WO2012010473A1 - Dispositif et procédé pour former sur un nanofil en semi-conducteur un alliage de ce semi-conducteur avec un métal ou un métalloïde - Google Patents

Dispositif et procédé pour former sur un nanofil en semi-conducteur un alliage de ce semi-conducteur avec un métal ou un métalloïde Download PDF

Info

Publication number
WO2012010473A1
WO2012010473A1 PCT/EP2011/061924 EP2011061924W WO2012010473A1 WO 2012010473 A1 WO2012010473 A1 WO 2012010473A1 EP 2011061924 W EP2011061924 W EP 2011061924W WO 2012010473 A1 WO2012010473 A1 WO 2012010473A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
nanowire
electrically conductive
potential difference
conductive line
zone
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2011/061924
Other languages
English (en)
Inventor
Massimo Mongillo
Silvano De Franceschi
Panayotis Spathis
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Priority to EP11735627.9A priority Critical patent/EP2596523B1/fr
Priority to US13/810,742 priority patent/US9034668B2/en
Publication of WO2012010473A1 publication Critical patent/WO2012010473A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/18—Non-metallic particles coated with metal
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/01—Manufacture or treatment
    • H10D30/014—Manufacture or treatment of FETs having zero-dimensional [0D] or one-dimensional [1D] channels, e.g. quantum wire FETs, single-electron transistors [SET] or Coulomb blockade transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/40—FETs having zero-dimensional [0D], one-dimensional [1D] or two-dimensional [2D] charge carrier gas channels
    • H10D30/43—FETs having zero-dimensional [0D], one-dimensional [1D] or two-dimensional [2D] charge carrier gas channels having one-dimensional [1D] charge carrier gas channels, e.g. quantum wire FETs or transistors having 1D quantum-confined channels
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/10—Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
    • H10D62/117—Shapes of semiconductor bodies
    • H10D62/118—Nanostructure semiconductor bodies
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/10—Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
    • H10D62/117—Shapes of semiconductor bodies
    • H10D62/118—Nanostructure semiconductor bodies
    • H10D62/119—Nanowire, nanosheet or nanotube semiconductor bodies
    • H10D62/121—Nanowire, nanosheet or nanotube semiconductor bodies oriented parallel to substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/10—Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
    • H10D62/13—Semiconductor regions connected to electrodes carrying current to be rectified, amplified or switched, e.g. source or drain regions
    • H10D62/149—Source or drain regions of field-effect devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D64/00—Electrodes of devices having potential barriers
    • H10D64/20—Electrodes characterised by their shapes, relative sizes or dispositions 
    • H10D64/205—Nanosized electrodes, e.g. nanowire electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D64/00—Electrodes of devices having potential barriers
    • H10D64/60—Electrodes characterised by their materials
    • H10D64/62—Electrodes ohmically coupled to a semiconductor
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/40—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of conductive or resistive materials
    • H10P14/412—Deposition of metallic or metal-silicide materials
    • H10P14/414—Deposition of metallic or metal-silicide materials of metal-silicide materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S977/00—Nanotechnology
    • Y10S977/70—Nanostructure
    • Y10S977/762—Nanowire or quantum wire, i.e. axially elongated structure having two dimensions of 100 nm or less

