Les capacités MIM
ALD en microélectronique - Applications, équipements et productivité

La seconde application de l’ALD mise en production concerne les technologies analogiques et radiofréquences, avec l’introduction des capacités Métal/Isolant/Métal (MIM). Ces capacités sont introduites au niveau des interconnexions, entre deux lignes de cuivre (figure 5). Elles sont planaires, car une structure en tranchées prendrait la place de lignes d’interconnexions, ce qui n’est pas souhaitable pour les applications visées. Des tensions importantes sont appliquées à ce type de condensateur, de l’ordre de 5 V (à comparer aux 0,5 – 0,8 V appliqués dans les capacités DRAM). Les couches d’oxyde doivent être suffisamment épaisses, de l’ordre de 40-50 nm, pour que les champs électriques présents dans l’oxyde soient d’environ 1 MV/cm maximum en fonctionnement. L’oxyde de tantale (Ta₂O₅) a été introduit au début des années 2000, car il possède une constante diélectrique élevée, d’environ 25. Le Ta₂O₅ permet également d’obtenir une bonne linéarité en tension, c’est-à-dire une très faible variation de la constante diélectrique effective en fonction de la tension appliquée, conduisant à une très faible variation de la capacité, de l’ordre de quelques centaines de ppm lorsque la tension est appliquée à ses bornes. Cette spécificité est nécessaire notamment pour fabriquer des convertisseurs analogiques.

Si la première génération de MIM Ta₂O₅ a utilisé des couches d’oxyde MOCVD, la technique PEALD a rapidement été introduite, notamment à partir des technologies 65 nm, toutes fabriquées sur plaques 300 mm. L’avantage de la PEALD est de pouvoir déposer des films de meilleure qualité, c’est-à-dire contenant moins de contaminants, ce qui permet d’améliorer les performances électriques (figures 6 et 7).

La technique PEALD permet également de fabriquer des couches à des températures inférieures à 300 °C, ce qui minimise l’interaction du procédé de dépôt avec le TiN sous-jacent, ainsi qu’avec toutes les couches des interconnexions déjà présentes sur les plaques. L’utilisation d’un régime de PEALD modifié permet d’accélérer la vitesse de dépôt,...