Alors que nous approchons des nœuds technologiques ultimes dans le domaine de la logique numérique, la réduction de leurs dimensions est d’avantage impactée sur la longueur de leurs contacts plutôt que sur leur grille. Dès lors, il apparait nécessaire de réduire significativement la résistivité de ces contacts afin de ne pas dégrader les performances des futurs nœuds technologiques.Cependant, à cause de l’ancrage du niveau de Fermi, la plupart des métaux utilisés dans la micro-électronique présentent un travail de sortie effectif très éloigné de sa valeur théorique lorsque mis en contact avec du silicium. Prévenant toute modification de la hauteur de barrière Schottky à l’interface, ce phénomène empêche l’optimisation de la résistivité de contact. Afin de l’endiguer, une approche récente consiste à insérer une couche de diélectrique au sein du contact formant ainsi une jonction Métal/Isolant/Semi-conducteur (MIS). Néanmoins, la plupart des études présentées dans l’état de l’art ont été réalisées dans des environnements non-industriels, visant d’avantage à l’obtention de preuves de concept plutôt qu’à l’intégration de contacts MIS dans des produits manufacturés.Ce travail de thèse consiste donc à i) analyser le schéma optimal d’intégration de contacts MIS simultanément sur substrats n et p présentant des concentrations de dopants relativement élevées ; ii) Evaluer l’impact de tels contacts sur les performances des nœuds avancés ; iii) Fabriquer des contacts MIS dans un environnement semi-industriel en utilisant les matériaux conventionnement utilisés en micro-électronique avancée ; iv) Evaluer les propriétés effectives des contacts MIS ainsi fabriqués. / As we reach the ultimately scaled digital logic CMOS nodes, the scaling is more and more reflected on the contact length decrease rather than on that of the gate length in order to preserve well-behaved MOSFET characteristics. As a consequence, meeting the performance requirements for the upcoming devices generations implies to drastically decrease the contact resistivity value.However, due to Fermi level pinning, most of the metals used in the microelectronics today feature an effective metal work function almost independent from their reference value when contacted to silicon. This phenomenon hinders the optimization of the Schottky barrier height at the interface and thus of the contact resistivity. An innovative approach consists in inserting a dielectric layer between the metal and the semiconductor of the contacts thus forming Metal/Insulator/Semiconductor (MIS) junctions. Recently, studies of sub-nanometric TiOx insertions have shown promising results on n-type Si. Nevertheless, most of the studies of the state-of-the-art were performed in a non-industrial environment and were more focused on achieving a proof of concept rather than implementing MIS contacts in existing manufactured products with all their constraints. The work of this thesis consists in i) analyzing the optimal co-integration scheme of MIS contacts on n- and p-type semiconductors presenting relatively high doping concentration; ii) Evaluating the impact of such contacts on advanced MOSFETs nodes; iii) Implementing MIS contacts in a semi-industrial environment using the materials commonly found in advanced microelectronics; iv) Gauging the effective electrical properties of MIS contacts.

Avec l’avènement de l’internet des objets, la diversification des moyens de communication et l’augmentation de la puissance de calcul des processeurs, les besoins en termes d’échange de données n’ont cessé d’augmenter. Ces technologies nécessitent de combiner notamment sur un circuit intégré des fonctions optiques et RF réalisées à partir de matériaux III-V avec des fonctions logiques en silicium. Cependant en pré requis à la réalisation de ces dispositifs, il faut obtenir des couches de III-V sur des substrats de silicium avec une bonne qualité structurale et savoir former des contacts de type n et p avec une faible résistivité. L’objectif de cette thèse est d’intégrer sur silicium du GaAs car ce matériau est couramment employé dans fabrication d’émetteurs et de récepteurs pour les communications sans fils ainsi que dans la conception de LEDs et de lasers. Dans cette optique, ces travaux de thèse proposent donc d’étudier la croissance de GaAs sur des substrats de silicium de 300 mm par épitaxie en phase vapeur aux organométalliques et sur la formation de contacts n et p avec une faible résistivité sur ce même GaAs. En premier lieu, des études seront menées pour pouvoir s’affranchir des défauts générés durant la croissance du GaAs sur silicium (parois d’antiphase et dislocations émergentes). Par la suite, des caractérisations structurales (diffraction par rayons X, FIB STEM), morphologiques (AFM), électriques (effet hall) et optiques (photoluminescence) permettront de rendre compte de la qualité du matériau et de l’impact de ces défauts. Enfin, l’évolution des propriétés (optiques et de transport) du GaAs ainsi que la formation de contacts de type n et p avec une faible résistivité sera abordée. / With the emergence of Internet of Things (IoT), diversification of communication means and rise of processors’ computational power, the requirements in data exchange never stopped rising. These technologies need to combine on integrated circuits, optical and RF purposes fabricated from III-V compounds with silicon logical functions. However, as preliminary for the achievement of such devices, III-V semiconductors with good crystal quality have to be obtained on silicon substrates and formation of n & p type contacts with low resistivity is required. The purpose of this thesis is to integrate GaAs on silicon because this semiconductor is frequently used for the fabrication of emitters and receptors for wireless communication as well as in LEDs and lasers’ conception. With this is mind, this PhD work focuses on the growth of GaAs on 300 mm silicon substrates by metalorganic chemical vapour deposition and the formation of n & p type contacts with low contact resistivity on this GaAs. Firstly, efforts will put on the removal of the crystalline defects being the most prohibitive for the use of such materials: antiphase boundaries and threading dislocations. Then, structural (X-ray diffraction, FIB STEM), morphological (AFM), electrical (Hall Effect) and optical (photoluminescence) characterizations will highlight the quality of the epitaxial films. Finally, the evolution of GaAs properties (optical and transport) and the formation of n & p-type contacts with low resistivity will be discussed.