Procédé de dépôt de couche barrière/d’adhésion et de cuivre dans des structures 3D pour application microélectronique / Kilian Piettre  

Public ISBD Titre : Procédé de dépôt de couche barrière/d’adhésion et de cuivre dans des structures 3D pour application microélectronique Titre original : Deposition process of diffusion-adhesion layers and copper films in 3D structures for microelectronic application Type de document : texte imprimé Auteurs : Kilian Piettre, Auteur ; Bruno Chaudret, Directeur de thèse ; Pierre Fau, Directeur de thèse Année de publication : 2011 Langues : Français (fre) Tags : NANOPARTICULES DE CUIVRE  FILM DE CUIVRE  BARRIÈRE DE DIFFUSION  DÉPÔT VOIE LIQUIDE ORGANOMETALLIQUE  MICROÉLECTRONIQUE COPPER NANOPARTICLES  COPPER FILM  DIFFUSION BARRIER  LIQUID ORGANOMETALLIC DEPOSIT  MICROELECTRONICS Résumé : "De par sa forte conductivité électrique et bonne résistance à l'électromigration le cuivre est le matériau le plus utilisé en microélectronique pour la préparation de lignes conductrices. Différentes méthodes physiques (pulvérisation cathodique, évaporation sous vide) ou chimiques (électrolytique, electroless) sont utilisées pour former des interconnexions en cuivre dans les composants électroniques. De nouvelles contraintes de procédé sont récemment apparues avec le développement de l'empilement des composants sur plusieurs niveaux dans les circuits intégrés et la nécessité de déposer des couches conductrices dans des puits, des vias profonds, des tranchées. La chimie en phase liquide apparaît comme une approche technologique permettant de simplifier les procédés de dépôt de cuivre en microélectronique tout en atteignant des caractéristiques requises par les nouvelles contraintes (dépôts conformes dans les structures profondes 3D). La maîtrise des techniques de chimie moléculaire pour la synthèse de nouveaux précurseurs mais aussi les procédés de décomposition en milieu liquide pour la formation, soit de films métalliques, soit de nanoparticules, nous a permis d'étudier deux nouvelles voies de dépôt qui seront présentées dans ce manuscrit. Dans un premier temps, nous avons mené une étude approfondie sur un procédé de dépôt sur des substrats de SiO2/Si faisant appel à la décomposition d'un précurseur organométallique de cuivre solubilisé dans un précurseur de silice. Nous avons étudié le rôle d'un ajout contrôlé d'eau dans le milieu réactionnel sur la formation du film de cuivre. Nous présentons ensuite la synthèse de solutions colloïdales de nanoparticules de cuivre en présence de ligands organiques, et l'étude de leur stabilité vis à vis de l'exposition à l'air. Elles sont ensuite déposées par différentes méthodes sur des substrats fonctionnalisés par des dendrimères. Dans le dernier chapitre, nous présentons une méthode innovante de dépôt d'une couche barrière de diffusion puis d'un film de cuivre adhérent et conforme, le tout obtenu par la voie liquide organométallique." "Copper is the most used material in microelectronic for preparation of conductive lines due to its good electric conductivity and resistance to electromigration. Several methods, physical (such as sputtering, thermal evaporation) and chemical (electrolytic, electroless deposition), are employed to form interconnections in microelectronic processes. New process requirements have recently appeared with the development of stacked conductive layers and the deposition of copper layers into silicon 3D structures. The chemical liquid route appeared to be a technological approach that could give the opportunity to simplify the copper deposition processes in microelectronic field and, at the same time, could possibly respond to technological requirements. (i.e. conformal deposition in 3D structures). Mastering the techniques of molecular chemistry for the synthesis of novel precursors, and the decomposition process via a liquid route for the formation of either metallic layers or nanoparticles, has allowed us to explore two deposition strategies that are presented in this manuscript. The bibliographic chapter contains two parts. The first one presents the main trends in the chemical synthesis of copper nano-objects. The second presents the various copper deposition techniques and the formation of diffusion barrier layer of copper on silicon substrates. In the first experimental chapter, we have studied a deposition process based on the hydrogenolysis of a copper organometallic precursor in the presence of an organic silica precursor. The resulting copper layers are deposited on SiO2/Si substrates. We have focused on the study of the role of an addition of water in the medium on the resulting layer. In the second experimental part, we present the synthesis of copper nanoparticles stabilized by organic ligands, and their behavior during an exposure to ambient air. The deposition by spin-coating or dipping of these colloidal solutions of nanoparticles on functionalized silicon substrates by dendrimers is studied. Finally, we describe an innovative deposition method for the formation of a diffusion barrier layer and a copper layer by using an organometallic chemical liquid route. Such copper layers are adherent and highly conformal inside deep vias on silicon substrates." Document : Thèse de Doctorat Etablissement_delivrance : Université de Toulouse 3 Date_soutenance : 29/05/2011 Ecole_doctorale : Sciences de la matière (SdM) Domaine : Chimie