Definitions

  • the invention relates to a device for forming on semiconductor nanowires an alloy of this semiconductor with a metal or a metalloid.
  • the invention relates, in particular, to a device for forming silicides of metals such as nickel on silicon nanowires.
  • the invention also relates to a method for forming on semiconductor nanowires an alloy of this semiconductor with a metal or a metalloid.
  • the device and the method according to the invention make it possible in particular to form on semiconductor nanowires transistors with metal contacts, the length of the channel of which can be controlled.
  • the technical field of the invention may be defined generally as that of Preparation nanowire-based devices semi ⁇ conductor, for example made of silicon, provided with alloy contacts the semiconductor with a metal or metalloid for example metal silicide.
  • Such nanowires are used in many electronic devices and opto ⁇ electronics, particularly in field effect transistors ( “FET” or “Field Effect Transistors” in English), particularly in field effect transistors with a metal-oxide-semiconductor structure ("MOSFET” or “Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor”).
  • FET field effect transistor
  • MOSFET metal-oxide-semiconductor structure
  • Silicon nanowires prepared by the chemical vapor deposition (“CVD” or “Chemical Vapor Deposition”) process have been of considerable interest in recent years for their future role as clusters of nanometric assemblies for functional devices such as field effect transistors, nanophotodetectors, detectors, and logic circuits.
  • a conventional field effect transistor is a three-electrode device in which the current flowing from the source to the drain is controlled by the potential at the gate electrode.
  • the source and drain regions are heavily doped, with doping that is the opposite of that of the substrate.
  • the gate electrode is separated from the channel by a thin insulating layer.
  • a sufficiently large bias voltage is applied to the gate electrode, the surface of the substrate is inverted to form a conductive channel with a high density of carriers, and consequently a current begins to flow between the source electrode and the drain electrode.
  • MOSFET metal-oxide-semiconductor
  • Doping is followed by activation of the dopants at high temperature to ensure that the ionization is complete.
  • the source / drain contact scheme that uses silicides requires a low thermal input, inherently has low resistance, and the metal-channel junction is abrupt at the atomic level which results in a better extensibility of the device.
  • the formation of the metal silicide contact is normally accomplished by heating the metal in contact with the semiconductor.
  • Figure 1 a silicon nanowire in contact with a nickel electrode is shown. After thermal annealing in an oven at a temperature of about 500 ° C., the penetration of the metal into the interior of the nanowire is induced to thereby form a metal phase of nickel and silicon, that is to say a silicide of metal. This is confirmed by the observation of Figure 1 where the brighter regions of the nanowire in the vicinity of the contact correspond to the nickel silicide phase.
  • the length of the silicon portion varies according to the amount of metal covering the nanowire, the diameter of the nanowire and the duration of the annealing treatment.
  • the thermal annealing treatment performed in a furnace is unsatisfactory in controlling the length of the silicon portion, mainly because of the variation in nanowire diameter and film quality. of metal deposited on the nanowire.
  • EP-A1-0 562 996 discloses an electrically programmable "antifuse" device which comprises a silicon substrate; a P-N junction formed in said silicon substrate; insulating means, for example silica, for electrically and thermally isolating the P-N junction in said silicon substrate, the P-N junction being exposed through these insulating means, for example by means of a hole provided in these insulating means; a metal layer in contact with the P-N junction, which reacts with the silicon to form silicides on the P-N junction.
  • the metal layer may be Ti, Cr, W, Mo or Ta.
  • the silicon substrate is a solid substrate and not a substrate consisting of silicon nanowires.
  • This document relates specifically to the preparation of "antifuse” devices, and absolutely does not concern the preparation of nanowire transistors of silicon which are the devices that are more particularly to be prepared according to the present invention.
  • the object of the invention is to provide a device and a method for forming on semiconductor nanowires, for example made of silicon, an alloy of this semiconductor with a metal or a metalloid, which, among other things, meet the needs listed above.
  • the object of the invention is also to provide such a device and such a method which do not have the disadvantages, defects, limitations and disadvantages of the devices and methods of the prior art and which solve the problems of the devices and methods of the invention. prior art. STATEMENT OF THE INVENTION
  • a device for forming on a nanowire into a semiconductor, an alloy of this semiconductor with a metal or a metalloid comprising:
  • first electrically conductive strip of a metal or metalloid capable of forming an alloy with the semiconductor nanowire
  • second electrically conductive strip of a metal or metalloid capable of forming an alloy with the semi ⁇ sheet nanowire spaced one of the other
  • the first and second electrically conductive strips forming a tapered portion respectively of a first electrically conductive line and a second electrically conductive line
  • said first and second electrically conductive lines each having a first end and a second end, the central portion of the first electrically conductive strip being adapted to be brought into contact with a first zone of the surface of the nanowire and the central portion of the second electrically conductive strip being adapted to be brought into contact with a second zone of the surface of the nanowire, spaced from the first zone in the direction of the length of the nanowire;
  • first polarization potential difference between the first zone of the surface of the nanowire and the second zone of the surface of the nanowire, in the direction of the length of the nanowire;
  • means for applying a potential difference called the second polarization potential difference between the second zone of the surface of the nanowire and the first zone of the surface of the nanowire, in the direction of the length of the nanowire when the first difference of Polarization potential is not applied.
  • the first and second conductive strips may also be designated by the English name of
  • narrowed portion is generally meant that this portion has a section, generally a cross section, smaller than the average section of the remainder of the electrically conductive line.
  • first and second electrically conductive strips may be parallel.
  • first and second electrically conductive strips each have a length of 1 to 5 ⁇ , for example 3 ⁇ .
  • the first and second electrically conductive strips are spaced from each other from 100 to 300 nm, for example from 200 nm to 300 nm, preferably from 200 nm.
  • the first and the second electrically conductive strips may be of any metal or metalloid capable of forming alloys with the semiconductor which composes the nanowire.
  • the first and second electrically conductive strips may be made of nickel or platinum.
  • the means for applying a potential difference, between the first end of the first electrically conductive line and the second end of the first electrically conductive line, and the possible means for applying a potential difference, between the first end of the second electrically conductive line and the second end of the second electrically conductive line may comprise means for increasing or decreasing this (these) difference (s) of potential continuously or in increment, manually or automatically, for example depending on the measured value of the first leak potential difference, respectively of the second leak potential difference.
  • the means for applying a potential difference between the first end of the first electrically conductive line and the second end of the first electrically conductive line and the means for applying a potential difference, called the first polarization potential difference between the first zone of the surface of the nanowire and the second zone of the surface of the nanowire , in the direction of the length of the nanowire are constituted by the same first voltage generator.
  • the possible means for applying a potential difference, between the first end of the second electrically conductive line and the second end of the second electrically conductive line, and the possible means for applying a potential difference, called the second potential difference of polarization between the second zone of the surface of the nanowire and the first zone of the surface of the nanowire, in the direction of the length of the nanowire are constituted by the same second voltage generator.
  • said first and second voltage generators are replaced by a single voltage generator (consist of a single generator) which can apply a potential difference between the first end of the first electrically conductive line and the second end. of the first electrically conductive line and a potential difference, between the first zone of the surface of the nanowire and the second zone of the surface of the nanowire, in the direction of the length of the nanowire, or which can apply a difference of potential, between the first end of the second electrically conductive line and the second end of the second electrically conductive line, and a potential difference, between the second zone of the surface of the nanowire and the first zone of the surface of the nanowire, in the direction of the length of the nanowire.
  • a single voltage generator consist of a single generator
  • first electrically conductive line and the second electrically conductive line may each comprise a plurality of first electrically conductive strips and second electrically conductive strips.
  • the device according to the invention meets all the requirements listed above for such a device and provides a solution to the problems posed by the devices of the prior art.
  • the device according to the invention makes it possible in particular to control with precision, reliability, the leakage current and therefore the formation of the alloy of semiconductor, for example metal silicide, and in particular the length of the part of the semiconductor nanowire, for example silicon, converted into a metal alloy, for example metal or metalloid silicide.
  • the alloy of semiconductor for example metal silicide
  • the length of the part of the semiconductor nanowire, for example silicon converted into a metal alloy, for example metal or metalloid silicide.
  • the device according to the invention comprises as essential elements two electrically conductive strips ("striplines").
  • Each of these two electrically conductive strips has a defined role.
  • the first electrically conductive strip is used to form the semiconductor alloy and the metal or metalloid alloy, for example metal or metalloid silicide.
  • the first electrically conductive strip is connected to means for passing a current from its first end to its second end.
  • the first electrically conductive strip forms a narrowing, narrowed, constricted, or constricting portion in the first electrically conductive line. This narrowed portion restricts the flow of current from the first end of the first conductive line to the second end of the first electrically conductive line. One could also say that this narrowed part hinders, limits locally the passage of this current.
  • the applied potential difference falls mainly along this narrowed portion and, as a result, the temperature of the first electrically conductive line is higher at this narrowed portion.
  • the heating of the first electrically conductive strip is generally maximum in the central portion of the first electrically conductive strip, and more precisely in the middle thereof.
  • the hottest point of the first electrically conductive strip is located in the central, middle portion of this electrically conductive strip, and more precisely in the middle thereof.
  • This central part of the first electrically conductive strip is made of a metal or metalloid, for example nickel which is capable of forming an alloy with the semiconductor of the nanowire, and this central part is suitable for being put into contact with a first surface area of a semiconductor nanowire (for example silicon) so that, when the nanowire and the first electrically conductive strip are brought into contact, local heating of the contact and the formation of an alloy of the semiconductor and the metal or metalloid, for example the formation of a metal silicide.
  • the second electrically conductive line (2) is not, in the first step of the method according to the invention, connected to means which make it possible to pass a current from its first end to its second end.
  • This second line must, in the first step, only be connected as shown in Figure 2, to the resistor R in order to be able to measure the leak potential difference (V leak e) ⁇
  • first (1) and second (2) electrically conductive lines are then reversed as explained below, and then the line (2) will be connected to external generators which allow a current to flow from its first end (4) to its second end (6).
  • the second electrically conductive strip and the associated means therefore play a role in controlling the leakage current, which also makes it possible, optionally, to control, control or regulate the penetration of the metal or metalloid in the semiconductor nanowire, for example into silicon and therefore the length of the portion of the nanowire converted into an alloy, for example metal silicide.
  • the invention also relates to a method for forming, on at least one nanowire in a semiconductor, an alloy of this semiconductor with a metal or metalloid, in which the following successive steps are carried out:
  • the semiconductor may be silicon, optionally doped.
  • the method according to the invention can be successfully implemented with all kinds of nanowires irrespective of their diameters or sizes.
  • the nanowires can have a length of 0.5 to 10 ⁇ , preferably 1 to 10 ⁇ , and a diameter of 20 to 50 nm.
  • the chemical nature of the substrate is not important, it must only be insulating and withstand at high temperatures close for example about 500 ° C due to heating Joule effect.
  • the substrate made of an electrically insulating material is a silica layer optionally disposed on a heavily doped silicon substrate; a substrate, for example a silicon nitride layer; or a substrate, for example a layer of alumina.
  • nanowires on the substrate in an electrically insulating material, said nanowires being arranged in a random manner, their position being identified by means of marks previously made on the substrate; or according to structures, ordered patterns, for example in the form of ordered rows of nanowires.
  • the first and second electrically conductive strips may be of any metal or metalloid capable of forming alloys with semiconductors.
  • the first and second electrically conductive strips may be made of nickel or platinum.
  • the thickness of the layer of the metal or metalloid must be much greater than the diameter of the nanowire, for example a thickness of 80 to 120 nm is sufficient for nanowires of 20 nm in diameter.
  • the first difference in heating potential is modified.
  • Vf uit e The potential difference measured on either side of the resistor R, which is called Vf uit e, tells us which current flows in the nanowire for a given value of the current flowing in the first electrically conductive strip (7 ) and the potential difference falling in the nanowire between the points (17) and (18) of Figure 2.
  • the polarization voltage between the points (17) and (18) (or rather (19) and (20)) of FIG. 2 can be maintained fixed, for example at 1 volt, while FIG. the current flowing in the first electrically conductive strip (7) is increased until a current is measured in the resistor R, for example some nanoamperes.
  • step e the leakage current in the resistor R is indicative, it changes according to the potential drop between the points (17) and (18) in FIG.
  • steps f), g), h) are carried out:
  • step h) increasing the second heating potential difference continuously or incrementally, manually or automatically, generally from a value close to zero, until a jump of the second difference is observed; leak potential indicating that the second heating potential difference is then sufficient to cause a heating of the central portion of the second electrically conductive strip and the second zone of the surface of the nanowire, the diffusion of the metal or metalloid in and along the nanowire and the formation of the alloy. It is during this step h) that one controls, controls the length of the channel of the transistor.
  • the length of the channel corresponding to a certain value of the leakage current measured in the resistor R 'or R can be known.
  • Figure 4 shows the length of the channel measured as a function of the leakage current flowing in the resistor R or R '.
  • the leakage current is measured by polarizing the nanowire between the points (18) and (17) (or rather (20 and 19)) shown in Figure 2 with a constant bias voltage, for example 1 volt.
  • the polarization potential in the nanowire between the points (18) and (17) is kept constant, fixed while increasing the heating current which passes in the electrically conductive strip (8) until one begins to measure a leakage current that passes through the resistor R '.
  • the second difference in heating potential can be modified.
  • the first heating potential difference and / or the second heating potential difference is (are) modified in order to obtain a first alloy portion and / or a second alloy portion of determined length (s). (s) along the nanowire from respectively the first zone of the surface of the nanowire and the second area of the surface of the nanowire.
  • the semiconductor portion of the length of the nanowire between the first alloy portion and the second alloy portion is the channel of a transistor.
  • a calibration curve is established which gives, for each value of the leakage current (s), the length of the transistor channel and the first and / or second heating potential is adjusted so as to obtain the length desired channel.
  • the electrically conductive strips are defined directly on the nanowires, for example by a lithography process.
  • the process according to the invention meets all the requirements listed above for such a process and provides a solution to the problems posed by the processes of the prior art.
  • the method according to the invention makes it possible in particular to control with precision, reliability, the leakage current, and therefore the formation of the alloy such as metal silicide and in particular the length and the depth of the silicon nanowire portion. transformed into an alloy, for example metal silicide.
  • Figure 1 is a scanning electron microphotograph (SEM) of a silicon nanowire contacted with a nickel electrode and annealed in an oven at 500 ° C.
  • FIG. 2 is a schematic top view of a device according to the invention for the implementation of the method according to the invention.
  • Figure 3 is a schematic view of a nanowire transistor prepared by the method according to the invention.
  • FIG. 4 is a graph on which the leakage current (in nA) measured in the nanowire is plotted on the ordinate, and on which the length (in nm) of the channel of a transistor is plotted on the abscissa. silicon nanowire prepared by the method according to the invention.
  • Figure 5 is a scanning electron micrograph showing a nanowire transistor with its channel, its nickel silicide portions, and the two bands electrically. conductors (strip (1) and strip (2)) of the device used for its preparation.
  • Figure 6 is a graph showing the evolution over time of the normalized resistance of the band (curve A) and the leakage current flowing in the nanowire (curve B).
  • Figure 7 is a scanning electron micrograph of a device according to the invention in which is mounted a silicon nanowire which has undergone Joule heat treatment carried out on both bands.
  • FIGS. 8A and 8B show a view from above of a substrate on which several nanowires and several devices according to the invention are arranged with conductive lines comprising narrowed parts.
  • Figure 8B is an enlargement of the central portion of Figure 8A.
  • the scale shown in FIG. 8A is 200 ⁇ and the scale shown in FIG. 8B is 10 ⁇ .
  • FIG. 2 A device according to the invention is described in FIG. 2.
  • This device comprises a first line (1) electrically conductive and a second line (2) electrically conductive.
  • the two lines (1, 2) are generally placed in the same horizontal plane.
  • These lines (1, 2) generally have a rectangular or square cross section.
  • the lines (1, 2) may have a thickness, height of 80 to 120 nm and a width of 5 to 10 ⁇
  • These lines (1, 2) are electrically conductive and generally consist of an electrically conductive material which is selected from metals and metalloids, such as nickel or platinum, capable of forming metal alloys with semiconductor materials.
  • the first (1) and second (2) electrically conductive lines each include a first end (3, 4) and a second end (5, 6).
  • the first electrically conductive line (1) comprises a first conductive strip (7) (also called “stripline” in the English language) which forms a narrowed portion (7) between the first end (3) and the second end (5) of the first electrically conductive line (1); and the second electrically conductive line (2) comprises a second electrically conductive strip (8) (also called “stripline” in English) which forms a narrowed portion (8) between the first end (4) and the second end (6) of the second electrically conductive line (2).
  • this portion has a section, generally a cross section smaller than the rest of the first (1) and the second (2) conductive lines and more specifically a cross section smaller than the cross section of the first end (3, 4) and the second end (5, 6) of said conductive lines (1, 2).
  • the section of the conductive strip or narrowed portion (7) of the first conductive line (1) may be equal to 0.01 to 0.1, preferably 0.05 to 0.1 times the cross section of the first end (3) and the second end (5) of the first conductive line (1). It is the same for the conductive strip (8) of the second electrically conductive line (2).
  • the electrically conductive strips of section (7, 8) can be from 10 4 to 10 5 nm 2 while the section of the electrically conductive lines (1, 2) may be of the order of 10 6 nm 2 .
  • this ratio for example from 0.01 to 0.1, preferably from 0.05 to 0.1, seems to be reasonable.
  • the first end (3, 4) and the second end (5, 6) of each of the electrically conductive lines (1, 2) have a section greater than the narrowed portion (7, 8) of each of these lines because these ends (3, 4, 5, 6) have as shown in Figure 2, a width greater than the width of the narrowed portion (7, 8) of each of the electrically conductive lines (1, 2) while the height, thickness of the first (3, 4) and second ends (5, 6) and the narrowed portion (7, 8) is generally the same.
  • narrowed parts (7, 8) ("striplines") with a width of 500 nm
  • lines (1) and (2) with a width generally of between 5 and 10 ⁇ are used.
  • the height of the lines (1,2) and the narrowed portions (7, 8) is generally greater than the diameter of the nanowires.
  • heights of between 80 and 120 nm are typically used.
  • the first and second conductive strips (7, 8) may be parallel.
  • first and second electrically conductive strips (7, 8) have the same length as shown in Figure 2.
  • the spacing, the gap between the electrically conductive strips (7, 8), has an influence on the leakage current measured in the circuit and on the formation of the alloy, for example metal silicide.
  • a spacing of about 1 ⁇ between the electrically conductive strips (7, 8) does not generally provide appreciable leakage current in the case of undoped nanowires such as those used in the examples.
  • the situation may be different if the nanowires are doped.
  • the process of formation of the alloy for example the process of
  • the lengths of the alloy parts, for example metal silicide or metalloid, nanowires can be at most about 100 to 150 nm.
  • the channel length of the transistor that could be formed would be at most 700 nm.
  • the spacing between the two electrically conductive strips must be at most 300 nm.
  • the first and second conductive strips (7, 8) are therefore generally spaced from one another by 100 to 1000 nm, preferably from 100 nm to 300 nm, for example 200 nm.
  • the device of the invention further comprises usually, means for applying a determined potential difference, said first difference in heating potential V Ch ff ge, between the first end (3) of the first electrically conductive line ( 1) and the second end (5) of the first electrically conductive line (1) and thus to pass a current since the first end (3) to the second end (5) of the first electrically conductive line (1).
  • These means generally comprise a voltage generator (9) one of whose terminals is connected to the first end (3) of the first electrically conductive line (1) by a first cable (10) and the other terminal is connected to the second end (5) of the first electrically conductive line (1) by a second cable (11) which is generally also connected to the ground (12).
  • the voltage generator (9) may comprise means (not shown) for increasing or decreasing the heating voltage continuously or incrementally, manually or automatically, for example as a function of the measured values of the first leak potential difference.
