Thèse soutenue

Dépôt d'oxydes de grille par pulvérisation cathodique magnétron : corrélation entre les propriétés du plasma et celles des films déposés

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Auteur / Autrice : Vincent Edon
Direction : Marie-Christine Hugon
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique des plasmas
Date : Soutenance en 2007
Etablissement(s) : Paris 11

Résumé

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Le remplacement de la silice comme diélectrique de grille dans les transistors à effet de champ est une préoccupation majeure de l'industrie de la microélectronique. Pour répondre aux contraintes de plus en plus exigeantes de la miniaturisation des composants, on s'oriente progressivement vers des matériaux dits " high-k " en raison de leur forte constante diélectrique. Parmi ceux-ci, des composés oxydes dérivés du lanthane ou de l'hafnium sont des candidats potentiels étudiés avec intérêt. Au-delà du choix du matériau, des insuffisances rédhibitoires en terme de performances électriques et de stabilité ont été mises en évidence au fil des années d'étude. Notre choix s'est porté sur le dépôt des matériaux diélectriques LaAlO3, LaAlON et HfAlO, par pulvérisation cathodique magnétron. L'optimisation des procédés de dépôt et post-dépôt intervenant dans l'élaboration de films minces de LaAlO3 sur Si nous a conduit à choisir un régime de dépôt thermalisé sous haute puissance RF, suivi d'un recuit sous O2. Des insuffisances thermodynamiques (pertes métalliques et interdiffusion) ont aussi été démontrées. Nous avons ensuite présenté une caractérisation de l'interface formée entre LaAlO3 et Si à l'aide d'analyses physico-chimiques et optiques. Enfin, nous avons étudié les effets induits par la nitruration en volume des films de LaAlO3 déposés sur Si, et les effets induits par la croissance d'une monocouche nitrurée à l'interface oxyde/Si. Les films de LaAlON/Si présentent comparativement une meilleure stabilité thermodynamique, tandis que la comparaison de films de HfAlO/Si et HfAlO/SiON/Si a montré l'amélioration des propriétés électriques et structurales de ces derniers.