Précurseurs organo-métalliques pour le dépôt de TaN et WN par ALDCorrélation entre les précurseurs utilisés et les propriétés des films et structures obtenues

Organometallic precursors for TaN and WN deposition by ALD. Correlation of precursors used with the film properties and structures

• Auteur / Autrice : Antony Correia Anacleto
• Direction : Marie-Christine Hugon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composés organométalliques

Circuits intégrés

Nitrures

Résumé

La miniaturisation des circuits intégrés, de par l'adoption de nouvelles architectures tridimensionnelles, rend les techniques d'élaboration de matériaux en couches minces «classiques» telles que la MOCVD ou PVD inadaptées. Les nitrures de tungstène (WN) et de tantale (TaN), matériaux dont il est fait objet dans ces travaux, sont de potentiels candidats pour les barrières de diffusion au cuivre, armatures métalliques pour les condensateurs de type MIM (Métal-Isolant-Métal) et électrodes de grille dans les transistors CMOS, en remplacement du poly-Silicium rendu obsolète par l'utilisation de matériaux à haute constante diélectrique. Ces matériaux doivent être déposés de manière uniforme sur des surfaces structurées présentant des facteurs de forme importants. Le procédé ALD - «Atomic Layer Deposition », de par son principe, permet de contrôler la croissance des films à l'échelle atomique, sous réserve de trouver des précurseurs organo-métalliques satisfaisants. Dans le cadre de cette étude, dix-huit sources métalliques furent synthétisées puis firent l'objet d'une caractérisation de leurs propriétés physico-chimiques, thermiques et thermochimiques. Après avoir sélectionné les sources métalliques convenant à un procédé de dépôt par ALD, les régimes de croissance furent étudiés. Composition, cristallinité, topologie de surface entre autres permirent, en corrélant ces caractéristiques avec l'étude des mécanismes réactionnels mis en jeu, de comprendre l'impact de la chimie des sources métalliques employées sur les propriétés des films minces obtenus. Les résultats expérimentaux rapportés offrent de nouvelles pistes pour optimiser le dessin de précurseurs organo-métalliques originaux.

The continuous shrink of the critical sizes in modern integrated circuit features associated with three-dimensional architectures offers highest density at the expense of process complexity. ''Classical'' thin films deposition techniques such as MOCVD or PVD became inappropriate to meet these requirements. Nitrides of tungsten (WN) and tantalum (TaN), the materials that were studied, are potential candidates for the copper diffusion barrier, the electrodes for MIM (Metal-Insulator-Metal) applications and CMOS metal gates. The nitride materials are a replacement material for poly-Silicium in CMOS metal gates, which has been made obsolete by the use of high dielectric constant materials. These materials have to be deposited uniformly on a structured surface. ALD - ''Atomic Layer Deposition'' is used as the favoured deposition method as it allows film growth to be controlled at atomic level. Organometallic precursors need to be investigated that can be utilized in the ALD process. During this study, eighteen organometallic precursors were synthesized and characterized by investigating their physical-chemical, thermal and thermodynamic properties. After selecting organometallic precursors that were suitable for the ALD process, the growth rates of the deposited films were studied. The cristallinity, composition and surface topology of the thin films was studied along with the deposition reaction mechanism. The information that was obtained resulted in a correlation between the metallic sources used and the film properties obtained. The experimental results pave the way towards the optimization of novel organometallic precursors.