Perspectives

Cette thèse constitue un début pour les travaux d’intégration 3D monolithique des composants à nanofils. Elle ouvre cependant de nombreuses autres perspectives :

1. Il sera intéressant d’étudier une recette de CMP qui permet d’éliminer l’or et le titane avec la même vitesse de gravure. Pour atteindre cette perspective, on peut envisager de commencer le polissage sur le titane avec une solution à base de silice, puis de continuer avec une solution d’ultra sol A20 une fois que l’or apparaîtra. Cette approche doit être accompagnée par une recette de gravure optimisée (plasma et humide) pour éliminer définitivement la couche d’oxyde qui empêche la réaction des gaz précurseurs avec le

rendement des nanofils dans les tranchées d’oxyde, ce qui pourra ouvrir la voie d’une intégration à grande échelle.

2. D’autres solutions permettront aussi d’améliorer les performances électriques des transistors à nanofils. Cette étude réalisée avec des nanofils SiGe pourra être également étendue sur d'autres types de nanofils ayant des propriétés différentes telles que : la longueur, le diamètre et la conductivité. Une autre piste à explorer sera l’association des couches d’oxydes de nature différentes : Commencer par le dépôt d’oxyde d’Hafnium (HfO2) connu par ses faibles densités de défauts d’interface et ajouter sur le dessus une

couche d’alumine (Al2O3) connue par sa structure amorphe stable thermiquement et sa

EOT relativement élevée.

3. Pour intégrer des dispositifs dans le BEOL et réaliser des circuits hybrides transistors à nanofils-CMOS, il sera intéressant de valider ces architectures des circuits hybrides avec des modèles de simulation adéquats pour les transistors à nanofils, ainsi que pour les technologies CMOS. La conception de nouvelles architectures de circuits de lecture hybrides (transistors à nanofils-CMOS) constitue une piste intéressante pour évaluer les performances de chaque composant et optimiser par la suite leur association.

Annexe A Gravure du titane

Cette annexe offre une vision sur les différents tests qui ont été effectués, pour étudier l’impact de la gravure plasma et humide (pad-etch) sur la couche du titane déposée au-dessus de l’or au cours du procédé « nanodamascène ».

La figure A.1 montre les vitesses de gravure du titane en fonction du temps dans une solution du pad-etch avec et sans plasma d’oxygène. Comme présenté dans le chapitre 3, le "Pad-etch" offre des meilleurs taux de gravure sur du SiO2 comparé à la solution HF (10%). Cette

divergence dans la vitesse de gravure peut être liée à la différence des valeurs de pH entre les deux solutions. Pour chaque valeur de pH, une concentration spécifique en HF2- lui est attribuée

dans la solution, qui à son tour affectera directement le taux de gravure de SiO2. Concernant le

titane, le HF l’attaque par oxydation. Ce dernier s’oxyde rapidement dans l’eau mais surtout par l’O2 qui existe dans le HF. Le surfactant existant dans le « Pad-etch » paraît important pour

obtenir des taux de gravure faible, puisqu’il agit en tant qu’inhibiteur de corrosion. Ce dernier s’adsorbe préférentiellement sur le TiO2 et il le protègera pendant un certain temps (< 2 nm/min)

à condition que l’adsorption soit plus rapide que le retrait du TiO2 par les espèces fluorées. Une

fois que la vitesse d’adsorption diminue, la vitesse de gravure du titane tend vers des valeurs plus élevées (50 nm/min).

La figure A.2 montre la vitesse de gravure du titane en fonction du temps dans une solution du pad-etch et précédé par une gravure plasma. Après la gravure plasma à la chimie réductrice CF4/He/H2, il apparaît que le titane se grave plus rapidement dans le pad-etch. Ceci revient

probablement que le surfactant ne se dépose pas sur le titane après la gravure plasma. Ce phénomène nécessite des investigations approfondies afin de réduire la vitesse de corrosion du titane, une fois que la gravure plasma soit finie.

Figure A.1 : Étude comparative des vitesses de gravure du titane en fonction du temps dans une solution du pad- etch avec et sans plasma d’oxygène.

Figure A.1 : Étude comparative des vitesses de gravure du titane en fonction du temps dans une solution du pad- etch et précédé par une gravure plasma.

Annexe B Etude théorique du FCM

Le code Matlab utilisé pour tracer les courbes théoriques de la partie réelle du FCM des nanofils Si et SiGe en fonction de la fréquence appliquée.

Communications:

Publications:

M. Merhej, T. Honegger, F. Bassani, T. Baron, D. Peyrade, D. Drouin and B. Salem. Direct

measurement of AC electrokinetics properties and capture frequencies of silicon and silicon- germanium nanowires. Semiconductor Science and Technology, Vol (33), 015005, 2017.

Mouawad Merhej, Dominique Drouin, Bassem Salem, Thierry Baron, Serge Ecoffey.

Fabrication of top-down gold nano-structures using a damascene process. Microelectronic

Engineering, Vol (177), 41-45, 2017.

M. Merhej, S. Ecoffey, B. Sadani, B. Lee – Sang, T. Baron, D. Drouin, and B. Salem. A

fabrication process for self-connected horizontal SiGe nanowires. (in progress)

Conferences:

Mouawad Merhej, Dominique Drouin, Thierry Baron, Bassem Salem, Serge Ecoffey. A damascene process for gold micro- and nano- structures: MNE Vienna, 2016-Oral presentation.

M.Merhej, T. Honegger, S. Ecoffey, F. Bassani, T. Baron, D. Peyrade, D. Drouin and B. Salem. Toward 3D integration of self-assembled horizontal Si and SiGe nanowires on CMOS chip: EMRS Fall meeting, Varsovie 2017, Poster presentation.