Etude et application des nanocavités fonctionnelles induites dans le silicium et le SiO2 par implantation de gaz rares (He, Xe) – nanocafon

L'émergence du procédé de transfert des couches par Smart cut ®qui est réalisé grâce aux nanocavités induites par une implantation d'hydrogène a donné une impulsion nouvelle dans l'étude fondamentale des nanocavités créées par implantation d'ions dans les matériaux. - Dans ce programme, nous réaliserons une étude complète des nanocavités induites par implantation de gaz rares dans SiO2 et Si pour deux applications: - - L'isolant SiO2 a été longtemps utilisé comme diélectrique pour les interconnections dans les circuits intégrés, mais sa constante diélectrique de 4 ne lui permet plus de répondre aux nouvelles exigences induites par l'évolution des composants électroniques. Or, les différents diélectriques proposés pour le remplacer présentent des inconvénients (médiocre résistance mécanique et problème d'humidité). D'autre part les procédés industriels sont optimisés avec le SiO2, il serait donc très important de pouvoir le conserver. La première réalisation a consisté à implanter du fluor dans SiO2. Cela a permis d'abaisser la constante diélectrique de 4 à 3,5, résultat cependant insuffisant pour les besoins futurs. Nous proposons de conserver SiO2 en réduisant sa constante diélectrique grâce aux nanocavités introduites par l'implantation de gaz rares. Nous sommes les premiers à avoir mis en évidence la création de nanocavités par implantation de gaz rares (Ar, Kr, Xe). Nous avons par ailleurs montré qu'elles induisaient une réduction de la constante diélectrique. Notre objectif est de diminuer cette constante diélectrique jusqu'à des valeurs <2 pour offrir à la technologie des circuits intégrés un matériau diélectrique pouvant répondre aux demandes futures. - - La production de couches source et drain peu profondes (<30nm) et fortement dopées (>1020 cm-3) est un réel challenge pour la technologie des futurs transistors CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Les techniques d'amorphisation couramment utilisées, pour obtenir une activation optimale des dopants, sont de moins en moins compatibles avec les exigences de l'ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductors). L'intérêt de créer des lacunes par la technique PDE (Point Defect Engineering) pour obtenir de telles couches a été démontré [1]. Cette technique se caractérise par l'implantation de Si suivie de celle de B. La première génère deux zones bien distinctes : lacunes (vers la surface) et interstitiels (plus en profondeur). Les lacunes ont un effet bénéfique sur l'activation des dopants. Par contre, les interstitiels vont, durant les traitements thermiques, diffuser vers la surface et désactiver B ainsi qu'engendrer une augmentation de la profondeur de jonction par TED (Transient Enhanced Diffusion). Dans ce travail, nous insérerons des nanocavités entre les zones riches en lacunes et interstitiels. Il est en effet bien établi que les nanocavités sont des puits pour les interstitiels. Ces cavités serviront de barrière pour la diffusion des interstitiels vers la zone implantée bore. Nous devrions donc obtenir des couches source/drain courtes fortement dopées répondant aux exigences futures de l'ITRS. La source et le drain du transistor CMOS seront alors réalisés par une triple implantation débutant par celle du Si suivie de celle de He et se terminant par celle de B. De plus, l'utilisation des nanocavités permet de réduire les énergies d'implantation de Si (généralement à 1MeV) pour assurer une séparation nette entre les lacunes et interstitiels.