Bibliographie & annexes
Présentation
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RÉSUMÉ
Le procédé d’ALD (Atomic Layer Deposition) nécessite des précurseurs qui présentent une volatilité et une stabilité thermique importante pour permettre leur transport en phase gaz mais également une forte réactivité avec le substrat. Rassembler toutes ces propriétés physico-chimiques au sein d’un même composé requiert une ingénierie moléculaire précise en termes de structure tridimensionnelle et de force des interactions intra- (liaisons chimiques) et inter-moléculaires (liaisons hydrogènes ou de type Van der Waals). L’article présente les différents paramètres disponibles aux chimistes et utilisateurs pour permettre de sélectionner la famille de précurseurs appropriée à un procédé.
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Stéphane DANIELE : Professeur des Universités - Institut de Recherches sur la Catalyse et l’Environnement de Lyon, IRCELYON-UMR CNRS 5256, Université Lyon 1, Villeurbanne, France
INTRODUCTION
L’ALD (Atomic Layer Deposition) est un procédé de dépôts de couches minces en phase gaz qui consiste en un apport séquentiel d’un -complexe ou précurseur métallique et d’un réactif (H2O, N2O…) sur un substrat chauffé. Chaque étape est associée à une réactivité chimique : celle du précurseur sur la surface puis celle du réactif sur le précurseur et des séquences de purges sont prévues pour l’élimination des coproduits.
Ce procédé nécessite de disposer de précurseurs volatils, stables thermiquement (pour le stockage et le transport) et réactifs avec une surface donnée (en particulier avec les espèces de surfaces présentes). L’association de toutes ces propriétés au sein d’une même molécule est souvent reliée à la structure tridimensionnelle de celle-ci et à la force des interactions intra- et intermoléculaires. Cette filiation structure/propriétés des précurseurs moléculaires pour ALD sera donc abordée en détaillant les impacts de différents paramètres atomiques du métal et ceux structuraux du ligand tels que son encombrement stérique, la présence d’atomes de fluor, sa dissymétrie et/ou ses propriétés électroniques (donneur ou accepteur) sur la volatilité, la stabilité et la réactivité de ces molécules. L’objectif de cet article est de donner à des utilisateurs de procédés ALD, chimiste ou pas, un guide pratique permettant d’appréhender les performances de molécules en tant que précurseurs ALD, voire de sélectionner la famille de précurseurs appropriée à un procédé.
Domaine : Chimie moléculaire inorganique
Degré de diffusion de la technologie : Croissance
Technologies impliquées : Dépôt de couches minces ou films
Domaines d’application : Micro-électronique, films barrières, photovoltaïque,
Principaux acteurs français :
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Pôles de compétitivité : Minalogic http://www.minalogic.com
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Industriels : Air Liquide https://www.airliquide.com.fr https://www.airliquide.com/fr
Autres acteurs dans le monde :
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Air Products http://www.airproducts.fr/products/Chemicals/Specialty-Chemicals-Electronics/Thin-Film-Deposition.aspx
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SAFC Commercial Life Science Products & Services | Sigma-Aldrich http://www.sigmaaldrich.com/materials-science/micro-and-nanoelectronics/cvd-ald-precursors.html
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University of Helsinki, Laboratory of Inorganic Chemistry http://www.helsinki.fi/kemia/epaorgaaninen/research/thin.html
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MOTS-CLÉS
ingénierie moléculaire précurseurs inorganiques interactions intermoléculaires interactions intramoléculaires
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Conclusions et tendances
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2. Ingénierie moléculaire des précurseurs ALD
Associer au sein d’une même molécule des propriétés de volatilité, de stabilité thermique et de réactivité se révèle être un réel défi relié à l’ingénierie moléculaire, c’est-à-dire à la structure tridimensionnelle de la molécule et à la force des interactions intra- (liaisons chimiques) et intermoléculaires (liaisons hydrogènes ou de type van der Waals). Cette filiation structure/propriétés des précurseurs moléculaires pour ALD doit donc tenir compte des différents paramètres atomiques du métal (rayon, charge, degré d’oxydation) et ceux structuraux du ligand tels que son encombrement stérique, la présence d’atomes de fluor, sa dissymétrie et/ou ses propriétés électroniques (donneur ou accepteur).
