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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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3. Les transistors HKMG
La troisième application de l’ALD mise en production en microélectronique concerne les transistors de dernière génération avec l’introduction d’empilements d’oxydes à forte permittivité et de grilles métalliques, communément appelés HKMG dans le milieu des semi-conducteurs pour High-K Metal Gate.
Depuis l’invention du premier transistor en 1947, les fabricants de circuits intégrés ont utilisé l’oxyde de silicium pour l’isolant de grille des transistors CMOS. Le silicium polycristallin a, quant à lui, été utilisé pour la fabrication de la grille. Un des critères de performance des transistors est d’avoir suffisamment de porteurs de charge (électrons ou trous) dans le canal. Il faut donc un couplage capacitif suffisamment élevé entre le canal et la grille des transistors. Ainsi, depuis le début des circuits intégrés, pour chaque nouvelle technologie, l’épaisseur d’oxyde a été réduite pour augmenter la capacité de la structure, mais ceci a conduit à une augmentation exponentielle des fuites (courant tunnel pour des épaisseurs de SiO2 avoisinant 20 Å) et de la puissance consommée (densité de puissance supérieure à la densité de puissance d’un réacteur nucléaire). Ainsi, les dernières technologies microélectroniques (depuis la génération de circuits 45 nm chez Intel et 28 nm chez STMicroelectronics) embarquent des transistors dont les isolants de grille sont des isolants à forte constante diélectrique (high-k en anglais) associés à des grilles métalliques. Si ce nouvel empilement permet d’augmenter l’épaisseur de l’isolant séparant le canal et la grille des transistors, ce qui permet de diminuer les courants de fuite tout en gardant un couplage capacitif suffisant, de nouvelles difficultés apparaissent comme le contrôle de la densité de défauts dans le diélectrique high-k. De fortes densités de défauts, comme des lacunes d’oxygène par exemple, conduisent généralement à la dégradation de la mobilité des porteurs de charge dans le canal des transistors par interaction électrostatique, voire au non-contrôle de la tension de seuil des transistors, ou à des problèmes de fiabilité. La tension de seuil d’un transistor, appelée V t pour threshold Voltage chez nos collègues anglo-saxons, est également un paramètre clé pour la performance d’un circuit. C’est...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BERTHELOT (A.) et al - * - ICMTD proceedings, 127 (2007).
-
(2) - WEINREICH (W.) et al - * - J. Vac. Sci. Technol., A31(1), 01A119 (2013).
-
(3) - HIGASHI (G.S.) et al - * - Appl. Phys. Lett., 55, 1963 (1989).
-
(4) - SOTO (C.) et al - * - J. Vac. Sci. Technol. À, 9, 2686 (1991).
-
(5) - PUURUNEN (R.) et al - * - J. Appl. Phys, 97, 121301 (2005).
-
(6) - X. ZHAO (X.) et al - * - Phys. Rev. B, 65, 075105 (2002).
-
(7) - MIIKKULAINEN (V.) et al - * - J. of Appl. Phys., 113,...
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