N° d'ordre

Vanessa Cocheteau

Description

Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8

• mémoire

N° d'ordre : 2220 THESE présentée pour obtenir LE TITRE DE DOCTEUR DE L'INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE École doctorale : Sciences des procédés Spécialité : Génie des Procédés et Environnement Par Mlle COCHETEAU Vanessa SYNTHESE DE PLOTS QUANTIQUES DE SILICIUM PAR LPCVD POUR LES NOUVELLES GENERATIONS DE MEMOIRES NON VOLATILES Soutenue le 12 mai 2005 devant le jury composé de : M. COUDERC Jean-Pierre Président Mme. CAUSSAT Brigitte Directrice de thèse M. DESPAX Bernard Rapporteur M. DOLLET Alain Rapporteur M. MUR Pierre Membre M. VALHAS Constantin Membre M. BILLON Thierry Invité Mme. DONNADIEU Patricia Invité M. SCHEID Emmanuel Invité

• durées de dépôt


• merci en particulier


• leti


• phénomènes physico-chimiques en jeu


• échelle des réacteurs via le code de calcul fluent

Sujets

• Mémoire
• Directeur
• Billón
• Blanquet
• Invitation system

Informations

• Publié par: profil-feym-2012
• Publié le: 01 mai 2005
• Nombre de lectures: 50
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 5 Mo

Extrait

N° d’ordre : 2220




THESE


présentée

pour obtenir

LE TITRE DE DOCTEUR DE L’INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE


École doctorale : Sciences des procédés

Spécialité : Génie des Procédés et Environnement


Par Mlle COCHETEAU Vanessa


SYNTHESE DE PLOTS QUANTIQUES DE SILICIUM PAR LPCVD
POUR LES NOUVELLES GENERATIONS DE MEMOIRES NON
VOLATILES

Soutenue le 12 mai 2005 devant le jury composé de :

M. COUDERC Jean-Pierre Président

Mme. CAUSSAT Brigitte Directrice de thèse
M. DESPAX Bernard Rapporteur
M. DOLLET Alain MUR Pierre Membre
M. VALHAS Constantin Membre BILLON Thierry Invité
Mme. DONNADIEU Patricia
M. SCHEID Emmanuel Invité


















REMERCIEMENTS























Le travail présenté dans ce manuscrit a été réalisé au sein du Laboratoire de Génie Chimique
(LGC), au Laboratoire d’Electronique de Technologie de l’Information (LETI), au Laboratoire
d’Analyse et d’Architecture des Systèmes (LAAS) et au laboratoire de Thermodynamique et
Physico-Chimie Métallurgique (LTPCM).

En tout premier, je veux remercier mes parents, mes sœurs Emeline et Mélina, Anthony,
mon beau-fréré préféré, ma grand-mère, Cédric pour leurs soutien, leurs encouragements sans faille
qui m »ont permis d’arriver là où j’en suis aujourd’hui.

Je souhaite remercier Brigitte Caussat, ma directrice de thèse, pour la confiance et toute
l’aide qu’elle a pu m’apporter durant ces trois années.

Je tiens à remercier, Pierre Mur pour l’aide qu’il m’a apportée et l’accueil fait lors de mon
séjour au LETI. Merci aussi à Emmanuel Scheid pour son aide précieuse, ses discussions.

Je tiens aussi à remercier Patricia Donnadieu et Elisabeth Blanquet pour leur aide et
particulièrement pour leurs soutiens et leurs discussions.

Je remercie Marie-Noelle Séméria et Thierry Billon pour leur généreux accueil au sein du
laboratoire Traitement Thermique et Implantation nouvellement Laboratoire Front End.

Je remercie aussi tous les membres de mon jury de soutenance pour l’intérêt qu’ils ont pu
porté à mon travail et en particulier :
- Jean-Pierre Couderc, pour avoir accepté de présider le jury mais aussi pour m’avoir
encadrer lors du début de ma thèse.
- Alain Dollet, pour avoir accepter d’être rapporteur de mon travail
- Bernard Despax, pour avoir accepter de lire mon manuscrit et de juger mon travail
- Constantin Valhas, pour sa présence et son soutien


Bien sûr, mes remerciements vont aussi à toutes les personnes présentes lors de ces trois
années. Elles ont su m’apporter leur aide technique, scientifique, le soutien moral nécessaire
notamment lors de mon arrivée dans les laboratoires :
- en tout premier, tout le personnel salle blanche du LETI et notamment Amélie sans
qui mes nanocristaux n’existeraient pas,
- Véronique, Cyrille, Nicolas, Jean-François, Yannick, Jean-Michel, Guillaume,
Yann, Marie, Joël, Alexandra, … et tout ceux du LETI que j’aurais pu oublier,
- Christine, Mallorie, Sébastien, Sophie, Lionel, Franck, Christophe, Nelson, Olivier,
Nathalie, Laurie, … et tout ceux du LGC,
- Et bien évidemment toute l’équipe CVD du LGC et particulièrement Loïc, Lucas,
Régis,
- Enfin un merci particulier à Shila, nous avons commencé nos thèses en même
temps, garder contact pendant trois ans. Merci pour ton soutien et surtout pour tes
encouragements.



















RESUME













RESUME

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
12 2Fluent. Des densités très fortes, jusqu’à 1,3.10 plots/cm , 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.

SOMMAIRE SOMMAIRE


INTRODUCTION GENERALE …………………………………………………………5

CHAPITRE 1 : ANALYSE BIBLIOGRAPHIQUE……………………………………..8

1 LES MEMOIRES NON VOLATILES A NANOPLOTS .......................................................... 9
1.1 Caractéristiques des nanoplots de silicium .......................