  • the device according to the invention generally furthermore comprises means for applying a potential difference known as the first polarization potential difference between the first zone of the surface of the nanowire (17) (or rather (19)) and the second zone. the surface of the nanowire (18) (or rather (20)) in the direction of the length of the nanowire.
  • These means for applying a potential difference are generally also constituted by the same voltage generator (9).
  • the voltage generator (9) mentioned in Figure 2 and which provides the first heating voltage in the first line (1) must generally provide two functions:
  • Devices other than an operational amplifier may be used.
  • the generator (9) can supply the heating current that causes heating by Joule effect, this current can be modified continuously or incrementally, and a bias voltage, constant, fixed over the length of the nanowire between points (17) and (18) ((19) and (20)).
  • the second end (6) of the second conductive line (2) is connected to the earth (13) via a cable (14) on which is placed a resistor R in series with the nanowire (15) when it is arranged in the device according to the invention.
  • Means such as a voltmeter, are provided for measuring the potential difference, referred to as the first leak potential difference (Vf U ite or "Vi ea k" in English) on either side of the R resistance.
  • the device according to the invention may optionally comprise means (not shown) for modifying the current flowing in the first electrically conductive line (1) and in the first electrically conductive strip (7). ), (indeed it is the same current that passes in the first electrically conductive line (1) and in the first electrically conductive strip (7)) and finally the amount of heat dissipated by the Joule effect at the contact (19) between the nanowire (15) and the portion of the first electrically conductive strip (7) in contact therewith.
  • the device according to the invention may also comprise means making it possible to modify, for each value of the heating current, the difference of potential applied to the nanowire between the first portion or zone (19) of the surface of the nanowire and the second portion or zone (20) of the surface of the nanowire.
  • the roles of the first electrically conductive line (1) and the second electrically conductive line (2) can be reversed, that is to say that the heating potential can be be indifferently applied to the first line (1) or the second line (2), the other line then being connected to the earth via a resistor R or R ', in the latter case, the heating potential is applied to the second line (2).
  • the device according to the invention may comprise as further optionally, means for applying a predetermined potential difference, also called heating potential difference Vc h ff age, between the first end (4) of the second electrically conductive line ( 2) and the second end (6) of the second electrically conductive line (2) and thereby pass a current from the first end (4) to the second end (6) of the second electrically conductive line (2).
  • a predetermined potential difference also called heating potential difference Vc h ff age
  • These means generally comprise a voltage generator (called (9 ') for convenience, but not shown) one of whose terminals is connected to the first end (4) of the second electrically conductive line (2) by a first cable and the other terminal is connected to the second end (6) of the second electrically conductive line (2) by a second cable that is usually also connected to the ground.
  • a voltage generator called (9 ') for convenience, but not shown
  • the voltage generator (9 ') may comprise means making it possible to increase or decrease the heating voltage continuously or incrementally, manually or automatically, for example as a function of the measured values of the potential difference. leak.
  • the device according to the invention may further comprise, in addition, means for applying a potential difference known as the second polarization potential difference between the second zone of the surface of the nanowire (18) (or rather (20)) and the first area of the surface of the nanowire (17), or rather (19) in the direction of the length of the nanowire.
  • a potential difference known as the second polarization potential difference between the second zone of the surface of the nanowire (18) (or rather (20)) and the first area of the surface of the nanowire (17), or rather (19) in the direction of the length of the nanowire.
  • a single generator can be used to fulfill both the role of the generators (9) and (9 ') / this single generator can be connected to either the ends (3, 5) of the first electrically conductive line (1), or at the ends (4, 6) of the second electrically conductive line (2) by suitable cables.
  • the second end (5) of the first electrically conductive line (1) is connected to the earth via a cable on which is placed a resistor R 'in series with the nanowire (15), when the latter is disposed in the device according to the invention.
  • Means such as a voltmeter, are provided for measuring the potential difference, called the second leak potential difference (V f U ite or "Vi ea k" in English) on either side of the resistor R ' .
  • a single resistor can be used to fulfill both the role of the resistors R and R ', this single resistor being connectable to either the second end (5) of the first electrically conductive line (1) and to earth, either at the second end (6) of the second electrically conductive line (2) and to the earth, by suitable cables.
  • nanowires are first deposited in a semiconductor on a substrate, for example a substrate in the form of a layer, this substrate being made of an electrically insulating material.
  • the nanowires can be any semiconductor that can form an alloy with a metal or metalloid. This metal or metalloid is of course different from the semiconductor nanowires.
  • the nanowires are optionally doped silicon nanowires.
  • Nanowires such as silicon nanowires can be prepared by any suitable method.
  • silicon nanowires can be prepared by growth on a substrate using a chemical vapor deposition process ("Chemical Vapor Deposition” or “CVD” in English) and then separated from this substrate.
  • the silicon nanowires can be prepared by the standard etch method used in the industry for the manufacture of integrated circuits.
  • the method according to the invention can be successfully implemented with all kinds of nanowires irrespective of their diameters or lengths.
  • the nanowires may have a length of 0.5 to 10 ⁇ and a diameter of 20 to 50 nm.
  • nanowires that have been used to implement the invention in particular in the attached examples, generally have a length of the order of
  • the invention can also be implemented with nanowires of smaller or larger diameter provided that their length is at least 0.5 ⁇ .
  • any type of electrically insulating material that is thermally stable may be used to form the electrically insulating substrate, for example the electrically insulating layer on which the nanowires are deposited.
  • the electrically insulating substrate may also play the role of heat sink ("thermal sink" in English).
  • thermal sink in English
  • the material of the electrically insulating substrate can possibly but not necessarily to be as thermally conductive.
  • the thermal properties of the insulating substrate may have an influence on the process, for example on the maximum penetration of alloys such as the silicides formed.
  • the electrically insulative substrate can withstand temperatures higher than those required for forming the metal alloy (metalloid) semiconductor, that is to say several hundred degrees Celsius.
  • silicon nanowires prepared by growth on a substrate by means of a vapor phase deposition process they may be deposited on a substrate, for example a substrate in the form of a layer, silica, silicon nitride or alumina.
  • substrates for example in the form of layers, where the nanowires can be deposited.
  • nanowires are deposited on an insulating substrate which is also thermally stable.
  • the substrate especially when in the form of a layer, of electrically insulating material may be disposed at the top of another substrate of another material.
  • the nanowires for example silicon
  • the nanowires may be deposited on a layer of SiO 2 , for example with a thickness of 300 nm, at the top of a heavily doped silicon substrate.
  • the presence of a heavily doped substrate does not affect the process, because the important point is that the nanowires must be deposited on a substrate, for example an electrically insulating layer.
  • the nanowires for example made of silicon
  • they may, for example, be dispersed in a suitable solvent, such as an alcohol such as isopropanol, and this solution deposited on the layer of an electrically insulating material. Once the solvent has evaporated, a layer is obtained on which the nanowires are deposited.
  • a suitable solvent such as an alcohol such as isopropanol
  • the positions of the nanowires deposited on the layer are generally random.
  • the nanowires can, however, be located, located on the layer using previously defined marks made on the layer.
  • the nanowires occupy positions, random locations on the substrate has no impact on the process because once the nanowires are deposited on the surface, they can be easily located, possibly using the marks mentioned upper.
  • the method according to the invention can be easily adapted in the case where it is desired that the nanowires be arranged according to structures, ordered patterns, for example in the form of ordered rows of nanowires arranged in a plane.
  • the method according to the invention can have a high production capacity.
  • the nanowires adhere to the substrate, such as a layer, under the action of Van der Waals forces. Once they are deposited, the nanowires do not move anymore and remain where they were originally deposited.
  • the next step of the method according to the invention or contacting step (step b)) may comprise an operation during which the nanowires are coated in a semiconductor with a layer of metal or metalloid in order to forming the electrically conductive strips (7, 8).
  • the native oxide layer is generally removed by example of S1O 2 in the case of silicon nanowires, on the surface of the nanowires for example by soaking in a buffered HF ("Buffered HF" or BHF in English language) solution.
  • a buffered HF buffered HF
  • the deposition of the metal may be performed on the first portion or area (19) of the surface of the silicon nanowire which will be in contact with the central portion (17) of the narrowed portion (7) between the first end (3) and the second end (5) of the first conductive line (1) and the second portion or zone (20) of the surface of the nanowire which will be in contact with the central portion (18) of the narrowed portion (8) between the first end (4) and the second end (6) of the second conductive line (2).
  • the metal covering the nanowires is preferably chosen from nickel, platinum and all materials capable of forming metal alloys with the semiconductors comprising the nanowire.
  • the amount of metal deposited on the nanowire depends on the diameter of the nanowire. Larger diameter nanowires require larger amounts of metal.
  • the thickness of the metal or metalloid layer used for this invention is generally from 80 to 120 nm. This thickness can be varied depending on the diameter of the semiconductor nanowires.
  • the thickness should be at least twice the diameter of the nanowire.
  • a typical thickness is about
  • nanowires 120 nm for nanowires with a diameter of 20 nm to 50 nm.
  • Deposition of the metal or metalloid on the nanowires can be achieved by any method of depositing metal. This deposition is generally carried out by a method of evaporation of metal by electron beam ("E-Beam Metal Evaporation" in English) in which a metal target is bombarded by an electron beam, which causes 1 evaporation metal of the target.
  • E-Beam Metal Evaporation in English
  • Sputtering deposition is advantageously used for the deposition of platinum contacts.
  • step b) of the method the first zone of the surface of the nanowire (15), for example made of silicon, is brought into contact with the central portion (17) of the electrically conductive strip (7) between the first end ( 3) and the second end (5) of the first electrically conductive line (1) and a second zone of the surface of the nanowire spaced from the first zone in the direction of the length of the nanowire is brought into contact with the central portion ( 18) of the electrically conductive strip (8) between the first end (4) and the second end (6) of the second electrically conductive line (2).
  • first (7) and second (8) conductive strips are generally spaced from each other from 100 nm to 300 nm, for example 200 nm, thus the first and the second nanowire areas are generally spaced from each other from 100 nm to 300 nm, for example 200 nm.
  • the first and second zones of the nanowire are brought into contact generally in the center or almost in the center of each of the two central portions (17, 18), that is to say in the center or almost in the center of each of the two electrically conductive strips (7, 8) and each of the two lines (1, 2).
  • the contacting may further comprise an operation during which electrically conductive strips are effectively defined on the nanowires, for example by lithography.
  • the nanowire is positioned with an accuracy of about 200 nm or less and preferably about 50 nm or less, for parallel conductive strips (7, 8) for example of a length of 3 ⁇ and separated by 200 nm.
  • the accuracy of 200 nm is the precision that was obtained with the lithography system implemented in the examples, but improved lithography systems can make it possible to obtain a precision in the positioning of the nanowire which is much higher, for example of the order of 50 nm or less. However, with an accuracy of 200 nm, it was found that the method worked very well.
  • the nanowire is generally placed below the two conductive strips (7, 8) as shown in FIG. 2 and in contact with each of these strips.
  • FIGS. 8A and 8B show a view from above of a substrate on which several nanowires (81) and several devices according to the invention are arranged with conductive lines (82) comprising narrowed portions or strips (83).
  • the current generator (9) is capable of supplying the heating current which causes heating by the Joule effect of the strip (7), and this same generator, for each value of the current of heating which passes through the strip (7) can provide a bias voltage fixed, constant in the nanowire between the points (17) and (18).
  • a current of about 15 to 20 mA, for example, is generally sufficient to cause the diffusion of the metal or metalloid of the conductive strip in the nanowire and thus the formation of an alloy such as a silicide.
  • each value of the current causes an instantaneous increase in the temperature of the electrically conductive strip ("stripline”), but the inventors have been able to show that a value of the current generally between 15 and 20 mA gave rise to the formation of an alloy, such as a silicide.
  • This current generally about 15 to 20 mA is therefore the current ensuring heating, or more exactly a rise in the temperature of the central portion (17) of the narrowed portion (7) of the first electrically conductive line (1). as it ensures the diffusion of the metal inside the nanowire (15).
  • the increments with which increases the difference in heating potential V Ch ff ge can be for example in 0.1 Volt.
  • V ff Ch ge For each value of V ff Ch ge, the potential difference between both ends of the nanowire is maintained at a fixed value, for example 1 volt. This potential difference gives rise to a leakage current through the nanowire whose value is directly related to the length of the semiconductor channel, which depends on the penetration length of the metal in the nanowire. This leakage current is used as a feedback parameter to control the alloying of the contacts and stop the process to the desired channel length.
  • this potential difference may be, for example, from 1 to 2 volts.
  • the normalized resistance of the conductive line and the conductive strip which is the ratio between the resistance R (I) (R '(I)) of the line and the band in which a current of intensity I and the resistance of the same line and of the same band at a very low polarization
  • this ratio will be greater than one as soon as there is a dissipation of heat, due for example to a higher temperature of the metal of the part center of the narrowed portion of the conductive line near the middle of the band.
  • Ch V ff ge there is a warm-up from a normalized strength but one must be increased to Ch V ff ge and therefore the normalized resistance above 1.2 or 1.3 for the leakage current increases and thus the alloy, such as a silicide is formed.
  • an alloy such as a silicide
  • passing a current between 15 and 20 mA in the electrically conductive line and in the electrically conductive strip is accomplished by passing a current between 15 and 20 mA in the electrically conductive line and in the electrically conductive strip (it is the same current that passes in the line and in the band).
  • the narrowed portion (7, 8) of the conductive lines (1, 2) constitutes a local inconvenience for the passage of current in the conductive strip.
  • this narrowed part constitutes a narrowing, a narrowing, a "constriction" for the passage of the current.
  • a very high temperature is reached in the central part of the electrically conductive strip where the nanowire is positioned.
  • This very high temperature can be for example 400 to 1000 ° C. It must be sufficient to activate the process of diffusion of the metal in the nanowire and at the same time, it must not exceed the melting temperature of the metal so as not to cause its rupture.
  • the hottest point is generally the middle of the narrowed portion of the conductive line.
  • the local heating of the contact due to the heat dissipation by Joule effect causes a "annealing" of the contact.
  • the metal constituting the conductive strip which generally covers the nanowire, begins to diffuse inside the nanowire, in the direction of the thickness of the nanowire, but also generally in the direction of the length of the nanowire.
  • This alloy is, for example, a metal silicide.
  • the length of the silicon nanowire portion in which the alloy of the metal or metalloid and the semiconductor is formed is self-limiting.
  • the length of the silicon portion around the contact between the first conductive strip and the nanowire is self-limited, for example to about 150 nm.
  • a potential difference is measured on either side of a resistor R in series with the nanowire located between the second end (6) of the second line ( 2) Electrically conductive and earth.
  • leakage current (16) which passes in the silicon nanowire (15) then in the second electrically conductive band (8) and finally in the resistance R.
  • the nanowire starts by polarizing the nanowire, for example with a voltage of 1 volt, for example between the points (17) and (18), or rather (19) and (20).
  • This provides a means to control, regulate penetration, infiltration, metal or metalloid in the nanowire in thickness and generally in depth.
  • control control, regulates the penetration of the alloy, such as a silicide throughout the length of the nanowire.
  • the process according to the invention unlike processes which implement annealing in an oven allows electrical control of the alloying process metal / semiconductor. This control is carried out in-situ through monitoring, monitoring ("monitoring" in English) of the leakage current and a feedback on the heating current.
  • the electrically conductive strips defined for example by lithography on the nanowires always have the same geometry and the same resistance, as evidenced by four-probe resistance measurements.
  • the overall resistance and the geometry of the line, metallic connection (1) or (2), in which is included the electrically conductive strip (7) or (8) may vary but the process leading to the formation of the alloy, for example, the formation of the metal silicide is governed by the electrically conductive strip (7) or (8) and by itself.
  • the potential difference between the contact points (19) and (20) is kept fixed, for example at 1 volt, in order to produce a leakage current through the nanowire while allowing a feedback on the process. alloy at the second contact (20).
  • the length of the transistor channel determined by the penetration length of the metal / semiconductor alloy at the second contact (20), is directly connected to the leakage current. As soon as the length of the channel is reduced, the leakage current increases.
  • such a transistor formed in a nanowire (31), in a semiconductor comprises two parts (32, 33) made of alloy of the semiconductor and metal or metalloid, for example metal silicide. , such as nickel silicide. These portions (32, 33) are formed in the nanowire from the contacts (34, 35) between the first and second electrically conductive strips (36, 37) and the nanowire (31) and a central semiconductor portion (38). , for example silicon.
  • This central part of the nanowire is the channel of the transistor.
  • an electrical control of the length (39) of the transistor channel is carried out by observing the leakage current (first and second leakage currents).
  • the curve of FIG. 4 shows that it is indeed possible to adjust the channel length of a nanowire transistor by adjusting the value of the leakage current
  • FIG. 5 The photomicrograph of FIG. 5 as well as FIG. 7 demonstrate that the method according to the invention makes it possible to fabricate silicon nanowire transistors with channel lengths of approximately 20 nm.
  • Silicon nanowires are grown on a substrate by a chemical vapor deposition ("CVD”) process.
  • CVD chemical vapor deposition
  • the nanowires are then separated from the growth substrate by gentle stirring with ultrasound which causes their release in a solution of isopropanol.
  • the nanowires are dispersed using a pipette on a heavily doped silicon substrate covered by a high quality thermal oxide layer with a thickness of about 300 nm.
  • the heavily doped silicon substrate is used as a gate electrode.
  • the position of the nanowires on the substrate is marked with pre-existing alignment marks.
  • the metal contacts on each of the nanowires are defined by an electron beam lithography step, an electron beam metal deposition step (120 nm of nickel), and a "lift-off" step by immersion in acetone for 10 minutes at about 55 ° C.
  • the native oxide on the surface of the nanowires is removed by soaking for 5 seconds in 5/1 buffered hydrofluoric acid ("BHF") containing 5.40% NH F and 1.49% of HF.
  • BHF buffered hydrofluoric acid
  • the device for forming a metal silicide on the nanowires implemented in this example is the device described in FIG. 2.
  • silicon nanowires were synthesized from gold nanoparticles in a chemical vapor deposition (CVD) reactor ("Chemical Vapor Deposition” or “CVD” in English).
  • CVD chemical vapor deposition
  • Nanowires are undoped nanowires with diameters of 20 to 40 nm.
  • the silicon nanowires are deposited on a heavily doped silicon substrate, with a thermal oxide surface layer approximately 300 nm thick; 2. a layer of PMMA (Poly (methyl methacrylate)) is deposited and the position of the nanowires is identified with respect to a predefined network of metal studs, called alignment markers;
  • PMMA Poly (methyl methacrylate)
  • MIK Methyl Isobutyl Ketone
  • the sample is immersed for about 6 seconds in a hydrofluoric acid "BHF" solution to remove the silicon oxide layer covering the exposed surface of the nanowires;
  • the sample is transferred into an electronic spray frame and a layer of about 80 to 120 nm of metal, for example nickel, is deposited;
  • the nanowire is thus placed under each of the strips and is in contact with them substantially in the middle of each of them, with a precision of, for example, approximately 200 nm.
  • the heating current, induced by the potential difference V Ch ff age, can reach a value of about 15 to 20 mA.
  • the potential difference applied between the points (3) and (5) is about 1 Volt.
  • the strip (7) acts as a constriction at the passage of the current, so that a very high temperature is reached in the central portion (17) of the metal strip (7), where the nanowire is in contact with the strip ( 7).
  • the metal such as nickel, which covers the nanowire, begins to diffuse inwardly of the nanowire to form a metal alloy, for example nickel and silicon, that is to say a metal silicide.
  • the device implemented according to the invention it is possible to control at the same time the current flowing in the nanowire by measuring the potential difference Vf U i te in the resistor R which is arranged in series with the nanowire at the end of the second line (2).
  • the normalized resistance of the first line (1) is the ratio between the resistance R (I) of the band in which a current of intensity I passes, and the resistance of the band at a very low polarization.
  • This ratio is greater than 1 as soon as there is a dissipation of heat, due for example to a higher temperature of the metal near the middle of the strip.
  • Figure 7 is a photomicrograph taken at the SEM of the device with which a Joule heating treatment was performed on both sides of the nanowire (71); i.e., the heating voltage was first applied to the first strip (72), no heating voltage being applied to the second strip (73) and then the heating voltage was applied at the second band (73), no heating voltage being applied to the first band (72).
  • lighter regions indicated by the arrows (74), just below each contact, appear after the treatment. These lighter regions correspond to silicic regions of nickel silicide.
  • the photograph therefore demonstrates that local heating by Joule effect can effectively form a silicide on a silicon nanowire.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

