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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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Mickael GROS-JEAN : Ingénieur Recherche et Développement - STMicroelectronics, Crolles, France
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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 :
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Centres de compétence : CEA – Leti
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Industriel : STMicroelectronics
Autres acteurs dans le monde : Intel, Samsung, TSMC, Micron, Imec, Infineon, NXP
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8. Dépôt PEALD modifié pour l’augmentation de la cinétique de croissance de Ta2O5
Comme nous l’avons vu, la technique PEALD permet d’obtenir une vitesse de dépôt plus importante que l’ALD classique. De plus, il est possible de faire des dépôts par PEALD selon une deuxième méthode qui consiste à envoyer en continu le gaz du plasma (par exemple le dioxygène) et l’argon dans le réacteur (figure 18), et d’alterner des injections de précurseur (dilué dans l’argon) et des pulsations de radiofréquence. Il convient d’utiliser pour cette méthode un précurseur qui ne réagit pas en phase gazeuse avec l’oxygène atomique dans le domaine de températures considéré. L’utilisation d’un flux continu permet d’augmenter l’efficacité de la purge après l’injection de précurseur et l’injection d’oxydant. En effet, dans le cas d’une séquence ALD/PEALD standard (figure 18), la fermeture de la vanne d’injection de réactif suivie de l’ouverture de la vanne de purge peut conduire à une chute momentanée des flux. L’utilisation d’un flux continu permet d’éviter cette phase transitoire et de pousser en permanence les espèces gazeuses vers la chambre de dépôt, puis vers la pompe. Le temps de la deuxième étape peut ainsi être réduit de 20 à 50 %.
L’utilisation d’un flux continu permet une réduction encore plus notable de la purge après oxydation. En effet la durée de vie des radicaux d’oxygène générés par le plasma est typiquement de quelques nanosecondes. Ainsi, dès que le signal RF est coupé, les espèces oxydantes disparaissent pratiquement instantanément, et le précurseur métallique peut de nouveau être injecté. Dans la pratique on attend entre 50 et 100 millisecondes afin de prendre en compte le temps de réponse du système.
Des durées de cycle élémentaire de l’ordre de la seconde ont ainsi pu être obtenues, tout en évitant une réaction en phase gazeuse qui serait issue d’une purge incomplète du réacteur. En effet moins de 20 particules de taille supérieure à 0,15 µm ont été comptées sur une plaque après dépôt d’une couche de quelques dizaines de nanomètres. Ce faible nombre démontre qu’il n’y a pas de nucléation en phase homogène, source de particules solide sur les plaques.
Si l’on sélectionne un précurseur...
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Dépôt PEALD modifié pour l’augmentation de la cinétique de croissance de Ta2O5
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BIBLIOGRAPHIE
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