Soutenance de thèse de Laura ESPOSITO

Dans les dispositifs de capteurs d’image, et particulièrement au sein des zones de pixels, les siliciures de titane (Ti) sont utilisés afin de réaliser les contacts entre les transistors et les interconnections de cuivre. Une nouvelle problématique émerge alors d’une co-intégration des contacts en siliciures de Ti et de nickel : former le siliciure de titane optimal (C54-TiSi2) a une température plus faible que la température de formation classique (800 °C). Afin de réduire la température de formation du siliciure, l’influence du recuit laser nanoseconde UV (UV NLA) sur la formation des contacts en siliciures de Ti a été étudiée et est exposée dans ce manuscrit. Pour cela, des dépôts consécutifs de films de Ti et de TiN avec des épaisseurs inférieures à 10 nm ont été réalisés après un traitement de surface spécifique. Des recuits par UV-NLA à différentes densités d’énergies (0,3-1,4 J/cm²) appliquées selon différents nombres de tirs (1 100) et suivis par des recuits thermiques rapides (RTA) ont été réalisés. Les différents échantillons ont été caractérisés par plusieurs méthodes dont la mesure quatre pointes, la diffraction de rayons X, et la microscopie à transmission. Les principaux résultats obtenus avec l’utilisation du traitement UV-NLA sont les suivants : à partir d’une certaine densité d’énergie, il permet la formation d’une phase amorphe à l’état solide. Avec l’augmentation de la densité d’énergie, la formation de la phase métastable C40 TiSi2 devient possible induisant la fusion des premiers nanomètres du substrat, pendant quelques nanosecondes. Dans le cas de l’utilisation du laser avec plusieurs tirs combinés à un RTA ultérieur, la formation de la phase C54 TiSi2 à basse température, 650 °C (soit 150 °C en dessous de la température classique), a été démontré. Les études réalisées sur les substrats dopés et/ou polycristallins, ainsi que ceux sur plaques avec motifs photolithographiés indiquent que dans l’état actuel, l’intégration du traitement UV NLA dans le processus d’industrialisation est plus complexe qu’escompté. Des perspectives permettant de favoriser l’intégration de ce nouveau recuit sont également discutées. Mots clés : capteurs d’image, siliciure, contact, simulation, Ti, TiN, recuit laser nanoseconde, C40-TiSi2, C54-TiSi2

In image sensor devices, and particularly within pixel areas, Ti silicides are used to establish contacts between transistors and copper interconnects. A new problematic emerges with the co integration of Ti-silicided and NiSi silicided contacts: the titanium silicide (C54-TiSi2) needs to be formed at a lower temperature than the conventional formation temperature (800 °C). In order to reduce the temperature of silicide formation, the influence of nanosecond laser annealing on Ti silicide contact formation has been investigated in depth in this PhD work. To do so, consecutive deposition of Ti and TiN films with thicknesses below 10 nm were carried out after a specific surface treatment. Annealing by UV nanosecond laser (UV¬ NLA) at different energy densities (0.3-1.4 J/cm²), different numbers of shots (1 100) and followed by rapid thermal annealing (RTA) for various temperatures were performed. The different samples were characterized by several methods including: four point probe measurements, X ray diffraction, and transmission electron microscopy. The main results obtained with the use of UV-NLA are the following: from a given energy density, it enables the formation of an amorphous phase in the solid state. When increasing the energy density, the formation of the metastable C40-TiSi2 phase becomes possible by melting the first nanometers of the substrate for a few nanoseconds. By combining multiple laser shots and a subsequent RTA, forming the C54 TiSi2 phase at low temperature of 650 °C (150 °C below classical RTA temperature) is demonstrated. Studies carried out on doped and/or polycrystalline substrates, as well as on wafers with nanometric patterns indicate that, in the current state, the integration of UV-NLA into the industrial process is more complex than expected. Prospects for promoting the integration of UV-NLA are also discussed. Keywords: image sensor, silicide, contact, simulations, Ti, TiN, nanosecond laser annealing, C40-TiSi2, C54-TiSi2