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RÉSUMÉ
Cet article est une revue de l’utilisation du dépôt par couches atomiques dans le secteur de la microélectronique, en termes d’élaboration de couches minces et de réalisation de composants. Les applications, la chimie des précurseurs, les mécanismes de croissance ainsi que les différents type de réacteurs (avec ou sans assistance plasma) sont décrits.
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Mickael GROS-JEAN : Ingénieur Recherche et Développement - STMicroelectronics, Crolles, France
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Arnaud MANTOUX : Enseignant chercheur - Laboratoire de Science et Ingénierie des Matériaux et Procédés (SIMaP) - Grenoble-INP, CNRS, Université Grenoble Alpes, Grenoble, France
INTRODUCTION
L’ALD est arrivée assez tardivement en microélectronique avec une introduction dans les unités de fabrication de circuits intégrés qui date du début des années 2000. Le principal atout de l’ALD est sa capacité à fabriquer des films très minces avec un excellent contrôle de leur épaisseur, de leur composition chimique et de leur microstructure, que ce soit sur des surfaces planes ou sur des topographies complexes. De plus, de par son principe de saturation de surface, l’ALD n’est pas sensible à la consommation locale, comme c’est le cas avec la technique CVD qui peut conduire à des différences d’épaisseur déposée suivant la densité de motifs. Enfin, la température de dépôt est en général plus faible qu’en CVD, souvent bien inférieure à 400 °C, ce qui la rend compatible avec des empilements sous-jacents fragiles.
Dans cet article sont présentées les différentes applications de l’ALD dans le milieu de la microélectronique, par ordre chronologique d’introduction dans les unités de production. Les divers types d’équipements utilisés sont ensuite décrits, avec une présentation des différentes solutions permettant d’améliorer la rentabilité des procédés, paramètre aujourd’hui capital pour cette industrie devenue mature.
Domaine : ALD, couches minces, microélectronique
Degré de diffusion de la technologie : Croissance
Technologies impliquées : Couches minces en microélectronique
Domaines d’application : Microélectronique
Principaux acteurs français :
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Centres de compétence : CEA – Leti
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Industriel : STMicroelectronics
Autres acteurs dans le monde : Intel, Samsung, TSMC, Micron, Imec, Infineon, NXP
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Mémoires DRAM
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9. Conclusion
La technique ALD a été introduite en microélectronique dès le début des années 2000, avec essentiellement des applications utilisant des oxydes à forte permittivité diélectrique comme les mémoires DRAM, les capacités MIM et les transistors HKMG. L’ALD évolue aujourd’hui vers la PEALD, qui permet d’obtenir une plus large gamme de composition des films et d’effectuer des dépôts à plus basse température, à partir de 50 °C.
L’industrie de la microélectronique devient mature, et la concurrence est forte avec l’arrivée des fondeurs asiatiques depuis ces dix dernières années. Outre la performance des circuits, leur prix de fabrication est un facteur clé. Dès la phase de recherche et développement le coût est un des paramètres analysé lors du choix des solutions technologiques. Si pour les diélectriques et les électrodes des capacités et des transistors les critères de courants de fuite, fiabilité, contrôle des tensions de seuil ainsi que l’utilisation de topologies complexes orientent les choix vers l’ALD, il est plus difficile d’introduire l’ALD en remplacement de la technique PVD pour les dépôts de métaux des interconnexions. Cette concurrence du dépôt PVD est principalement liée au temps de dépôt pour une épaisseur donnée. Le dépôt PVD est typiquement 10 fois plus rapide qu’un dépôt ALD, donc pour fabriquer le même nombre de plaquettes il faudra investir dans 10 fois plus d’équipements, dont le prix est de plusieurs millions d’euros. L’ALD est donc introduite en production uniquement si elle permet d’atteindre une performance incontournable pour la technologie, et qu’aucune autre technique de dépôt ne peut atteindre.
L’introduction des techniques d’ALD spatiale pourrait rendre la technique plus compétitive d’un point de vue coût dans les prochaines années.
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BIBLIOGRAPHIE
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(5) - PUURUNEN (R.) et al - * - J. Appl. Phys, 97, 121301 (2005).
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(7) - MIIKKULAINEN (V.) et al - * - J. of Appl. Phys., 113,...
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