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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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5. Masquage pour la fabrication de petites structures
L’ALD assistée par plasma permet de diminuer la température de dépôt des films par rapport à l’ALD thermique, et des couches de SiO2 peuvent être déposées à des températures aussi basses que 50 °C.
La course aux faibles dimensions nécessite l’introduction de techniques de photolithographie de plus en plus sophistiquées, avec le développement par exemple d’une technique « UV extrêmes » utilisant une longueur d’onde de 13,5 nm. Mais cette technique n’est pas encore prête et un processus en deux étapes permettant d’utiliser les équipements de lithographie actuels (longueur d’onde 193 nm) a été développé pour pouvoir traiter des structures de dimensions inférieures à 50 nm, dimensions nécessaires pour la fabrication de mémoires principalement. Ce processus utilise un dépôt de SiO2 à très basse température.
Pour cette technique, une résine photosensible est tout d’abord déposée puis définie, comme le montre la figure 12 a . Un film de SiO2 est ensuite déposé par PEALD directement sur la résine, ce qui nécessite une température faible pour ne pas dégrader la résine. Ensuite la couche de SiO2 est gravée de manière anisotrope, comme lors de la fabrication d’espaceurs (figure 12 c ), et la résine est retirée (figure 12 d ), laissant des motifs de SiO2 de très petites dimensions. Ces motifs sont ensuite utilisés comme masque de gravure pour la formation de motifs d’échelle nanométrique (figure 12 e ), avant d’être retirés (figure 12 f ). Les paramètres essentiels nécessaires sont le contrôle de l’épaisseur sur la résine, et l’utilisation d’une température inférieure à 100 °C ...
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BIBLIOGRAPHIE
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