Synthèse et caractérisation de précurseurs de cuivre, or et iridium et études des dépôts de films métalliques correspondants par CVD pour des applications en microélectronique

par Phong Tran Dinh

Thèse de doctorat en Chimie inorganique

Sous la direction de Pascal Doppelt.

Soutenue en 2007

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

mots clés

• Précurseur non fluoré de cuivre
• Trifluorine phosphine
• Précurseur inorganique
• Dépôt chimique en phase vapeur
• Couches minces

Résumé

Dans ce travail de thèse, nous avons synthétisé et caractérisé une famille des précurseurs non fluorés de cuivre (I) (b-dicétonate)Cu(L) où L représente le BTMSA ou TMSP. Parmi les précurseurs synthétisés, le (5-méthyle-2,4-hexanedionate)Cu(BTMSA) est le précurseur le plus prometteur. A partir de ce précurseur, les films de bonne qualité de cuivre métallique ont été déposés à partir de 170°C sur des supports utilisés en micro-électronique. AuCl(PF3) est un précurseur inorganique ne contenant pas de carbone ; il a été évalué, dans ce travail de thèse, comme précurseur pour déposer de films minces d'or par CVD thermique. En utilisant H2 comme gaz co-réactif, les films minces continus, purs d'or ont été déposés sur supports à partir de 110°C. Nous avons étudié l'influence de la nature de gaz vecteurs (N2, H2), de la température de dépôt sur la réaction de décomposition du précurseur ainsi que sur les caractéristiques des films obtenus. [IrCl(PF3)2]2, de la même famille que le complexe d’or, a été utilisé comme précurseur pour le dépôt CVD d'iridium, pour la première fois, dans ce travail de thèse. Ce précurseur inorganique est volatil mais très sensible à l’air. Nous l'avons généré "in-situ" dans le réacteur de dépôt CVD à partir de IrCl(PF3)4, un produit plus stable et manipulable. Sous N2, [IrCl(PF3)2]2 se décompose à partir de 240°C donnant des films compacts, extrêmement purs d’iridium métallique sur supports.

Titre traduit

Synthesis, characterization and evaluation of copper, gold and iridium precursors for metal CVD

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Résumé

A novel series of fluorine free copper (I) precursors, (b-diketonate)Cu(L) (L = BTMSA or TMSP), has been synthesized by acid-base reaction and characterized. Of these precursors, (5-methyl-2,4-hexanedionate)Cu(BTMSA) and (5,5-dimethyl-2,4-hexanedionate)Cu(BTMSA) are the most interested ones. Use of these precursors, the continuous, pure and electrically conducting copper thin films were grown on Ta/TaN from 170°C with high deposition rates (50 nm/min). AuCl(PF3) has been also evaluated for Au thermal CVD in this work. This inorganic precursor was used in solid form (with a conventional bubbler) as well as in a solution with toluene solvent (use of a liquid delivery system). Use of H2 as co-reactant gas, continuous and pure gold metallic thin films were deposited on Ta/TaN from 110°C. The impact of carrier gas nature (N2, H2) and deposition temperature on the precursor deposition reaction as well as on the properties of grown gold films has been investigated. [IrCl(PF3)2]2 has been used, for the first time in this work, as iridium source for Ir CVD. This inorganic precursor is very volatile but unstable. Hence, in this work, we have synthesized this precursor "in-situ" in the CVD reactor from IrCl(PF3) which is more stable and experimental. Under N2 carrier gas, compact, conformal and highly pure iridium thin films were grown on SiO2/Si from 240°C. We have also studied the influence of carrier gas nature (N2, H2, or O2) as well as the deposition temperature on the growth of iridium films.