Etude de l'impact de la pré-amorphisation par implantation ionique pour l'optimisation des contacts siliciurés

Study of pre-amorphization implantation (PAI) for silicide based contact optimization

• Auteur / Autrice : Clara Delwail
• Direction : Dominique Mangelinck, Sylvain Joblot, Frédéric Mazen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et sciences de la matière. Matière condensée et nanosciences
• Date : Soutenance le 01/06/2022
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Physique et sciences de la matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence (Marseille ; Toulon ; 2008-….) - STMicroelectronics - Laboratoire d'électronique et de technologie de l'information (Grenoble, Isère, France ; 1967-....)
• Jury : Président / Présidente : Fiqiri Hodaj
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-Laurence Giorgi, Filadelfo Cristiano

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ions -- Implantation

Amorphisation

Siliciures

MOS (électronique)

Semiconducteurs

Nanotechnologie

Mots clés libres

Implantation

Pré amorphisation

Contact

Siliciure

Jonction fine

Implantation

Pre amorphization

Contact

Silicide

Ultra shallow junction

Mos

Résumé

Le siliciure de Ni(10%Pt) est utilisé pour former les contacts des transistors MOS des nœuds technologiques avancés. Le siliciure de Ni(10%Pt) présente de nombreux avantages, cependant, les stabilités morphologique et thermique de la phase NiSi(Pt) posent des problèmes pour la fiabilité des composants. De plus, une diminution de la résistivité du siliciure est requise pour améliorer les performances électriques. Dans ce travail, l’influence de la PAI Ge sur la siliciuration et sur les propriétés du NiSi(Pt) est étudiée. Les conditions d’implantation ont été choisies pour faire varier la position de l’interface a-c par rapport au front de croissance du siliciure et à la concentration d’atomes de Ge implantés. La croissance du siliciure a été étudiée suivant deux approches. La première, par XRDin-situ, met en avant la séquence de phase et la cinétique de formation des phases avec une rampe de montée en température lente. La seconde, par recuit rapide (RTA) puis mesure de l’épaisseur par XRR, permet de tracer l’évolution de l’épaisseur du premier siliciure pour une rampe de montée en température rapide (procédé industriel). Les cinétiques de formation du premier siliciure sont confrontées à différents modèles de croissance. Enfin, les propriétés des siliciures ont été déterminées en fonction des conditions de PAI. Les influences du substrat en silicium amorphe sur la vitesse de formation du premier siliciure ainsi que sur la germination, la croissance des grains et la texture du NiSi sont discutées. Les résultats permettent d’identifier des conditions de PAI pour lesquelles la résistivité est minimale. Des perspectives permettant d’optimiser le procédé de PAI sont discutées

Nickel silicide alloyed with 10% of Pt is used to form the contacts of the MOS transistors for the most advanced technology nodes. Ni(10%Pt) silicide presents important advantages. However, the Ni(10%Pt) silicide still presents some drawbacks related to the morphological and thermal stability of the NiSi (Pt). Moreover, a decreased resistivity is required to improve the electrical performances. In this work the impact of the Ge PAI on the silicidation and the NiSi properties is presented. The implantation conditions have been determined to vary the relative position of the a-c interface with the silicide growth front and the Ge concentration. The silicide growth has been studied by two approaches. The first one, puts forward the silicide phase sequence and kinetics using XRD in-situ analysis which is performed at a relatively slow anneal rate. The second one, by rapid thermal anneals (RTA) and XRR measurements, allows to plot the silicide thickness evolution for a fast anneal rate which is comparable to the one used in industrial silicide process. The kinetic of growth of the first silicide, studied by RTA, are compared to several growth models. Analyses show that the first silicide is amorphous for all the samples. Finally, the silicide properties were determined as a function of the PAI conditions. Influences of the amorphous silicon substrate on the growth rate of the first silicide and the NiSi nucleation, roughness, grain growth and texture are discussed. By considering the amorphous thickness and the Ge concentration, the results show the optimal implantation conditions that allow minimizing the resistivity. Perspectives about PAI process optimization are discussed