catalyseurs electrochimiques en couches minces pour l ... - Iuvsta.org

CONTROLE DES PROPRIETES DE FILMS MINCES DE RUO 2
DEPOSES PAR PULVERISATION CATHODIQUE MAGNETRON
REACTIVE ASSISTEE D’UNE SOURCE D'IONISATION
ADDITIONNELLE
D. Benzeggouta, M.C. Hugon, O. Voldoire, M. Ganciu, J. Bretagne, et B. Agius
Lab. de Physique des Gaz et des Plasmas, Université Paris-Sud, 91405 Orsay Cedex, France
R. Sireilles
Alliance Concept, 74960 Cran-Gevrier, France
C. Berthier
INSTN/UESMS, 91191 Gif sur Yvette Cedex, France
P.Aubert
Lab. LMN, Université d'Evry, 91025 Évry Cedex, France
Dans la course aux performances, l’intégration au cœur des circuits intégrés de dispositifs
capacitifs, appelés capacités MIM est de plus en plus nécessaire. En effet, la fabrication de circuits
intégrés complexes traitant à la fois des signaux analogiques et numériques réclame des capacités
spécifiques. L’utilisation de plus en plus fréquente de signaux radiofréquences, en particulier pour les
systèmes communicants implique l’intégration de capacités dites de découplage. Enfin les cellules
élémentaires des mémoires DRAM basées sur le stockage d’une charge électrique nécessitent une
amélioration de leurs propriétés capacitives pour poursuivre la miniaturisation de ce type de mémoire.
Le point commun de toutes ces applications est qu’elles exigent à la fois une forte valeur de capacité et
de très faibles courants de fuite. Les diélectriques à forte permittivité sont bien adaptés pour répondre à
ces exigences.
Les trois matériaux, qui sont actuellement susceptibles de jouer le rôle d’électrode pour ces
structures MIM sont : Pt, RuO 2 et IrO 2 . C’est dans ce cadre que nous avons choisi d’étudier RuO 2 .
D’autre part, pour répondre aux besoins des futures générations de circuits intégrés (intégration 3D), le
film de RuO 2 est réalisé par pulvérisation cathodique assistée d’une source d’ionisation additionnelle.
Le film de RuO 2 est déposé en couches minces par pulvérisation cathodique RF magnétron, à
partir d’une cible de Ruthénium et d’un plasma réactif d’argon et d’oxygène. Pour augmenter le taux
d’ionisation des atomes pulvérisés (dans le but de maîtriser davantage leur trajectoire), une boucle
alimentée en RF est interposée entre la cible de Ru et le substrat. Un suivi en temps réel du plasma par
spectroscopie d'émission optique, permet de contrôler la stoechiométrie des films déterminée
indépendamment par RBS (Rutherford Backscattering Spectroscopy) pour les atomes de Ru et NRA
(Nuclear Reaction Analysis - 16 O(d,p 0 ) 17 O à 830 keV) pour les atomes d’O.
En pulvérisation réactive classique, la cible est soumise à deux phénomènes antagonistes: la
formation d'une couche chimisorbée (RuOx dans notre cas) et l'érosion de la cible par pulvérisation. La
compétition entre ces deux mécanismes donne naissance généralement à deux régimes de pulvérisation
quand on augmente la concentration du gaz réactif: le "régime cible métallique" où l'espèce pulvérisée
est essentiellement du métal sous forme atomique et le "régime cible oxydée" où les espèces
pulvérisées peuvent être des espèces moléculaires formées à la surface de la cible. Cette transition va
conditionner la stœchiométrie du film déposé. La présence de la boucle alimentée en RF, induit
l’apparition d’une deuxième transition entre un mode dit "inductif " et un mode dit "capacitif ". Ce
phénomène modifie fortement les propriétés de la décharge.