Academic literature on the topic 'Dépôt de couches atomiques (ALD)'

Plusieurs techniques de dépôt de couches minces sont développées, mais leurs applications peuvent être conditionnées par des conditions opératoires ou restreintes à une surface réduite de substrat. La technique ALD ‘Atomic Layer Deposition’ est une option idéale pour effectuer des dépôts de couches minces dans des conditions de température plus douce et de contrôle d’épaisseur de couches sur des substrats de grande surface. Elle peut être utilisée pour des applications variées en comparaison aux autres techniques.

Afin de subvenir aux besoins énergétiques des nouvelles technologies électroniques nomades et miniatures, le développement de microdispositifs de stockage électrochimique d’énergie suffisamment performants telles que les microbatteries (MB) Li-ion est nécessaire. Pour ce faire, l’élaboration de MB Li-ion en topologie tridimensionnelle est une voie attractive qui permet le déploiement de surface spécifique tout en conservant l’empreinte surfacique initiale (de l’ordre du mm2), exacerbant ainsi la densité d’énergie délivrée par la MB. Cette solution est rendue possible grâce au développement de technique de dépôt couches minces telle que l’ALD qui est capable de réaliser des dépôts conformes. Dans le cadre de cette thèse, un électrolyte solide (Li3PO4) a été développé et optimisé de façon conforme, par ALD, sur un substrat de silicium structuré au préalable par des techniques de micro-fabrication. Une électrode positive de type spinelle (LiMn1.5Ni0.5O4) a également été élaborée par pulvérisation cathodique RF. Les performances ont été optimisées en fonction des paramètres de dépôt sur un substrat Si/Al2O3/Pt. Une capacité volumique de 63 µAh.cm-2.µm-1 a ainsi été mesurée pour un dépôt de 420 nm à 0,01 mbar recuit sous air à 700°C. Enfin, un prototype de cellule électrochimique en vue d’un suivi in situ/operando par DRX d’une électrode en couche mince, a été proposé
In order to address the demand on energetic needs to sustain nomad and miniaturized electronic devices, micro-devices performance for energy storage such as Li-ion microbatteries (MB) have to be improved. An attractive way to meet the required performance consists in using 3D topology increasing the specific surface while keeping the initial surface footprint (in the mm2 range) which is significantly enhancing the delivered energy density of the MB. The development of thin film technologies such as ALD enabling conformal deposition makes it possible. In the framework of this thesis, a solid electrolyte (Li3PO4) has been developed and optimized by ALD, on a 3D micro-architectured silicon substrate obtained by microfabrication techniques. A positive electrode (LiMn1.5Ni0.5O4) has also been developed and optimized as a function of the deposition parameter by RF sputtering deposition on a Si/Al2O3/Pt substrate. A volumetric capacity of 63 µAh.cm-2.µm-1 has been measured for a film of 420 nm thick obtained at 0.01 mbar and then annealed at 700°C under air atmosphere. Finally, a prototype has been proposed to realize an electrochemical cell for the purpose of in situ/operando follow-up by XRD of a thin film electrode deposited on silicon substrate

Un dispositif expérimental de dépôt électrochimique en couches atomiques (EC-ALE) a été conçu et réalisé dans cette thèse. Sa mise en oeuvre a permis de valider cet équipement. Grâce à la flexibilité de cet équipement, un nouveau point de vue du dépôt en sous potentiel (UPD) du cobalt sur un substrat d'or a été proposé. Les résultats montrent aussi que le dépôt alternatif de monocouches de Co et de Sb est possible. Pour la première fois, l'électrodéposition de films minces Sb2Se3 par la méthode EC-ALE sur des électrodes poly-cristallines d'or a été obtenue et étudiée. Les paramètres de dépôt ont été déterminés et le film mince déposé a été caractérisé par analyses MEB et RAMAN. L'adsorption irréversible et le phénomène UPD réversible de Sb sur une électrode de Pt a aussi été étudié. Les résultats montrent qu'après la réduction en Sb des espèces adsorbées SbO+, des atomes de Sb peuvent être déposés sur cette électrode de Pt modifiée au Sb en utilisant le dépôt en sous potentiel pour augmenter le recouvrement du substrat du Pt par le Sb
