Mémoires DRAM
ALD en microélectronique - Applications, équipements et productivité

La première utilisation de l’ALD pour la production en volume de puces date du début des années 2000, pour la fabrication des diélectriques et des électrodes des condensateurs des mémoires DRAM (figure 1). Une cellule mémoire élémentaire est formée d’un transistor associé à une capacité, et l’état logique de cette mémoire est alors défini en fonction de la présence ou l’absence de charges électriques aux bornes de la capacité.

Avant les années 2000, les condensateurs des mémoires produites utilisaient un empilement Si/SiO₂/Si, et l’utilisation de tranchées ou de trous augmentait la surface développée, permettant ainsi d’obtenir une capacité suffisante pour que le signal électrique soit détectable, de l’ordre de 20-30 femtofarads. Mais au début des années 2000, avec la réduction des dimensions des cellules, il a fallu trouver des nouvelles solutions pour augmenter la densité de capacité des structures, afin de conserver une valeur de capacité de 20-30 femtofarads environ tout en diminuant leur encombrement. Des électrodes métalliques ou quasi-métalliques comme le TiN ont remplacé les électrodes en silicium, permettant ainsi d’éliminer les zones de charge d’espace qui créent une capacité en série, diminuant ainsi la capacité totale de la structure. En outre, le film d’oxyde de silicium a été remplacé par une couche d’alumine possédant une épaisseur de 5 nm environ et permettant de passer d’une constante diélectrique de 3,9 à 9. Les structures 3D ont été conservées, mais avec des tailles d’ouvertures diminuées et la taille des profondeurs des structures 3D augmentée. Par conséquent, il a fallu s’orienter vers l’ALD car c’est la seule technique capable de recouvrir de manière uniforme la surface interne de tranchées ou de trous présents dans les structures 3D. De plus, les dépôts ALD sont effectués à basse température, contrairement aux dépôts de SiO₂ et de silicium polycristallin, ce qui permet de placer les condensateurs au-dessus des transistors, au niveau des interconnexions. Par ailleurs, il faut noter que le choix s’est porté sur l’alumine car cet oxyde est le matériau de mieux maîtrisé en ALD au début des années 2000 ...