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Atomic Layer Deposition (ALD) - Principes généraux, matériaux et applications

RECHERCHE ET INNOVATION | Réf : RE251 v1

Chimie des précurseurs pour le procédé ALD

Auteur(s) : Stéphane DANIELE

Date de publication : 10 nov. 2016

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Évaluation thermodynamique des précurseurs ALD

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RÉSUMÉ

Le procédé d’ALD (Atomic Layer Deposition) nécessite des précurseurs qui présentent une volatilité et une stabilité thermique importante pour permettre leur transport en phase gaz mais également une forte réactivité avec le substrat. Rassembler toutes ces propriétés physico-chimiques au sein d’un même composé requiert une ingénierie moléculaire précise en termes de structure tridimensionnelle et de force des interactions intra- (liaisons chimiques) et inter-moléculaires (liaisons hydrogènes ou de type Van der Waals). L’article présente les différents paramètres disponibles aux chimistes et utilisateurs pour permettre de sélectionner la famille de précurseurs appropriée à un procédé.

ABSTRACT

The Chemistry of ALD Precursors

The atomic layer deposition (ALD) process requires precursors with high volatility and high thermal stability to allow their transport in the gas phase, but also high reactivity with the substrate. Combining all these physical and chemical properties in one derivative requires precise molecular engineering in terms of 3D structure and strength of both intra-molecular chemical bonds and inter-molecular interactions such as hydrogen and Van der Waals bonds. This article presents the various strategies available to chemists and users that allow the selection of a precursor family suitable for a process.

Auteur(s)

Stéphane DANIELE : Professeur des Universités - Institut de Recherches sur la Catalyse et l’Environnement de Lyon, IRCELYON-UMR CNRS 5256, Université Lyon 1, Villeurbanne, France

INTRODUCTION

L’ALD (Atomic Layer Deposition) est un procédé de dépôts de couches minces en phase gaz qui consiste en un apport séquentiel d’un -complexe ou précurseur métallique et d’un réactif (H₂O, N₂O…) sur un substrat chauffé. Chaque étape est associée à une réactivité chimique : celle du précurseur sur la surface puis celle du réactif sur le précurseur et des séquences de purges sont prévues pour l’élimination des coproduits.

Ce procédé nécessite de disposer de précurseurs volatils, stables thermiquement (pour le stockage et le transport) et réactifs avec une surface donnée (en particulier avec les espèces de surfaces présentes). L’association de toutes ces propriétés au sein d’une même molécule est souvent reliée à la structure tridimensionnelle de celle-ci et à la force des interactions intra- et intermoléculaires. Cette filiation structure/propriétés des précurseurs moléculaires pour ALD sera donc abordée en détaillant les impacts de différents paramètres atomiques du métal et ceux structuraux du ligand tels que son encombrement stérique, la présence d’atomes de fluor, sa dissymétrie et/ou ses propriétés électroniques (donneur ou accepteur) sur la volatilité, la stabilité et la réactivité de ces molécules. L’objectif de cet article est de donner à des utilisateurs de procédés ALD, chimiste ou pas, un guide pratique permettant d’appréhender les performances de molécules en tant que précurseurs ALD, voire de sélectionner la famille de précurseurs appropriée à un procédé.

Points clés

Domaine : Chimie moléculaire inorganique

Degré de diffusion de la technologie : Croissance

Technologies impliquées : Dépôt de couches minces ou films

Domaines d’application : Micro-électronique, films barrières, photovoltaïque,

Principaux acteurs français :

Pôles de compétitivité : Minalogic http://www.minalogic.com
Industriels : Air Liquide https://www.airliquide.com.fr http://adpulse.com/chemical-suppliers-view

Autres acteurs dans le monde :

