Epitaxie et intégration de matériaux III-V à base d’arséniures et d’antimoniures pour la réalisation de transistors TriGate et NW à haute mobilité

Orateur : Soutenance de Thèse de Tiphaine CERBA (LTM-CNRS)

La miniaturisation des transistors a progressé par nœud technol ogique avec l’introduction successive de nouveaux matériaux (high k, Cu, SiGe, Ti) et de nouvelles architectures (FinFET, NWFET). Pour les nœuds technologiques avancés, une nouvelle rupture en matériau est envisagée pour remplacer le silicium du canal de conduction par des matériaux à forte mobilité (2D, III-V). Les matériaux III-V sont de bons candidats pour répondre à cette problématique grâce à leur forte mobilité de type n (InGaAs, InAs, InSb) ou de type p (GaSb). Au cours de cette thèse, un intérêt particulier a été porté au couple de matériaux InAs/GaSb, qui offre un avantage supplémentaire de par son accord de paramètre de maille permettant d’accéder dans une même structure à des couches de mobilités n et p. La croissance de matériau III-V directement sur substrat (001)-Si 300mm est aujourd’hui un défi d’intérêt majeur pour proposer des procédés compatibles avec les plateformes industrielles CMOS. Ces croissances restent complexes à cause de la formation de défauts : parois d’antiphase, dislocations, fissures … générées respectivement par la différence de polarité, de paramètre de maille et de coefficient d’expansion thermique entre le silicium et les matériaux III-V. Dans cette thèse, nous présentons une première démonstration de croissance par MOVPE de GaSb directement sur substrat (001)-Si nominal 300mm compatible avec les plateformes industrielles CMOS. Les couches de GaSb présentent une rugosité de surface sub-1 nm, et une qualité cristalline au niveau de l’état de l’art en MBE. La croissance d’une couche d’InAs a ensuite permis la réalisation d’un démonstrateur FinFET à canaux multiples d’InAs. Ce dernier a été élaboré via une technique lithographique alternative à haute résolution basée sur l’utilisation de copolymère à bloc. Ce procédé simple en seulement cinq étapes de fabrication a été privilégié afin d’accéder à des canaux de conduction en forte densité et de faibles dimensions.

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