Deposition of polycrystalline silicon engineered with carbon for Radio Frequency applications

Pour les futures applications en télécommunications 5G, des substrats à base de silicium présentant une faible perte de signal et une excellente linéarité sont nécessaires. Parmi les solutions envisagées, la technologie RF-SOI est la plus avancée. Son empilement contient une couche de Haute Résistivité (HR), riche en pièges pour les porteurs de charges, composée de silicium polycristallin (poly-Si) de haute pureté déposée sur l’oxyde natif d'un substrat HR (HR-Si). Ce système présente certaines limitations provenant essentiellement de l'interface HR-Si/SiO2 et de sa stabilité thermique, mais également de la résistivité insuffisante de la couche riche en pièges. L'objectif principal de cette thèse était d'explorer des approches innovantes pour résoudre ces difficultés tout en restant compatible avec la technologie silicium. Afin d’atteindre ces objectifs, du carbone a été ajouté dans le système au cours des différentes étapes d'élaboration: i) remplacement de la couche interfaciale de SiO2 par une couche mince de 3C-SiC et ii) ajout de carbone pendant le dépôt de poly-Si.En utilisant la technique de dépôt chimique en phase vapeur à pression atmosphérique, des couches HR de poly-Si à l'état de l'art ont été déposée sur oxyde natif avec une épaisseur pouvant aller jusqu'à quelques dizaines de µm. Les résultats ont montré que la résistivité de la couche de poly-Si n'était pas directement dépendante de la taille moyenne des grains. Le remplacement de l'oxyde interfacial par une couche mince de mono- ou de poly-SiC, ainsi que l'adaptation des conditions de croissance ont permis d'atteindre des propriétés équivalentes à l'état de l'art des couches HR de poly-Si. Cet empilement a l'avantage d'être plus stable thermiquement en évitant la dissolution de la couche interfaciale. Cependant, ces améliorations sont accompagnées d’une chute de la résistivité à l’interface attribuée à la conductivité importante du matériau SiC. Par ailleurs, les propriétés de la couche HR et sa stabilité thermique peuvent être améliorées en dopant le poly-Si avec du Carbone, si une concentration adéquate de cette impureté est utilisée. L'insertion périodique de couches minces de SiC dans le poly-Si conduit à la stabilité thermique la plus élevée et à une augmentation de la résistivité moyenne de la couche. Néanmoins, des diminutions périodiques de la résistivité sont observées à chaque insertion de SiCFor future 5G telecommunication applications, Si-based substrates with low signal loss and excellent linearity are required. Among the envisaged solutions, RF-SOI is the most advanced. Its stack contains a High Resistivity (HR) Trap-Rich (TR) layer composed of high purity polycrystalline silicon (poly-Si) deposited on thin SiO2 native oxide of a HR-Si substrate (HR-Si). Some limitations of such system come from the HR-Si/SiO2 interface and its thermal stability, while increasing the resistivity of the TR-layer is also suited. The main objective of this thesis was to explore innovative approaches for solving these difficulties while staying Si-compatible. Towards this end, carbon was added in the system at different elaboration stages by i) replacing the SiO2 interfacial layer by 3C-SiC and by ii) C-engineering of the poly-Si layer during deposition.Using Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition technique, state-of-the-art poly-Si TR-layers were grown on native oxide with thickness up to few tens of µm. It was found that the resistivity of the poly-Si was not directly dependent on the average grain size. Replacing the interfacial oxide by a thin mono- or poly-SiC layer and adapting the growth process allowed reaching equivalent properties of the poly-Si with the benefit of superior thermal stability by avoiding the interfacial layer dissolution. But it is accompanied by the presence of a resistivity drop at the interface due to the conductivity of the SiC material. By doping the poly-Si with C, both the TR-layer properties and thermal stability can be improved when adequate concentration of this impurity is used. Periodic insertion of thin SiC layers inside the poly-Si led to the highest thermal stability and an increase of the layer mean resistivity while periodic resistivity reductions were observed at each SiC insertio

3C-SiC Heteroepitaxial Layers Grown on Silicon Substrates with Various Orientations

International audienceThis work investigates the 3C-SiC heteroepitaxial growth on silicon substrates having a wide variety of orientations, i.e. (100) on axis and 2°off, (111), (110), (211), (311), (331), (510), (553) and (995). All the 3C-SiC layers were grown using the same two-step CVD process with a growth rate of 2 µm/h. According to X-ray diffraction characterizations, direct heteroepitaxy (layer having exactly the same orientation as the substrate) was successful on most of the Si substrates except for (110) one which was the only orientation leading to obvious polycrystalline deposit. Each layer led to a specific surface morphology, the smoothest being the ones grown on Si(100)2°off, and (995) substrates. None of these layers cracked upon cooling though those grown on Si(111), (211) and (553) substrates were highly bowed

How to Grow Fully (100) Oriented SiC/Si/SiC/Si Multi‐Stack

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Comment faire croitre un multi-empilement SiC/Si/SiC/Si complètement orienté (100)

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Growth and Characterization of Undoped Polysilicon Thick Layers: Revisiting an Old System

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Chemically Selective Deposition of TiN by Ion-Assistance during Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition

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Topographic Selective Deposition (TSD) by Combining Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition and Atomic Layer Etching Processes

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Topographical selective deposition: A comparison between plasma-enhanced atomic layer deposition/sputtering and plasma-enhanced atomic layer deposition/quasi-atomic layer etching approaches

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Mono-Versus Poly-Crystalline SiC for Nuclear Applications

International audience3C-SiC layers of different microstructures (monocrystalline (100) and (111) oriented and polycrystalline) were implanted with high energy (800 keV) 129 Xe ++ ions. Implantations were performed at room temperature (RT) and at 500 °C using two different fluences of Φ1 = 1x10 16 and Φ2 = 1x10 17 at/cm 2. Surface blistering was only observed for RT and Φ2 implantations into poly-SiC material while mono-SiC kept rather smooth surface. This was due to more homogeneous Xe bubbles distribution (200 nm deep) in the mono-SiC than in the poly-SiC. Xe retention was found to be almost complete for all samples. Some Xe enhanced diffusion was detected in the poly-SiC material which was attributed to grain boundaries. Some irradiation-induced oxidation effect was evidenced, O element being located at the depth where Xe bubbles are accumulating. This was more pronounced for poly than for mono-SiC. These results demonstrate that SiC microstructure affects many aspects of its behavior upon Xe irradiation

Selective patterning using deposition and etch: case of area selective deposition

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