimie trisilane

par Adrien Gouyé

Thèse de doctorat en Matériaux, microélectronique et nanosciences

Sous la direction de Isabelle Berbezier.

Soutenue en 2009

à Aix-Marseille 3 .

  • Titre traduit

    Development and integration of low-temperature epitaxial processes using trisilane chemistry


  • Résumé

    Les précurseurs de silicium les plus utilisés pour la CVD en microélectronique sont sans doute le silane et le dichlorosilane. Avec ces précurseurs, les dépôts obtenus sont de bonne qualité et compatibles avec une utilisation en microélectronique. Cependant, ces précurseurs nécessitent des budgets thermiques élevés (> 650 °C) qui sont peu compatibles avec l’élaboration de MOSFETs avancés. Dans ce travail, nous avons évalué le trisilane (Silcore®) comme précurseur de Si. Nous avons montré qu’il est possible de réduire la température des procédés (< 650 °C) de façon significative tout en gardant des taux de croissance élevés et donc compatibles avec une utilisation industrielle. Les études que nous avons menées sur les cinétiques de croissance ont montré qu’il existe une fenêtre entre 600 °C et 700 °C où le taux de croissance est pratiquement indépendant de la température, ce qui favorise l’uniformité des dépôts. Dans ce travail, nous avons utilisé la chimie trisilane pour divers procédés d’épitaxie à basse température. Bien que les procédés à base de trisilane ne soient pas sélectifs sur Si par rapport aux zones isolantes, un procédé sélectif cyclique, avec un dépôt et une gravure chimiques en phase vapeur, est utilisé pour intégrer des S/D Si1 yCy contraints (nMOSFETs). Un tel procédé cyclique peut, aussi, être utilisé pour former sélectivement des S/D Si1 xGex (pMOSFETs). Des films de silicium amorphes ont aussi été déposés à basse température (400 °C) permettant d’intégrer des S/D surélevés par cristallisation en phase solide (épitaxie indirecte). Finalement, des nanocristaux de Si sont également déposés à basse température en chimie trisilane. Le trisilane permet, entre autres, de simplifier le procédé de dépôt des nanocristaux pour les MOSFETs à grille flottante.


  • Résumé

    The most used Si precursors for CVD in microelectronics are certainly silane and dichlorosilane. Using those precursors, high quality layers that are compatible with microelectronics use are currently obtained. However, the involved thermal budget is too high (> 650 °C) and not compatible with the processing of advanced MOSFETs. In this work we investigated the use of trisilane (Silcore®) as Si precursor. We have demonstrated the possibility to reduce significantly the thermal budget (< 650 °C) while keeping high growth rates needed for industrial use. We identified a process window between 600 °C and 700 °C where the growth rate is found to be temperature-independent. In this process window the thickness of the layers is insensitive to any temperature fluctuation and thus uniform. In this work we successfully used trisilane chemistry for various low-temperature processes. We should note that trisilane-based processes are not selective on silicon versus insulating areas. In order to have a selective epitaxial growth (SEG) we combined deposition-etching cycles and demonstrated that this process can be used for the integration of tensily strained Si1-yCy S/D (nMOSFETs). The same approach can be used for the selective growth of compressively strained Si1-xGex S/D (pMOSFETs). We also deposited amorphous Si films at low temperature (400 °C). Those films have been regrown by solid phase epitaxy (SPE). We suggest using those films for the formation of raised S/D. Si nanocrystals, for floating gate MOSFETs applications, are also deposited at low temperature using trisilane. In this case, the use of trisilane allows a significant simplification of the process.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (262 p.)
  • Annexes : Notes bibliogr.

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  • Bibliothèque : Université d'Aix-Marseille (Marseille. Saint-Jérôme). Service commun de la documentation. Bibliothèque de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 200068904
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