Air Products http://www.airproducts.fr/products/Chemicals/Specialty-Chemicals-Electronics/Thin-Film-Deposition.aspx
SAFC Commercial Life Science Products & Services | Sigma-Aldrich http://www.sigmaaldrich.com/materials-science/micro-and-nanoelectronics/cvd-ald-precursors.html
University of Helsinki, Laboratory of Inorganic Chemistry http://www.helsinki.fi/kemia/epaorgaaninen/research/thin.html

Lire l’article en entier

MOTS-CLÉS

ingénierie moléculaire | précurseurs inorganiques | interactions intermoléculaires | interactions intramoléculaires

KEYWORDS

molecular engineering | inorganic precursors | intermolecular interactions | intramolecular interactions

PERMALIEN

https://www.techniques-ingenieur.fr/base-documentaire/innovation-th10/innovations-en-materiaux-avances-42186210/chimie-des-precurseurs-pour-le-procede-ald-re251/

RÉFÉRENCE BIBLIOGRAPHIQUE

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BIBLIOGRAPHIE

(1) - HERRMANN (W.A.), HUBER (N. W.), RUNTE (O.) - Volatile metal alkoxides according to the concept of donor functionalization, - Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 34 2187-2206, (1995).
(2) - HATANPÄÄ (T.), RITALA (M.), LESKELÄ (M.) - Precursors as enablers of ALD technology : Contributions from University of Helsinki, - Coord. Chem. Rev. 257 3297– 3322, (2013).
(3) - LEE (S.W.), CHOI (B.J.), EOM (T.), HAN (J.H.), KIM (S.K.), SONG (S.J.), LEE (W.), HWANG (C.S.) - Influences of metal, non-metal precursors, and substrates on atomic layer deposition processes for the growth of selected functional electronic materials, - Coord. Chem. Rev. 257 3154 – 3176, (2013).
(4) - RAMOS (K.B.), SALY (M.J.), CHABAL (Y.J.) - Precursor design and reaction mechanisms for the atomic layer deposition of metal films, - Coord. Chem. Rev. 257 3271– 3281, (2013).
(5) - LI (W.-M.) - Recent Developments of Atomic Layer Deposition Processes for Metallization, - Chem. Vap. Deposition 19 82–103, (2013).
...

DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES

Évaluation thermodynamique des précurseurs ALD.
Atomic Layer Deposition (ALD). Principes généraux, matériaux et applications.
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ALD en microélectronique. Applications, équipements et productivité
ALD pour les piles à combustible à haute température.
ALD pour les cellules photovoltaïques.
Utilisation de l’ALD pour la photoélectrolyse de l’eau.
...

1 Événements

Congrès ALD : congrès international qui a lieu tous les ans alternativement aux États-Unis, en Europe et en Asie.

HAUT DE PAGE

2 Brevets

Précurseur du ruthénium ayant deux ligands différents destiné à être utilisé dans des applications de semi-conducteur WO2009013721A1

Précurseurs de métal alcalino-terreux pour le dépôt de films contenant du calcium et du strontium WO2009116004A2

Dépôt de films d’oxyde ternaire contenant du ruthénium et des métaux alcalino-terreux WO2009118708A1

Préparation de précurseurs contenant du lanthanide et dépôt de films contenant du lanthanide WO2009149372A1

Précurseurs de cyclopentadiényle de métal de transition hétéroleptique destinés à la déposition de films contenant un métal de transition WO2010010538A3

Precursors having open ligands for ruthenium containing films deposition US7807223

Deposition of ternary oxide films containing ruthenium and alkali earth metals US8092721

Methods for synthesis of heteroleptic cyclopentadienyl transition metal precursors US8236979

Preparation of lanthanide-containing precursors and deposition of lanthanide-containing films US8283201

Heteroleptic cyclopentadienyl transition metal precursors for deposition of transition metal-containing films US8298616

Ruthenium-containing precursors for CVD and ALD US8357614

Preparation of lanthanide-containing precursors and deposition of lanthanide-containing films US8507905

Cyclopentadienyl...

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