Descriptif du sujet

Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence
Proposition de SUJET DE THESE
Sujet
Etude des mécanismes de formation des siliciures par diffusion isotopique
et sonde atomique tomographique.
Directeur de thèse :
Dominique Mangelinck (DR2, CNRS, tel : 0491288986, [email protected])
Co directeur :
Christophe Girardeaux (Pr, AMU, [email protected])
Objectifs
La formation de contacts dans les dispositifs de la nanoélectronique demeure l’un des challenges
majeurs pour les technologies futures. Les siliciures jouent dans cette course à la miniaturisation
des transistors un rôle clé à la fois pour améliorer la réponse temporelle des circuits mais aussi sur
leur rendement propre [1]. Malgré un grand nombre d’avantages comme leur faible résistivité, les
siliciures de Ni dont l’épaisseur actuelle dans les transistors est inférieure à 10nm (dits ultra-fins)
présentent un certain nombre d’inconvénients dont une faible stabilité morphologique [1].
Les siliciures sont formés par réaction à l’état solide entre le silicium et une couche métallique
d’épaisseur nanométrique dans le but de réaliser des contacts ohmiques dans les transistors
CMOS. D’un point de vue fondamental, il s’agit d’un système très intéressant car il permet
d’explorer les effets de taille, tout comme les mécanismes de germination, de croissance et de
cinétique lors des transformations de phases par diffusion réactive [2]. Un autre aspect
fondamentalement intéressant concerne la stabilité morphologique en température car ces couches
peuvent démouiller à l’état solide ce qui les rend inutilisables comme contacts. Bien que les
séquences et les cinétiques de croissance des siliciures soient connues, de nombreux aspects
fondamentaux restent mal compris [1, 3].
Le but de cette thèse est d’apporter des éléments de compréhension sur les mécanismes de
formation et de démouillage des siliciures en utilisant des couches enrichies avec un isotope stable
et minoritaire du Si ou du métal (Ni, Pt, Pd) pour « tracer » le transport de matière lors de la
diffusion réactive et de la dégradation morphologique.
Le traçage de l’isotope sera réalisé grâce à la sonde atomique tomographique (SAT). La SAT est
un instrument d’imagerie des matériaux en trois dimensions et à l’échelle atomique. Cette technique
unique permet de reconstruire un petit morceau de matériau, atome par atome, dans les trois
dimensions de l’espace. Avec la SAT de l’équipe « réactivité et diffusion aux interfaces - RDI »,
nous avons montré ces dernières années que cette technique apporte un moyen unique pour
caractériser les réactions à l’état solide [1,2] et plus généralement les matériaux de la
nanoélectronique [4].
Analyse par SAT de la Les échantillons seront préparés par évaporation électronique sous ultra vide. Des techniques in
diffusion du Pt aux
situ (diffraction de rayons X, analyse calorimétrique différentielle, résistivité 4 pointes, spectrométrie
joints de grains de Ni2Si Auger) permettront de déterminer les étapes des réactions et de sélectionner certains stades pour
les analyser par SAT. Grâce à la capacité de la SAT de séparer les différents isotopes, la
distribution des isotopes sera déterminé en 3D et à l’échelle nanométrique.
Enfin, des modélisations et des simulations effectuées dans l’équipe ou grâce à des collaborations
(ONERA, U. Uppsala/Suède…) seront utilisées pour analyser les résultats.
Cette thèse propose une approche expérimentale originale basée sur une combinaison unique de
techniques pour étudier les phénomènes fondamentaux de réaction dans des matériaux
nanométriques.
Références bibliographiques:
Analyse par SAT de la
grille d’un transistor
MOSFET
Pré-requis
Modalités
[1] Mangelinck, D.; Hoummada, K.; Panciera, F.; El Kousseifi, M; Blum, I; Descoins, M; Bertoglio, M; Portavoce,
A; Perrin, C; Putero, M, Progress in the understanding of Ni silicide formation for advanced MOS structures,
Physica Stat. Sol. A 211 (2014) 152.
[2] M. El Kousseifi, K. Hoummada, D. Mangelinck, Ni silicide study at the atomic scale: Diffusing species,
relaxation and grooving mechanisms, Acta Materialia, 83 (2015) 488.
[3] Panciera F, Hoummada K, Gregoire M, Juhel M, Bicais N , Mangelinck D, Three dimensional distributions of
arsenic and platinum within NiSi contact and gate of an n-type transistor, Appl. Phys. Let. 99 (2011) 051911
[4] D. Mangelinck, F. Panciera, K. Hoummada, M. El Kousseifi, C. Perrin, M. Descoins, A. Portavoce, Atom
probe tomography for advanced metallization, Microelec. Eng., 120 ( 2014) 19.
Sciences des matériaux
Candidature avant le 1 avril 2015 / début de thèse en octobre 2015
IM2NP
UMR 7334 CNRS – Universités d’Aix-Marseille et du Sud Toulon Var
Faculté des Sciences - Campus de Saint-Jérôme - Case 142
Avenue Escadrille Normandie Niemen
13397 Marseille Cedex 20
France