Dispositif pour former sur un nanofil en semi-conducteur, un alliage de ce semi-conducteur avec un métal ou un métalloïde pour mise en contact de ce nanofil avec des sondes électriquement conductrices en métal ou métalloïde provoquant un échauffement par effet Joule du nanofil aux points de contact avec ces sondes et formation de l'alliage tel qu'un siliciure. Application à la préparation de transistors à siliciures métalliques à longueur de canal contrôlée.

Description

DISPOSITIF ET PROCEDE POUR FORMER SUR UN NANOFIL EN SEMI-CONDUCTEUR UN ALLIAGE DE CE SEMI-CONDUCTEUR AVEC
UN MÉTAL OU UN MÉTALLOÏDE.
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention a trait à un dispositif pour former sur des nanofils en semi-conducteur un alliage de ce semi-conducteur avec un métal ou un métalloïde.
L'invention a trait, en particulier, à un dispositif pour former des siliciures de métaux tels que le nickel sur des nanofils de silicium.
L' invention a également trait à un procédé pour former sur des nanofils en semi-conducteur un alliage de ce semi-conducteur avec un métal ou un métalloïde.
Le dispositif et le procédé selon l'invention permettent en particulier de former sur des nanofils en semi-conducteur des transistors avec des contacts métalliques, dont on peut contrôler la longueur du canal .
Le domaine technique de l'invention peut être défini de manière générale comme celui de la préparation de dispositifs à base de nanofils en semi¬ conducteur, par exemple en silicium, pourvus de contacts en alliage de ce semi-conducteur avec un métal ou un métalloïde, par exemple en siliciure de métal.
De tels nanofils trouvent leur application dans de nombreux dispositifs électroniques et opto¬ électroniques, notamment dans les transistors à effet de champ (« FET » ou « Field Effect Transistors » en langue anglaise) et plus particulièrement dans les transistors à effet de champ à structure métal-oxyde- semi-conducteur (« MOSFET » ou « Métal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor ») . É TAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Les nanofils de silicium préparés par le procédé de dépôt chimique en phase vapeur (« CVD » ou « Chemical Vapour Déposition » en langue anglaise) ont fait l'objet d'un intérêt considérable ces dernières années pour leur rôle futur en tant que blocs d'assemblages nanométriques pour des dispositifs fonctionnels tels que les transistors à effet de champ, les nanophotodétecteurs , les détecteurs, et les circuits logiques.
La « International Technology Roadmap for
Semiconductor » (ITRS) prévoit que les nanofils de silicium remplaceront les "MOSFETs" classiques du fait de leur extensibilité et de leur densité d'intégration.
Un transistor à effet de champ classique est un dispositif à trois électrodes dans lequel le courant qui circule depuis la source vers le drain est commandé par le potentiel à l'électrode grille.
Les régions de source et de drain sont fortement dopées, avec un dopage qui est l'inverse de celui du substrat.
L'électrode grille est séparée du canal par une mince couche isolante. Lorsqu'une tension de polarisation suffisamment importante est appliquée à l'électrode grille, la surface du substrat est inversée pour former un canal conducteur avec une forte densité de porteurs, et en conséquence un courant commence à circuler entre l'électrode source et l'électrode drain.
Le schéma de procédé normal pour la fabrication d'un « MOSFET » nécessite un fort dopage des contacts de source et de drain pour permettre une injection efficace des porteurs dans le canal.
Le dopage est suivi par une activation des dopants à haute température pour faire en sorte que l'ionisation soit totale.
A l'heure actuelle, il existe un intérêt croissant pour remplacer la région fortement dopée des « MOSFETs » par des siliciures métalliques afin de diminuer les résistances parasites élevées associées aux contacts.
Le schéma de contact source/drain qui utilise des siliciures nécessite un faible apport thermique, présente de manière inhérente une faible résistance, et la jonction métal-canal est abrupte au niveau atomique ce qui a pour conséquence une meilleure extensibilité du dispositif.
La formation du contact en siliciure de métal est normalement réalisée en chauffant le métal en contact avec le semi-conducteur.
Sur la Figure 1, on montre un nanofil de silicium en contact avec une électrode en nickel. Après un recuit thermique dans un four à une température d'environ 500°C, on induit la pénétration du métal à l'intérieur du nanofil pour former ainsi une phase métallique de nickel et de silicium, c'est-à-dire un siliciure de métal. Cela est confirmé par l'observation de la Figure 1 où les régions plus brillantes du nanofil au voisinage du contact correspondent à la phase de siliciure de nickel.
Pour une température donnée, la longueur de la partie siliciée varie selon la quantité de métal qui recouvre le nanofil, le diamètre du nanofil et la durée du traitement de recuit.
Cependant, de manière inhérente, le traitement de recuit thermique réalisé dans un four n'est pas satisfaisant pour ce qui est du contrôle de la longueur de la partie siliciée, principalement à cause de la variation du diamètre du nanofil et de la qualité du film de métal déposé sur le nanofil.
Le document EP-A1-0 562 996 décrit un dispositif « antifuse » électriquement programmable qui comprend un substrat en silicium ; une jonction P-N formée dans ledit substrat en silicium ; des moyens isolants par exemple en silice, pour isoler électriquement et thermiquement la jonction P-N dans ledit substrat en silicium, la jonction P-N étant exposée au travers de ces moyens isolants, par exemple au moyen d'un trou prévu dans ces moyens isolants ; une couche métallique en contact avec la jonction P-N, qui réagit avec le silicium pour former des siliciures sur la jonction P-N. La couche métallique peut être en Ti, Cr, W, Mo ou Ta.
Dans ce document, le substrat en silicium est un substrat massif et non un substrat constitué par des nanofils de silicium.
Ce document concerne spécifiquement la préparation de dispositifs « antifuse », et ne concerne absolument pas la préparation de transistors à nanofils de silicium qui sont les dispositifs que l'on cherche plus particulièrement à préparer selon la présente invention .
Il existe donc au regard de ce qui précède un besoin non encore satisfait pour un dispositif et un procédé pour former sur des nanofils en semiconducteur, par exemple en silicium, un alliage de ce semi-conducteur avec un métal ou un métalloïde, par exemple un siliciure de métal ou de métalloïde, qui permette de réguler, contrôler, de manière fiable, précise et reproductible la formation de cet alliage.
Il existe notamment un besoin pour un tel dispositif et un tel procédé qui permettent de contrôler de manière, fiable, précise et reproductible la longueur, et éventuellement la profondeur, de la partie du nanofil de semi-conducteur qui est transformée en alliage de ce semi-conducteur, par exemple en siliciure de métal ou de métalloïde.
Il existe plus précisément un besoin pour un tel dispositif et un tel procédé qui assurent un tel contrôle fiable et précis, quelles que soient les caractéristiques du métal ou du métalloïde (par exemple qualité, épaisseur d'un film de celui-ci) au contact du nanofil dans le but de former l'alliage, et quelles que soient les caractéristiques du nanofil, par exemple son diamètre .
Le but de l'invention est de fournir un dispositif et un procédé pour former sur des nanofils en semi-conducteur, par exemple en silicium, un alliage de ce semi-conducteur avec un métal ou un métalloïde, qui répondent entre autres aux besoins énumérés plus haut .
Le but de l'invention est encore de fournir un tel dispositif et un tel procédé qui ne présentent pas les inconvénients, défauts, limitations et désavantages des dispositifs et procédés de l'art antérieur et qui résolvent les problèmes des dispositifs et procédés de l'art antérieur. EXPOSÉ DE L' INVENTION
Ce but, et d'autres encore, sont atteints, conformément à l'invention, par un dispositif pour former sur un nanofil en un semi-conducteur, un alliage de ce semi-conducteur avec un métal ou un métalloïde, ledit dispositif comprenant :
une première bande électriquement conductrice en un métal ou un métalloïde apte à former un alliage avec le semi-conducteur du nanofil, et une seconde bande électriquement conductrice en un métal ou un métalloïde apte à former un alliage avec le semi¬ conducteur du nanofil, espacées l'une de l'autre, la première et la seconde bandes électriquement conductrices formant une partie rétrécie respectivement d'une première ligne électriquement conductrice et d'une seconde ligne électriquement conductrice, lesdites première et seconde lignes électriquement conductrices comprenant chacune une première extrémité et une seconde extrémité, la partie centrale de la première bande électriquement conductrice étant apte à être mise en contact avec une première zone de la surface du nanofil et la partie centrale de la seconde bande électriquement conductrice étant apte à être mise en contact avec une deuxième zone de la surface du nanofil, espacée de la première zone dans le sens de la longueur du nanofil ;
- des moyens pour appliquer une différence de potentiel, entre la première extrémité de la première ligne électriquement conductrice et la seconde extrémité de la première ligne électriquement conductrice et faire passer un courant depuis la première extrémité vers la seconde extrémité de la première ligne électriquement conductrice, et des moyens pour relier la seconde extrémité de la seconde ligne électriquement conductrice à la terre, lesdits moyens comprenant une résistance R ;
- éventuellement, des moyens pour appliquer une différence de potentiel, entre la première extrémité de la seconde ligne électriquement conductrice et la seconde extrémité de la seconde ligne électriquement conductrice lorsqu' aucune différence de potentiel n'est appliquée, entre la première extrémité de la première ligne électriquement conductrice et la seconde extrémité de la première ligne électriquement conductrice et faire passer un courant depuis la première extrémité vers la seconde extrémité de la seconde ligne électriquement conductrice, et éventuellement des moyens pour relier la seconde extrémité de la première ligne électriquement conductrice à la terre, lesdits moyens comprenant une résistance R' ; des moyens pour mesurer une différence de potentiel, dite première différence de potentiel de fuite de part et d'autre de la résistance R ;
éventuellement, des moyens pour mesurer une différence de potentiel, dite deuxième différence de potentiel de fuite de part et d'autre de la résistance R' ;
des moyens pour appliquer une différence de potentiel, dite première différence de potentiel de polarisation entre la première zone de la surface du nanofil et la deuxième zone de la surface du nanofil, dans le sens de la longueur du nanofil ;
éventuellement, des moyens pour appliquer une différence de potentiel, dite deuxième différence de potentiel de polarisation entre la deuxième zone de la surface du nanofil et la première zone de la surface du nanofil, dans le sens de la longueur du nanofil lorsque la première différence de potentiel de polarisation n'est pas appliquée.
Les première et seconde bandes conductrices peuvent aussi être désignées par la dénomination anglaise de
« stripline ».
Par « partie rétrécie », on entend généralement que cette partie présente une section, généralement une section transversale, inférieure à la section moyenne du reste de la ligne électriquement conductrice.
Avantageusement, la première et la seconde bandes électriquement conductrices peuvent être parallèles . Avantageusement, la première et la seconde bandes électriquement conductrices ont chacune une longueur de 1 à 5 μπι, par exemple de 3 μπι.
Avantageusement, la première et la seconde bandes électriquement conductrices sont espacées l'une de l'autre de 100 à 300 nm, par exemple de 200 nm à 300 nm, de préférence de 200 nm.
La première et la seconde bandes électriquement conductrices peuvent être en tout métal ou métalloïde apte à former des alliages avec le semi-conducteur qui compose le nanofil.
Avantageusement, la première et la seconde bandes électriquement conductrices peuvent être en nickel ou en platine.
Avantageusement, les moyens pour appliquer une différence de potentiel, entre la première extrémité de la première ligne électriquement conductrice et la seconde extrémité de la première ligne électriquement conductrice, et les moyens éventuels pour appliquer une différence de potentiel, entre la première extrémité de la seconde ligne électriquement conductrice et la seconde extrémité de la seconde ligne électriquement conductrice peuvent comporter des moyens pour augmenter ou diminuer cette (ces) différence ( s ) de potentiel de manière continue ou par incrément, de manière manuelle ou automatique, par exemple en fonction de la valeur mesurée de la première différence de potentiel de fuite, respectivement de la deuxième différence de potentiel de fuite.
Avantageusement, les moyens pour appliquer une différence de potentiel, entre la première extrémité de la première ligne électriquement conductrice et la seconde extrémité de la première ligne électriquement conductrice et les moyens pour appliquer une différence de potentiel, dite première différence de potentiel de polarisation entre la première zone de la surface du nanofil et la deuxième zone de la surface du nanofil, dans le sens de la longueur du nanofil sont constitués par un même premier générateur de tension.
Avantageusement, les moyens éventuels pour appliquer une différence de potentiel, entre la première extrémité de la seconde ligne électriquement conductrice et la seconde extrémité de la seconde ligne électriquement conductrice, et les moyens éventuels pour appliquer une différence de potentiel, dite deuxième différence de potentiel de polarisation entre la deuxième zone de la surface du nanofil et la première zone de la surface du nanofil, dans le sens de la longueur du nanofil sont constitués par un même deuxième générateur de tension.
Avantageusement, ledit premier et ledit deuxième générateurs de tension sont remplacés par un seul générateur de tension (sont constitués par un seul et même générateur) qui peut appliquer une différence de potentiel, entre la première extrémité de la première ligne électriquement conductrice et la seconde extrémité de la première ligne électriquement conductrice et une différence de potentiel, entre la première zone de la surface du nanofil et la deuxième zone de la surface du nanofil, dans le sens de la longueur du nanofil, ou bien qui peut appliquer une différence de potentiel, entre la première extrémité de la seconde ligne électriquement conductrice et la seconde extrémité de la seconde ligne électriquement conductrice, et une différence de potentiel, entre la deuxième zone de la surface du nanofil et la première zone de la surface du nanofil, dans le sens de la longueur du nanofil.
Avantageusement, la première ligne électriquement conductrice et la seconde ligne électriquement conductrice peuvent chacune comprendre plusieurs premières bandes électriquement conductrices et secondes bandes électriquement conductrices.
Il est ainsi possible de traiter simultanément plusieurs nanofils.
Si toutes les bandes électriquement conductrices formées le long d'une même ligne électriquement conductrice (par exemple la première ligne électriquement conductrice) et tous les nanofils à traiter ont la même résistivité alors il est possible d'appliquer une seule différence de potentiel entre la première extrémité de cette ligne électriquement conductrice et la seconde extrémité de cette ligne électriquement conductrice
Le dispositif selon l'invention n'a pas été décrit ou suggéré dans l'art antérieur.
Le dispositif selon l'invention répond à l'ensemble des besoins énumérés plus haut pour un tel dispositif et apporte une solution aux problèmes posés par les dispositifs de l'art antérieur.
Le dispositif selon l'invention permet notamment de contrôler avec précision, fiabilité, le courant de fuite et donc la formation de l'alliage de semi-conducteur, par exemple de siliciure de métal, et en particulier la longueur de la partie du nanofil de semi-conducteur, par exemple de silicium, transformée en alliage de métal, par exemple en siliciure de métal ou de métalloïde.
Le dispositif selon l'invention comprend en tant qu'éléments essentiels deux bandes électriquement conductrices (« striplines ») .
Chacune de ces deux bandes électriquement conductrices a un rôle défini.
La première bande électriquement conductrice est utilisée pour former l'alliage de semi-conducteur et de métal ou de métalloïde, par exemple de siliciure de métal ou de métalloïde.
La première bande électriquement conductrice est reliée à des moyens qui permettent de faire passer un courant depuis sa première extrémité vers sa seconde extrémité .
La première bande électriquement conductrice forme un rétrécissement, une partie rétrécie, resserrée, ou constriction dans la première ligne électriquement conductrice. Cette partie rétrécie, restreint le passage du courant depuis la première extrémité de la première ligne conductrice vers la seconde extrémité de la première ligne électriquement conductrice. On pourrait aussi dire que cette partie rétrécie gêne, limite localement le passage de ce courant .
Du fait que l'intensité du courant reste la même lorsque le courant passe dans cette partie rétrécie, il en résulte une augmentation de la densité de courant dans cette partie rétrécie, ce qui cause localement, dans cette partie rétrécie, un échauffement par effet Joule de la bande.
En d'autres termes, la différence de potentiel appliquée chute principalement le long de cette partie rétrécie et, en conséquence, la température de la première ligne électriquement conductrice est plus élevée au niveau de cette partie rétrécie.
L' échauffement de la première bande électriquement conductrice est en général maximum dans la partie centrale de la première bande électriquement conductrice, et, plus précisément encore, au milieu de celle-ci .
Autrement dit, le point le plus chaud de la première bande électriquement conductrice se situe dans la partie centrale, médiane de cette bande électriquement conductrice, et plus précisément encore au milieu de celle-ci.
Cette partie centrale de la première bande électriquement conductrice, est en un métal ou métalloïde, par exemple le nickel qui est apte à former un alliage avec le semi-conducteur du nanofil, et cette partie centrale est apte à être mise en contact avec une première zone de la surface d'un nanofil en semi- conducteur (par exemple en silicium) afin que se produise ainsi, lors de la mise en contact du nanofil et de la première bande électriquement conductrice, un chauffage local du contact et la formation d'un alliage du semi-conducteur et du métal ou métalloïde, par exemple la formation d'un siliciure de métal. La seconde ligne électriquement conductrice (2) n'est pas, lors de la première étape du procédé selon l'invention, reliée à des moyens qui permettent de faire passer un courant depuis sa première extrémité vers sa seconde extrémité.
En effet lors de la première étape, il n'est pas nécessaire de relier la première (4) et la seconde extrémités (6) de la seconde ligne électriquement conductrice (2) à des générateurs externes fournissant un courant qui passe dans la ligne (2) (voir Figure 2) .
Cette seconde ligne doit, lors de la première étape, seulement être reliée comme cela est montré sur la Figure 2, à la résistance R afin de pouvoir mesurer la différence de potentiel de fuite (Vfuite ) ·
Lorsque ce potentiel de fuite a un saut, comme cela est montré sur la Figure 6, correspondant à un courant (courant de fuite) dans le nanofil de l'ordre de quelques nanoampères (dans le cas d'un nanofil non dopé), on sait alors que la formation de l'alliage par exemple de l'alliage de silicium (« siliciuration ») a eu lieu au niveau de la première zone de la surface du nanofil (premier contact) .
Bien sûr, pour la préparation d'un transistor, le rôle des première (1) et seconde (2) lignes électriquement conductrices est ensuite inversé comme cela est expliqué plus loin, et alors la ligne (2) sera reliée à des générateurs externes qui permettent de faire passer un courant depuis sa première extrémité (4) vers sa seconde extrémité (6) .
Lors de la première étape, la seconde extrémité
(6) de la seconde ligne électriquement conductrice (2) est simplement reliée à la terre par des moyens qui comprennent une résistance en série (avec le nanofil lorsque celui-ci est présent) R ; des moyens étant prévus pour mesurer la différence de potentiel, dite première différence de potentiel de fuite de part et d'autre de la Résistance R.
La seconde bande électriquement conductrice et les moyens associés jouent donc alors un rôle de contrôle du courant de fuite, ce qui permet également, éventuellement de contrôler, commander ou réguler la pénétration du métal ou métalloïde dans le nanofil en semi-conducteur, par exemple en silicium et donc la longueur de la partie du nanofil transformée en alliage, par exemple en siliciure de métal.
L'invention concerne également un procédé pour former, sur au moins un nanofil en un semi-conducteur un alliage de ce semi-conducteur avec un métal ou métalloïde, dans lequel on réalise les étapes successives suivantes :
a) on dépose ledit au moins un nanofil en un semi-conducteur sur un substrat, par exemple une couche, en un matériau électriquement isolant, éventuellement disposé sur un autre substrat en un matériau différent dudit matériau électriquement isolant;
b) on met en contact une première zone de la surface du nanofil avec une partie centrale d'une première bande électriquement conductrice, en un métal ou un métalloïde apte à former un alliage avec le semi- conducteur du nanofil, formant une partie rétrécie entre une première extrémité et une seconde extrémité d'une première ligne électriquement conductrice, et on met en contact une deuxième zone de la surface du nanofil, espacée de la première zone dans le sens de la longueur du nanofil avec une partie centrale d'une seconde bande électriquement conductrice, en un métal ou un métalloïde apte à former un alliage avec le semi¬ conducteur du nanofil, formant une partie rétrécie entre une première extrémité et une seconde extrémité d'une seconde ligne électriquement conductrice ;
c) on applique une différence de potentiel dite première différence de potentiel de polarisation entre la première zone de la surface du nanofil et la deuxième zone de la surface du nanofil, dans le sens de la longueur du nanofil ;
d) on applique une différence de potentiel dite première différence de potentiel de chauffage, entre la première extrémité de la première ligne électriquement conductrice et la seconde extrémité de la première ligne électriquement conductrice, tout en maintenant constante la première différence de potentiel de polarisation, et on mesure simultanément une différence de potentiel, dite première différence de potentiel de fuite, de part et d'autre d'une résistance R en série avec le nanofil, située entre la seconde extrémité de la seconde ligne électriquement conductrice et la terre.
e) on augmente la première différence de potentiel de chauffage de manière continue ou par incrément, de manière manuelle ou automatique, généralement à partir d'une valeur voisine de zéro, jusqu'à ce que l'on observe un saut de la première différence de potentiel de fuite indiquant que la première différence de potentiel de chauffage est alors suffisante pour provoquer un échauffement de la partie centrale de la première bande électriquement conductrice et de la première zone de la surface du nanofil, la diffusion du métal ou du métalloïde dans et le long du nanofil, et la formation de l'alliage.
Avantageusement, le semi-conducteur peut être le silicium, éventuellement dopé.
