Thèse soutenue

Etude de matériaux diélectriques pour l’intégration de capacités de haute densité / haute tension dans des structures 3D en silicium
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Auteur / Autrice : Aude Lefevre
Direction : Ulrike Anne Lüders
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie des matériaux
Date : Soutenance en 2014
Etablissement(s) : Caen
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale structures, informations, matière et matériaux (Caen ; 1992-2016)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de cristallographie et sciences des matériaux (Caen ; 1996-....)
Jury : Président / Présidente : Emmanuel Defaÿ
Examinateurs / Examinatrices : Ulrike Anne Lüders, Emmanuel Defaÿ, Catherine Dubourdieu, Alain Sylvestre, Fred Roozeboom, Malte Czernohorsky, Catherine Bunel
Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Dubourdieu, Alain Sylvestre

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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Dans la course à la miniaturisation, les composants passifs tentent de suivre les transistors. Notamment, les condensateurs qui occupent environ 30% de la surface des circuits imprimés font l’objet de nombreuses études pour augmenter les densités de capacité mais sans dégrader leurs performances comme les fuites et les tensions de claquage. Plusieurs voies sont explorées : l’utilisation de l’épaisseur de silicium pour augmenter la surface utile des capacités, la diminution de l’épaisseur mais celle-ci affecte les fuites et la tension de claquage, le changement du diélectrique par un de plus forte permittivité. Mais, en général, les matériaux de fort εr montrent aussi des pertes plus importantes et des champs de claquage plus faibles. Il faut donc trouver un compromis entre l’épaisseur, la permittivité et le champ de claquage. Ce travail de thèse porte donc sur le développement de nouveaux matériaux à base d’oxydes binaires qui puissent combiner haute densité (> 500nF/mm²) et haute tension (> 10V) ainsi que leur intégration dans des structures 3D de fort rapport de forme 1:40. Les oxydes sont développés d’abord en planaire pour définir les meilleures combinaisons afin obtenir des capacités haute densité/haute tension. En parallèle, différentes techniques de dépôts CVD (Chemical Vapor Deposition) et ALD (Atomic Layer Deposition) sont évaluées pour optimiser la conformité des oxydes pour qu’ils puissent être intégrés dans des véhicules de test électriques 3D en simple MIM. Le meilleur compromis est finalement obtenu avec un multicouche de HfO2 et Al2O3 constituée de fines couches de 2 nm de chaque matériau. L’intégration dans un dispositif 3D en technologie MIMIM a permis de démontrer des capacités au-dessus de 500nF/mm² avec des tensions de claquage de 12V montrant de bonne stabilité en tension et en température.