An electrochemical atomic layer epitaxy (EC-ALE) experiment platform was designed and constructed in this thesis, and this platform was proved to be qualified for EC-ALE experiments.Benefiting from the flexibility of the EC-ALE equipment, a new viewpoint about the UPD behavior of cobalt on the gold substrate has been put forward in this work. The results also show that the subsequent alternate deposition of Co and Sb monolayers is feasible.For the first time the electrodeposition of Sb2Se3 thin films by EC-ALE method on polycrystalline Au electrodes has been obtained and investigated. The deposition parameters were determined and the deposit was characterized by SEM and Raman analysis.The irreversible adsorption and reversible UPD behaviour of Sb on Pt electrode have also been studied. The results show that after the irreversibly adsorbed SbO+ species are reduced to metallic Sb, Sb atoms can be further deposited onto this Sb-modified Pt electrode in the way of UPD to increase the coverage of Sb on the Pt substrate

Pour concevoir avec succès l'instrumentation nécessaire aux nouvelles technologies de fabrication avec une précision nanométrique, la méthodologie de conception doit prendre en compte de nombreux sujets différents liés à la chimie, à la physique, à la mécanique, à l'électronique et à l'automatisation, travaillant ensemble pour atteindre l'objectif souhaité. Dans cette thèse, cette méthodologie de conception a été mise en œuvre avec un grand nombre d’outils et d’approches permettant d’optimiser avec succès une méthode de nanofabrication appelée dépôt par couche atomique spatiale (SALD) afin de déposer des couches minces d’un matériau potentiellement utile en tant que composant du dispositifs à énergie solaire non-silicium, séparateurs d’eau photoélectrochimiques et composants électroniques transparents à couche mince, entre autres: oxyde cuivreux (Cu2O).En ce qui concerne la technologie de fabrication et la conception mécatronique, SALD est une technique de fabrication prometteuse qui permet la fabrication de films minces avec une précision nanométrique et avec la capacité de contrôler leurs propriétés mécaniques, électriques et cristallographiques. De plus, l'approche SALD utilisée dans cette thèse et dans le Laboratoire des matériaux et du génie physique (LMGP) fonctionne à l'air libre (sans chambre de dépôt) et constitue donc potentiellement une approche compatible avec l'industrie pour les films minces homogènes de grande surface fabrication avec un débit élevé. De plus, SALD peut être utilisé dans des conditions qui le rendent compatible avec les substrats flexibles et avec les approches de rouleau à rouleau (R2R). Enfin, SALD offre une flexibilité sur le processus de dépôt afin qu’il puisse être ajusté pour obtenir différentes propriétés sur les films fabriqués avec un minimum de modification de l’instrumentation.À l'aide de simulations CFD (Computational Fluid Dynamics), les phénomènes de la mécanique des fluides qui se produisent pendant le processus de dépôt dans le système SALD ont été analysés pour différentes configurations du réacteur. L'influence sur les propriétés du film a été étudiée et une validation avec des dépôts expérimentaux a été effectuée. Ensuite, en utilisant les connaissances et les directives obtenues avec les simulations CFD, et afin de réduire le coût et la complexité de la modification de certains composants mécaniques du système, un flux de travail comprenant la conception assistée par ordinateur (CAO) et la fabrication additive (également appelé impression 3D) impression) a été mis en place au LMGP pour la fabrication de l’un des composants principaux du système SALD à LMGP: la tête de dépôt. Ici, c'est la première fois qu'une telle technique de fabrication innovante est appliquée aux processus de nanofabrication en couches minces, offrant de nombreuses applications potentielles dans le domaine. Dans cette thèse, un tel flux de travail est présenté et expliqué, ainsi que les directives apprises et les limitations découvertes également présentées.Enfin, couches minces de Cu2O ont été déposé avec succès avec la méthode SALD. Le Cu2O est l’un des rares matériaux aux propriétés électroniques prometteuses en tant que semi-conducteur transparent de type p. Ici, les films de Cu2O fabriqués utilisant le système SALD à LMGP sont rapportés et leur conductivité de type p et leur cristallographie sont analysées.Les résultats de ces travaux fournissent des directives initiales pour la conception industrielle d’un système de fabrication à haut débit basé sur la technologie SALD, dans lequel la conception de ses composants est optimisée pour chaque matériau souhaité. Cette approche de conception rend également ce travail utile pour augmenter la quantité de matériaux compatibles avec le SALD, ainsi que pour développer davantage la méthodologie SALD dans des processus de fabrication innovants de matériaux et de dispositifs
