Etude de capacités en couches minces à base d'oxydes métalliques ...

tel-00141132, version 1 - 11 Apr 2007
Chapitre 1 : Problématique
Toutefois les matériaux cristallins présentent des constantes diélectriques plus élevées que les
amorphes : le Ta2O5 cristallisé présente une constante diélectrique deux fois plus élevée que
sa forme amorphe.
3.3. Les matériaux high-k
De nombreuses études sur les capacités MIM ont été réalisées afin de développer de nouveaux
matériaux pour remplacer le SiO2 à commencer par le nitrure de silicium (Si3N4) [16] qui
présente une constante diélectrique égale à 7.
Beaucoup d’autres matériaux high-k sont également étudiés en structure MIM afin
d’augmenter la densité de capacité surfacique des dispositifs : Ta2O5 [17,18,19], Al2O3
[20,23], Y2O3 [11], Pr2O3 [22], ZrO2 [23], HfO2 [24,25,26], SrTiO3, BaTiO3.
Toutefois des efforts restent souvent à faire au niveau des autres caractéristiques requises pour
une structure MIM, principalement en terme de courant de fuite et de linéarité en tension.
Le Tableau 1-3, non exhaustif, présente diverses études sur ces matériaux high-k en tant
qu’isolant dans des structures MIM. Les études sur les capacités MIM à base de SrTiO3 et
BaTiO3 seront présentées dans le chapitre 2.
A l’exception d’une étude [18], tous les résultats présentés dans ce tableau sont obtenus dans
des conditions de température compatibles avec les procédés Above IC : les températures
d’élaboration se situent entre 200°C et 450°C. Dans leur étude de capacités MIM à base de
Ta2O5 par MOSD (procédé chimique en phase liquide proche du procédé sol-gel présenté
dans le chapitre 2), Joshi et Cole [18] font état d’une température d’élaboration de 750°C ; Il
s’agit de la température du recuit de cristallisation. En effet, dans ce cas le Ta2O5 est
cristallisé, ce qui explique sa forte valeur de constante diélectrique de l’ordre de 50, deux fois
plus élevée que les valeurs habituellement observées pour lesquelles le Ta2O5 est amorphe
[17, 19, 27].
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