Discussion des résultats

Il existe un écart angulaire d’un facteur deux entre l’élargissement des lignes expérimentales et simulées lorsqu’une correction réaliste de contrainte est introduite dans le siliciure et dans le

polysilicium. En effet, l’angle maximal est imprécis, ce qui signifie que l’ordre de grandeur des déformations dans la lamelle n’est pas exact. De plus, la position et le nombre des franges ne sont pas représentés de manière systématique. Les caractéristiques des lignes diffractées ne peuvent être représentées avec une solution unique de vecteur déplacement ; il existe donc un problème d’ordre quantitatif dans la comparaison entre l’expérience et la simulation. Plusieurs explications sont proposées :

Origine expérimentale

• Imprécision de localisation : Le CBED est une technique particulièrement sensible à la déformation locale de la maille cristalline. Dans le système étudié, il existe de forts gradients de déformations spatiales, une erreur sur l’endroit où est focalisé le faisceau engendre des caractéristiques de la ligne simulée très différentes. Ceci serait expliqué par une dérive de l’échantillon entre le temps de prise des clichés de diffraction et la prise de l’image.

• Préparation de la lamelle : la préparation FIB engendre des modifications du substrat silicium. Une épaisseur d’amorphe est présente sur les surfaces libres altérant la relaxation mécanique et la diffraction électronique. Il est connu que le Ni2Si, irradié par une préparation FIB, subit des

changements de microstructure [Tanaka97]. Il apparaît des phases plus riches en nickel où du Ga est présent en solution solide. Par ailleurs, la couche SiN qui est déposée, hors équilibre thermodynamique, se dégrade fortement sous le faisceau électronique. L’amorphisation partielle du silicium et les modifications microstructurales des couches nécessitent des études plus approfondies pour être simulées.

Origine numérique

• Imprécision de la simulation dynamique. La théorie deux ondes qui repose sur un formalisme d’onde de Bloch est peut être insuffisante pour étudier un cristal ayant des gradients de déformation si importants. Il existe une autre approche plus complexe en mécanique quantique, développé par F.Houdellier (CEMES-Toulouse), qui utilise la théorie des perturbations des ondes dans le cristal. Ce sujet est en plein développement aujourd’hui, et il n’existe pas encore à ce jour de résultats sur la validation d’un modèle de simulation dynamique appliqué à un système plus simple du type couche mince/substrat.

• Imprécision de la simulation mécanique. Tous les matériaux qui composent le transistor, sont supposés avoir un comportement élastique. Il est possible que lors de la préparation, il existe une localisation de plasticité à certains endroits critiques. Des simulations mécaniques ont montré qu’une couche amorphe de 20nm, située de part et d’autre de la lamelle, dans laquelle existe une contrainte de transformation (contrainte intrinsèque), est analogue en terme de relaxation des déformations à une lamelle avec une autre épaisseur effective. Les contraintes résiduelles dans l’espaceur et l’oxyde sont négligées car l’état de contrainte de ces matériaux dans cette

Chapitre IV : Simulations de procédés

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configuration (après un dépôt et une gravure) est mal connu. Un autre point important est le traitement de la couche de SiN contrainte : dans cette étude nous avons choisi de la supprimer complètement, car l’adhésion NiSi/SiN est mauvaise. Finalement, la nature polycristalline du NiSi joue un rôle très important dans la distribution des déformations du silicium. Des études similaires en CBED sur des lignes de siliciure TiSi2 montrent qu’il est difficile d’obtenir qualitativement un

bon accord entre la simulation et l’expérience [Benedetti02]. Ceci est certainement dû à la texture et l’orientation des grains.

5. Conclusion générale du chapitre

Ce chapitre utilise les résultats expérimentaux développés dans la partie II et calibre les modèles éléments finis et semi-analytique présentés dans la partie III. Lors de la mesure du rayon de courbure, l’enchaînement de plusieurs mécanismes de changement de phases, dont les signatures mécaniques sont très différentes, nécessite une calibration progressive de chacune des étapes. Au début, la cinétique et la force qui apparaît en tension, résultant de la croissance de grains de nickel sont calibrées sur plusieurs rampes thermiques et isothermes. Ensuite seulement, la croissance de Ni2Si est

étudiée. Trois paramètres caractérisent l’évolution de la force en compression : la cinétique, la dilatation spécifique et les propriétés de relaxation. Finalement, il apparaît clairement que, pour des températures de recuit faibles, il existe un écart entre l’expérience et la simulation dû à la présence de Ni3Si2, qui n’est pas pris en compte. Ensuite, après la formation complète de NiSi, des cycles

thermiques in-situ montrent que le matériau possède deux types de comportement lors du refroidissement. Au début du refroidissement sous une rampe constante, la déformation viscoplastique, activée par l’énergie thermique, permet la relaxation des contraintes. Ensuite, à basse température, l’évolution de la force est linéaire en fonction du temps, ce qui est caractéristique d’un comportement thermo-élastique.

La modélisation par élément finis de la siliciuration nécessite l’identification des paramètres des modèles de cinétique et de mécanique. La calibration de la croissance par diffusion de Ni2Si est

réalisée à partir d’expériences de mesures de résistance carrée. Ensuite, les temps caractéristiques d’apparition et de consommation de Ni3Si2 sont extraits d’expériences de courbures sous recuits

isothermes et anisothermes. Le jeu final de paramètres cinétiques et mécaniques pour les phases Ni2Si

et Ni3Si2 est valable dans un domaine de rampe thermique et pour des temps de recuits caractéristiques

proches de ceux qui ont servi pour la calibration. Concernant la phase NiSi, sa faible contrainte de formation ne permet pas d’extraire des paramètres de relaxation de manière rigoureuse.

En appliquant ce modèle à l’environnement complexe du transistor, le cas général d’une longue ligne de siliciure est traité. Lors de la formation, il existe un état de contrainte très différent en bord de ligne ou au milieu. Si les comportements mécaniques du modèle ont été calibrés en pleine plaque avec des grandeurs macroscopiques, le champ de contraintes dans le silicium ne tient pas compte des effets

de texture ou de grain. Afin de quantifier l’impact des siliciures sur le fonctionnement du transistor, l’influence mécanique des STI, grille totalement siliciurée et siliciure de zone active sont présentés. Finalement, il apparaît que la mise en tension du canal après la siliciuration est bénéfique pour les NMOS d’autant plus que la grille devient petite.

Pour finir, une validation du modèle de siliciuration est réalisée grâce au CBED. Nous montrons expérimentalement et par simulation, en utilisant des hypothèses sur la relaxation de la lamelle après la préparation FIB, que pour une grille de 280nm recouverte de SiN, il existe sous les zones actives une zone fortement contrainte par NiSi et SiN tous deux en tension. Les déformations dans le canal sont issues d’une part, de SiN qui appuie sur la grille et d’autre part, des siliciures de zone active à proximité. Si cette validation se veut uniquement qualitative, les gradients de déformation dans le silicium sont respectés.