Bibliographie & annexes
Présentation
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RÉSUMÉ
Cet article détaille le principe de la méthode de dépôt chimique par flux alternés appelée Atomic Layer Deposition (ALD). À l’issue d’un inventaire des différents matériaux pouvant être déposés par cette technique, il est suivi d’un bref résumé de ses applications principales et émergentes.
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Nathanaelle SCHNEIDER : Chargée de Recherche au CNRS, Docteur en chimie des Universités de Strasbourg et Heidelberg - Institut de Recherche et Développement de l’Énergie Photovoltaïque (IRDEP), UMR 7174 EDF-CNRS-Chimie ParisTech, Chatou, France Institut du Photovoltaïque d’Île-de-France (IPVF), France
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Frédérique DONSANTI : Ingénieur chercheur à EDF, Docteur en génie des procédés et haute technologie de l’université Pierre et Marie Curie - Institut de Recherche et Développement de l’Énergie Photovoltaïque (IRDEP), UMR 7174 EDF-CNRS Chimie ParisTech, Chatou, France Institut du Photovoltaïque d’Île-de-France (IPVF), France
INTRODUCTION
La technique de dépôt chimique en phase vapeur par flux alternés, plus communément appelée Atomic Layer Deposition (ALD ou ALCVD) est une technique récente dérivée du dépôt chimique en phase vapeur (CVD). Ce procédé de dépôt est basé sur l’introduction séquentielle de- précurseurs, ce qui permet de fabriquer le matériau monocouche par monocouche et rend la croissance autolimitante et contrôlée par la surface.
Dans cet article, après un bref historique, nous expliquons en détail le principe de base de l’ALD. Pour cela, sont rappelées deux notions fondamentales qui lui sont liées (la CVD et l’adsorption), puis est décrite la croissance du matériau, en détaillant les différents mécanismes pouvant avoir lieu. Nous abordons également les classes de précurseurs adaptés à cette méthode, ainsi que les types de réacteur utilisés. Une attention particulière est portée à l’importance des paramètres de dépôt (précurseur, température, temps de pulse et de purge…) et leur influence sur les chimies de surface mises en jeu. Dans un second temps, est dressé l’inventaire des matériaux pouvant être déposés par cette technique en donnant quelques exemples de procédés. Enfin, nous détaillons les principales applications de ce procédé (microélectronique, photovoltaïque…) et indiquons également quelques applications émergentes.
Domaine : Techniques de dépôt de couches minces
Degré de diffusion de la technologie : Maturité
Technologies impliquées : Dépôt par couche atomique (ALD, Atomic Layer Deposition)
Domaines d’application : Matériaux, Couches minces, Microélectronique, Photovoltaïque
Principaux acteurs français :
– Centres de compétence : SIMaP (Science et Ingénierie des Matériaux et Procédés), IEMM (Institut Européen des Membranes), LMI (Laboratoire des Multimatériaux et Interfaces), LMGP (Laboratoire des Matériaux et du Génie Physique), CIRIMAT (Centre Interuniversitaire de Recherche et d’Ingénierie des Matériaux), IRDEP (Institut de Recherche et Développement sur l’Énergie Photovoltaïque), IRCELYON (Institut de Recherches sur la Catalyse et l’Environnement de LYON), IRCP (Institut de Recherches de Chimie Paris), C2P2 (Catalyse, Chimie, Polymères et Procédés), INL (Institut de Nanotechnologies de Lyon), LTM (Laboratoire des Technologies de la Microélectronique), LAAS (Laboratoire d’Analyse et d’Architecture des Systèmes), CINaM (Centre Interdisciplinaire de Nanoscience de Marseille), CEA LITEN, CEA LETI
– Industriels : Air Liquide, Altatech, Annealsys, EDF, Encapsulix, STMicroelectronics, Versum Materials
Autres acteurs dans le monde :
Applied Materials Inc., ASM International N.V., Beneq, Jusung Engineering Co. Ltd., Intel, Lam Research Corporation, Oxford Instruments, Picosun, Samsung, Tokyo Electron Limited, ULVAC Technologies Inc., Ultratech/Cambridge Nanotech, Veeco Instruments Inc