To successfully design the instrumentation needed for new manufacturing technologies with nanoscale precision, the design methodology must take into account many different topics related to chemistry, physics, mechanics, electronics and automation, working together to achieve the desired goal. In this thesis, this design methodology has been implemented with a large number of tools and approaches to successfully optimize a nanofabrication method called spatial atomic layer deposition (SALD) in order to deposit thin films. a potentially useful material as a component of non-silicon solar energy devices, photoelectrochemical water separators and transparent thin-film electronic components, among others: cuprous oxide (Cu2O).With respect to manufacturing technology and mechatronics design, SALD is a promising manufacturing technique that enables the fabrication of thin films with nanoscale precision and the ability to control their mechanical, electrical and crystallographic properties. In addition, the SALD approach used in this thesis and in the Laboratoire des Matèriaux et du Génie Physique(LMGP) works in the open air (without a repository) and is therefore potentially an industry-compatible approach to film Thin homogeneous high-area manufacturing with high throughput. In addition, SALD can be used under conditions that make it compatible with flexible substrates and roll-to-roll approaches (R2R). Finally, SALD offers flexibility on the deposit process so that it can be adjusted to obtain different properties on films manufactured with a minimum of instrumentation modification.Using CFD (Computational Fluid Dynamics) simulations, the fluid mechanics phenomena that occur during the deposition process in the SALD system were analyzed for different reactor configurations. The influence on the properties of the film was studied and a validation with experimental deposits was carried out. Then, using the knowledge and guidance obtained with CFD simulations, and to reduce the cost and complexity of modifying certain mechanical components of the system, a workflow that includes computer-aided design (CAD) and manufacturing additive (also called 3D printing) printing) was set up at the LMGP for the manufacture of one of the main components of the LMGP SALD system: the deposit head. Here, it is the first time that such an innovative manufacturing technique has been applied to thin-film nanofabrication processes, offering many potential applications in the field. In this thesis, such a workflow is presented and explained, along with learned guidelines and discovered limitations also presented.Finally, thin layers of Cu2O have been successfully deposited with the SALD method. Cu2O is one of the few materials with promising electronic properties as a p-type transparent semiconductor. Here, Cu2O films made using the LMGP SALD system are reported and their p-type conductivity and crystallography are analyzed.The results of this work provide initial guidance for the industrial design of a high throughput manufacturing system based on SALD technology optimized for each desired material. This design approach also makes this work useful for increasing the amount of SALD compatible materials, as well as for further developing the SALD methodology in innovative materials and device manufacturing processes

La diminution du coût ainsi que l'augmentation du rendement des cellules solaires sont devenues les axes principaux de recherche depuis la crise qui a touché le marché du photovoltaïque en 2011. Une des principales stratégies est l’amincissement des cellules solaires dans le but de réduire les coûts des matériaux. Cependant, ceci diminue fortement le rendement de conversion suite à une plus forte influence des défauts structurels et électroniques, présents en surface. Ces défauts peuvent être « passivés » par l’Al2O3 déposé par technique PE-ALD. Ce matériau présente les meilleurs résultats de passivation de surface du silicium cristallin de type p. La couche de passivation nécessite un traitement thermique pour être effective. Ce phénomène se