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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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Types de chambres de dépôt ALD et vitesse de dépôt
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6. Interconnexions et contact
Vers la fin des années 1990, l’aluminium a été remplacé par du cuivre pour la fabrication des interconnexions métalliques car ce dernier possède une résistivité plus faible, ce qui permet au signal électrique de se propager plus rapidement dans le circuit . Les interconnexions sont formées des lignes de cuivre sur différents niveaux (jusqu’à 12), chaque niveau étant connecté par des plots de cuivre (figures 5 b et 13 a ). Ces lignes et ces plots sont fabriqués par gravure de tranchées et de puits dans des isolants puis remplis par voie électrochimique en phase liquide.
L’introduction du cuivre a dû être accompagnée par l’introduction de couches barrières à base de tantale ou de titane, ces couches permettant d’éviter la diffusion d’atomes de cuivre vers les isolants. Ce sont typiquement des empilements TaN/Ta ou TiN/Ta d’environ 10 nm qui sont employés, et ces matériaux doivent être déposés dans le fond et sur les parois des cavités, sans laisser de zones non recouvertes. Outre l’uniformité des dépôts dans des topologies complexes, les propriétés que ces couches doivent respecter sont une bonne adhésion sur les diélectriques, une bonne capacité à bloquer la diffusion du cuivre, et une résistivité la plus faible possible pour conserver une conductivité moyenne de ligne élevée. Ces propriétés doivent être obtenues pour des températures inférieures à 400 °C pour ne pas dégrader les couches sous-jacentes et pour ne pas faire diffuser les différents éléments présents dans les structures. Une fine couche de cuivre doit également être déposée sur la barrière afin d’initier le dépôt électrochimique de cuivre.
En général, les couches barrière et la couche de cuivre sont déposées par pulvérisation (ou PVD pour Physical Vapor Deposition) et de nombreuses études ont été...
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Interconnexions et contact
BIBLIOGRAPHIE
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(3) - HIGASHI (G.S.) et al - * - Appl. Phys. Lett., 55, 1963 (1989).
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(4) - SOTO (C.) et al - * - J. Vac. Sci. Technol. À, 9, 2686 (1991).
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(5) - PUURUNEN (R.) et al - * - J. Appl. Phys, 97, 121301 (2005).
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(6) - X. ZHAO (X.) et al - * - Phys. Rev. B, 65, 075105 (2002).
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(7) - MIIKKULAINEN (V.) et al - * - J. of Appl. Phys., 113,...
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