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Synthèse de plots quantiques de silicium par LPCVD pour les nouvelles générations de mémoires non volatiles

Cocheteau, Vanessa (2005) Synthèse de plots quantiques de silicium par LPCVD pour les nouvelles générations de mémoires non volatiles. (LPCVD silicon quantum dots synthesis for new generations of non-volatile memories.)

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Abstract

Les mémoires, permettant de stocker l'information, sont nécessaires dans beaucoup de dispositifs microélectroniques. Le besoin toujours croissant de miniaturisation passe par une augmentation de l'autonomie et une minimisation de la consommation d'énergie sans oublier une grande fiabilité. L'utilisation de plots quantiques de silicium, dont la taille est de l'ordre du nanomètre, est envisagée pour fabriquer des mémoires à pièges discrets. Le dépôt chimique en phase vapeur à basse pression (LPCVD) est une voie de synthèse prometteuse pour ces nanoplots. Ils ont été élaborés dans deux technologies de réacteurs de dépôt différentes, un tubulaire industriel classique, le réacteur TEL au LETI et un réacteur prototype, le réacteur Secteur au LAAS. Les dépôts sont effectués dans les conditions opératoires conventionnelles de la LPCVD, à partir de silane pur dans le réacteur TEL et de silane dilué dans l'azote et de disilane pur dans le réacteur Secteur. Les durées de dépôt sont très courtes, inférieures à la minute. Une étude de reproductibilité et d'uniformité en densité et en taille des nanoplots sur plaque dans les réacteurs TEL et Secteur et sur charge dans le réacteur TEL a été effectuée pour confirmer la possibilité de produire à grande échelle ces nanoplots. Pour comprendre les phénomènes physico-chimiques en jeu lors de ces dépôts, les influences des paramètres opératoires sur les densités et les tailles sont analysées expérimentalement et par modélisations numériques à l'échelle des réacteurs via le code de calcul Fluent. Des densités très fortes, jusqu'à 1,3.1012 plots/cm2, sont obtenues pour les pressions les plus élevées testées. Le rôle spécifique des espèces insaturées pour la nucléation lors de ces dépôts ultraminces a été mis en évidence. La mise au point de nouvelles gammes opératoires de pression et de température a permis permettant d'accroître les durées de dépôt. De nouvelles lois cinétiques hétérogènes adaptées aux dépôts de nanoplots ont été développées permettant de corréler par modélisation numérique les paramètres d'élaboration aux densités et aux tailles. Ce premier outil de modélisation permettra de tester divers mécanismes d'interaction entre les liaisons de surface et les espèces précurseurs. ABSTRACT : The increase of microelectronic device potentialities essentially derives from the reduction of feature size down the nanometre scale. Multi-nanodots memories are one illustration of this trend. Low Pressure Chemical Vapor Deposition (LPCVD) seems to be one of the most efficient ways to form silicon nanodots for industrial applications. We have deposited silicon nanodots in two technologies of hot wall reactors, an industrial tubular one called TEL and a prototype sector reactor. Nanodots have been elaborated from pure silane in the TEL and from silane diluted in nitrogen or pure disilane in the Sector. The run durations are very short, less than 1 min. In order to optimize nanodots fabrication, studies of density and size reproducibility and uniformity on wafer have been carried out in the TEL and in the Sector. The uniformity wafer to wafer has been also studied in the TEL reactor. With the aim of a better control of the phenomena involved during silicon nanodots deposition, a multi-field study has been performed. The influence of various process parameters has been analysed by experiments method and numerical simulations at the reactor scale with the CFD software Fluent. Very high densities, till 1.3 1012 dots/cm2 have been obtained for the highest pressures tested. The specific role of unsaturated species about nucleation for the ultrathin deposits has been evidenced. New operating ranges of pressure and temperature have been found allowing to increase deposition durations. New kinetic heterogeneous laws adapted to nanodots deposits have been developed allowing to correlate the process parameters to density and size of nanodots. This first modelling tool will allow to test various mechanisms of interaction between surface bonds and gaseous precursors

Department or laboratory:Laboratoire de Génie Chimique - LGC (Toulouse, France)
Directeur de thèse:Caussat, Brigitte
Uncontrolled Keywords:Nanocristaux – Silicium – LPCVD – Procédé – Modèle cinétique – CFD - MEB
Subjects:Process engineering > Process and environmental engineering
Civil engineering industry, materials, structure
Deposited On:05 July 2011

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