 Couches Minces : Corrélation Structure-Propriétés |
Dépôt par PVD de couches minces d’oxydes BaxSr1-xTiO3 à forte constante diélectrique  |
Participants:
- Jean-Pierre LANDESMAN (PR)
- Marie-Paule BESLAND (CR)
- Antoine GOULLET (PR)
- Ahmed RHALLABI (MC)
Doctorants:
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Fatiha CHALLALI (CIFRE MHS 2007-2010)
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Les 40 dernières années ont vu des progrès importants en ce qui concerne l’intégration de dispositifs actifs électroniques dans l’industrie micro-électronique, permettant ainsi la réalisation de fonctions complexes logiques sur des surfaces de silicium toujours plus réduites. En comparaison, l’intégration des composants passifs a très peu progressé et reste principalement effectuée aujourd’hui au niveau des circuits imprimés où sont insérés les composants actifs.
Figure 1 : Marché Mondial des composants passifs [source iNEMI 2004]
Un enjeu majeur est la montée en fréquence vers le domaine de la RF et la miniaturisation des circuits intégrés silicium CMOS. Une stratégie basée sur une technologie CMOS traditionnelle vise l’intégration au plus près du silicium des fonctions analogiques plus ou moins complexes, ce qui signifie réaliser les composants passifs nécessaires sur la même puce en silicium, en utilisant des matériaux en couches minces rendant ces composants passifs suffisamment performants. Ces applications couvrent les circuits de communication RF, avec comme applications la réalisation d’étiquettes électroniques, de capteurs ou d’instrumentation scientifique et médicale. L’objectif consiste à développer des films minces diélectriques à base de BST, afin de permettre de proposer une filière technologique CMOS intégrant des dispositifs performants pour générer de nouvelles fonctions sur une même surface de silicium.Ce projet est soutenu par l’entreprise M.H.S. SAS, implantée à Nantes depuis fin 2005, et exploitant une ligne de fabrication de circuits silicium CMOS.
Figure 2 : Exemples de composants passifs: (gauche à droite) Composants discrets, composants integrés et embarqués [ K .J.Lee thèse 2005]
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| Objectifs |
Le principal défi pour cette étude est la mise au point de capacités utilisant comme diélectrique l’oxyde BaxSr1-xTiO3 (BST) et comme électrodes soit des métaux tels que le Pt soit des oxydes conducteurs, type RuO2, qui pourront être intégrées de façon monolithique en technologie CMOS sans dégradation des performances ou de la fiabilité des circuits intégrés, en leur ajoutant des fonctionnalités de type communications RF.
Pour la réalisation de capacités à très forte valeur spécifique, qui constitue une brique de base, la maîtrise d’un procédé de dépôt de matériaux BST en couches minces est essentielle, et dans le cadre de la collaboration, un réacteur de dépôt par pulvérisation, acquis récemment par MHS va être utilisé. Sur la base des résultats de l'étude réalisée sur le dépôt d’oxydes BLT (voir fiche), et l’expérience acquise au PCM pour le dépôt par pulvérisation ce réacteur devra permettre le dépôt d’un grand nombre de types de matériaux en couches minces par pulvérisation ionique (réactive ou pas). La thèse de Fatiha Challali (CIFRE MHS depuis Janvier 2007), concerne l’étude et l’optimisation du dépôt de matériau oxydes BST à haute constante diélectrique par pulvérisation magnétron.
Pour atteindre ces objectifs, plusieurs laboratoires aux compétences complémentaires sont associés à l’IMN : l’Institut de Recherche en Electrotechnique et Electronique de Nantes Atlantique (IREENA), le CSM (Rennes, UMR CNRS 6226), spécialiste du dépôt de matériaux high k par ablation laser ou PLD (Pulsed Laser Deposition) et le LPGP (Orsay, UMR CNRS 8578) spécialiste des procédés plasma pour le dépôt de couches minces à haute constante diélectrique. Ainsi, les 4 équipes de recherche académique réunissent des compétences dans les domaines du dépôt de matériaux multi-composants en couches minces par différents procédés physiques et chimiques, de leur caractérisation structurale et électrique, ainsi que dans la mise au point de procédés dits plasmas froids particulièrement intéressants et bien adaptés à l’industrie micro-électronique.
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| Collaborations universitaires |
CSM Equipe Chimie du Solide et Matériaux - UMR 6226 - Unité Sciences Chimiques de Rennes, : M. Guilloux-Viry , S. Deputier, A. Perrin
LPGP Laboratoire de physique des gaz et des plasmas, UMR 8578 Université Paris Sud - Orsay: MC Hugon, B. Agius
IREENA EA 1770Equipe Matériaux Fonctionnels: D. Averty, H. Gundel, R. Seveno |
| Collaborations industrielles
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- Société MHS Electronics: G. Gadot, A. Charpentier
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| Publications |
M.P.BESLAND, H. DJANI-AIT AISSA, P.R.J. BARROY, S. LAFANE, P.Y. TESSIER, B. ANGLERAUD, M. RICHARD-PLOUET, L. BROHAN AND M. A. DJOUADI
Comparison of Lanthanum substituted Bismuth Titanate (BLT) thin films deposited by sputtering
and Pulsed Laser Deposition
Thin Solid Films, 495(1-2) 86-91 (2006).
M-W. CHU, M. GANNE, P-Y. TESSIER, D. EON, M.T. CALDES, L. BROHAN
Evidence for Pt-ferroelectrics interface scenario of different fatigue behaviours between Bi4Ti3O12 and Bi3.25La0.75Ti3O12 thin film capacitors
Materials Science in Semiconductor Processing 5 (2003) 179-182. |
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