Contact à base des siliciures de Ni : diffusion et réaction dans les films nanométriques et les nanofils

Ni silicide contacts : Diffusion and reaction in nanometric films and nanowires

• Auteur / Autrice : Mike El Kousseifi
• Direction : Dominique Mangelinck
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matière condensée et nanosciences
• Date : Soutenance le 06/11/2014
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Jérôme Favergeon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dominique Mangelinck, Yann Le Bouar, Christian Lavoie, Khalid Hoummada
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yann Le Bouar, Christian Lavoie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nucléation

Sondes atomiques tomographiques

Nanofils

Couches minces

Nickel -- Composés

Silicium -- Composés

Mots clés libres

Siliciure de Ni

Film mince

Nanofils

Sonde atomique tomographique

Germination

Diffusion réactive

Ni silicide

Thin film

Nanowires

Atom probe tomography

Nucleation

Reactive diffusion

Résumé

Cette thèse porte sur l'étude des phénomènes qui se produisent lors de la réaction métal-silicium (siliciuration) en couches minces et dans des nanofils. En effet, les phénomènes tels que la germination, la croissance latérale, la croissance normale et la diffusion doivent être compris pour réaliser les contacts des futurs dispositifs de la microélectronique. La comparaison entre la siliciuration en couches minces et dans les nanofils est l'un des principaux aspects de ce travail. La distribution atomique en 3D des éléments chimiques dans les différentes siliciures de Ni a été obtenue par sonde atomique tomographique (SAT). Pour permettre l'analyse par SAT de différents types des nanofils à base de silicium, plusieurs méthodes originales de préparation des échantillons par faisceau d'ions focalisés ont été développées et testées. D'autre part, des mesures in situ et en temps réel de diffusion réactive par diffraction de rayons X ont permis de mettre en évidence l'importance de la germination dans la formation des phases et de déterminer les cinétiques de formation des siliciures de Ni allié en Pt, notamment des régimes de réaction aux interfaces et de croissance latérale. La forme caractéristique associée à la croissance latérale a été déterminée par des analyses ex situ de microscopie électronique en transmission et comparée aux modèles existants. La détermination par SAT de l'espèce qui diffuse majoritairement donne aussi des indications sur les mécanismes de formation des phases et de relaxation des contraintes dans les siliciures.

This thesis focuses on the phenomena that occur during the reaction between metal and silicon (silicide) on thin films and nanowires. Indeed, phenomena such as nucleation, lateral growth, normal growth and diffusion must be understood to make contacts for future microelectronic devices. The comparison between the silicide formation on thin films and nanowires is one of the main aspects of this work. Atomic distribution in 3D for the elements in different Ni silicide phase was obtained by atom probe tomography (APT). To enable the analysis of different types of silicon nanowires by APT, several original methods for sample preparation by focused ion beam has been developed and tested. On the other hand, in situ and real-time analysis by X-ray diffraction during the reactive diffusion helped to highlight the importance of the nucleation of a phase and to determine the kinetics of formation of Ni(Pt) silicides, including the reaction on the interfaces and the lateral growth. The characteristic shape associated with the lateral growth was determined by ex-situ transmission electron microscopy analyzes and was compared with the existing theoretical models. Moreover, the determination of the fastest diffusing species by APT provided information on the mechanisms of phase formation and stress relaxation in the silicide.