Réactivité et diffusion aux interfaces

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Maurice Jolicoeur
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1 Département Matériaux et Nanosciences Réactivité et diffusion aux interfaces campus Saint Jérôme AG, 30 mai 2007

2 Département Matériaux et Nanosciences Réactivité et diffusion aux interfaces Responsable : D. Mangelinck, campus Saint Jérôme CNRS UPC Ingénieurs CNRS UPC UPC/ CIM PACA Doctorants

3 Équipement Élaboration Evaporation par faisceau électronique Pulvérisation Fusion-lévitation

4 Équipement Traitement thermique Fours classiques sous vide, sous atmosphère Recuit thermique rapide

5 Techniques de caractérisation Équipement Diffraction de rayons X: deux chambres en T Calorimétrie: DSC et microcalorimètre Calvet Mesure de résistance en température Spectrométrie Auger + LEED: 2 systèmes avec dépôt et chauffage in situ

microcalorimètre Calvet Mesure de résistance en

6 Techniques de caractérisation (suite) Équipement Spectroscopie d annihilation de positrons (PAS) MEB équipé pour les techniques SEMM, ICM AFM avec mesures électriques (SCM, SSRM) SIMS (CIM PACA)

7 Thèmes de recherche Réactivité interfaciale Mécanismes de formation de phases nanométriques: Microélectronique: siliciures, germaniures et germano-siliciures Métallurgie-Sidérurgie: intermétalliques, carbure, quasicristaux Effet d élément d alliage sur la formation et la stabilité des siliciures Effet des dimensions (confinement) sur la formation des intermétalliques Intégration en microélectronique: Salicidation, agglomération Transport de matière à l échelle nanométrique Diffusion volumique, en surface, aux joints de grains (céramiques, composés intermétalliques, AMF, ) Redistribution de dopants et d éléments d alliage dans les semiconducteurs (SiGe, Poly-Si), les siliciures, les aciers Cinétique de ségrégation, de dissolution Piégeage de charges dans les oxydes Claquage diélectrique: fiabilité des composants Corrélation entre propriétés diélectriques, défauts et microstructure

microélectronique: Salicidation, agglomération Transport de matière à l échelle nanométrique Diffusion volumique, en surface, aux joints de grains (céramiques, composés intermétalliques, AMF, )

8 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 Réactivité à l échelle nanométrique contrôle des premiers stades de formation germination et croissance latérale

Hoummada,, Col: GPM) NiSi Ni 2 Si 10 nm Tomographie atomique de dépôt de

9 Formation des siliciures de Ni alliés s avec du Pt Réflectivité de rayons X (thèse: L. Ehouarne,, col: ESRF) Réflectivité de rayons X in situ lors du recuit à 260 C de 40 nm de Ni(13%Pt) sur Si Transformée de Fourrier rapide (FFT) Réflectivité de rayons X cinétique de formation (amorphe) rugosité, premiers stades de formation, nanostructuration Projet ESRF: DRX, RRX, résistivité et réflectivité laser, in situ et en temps réel

Transformée de Fourrier rapide (FFT) Réflectivité de rayons X cinétique de formation (amorphe) rugosité,

10 Métallisation des mémoires m moires flash Col: STMicroelectronics (Rousset) Réaction Ti/Si dans les Flash C49-TiSi 2 C54-TiSi 2 Germination de C49-TiSi 2 Siliciure riche en Ti Role de TiN Défaut Référence

11 Redistribution des dopants et cristallisation Mémoires alternatives (thèse: R. Simola Simola,, col: STM) Concentration of B (at/cm 3 ) As implanted 585 C-1h 650 C-7h C-50h 800 C-5h Depth (angstroms) Simulation de la diffusion du Influence du dopage sur la Redistribution B dans Si polycristallin du B dans le Si cristallisation amorphe/polycristallin Redistribution à l échelle nanométrique 2D: AFM électrique (SCM, SSRM) 3D: sonde tomographique atomique Intensity (normalized) 0, Time (min)

800 C-5h 0 200 400 600 800 1000 1200 Depth (angstroms) Simulation de la diffusion du Influence du dopage sur la Redistribution B dans Si

12 SCM: Caractérisation risation locale des dopants (Thèse: N. Rodriguez, Col: CIM PACA) Analyse dimensionnelle: Redistribution 2D des dopants Analyse de défaillance SCM SCM P P P 330 nm P+ 200 nm P+ N Nwell Nwell Topographique SCM Structure Ok Structure HS profondeur de l implant P+ absence de dopage N

dopants Analyse de défaillance SCM SCM P P P 330 nm P+ 200 nm P+ N Nwell

13 Réaction et diffusion aux interfaces: Perspectives Transport de matière à l échelle nanométrique Image SCM d une Flash Température [ C] Epaisseur [Å] Ni/Si: Réflectivité de rayons X (ESRF) -1 D: - SIMS (CIM Paca) - Auger: In situ -2 D: -Scanning capacitance microscopy (SCM) - Scanning spreading resistance microscopy (SSRM) - 3 D: Tomographie atomique Conclusion Tomographie atomique et laser - Elaboration - Techniques innovantes, in situ: réflectivité X, nanocalorimétrie, - Modélisation/simulation - Application: Nanoélectronique, CMA, sidérurgie - Mécanismes fondamentaux de stabilité, réaction et diffusion Formation de phases nanométriques NiSi Ni nm nm Si Ni 2 Si

(SSRM) - 3 D: Tomographie atomique Conclusion Tomographie atomique et laser - Elaboration - Techniques innovantes, in situ: réflectivité X, nanocalorimétrie, -

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