Réactivité de films nanométriques de nickel sur substrats silicium-germanium
Institution:
Aix-Marseille 3Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
We present a study on the reactivity between thin films of nickel with several substrates : silicon, germanium and silicon-germanium. The formation sequence, the formation kinetic and the stability of silicides, germanides, and germano-silicides have been studied by "in situ" measurements and real time using XRD, DSC and four points probes resistance. We developed, in particularly, an original method to measure the heat flow during thin films on substrate reactions by DSC measurements. We observed different behavior of silicides versus gremanides. Indeed, silicides have overall a sequential growth with nevertheless some transient phases (Ni31Si12 and Ni3Si2) that appear and disappear rapidly. In contrary of silicides, germinides display a simultaneous growth of Ni5Ge3 and NiGe. In both systems, we realised original measurement of interfacial reaction rates of Ni rich phases (Ni2Si and Ni5Ge3) by simulating the kinetics by a linear-parabolic law (diffusion and interfacial reaction control). The formation of germano-silicides is sequential as silicides one. We observed that the Si rich phase (NiSi2) does not appear in presence of germanium. Moreover, during the Ni(Si1-xGex) formation, Ge is rejected from this phase. It could be explained by the thermodynamic equilibrium between Ni(Si1-xGex) and Si1-xGex with different concentration of germanium in both phases. This study provides new elements for the understanding of the fundamental phenomena needed for metallization of nanoelectronic devices.
Abstract FR:
Nous présentons une étude sur la réactivité de films minces de nickel avec différents substrats : silicium, germanium et silicium-germanium. La séquence de formation, la cinétique de croissance et la stabilité des siliciures, germaniures et germano-siliciures ont été étudiées par des mesures " in situ " et en temps réel de diffraction des rayons X, calorimétrie différentielle à balayage (DSC) et résistance quatre pointes. Nous avons notamment développé une méthode originale pour mesurer le dégagement de chaleur lors des réactions de films minces sur substrat par DSC. Nous avons observé des comportements différents entre les siliciures et les germaniures. En effet, les siliciures ont globalement une croissance séquentielle avec cependant des phases transitoires (Ni31Si12 et Ni3Si2) qui se forment et disparaissent rapidement. Contrairement aux siliciures, les germaniures Ni5Ge3 et NiGe croissent simultanément. Pour ces deux systèmes, nous avons réalisé des mesures originales des taux de réaction à l'interface pour les phases riches en nickel (Ni2Si et Ni2Ge3) en simulant les cinétiques avec une loi linéaire-parabolique (contrôlé par diffusion et réaction). La formation des germano-siliciures est séquentielle comme pour les siliciures. Nous avons observé que la phase en riche en silicium (NiSi2) n'apparaît pas en présence de germanium. De plus, lors de la formation de Ni(Si1-xGex) un rejet de germanium est observé. Ceci peut s'expliquer par l'équilibre thermodynamique entre Ni(Si1-xGex) et Si1-xGex, réalisé pour des concentrations différentes en germanium. Cette étude apporte des éléments de compréhension des phénomènes fondamentaux nécessaires à la métallisation des composants de la nanoélectronique.