Bien que le procédé selon l'invention n'ait été mis en œuvre effectivement qu'avec des nanofils de silicium, l'homme du métier comprendra que le procédé selon l'invention peut également être mis en œuvre avec succès avec d'autres semi-conducteurs.
En fait, pour former des alliages métalliques avec des semi-conducteurs, il est nécessaire d'utiliser des traitements thermiques, tels que le recuit thermique rapide (« Rapid Thermal Annealing » en langue anglaise) ou le recuit au four (« Furnace annealing » en langue anglaise) . Avec le procédé de l'invention, il est possible de produire la chaleur requise par chauffage par effet Joule.
Le procédé selon l'invention peut être mis en œuvre avec succès avec toutes sortes de nanofils quels que soient leurs diamètres ou tailles.
Avantageusement, les nanofils, peuvent avoir une longueur de 0,5 à 10 μπι, de préférence de 1 à 10 μπι, et un diamètre de 20 à 50 nm.
La nature chimique du substrat n' est pas importante, il doit seulement être isolant et résister aux fortes températures voisines par exemple d'environ 500°C dues au chauffage par effet Joule.
Avantageusement, le substrat en un matériau électriquement isolant est une couche en silice éventuellement disposée sur un substrat en silicium fortement dopé ; un substrat, par exemple une couche en nitrure de silicium ; ou un substrat, par exemple une couche d'alumine.
Avantageusement, on peut déposer plusieurs nanofils sur le substrat en un matériau électriquement isolant, lesdits nanofils étant disposés de manière aléatoire, leur position étant repérée à l'aide de marques préalablement réalisées sur le substrat; ou selon des structures, motifs ordonnés, par exemple sous la forme de rangées ordonnées de nanofils.
La première et la seconde bandes électriquement conductrices peuvent être en tout métal ou métalloïde apte à former des alliages avec des semi-conducteurs.
Avantageusement, la première et la seconde bandes électriquement conductrices peuvent être en nickel ou en platine.
Bien que le procédé selon l'invention n'ait été mis en œuvre effectivement qu'avec le nickel et le platine, l'homme du métier comprendra que le procédé selon l'invention peut également être mis en œuvre avec succès avec d'autres métaux ou métalloïdes aptes à former des alliages avec des semi-conducteurs.
Avantageusement, l'épaisseur de la couche du métal ou métalloïde doit être bien supérieure au diamètre du nanofil, par exemple une épaisseur de 80 à 120 nm est suffisante pour des nanofils de 20 nm de diamètre .
Avantageusement, en fonction de la première différence de potentiel de fuite mesurée, on modifie la première différence de potentiel de chauffage.
La différence de potentiel mesurée de part et d'autre de la résistance R, qui est appelée Vfuite , nous indique quel est le courant qui circule dans le nanofil pour une valeur donnée du courant qui passe dans la première bande électriquement conductrice (7) et de la différence de potentiel qui chute dans le nanofil entre les points (17) et (18) de la Figure 2.
A l'aide par exemple d'un amplificateur opérationnel, il est possible de découpler le courant de chauffage qui passe dans la première bande électriquement conductrice (7) du potentiel de polarisation qui est appliqué au nanofil entre les points (17) et (18) (ou plutôt entre les points (19) et (20)) montrés sur la Figure 2.
En d'autres termes, on peut maintenir fixe, par exemple à 1 Volt, la tension de polarisation entre les points (17) et (18) (ou plutôt (19) et (20)) de la Figure 2, tandis que l'on augmente le courant qui circule dans la première bande électriquement conductrice (7) jusqu'à ce que l'on mesure un courant dans la résistance R, par exemple de quelques nanoampéres .
On peut noter que le courant de fuite dans la résistance R est indicatif, il change selon la chute de potentiel entre les points (17) et (18) sur la Figure 2. Avantageusement, à l'issue de l'étape e) , on réalise les étapes f ) , g) , h) suivantes :
f) on applique une différence de potentiel dite deuxième différence de potentiel de polarisation entre la deuxième zone de la surface du nanofil et la première zone de la surface du nanofil, dans le sens de la longueur du nanofil ;
g) on applique une différence de potentiel dite deuxième différence de potentiel de chauffage, entre la première extrémité de la seconde ligne électriquement conductrice et la seconde extrémité de la seconde ligne électriquement conductrice, tout en maintenant constante la deuxième différence de potentiel de polarisation, et on mesure simultanément une différence de potentiel, dite deuxième différence de potentiel de fuite, de part et d'autre d'une résistance R' en série avec le nanofil située entre la seconde extrémité de la première ligne électriquement conductrice et la terre ;
h) on augmente la deuxième différence de potentiel de chauffage de manière continue ou par incrément, de manière manuelle ou automatique, généralement à partir d'une valeur voisine de zéro, jusqu'à ce que l'on observe un saut de la deuxième différence de potentiel de fuite indiquant que la deuxième différence de potentiel de chauffage est alors suffisante pour provoquer un échauffement de la partie centrale de la seconde bande électriquement conductrice et de la deuxième zone de la surface du nanofil, la diffusion du métal ou du métalloïde dans et le long du nanofil et la formation de l'alliage. C'est lors de cette étape h) que l'on contrôle, maîtrise la longueur du canal du transistor.
En fait, grâce à une courbe d'étalonnage, telle que celle de la Figure 4, on peut connaître la longueur du canal correspondant à une certaine valeur du courant de fuite mesuré dans la résistance R' ou R.
La Figure 4 montre la longueur du canal mesurée en fonction, du courant de fuite qui circule dans la résistance R ou R' .
Le courant de fuite est mesuré en polarisant le nanofil entre les points (18) et (17) (ou plutôt (20 et 19) ) indiqués sur la Figure 2 avec une tension de polarisation constante, par exemple de 1 Volt.
Le potentiel de polarisation dans le nanofil entre les points (18) et (17) est maintenu constant, fixe tandis que l'on augmente le courant de chauffage qui passe dans la bande électriquement conductrice (8) jusqu'à ce que l'on commence à mesurer un courant de fuite qui traverse la résistance R' .
Avantageusement, en fonction de la deuxième différence de potentiel de fuite mesurée, on peut modifier la deuxième différence de potentiel de chauffage .
Avantageusement, la première différence de potentiel de chauffage et/ou la deuxième différence de potentiel de chauffage est (sont) modifiée (s) afin d'obtenir une première portion en alliage et/ou une deuxième portion en alliage de longueur (s) déterminée ( s ) le long du nanofil à partir respectivement de la première zone de la surface du nanofil et de la deuxième zone de la surface du nanofil .
Avantageusement, la portion en semiconducteur de la longueur du nanofil entre la première portion en alliage et la deuxième portion en alliage est le canal d'un transistor.
Avantageusement, on établit une courbe d'étalonnage qui donne pour chaque valeur du (des) courant (s) de fuite, la longueur du canal du transistor et on règle le premier et/ou le deuxième potentiel de chauffage de manière à obtenir la longueur de canal souhaitée .
Avantageusement, les bandes électriquement conductrices sont définies directement sur les nanofils, par exemple par un procédé de lithographie.
Le procédé selon l'invention n'a pas été décrit ou suggéré dans l'art antérieur.
Le procédé selon l'invention répond à l'ensemble des besoins énumérés plus haut pour un tel procédé et apporte une solution aux problèmes posés par les procédés de l'art antérieur.
On peut dire que le procédé selon l'invention présente notamment, de manière inhérente, tous les effets et avantages dus au fait qu'il est mis en œuvre avec le dispositif décrit plus haut.
Le procédé selon l'invention permet notamment de contrôler avec précision, fiabilité, le courant de fuite, et donc la formation de l'alliage tel que le siliciure de métal et en particulier la longueur et la profondeur de la partie du nanofil de silicium transformée en alliage, par exemple en siliciure de métal .
L' invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre donnée à titre illustratif et non limitatif, cette description étant faite en référence aux dessins joints dans lesquels :
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La Figure 1 est une microphotographie prise au microscope électronique à balayage (MEB) d'un nanofil de silicium mis en contact avec une électrode en nickel et recuit dans un four à 500°C.
L'échelle représentée sur la Figure 1 est de
100 nm.
- La Figure 2 est une vue schématique du dessus d'un dispositif selon l'invention, pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention.
La Figure 3 est une vue schématique d'un transistor à nanofils préparé par le procédé selon l'invention.
La Figure 4 est un graphique sur lequel est porté en ordonnée le courant de fuite ("leakage current") (en nA) mesuré dans le nanofil, et sur lequel est porté en abscisse la longueur (en nm) du canal d'un transistor à nanofil de silicium préparé par le procédé selon l'invention.
La Figure 5 est une microphotographie, prise au microscope électronique à balayage qui montre un transistor à nanofil avec son canal, ses portions en siliciure de nickel, et les deux bandes électriquement conductrices (bande (1) et bande (2)) du dispositif mis en œuvre pour sa préparation.
L'échelle représentée sur la Figure 5 est de
200 nm.
La Figure 6 est un graphique qui montre l'évolution dans le temps de la résistance normalisée de la bande (courbe A) et du courant de fuite circulant dans le nanofil (courbe B) .
En ordonnée, à gauche, est portée la résistance normalisée, en ordonnée à droite est portée le courant de fuite (en A), et en abscisse est porté le temps.
La Figure 7 est une microphotographie prise au microscope électronique à balayage d'un dispositif selon l'invention dans lequel est monté un nanofil de silicium qui a subi un traitement thermique par effet Joule réalisé sur les deux bandes.
L'échelle représentée sur la Figure 7 est de
200 nm.
Les Figure 8A et 8B montrent une vue de dessus d'un substrat sur lequel sont disposés plusieurs nanofils et plusieurs dispositifs selon l'invention avec des lignes conductrices comprenant des parties rétrécies .
La Figure 8B est un agrandissement de la partie centrale de la Figure 8A.
L'échelle représentée sur la Figure 8A est de 200 μπι et l'échelle représentée sur la Figure 8B est de 10 μπι. EXPOSÉ DÉ TAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Un dispositif selon l'invention est décrit sur la Figure 2.
Ce dispositif comprend une première ligne (1) électriquement conductrice et une seconde ligne (2) électriquement conductrice.
Les deux lignes (1, 2) sont généralement placées dans un même plan horizontal.
Ces lignes (1, 2) présentent généralement une section transversale rectangulaire ou carrée.
Par exemple, les lignes (1, 2) peuvent avoir une épaisseur, hauteur de 80 à 120 nm et une largeur de 5 à 10 μπι
Ces lignes (1, 2) sont électriquement conductrices et sont généralement constituées par un matériau électriquement conducteur qui est choisi parmi les métaux et métalloïdes, tels que le nickel ou le platine, apte à former des alliages métalliques avec des matériaux semi-conducteurs.
Comme on l'a précisé plus haut, bien que l'invention n'ait été mise en œuvre effectivement qu'avec le nickel et le platine, l'homme du métier comprendra que le procédé selon l'invention peut également être mis en œuvre avec succès avec d'autres métaux ou métalloïdes aptes à former des alliages avec des semi-conducteurs.
La première (1) et la seconde (2) lignes électriquement conductrices comprennent chacune une première extrémité (3, 4) et une seconde extrémité (5, 6) . La première ligne électriquement conductrice (1) comprend une première bande conductrice (7) (aussi appelée « stripline » en langue anglaise) qui forme une partie rétrécie (7) entre la première extrémité (3) et la seconde extrémité (5) de la première ligne électriquement conductrice (1) ; et la seconde ligne électriquement conductrice (2) comprend une seconde bande électriquement conductrice (8) (aussi appelée « stripline » en langue anglaise) qui forme une partie rétrécie (8) entre la première extrémité (4) et la seconde extrémité (6) de la seconde ligne électriquement conductrice (2) .
Par partie rétrécie (7, 8), on entend généralement que cette partie présente une section, généralement une section transversale inférieure au reste de la première (1) et de la seconde (2) lignes conductrices et plus précisément une section transversale inférieure à la section transversale de la première extrémité (3, 4) et de la seconde extrémité (5, 6) desdites lignes conductrices (1, 2) .
A titre d'exemple, la section de la bande conductrice ou partie rétrécie (7) de la première ligne conductrice (1) peut être égale à de 0,01 à 0,1, de préférence 0,05 à 0,1 fois la section transversale de la première extrémité (3) et de la seconde extrémité (5) de la première ligne conductrice (1) . Il en est de même pour la bande conductrice (8) de la seconde ligne électriquement conductrice (2) .
Typiquement, la section des bandes électriquement conductrices (7, 8) peut être de 104 à 105 nm2 alors que la section des lignes électriquement conductrices (1, 2) peut être de l'ordre de 106 nm2.
Les valeurs données pour ces sections sont indicatives et ne sont données qu'à titre d'exemple. Elles correspondent aux dimensions typiques qui ont été utilisées dans les exemples.
Le point le plus important à retenir est le rapport entre la section de la bande (7) (respectivement (8)) et la section de la ligne (1) (respectivement (2)) en (3) ou (5) (respectivement en (4) ou (6) ) .
Comme on l'a déjà indiqué plus haut, une valeur de ce rapport par exemple de 0,01 à 0,1, de préférence de 0,05 à 0,1 semble être raisonnable.
Généralement, la première extrémité (3, 4) et la seconde extrémité (5, 6) de chacune des lignes électriquement conductrices (1, 2) ont une section supérieure à la partie rétrécie (7, 8) de chacune de ces lignes car ces extrémités (3, 4, 5, 6) présentent comme cela est représenté sur la Figure 2, une largeur plus importante que la largeur de la partie rétrécie (7, 8) de chacune des lignes électriquement conductrices (1, 2) tandis que la hauteur, épaisseur des première (3, 4) et seconde extrémités (5, 6) et de la partie rétrécie (7, 8) est généralement identique.
Par exemple, pour des parties rétrécies (7, 8) (« striplines ») d'une largeur de 500 nm, on utilise des lignes (1) et (2) d'une largeur généralement comprise entre 5 et 10 μπι. La hauteur des lignes (1,2) et des parties rétrécies (7, 8) est généralement supérieure au diamètre des nanofils. Pour un nanofil d'un diamètre par exemple de 20 nm, on utilise typiquement des hauteurs entre 80 et 120 nm.
Comme on l'a représenté sur la Figure 2, la première et la seconde bandes conductrices (7, 8) peuvent être parallèles.
Généralement, la première et la seconde bandes électriquement conductrices (7, 8) présentent la même longueur comme on l'a représenté sur la Figure 2.
Cependant il n'est pas nécessaire que les bandes conductrices, "striplines" (7, 8) aient obligatoirement la même longueur.
La première et la seconde bande conductrice (7,
8) ont généralement chacune une longueur de 1 à 5 μπι, par exemple de 3 μπι.
L'espacement, écart entre les bandes électriquement conductrices (7, 8), a une influence sur le courant de fuite mesuré dans le circuit et sur la formation de l'alliage, par exemple du siliciure de métal .
Plus l'espacement est important, plus le courant de fuite mesuré est faible.
Un espacement d'environ 1 μπι entre les bandes électriquement conductrices (7, 8) ne fournit pas généralement de courant de fuite appréciable dans le cas de nanofils non dopés tels que ceux utilisés dans les exemples.
Cependant, la situation peut être différente si les nanofils sont dopés. De plus, le processus de formation de l'alliage, par exemple le processus de
« siliciuration » par chauffage par effet Joule est autolimitant .
En effet, les longueurs des parties en alliage, par exemple en siliciure de métal ou de métalloïde, des nanofils peuvent être au plus d'environ 100 à 150 nm.
Cela signifie que si les deux bandes électriquement conductrices étaient disposées avec un espacement entre elles de 1 μπι, la longueur du canal du transistor qui pourrait être formé serait au plus de 700 nm.
Si le procédé doit être utilisé pour fabriquer des transistors avec des longueurs de canaux très courtes, inférieures à 100 nm par exemple comme cela est requis par la feuille de route "ITRS", l'espacement entre les deux bandes électriquement conductrices doit être au plus de 300 nm.
La première et la seconde bandes conductrices (7, 8) sont donc généralement espacées l'une de l'autre de 100 à 1000 nm, de préférence de 100 nm à 300 nm, par exemple de 200 nm.
Le dispositif selon l'invention comprend, en outre généralement, des moyens pour appliquer une différence de potentiel déterminée, dite première différence de potentiel de chauffage VChauf fage , entre la première extrémité (3) de la première ligne électriquement conductrice (1) et la seconde extrémité (5) de la première ligne électriquement conductrice (1) et faire ainsi passer un courant depuis la première extrémité (3) vers la seconde extrémité (5) de la première ligne électriquement conductrice (1) .
Ces moyens comprennent généralement un générateur de tension (9) dont l'une des bornes est reliée à la première extrémité (3) de la première ligne électriquement conductrice (1) par un premier câble (10) et l'autre borne est reliée à la seconde extrémité (5) de la première ligne (1) électriquement conductrice par un second câble (11) qui est généralement également relié à la terre (12) .
Avantageusement, le générateur de tension (9) peut comporter des moyens (non représentés) permettant d'augmenter ou de diminuer la tension de chauffage de manière continue ou par incrément, de manière manuelle ou automatique, par exemple en fonction des valeurs mesurées de la première différence de potentiel de fuite .
Le dispositif selon l'invention comprend généralement, en outre, des moyens pour appliquer une différence de potentiel dite première différence de potentiel de polarisation entre la première zone de la surface du nanofil (17) (ou plutôt (19)) et la deuxième zone de la surface du nanofil (18) (ou plutôt (20)) dans le sens de la longueur du nanofil.
Ces moyens pour appliquer une différence de potentiel, dite première différence de potentiel de polarisation sont généralement également constitués par le même générateur de tension (9) .
En d'autres termes, le générateur de tension (9) mentionné sur la Figure 2 et qui fournit la première tension de chauffage dans la première ligne (1) doit généralement assurer deux fonctions :
1) Il doit fournir le courant de chauffage voulu, souhaité, généralement réglable, adaptable qui passe dans la bande électriquement conductrice (7) qui cause le chauffage par effet Joule de cette bande électriquement conductrice et qui entraîne la formation d'une phase d'alliage, par exemple d'une phase de siliciure .
2) Il doit fournir la tension de polarisation dans le nanofil entre les points (17) et (18) ((19) et (20)) qui est maintenue, fixe, constante pendant que l'on modifie le courant de chauffage qui passe dans la première bande électriquement conductrice (7) .
Afin de permettre au générateur d'accomplir ces deux fonctions, on peut par exemple, comme cela a été le cas dans les expériences réalisées par les inventeurs, utiliser un amplificateur opérationnel.
Un tel dispositif est connu de l'homme du métier et ne sera pas décrit plus en détails.
Des dispositifs autres qu'un amplificateur opérationnel peuvent être utilisés.
L' important est que le générateur (9) puisse fournir le courant de chauffage qui cause le chauffage par effet Joule, ce courant pouvant être modifié de manière continue ou par incrément, et une tension de polarisation, constante, fixe sur la longueur du nanofil entre les points (17) et (18) ((19) et (20)) .
La seconde extrémité (6) de la seconde ligne conductrice (2) est reliée à la terre (13) par l'intermédiaire d'un câble (14) sur lequel est placée une résistance R en série avec le nanofil (15) lorsque celui-ci est disposé dans le dispositif selon 1 ' invention .
Des moyens, tels qu'un Voltmètre, sont prévus pour mesurer la différence de potentiel, dite première différence de potentiel de fuite (VfUite ou « Vieak » en langue anglaise) de part et d'autre de la Résistance R.
La valeur de cette différence de potentiel de fuite reflète le courant (16) qui passe dans le nanofil (15) .
On dispose ainsi d'un moyen simple pour contrôler, suivre, la valeur du courant que l'on peut appeler courant de fuite qui circule dans le nanofil (15) et ainsi contrôler, suivre, la formation de l'alliage, par exemple du siliciure de métal.
Comme on l'a déjà vu plus haut, le dispositif selon l'invention peut éventuellement comprendre des moyens (non représentés) permettant de modifier le courant qui passe dans la première ligne électriquement conductrice (1) et dans la première bande électriquement conductrice (7), (en effet c'est le même courant qui passe dans la première ligne électriquement conductrice (1) et dans la première bande électriquement conductrice (7)) et finalement la quantité de chaleur dissipée par effet Joule au niveau du contact (19) entre le nanofil (15) et la partie de la première bande électriquement conductrice (7) en contact avec celui-ci.
Le dispositif selon l'invention peut également comprendre des moyens permettant de modifier, pour chaque valeur du courant de chauffage, la différence de potentiel appliquée au nanofil entre la première portion ou zone (19) de la surface du nanofil et la seconde portion ou zone (20) de la surface du nanofil.
Il est à noter que dans le dispositif selon l'invention, les rôles de la première ligne électriquement conductrice (1) et de la seconde ligne électriquement conductrice (2) peuvent être inversés c'est-à-dire que le potentiel de chauffage peut être indifféremment appliqué à la première ligne (1) ou à la seconde ligne (2), l'autre ligne étant alors reliée à la terre via une résistance R ou R' , dans ce dernier cas, le potentiel de chauffage est appliqué à la seconde ligne ( 2 ) .
Le dispositif selon l'invention peut comprendre ainsi en outre éventuellement, des moyens pour appliquer une différence de potentiel déterminée, également dite différence de potentiel de chauffage Vchauf fage , entre la première extrémité (4) de la seconde ligne électriquement conductrice (2) et la seconde extrémité (6) de la seconde ligne électriquement conductrice (2) et faire ainsi passer un courant depuis la première extrémité (4) vers la seconde extrémité (6) de la seconde ligne électriquement conductrice (2) .
Ces moyens comprennent généralement un générateur de tension (appelé (9') par commodité, mais non représenté) dont l'une des bornes est reliée à la première extrémité (4) de la seconde ligne électriquement conductrice (2) par un premier câble et l'autre borne est reliée à la seconde extrémité (6) de la seconde ligne électriquement conductrice (2) par un second câble qui est généralement également relié à la terre .
Avantageusement, le générateur de tension (9') peut comporter des moyens permettant d' augmenter ou de diminuer la tension de chauffage de manière continue ou par incrément, de manière manuelle ou automatique, par exemple en fonction des valeurs mesurées de la différence de potentiel de fuite.
Le dispositif selon l'invention peut comprendre éventuellement, en outre, des moyens pour appliquer une différence de potentiel dite deuxième différence de potentiel de polarisation entre la deuxième zone de la surface du nanofil (18) (ou plutôt (20)) et la première zone de la surface du nanofil (17), ou plutôt (19) dans le sens de la longueur du nanofil.
Ces moyens pour appliquer une différence de potentiel, dite deuxième différence de potentiel de polarisation sont généralement également constitués par le même générateur de tension (9') ·
