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Couches fonctionnelles pour la microélectronique

par Allongue Philippe, Anne-Marie - publié le , mis à jour le

Participants : P. Allongue, J. –N. Chazalviel, C. Henry de Villeneuve, F. Ozanam

Doctorants : D. Dusciac

L’augmentation des performances des circuits intégrés en termes de vitesse et de miniaturisation nécessite le remplacement de la silice actuellement utilisée comme isolant de grille. De gros efforts sont actuellement réalisés pour la mise en œuvre d’oxydes à haute constante diélectrique (« high K »). Cependant, la croissance de la couche d’oxyde s’accompagne inévitablement de la formation d’une mince couche de silice SiO2 qui réduit l’avantage apporté par l’oxyde « high K ».

Dans ce travail, la couche HfO2 est déposée par MOCVD à une température de 350°C. Différentes fonctionnalisations de surface ont été comparées. D’un point de vue chimique, les spectres I (Fig. 1a) montrent que la bande IR (1000-1200 cm-1) associée à la formation de SiO2 est quasiment supprimée sur une surface Si(111) avec une monocouche méthyle. Ce résultat provient sans doute de la plus grande stabilité thermique (450°C) de cette couche organique par rapport à toutes autres qui désorbent (chaines alkyles) ou se fragmentent (chaines alkoxy) vers 200-250° C (lien n3_theme-II_page-4). Bien que la nucléation des couches semble homogène, la croissance est 3D comme le montre l’aspect granulaire du film (Figs. 1b).

Les spectres IR montrent aussi que la couche d’oxyde intermédiaire est plus importante sur une surface Si(100) méthylée ( 1.5 nm) que sur une surface (111) méthylée. Les mesures électriques, confirment en effet qu’il existe des états d’interface, responsables de la forme imparfaite des courbes C(V) (Fig. 1c).

Fig. 1 : (a) Spectres IR d’une surface Si(111) fonctionnalisée recouverte d’une couche (4.5 nm) de HfO2. (b) Vue AFM d’une surface Si(111) fonctionnalisée –CH3 recouverte d’une couche de 5 nm de HfO2. (c) Courbes C(V) sur une surface Si(100) méthylée recouverte par 5 nm de HfO2.

Publications :
[1] Dorin Dusciac, Virginie Brizé, Jean-Noël Chazalviel, Yun-Feng Lai, Hervé Roussel, Serge Blonkowski, Robert Schafranek, Andreas Klein, Catherine Henry de Villeneuve, Philippe Allongue, François Ozanam, and Catherine Dubourdieu, "Organic Grafting on Si for Interfacial SiO2 Growth Inhibition During Chemical Vapor Deposition of HfO2," Chemistry of Materials 24 (16), 3135-3142 (2012).