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

par Vincent Edon

Thèse de doctorat en Physique des plasmas

Sous la direction de Marie-Christine Hugon.

Soutenue en 2007

à Paris 11 .


  • Résumé

    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.

  • Titre traduit

    Gate oxides deposition by magnetron sputtering : correlation between the plasma properties and the films ones


  • Résumé

    The replacement of silica as gate dielectric in the field-effect transistors is a major concern of the micro-electronics industry. To answer the increasingly requirements induced by the miniaturization of the components, gradually use of materials known as "high-k" because of their strong permittivity is considered. Among those, oxides compounds derived from lanthanum or hafnium are potential candidates studied with interest. Beyond the choice of material, crippling insufficiencies in term of electrical performances and stability were evidenced with the passing of years of study. Our choice was made on the deposition of the dielectric materials LaAlO3, LaAlON and HfAlO, by magnetron sputtering. The optimization of the deposition and post-deposition processes implied in LaAlO3 thin films grown on Si resulted in choosing a thermalized mode with high RF power, followed by an annealing in O2. Thermodynamic insufficiencies (metal losses and interdiffusion) were also shown. Then we presented a characterization of the interface formed between LaAlO3 and Si using physicochemical and optical analyses. Lastly, we analyzed the effects induced by bulk nitridation of LaAlO3 films deposited on Si, and the effects induced by the growth of a nitrided monolayer at the oxide/Si interface. LaAlON/Si films have comparatively a better thermodynamic stability, while the comparison of HfAlO/Si and HfAlO/SiON/Si films showed the improvement of the electrical and structural properties of the latter.

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Informations

  • Détails : 1 vol.(XIV-207 p.)
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2007)87
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