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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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Procédé ALD
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2. Principe général de l’ALD
2.1 Notions fondamentales de l’ALD
2.1.1 Dépôt chimique en phase vapeur
L’ALD est une variation récente d’une technique développée dès les années 1920, le dépôt chimique en phase vapeur (CVD, Chemical Vapor Deposition) . Lors d’un procédé CVD, l’interaction entre le flux d’un mélange de gaz et un substrat chauffé conduit à la croissance d’une couche mince. Dans le cas d’une croissance CVD idéale, il n’y a pas de réactions des gaz entre eux (pas de réaction homogène), ils interagissent à la surface du substrat où ils forment un film solide par réaction hétérogène. Le substrat doit donc avoir une température suffisante pour permettre à la réaction de surface de se produire. Des réactions en phase vapeur conduisent à la formation de particules qui peuvent s’inclure dans le film et détériorer ses propriétés.
Le choix optimal de réactifs pour un procédé CVD correspond à celui permettant une vitesse de dépôt élevée, à une température de dépôt acceptable, tout en évitant des réactions homogènes. Par exemple, le silicium peut être déposé à partir de différentes combinaisons de réactifs : SiH4, ou SiH2Cl2, ou SiCl4/H2, ou SiHCl3/H2, chacune d’elles permettant, selon la température du substrat, le dépôt de silicium amorphe, mono- ou poly-cristallin, à différentes vitesses de dépôt. On distingue généralement deux régimes en CVD : (i) celui limité par la diffusion des espèces réactives, à haute température ; (ii) celui limité par la réaction de surface, à basse température.
La CVD est un outil de...
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Principe général 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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