Filière technologique hybride InGaAs/SiGe pour applications CMOS

Abstract

High-mobility channel materials such as indium-galium-arsenide (InGaAs) and silicon-germanium(SiGe) alloys are considered to be the leading candidates for replacing silicon (Si) in future lowpower complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) circuits. Numerous challenges haveto be tackled in order to turn the high-mobility CMOS concept into an industrial solution. Thisthesis addresses the majors challenges which are the integration of InGaAs on Si, the formationof high-quality gate stacks and self-aligned source and drain (S/D) regions, the optimizationof self-aligned transistors and the co-integration of InGaAs and SiGe into CMOS circuits. Allinvestigated possible solutions are proposed in the framework of very-large-scale integration requirements.Chapter 2 describes two different methods to integrate InGaAs on Si. Chapter 3 detailsthe developments of key process modules for the fabrication of self-aligned InGaAs metal-oxidesemiconductorfield-effect transistors (MOSFETs). Chapter 4 covers the realization of varioustypes of self-aligned MOSFETs towards the improvement of their performance. Finally, chapter5 demonstrates three different methods to make hybrid InGaAs/SiGe CMOS circuits.Les materiaux à forte mobilité comme l’InGaAs et le SiGe sont considérés comme des candidats potentiels pour remplacer le Si dans les circuits CMOS futurs. De nombreux défis doivent être surmontés pour transformer ce concept en réalité industrielle. Cette thèse couvre les principaux challenges que sont l’intégration de l’InGaAs sur Si, la formation d’oxydes de grille de qualité, la réalisation de régions source/drain auto-alignées de faible résistance, l’architecture des transistors ou encore la co-intégration de ces matériaux dans un procédé de fabrication CMOS.Les solutions envisagées sont proposées en gardant comme ligne directrice l’applicabilité des méthodes pour une production de grande envergure.Le chapitre 2 aborde l’intégration d’InGaAs sur Si par deux méthodes différentes. Le chapitre3 détaille le développement de modules spécifiques à la fabrication de transistors auto-alignés sur InGaAs. Le chapitre 4 couvre la réalisation de différents types de transistors auto-alignés sur InGaAs dans le but d’améliorer leurs performances. Enfin, le chapitre 5 présente trois méthodes différentes pour réaliser des circuits hybrides CMOS à base d’InGaAs et de SiGe