L'impact de la texture sur la réaction en phase solide du Ni avec le Si

La microélectronique est une industrie de 300 milliards de dollars basée sur l'amélioration constante de la performance des transistors. Le NiSi est actuellement le matériau de choix pour la formation des contacts sur les sources et les drains des transistors ayant des dimensions critiques inférieures à 50 nm. Les contacts sont formés par une réaction en phase solide impliquant une couche mince de Ni et un substrat de Si. Lors de la réaction une interdiffusion entre le Ni et le Si est observée et entraine la formation de différentes phases. Les températures et la séquence à laquelle les phases sont observées lors d'un recuit sont très variables en fonction du niveau et de la nature du dopage, de l'épaisseur déposée, de la géométrie ou de la présence d'élément d'alliages. Sur un microprocesseur, il y a des milliards de transistors n'ayant pas tous les mêmes caractéristiques et leurs contacts sont tous réalisés simultanément. À chaque génération de transistor, l'intégration du NiSi est donc un nouveau défi. Cette thèse permet de mieux comprendre la réaction en phase solide entre le Ni et le Si et les variations du procédé notamment par l'identification d'une phase métastable jouant un rôle clé lors de la réaction. Pour ce faire, nous avons développé une approche expérimentale utilisant la diffraction rayons X et permettant de caractériser efficacement l'ensemble de l'espace réciproque. Cette technique expérimentale permet d'identifier à l'aide d'une seule mesure la texture de toutes les phases contenues dans un échantillon, la nature des phases présentes, la présence de contraintes dans l'échantillon, la présence de défauts plans ainsi que la présence de signaux provenant de la diffusion des rayons X par les phonons du substrat monocristallin. Cette technique a été cruciale pour identifier les phases orientées présentes lors de la réaction entre le Ni et le Si et a permis de démontrer que la texture des phases observées joue un rôle important lors de la réaction. Les logiciels développés pour traiter les données brutes et analyser l'espace réciproque en trois dimensions ont été mis à la disposition de l'ensemble de la communauté scientifique. Dans un premier temps, nous étudions la réaction de 10 nm de Ni sur Si(001). Lors de la réaction, on observe tous d'abord la formation du Ni2Si et d'une phase épitaxiale à l'interface. Par la suite