Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
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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This article is a review of the use of atomic layer deposition (ALD) in the microelectronics domain for the development of thin films and producing components. Applications, chemical precursors, growth mechanisms and reactor types (with or without plasma assistance) are described.
Auteur(s)
-
Mickael GROS-JEAN : Ingénieur Recherche et Développement - STMicroelectronics, Crolles, France
-
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 :
-
Centres de compétence : CEA – Leti
-
Industriel : STMicroelectronics
Autres acteurs dans le monde : Intel, Samsung, TSMC, Micron, Imec, Infineon, NXP
L'expertise technique et scientifique de référence
KEYWORDS
DRAM memories | MIM capacities | HKMG transistors | PEALD process
DOI (Digital Object Identifier)
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Les capacités MIM
En anglais
1. Mémoires DRAM
La première utilisation de l’ALD pour la production en volume de puces date du début des années 2000, pour la fabrication des diélectriques et des électrodes des condensateurs des mémoires DRAM (figure 1). Une cellule mémoire élémentaire est formée d’un transistor associé à une capacité, et l’état logique de cette mémoire est alors défini en fonction de la présence ou l’absence de charges électriques aux bornes de la capacité.
Avant les années 2000, les condensateurs des mémoires produites utilisaient un empilement Si/SiO2/Si, et l’utilisation de tranchées ou de trous augmentait la surface développée, permettant ainsi d’obtenir une capacité suffisante pour que le signal électrique soit détectable, de l’ordre de 20-30 femtofarads. Mais au début des années 2000, avec la réduction des dimensions des cellules, il a fallu trouver des nouvelles solutions pour augmenter la densité de capacité des structures, afin de conserver une valeur de capacité de 20-30 femtofarads environ tout en diminuant leur encombrement. Des électrodes métalliques ou quasi-métalliques comme le TiN ont remplacé les électrodes en silicium, permettant ainsi d’éliminer les zones de charge d’espace qui créent une capacité en série, diminuant ainsi la capacité totale de la structure. En outre, le film d’oxyde de silicium a été remplacé par une couche d’alumine possédant une épaisseur de 5 nm environ et permettant de passer d’une constante diélectrique de 3,9 à 9. Les structures 3D ont été conservées, mais avec des tailles d’ouvertures diminuées et la taille des profondeurs des structures 3D augmentée. Par conséquent, il a fallu s’orienter vers l’ALD car c’est la seule technique capable de recouvrir de manière uniforme la surface interne de tranchées ou de trous présents dans les structures 3D. De plus, les dépôts ALD sont effectués à basse température, contrairement aux dépôts de SiO2 et de silicium polycristallin, ce qui permet de placer les condensateurs au-dessus des transistors, au niveau des interconnexions. Par ailleurs, il faut noter que le choix s’est porté sur l’alumine car cet oxyde est le matériau de mieux maîtrisé en ALD au début des années 2000 ...
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Mémoires DRAM
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BERTHELOT (A.) et al - * - ICMTD proceedings, 127 (2007).
-
(2) - WEINREICH (W.) et al - * - J. Vac. Sci. Technol., A31(1), 01A119 (2013).
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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).
-
(6) - X. ZHAO (X.) et al - * - Phys. Rev. B, 65, 075105 (2002).
-
(7) - MIIKKULAINEN (V.) et al - * - J. of Appl. Phys., 113,...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Circuits en couches minces – Couches minces traditionnelles,
-
Atomic Layer Deposition (ALD) Principes généraux, matériaux et applications.
ANNEXES
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