Études morphologiques et cinétiques de l'élaboration de nano-objets cristallins (Si & SiGe) par RTCVD

Morphological and kinetical studies of nano-objetcs (Si &SiGe) realized by RTCVD

• Auteur / Autrice : Clément Pribat
• Direction : Didier Dutartre, Gilbert Vincent
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des matériaux
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Épitaxie

Résumé

Aujourd'hui, la loi de Moore est affectée par les limitations physiques rencontrées dans les technologies avancées entrainant ainsi leur complexification. Par conséquent, il devient nécessaire de développer de nouveaux procédés, comme illustré dans le cas de l'épitaxie. Parce que les procédés CVD sont devenus très performants, ils offrent des solutions technologiques qui permettent de maintenir la miniaturisation des composants grâce à leur intégration décisive dans ces technologies. L'objectif de cette thèse est donc de répondre à cette demande de nouveaux procédés grâce à l'étude de l'élaboration de nano-objets Si et SiGe réalisés par RT-CVD. Lors de l'étude des dépôts non sélectifs, nous avons observé que les caractéristiques des films dépendent de l'orientation cristalline et mis en évidence la différence de comportement entre le Si et le SiGe à haute température. Ensuite, nos études sur les dépôts sélectifs ont démontré qu'il est possible de s'affranchir des « effets de charge », phénomène contraignant dans l'industrie. Lors de ces études, nous avons pu établir un modèle de prédiction du facettage permettant d'optimiser le choix du procédé. Nous discutons ensuite de la gravure sèche du silicium par HCl et de son association avec nos dépôts par épitaxie. Nous avons alors constaté l'absence de facettage dans tout procédé CVD réalisé sur des motifs <100>. Enfin, nous avons caractérisé l'effet de recuits sur des objets Si et SiGe de géométrie et de taille différentes. Le recuit a comme conséquence le lissage du profil des structures conduisant à des formes plus proches de l'équilibre. Cette évolution morphologique s'effectue par diffusion surfacique et est d'autant plus importante et rapide que la dimension caractéristique des objets diminue. L'ensemble de ces études morphologiques et cinétiques nous a alors permis d'intégrer efficacement une étape d'épitaxie dans la fabrication d'un dispositif avancé représenté par le transistor FinFET.

Nowadays, Moore's law is impacted by the physical limitations of advanced technologies thus resulting in further complexity. As a result, new processes need to be developed, as illustrated in the case of epitaxy. Because CVD processes have become highly performant, they offer technological solutions which alloy the devices scaling thanks to their integration into these technologies. This thesis attempts therefore to respond to this request for new processes via the elaboration of Si and SiGe nano-objects realized by RT-CVD. When examining non-selective deposits, we are able to observe that film characteristics depend on crystalline orientation and to demonstrate the behavioral differences between Si and SiGe at high temperature. Further, our studies on selective deposits show that it is possible to break free from the “loading effect”, a restrictive phenomenon within the industry. In these studies, we have been able to establish a forecasting model for faceting, thus allowing the optimum choice of process. We then discuss dry etching of silicium by HCl and its association with our epitaxy deposits. We have thus registered the absence of facetting in all CVD processes carried out on <100> patterns. Finally, we have characterized the annealing effect on Si and SiGe objects of different shapes and size. Annealing results in a smoothing of the structure profile leading to shapes closer to equilibrium. This morphological evolution is obtained by surface diffusion and is higher and faster the smaller the size of the objects. All these morphological and kinetic studies have thus allowed us to efficiently integrate an epitaxy step into the manufacture of an advanced device represented by the FinFET transistor.