Equipe: Réaction et diffusion

Transcription

1 Equipe: Réaction et diffusion à l échelle nanométrique Benjamin Duployer, Dominique Mangelinck, Magali Putero, Carine Perrin, Marie- Christine Record IM2NP, Aix- Marseille Université, CNRS UMR 6242 FST Saint- Jérôme, Marseille, France GDR SurGeCo, le 17 et 18 juin 2008

2

3

4 Equipe Réactivité et Diffusion aux Interfaces Directeur d équipe: Dominique Mangelinck Effectif 2008: 15 permanents; 6 doctorants Equipements spécifiques: Elaboration: Evaporation par faisceau électronique, pulvérisation cathodique, fusionlévitation. Traitement thermique: fours classiques sous vide, sous atmosphère, Recuit thermique rapide Techniques de caractérisation: Diffraction et réflectivité des Rayons X (in situ),calorimétrie ( DSC), mesure de résistance (in situ),auger,afm,scm,sims, Nouveaux équipements: : Sonde atomique tomographique (début 2009), et dispositif multicaractérisation risation ( diffraction, réflectivitr flectivité,, résistivitr sistivité,, réflectomr flectométrie trie laser) (juillet 2008) Partenaires et collaborations: STMicroelectronics, Atmel, CEA-LETI, Plateforme caractérisation CIM-PACA GDR Transdiff, Reseau d excellence CMA, projet Balaton, ESRF (Long Term Proposal)

5 Thèmes de recherche Réactivité interfaciale: Mécanismes et cinétique de formation de phases nanométriques: -Microélectronique: siliciures, germaniures et germano-siliciures -Métallurgie-Sidérurgie: intermétalliques, carbure, quasicristaux Effet des éléments d alliage sur la formation et la stabilité des phases Effet des dimensions (confinement) sur la formation des intermétalliques Transport de matière à l échelle nanométrique: Diffusion volumique, en surface, aux joints de grains (céramiques, composés intermétalliques ) Redistribution de dopants et d éléments d alliage dans les semiconducteurs ( SiGe, Poly- Si), les siliciures, les aciers Cinétique de ségrégation, de dissolution

6 Les siliciures pour la microélectronique Rôle des siliciures: contact et interconnexions dans les composants (ex transistors) Procédé d élaboration basé sur la réaction entre un film métallique et du Silicium Diminution des tailles des composants entraîne l utilisation de nouveaux siliciures ( ex: NiSi) Exemple : Métallisation de mémoires flash La formation du siliciure dépend de la taille de la zone de réaction Nos objectifs: Maîtriser les phénomènes mis en jeu lors de l utilisation de ces nouveaux matériaux. Comprendre et contrôler la réaction et la stabilité d interface sur des échelles nanométriques. Utilisation de nouvelles techniques de caractérisation à cette échelle

7 Formation de films de Ni 2 Si Diffraction des rayons X in situ (thèse F. Nemouchi-2005) Time [h] Ni Ni 2 Si 2 theta NiSi Ni 2 Si Diffraction X in situ lors du recuit à 210 C de 50 nm de Ni sur Si Croissance séquentielle des phases Mesure de la cinétique des phases Square of normalyzed intensity [a.u.] Ni 111 Ni2Si 020 NiSi Time [min] Intensité normalisée des pics DRX lors du recuit à 210 C

8 Reaction d un d film mince de Ni avec du Si Calorimétrie différentielle à balayage (Nemouchi et al, APL, 2005) -4 10K/min T E = T R Sample Reference Difference in power Schéma simplifié d un calorimètre différentiel à balayage Heat flow [mw] K/min 50K/min 100K/min 0 Principe: Compensation de puissance pour maintenir T E =T R Mesure de la cinétique de réaction en films minces Temperature [ C] Thermogrammes de DSC de 50nm de Ni sur Si avec différentes rampes

9 Formation des siliciures de Ni alliés s avec du Pt Réflectivité des rayons X (thèse: L. Ehouarne, col: ESRF) Réflectivité des rayons X in situ lors du recuit à 260 C de 40 nm de Ni(13%Pt) sur Si Transformée de Fourrier rapide (FFT) cinétique de formation des différentes couches amorphes ou cristallines information sur la rugosité Projet ESRF: DRX, RRX, résistivité et réflectométrie laser (in situ)

10 Premiers stades de réactions r des siliciures de Ni Tomographie atomique (Thèse: K. Hoummada, Col: GPM) NiSi Ni 2 Si 10 nm Tomographie atomique de dépôt de Ni(5%Pt) sur Si Germination + Croissance latérale Premiers stades de réaction des phases lors du dépôt Suivi du mécanisme de formation

11 Conclusion 250 Techniques innovantes: Sonde atomique tomographique, réflectivité, DSC, Température [ C] Epaisseur [Å] Comprendre les mécanismes en jeu (germination, réaction, diffusion) lors des dépôts et des traitements thermiques, en vue d obtenir des phases à propriétés spécifiques pour fonctionnaliser les surfaces et interfaces Interactions avec les thématiques du GDR SurGeCo: Tranchées, vias. Analyses de surface Modélisation Time [h] Ni Ni 2Si NiSi Ni 2Si 2 theta