Contribution à l’étude de l’interaction métaux réfractaires (W, Mo, Nb, Ta) – Si (111) (7x7)

Abstract

Le travail présenté dans cette thèse est centré sur l’étude des siliciures de métaux réfractaires (W, Mo, Ta et Nb) et des interfaces que forment ces métaux avec le silicium. Les techniques employées sont la diffraction d’électrons lents, la spectroscopie Auger, la photoémission X et UV et la photoémission inverse U.V. Les siliciures de nickel, mieux connus, ont servi de base de départ pour déterminer les performances de l’appareil. Pour les siliciures de métaux réfractaires, nous avons exploré les bandes de valence et de conduction et précisé les caractères des différentes structures. Le niveau de Fermi se trouve dans une région de faible densité séparant les états liants occupés des états antiliants vides. Le caractère covalent prédomine largement la liaison métal-silicium. A température ambiante, le Mo et le W d’un côté, le Nb et le Ta de l’autre, forment avec le silicium des interfaces radicalement différentes. Les premiers croissent couche par couche et sans interdiffusion. La barrière de Schottky est établie avant le dépôt d’une couche complète. Pour les seconds un processus d’interdiffusion des atomes se Si et de métal a lieu, conduisant à des phases mixtes (1 Nb : 2Si) ou (1 Ta : 2Si) jusqu’aux dépôts de ~ 6mc pour le Nb et ~ 4 mc pour le Ta. Ensuite la couche supérieure est du Nb pur ou du Ta avec une concentration décroissante en Si. Au recuit, ces jonctions restent stables jusqu’aux environs de 400°C pour le Mo-Si et de 500°C pour les trois autres. Au-delà de cette température, dans le domaine des couches ultraminces (θ ≤ 4 mc) on note la nucléation d’îlots tridimensionnels de silicium. Pour des dépôts plus épais la couche de siliciure est continue. Les systèmes "inverse" Si/Ni et Si/Mo ont été explorés dans le but d’obtenir des renseignements complémentaires. Pour expliquer les résultats obtenus sur les quatre interfaces, nous avons proposé un modèle de réaction interfaciale dans lequel interviennent deux mécanismes compétitifs. Le premier est l’affaiblissement de la liaison Si-Si par l’écrantage de l’interaction coulombienne ce qui favorise l’interdiffusion, le deuxième est la liaison chimique au plan de l’interface qui, par contre, s’oppose à l’interdiffusion. Enfin l’interaction entre l’oxygène et le système W/Si (111) est aussi examinée, en partie pour avoir une idée sur l’affaiblissement de la liaison Si-Si à l’interface en présence d’une monocouche de métal réfractaire.