1. Study of aluminium oxide thin films deposited by plasma-enhanced atomic layer deposition from tri-methyl-aluminium and dioxygen precursors: Investigation of interfacial and structural properties
- Author
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Emmanuel Scheid, Ahmet Lale, Pierre Temple-Boyer, Fuccio Cristiano, Jérôme Launay, Lucien Datas, Benjamin Reig, Équipe MICrosystèmes d'Analyse (LAAS-MICA), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Équipe Matériaux et Procédés pour la Nanoélectronique (LAAS-MPN), Centre de microcaractérisation Raimond Castaing (CMCR), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique (LAAS-TEAM), Équipe MICrosystèmes d'Analyse ( LAAS-MICA ), Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes [Toulouse] ( LAAS ), Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université Toulouse III - Paul Sabatier ( UPS ), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse ( INSA Toulouse ), Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National Polytechnique [Toulouse] ( INP ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université Toulouse III - Paul Sabatier ( UPS ), Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National Polytechnique [Toulouse] ( INP ), Équipe Matériaux et Procédés pour la Nanoélectronique ( LAAS-MPN ), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux ( CIRIMAT ), Institut National Polytechnique [Toulouse] ( INP ) -Université Toulouse III - Paul Sabatier ( UPS ), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Service Techniques et Équipements Appliqués à la Microélectronique ( LAAS-TEAM ), F2ME, Laboratoire Pluridisciplinaire de Recherche en Ingénierie des Systèmes, Mécanique et Energétique ( PRISME ), Ecole Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Bourges ( ENSI Bourges ) -Université d'Orléans ( UO ) -Ecole Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Bourges ( ENSI Bourges ) -Université d'Orléans ( UO ), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Centre de microcaractérisation Raimond Castaing (Centre Castaing), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), and Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
- Subjects
Materials science ,[ SPI.MAT ] Engineering Sciences [physics]/Materials ,Alumina ,Oxide ,chemistry.chemical_element ,02 engineering and technology ,Substrate (electronics) ,01 natural sciences ,chemistry.chemical_compound ,Atomic layer deposition ,Aluminium ,PE-ALD ,Al2O3 ,0103 physical sciences ,[ SPI ] Engineering Sciences [physics] ,Materials Chemistry ,Thin film ,Aluminium oxide ,[SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics ,Silicon oxide ,Plasma-enhanced atomic layer deposition ,010302 applied physics ,Aluminium oxides ,Physical properties ,Interfacial properties ,Metals and Alloys ,Surfaces and Interfaces ,021001 nanoscience & nanotechnology ,Surfaces, Coatings and Films ,Electronic, Optical and Magnetic Materials ,chemistry ,Chemical engineering ,[ SPI.NANO ] Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics ,0210 nano-technology - Abstract
International audience; Aluminium oxide (Al 2 O 3) films were deposited on silicon substrates using plasma-enhanced atomic layer de-position (PE-ALD) technique with tri-methyl-aluminium TMA (Al(CH 3) 3) and dioxygen (O 2) as precursors. PE-ALD experiments were performed in order to (i) investigate the interfacial properties between the silicon sub-strate and the alumina layer, and (ii) understand the impact of growth and crystallization phenomena on the Al 2 O 3 films properties (structural, optical, mechanical, dielectric and etch). The formation of oxide-based transition layers, either silicon oxide SiO 2 and/or aluminosilicate Al x Si y O, was evidenced for the TMA/O 2 PE-ALD process. Based on these results, it appears that no substrate-enhanced growth occurs at the early stages of the growth process, as assumed in previous reports. Thus, constant growth rate (0.08 nm per cycle) and re-fractive index (1.64 at a 450 nm wavelength) were obtained for the Al 2 O 3 layer deposited at 300 °C. Finally, thermal annealing experiments were performed on these films, evidencing the influences of atomic structural rearrangement and crystallization on the Al 2 O 3 film main characteristics: interface steepness, atomic structure, refractive index, residual stress, dielectric constant and etch rate.
- Published
- 2018
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