Développement de contacts co-intégrés sur silicium et germanium pour des applications de capteurs infrarouges

Overview & Synopsis

Le développement des imageurs tels que les capteurs infrarouges est un axe stratégique majeur pour STMicroelectronics. Le germanium (Ge) absorbe le rayonnement dans le proche infrarouge plus efficacement que le silicium (Si). Des dispositifs dans lesquels une partie du Si est remplacée par du Ge sont alors développés. Pour contacter les deux matériaux, la solution actuelle proposée à STMicroelectronics consiste en une intégration séquentielle, dans laquelle les contacts sur Si sont formés avant l'épitaxie du Ge. Ceci engendre un procédé coûteux et risqué en en matière de contamination des équipements utilisés pour l'épitaxie du Ge. Dans cette thèse, nous évaluons la possibilité de co-intégrer les contacts sur Si et Ge, c'est-à-dire d'obtenir un procédé commun sur Si et Ge de (1) préparation de surface avant dépôt métal (2) dépôt métal et (3) recuit pour la formation d'intermétalliques. Plusieurs conditions sont requises pour la formation des intermétalliques comme (i) une faible résistivité de contact avec le semi-conducteur (ii) une faible résistivité de couche (iii) une stabilité thermique jusqu'à 400 °C (iv) une morphologie adaptée et (v) avec une diffusion des dopants contrôlée. Après la présentation du contexte industriel qui nous a encouragé à choisir le Ti pour former les contacts, une première partie est consacrée à l'étude de l'évolution avec la température de recuit des intermétalliques formés dans les systèmes Ti/n-Si et Ti/p-Ge. L'étude est conduite sur des échantillons pleine plaque qui reproduisent les conditions de dopage dans les contacts du dispositif à l'étude dans cette thèse. Ensuite, les problématiques liées aux étapes qui précèdent la formation des intermétalliques sont adressées. Un compromis de préparation de surface commune au Si et Ge est proposé et une étude pour comprendre l'effet et le comportement des dopants bore pendant la réaction à l'état solide Ti/Ge est présentée. Durant ces travaux de thèse, la co-intégration des contacts a été développée dans la salle blanche de STMicroelectronics sur un dispositif existant. La dernière partie du manuscrit est consacrée à l'étude des propriétés électriques des contacts issus de ce développement. L'étude complète a permis de proposer un compromis de procédé industriel satisfaisant pour la co-intégration des contacts sur n-Si et p-Ge.