Dépôt de couches atomiques (Atomic Layer Deposition). Méthode de dépôt qui répète des réactions de surface autolimitées de gaz précurseurs pour contrôler l'épaisseur couche atomique par couche atomique.
Nom japonais: ALD
« ALD » apparaît dans 17 questions d'entraînement réparties sur 7 thèmes, dont Dépôt (CVD et PVD), Transistors avancés (FinFET et GAA), DRAM.
Domaine: Dépôt (CVD et PVD)
Le dépôt de couches atomiques (ALD) scinde une réaction CVD en deux demi-réactions séparées dans le temps. Un précurseur comme le triméthylaluminium (TMA) est introduit et se chimisorbe sur les sites de surface jusqu'à les occuper tous ; l'excès de gaz est purgé ; un co-réactif comme l'eau réagit ensuite avec la couche adsorbée, puis une seconde purge a lieu. Comme chaque demi-réaction s'arrête dès que la surface est saturée, la croissance par cycle est fixe, typiquement d'environ 0,1 nm ou moins, car les molécules de précurseur encombrantes bloquent les sites voisins. L'épaisseur du film se règle simplement en comptant les cycles.
La croissance autolimitée n'est valable que dans une plage de température appelée fenêtre ALD. Trop froid, les précurseurs se condensent ou réagissent incomplètement ; trop chaud, ils se décomposent et croissent à la manière d'une CVD, ou les espèces adsorbées se désorbent. Dans la fenêtre, la croissance par cycle est presque constante : environ 150 à 300 °C pour l'Al2O3 obtenu à partir de TMA et d'eau. Le choix du précurseur la déplace : le HfO2 peut être déposé à partir de HfCl4, stable vers 300 °C mais susceptible de laisser du chlore, ou d'organométalliques comme le TEMAHf, qui réagissent à plus basse température mais peuvent laisser du carbone. Ces résidus affectent la tension de seuil et la fiabilité.
La croissance étant contrôlée par la saturation de surface et non par le transport en phase gazeuse, l'ALD atteint une couverture de marche proche de 100 %, recouvrant les flancs et le fond de motifs dont le facteur de forme atteint plusieurs dizaines. La pulvérisation peut ne laisser au fond des trous profonds que moins de 10 % de l'épaisseur déposée au sommet, et la CVD se situe entre les deux. C'est pourquoi l'ALD sert à déposer les diélectriques de grille high-k en HfO2, le TiN des grilles métalliques et des barrières, les empilements ZrO2/Al2O3/ZrO2 des condensateurs de DRAM, l'empilement de grille qui enrobe les nanofeuillets GAA, ainsi que les espaceurs utilisés en double et quadruple patterning auto-aligné.
Le prix à payer est la vitesse : un cycle dure de quelques secondes à quelques dizaines de secondes, et quelques nanomètres demandent donc des dizaines de cycles. Les réacteurs par lots et l'ALD spatiale, qui fait passer les plaquettes dans des zones de gaz séparées, augmentent le débit. L'ALD assistée par plasma (PEALD) utilise des radicaux lors de l'étape de réaction pour déposer de la température ambiante à quelques centaines de °C et permettre des films comme le SiN, au prix d'une certaine perte de conformité dans les motifs profonds, car les radicaux se recombinent. La gravure par couches atomiques (ALE) applique le même principe autolimité au retrait de matière.
Réponse : B. Elle répète des réactions de surface autolimitées des précurseurs et contrôle l'épaisseur à l'échelle de la couche atomique
L'ALD répète un cycle : introduction d'un gaz précurseur qui s'adsorbe en une seule couche à la surface, purge de l'excédent, puis introduction d'un gaz réactif qui réagit avec la couche. La réaction s'arrête lorsque les sites réactifs de surface sont saturés (autolimitation) : l'épaisseur est contrôlée avec précision, à environ 0,1 nm par cycle, et le dépôt est uniforme même au fond de tranchées de rapport d'aspect de plusieurs dizaines. En contrepartie, la vitesse de dépôt est faible.
Réponse : C. Oxyde d'hafnium des films High-k, nitrure de titane, etc.
L'ALD contrôle l'épaisseur couche atomique par couche atomique et offre une excellente couverture de marche ; elle est utilisée lorsque des films minces et uniformes sont nécessaires : oxyde d'hafnium des diélectriques de grille High-k, nitrure de titane des grilles métalliques et des barrières, oxyde de zirconium des condensateurs de DRAM, films entourant la couche de piégeage de charge de la 3D NAND, espaceurs du multi-patterning, etc. Dans la logique et la mémoire avancées, la part de l'ALD dans les étapes de dépôt ne cesse de croître.
En CVD, tous les réactifs sont présents simultanément et le film croît en continu à une vitesse fixée par la température et l'apport de gaz. En ALD, les réactifs sont introduits séparément avec des purges entre eux : chaque étape est autolimitée et l'épaisseur est fixée par le nombre de cycles.
Typiquement environ 0,1 nm, soit une couche atomique ou moins. Un film de 2 nm demande donc de l'ordre de 20 cycles.
Chaque cycle nécessite deux injections de précurseur et deux purges qui doivent saturer complètement puis débarrasser complètement la surface, ce qui prend quelques secondes ou plus, alors qu'il n'ajoute qu'une fraction de nanomètre.
L'ALD répète un cycle : introduction d'un gaz précurseur qui s'adsorbe en une seule couche à la surface, purge de l'excédent, puis introduction d'un gaz réactif qui réagit avec la couche.
Quelle caractéristique de l'ALD (dépôt de couches atomiques…L'ALD contrôle l'épaisseur couche atomique par couche atomique et offre une excellente couverture de marche ; elle est utilisée lorsque des films minces et uniformes sont nécessaires : oxyde d'hafnium des diélectriques de grille High-k, nitrure de titane des grilles métalliques et des barrières, oxyde de zirconium des condensateurs de DRAM, films entourant la couche de piégeage de charge de la 3D NAND, espaceurs du multi-patterning, etc.
Quel exemple de matériau typiquement déposé par ALD est cor…La PEALD utilise un plasma lors de l'étape de réaction pour produire des radicaux très réactifs d'oxygène, d'azote ou d'hydrogène ; elle dépose ainsi à plus basse température que l'ALD thermique (de l'ambiante à quelques centaines de ℃) et s'applique à des combinaisons de matériaux qui réagissent mal thermiquement (SiN, TiN, etc.).
Quel est l'avantage de l'ALD assistée par plasma (PEALD) ?En ALD, chaque cycle dépose une couche atomique ou moins, environ 0,1 nm ; si les molécules de précurseur sont grosses, elles ne peuvent couvrir toute la surface et le dépôt est inférieur à une couche.
Quel est l'ordre de grandeur de l'épaisseur déposée par cyc…En ALD, une température trop basse provoque la condensation des précurseurs ou une réaction incomplète, et une température trop élevée leur décomposition thermique, d'où une croissance de type CVD, ou la désorption des molécules adsorbées.
En ALD, comment appelle-t-on la plage de températures dans …Précurseur Couverture de marche (step coverage) CVD Rapport d'aspect Multi-patterning MOL (middle-of-line) FinFET GAA (grille enrobante, gate-all-around) 3D NAND Plasma