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Article

1 - CONTEXTE

2 - PRINCIPE GÉNÉRAL DE L’ALD

3 - PROCÉDÉ ALD

4 - MATÉRIAUX DÉPOSÉS PAR ALD

  • 4.1 - Oxydes
  • 4.2 - Nitrures
  • 4.3 - Chalcogénures
  • 4.4 - Films élémentaires
  • 4.5 - Polymères organiques et hybrides
  • 4.6 - Composés fluorés
  • 4.7 - Multinaires

5 - APPLICATIONS DE L’ALD

  • 5.1 - ALD pour la microélectronique
  • 5.2 - ALD pour le photovoltaïque
  • 5.3 - ALD pour le stockage de l’énergie
  • 5.4 - ALD dans les applications émergentes

6 - CONCLUSION

7 - GLOSSAIRE

8 - SIGLES, NOTATIONS ET SYMBOLES

Article de référence | Réf : RE253 v1

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

Auteur(s) : Nathanaelle SCHNEIDER, Frédérique DONSANTI

Date de publication : 10 oct. 2016

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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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ABSTRACT

Atomic Layer Deposition (ALD)

This article presents, the principle of the atomic layer deposition (ALD) technique, together with an inventory of the various materials that can be deposited in this way. There follows a brief introduction to its main current and emerging applications.

Auteur(s)

  • 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

  • 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.

Points clés

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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KEYWORDS

applications   |   materials   |   ALD   |   principle

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-re253


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3. Procédé ALD

Le procédé ALD est ici décrit dans son ensemble, c’est-à-dire ses caractéristiques clés (cycle ALD, dépôt chimique, réactions de surface, effet de la température, du nombre de cycles, du programme…), ainsi que sa mise au point .

3.1 Précurseurs ALD

L’ALD utilise des réactifs (généralement appelés précurseurs) contenant chacun l’un des éléments constituant le film désiré. La réaction globale de croissance d’un composé binaire MC est :

...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (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).

  • ...

1 Sites Internet

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

2 Événements

AVS-ALD conference, congrès (conférences + salon) ayant lieu chaque année dans un continent différent.

http://www.avs.org/

Baltic-ALD conference, congrès ayant lieu une année sur deux dans une ville européenne

http://eurocvd-balticald2017.se/

HAUT DE PAGE

3 Brevets

Method for producing compound thin films, US. Patent 4 058 430 (1977).

HAUT DE PAGE

4 Annuaire

Organismes –...

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