Silicides and dopants interaction study for advanced technologies in microelectronic : study of the interaction of NiPt-based silicides and the phosphorus

Dans le but d’intégrer des technologies CMOS avec des cellules mémoires, une seule étape de siliciuration de tous les contacts permettrait de diminuer les couts et de faciliter l’intégration. La formation de siliciure simultanément au niveau des sources, drains et grilles avec du NiPt(10 at.%) est nécessaire pour la technologie FD-SOI parce que cette dernière induit des spécifications exigeantes en ce qui concerne la siliciuration. En effet, le siliciure formé avec le procédé Salicide se doit d’être très fin et stable pour contenir le phénomène de diffusion anormale du Ni qui pourrait être à l’origine de fuites de la jonction. De plus, la réduction des dimensions des cellules mémoires nécessite l’incorporation de dopants d’une manière alternative à l’implantation ionique. L’introduction de dopage au phosphore de manière in-situ pendant le dépôt de silicium nécessite la compréhension de l’interaction du siliciure et des dopants. Dans cette étude, différents types de dopage sont étudiés dans des substrats mono et poly-cristallins afin de correspondre aux multiples types de silicium qui sont présents dans les technologies et qui nécessitent une siliciuration. La redistribution du phosphore entraînée par la formation du siliciure est étudiée et discutée à l’aide de caractérisations par sonde atomique tomographique et spectrométrie de masse à ionisation secondaire à temps de vol. De plus, la réaction à l’état solide est étudiée à l’aide de diffraction par rayons-X afin de comprendre l’impact des dopants sur la séquence de phases. Finalement, la redistribution des dopants observée expérimentalement est étayée par des simulations basées sur un modèle par éléments finisFor the purpose of co-integrating the CMOS technology with memory cells, a unique step of silicidation of all the contacts would decrease costs and ease the integration. The simultaneous silicide formation on the source, drain and gate contacts with NiPt(10 at.%) is required for the FD-SOI technology because the latter induces challenging specifications for the silicidation. As a matter of fact, the silicide formed with the Salicide process must be very thin and stable to contain the NiSi piping phenomenon that could lead to junction leakage. Meanwhile, new integration roads and the reduction of the dimensions of the memory cells arise the need of other ways of dopant incorporation as a substitute to ionic implantation. The introduction of phosphorus by in-situ doping during the deposition of silicon requires the understanding of the interaction of silicide and dopants with this configuration. In this study the metallization of phosphorus doped Si is presented. Different doping types are investigated with mono and poly-crystalline substrates in order to match the various silicon layers needing a silicidation and present in the technologies. The phosphorus redistribution occurring during silicide formation is studied and discussed thanks to Atom Probe Tomography and Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry analyses. Moreover, the solid-state reaction is studied thanks to X-Ray diffraction to understand the dopants’ impact on the phase sequence. Finally, the dopant redistribution is analyzed thanks to modelin