traduit par une augmentation de la durée de vie des porteurs de charge. Cette thèse, encadrée par les deux projets ANR PROTERRA et BIFASOL, ainsi qu’un financement de l’Ecole Centrale de Lille, présente l’optimisation des paramètres de dépôt de la couche de passivation d’Al2O3 ainsi qu’une étude approfondie du phénomène d’activation de la passivation, sur des échantillons avec et sans émetteur. L’analyse de la passivation a été réalisée grâce à des mesures couplées de durée de vie (PCD), électriques (C-V), de potentiel de surface (Sonde de Kelvin) et de spectrométrie (XPS, SIMS). Les sources de la passivation chimique et par effet de champ sont déterminées dans l'empilement Si/SiO2/Al2O3. Le rôle et la dynamique des hydrogènes contenus dans la couche d’alumine sont explicités. L’impact d’une encapsulation par du SiNx ainsi qu’un recuit de diffusion des contacts de 3s à 830°C est étudié
The decrease of solar cell cost as well as the increase in their efficiency are main research topics since the photovoltaic market crisis in 2011. One of the main strategy is to move towards thinner solar cells, in order to decrease raw material consumption. However, the result is a higher impact of surface phenomena on cell characteristics because of a high influence of structure and electronic defects at the surface. These defects can be passivated by Al2O3 coated by PE-ALD (Plasma Enhanced-Atomic Layer Deposition) which has been shown to provide the best surface passivation on p-type silicon. In an as-deposited state, the passivation level of Al2O3 is very low and required an annealing treatment to be "activated". This phenomenon provides an increase of the minority carrier effective lifetime. This thesis founded by the ANR PROTERRA and BIFASOL projects with the financial support of the Ecole Centrale de Lille, focuses on the optimization of the deposition parameters of alumina with a deeper insight on the passivation activation phenomena on samples with and without emitter. The passivation analysis has been performed thanks to coupled lifetime (QSS and micro PCD), surface potential (Kelvin probe), electrical (C-V) and chemical (SIMS, XPS) characterizations. The origin of the chemical and field effect passivation has been determined within the Si/SiO2/Al2O3 stack. The dynamics of the hydrogen contained in bulk alumina is explained. The impact of a SiNx capping layer and a contact alloying anneal at 830°c for 3s is also investigated

Dans un contexte de diversification des fonctionnalités sur silicium (more than Moore), les sulfures de transition sont actuellement activement étudiés pour la réalisation de dispositifs optiques originaux. Dans cette famille, certains matériaux présentent une structure lamellaire structurellement semblables au graphène. C'est le cas de certains sulfures de vanadium. La synthèse de ces films lamellaires reste activement dominée par les procédés CVD à haute température (>550°C). Cependant, pour espérer le développement d'une synthèse fiable, il est important de diminuer cette température de dépôt qui conduit à des films souvent peu uniforme et conforme. Dans ce travail nous avons étudié la potentialité d'une approche de dépôt par voie chimique en phase vapeur à basse température (200°C). Cette synthèse a permis l'obtention d'un film de sulfure de vanadium amorphe sur un substrat de 300mm et a montré la capacité de ce film à se réorganiser pour obtenir un film lamellaire de V7S8 après recuit thermique. Un film de 5,2nm présente des propriétés optiques et électriques intéressantes ; ce film est conducteur il possède une densité de porteur de 1,1.1023 cm-3, les porteurs majoritaires sont les trous (type p), une mobilité de 0,2 cm2.(V.s) -1, une conductivité de 1063 S.cm-1, un travail de sortie de 4,8 eV tout en préservant une bonne transparence (transmittance de 75% pour une longueur d’onde de 550nm)
