Etude des épitaxies sélectives des alliages SiGe(C) pour électrode de base des transistors bipolaires performants

par Julien Bouvier

Thèse de doctorat en Physique des matériaux

Sous la direction de Georges Brémond.

Soutenue en 2010

à Lyon, INSA .


  • Résumé

    Depuis quelques années, l’intérêt pour les technologies BiCMOS comportant des transistors bipolaires à très hautes performances statiques et dynamiques va grandissant. La réalisation de tels dispositifs nécessite une architecture totalement auto-alignée pour le transistor bipolaire, rendu possible par une épitaxie sélective de l’électrode de base. L’objectif de cette thèse est de remédier aux principales difficultés introduites par l’utilisation d’un procéde�� de dépôt sélectif Si/SiGeC pour l’élaboration de l’électrode de base des Transistors Bipolaires à Hétérojonction (TBH) des technologies BiCMOS avancées. Nous traitons tout d’abord d’un aspect essentiel de l’épitaxie sélective de base des TBH : la sélectivité du dépôt silicium, ou en d’autres termes, la nucléation du silicium sur le diélectrique. Nous montrons que, dans le cas des dépôts silicium sélectif, la baisse de la température de croissance, rendue facilement possible par l’utilisation du silane comme précurseur, n’est pas favorable à la sélectivité du dépôt. Nous évaluons également un moyen de diagnostic in-situ de la sélectivité du dépôt via un pyromètre présent initialement dans le réacteur RT-CVD utilisé dans notre étude. Cet outil permet, d’une part des développements de procédé plus rapide mais constitue également un bon moyen de contrôle en ligne du procédé de dépôt sélectif. Nous abordons ensuite le thème de la croissance sélective des couches Si, SiGe et SiGeC à l’aide du précurseur silane. Nous montrons que l’utilisation de ce précurseur autorise une diminution de la température de croissance pour les films Si et SiGe, permettant notamment un meilleur contrôle en épaisseur des films SiGe riches en germanium (>25%) ainsi qu’une diminution des effets de charges locaux. En revanche, cette diminution de la température de dépôt ne semble pas avoir d’impact sur la quantité de carbone incorporable de manière totalement substitutionnelle dans les couches SiGeC sélectives. Nos analyses par photoluminescence des films SiGeC permettent de mettre en évidence le fort impact des atomes de carbone sur le désordre cristallin et les mécanismes de recombinaison des porteurs dans le SiGeC, comparé à celui des atomes de germanium. L’utilisation de ces techniques de photoluminescence permet la caractérisation rapide de la structure électronique des films SiGeC et accélère ainsi le développement du procédé de croissance sélective des couches SiGeC. Enfin, des problématiques à caractère plus industrielles sont traitées. Nous présentons les solutions apportées en termes d’uniformité en épaisseur des dépôts, ou bien concernant la qualité du lien unissant les parties intrinsèques et extrinsèques de l’électrode de base des TBH.

  • Titre traduit

    = Study of SiGe(C) alloys selective epitaxial growth for high performances bipolar transistor base electrode


  • Résumé

    For some years, the interest for BiCMOS technology including very high performances bipolar transistor has been growing. Fabrication of such devices needs fully self aligned architecture easily allowed bya a selective epitaxy of base electrode. The objective of this thesis is to solve main difficulties introduced by using a selective deposition process Si/SiGeC for base electrode development of Heterojunction Bipolar Transistor (HBT) used in advance BiCMOS technologies. First of all, we deal with an essential characteristic of selective epitaxy of HBT base: the selectivity of silicon deposition, or, in other words, silicon nucleation on dielectric. In the case of silicon selective deposition, we show that the decrease of growth temperature, possible by the use of silane, is not favorable to selectivity. Indeed, the silicon thickness possibly grown selectively decreases as we reduce deposition temperature. We also evaluate a technique for in-situ diagnostic of the selectivity through a pyrometer initially used in our RTCVD reactor. This technique is useful for faster process development but also as in-line control for selective epitaxy process. Then we deal with selective growth of Si, SiGe and SiGeC using silane precursor. Through the use of silane, the growth temperature can be decreased for both Si and SiGe films, which allow a better thickness control for germanium rich SiGe films (>25%) and a reduction of local loading effect. However, this temperature decrease seems to not have impact on fully substitutional embedded carbon amount in selectively grown SiGeC layers. Photoluminescence analysis reveals the strong impact of carbon atoms on crystalline order and carriers recombination mechanisms in SiGeC, compared to germanium atoms. Using these techniques allows a rapid characterization of SiGeC electronic structure and accelerates the development of SiGeC selective growth process.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (165 p.-17 p. d'annexes)
  • Annexes : Bibliogr. , 14 p.

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  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(3649)
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