Argonne National Laboratory, Colorado University, Eindhoven University, Ghent University, Helsinki University, Ikerbasque, IMEC, Stanford University, Technische Universität Dresden, Tyndall National Institute, VTT Technical Research Center of Finland, Yonsei University
Contact : [email protected] ; [email protected]
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5. Applications de l’ALD
Le procédé de dépôt ALD, de par sa capacité à former des couches de matériaux d’épaisseur contrôlée, denses, couvrantes, avec un contrôle précis de la stœchiométrie, quel que soit le type de substrat même fragile (lisse, rugueux, nanostructurés, géométrie complexe, structures 3D, polymère…) à des températures relativement basses (généralement inférieures à 300 °C), est utilisé dans un très grand nombre de domaines d’applications . Le contrôle précis de l’épaisseur du film permet également le développement de nouvelles stratégies pour modifier les propriétés chimiques ou physiques de matériaux nanométriques et d’ouvrir de nouvelles voies de synthèse pour de nouvelles nanostructures.
La figure 6 donne un aperçu des applications principales de l’ALD.
On constate aisément sur cette figure que l’ALD a su conquérir une variété de domaines allant du médical au stockage de l’énergie. Nous allons nous intéresser plus en détail à certaines de ces applications, afin de mettre en lumière l’intérêt de cette technique de dépôt et les raisons qui en font un procédé de choix pour un bon nombre d’industries.
5.1 ALD pour la microélectronique
Grâce à ses qualités de contrôle de l’épaisseur et de la stœchiométrie, l’ALD est parvenue à remplacer les différentes techniques de dépôt classiques dans le domaine de la microélectronique. Cette technique est souvent utilisé pour la fabrication de diélectriques high k pour les transistors, ou pour le dépôt de couches barrières améliorant les interconnexions et également pour la fabrication des dispositifs de mémoire vive dynamique (DRAM). Par exemple, Samsung ou Intel utilisent l’ALD dans la fabrication de transistors, pour...
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Applications de l’ALD
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - PUURUNEN (R.L.) - « A short history of Atomic Layer Deposition : Tuomo Suntola’s Atomic Layer Epitaxy, » - Chem. Vap. Deposition, pp. 20, 332-344 (2014).
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(2) - BELMONTE (T.) - « Dépôts chimiques à partir d’une phase gazeuse, » - Techniques de l’ingénieur, p. M 1660 (2010).
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(3) - PUURUNEN (R.L.) - « Surface chemistry of atomic layer depostion : A case of study for the trimethylaluminium/ water process, » - J. Appl. Phys., vol. 97, p. 121301 (2005).
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(4) - MIIKKULAINEN (V.), LESKELÄ (M.), RITALA (M.), PUURUNEN (R.L.) - « Cristallinity of inorganic films grown by atomic layer deposition : Overview and general trends, » - J. Appl. Phys., vol. 113, p. 21301 (2013).
-
(5) - GEORGE (S.M.) - « Atomic Layer Deposition : An overview, » - Chem. Rev., vol. 110, pp. 111-131 (2010).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ALD Pulse
http://aldpulse.com/ (page consultée le 2 juin 2016)
BALD Engineering
http://www.baldengineering.com/ (page consultée le 2 juin 2016)
Virtual Project on the History of ALD
http://www.vph-ald.com/ (page consultée le 2 juin 2016)
HAUT DE PAGE
AVS-ALD conference, congrès (conférences + salon) ayant lieu chaque année dans un continent différent.
Baltic-ALD conference, congrès ayant lieu une année sur deux dans une ville européenne
http://eurocvd-balticald2017.se/
HAUT DE PAGE
Method for producing compound thin films, US. Patent 4 058 430 (1977).
HAUT DE PAGEOrganismes – Fédérations...
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