Fabrication and characterization of barium silicate ultrathin films as an alternative gate oxide
Elaboration et caractérisation de couches ultra-minces de silicate de baryum en tant qu'oxyde de grille alternatif
Résumé
Down-scaling of elementary CMOS elements requires the replacement of SiO2 as a gate oxide. By the identification of the formation conditions of barium silicate in direct contact of a silicon substrate, this study revealed a potential candidate. First of all, a reaction between Ba and SiO2 leading to the formation of barium silicate as been evidenced by in-situ XPS and SR-PES analyses. Then, barium silicate films have been elaborated by oxygen and barium co-deposition at 580 °C. Thermal treatments under vacuum showed that barium silicate was thermally stable up to 900 °C. TEM and SIMS ex-situ analyses revealed a sharp interface with the substrate. Finally, an experimental setup dedicated to MOCVD has been elaborated. It has been used to show the possibility of forming a barium silicate. The reaction is promoted by high temperature and partial oxygen pressure.
La miniaturisation des dispositifs élémentaires de la technologie CMOS impose le remplacement de l'oxyde de silicium pour l'élaboration de l'oxyde de grille. Par l'identification des conditions de formation du silicate de baryum au contact direct du substrat de silicium, cette étude a révélé un candidat potentiel. En premier lieu, la réaction entre Ba et SiO2 aboutissant à la formation d'un silicate de baryum a été mise en évidence in-situ par XPS et SR-PES. Dans un second temps, des films de silicate de baryum ont été élaborés par co-déposition de baryum et d'oxygène à une température de 580 °C. Des traitements thermiques sous vide ont montré que le silicate de baryum est stable jusqu'à 900 °C. Des analyses ex-situ par SIMS et MET ont révélé une interface abrupte avec le substrat. Enfin, un dispositif dédié à la réalisation de croissances par MOCVD a été développé. Il a permis de montrer la possibilité de former un silicate de baryum. La réaction est favorisée lorsque le dépôt se déroule à température élevée, sous une pression partielle d'oxygène.