Soutenance de thèse de Reda GUELLADRESS

Ecole Doctorale
Physique et Sciences de la Matière
Spécialité
PHYSIQUE & SCIENCES DE LA MATIERE - Spécialité : MATIERE CONDENSEE et NANOSCIENCES
établissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
siliciure,contact,recuit laser nanoseconde,C54-TiSi2,C40-TiSi2,silicium amorphe,
Keywords
silicide,contact,nanosecond laser annealing,C54-TiSi2,C40-TiSi2,amorphous silicon,
Titre de thèse
Intégration des contacts TiSi pour les technologies 3D CMOS de capteurs d’images : effet de taille et impact des dopants.
Integration of TiSi contacts formed by nanosecond laser annealing in advanced 3D CMOS image sensors: nanometric size effect and dopant impact.
Date
Thursday 6 June 2024 à 10:00
Adresse
Salle des thèses Campus de St Jérôme 52 Avenue Escadrille Normandie Niemen, 13013 Marseille
Salle des thèses
Jury
Directeur de these M. Dominique MANGELINCK IM2NP/CNRS-AMU
Rapporteur Mme Elisabeth BLANQUET SIMAP/INPG
Rapporteur M. Jean-François MICHAUD GREMAN/Université de Tours
Président M. David GROJO LP3/CNRS-AMU

Résumé de la thèse

Dans les technologies avancées de capteurs d’image, et plus spécifiquement dans les pixels, les siliciures de Ti sont utilisés dans les contacts entre les transistors et les interconnections métalliques. C’est dans ce contexte que la problématique de la co-intégration des siliciures de Ti et de Ni dans les contacts a émergé. Pour cela, il est nécessaire de diminuer la température de formation du siliciure de Ti, en particulier de la phase C54-TiSi2 pour ne pas dégrader les autres contacts en NiSi. Pour cela, un recuit laser nanoseconde est introduit avant le recuit rapide classique (RTA). Des empilements TiN / Ti / Si ont été étudiés en faisant varier le type de dépôt et l’épaisseur de la couche de Ti entre 10 et 19 nm. Des échantillons avec du silicium amorphe (a-Si) présent de part et d’autres de la couche de Ti, ou bien uniquement entre le Ti et le substrat Si, ont aussi été analysés. Ces couches de a-Si ont été obtenues par dépôts PVD ou LPCVD, ou bien par pré-amorphisation par implantation (PAI) Ar. Des recuits laser ont été effectués sur l’ensemble de ces échantillons pour des densités d’énergies comprises entre 0,3 et 1,0 J/cm² et avec 1, 2, 3 ou 10 tirs laser sur chaque zone irradiée. Ce recuit laser permet de former la phase template C40-TiSi2 qui facilite la germination de la phase C54-TiSi2. L’association du a-Si et du recuit laser nanoseconde présente plusieurs avantages. La phase template C40-TiSi2 peut être obtenue à une densité d’énergie laser plus basse, et sur une gamme de densité d’énergie plus large. De plus, la proportion de a-Si et de Ti permet de contrôler la formation partielle de la phase C40-TiSi2, ce qui permet ensuite de former la phase C54-TiSi2 à une température de RTA réduite (jusqu’à 600 °C). Ces travaux permettent de mieux comprendre l’effet d’un recuit laser sur la formation de contacts à base de siliciure de Ti et d’envisager des essais sur des structures nanométriques en vue de l’intégration dans les technologies avancées de capteurs d’image.

Thesis resume

In advanced image sensor technologies, and more specifically in pixels, Ti silicides are used as contacts to establish the contact between transistors and metal interconnections. In this context, that the problem of co-integration of Ti and Ni silicides in contacts has emerged. Indeed, it is necessary to lower the formation temperature of the Ti silicide, more specifically of the C54-TiSi2 phase in order to avoid any degradation of the other contacts based on NiSi. To achieve this, nanosecond laser annealing (NLA) can be introduced before the classical rapid thermal annealing (RTA). TiN / Ti / Si stacks were studied, varying the type of Ti deposition and the Ti layer thickness from 10 to 19 nm. Samples with amorphous silicon (a-Si) on both sides of the Ti layer, or only between the Ti and Si substrate, were also studied. These a-Si layers were obtained by PVD or LPCVD deposition, or by Ar implantation pre-amorphization (PAI). NLA was carried out on all these samples at energy densities ranging from 0.3 to 1.0 J/cm², with 1, 2, 3 or 10 laser shots on each irradiated zone. This laser annealing enables the formation of the C40-TiSi2 template phase, which facilitates the nucleation of the C54-TiSi2 phase. The combination of a-Si and NLA offers several advantages. The C40-TiSi2 template phase can be obtained at a lower laser energy density, and for a wider energy density range. In addition, the proportion of a-Si and Ti enables to control the partial formation of the C40-TiSi2 phase, which in turn enables the formation of the C54-TiSi2 phase at a reduced RTA temperature (down to to 600°C). These results provide a better understanding of the effect of NLA on the formation of contacts based on Ti silicide and to consider tests on nanometric patterned structures for future integration in advanced technologies of image sensors.