In the context of functional diversification (“More than Moore”), transition sulfides are currently being actively studied for original optical devices production. Some materials in this family have a lamellar structure, similar to graphene like vanadium sulfides. The synthesis of these lamellar films remains actively dominated by high-temperature CVD processes (> 550 ° C). However, in order to hope the development of a reliable synthesis methods, it's important to reduce this deposition temperature which leads to a poor uniformity and a poor conformity. In this work we have studied the potential of a chemical vapor deposition approach at low temperature (200 ° C). This method allow us to obtain an amorphous vanadium sulfide film on a 300 mm wafer and point out theirability to self-reorganize in order to obtain a lamellar film of V7S8 after thermal annealing. A 5.2nm film has interesting optical and electrical properties; this film is conductive with a carrier density of 1.1.1023 cm-3, the holes are the main charges carriers (type p), a mobility of 0.2 cm2. (Vs) -1, a conductivity of 1063 S.cm -1, an output work of 4.8 eV while preserving good transparency (transmittance of 75% for a wavelength of 550nm)

Cette thèse examine les films minces d’oxyde de hafnium (HfO2) pour leur potentiel dans lesnanocondensateurs, répondant aux besoins en miniaturisation et haute performance del’électronique moderne. Le HfO2 est compatible avec la Déposition par Couches Atomiques(ALD), ce qui permet des dépôts minces précis et homogènes, essentiels pour garantir la fiabilitédes dispositifs électroniques. Les films minces sont soumis à différentes techniques de fabricationet de caractérisation pour analyser leur morphologie et leurs propriétés électriques, notamment laconstante diélectrique, la tension de claquage et la capacité de stockage d’énergie. Cette approchepermet de déterminer comment optimiser ces matériaux, à la fois en configurations amorphes eten structures cristallines, pour des performances maximales.Pour les diélectriques amorphes linéaires, HfO2 est combiné avec d’autres oxydes, tels quel’alumine et la silice, dans des structures de nanolaminés et de solutions solides. Ces combinaisonssont conçues pour stabiliser la constante diélectrique et offrir une résistance au claquage,améliorant l'efficacité du stockage d’énergie. La linéarité et la stabilité de ces matériaux amorphesles rendent particulièrement adaptés aux applications nécessitant une capacitance stable.L’étude approfondit aussi les propriétés des diélectriques cristallins non linéaires, dopés avec dusilicium ou de la zircone. Différentes températures de déposition et de recuit révèlent descomportements ferroélectriques et antiferroélectriques, augmentant la densité d’énergie et lastabilité. Cependant, les matériaux ferroélectriques, bien que prometteurs pour des applications àhaute densité, sont sensibles aux variations de tension, ce qui limite leur usage dans les applicationsnécessitant une capacitance constante. Les matériaux antiferroélectriques, en revanche, présententune stabilité accrue face aux variations de tension, mais ils font encore face à des défis d’efficacitéénergétique et de gestion thermique. La recherche souligne la variabilité de la constantediélectrique comme un défi majeur pour l'utilisation de ces matériaux dans des applicationsnécessitant une capacitance stable, comme le filtrage de signaux. Les matériaux nanolaminés etles solutions solides sont privilégiés pour obtenir une capacitance linéaire, mais leur efficacité restelimitée en termes de permittivité. L’exploration des phases non linéaires, cependant, ouvre la voieà des performances accrues dans certaines applications avancées.En conclusion, cette étude apporte un éclairage précieux sur les films minces d’oxyde de hafniumet leur rôle dans les nanocondensateurs, en explorant des solutions d’optimisation pour améliorerles performances diélectriques, notamment par les techniques de fabrication et les compositionsde matériaux. Les matériaux linéaires et non linéaires présentent chacun des avantages distincts,mais des recherches supplémentaires sont nécessaires pour surmonter les défis liés à la durabilité,l’efficacité électrique et la gestion thermique, afin de développer des condensateurs plusperformants pour les technologies électroniques modernes