II est à noter qu'un seul générateur peut être utilisé pour remplir à la fois le rôle des générateurs (9) et (9')/ ce générateur unique pouvant être relié soit aux extrémités (3, 5) de la première ligne électriquement conductrice (1), soit aux extrémités (4, 6) de la seconde ligne électriquement conductrice (2) par des câbles adéquats.
Lorsque la tension de chauffage est appliquée à la seconde ligne électriquement conductrice (2), la seconde extrémité (5) de la première ligne électriquement conductrice (1) est reliée à la terre par l'intermédiaire d'un câble sur lequel est placée une résistance R' en série avec le nanofil (15), lorsque celui-ci est disposé dans le dispositif selon 1 ' invention .
Des moyens, tels qu'un Voltmètre, sont prévus pour mesurer la différence de potentiel, dite deuxième différence de potentiel de fuite (VfUite ou « Vieak » en langue anglaise) de part et d'autre de la Résistance R' .
Il est à noter qu'une seule résistance peut être utilisée pour remplir à la fois le rôle des résistances R et R' , cette résistance unique pouvant être reliée soit à la deuxième extrémité (5) de la première ligne électriquement conductrice (1) et à la terre, soit à la deuxième extrémité (6) de la deuxième ligne électriquement conductrice (2) et à la terre, par des câbles adéquats.
On va maintenant décrire le procédé selon l'invention qui met généralement en œuvre le dispositif tel que décrit en détail plus haut et sur la Figure 2.
Dans ce procédé, on commence par déposer des nanofils en un semi-conducteur sur un substrat, par exemple un substrat en forme de couche, ce substrat étant en un matériau électriquement isolant.
Les nanofils peuvent être en tout semi- conducteur qui peut former un alliage avec un métal ou métalloïde. Ce métal ou métalloïde est bien entendu différent du semi-conducteur des nanofils.
De préférence, les nanofils sont des nanofils de silicium, éventuellement dopés.
Les nanofils tels que des nanofils de silicium peuvent être préparés par tout procédé adéquat. Par exemple, les nanofils de silicium peuvent être préparés par croissance sur un substrat à l'aide d'un procédé de dépôt chimique en phase vapeur (« Chemical Vapour Déposition » ou « CVD » en langue anglaise) puis séparés de ce substrat.
Ou bien les nanofils de silicium peuvent être préparés par le procédé d'attaque standard utilisé dans l'industrie pour la fabrication des circuits intégrés.
Le procédé selon l'invention peut être mis en œuvre avec succès avec toutes sortes de nanofils quels que soient leurs diamètres ou longueurs.
Avantageusement, les nanofils, peuvent avoir une longueur de 0,5 à 10 μπι et un diamètre de 20 à 50 nm.
Les nanofils qui ont été utilisés pour mettre en œuvre l'invention notamment dans les exemples joints, ont généralement une longueur de l'ordre de
10 μπι et un diamètre de 20 à 50 nm.
Cependant, l'invention peut aussi être mise en œuvre avec des nanofils de plus petit ou de plus grand diamètre à la condition que leur longueur soit d' au moins 0, 5 μπι.
Tout type de matériau électriquement isolant qui est thermiquement stable peut être utilisé pour constituer le substrat électriquement isolant, par exemple la couche électriquement isolante sur laquelle sont déposés les nanofils.
Le substrat électriquement isolant peut éventuellement jouer aussi le rôle de puits thermique (« thermal sink » en anglais) . En conséquence, le matériau du substrat électriquement isolant peut éventuellement mais pas nécessairement être aussi thermiquement conducteur.
On peut penser que les propriétés thermiques du substrat isolant peuvent avoir une influence sur le procédé, par exemple sur la pénétration maximale des alliages tels que les siliciures formés.
En d'autres termes, en utilisant un substrat électriquement isolant avec une conductivité thermique plus faible, il peut être éventuellement possible d'obtenir une profondeur de pénétration plus importante des alliages, tels que les siliciures, formés.
Ce qui est important est que le substrat électriquement isolant puisse supporter des températures supérieures à celles requises pour que se forme l'alliage métal (métalloïde) semi-conducteur, c'est-à-dire plusieurs centaines de degrés Celsius.
Ainsi, dans le cas de nanofils en silicium préparés par croissance sur un substrat à l'aide d'un procédé de dépôt en phase vapeur, on pourra les déposer sur un substrat, par exemple un substrat sous la forme d'une couche, en silice, en nitrure de silicium ou en alumine .
Il ne s'agit là que d'exemples de substrats, par exemple sous la forme de couches, où l'on peut déposer les nanofils.
D'autres substrats peuvent être utilisés, le point important étant que les nanofils soient déposés sur un substrat isolant qui est également thermiquement stable .
Le substrat, notamment lorsqu'il est sous la forme d'une couche, en matériau électriquement isolant peut être disposé au sommet d'un autre substrat en un autre matériau.
Par exemple, les nanofils, par exemple en silicium, peuvent être déposé sur une couche de S1O2, par exemple d'une épaisseur de 300 nm, au sommet d'un substrat en silicium fortement dopé.
Toutefois, la présence d'un substrat fortement dopé n'affecte pas le procédé, car le point important est que les nanofils doivent être déposés sur un substrat, par exemple une couche, électriquement isolante .
Pour déposer les nanofils, par exemple en silicium, sur le substrat, par exemple la couche, en un matériau électriquement isolant, on peut par exemple les disperser dans un solvant adéquat, tel qu'un alcool comme 1 ' isopropanol et déposer cette solution sur la couche en un matériau électriquement isolant. Une fois le solvant évaporé, on obtient une couche sur laquelle les nanofils sont déposés.
Les positions des nanofils déposés sur la couche sont généralement aléatoires. Les nanofils peuvent cependant être repérés, localisés sur la couche à l'aide de marques préalablement définies, réalisées sur la couche.
Le fait que les nanofils occupent des positions, emplacements aléatoires sur le substrat n'a pas d' impact sur le procédé car une fois que les nanofils sont déposés sur la surface, ils peuvent être facilement localisés, éventuellement à l'aide des marques mentionnées plus haut. Toutefois, le procédé selon l'invention peut être facilement adapté dans le cas où l'on souhaite que les nanofils soient disposés selon des structures, motifs ordonnés, par exemple sous la forme de rangées ordonnées de nanofils disposés dans un plan.
Dans ce cas, il est nécessaire de mieux contrôler les positions spécifiques des nanofils.
Cela est possible avec différentes techniques telles que les techniques de di-électrophorèse ou les techniques microfluidiques qui permettent de positionner les nanofils à des emplacements spécifiques, par exemple qui permettent de disposer les nanofils parallèlement.
En disposant les nanofils selon des structures, motifs ordonnés, par exemple sous la forme de rangées ordonnées de nanofils disposés dans un plan, le procédé selon l'invention peut avoir une capacité de production élevée .
Les nanofils adhèrent au substrat, tel qu'une couche, sous l'action de forces de Van der Waals. Une fois qu'ils sont déposés, les nanofils ne se déplacent plus et restent à l'endroit où ils ont été initialement déposés .
L'étape suivante du procédé selon l'invention ou étape de mise en contact (étape b) ) peut comprendre une opération au cours de laquelle on recouvre les nanofils en un semi-conducteur d'une couche de métal ou de métalloïde en vue de former les bandes électriquement conductrices (7, 8) .
Avant de déposer le métal sur le nanofil, on élimine généralement la couche d'oxyde natif, par exemple de S1O2 dans le cas de nanofils en silicium, à la surface des nanofils par exemple par trempage dans une solution de HF tamponnée (« Buffered HF » ou BHF en langue anglaise) .
Le dépôt du métal peut être réalisé sur la première portion ou zone (19) de la surface du nanofil en silicium qui va se trouver en contact avec la partie centrale (17) de la partie rétrécie (7) entre la première extrémité (3) et la seconde extrémité (5) de la première ligne conductrice (1) et sur la deuxième portion ou zone (20) de la surface du nanofil qui va se trouver en contact avec la partie centrale (18) de la partie rétrécie (8) entre la première extrémité (4) et la seconde extrémité (6) de la seconde ligne conductrice (2) .
Le métal qui recouvre les nanofils est choisi de préférence parmi le nickel, le platine et tous les matériaux aptes à former des alliages métalliques avec les semi-conducteurs composant le nanofil.
II a été mis en évidence que le procédé fonctionnait particulièrement bien avec le nickel, mais aussi avec le platine qui est avec le nickel, l'autre matériau couramment utilisé dans l'industrie micro¬ électronique pour fabriquer les contacts de transistors.
La quantité de métal déposée sur le nanofil dépend du diamètre du nanofil. Des nanofils de plus grand diamètre nécessitent de plus grandes quantités de métal .
L'épaisseur de la couche du métal ou métalloïde utilisé pour cette invention est généralement de 80 à 120 nm. Cette épaisseur peut être modifiée en fonction fonction du diamètre des nanofils semi-conducteurs.
Généralement, l'épaisseur doit être d'au moins deux fois le diamètre du nanofil.
Ainsi, une épaisseur typique est d'environ
120 nm pour des nanofils d'un diamètre de 20 nm à 50 nm.
Le dépôt du métal ou métalloïde sur les nanofils peut être réalisé par tout procédé de dépôt de métal. Ce dépôt est généralement réalisé par un procédé d' évaporation de métal par faisceau d'électrons (« E- Beam Métal Evaporation » en langue anglaise) dans lequel une cible métallique est bombardée par un faisceau d'électrons, ce qui provoque 1 ' évaporation du métal de la cible.
Un autre procédé de dépôt est la pulvérisation cathodique. Le dépôt par pulvérisation cathodique est avantageusement utilisé pour le dépôt de contacts en platine .
Lors de l'étape b) du procédé, on met en contact la première zone de la surface du nanofil (15) par exemple en silicium, avec la partie centrale (17) de la bande électriquement conductrice (7) entre la première extrémité (3) et la seconde extrémité (5) de la première ligne électriquement conductrice (1) et on met en contact une seconde zone de la surface du nanofil espacée de la première zone dans le sens de la longueur du nanofil, avec la partie centrale (18) de la bande électriquement conductrice (8) entre la première extrémité (4) et la seconde extrémité (6) de la seconde ligne électriquement conductrice (2) . On a vu plus haut que la première (7) et la seconde (8) bandes conductrices sont généralement espacées l'une de l'autre de 100 nm à 300 nm, par exemple de 200 nm, de ce fait la première et la seconde zones du nanofil sont généralement espacées l'une de l'autre de 100 nm à 300 nm, par exemple de 200 nm.
Généralement, la première et la seconde zones du nanofil sont mises en contact généralement au centre ou quasiment au centre de chacune des deux parties centrales (17, 18), c'est-à-dire au centre ou quasiment au centre de chacune des deux bandes électriquement conductrices (7, 8) et de chacune des deux lignes (1, 2) .
La mise en contact peut en outre comprendre une opération au cours de laquelle on définit effectivement des bandes électriquement conductrices sur les nanofils, par exemple par lithographie.
Par « presque au centre ou quasiment au centre », on entend que le nanofil est positionné avec une précision d'environ 200 nm ou moins et de préférence d'environ 50 nm ou moins, pour des bandes conductrices parallèles (7, 8) par exemple d'une longueur de 3 μπι et séparées de 200 nm.
II est à noter que la précision de 200 nm est la précision qui a été obtenue avec le système de lithographie mis en œuvre dans les exemples, mais des systèmes de lithographie perfectionnés peuvent permettre d'obtenir une précision dans le positionnement du nanofil qui est beaucoup plus élevée, par exemple de l'ordre de 50 nm ou moins. Cependant, avec une précision de 200 nm, il a été constaté que le procédé fonctionnait très bien.
Le nanofil est généralement placé en-dessous des deux bandes conductrices (7, 8) comme cela est représenté sur la Figure 2 et en contact avec chacune de ces bandes.
Les Figures 8A et 8B montrent une vue de dessus d'un substrat sur lequel sont disposés plusieurs nanofils (81) et plusieurs dispositifs selon l'invention avec des lignes conductrices (82) comprenant des parties rétrécies ou bandes (83) .
Une fois le nanofil ainsi disposé, on applique une différence de potentiel, dite première différence de potentiel de chauffage VChauf fage , entre la première extrémité (3) de la première ligne électriquement conductrice (1) et la seconde extrémité (5) de la première ligne électriquement conductrice en un métal ou métalloïde (1), cette différence de potentiel étant suffisante pour provoquer un échauffement de la partie centrale (17) de la partie rétrécie (7) de la première ligne électriquement conductrice (1) et de la première zone de la surface du nanofil tel que le métal ou le métalloïde diffuse dans le nanofil (15) pour former un alliage avec le semi-conducteur, tel qu'un siliciure de métal.
Comme on l'a déjà indiqué plus haut, le générateur de courant (9) est capable de fournir le courant de chauffage qui provoque le chauffage par effet Joule de la bande (7), et ce même générateur, pour chaque valeur du courant de chauffage qui traverse la bande (7) peut fournir une tension de polarisation fixe, constante dans le nanofil entre les points (17) et (18) .
On peut ainsi augmenter progressivement ou par incrément la différence de potentiel appliquée à la première ligne conductrice (1) généralement depuis un potentiel nul, pour atteindre une valeur du courant telle qu'elle provoque un échauffement par effet Joule de la bande électriquement conductrice (7) .
Un courant d'environ 15 à 20 mA, par exemple, est généralement suffisant pour provoquer la diffusion du métal ou du métalloïde de la bande conductrice dans le nanofil et donc la formation d'un alliage tel qu'un siliciure .
Plus précisément, chaque valeur du courant provoque un accroissement instantané de la température de la bande électriquement conductrice (« stripline ») , mais les inventeurs ont pu montrer qu'une valeur du courant généralement entre 15 and 20 mA donnait lieu à la formation d'un alliage, tel qu'un siliciure.
Ce courant, généralement d'environ 15 à 20 mA est donc le courant assurant un échauffement, ou plus exactement une élévation de la température de la partie centrale (17) de la partie rétrécie (7) de la première ligne électriquement conductrice (1) telle qu'elle assure la diffusion du métal à l'intérieur du nanofil (15) .
Les incréments avec lesquels on augmente la différence de potentiel de chauffage VChauf fage peuvent être par exemple des incréments de 0,1 Volt.
Pour chaque valeur de VChauf fage , la différence de potentiel entre les deux extrémités du nanofil est maintenue à une valeur fixe, par exemple de 1 Volt. Cette différence de potentiel donne lieu à un courant de fuite à travers le nanofil dont la valeur est directement reliée à la longueur du canal semi- conducteur, qui dépend de la longueur de pénétration du métal dans le nanofil. Ce courant de fuite est utilisé comme paramètre de rétroaction pour contrôler l'alliage des contacts et arrêter le procédé à la longueur du canal désirée.
II est bien évident que la valeur de la différence de potentiel VChauf fage qui permet d'obtenir un échauffement de la partie centrale (17) de la partie rétrécie de la première ligne électriquement conductrice (1) et une diffusion du métal varie en fonction de la résistance de la première ligne électriquement conductrice (1) et de la première bande électriquement conductrice (7) .
De manière générale pour des lignes et bandes conductrices classiques, cette différence de potentiel pourra être par exemple de 1 à 2 Volts.
Si l'on considère la résistance normalisée de la ligne conductrice et de la bande conductrice, qui est le rapport entre la résistance R(I) (R' (I) ) de la ligne et de la bande dans laquelle passe un courant d'intensité I et la résistance de la même ligne et de la même bande à une très faible polarisation, ce rapport sera supérieur à un dès qu' il y a une dissipation de chaleur, due par exemple à une température plus élevée du métal de la partie centrale de la partie rétrécie de la ligne conductrice, près du milieu de la bande. On peut considérer qu'il y a un échauffement à partir d'une résistance normalisée de 1 mais qu'il faut augmenter VChauf fage et donc la résistance normalisée au- dessus de 1,2 voire 1,3 pour que le courant de fuite augmente et donc l'alliage, tel qu'un siliciure se forme .
En d'autres termes, il a été mis en évidence, comme on l'a déjà mentionné plus haut, que la formation d'un alliage, tel qu'un siliciure, est accomplie en faisant passer un courant entre 15 et 20 mA dans la ligne électriquement conductrice et dans la bande électriquement conductrice (c'est le même courant qui passe dans la ligne et dans la bande) .
Si l'on s'intéresse à la résistance normalisée, on a trouvé expérimentalement que ces valeurs du courant de chauffage correspondent à des valeurs de la résistance normalisée comprises entre 1,2 et 1,3.
Comme le prouve la Figure 6, lorsque la résistance normalisée atteint une valeur comprise entre 1,2 et 1,3, on commence à mesurer un courant non négligeable qui traverse le nanofil et qui indique la formation d'une phase d'alliage, par exemple d'une phase de siliciure.
Sans vouloir être lié par aucune théorie, et comme on l'a déjà indiqué plus haut, la partie rétrécie (7, 8) des lignes conductrices (1, 2) constitue une gêne locale pour le passage du courant dans la bande conductrice. En d'autres termes, cette partie rétrécie constitue, un resserrement, un rétrécissement, une « constriction » pour le passage du courant. En conséquence, une température très élevée est atteinte dans la partie centrale de la bande électriquement conductrice où se trouve positionné le nanofil.
Cette température très élevée peut être par exemple de 400 à 1000°C. Elle doit être suffisante pour activer le processus de diffusion du métal dans le nanofil et en même temps, elle ne doit pas excéder la température de fusion du métal afin de ne pas provoquer sa rupture.
Le point le plus chaud correspond généralement au milieu de la partie rétrécie de la ligne conductrice .
Le chauffage local du contact du fait de la dissipation de chaleur par effet Joule provoque un « recuit » du contact.
En d'autres termes, le métal constituant la bande conductrice, et qui généralement recouvre le nanofil, commence à diffuser à l'intérieur du nanofil, dans le sens de l'épaisseur du nanofil mais aussi généralement dans le sens de la longueur de celui-ci, pour former un alliage entre le métal ou métalloïde constituant la bande conductrice, qui recouvre généralement le nanofil et le semi-conducteur du nanofil tel que le silicium. Cet alliage est, par exemple, un siliciure de métal.
Selon l'invention, la longueur de la partie du nanofil de silicium où est formé l'alliage du métal ou métalloïde et du semi-conducteur, tel qu'un siliciure de métal est auto-limitante .
Cela est dû à la présence de la couche de matériau électriquement isolant tel que du S1O2 sur laquelle sont déposés les nanofils et qui joue le rôle de drain, ou puits thermique. Ainsi, la longueur de la partie siliciée autour du contact entre la première bande conductrice et le nanofil est auto-limitée, par exemple à environ 150 nm.
Selon l'invention, on mesure en outre une différence de potentiel, dite différence de potentiel de fuite, de part et d'autre d'une résistance R en série avec le nanofil située entre la seconde extrémité (6) de la seconde ligne (2) électriquement conductrice et la terre.
Grâce à cette mesure du potentiel de fuite, on peut ainsi suivre, contrôler, simultanément le courant appelé courant de fuite (16) qui passe dans le nanofil de silicium (15) puis dans la seconde bande électriquement conductrice (8) et enfin dans la résistance R.
Il a été constaté que la valeur du courant de fuite correspondant à une tension de polarisation entre les points (17) et (18), ou plutôt entre les points (19) et (20) du nanofil, de 1 Volt, restait constante et voisine de zéro jusqu'à une valeur de la résistance normalisée de la première ligne conductrice généralement égale à 1 puis augmentait brutalement à partir d'une valeur déterminée de la résistance normalisée pour atteindre par exemple environ 7 nA.
Plus précisément, on commence par polariser la nanofil, par exemple avec une tension de 1 Volt, par exemple entre les points (17) et (18), ou plutôt (19) et (20) .
Puis, on augmente le courant de chauffage qui passe dans la dans la première ligne électriquement conductrice (1) et dans la première bande électriquement conductrice (7) (c'est le même courant qui passe dans la ligne et dans la bande) jusqu'à une valeur comprise généralement entre 15 et 20 mA tout en maintenant fixe à 1 Volt le potentiel de polarisation, entre les points (17) et (18) ou plutôt (19) et (20) .
A un certain moment, on commence à mesurer un courant de l'ordre de quelques nanoampères qui passe dans la résistance R, et c'est alors que l'alliage, tel qu'un siliciure se forme.
On dispose ainsi d'un moyen de contrôler, réguler, la pénétration, l'infiltration, du métal ou métalloïde dans le nanofil en épaisseur et généralement en profondeur.
Plus précisément, on pourrait plutôt dire que l'on contrôle, maîtrise, régule, la pénétration de l'alliage, tel qu'un siliciure tout au long de la longueur du nanofil.
On peut déclencher, stopper ou accélérer la diffusion du métal ou métalloïde et la formation de l'alliage, par exemple du siliciure de métal en modifiant la valeur de la différence de potentiel appliquée à la première ligne électriquement conductrice (1) et, par conséquent, la valeur de l'intensité du courant de chauffage qui passe dans cette première ligne électriquement conductrice et dans la première bande électriquement conductrice (c'est le même courant qui passe dans la ligne et dans la bande) .
Le procédé selon l'invention, contrairement aux procédés qui mettent en œuvre un recuit dans un four permet un contrôle électrique du processus d'alliage métal/semi-conducteur . Ce contrôle s'effectue in-situ grâce à une surveillance, un monitorage (« monitoring » en anglais) du courant de fuite et à une rétroaction sur le courant de chauffage.
Ce procédé est fiable et reproductible car les bandes électriquement conductrices définies par exemple par lithographie sur les nanofils ont toujours la même géométrie et la même résistance, comme cela a pu être mis en évidence par des mesures de résistance à quatre sondes. La résistance globale et la géométrie de la ligne, connexion métallique (1) ou (2), dans laquelle se trouve incluse la bande électriquement conductrice (7) ou (8) peuvent varier mais le processus conduisant à la formation de l'alliage, par exemple à la formation du siliciure de métal est régi par la bande électriquement conductrice (7) ou (8) et par elle- seule .
En effet, ce processus est régi par la puissance dissipée dans les bandes conductrices (7) et (8) par effet Joule qui à son tour dépend uniquement de la résistance de la bande conductrice.
Dans le cas où l'on souhaite préparer un transistor, après avoir préparé un alliage tel qu'un siliciure de métal au niveau de la première zone du nanofil (19), on inverse les rôles joués par la première et la seconde lignes électriquement conductrices (1, 2) et on applique une différence de potentiel, dite deuxième différence de potentiel de chauffage entre la première extrémité (4) de la seconde ligne électriquement conductrice (2), et la seconde extrémité (6) de la seconde ligne électriquement conductrice (2), cette différence de potentiel étant suffisante pour provoquer un échauffement de la partie centrale (18) de la bande électriquement conductrice (8) de la seconde ligne électriquement conductrice (2), et de la deuxième zone de la surface du nanofil (20) tel que le métal ou métalloïde diffuse dans le nanofil (15) pour former un alliage de métal ou métalloïde tel qu'un siliciure de métal.