Organométallique et de Coordination En ligne : https://theses.fr/2012TOU30195 Procédé de dépôt de couche barrière/d’adhésion et de cuivre dans des structures 3D pour application microélectronique = Deposition process of diffusion-adhesion layers and copper films in 3D structures for microelectronic application [texte imprimé] / Kilian Piettre, Auteur ; Bruno Chaudret, Directeur de thèse ; Pierre Fau, Directeur de thèse . - 2011. Langues : Français (fre) Tags : NANOPARTICULES DE CUIVRE  FILM DE CUIVRE  BARRIÈRE DE DIFFUSION  DÉPÔT VOIE LIQUIDE ORGANOMETALLIQUE  MICROÉLECTRONIQUE COPPER NANOPARTICLES  COPPER FILM  DIFFUSION BARRIER  LIQUID ORGANOMETALLIC DEPOSIT  MICROELECTRONICS Résumé : "De par sa forte conductivité électrique et bonne résistance à l'électromigration le cuivre est le matériau le plus utilisé en microélectronique pour la préparation de lignes conductrices. Différentes méthodes physiques (pulvérisation cathodique, évaporation sous vide) ou chimiques (électrolytique, electroless) sont utilisées pour former des interconnexions en cuivre dans les composants électroniques. De nouvelles contraintes de procédé sont récemment apparues avec le développement de l'empilement des composants sur plusieurs niveaux dans les circuits intégrés et la nécessité de déposer des couches conductrices dans des puits, des vias profonds, des tranchées. La chimie en phase liquide apparaît comme une approche technologique permettant de simplifier les procédés de dépôt de cuivre en microélectronique tout en atteignant des caractéristiques requises par les nouvelles contraintes (dépôts conformes dans les structures profondes 3D). La maîtrise des techniques de chimie moléculaire pour la synthèse de nouveaux précurseurs mais aussi les procédés de décomposition en milieu liquide pour la formation, soit de films métalliques, soit de nanoparticules, nous a permis d'étudier deux nouvelles voies de dépôt qui seront présentées dans ce manuscrit. Dans un premier temps, nous avons mené une étude approfondie sur un procédé de dépôt sur des substrats de SiO2/Si faisant appel à la décomposition d'un précurseur organométallique de cuivre solubilisé dans un précurseur de silice. Nous avons étudié le rôle d'un ajout contrôlé d'eau dans le milieu réactionnel sur la formation du film de cuivre. Nous présentons ensuite la synthèse de solutions colloïdales de nanoparticules de cuivre en présence de ligands organiques, et l'étude de leur stabilité vis à vis de l'exposition à l'air. Elles sont ensuite déposées par différentes méthodes sur des substrats fonctionnalisés par des dendrimères. Dans le dernier chapitre, nous présentons une méthode innovante de dépôt d'une couche barrière de diffusion puis d'un film de cuivre adhérent et conforme, le tout obtenu par la voie liquide organométallique." "Copper is the most used material in microelectronic for preparation of conductive lines due to its good electric conductivity and resistance to electromigration. Several methods, physical (such as sputtering, thermal evaporation) and chemical (electrolytic, electroless deposition), are employed to form interconnections in microelectronic processes. New process requirements have recently appeared with the development of stacked conductive layers and the deposition of copper layers into silicon 3D structures. The chemical liquid route appeared to be a technological approach that could give the opportunity to simplify the copper deposition processes in microelectronic field and, at the same time, could possibly respond to technological requirements. (i.e. conformal deposition in 3D structures). Mastering the techniques of molecular chemistry for the synthesis of novel precursors, and the decomposition process via a liquid route for the formation of either metallic layers or nanoparticles, has allowed us to explore two deposition strategies that are presented in this manuscript. The bibliographic chapter contains two parts. The first one presents the main trends in the chemical synthesis of copper nano-objects. The second presents the various copper deposition techniques and the formation of diffusion barrier layer of copper on silicon substrates. In the first experimental chapter, we have studied a deposition process based on the hydrogenolysis of a copper organometallic precursor in the presence of an organic silica precursor. The resulting copper layers are deposited on SiO2/Si substrates. We have focused on the study of the role of an addition of water in the medium on the resulting layer. In the second experimental part, we present the synthesis of copper nanoparticles stabilized by organic ligands, and their behavior during an exposure to ambient air. The deposition by spin-coating or dipping of these colloidal solutions of nanoparticles on functionalized silicon substrates by dendrimers is studied. Finally, we describe an innovative deposition method for the formation of a diffusion barrier layer and a copper layer by using an organometallic chemical liquid route. Such copper layers are adherent and highly conformal inside deep vias on silicon substrates." Document : Thèse de Doctorat Etablissement_delivrance : Université de Toulouse 3 Date_soutenance : 29/05/2011 Ecole_doctorale : Sciences de la matière (SdM) Domaine : Chimie Organométallique et de Coordination En ligne : https://theses.fr/2012TOU30195

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