This research investigates the use of hafnium oxide (HfO2)-based thin films in nanocapacitors, focusing on both their linear and non-linear electrical properties to meet the growing demands of high-performance and miniaturized electronic devices. Starting with the fundamental physics of energy storage capacitors, the investigation highlights the essential characteristics of effective dielectric materials, such as a high dielectric constant and a substantial band gap. Hafnium-based materials are particularly promising due to their compatibility with Atomic Layer Deposition (ALD), which allows for precise and uniform thin-film deposition—crucial for ensuring reliable performance in electronic devices.To understand the potential of these materials, various fabrication and characterization techniques were employed. This includes specific deposition processes to create the thin films and morphological tests to study the physical structure of the capacitors. Electrical testing plays a key role in evaluating critical parameters like dielectric constant, breakdown voltage, and overall energy storage capacity. By analyzing these factors, a comprehensive view of how both linear and non-linear hafnium-based dielectrics perform is provided.When exploring linear, amorphous hafnium-based dielectrics, HfO2 is combined with aluminum oxide and silicon dioxide to enhance dielectric properties. Different configurations, such as nanolaminates and solid solutions, are tested to find the optimal balance. The goal is to achieve materials that maintain a high dielectric constant and resist voltage breakdown, thereby improving their ability to store energy efficiently. On the other hand, a detailed look into non-linear, crystalline dielectrics examines the effects of doping hafnium oxide with elements like zirconia and silicon. Different deposition and annealing temperatures are assessed for their impact on crystalline structure and polarization behavior, revealing complex ferroelectric and antiferroelectric behaviors that could offer high energy density and stability.The findings suggest that while ferroelectric materials might not be suitable for applications requiring linear capacitance due to their sensitivity to voltage variations, antiferroelectric materials show promise. However, they still face challenges related to electrical efficiency and thermal management. Finding materials that can effectively stabilize voltage variations is crucial, as capacitors are increasingly used to manage these fluctuations in modern electronics.A significant challenge identified is the variability in the dielectric constant, which can limit the use of these materials in applications demanding stable capacitance, such as signal filtering. To address this issue, solid solutions and laminated materials, which provide consistent linear capacitance, are prioritized. Although these materials are effective up to a certain permittivity threshold, exploring non-linear phases opens the door to potentially higher performance under specific conditions.In summary, understanding of HfO2-based thin films and their role in nanocapacitors is advanced by this research. By examining both linear and non-linear dielectric materials, insights into how to optimize fabrication techniques and material compositions to improve dielectric properties are provided. Ongoing research into issues like material endurance, electrical efficiency, and thermal management is essential for developing reliable and high-performing capacitors that meet the evolving demands of modern electronic technologies

La réduction de la température de fonctionnement des piles à combustible à oxyde solide, de 1000°C à moins de 700°C, est la meilleure solution pour en diminuer les coûts de fabrication et augmenter la durée de vie. Néanmoins, l'abaissement de la température de fonctionnement s'accompagne d'une chute ohmique au sein de l'électrolyte et une augmentation des surtensions aux électrodes entraînant une diminution des performances de la pile. Dans cette optique, notre étude est centrée sur la recherche de nouveaux matériaux et de nouvelles architectures pour les piles SOFC. Des demi-cellules cathode/électrolyte avec des couches minces interfaciales de YSZ, LSM et La2NiO4 ont été élaborées sur des substrats denses de YSZ par différentes techniques (ALD, PVD et sol-gel). Ces demi-cellules ont été caractérisées par plusieurs techniques physico-chimiques (microscopie électronique à balayage, diffraction des rayons X) ; leurs propriétés électriques ont été étudiées par spectroscopie d'impédance. Une deuxième étude a été menée sur l'élaboration par ALD et les caractérisations physico-chimiques et électriques de couche minces d'oxyde zirconium dopé à l'oxyde d'indium (IDZ) présentant un gradient de composition, permettant de passer d'une conduction ionique à une conduction électronique. La dernière partie de ce travail a été dédiée à un nouveau matériau composite d'électrolyte, GDC-carbonates, dont l'étude des propriétés électriques et de vieillissement a montré des résultats encourageants.