En même temps, la différence de potentiel entre les points de contact (19) et (20) est maintenue fixe, par exemple à 1 Volt, afin de produire un courant de fuite à travers le nanofil tout en permettant une rétroaction sur le processus d'alliage au niveau du deuxième contact (20) .
La longueur du canal du transistor, déterminée par la longueur de pénétration de l'alliage métal/semiconducteur au niveau du deuxième contact (20), est directement reliée au courant de fuite. Dès que la longueur du canal se réduit, le courant de fuite augmente.
Comme on peut le voir sur la Figure 3, un tel transistor formé dans un nanofil (31), en un semiconducteur comprend deux parties (32, 33) en alliage du semi-conducteur et du métal ou métalloïde, par exemple en siliciure de métal, tel que le siliciure de nickel. Ces parties (32, 33) sont formées dans le nanofil depuis les contacts (34, 35) entre les première et seconde bandes électriquement conductrices (36, 37) et le nanofil (31) et une partie centrale (38) en semi- conducteur, par exemple en silicium. Cette partie centrale du nanofil constitue le canal du transistor. Comme on l'a précisé plus haut, dans le procédé selon l'invention, on réalise un contrôle électrique de la longueur (39) du canal du transistor en observant le courant de fuite (premier et deuxième courants de fuite) .
La courbe de la Figure 4 montre que l'on peut effectivement régler la longueur du canal d'un transistor à nanofil en ajustant la valeur du courant de fuite
La microphotographie de la Figure 5 ainsi que la Figure 7, démontrent que le procédé selon l'invention permet de fabriquer des transistors à nanofils de silicium avec des longueurs de canal d'environ 20 nm.
L'invention va maintenant être décrite en référence à l'exemple suivant donné à titre illustratif et non limitatif.
Exemple :
On fait croître des nanofils de silicium sur un substrat par un procédé de dépôt chimique en phase vapeur (« CVD ») .
Les nanofils sont ensuite séparés du substrat de croissance au moyen d'une légère agitation avec des ultrasons qui provoque leur libération dans une solution d' isopropanol .
Puis, les nanofils sont dispersés à l'aide d'une pipette sur un substrat en silicium fortement dopé recouvert par une couche d'oxyde thermique de haute qualité d'une épaisseur d'environ 300 nm. Le substrat en silicium fortement dopé est utilisé comme une électrode de grille.
La position des nanofils sur le substrat est repérée à l'aide de marques d'alignement pré- existantes. Les contacts métalliques sur chacun des nanofils sont définis par une étape de lithographie par faisceau d'électrons, une étape de dépôt de métal par faisceau d'électrons (120 nm de nickel), et une étape de « lift-off » par immersion dans l'acétone pendant 10 minutes à environ 55°C.
Avant le dépôt du métal, l'oxyde natif sur la surface des nanofils est éliminé par trempage pendant 5 secondes dans de l'acide fluorhydrique tamponnée (« BHF ») 5/1 contenant 5,40 % de NH F et 1,49% de HF.
Le dispositif pour former un siliciure de métal sur les nanofils mis en œuvre dans cet exemple est le dispositif décrit sur la Figure 2.
Plus précisément des nanofils en silicium ont été synthétisés à partir de nanoparticules d'or dans un réacteur de dépôt chimique en phase vapeur CVD (« Chemical Vapour Déposition » ou « CVD » en langue anglaise) .
Les nanofils sont des nanofils non dopés avec des diamètres de 20 à 40 nm.
La fabrication des dispositifs selon l'invention, en vue de mettre en œuvre le procédé selon l'invention, est faite de la façon suivante :
1. on dépose les nanofils de silicium sur un substrat de silicium fortement dopé, avec une couche superficielle d'oxyde thermique d'environ 300 nm d'épaisseur ; 2. on dépose une couche de PMMA (Poly (Méthacrylate de Méthyle)) et on repère la position des nanofils par rapport à un réseau prédéfini de plots métalliques, dits repères « markers » d'alignement ;
3. on expose la surface à un faisceau d'électrons afin de définir des lignes qui seront successivement métallisées ;
4. l'échantillon est mis dans une solution de Methyl Isobutyl Cétone (« MIK ») et d' isopropanol qui enlève uniquement le PMMA exposé au faisceau électronique ;
5. l'échantillon est immergé pendant environ 6 secondes dans une solution « BHF» à base d' acide fluorhydrique afin d'éliminer la couche d'oxyde de silicium qui recouvre la surface exposée des nanofils ;
6. juste après cette attaque chimique, l'échantillon est transféré dans un bâti de pulvérisation électronique et une couche d'environ 80 à 120 nm de métal, par exemple de nickel, est déposée ;
7. la fabrication de l'échantillon est complétée avec un processus dit de « lift-off » effectué dans un bain d'acétone qui enlève le PMMA et la couche de métal au-dessus. Par conséquent, le métal reste uniquement en correspondance des lignes définies par le faisceau électronique et qui deviennent, pour chaque nanofil contacté, les lignes métalliques (1) et (2) et les bandes métalliques (7) et (8), disposées parallèlement l'une à l'autre, ces deux bandes étant chacune perpendiculaires au nanofil. Chacune des bandes (7, 8) a généralement une longueur de 3 μπι et les deux bandes sont généralement séparées de 200 nm .
Le nanofil se trouve donc disposé sous chacune des bandes et est au contact de celles-ci sensiblement au milieu de chacune d'elles, avec une précision par exemple d'environ 200 nm.
Avec un générateur de tension, on fait croître la différence de potentiel VChauf fage dans la première ligne (1), en gardant une différence de potentiel fixe, par exemple de 1 Volt, entre les points (17) et (18), ou plutôt (19) et (20), afin de produire un courant de fuite pour le monitorage du processus.
Le courant de chauffage, induit par la différence de potentiel VChauf fage , peut atteindre une valeur d'environ 15 à 20 mA. La différence de potentiel appliquée entre les points (3) et (5) est d'environ 1 Volt.
La bande (7) agit comme une constriction au passage du courant, de sorte qu'une température très élevée est atteinte dans la portion centrale (17) de la bande métallique (7), là où le nanofil est en contact avec la bande (7) .
Le chauffage local du contact par effet Joule provoque un recuit du contact. En d'autres termes, le métal, tel que le nickel, qui recouvre le nanofil, commence à diffuser vers l'intérieur du nanofil pour former un alliage métallique, par exemple de nickel et de silicium, c'est-à-dire un siliciure métallique.
Grâce à l'appareil mis en œuvre selon l'invention, il est possible de contrôler en même temps le courant qui passe dans le nanofil en mesurant la différence de potentiel VfUite dans la résistance R qui est disposée en série avec le nanofil à l'extrémité de la seconde ligne (2) .
Afin de pouvoir suivre en temps réel les modifications qui sont induites dans la morphologie du nanofil, les expériences ont été réalisées avec un MEB équipé pour effectuer des mesures électriques tout en observant le nanofil.
Sur la Figure 6, on a porté les valeurs mesurées du courant de fuite (courbe B) qui passe dans le nanofil en fonction de temps ainsi que la valeur de la résistance normalisée (courbe A) de la première ligne ( 1 ) .
La résistance normalisée de la première ligne (1) (est le rapport entre la résistance R(I) de la bande dans laquelle passe un courant d'intensité I, et la résistance de la bande à une très faible polarisation .
Ce rapport est supérieur à 1 dès qu'il y a une dissipation de chaleur, due par exemple à une température plus élevée du métal près du milieu de la bande .
Lorsque l'on augmente le potentiel par incréments de 0,1 V, on mesure des incréments de la résistance normalisée qui montrent que pour chaque valeur de la différence de potentiel que l'on applique, on induit un chauffage instantané du métal. Le courant de fuite dans le nanofil reste constant jusqu'à ce que la résistance normalisée de la ligne atteigne une valeur proche de 1,3, ce qui correspond à une valeur du courant qui passe dans le nanofil d'environ 7 nA (voir Figure 6) .
La Figure 7 est une microphotographie prise au MEB du dispositif avec lequel un traitement de chauffage par effet Joule a été réalisé des deux côtés du nanofil (71) ; c'est-à-dire que la tension de chauffage a tout d'abord été appliquée à la première bande (72), aucune tension de chauffage n'étant appliquée à la seconde bande (73) puis la tension de chauffage a été appliquée à la seconde bande (73), aucune tension de chauffage n'étant appliquée à la première bande (72) .
Comme le montre de manière évidente la photographie, des régions plus claires, indiquées par les flèches (74), juste en-dessous de chaque contact, apparaissent après le traitement. Ces régions plus claires correspondent à des régions siliciées de siliciure de nickel.
La photographie démontre donc qu'un chauffage local par effet Joule peut effectivement former un siliciure sur un nanofil de silicium.
De plus, en mesurant en même temps le courant de fuite qui passe dans le nanofil, il y ainsi un moyen de contrôler la pénétration du métal le long du nanofil et éventuellement en principe, également la profondeur de la pénétration, du métal.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif pour former sur un nanofil en un semi-conducteur (15), un alliage de ce semi-conducteur avec un métal ou un métalloïde, ledit dispositif comprenant :
une première bande électriquement conductrice (7) en un métal ou un métalloïde apte à former un alliage avec le semi-conducteur du nanofil (15), et une seconde bande électriquement conductrice (8) en un métal ou un métalloïde apte à former un alliage avec le semi-conducteur du nanofil, espacées l'une de l'autre, la première (7) et la seconde (8) bandes électriquement conductrices formant une partie rétrécie respectivement d'une première ligne électriquement conductrice (1) et d'une seconde ligne électriquement conductrice (2), lesdites première (1) et seconde (2) lignes électriquement conductrices comprenant chacune une première extrémité (3, 4) et une seconde extrémité (5, 6), la partie centrale (17) de la première bande électriquement conductrice (7) étant apte à être mise en contact avec une première zone (19) de la surface du nanofil et la partie centrale (18) de la seconde bande électriquement conductrice (8) étant apte à être mise en contact avec une deuxième zone (20) de la surface du nanofil, espacée de la première zone (19) dans le sens de la longueur du nanofil ;
des moyens (9, 10, 11) pour appliquer une différence de potentiel, entre la première extrémité (3) de la première ligne électriquement conductrice (1) et la seconde extrémité (5) de la première ligne électriquement conductrice (1) et faire passer un courant depuis la première extrémité (3) vers la seconde extrémité (5) de la première ligne électriquement conductrice (1), et des moyens (14) pour relier la seconde extrémité (6) de la seconde ligne électriquement conductrice (2) à la terre (13), lesdits moyens comprenant une résistance R ;
éventuellement, des moyens pour appliquer une différence de potentiel, entre la première extrémité (4) de la seconde ligne électriquement conductrice (2) et la seconde extrémité (6) de la seconde ligne électriquement conductrice (2) lorsqu' aucune différence de potentiel n'est appliquée entre la première extrémité (3) de la première ligne électriquement conductrice (1) et la seconde extrémité (5) de la première ligne électriquement conductrice (1) et faire passer un courant depuis la première extrémité (4) vers la seconde extrémité (6) de la seconde ligne électriquement conductrice (2), et éventuellement des moyens pour relier la seconde extrémité (5) de la première ligne électriquement conductrice (1) à la terre, lesdits moyens comprenant une résistance R' ;
des moyens pour mesurer une différence de potentiel, dite première différence de potentiel de fuite de part et d'autre de la résistance R ;
éventuellement, des moyens pour mesurer une différence de potentiel, dite deuxième différence de potentiel de fuite de part et d'autre de la résistance R' ;
- des moyens pour appliquer une différence de potentiel, dite première différence de potentiel de polarisation entre la première zone (19) de la surface du nanofil et la deuxième zone (20) de la surface du nanofil, dans le sens de la longueur du nanofil ;
éventuellement, des moyens pour appliquer une différence de potentiel, dite deuxième différence de potentiel de polarisation entre la deuxième zone (20) de la surface du nanofil et la première zone (19) de la surface du nanofil (15), dans le sens de la longueur du nanofil lorsque la première différence de potentiel de polarisation n'est pas appliquée.
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la première (7) et la seconde (8) bandes électriquement conductrices sont parallèles.
3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première (7) et la seconde (8) bandes électriquement conductrices ont chacune une longueur de 1 à 5 μπι, par exemple de 3 μπι .
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première (7) et la seconde (8) bandes électriquement conductrices sont espacées l'une de l'autre de 100 nm à 300 nm, par exemple de 200 nm à 300 nm.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première (7) et la seconde (8) bandes électriquement conductrices sont en nickel ou en platine.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens (9, 10, 11) pour appliquer une différence de potentiel, entre la première extrémité (3) de la première ligne électriquement conductrice (1) et la seconde extrémité (5) de la première ligne électriquement conductrice (1), et les moyens éventuels pour appliquer une différence de potentiel, entre la première extrémité (4) de la seconde ligne électriquement conductrice ( 2 ) et la seconde extrémité (6) de la seconde ligne électriquement conductrice (2) comportent des moyens pour augmenter ou diminuer cette (ces) différence ( s ) de potentiel de manière continue ou par incrément, de manière manuelle ou automatique, par exemple en fonction de la valeur mesurée de la première différence de potentiel de fuite, respectivement de la deuxième différence de potentiel de fuite.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens (9, 10, 11) pour appliquer une différence de potentiel, entre la première extrémité (3) de la première ligne électriquement conductrice (1) et la seconde extrémité (5) de la première ligne électriquement conductrice (1) et les moyens pour appliquer une différence de potentiel, dite première différence de potentiel de polarisation entre la première zone (19) de la surface du nanofil (15) et la deuxième zone (20) de la surface du nanofil (15), dans le sens de la longueur du nanofil sont constitués par un même premier générateur de tension .
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens éventuels pour appliquer une différence de potentiel, entre la première extrémité (4) de la seconde ligne électriquement conductrice (2) et la seconde extrémité (6) de la seconde ligne électriquement conductrice (2), et les moyens éventuels pour appliquer une différence de potentiel, dite deuxième différence de potentiel de polarisation entre la deuxième zone (20) de la surface du nanofil (15) et la première zone (19) de la surface du nanofil (15) dans le sens de la longueur du nanofil sont constitués par un même deuxième générateur de tension .
9. Dispositif selon la revendication 7 ou 8, dans lequel ledit premier et ledit deuxième générateur de tension sont remplacés par un seul générateur de tension qui peut appliquer une différence de potentiel, entre la première extrémité (3) de la première ligne électriquement conductrice (1) et la seconde extrémité (5) de la première ligne électriquement conductrice (1) et une différence de potentiel, entre la première zone
(19) de la surface du nanofil (15) et la deuxième zone
(20) de la surface du nanofil (15), dans le sens de la longueur du nanofil, ou bien qui peut appliquer une différence de potentiel, entre la première extrémité (4) de la seconde ligne électriquement conductrice (2) et la seconde extrémité (6) de la seconde ligne électriquement conductrice (2) , et une différence de potentiel, entre la deuxième zone (20) de la surface du nanofil et la première zone (19) de la surface du nanofil, dans le sens de la longueur du nanofil.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, qui comprend plusieurs premières bandes électriquement conductrices et secondes bandes électriquement conductrices.
11. Procédé pour former, sur au moins un nanofil en un semi-conducteur, un alliage de ce semiconducteur avec un métal ou métalloïde, dans lequel on réalise les étapes successives suivantes :
a) on dépose ledit au moins un nanofil (15) en un semi-conducteur sur un substrat, par exemple une couche, en un matériau électriquement isolant, éventuellement disposé sur un autre substrat en un matériau différent dudit matériau électriquement isolant ;
b) on met en contact une première zone (19) de la surface du nanofil avec une partie centrale (17) d'une première bande électriquement conductrice (7), en un métal ou un métalloïde apte à former un alliage avec le semi-conducteur du nanofil, formant une partie rétrécie entre une première extrémité (3) et une seconde extrémité (5) d'une première ligne électriquement conductrice (1), et on met en contact une deuxième zone (20) de la surface du nanofil (15), espacée de la première zone (19) dans le sens de la longueur du nanofil avec une partie centrale (18) d'une seconde bande électriquement conductrice (8), en un métal ou un métalloïde apte à former un alliage avec le semi-conducteur du nanofil (15) , formant une partie rétrécie entre une première extrémité (4) et une seconde extrémité (6) d'une seconde ligne électriquement conductrice (2) ;
c) on applique une différence de potentiel dite première différence de potentiel de polarisation entre la première zone (19) de la surface du nanofil et la deuxième zone (20) de la surface du nanofil (15), dans le sens de la longueur du nanofil ;
d) on applique une différence de potentiel dite première différence de potentiel de chauffage, entre la première extrémité (3) de la première ligne électriquement conductrice (1) et la seconde extrémité (5) de la première ligne électriquement conductrice (1), tout en maintenant constante la première différence de potentiel de polarisation, et on mesure simultanément une différence de potentiel, dite première différence de potentiel de fuite, de part et d'autre d'une résistance R en série avec le nanofil (15) située entre la seconde extrémité (6) de la seconde ligne électriquement conductrice et la terre ;
e) on augmente la première différence de potentiel de chauffage de manière continue ou par incrément, de manière manuelle ou automatique, généralement à partir d'une valeur voisine de zéro, jusqu'à ce que l'on observe un saut de la première différence de potentiel de fuite indiquant que la première différence de potentiel de chauffage est alors suffisante pour provoquer un échauffement de la partie centrale (17) de la première bande électriquement conductrice (7) et de la première zone (19) de la surface du nanofil, la diffusion du métal ou du métalloïde dans et le long du nanofil et la formation de 1 ' alliage .
12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel le semi-conducteur est le silicium, éventuellement dopé.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 et 12, dans lequel les nanofils ont une longueur de 0,5 à 10 μπι et un diamètre de 20 à 50 nm.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, dans lequel le substrat en un matériau électriquement isolant est une couche en silice éventuellement disposée sur un substrat en silicium fortement dopé ; un substrat, par exemple une couche en nitrure de silicium ; ou un substrat, par exemple une couche d'alumine.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, dans lequel on dépose plusieurs nanofils sur le substrat en un matériau électriquement isolant, lesdits nanofils étant disposés de manière aléatoire, leur position étant éventuellement repérée à l'aide de marques préalablement réalisées sur le substrat ; ou selon des structures, motifs ordonnés, par exemple sous la forme de rangées ordonnées de nanofils .
16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 15, dans lequel le métal est choisi parmi le nickel et le platine.
17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 16, dans lequel en fonction de la première différence de potentiel de fuite mesurée, on modifie la première différence de potentiel de chauffage .
18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 17, dans lequel, à l'issue de l'étape e) , on réalise les étapes f ) , g), h) suivantes :
f) on applique une différence de potentiel dite deuxième différence de potentiel de polarisation entre la deuxième zone (20) de la surface du nanofil et la première zone (19) de la surface du nanofil, dans le sens de la longueur du nanofil ;
g) on applique une différence de potentiel dite deuxième différence de potentiel de chauffage, entre la première extrémité (4) de la seconde ligne électriquement conductrice (2) et la seconde extrémité (6) de la seconde ligne électriquement conductrice (2), tout en maintenant constante la deuxième différence de potentiel de polarisation, et on mesure simultanément une différence de potentiel, dite deuxième différence de potentiel de fuite, de part et d'autre d'une résistance R' en série avec le nanofil (15) située entre la seconde extrémité (6) de la première ligne électriquement conductrice et la terre ;
h) on augmente la deuxième différence de potentiel de chauffage de manière continue ou par incrément, de manière manuelle ou automatique, généralement à partir d'une valeur généralement voisine de zéro, jusqu'à ce que l'on observe un saut de la deuxième différence de potentiel de fuite indiquant que la deuxième différence de potentiel de chauffage est alors suffisante pour provoquer un échauffement de la partie centrale (18) de la seconde bande électriquement conductrice (8) et de la deuxième zone (20) de la surface du nanofil, la diffusion du métal ou du métalloïde dans et le long du nanofil et la formation de l'alliage.
19. Procédé selon la revendication 18, dans lequel en fonction de la deuxième différence de potentiel de fuite mesurée, on modifie la deuxième différence de potentiel de chauffage.
20. Procédé selon l'une quelconque des revendications 17 et 19, dans lequel la première différence de potentiel de chauffage et/ou la deuxième différence de potentiel de chauffage est (sont) modifiée (s) afin d'obtenir une première portion en alliage et/ou une deuxième portion en alliage de longueur (s) déterminée ( s ) (32, 33) le long du nanofil (15, 31) à partir respectivement de la première zone (19, 34) de la surface du nanofil et de la deuxième zone (20, 35) de la surface du nanofil.
21. Procédé selon la revendication 20, dans lequel la portion en semi-conducteur (38) de la longueur du nanofil entre la première portion en alliage (32) et la deuxième portion en alliage (33) est le canal d'un transistor.
22. Procédé selon la revendication 21, dans lequel on établit une courbe d'étalonnage qui donne pour chaque valeur du (des) courant (s) de fuite la longueur (39) du canal du transistor et on règle le premier et/ou le deuxième potentiel de chauffage de manière à obtenir la longueur de canal souhaitée.
23. Procédé selon l'une quelconque ces revendications 11 à 22, dans lequel les bandes électriquement conductrices sont définies directement sur les nanofils, par exemple par un procédé de lithographie .
PCT/EP2011/061924 2010-07-19 2011-07-13 Dispositif et procédé pour former sur un nanofil en semi-conducteur un alliage de ce semi-conducteur avec un métal ou un métalloïde Ceased WO2012010473A1 (fr)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP11735627.9A EP2596523B1 (fr) 2010-07-19 2011-07-13 Dispositif et procédé pour former sur un nanofil en semi-conducteur un alliage de ce semi-conducteur avec un métal ou un métalloïde
US13/810,742 US9034668B2 (en) 2010-07-19 2011-07-13 Device and method for forming on a nanowire made of a semiconductor an alloy of this semiconductor with a metal or a metalloid

