Présentation
En anglaisRÉSUMÉ
Pour affiner la compréhension et le contrôle des mécanismes de croissance qui gouvernent le processus de dépôt ALD, les techniques de caractérisation in situ constituent des voies d’investigation de premier ordre. Dans cet article, les différentes techniques utilisées seront présentées en fonction de l’information apportée pour la connaissance du procédé de dépôt ALD : en premier lieu, pour la détermination de la fenêtre de dépôt ALD, puis pour la détermination des mécanismes réactionnels, et enfin pour la corrélation avec les propriétés des films élaborés.
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In situ characterisation is the main research approach to improving our understanding and control of the growth mechanisms governing atomic layer deposition (ALD) processes. In this article, the in situ techniques will be presented as a function of the information they can provide about the ALD deposition: first, determination of the ALD window, then reactional mechanisms, and finally correlation of deposition parameters and physical properties of grown films.
Auteur(s)
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Jean-Luc DESCHANVRES : Chargé de Recherche CNRS - Affiliation Laboratoire des Matériaux et du Génie Physique (LMGP) - Université Grenoble Alpes, LMGP, F-38000 Grenoble, France ; CNRS, LMGP, F-38000 Grenoble, FRANCE.
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Carmen JIMENEZ : Ingénieur de Recherche CNRS - Affiliation Laboratoire des Matériaux et du Génie Physique (LMGP) - Université Grenoble Alpes, LMGP, F-38000 Grenoble, France ; CNRS, LMGP, F-38000 Grenoble, FRANCE.
INTRODUCTION
Domaine : Innovation,
Degré de diffusion de la technologie : Émergence | Croissance | Maturité Technologies impliquées : Atomic Layer Deposition (ALD)
Domaines d’application : Microélectronique, énergie, OLED, santé,
Principaux acteurs français :
Pôles de compétitivité : Minalogic, Tenerrdis
Centres de compétence : OMNT ( https://www.omnt.fr/fr/)
Industriels : Équipementier (Encapsulix, Annealsys, Picosun, Beneq)
Autres acteurs dans le monde :
Contact : [email protected] ; [email protected]
MOTS-CLÉS
Mécanismes réactionnels déposition atomique par flux alterné caractérisation in situ micro-balance à quartz
KEYWORDS
reaction mechanisms | atomic layer deposition | in situ characterization | quartz crystal micro-balance
DOI (Digital Object Identifier)
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2. Détermination du GPC
Comme expliqué dans l’article Principes Généraux de l’ALD [RE253], le procédé d’ALD se caractérise par un paramètre propre qui remplace la vitesse de croissance en nm/s ou µm/h utilisée dans d’autres procédés. Il s’agit de la croissance par cycle ou Growth per cycle (GPC). Ce paramètre ne peut pas être considéré comme une unité, car le cycle n’a pas une définition unique ni une unité connue, mais il permet de mettre en évidence la fenêtre de dépôt ALD et le caractère autolimitant du procédé. Pour la détermination du GPC in situ, en plus des techniques classiques déjà utilisées ex situ comme les mesures optiques que ce soit dans le domaine visible ou proche visible avec l’ellipsométrie ou que ce soit dans le domaine des RX avec la réflectométrie, il y a comme méthode très classique l’utilisation des microbalances à quartz. La mise en œuvre de chacune de ces techniques va être illustrée dans les paragraphes suivants.
2.1 Analyse par microbalance à quartz
La façon la plus directe de calculer le GPC d’un procédé ALD est de mesurer la masse déposée à chaque étape du cycle. La technique qui répond à cette approche est la microbalance à quartz (ou QCM pour Quartz Crystal Microbalance), largement utilisée dans les systèmes de dépôt physique comme la pulvérisation cathodique ou l’évaporation par effet Joule ou canon d’électron. Ce type de balance se base sur la variation de la résonance piézoélectrique d’un cristal de quartz lors d’un dépôt. La sensibilité est de quelques nanogrammes/cm². Pour une vision plus approfondie du modèle physique, il est possible de consulter les ouvrages dédiés explicitement à cette technique ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - KNAPAS (K.), RITALA (M.) - In Situ Studies on Reaction Mechanisms in Atomic Layer Deposition. - Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences, 38 : 3 167-202 (2013).
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(3) - ELAM (J. W.), GRONER (M. D.), GEORGE (S. M.) - Viscous flow reactor with quartz crystal microbalance for thin film growth by atomic layer deposition, - Rev. Sci. Instrum., Vol. 73, No. 8, 2981-2987 (2002).
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(5) - ELAM (J.W.), GEORGE (S.M.) - Growth of ZnO/Al2O3 alloy films using atomic layer deposition techniques, - Chem. Mater., 15 (2003) 1020-1028. DOI : 10.1021/cm020607.
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