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RÉSUMÉ
Cet article détaille le principe de la méthode de dépôt chimique par flux alternés appelée Atomic Layer Deposition (ALD). À l’issue d’un inventaire des différents matériaux pouvant être déposés par cette technique, il est suivi d’un bref résumé de ses applications principales et émergentes.
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Nathanaelle SCHNEIDER : Chargée de Recherche au CNRS, Docteur en chimie des Universités de Strasbourg et Heidelberg - Institut de Recherche et Développement de l’Énergie Photovoltaïque (IRDEP), UMR 7174 EDF-CNRS-Chimie ParisTech, Chatou, France Institut du Photovoltaïque d’Île-de-France (IPVF), France
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Frédérique DONSANTI : Ingénieur chercheur à EDF, Docteur en génie des procédés et haute technologie de l’université Pierre et Marie Curie - Institut de Recherche et Développement de l’Énergie Photovoltaïque (IRDEP), UMR 7174 EDF-CNRS Chimie ParisTech, Chatou, France Institut du Photovoltaïque d’Île-de-France (IPVF), France
INTRODUCTION
La technique de dépôt chimique en phase vapeur par flux alternés, plus communément appelée Atomic Layer Deposition (ALD ou ALCVD) est une technique récente dérivée du dépôt chimique en phase vapeur (CVD). Ce procédé de dépôt est basé sur l’introduction séquentielle de- précurseurs, ce qui permet de fabriquer le matériau monocouche par monocouche et rend la croissance autolimitante et contrôlée par la surface.
Dans cet article, après un bref historique, nous expliquons en détail le principe de base de l’ALD. Pour cela, sont rappelées deux notions fondamentales qui lui sont liées (la CVD et l’adsorption), puis est décrite la croissance du matériau, en détaillant les différents mécanismes pouvant avoir lieu. Nous abordons également les classes de précurseurs adaptés à cette méthode, ainsi que les types de réacteur utilisés. Une attention particulière est portée à l’importance des paramètres de dépôt (précurseur, température, temps de pulse et de purge…) et leur influence sur les chimies de surface mises en jeu. Dans un second temps, est dressé l’inventaire des matériaux pouvant être déposés par cette technique en donnant quelques exemples de procédés. Enfin, nous détaillons les principales applications de ce procédé (microélectronique, photovoltaïque…) et indiquons également quelques applications émergentes.
Domaine : Techniques de dépôt de couches minces
Degré de diffusion de la technologie : Maturité
Technologies impliquées : Dépôt par couche atomique (ALD, Atomic Layer Deposition)
Domaines d’application : Matériaux, Couches minces, Microélectronique, Photovoltaïque
Principaux acteurs français :
– Centres de compétence : SIMaP (Science et Ingénierie des Matériaux et Procédés), IEMM (Institut Européen des Membranes), LMI (Laboratoire des Multimatériaux et Interfaces), LMGP (Laboratoire des Matériaux et du Génie Physique), CIRIMAT (Centre Interuniversitaire de Recherche et d’Ingénierie des Matériaux), IRDEP (Institut de Recherche et Développement sur l’Énergie Photovoltaïque), IRCELYON (Institut de Recherches sur la Catalyse et l’Environnement de LYON), IRCP (Institut de Recherches de Chimie Paris), C2P2 (Catalyse, Chimie, Polymères et Procédés), INL (Institut de Nanotechnologies de Lyon), LTM (Laboratoire des Technologies de la Microélectronique), LAAS (Laboratoire d’Analyse et d’Architecture des Systèmes), CINaM (Centre Interdisciplinaire de Nanoscience de Marseille), CEA LITEN, CEA LETI
– Industriels : Air Liquide, Altatech, Annealsys, EDF, Encapsulix, STMicroelectronics, Versum Materials
Autres acteurs dans le monde :
Applied Materials Inc., ASM International N.V., Beneq, Jusung Engineering Co. Ltd., Intel, Lam Research Corporation, Oxford Instruments, Picosun, Samsung, Tokyo Electron Limited, ULVAC Technologies Inc., Ultratech/Cambridge Nanotech, Veeco Instruments Inc
Argonne National Laboratory, Colorado University, Eindhoven University, Ghent University, Helsinki University, Ikerbasque, IMEC, Stanford University, Technische Universität Dresden, Tyndall National Institute, VTT Technical Research Center of Finland, Yonsei University
Contact : [email protected] ; [email protected]
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4. Matériaux déposés par ALD
Une grande palette de matériau est désormais accessible par ALD. Cette section dresse une liste non exhaustive : de nouveaux procédés étant régulièrement développés, cette liste est par essence obsolète (tableau 1).
4.1 Oxydes
Il existe de nombreux oxydes déposés par ALD. Dans la majorité des cas, la source d’oxygène est l’eau (H2O) et implique des réactions d’hydrolyse et de protonation de ligand. L’ozone (O3) ou O2-plasma sont également souvent utilisés et induisent des mécanismes réactionnels plus complexes. Enfin, d’autres exemples utilisent l’eau oxygénée (H2O2), un alcool, N2O ou même un précurseur métallique possédant également une source d’oxygène, tels que les composés alcoxydes ou carboxylates. Ces précurseurs ont l’avantage d’éviter des réactions d’oxydation du substrat . Les propriétés des oxydes déposés dépendent fortement de leur cristallinité, d’où l’importance de la contrôler (paragraphe 3.7).
L’alumine (Al2O3) est le matériau le plus étudié et le plus utilisé en ALD. Il est en général déposé à partir d’AlMe3 (TMA) et de H2O, et sa croissance étant quasi-idéale, il est considéré comme le système modèle de l’ALD. Il est généralement obtenu amorphe, son recuit augmentant...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - PUURUNEN (R.L.) - « A short history of Atomic Layer Deposition : Tuomo Suntola’s Atomic Layer Epitaxy, » - Chem. Vap. Deposition, pp. 20, 332-344 (2014).
-
(2) - BELMONTE (T.) - « Dépôts chimiques à partir d’une phase gazeuse, » - Techniques de l’ingénieur, p. M 1660 (2010).
-
(3) - PUURUNEN (R.L.) - « Surface chemistry of atomic layer depostion : A case of study for the trimethylaluminium/ water process, » - J. Appl. Phys., vol. 97, p. 121301 (2005).
-
(4) - MIIKKULAINEN (V.), LESKELÄ (M.), RITALA (M.), PUURUNEN (R.L.) - « Cristallinity of inorganic films grown by atomic layer deposition : Overview and general trends, » - J. Appl. Phys., vol. 113, p. 21301 (2013).
-
(5) - GEORGE (S.M.) - « Atomic Layer Deposition : An overview, » - Chem. Rev., vol. 110, pp. 111-131 (2010).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ALD Pulse
http://aldpulse.com/ (page consultée le 2 juin 2016)
BALD Engineering
http://www.baldengineering.com/ (page consultée le 2 juin 2016)
Virtual Project on the History of ALD
http://www.vph-ald.com/ (page consultée le 2 juin 2016)
HAUT DE PAGE
AVS-ALD conference, congrès (conférences + salon) ayant lieu chaque année dans un continent différent.
Baltic-ALD conference, congrès ayant lieu une année sur deux dans une ville européenne
http://eurocvd-balticald2017.se/
HAUT DE PAGE
Method for producing compound thin films, US. Patent 4 058 430 (1977).
HAUT DE PAGEOrganismes – Fédérations...
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