Trouver la sphère de coordination la plus appropriée qui permette un dépôt performant par ALD est un domaine de recherches qui a été abordé depuis les années 1990 par plusieurs grands groupes internationaux et/ou de prestigieuses universités mondiales, le plus souvent en connexion avec l’industrie de la micro-électronique.
Les axes de recherche en ingénierie moléculaire portent sur trois thématiques interdépendantes :
-
comment favoriser la volatilité d’un complexe métallique ?
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comment améliorer la stabilité thermique d’un complexe métallique ?
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comment augmenter la cinétique de réactivité de -complexes avec une surface ?
Bien qu’il soit difficile de répondre de façon singulière à chacune de ces questions, les paramètres étant souvent interdépendants, il est possible de donner quelques tendances permettant de prédire/d’estimer dans une certaine mesure la volatilité, la stabilité et la réactivité d’un complexe métallique pour son utilisation en ALD ...
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Ingénierie moléculaire des précurseurs ALD
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - HERRMANN (W.A.), HUBER (N. W.), RUNTE (O.) - Volatile metal alkoxides according to the concept of donor functionalization, - Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 34 2187-2206, (1995).
-
(2) - HATANPÄÄ (T.), RITALA (M.), LESKELÄ (M.) - Precursors as enablers of ALD technology : Contributions from University of Helsinki, - Coord. Chem. Rev. 257 3297– 3322, (2013).
-
(3) - LEE (S.W.), CHOI (B.J.), EOM (T.), HAN (J.H.), KIM (S.K.), SONG (S.J.), LEE (W.), HWANG (C.S.) - Influences of metal, non-metal precursors, and substrates on atomic layer deposition processes for the growth of selected functional electronic materials, - Coord. Chem. Rev. 257 3154 – 3176, (2013).
-
(4) - RAMOS (K.B.), SALY (M.J.), CHABAL (Y.J.) - Precursor design and reaction mechanisms for the atomic layer deposition of metal films, - Coord. Chem. Rev. 257 3271– 3281, (2013).
-
(5) - LI (W.-M.) - Recent Developments of Atomic Layer Deposition Processes for Metallization, - Chem. Vap. Deposition 19 82–103, (2013).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Congrès ALD : congrès international qui a lieu tous les ans alternativement aux États-Unis, en Europe et en Asie.
HAUT DE PAGE
Précurseur du ruthénium ayant deux ligands différents destiné à être utilisé dans des applications de semi-conducteur WO2009013721A1
Précurseurs de métal alcalino-terreux pour le dépôt de films contenant du calcium et du strontium WO2009116004A2
Dépôt de films d’oxyde ternaire contenant du ruthénium et des métaux alcalino-terreux WO2009118708A1
Préparation de précurseurs contenant du lanthanide et dépôt de films contenant du lanthanide WO2009149372A1
Précurseurs de cyclopentadiényle de métal de transition hétéroleptique destinés à la déposition de films contenant un métal de transition WO2010010538A3
Precursors having open ligands for ruthenium containing films deposition US7807223
Deposition of ternary oxide films containing ruthenium and alkali earth metals US8092721
Methods for synthesis of heteroleptic cyclopentadienyl transition metal precursors US8236979
Preparation of lanthanide-containing precursors and deposition of lanthanide-containing films US8283201
Heteroleptic cyclopentadienyl transition metal precursors for deposition of transition metal-containing films US8298616
Ruthenium-containing precursors for CVD and ALD US8357614
Preparation of lanthanide-containing precursors and deposition of lanthanide-containing films US8507905
Cyclopentadienyl...
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