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1055847A FR2962850B1 (fr) 2010-07-19 2010-07-19 Dispositif et procede pour former sur un nanofil en semi-conducteur un alliage de ce semi-conducteur avec un metal ou un metalloide.
FR1055847 2010-07-19

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012010473A1 true WO2012010473A1 (fr) 2012-01-26

Family

ID=43598268

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2011/061924 Ceased WO2012010473A1 (fr) 2010-07-19 2011-07-13 Dispositif et procédé pour former sur un nanofil en semi-conducteur un alliage de ce semi-conducteur avec un métal ou un métalloïde

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9034668B2 (fr)
EP (1) EP2596523B1 (fr)
FR (1) FR2962850B1 (fr)
WO (1) WO2012010473A1 (fr)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9559284B2 (en) 2015-03-17 2017-01-31 Globalfoundries Inc. Silicided nanowires for nanobridge weak links
US9754903B2 (en) * 2015-10-29 2017-09-05 Globalfoundries Inc. Semiconductor structure with anti-efuse device

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0562996A1 (fr) 1992-03-27 1993-09-29 International Business Machines Corporation Antifusible électriquement programmable utilisant une pénétration métallique d'une jonction
WO2005093831A1 (fr) * 2004-02-13 2005-10-06 President And Fellows Of Harvard College Nanostructures contenant des composants metal/semi-conducteur
EP1900681A1 (fr) * 2006-09-15 2008-03-19 Interuniversitair Microelektronica Centrum Transistors à effet tunnel à base de nanofils de silicium
KR100844094B1 (ko) * 2007-02-16 2008-07-04 연세대학교 산학협력단 나노 와이어 반도체 소자, 이를 구비하는 반도체 메모리소자 및 그의 제조방법
US20080246020A1 (en) * 2006-06-20 2008-10-09 Takahiro Kawashima Nanowire, method for fabricating the same, and device having nanowires

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0562996A1 (fr) 1992-03-27 1993-09-29 International Business Machines Corporation Antifusible électriquement programmable utilisant une pénétration métallique d'une jonction
WO2005093831A1 (fr) * 2004-02-13 2005-10-06 President And Fellows Of Harvard College Nanostructures contenant des composants metal/semi-conducteur
US20080246020A1 (en) * 2006-06-20 2008-10-09 Takahiro Kawashima Nanowire, method for fabricating the same, and device having nanowires
EP1900681A1 (fr) * 2006-09-15 2008-03-19 Interuniversitair Microelektronica Centrum Transistors à effet tunnel à base de nanofils de silicium
KR100844094B1 (ko) * 2007-02-16 2008-07-04 연세대학교 산학협력단 나노 와이어 반도체 소자, 이를 구비하는 반도체 메모리소자 및 그의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
US20130203191A1 (en) 2013-08-08
EP2596523B1 (fr) 2014-12-31
EP2596523A1 (fr) 2013-05-29
US9034668B2 (en) 2015-05-19
FR2962850B1 (fr) 2012-08-17
FR2962850A1 (fr) 2012-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2334848B1 (fr) Procede de fabrication de nanofils semiconducteurs a croissance laterale et transistors obtenus par ce procede
EP3144272B1 (fr) Procede d'orientation d'objets allongés disposes en surface d'un substrat
EP2612136B1 (fr) Procede de cartographie de la concentration en oxygene
FR2981795A1 (fr) Hybridation flip-chip de composants microelectroniques par chauffage local des elements de connexion
FR2981199A1 (fr) Dispositif microelectronique a memoire programmable comportant une couche de chalcogenure dope resistante a des temperatures elevees
FR2974180A1 (fr) Procede de determination de la concentration en oxygene interstitiel.
WO2010106248A1 (fr) Procédé de lithographie électronique a imagerie de cathodoluminescence
EP2596523B1 (fr) Dispositif et procédé pour former sur un nanofil en semi-conducteur un alliage de ce semi-conducteur avec un métal ou un métalloïde
EP3214664A1 (fr) Structure de commutateur comportant plusieurs canaux de materiau a changement de phase et electrodes de commande interdigitees
EP1801897B1 (fr) Procédé amélioré de réalisation de cellules mémoires de types PMC
EP3424875A1 (fr) Dispositif capteur a base de nanofils de longueur croissante
FR2575601A1 (fr) Procede et dispositif de determination de parametres electriques d'une couche semi-conductrice en fonction de la profondeur
FR2837322A1 (fr) DIODE SCHOTTKY DE PUISSANCE A SUBSTRAT SiCOI, ET PROCEDE DE REALISATION D'UN TELLE DIODE
EP1337683B1 (fr) Procede d'auto-organisation de microstructures ou de nanostructures et dispositif associe obtenu
FR3069952A1 (fr) Realisation d'un transistor a structure de canal et regions de source et de drain en semi-metal
Sakavičius et al. Annealing time effect on metal graphene contact properties
FR3006438A1 (fr) Capteur de temperature
FR2941816A1 (fr) Methode de caracterisation d'un procede d'implantation ionique.
FR2965569B1 (fr) Utilisation d'un procede de deposition par pulverisation cathodique d'une couche de chalcogenure
Park et al. Sb2Te3/TiTe2‐Heterostructure‐Based Phase Change Memory for Fast Set Speed and Low Reset Energy
EP3945545B1 (fr) Procede de formation de contacts ohmiques, notamment de type ni(gesn) mettant en oeuvre un recuit laser
FR2961018A1 (fr) Procede de fabrication d'un dispositif microelectronique a memoire programmable
FR3022638A1 (fr) Procede de caracterisation d'un dispositif de connexion electrique destine a etre hybride a un dispositif electronique
FR2993388A1 (fr) Dispositif microelectronique a memoire programmable
FR3150039A1 (fr) Procede de mesure de la resistance et de la capacitance de films minces en cours de depot domaine technique et état de la technique antérieure

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11735627

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011735627

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13810742

Country of ref document: US