Transferring mechanical stress from SiN to Si upon nanosecond laser annealing

Transfert de la contrainte mécanique du SiN au Si par recuit laser nanoseconde L'ingénierie des contraintes est clé dans l'industrie de la micro-électronique. Elle consiste à modifier la mobilité des électrons et trous en appliquant une contrainte de tension ou de compression à la structure cristalline semi-conductrice. L'objectif de ce projet est de proposer une approche innovante pour contraindre une architecture de transistor semi-conducteur. L'idée de cette brique technologique est de transférer la contrainte mécanique d'une couche supérieure de nitrure de silicium à une couche semi-conductrice en dessous via un découplage mécanique temporaire de la bicouche par rapport au substrat rigide. Cela est réalisé grâce à un procédé de découplage transitoire qui implique la fusion sélective d'une couche intermédiaire entre le silucium et le substrat. Ce procédé nécessite une structuration de l'empilement pour permettre la relaxation de la couche de contrainte et le transfert de contrainte mécanique. Parmi les différents matériaux utilisés dans l'industrie microélectronique, Si1-xGex, Si et SiN ont été respectivement choisis comme couche intermédiaire, couche semi-conductrice et couche contrainte, obtenant ainsi des structures SiN/Si/Si1-xGex sur substrat de Si. Certaines limitations ont été considérées lors de la fusion de la couche SiGe, notamment la diffusion du Ge dans la matrice Si avant que cette fusion ne se produise. Pour minimiser cet effet, un recuit laser nanoseconde (nLA) a été utilisé. Il permet d'augmenter rapidement la température avec une durée d'impulsion de quelques nanosecondes et une faible profondeur d'absorption. Nous avons d'abord étudié des films pleine plaque pour évaluer la stabilité thermique, le niveau de contrainte mécanique et le comportement des différentes couches lors du recuit au laser. Ensuite, nous avons procédé à l'étude de plaques patternées pour évaluer le transfert des contraintes mécaniques. Grâce à une méthode des éléments finis et une validation expérimentale, nous avons obtenu une couche de Si sous tension d'environ 1,4 %. Notre méthode alternative apparait donc comme très prometteuse pour les applications directes sur dispositifs semi-conducteurs.