Fabrication et caractérisation physico-chimique et électrique d'empilements TiN/Ta2O5/Tin : application aux capacités MIM pour les circuits intégrés analogiques et radiofréquence

par Emilie Deloffre

Thèse de doctorat en Science et génie des matériaux

Sous la direction de Gérard Ghibaudo et de Christophe Wyon.

Soutenue en 2005

à Grenoble, INPG .

    mots clés mots clés


  • Résumé

    Depuis 40 ans, les progrès de l'industrie microélectronique visent une réduction drastique et continue des dimensions des composants qui concerne également les composants passifs tels que les capacités Métal-Isolant-Métal (MIM). Cela se traduit par une augmentation de la densité de capacité impliquant que l'épaisseur du diélectrique soit réduite. Cependant une diminution de l'épaisseur des films isolants " conventionnels" conduit à une détérioration des performances électriques de la capacité MIM. Face à cette problématique, notre étude s'est tournée vers des matériaux de permittivité diélectrique plus élevée. Le diélectrique Ta2O5 a été choisi car il présente une constante diélectrique élevée (є= 25) et permet d'obtenir une bonne linéarité en tension de la capacité tout en conservant des courants de fuite relativement faibles. Ce travail porte sur l'étude des empilements TiNfTa2O5/TiN et des caractéristiques électriques de la capacité MIM associée. Nous avons étudié et comparé différentes méthodes de dépôt (MOCVD, ALD et PEALD) pour la réalisation des structures TiNfTa2O5/TiN. L'utilisation d'un large éventail de techniques de caractérisation nous a conduit à une meilleure compréhension de la composition chimique et de la densité des films de Ta2O5, des propriétés de l'interface TiNfTa2O5 ainsi que des contaminants présents dans l'empilement MIM. Pour ces différents points, nous avons analysé l'impact de différents post-traitements ainsi que celui de la technique de dépôt utilisée. Ces études nous ainsi permis de corréler les propriétés des matériaux de l'empilement TiNfTa2O5/TiN aux caractéristiques électriques de la capacité MIM.


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  • Titre traduit

    Development and electrical and physico-chemical characterization of TiN/Ta2O5/TiN structures : application to MIM capacitors for analogical and radio-frequency integrated circuits


  • Résumé

    As device dimensions of ultra large scale integration (ULSI) integrated circuits continues to scale down, the surface area of MIM (Metal-Insulator-Metal) capacitor has to decrease, thus requiring an increase of capacitance density. However, decreasing the dielectric thickness of conventional insulators such as Si02 (є = 3. 9) and Si3N4 (є = 7) leads to unacceptable electrical performances of the capacitor. Higher dielectric constant materials are developed to cope with continuous performance improvements in advanced capacitors structures. Tantalum oxide has been regarded as one of the most promising dielectric materials due to its high dielectric constant (є = 25) low linearity coefficients and leakage current obtained when it is integrated in MIM capacitors. Physico-chemical properties of TiNfTa2O5/TiN stacks were studied as weil as the electrical performances of the capacitor (conduction mechanisms, model of C(V) curves). , MOCVD, PEALD and ALD deposition methods have been investigated for processing Ta2O5 films. Thanks to various and welladapted characterisation methods (XRR, FTIR-ATR, ERDA, AR-XPS. . . ), we obtain a better understanding of the chemical composition and density of Ta2O5 films, of the interface TiNfTa2O5 properties and of the contamination of MIM structures. We analyzed impact of the deposition method and the influence of various post-treatrnents in order to correlate material properties of TiNfTa2O5fTiN stacks to electrical performances of MIM capacitor.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (209 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 201-209

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  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : TS05/INPG/0160
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