Présentation
EnglishRÉSUMÉ
Les réacteurs de dépôt de couche minces par ALD (Atomic Layer Deposition) pour une variété d'applications de recherche, de développement et de fabrication sont présentés dans cet article. L'ensemble des conditions physiques et chimiques aux échelles nano- et micrométrique nécessaires pour obtenir un processus de croissance ALD sont passées en revue. Ensuite, les différentes approches qui ont été développées pour obtenir ces conditions dans un réacteur macroscopique sont discutées. La dernière partie de l’article est une discussion sur les différents types de réacteurs utilisés selon les applications.
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Jacques Kools : Président - Encapsulix SAS, Simiane, France
INTRODUCTION
Cet article traite des sciences et technologies à la base des réacteurs de dépôt ALD. Un réacteur de dépôt est un objet macroscopique permettant de réaliser des processus de croissance atomique de façon reproductible et contrôlée. Le choix du réacteur et sa configuration sont souvent les étapes les plus importantes dans la mise en place d’un projet d’ALD, à l’échelle d’un laboratoire ou à celle d’une usine.
Le développement et la commercialisation d’équipements d’ALD se déroulent dans le cadre de l’industrie des équipements de dépôts de couches minces sous vide. À l’échelle mondiale, cette industrie dédiée au marché mondial est née et s’est développée pendant les 35 dernières années afin de produire et commercialiser des machines utilisant des techniques telles que la PVD (Physical Vapor Deposition), la CVD (Chemical Vapor Deposition)…
Il y a une tendance générale dans l’industrie des équipements à couches minces d’accroître le contenu technologique, et donc la valeur ajoutée, de son offre. Tous les équipementiers ont maintenant des laboratoires d’ingénierie et de démonstration de procédés où ils se développent et démontrent les nouveaux procédés de dépôts. La pratique courante est de démontrer le dépôt de couches dans le cadre d’un projet d’achat d’équipement et de fournir le savoir-faire nécessaire pour le bon fonctionnement et l’entretien de l’équipement, y compris les paramètres de fonctionnement et recettes standards, des fournisseurs recommandés de consommables comme des produits chimiques et des pièces de rechange. La plupart des utilisateurs concentreront ensuite leurs efforts de développement sur l’intégration du procédé de dépôt développé par l’équipementier dans la séquence de fabrication particulière de leur dispositif. Cette route vers la commercialisation des progrès en nanotechnologie s’est avérée extrêmement efficace, ainsi les coûts importants de recherche et développement chez le fournisseur d’équipement peuvent être répartis sur un grand nombre de fabricants de composants, sans limiter la capacité des utilisateurs de l’équipement à se de différencier de leur concurrents dans leur marché.
Le marché de l’équipement de l’ALD a augmenté régulièrement au cours des deux dernières décennies. Le taux moyen de croissance annuel de l’industrie a été au-delà de 20 %, et l’ensemble du marché dépasse désormais 1 milliard d’euros par an. Ce marché est desservi par une variété de fournisseurs, établis principalement en Amérique du Nord, Europe et de plus en plus en Asie.
Dans cet article, nous passerons en revue les conditions de base qui sont nécessaires pour la réalisation d’un procédé d’ALD.
Nous allons ensuite formuler des critères de performance qui permettent d’évaluer et de comparer comment un certain équipement est adaptée à un usage particulier. Quelques architectures de réacteurs ALD qui ont été élaborés à ce jour sont présentées. Finalement, quelques applications pratiques seront décrites.
Domaine : Nanotechnologie
Degré de diffusion de la technologie : Croissance
Technologies impliquées : Dépôt de couches minces, technique du vide, simulations numériques
Domaines d’application : Microélectronique, photovoltaïque, électronique souple, OLED, stockage d’électricité,
Principaux acteurs français :
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Pôles de compétitivité : Minatec, SCS
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Centres de compétence : CEA, CNRS
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Industriels : Encapsulix, Kemstream, Annealsys
Autres acteurs dans le monde :
ASMI (Pays-Bas), Applied Materials (États-Unis), Beneq (Finlande), NCD (Corée du Sud), Picosun (Finlande), TES (Corée du Sud), Veeco (États-Unis),
Contact : [email protected]
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3. Architectures de réacteur
Dans cette section, nous examinerons les différentes architectures de réacteurs ayant été capables de réaliser les conditions nanoscopiques nécessaires pour un procède ALD dans un environnement de recherche et développement ou d’usine. On peut distinguer deux approches majeures : une approche a un substrat restant en place pendant le dépôt, et des gaz en mouvement. Cette approche est appelée de l’ALD temporelle. La seconde approche a un gaz stationnaire et un substrat en mouvement. Cette approche est appelée ALD spatiale. L’ALD spatiale sera discutée en détail dans [RE262].
3.1 ALD Temporelle
Les trois plus importantes géométries de réacteurs d’ALD temporelle sont présentées à la figure 3.
Le concept de douche de gaz (« Gas Showerhead ») utilise un volume cylindrique de distribution de gaz avec des trous percés face au substrat. Le gaz est introduit dans ce volume de distribution, puis rentre dans le réacteurs par les trous dans le diffuseur, et suit son chemin vers la pompe par un écoulement radial au-dessus de la plaquette. Cette géométrie est bien adaptée pour les substrats circulaires et plans comme les plaquettes de silicium utilisées dans l’industrie des semi-conducteurs. L’utilisation d’un porte-substrat circulaire ainsi que le faible encombrement de l’espace autour du substrat rendent ce dispositif bien adapté à l’intégration dans les clusters à vide du type SEMI-MESC. En appliquant une puissance radiofréquence (RF) à la plaque de diffusion, l’intégration d’un plasma à couplage capacitif est possible.
Dans une variante, une source de plasma cylindrique à couplage inductif (ICP) peut être montée au-dessus de la plaquette. Cette source fournit un flux de radicaux qui sont guidés sur le substrat à travers une pièce de montage conique.
Dans un réacteur à écoulement transversal (« cross flow reactor »), le flux de gaz coule, d’une manière linéaire, à partir d’un injecteur vers un échappement,...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - POODT (P.E.) et al - Spatial atomic layer deposition : A route towards further industrialization. - J. Vac Sci Technology, A30, 010802 (2012).
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(2) - ELAM (A.Y.-G.) - Analytic expressions for atomic layer deposition : Coverage, throughput, and materials utilization in cross-flow, particle coating, and spatial atomic layer deposition. - J. Vac Sci. Technol., A32, 031504 (2014).
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(3) - ERNST GRANNEMAN (P.F.) - Batch ALD : Characteristics, comparison with single wafer ALD, and examples. - Surface & Coatings Technology, 201, p. 8899 (2007).
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(4) - GEORGE (S.) - Atomic Layer Deposition : An Overview. - Chem. Rev, 110, 111-131 (2010).
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(5) - KOOLS (J.C.S.) - High Throughput Atomic Layer Deposition for Encapsulation of Large Area Electronics. - ECS Transactions 41, 195 (2011).
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(6) - J.W....
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