La réduction des recombinaisons aux surfaces des cellules solaires est un enjeu fondamental pour l'industrie photovoltaïque. La passivation des défauts électriques en surface peut être obtenue par la formation de liaisons chimiques ou par l'apport de charges électriques capables de repousser un type de porteurs. Ces effets peuvent être obtenus grâce à des couches minces fonctionnalisées déposées sur les surfaces des matériaux qui constituent les cellules. Dans le cadre de cette thèse nous avons étudié la passivation de surface du silicium par des couches minces d’Al2O3 déposées par ALD. La caractérisation physique, optique, structurale et chimique des couches déposées a été réalisée. Une optimisation du procédé d’élaboration (nettoyage pré dépôt, paramètres de dépôt et de recuit) de couches d’alumine a été nécessaire pour répondre aux exigences de la réduction de recombinaisons de surface et obtenir des résultats de passivation optimisés. Enfin, différentes briques technologiques nécessaires à l’intégration de ces couches dans l’architecture d’une cellule solaire silicium ont été étudiées et développées
The reduction of recombination at the surfaces of solar cells is a fundamental challenge for the photovoltaic industry. Passivation of surface electrical defects can be achieved by the formation of chemical bonds or by the supply of electric charges capable of repelling a type of carrier. These effects can be obtained by means of functionalized thin layers deposited on the surfaces of the materials which constitute the cells. In this thesis we studied the surface passivation of silicon by thin layers of Al2O3 deposited by ALD. The physical, optical, structural and chemical characterization of the deposited layers was carried out. An optimization of the preparation process (pre-deposition cleaning, deposition and annealing parameters) of alumina layers was necessary to meet the requirements of reduction of surface recombinations and to obtain optimized passivation results. Finally, various technological bricks necessary for the integration of these layers in the architecture of a silicon solar cell have been studied and developed

Le stockage d’énergie dans les systèmes embarqués fait toujours l’objet d’importants efforts de R&D car il nécessite une constante diminution du volume occupé par les composants électroniques. Il apparaît que la taille des composants discrets que sont les condensateurs est un des freins à la miniaturisation des dispositifs finaux. Bien que des technologies, principalement basées sur la gravure profonde du silicium à l’échelle micrométrique, aient permis des avancées considérables, elles se montrent dorénavant limitées en termes de densité d’intégration. De ce fait, Murata IPS a développé une nouvelle technologie 3D à l’échelle nanométrique permettant une plus forte surface développée. L’utilisation d’une telle matrice requiert une méthode de dépôt de l’empilement MIM telle que l’ALD, adaptée aux structures à fort rapport d’aspect. Le but de cette thèse est ainsi l’intégration de la structure MIM dans la nouvelle matrice 3D dans le respect des contraintes inhérentes à l’industrie de manière à donner lieu à la cinquième génération des technologies PICS™. Le premier challenge résidait dans la conformalité des dépôts que nous nous sommes efforcés d’obtenir avec un équipement de production. Cela a permis de démontrer une densité de capacité supérieure à 1µF/mm² en utilisant un film diélectrique d’alumine de 10nm. Il s’avère également que l’intégration des électrodes TiN joue un rôle important sur la structure 3D. En effet, les contraintes ont dû être réduites pour assurer la tenue mécanique de la structure, notamment en jouant sur le pulse NH3. Les interfaces métal-diélectriques ont également fait l’objet d’une étude approfondie où l’influence de l’oxydation du TiN pendant le dépôt diélectrique a pu être mise en évidence et caractérisée électriquement. Cette étude a amené à l’intégration d’un matériau supplémentaire jouant le rôle de barrière aux interfaces, produisant des condensateurs avec une durée de vie supérieure à 10ans dans les conditions d’utilisation visées
Energy storage in embedded systems is still the subject of major R&D efforts as it requires a constant decrease in the volume of electronic components. It appears that the size of the discrete components, such as capacitors, is one of the brakes to the miniaturization of the final devices. Although technologies mainly based on silicon deep etching at the micrometric scale have made considerable progresses, they are now limited in terms of integration density. As a result, Murata IPS is developing a new 3D technology enabling a higher developed surface area. The use of such a matrix requires a MIM stack deposition technique such as ALD which is adapted to high aspect ratios. The aim of this thesis has been thus to integrate the MIM structure into the new 3D matrix while respecting the constraints inherent to the industry in order to give rise to the fifth generation of PICS™ technologies. The first challenge has been the achievement of sufficient step coverage of the films with an industrial equipment. A capacitance density greater than 1µF/mm² using a 10nm alumina film has been demonstrated. It also turns out that the TiN electrodes integration plays an important role on the 3D structure. Indeed, the mechanical stress had to be reduced to ensure the mechanical robustness of the structure, in particular by playing on the NH3 pulse. The metal-dielectric interfaces have also been the subject of an in-depth study where the influence of TiN oxidation during dielectric deposition has been shown and electrically characterized. This study has then led to the integration of an additional barrier material at the interfaces, producing capacitors with a 10-year lifetime under the intended voltage and temperature conditions