BE1030996A1 - Méthode itérative de développement d'empilements multicouches pour des applications de dispositifs - Google Patents
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Abstract
Une méthode de dépôt d'un empilement multicouche pour des applications de dispositifs comprend la mise en œuvre d'une sélection de cible pilotée par modèle pour le dépôt. Une ou plusieurs cibles peuvent être obtenues avec une composition stœchiométrique initiale ou une pureté élémentaire. Les cibles peuvent être utilisées pour former l'empilement multicouche, et des mesures peuvent être effectuées sur la composition chimique et les propriétés électriques de l'empilement multicouche. Les mesures peuvent être comparées à des valeurs cibles de référence et si les résultats des mesures ne sont pas dans les limites de la tolérance, la composition des cibles peut être modifiée pour produire un empilement multicouche successif.
Description
1 BE2022/0072
Méthode itérative de développement d'empilements multicouches pour des applications de dispositifs
CONTEXTE
La fabrication d'un empilement multicouche comprenant un matériau ferroélectrique pour des applications de mémoire est un défi.
Le matériau décrit dans le présent document est illustré à titre d'exemple et non de manière limitative dans les figures jointes.
Pour la simplicité et la clarté de l'illustration, les éléments illustrés dans les figures ne sont pas nécessairement dessinés à l'échelle. Par exemple, les dimensions de certains éléments peuvent être exagérées par rapport à d'autres éléments pour plus de clarté. De même, diverses caractéristiques physiques peuvent être représentées dans leurs formes et géométries "idéales" simplifiées pour la clarté de la discussion, mais il faut néanmoins comprendre que les formes de réalisation pratiques peuvent seulement se rapprocher des modèles illustrés. Par exemple, les surfaces lisses et les intersections carrées peuvent être dessinées sans tenir compte des rugosités finies, des arrondis et des intersections angulaires imparfaites caractéristiques des structures formées par les techniques de nanofabrication. En outre, lorsque cela est jugé approprié, les signes de référence ont été répétés dans les figures pour indiquer des éléments correspondants ou analogues.
La figure 1 est un diagramme de flux d'une méthode de développement itératif d'un empilement multicouche pour une application aux dispositifs de mémoire, conformément à un mode de réalisation de la présente divulgation.
La figure 2A est un empilement tri-couche représentatif, conformément à un mode de réalisation de la présente divulgation.
2 BE2022/0072
La figure 2B illustre schématiquement une structure cristalline de pérovskite d'une couche polaire de l'empilement de couches de matériaux de la figure 2A, conformément à un mode de réalisation de la présente divulgation.
La figure 3A est un organigramme d'un procédé illustrant des itérations dans un dépôt d'un empilement multicouche tel qu'il est effectué en utilisant une ou plusieurs cibles dans un outil, conformément à un mode de réalisation de la présente divulgation.
La figure 3B est un diagramme de flux de la méthode illustrant des itérations dans un dépôt d'empilement multicouche tel qu'il est effectué en utilisant une ou plusieurs cibles dans un outil, conformément à un mode de réalisation de la présente divulgation.
La figure 4 est un graphique de polarisation en fonction du champ électrique pour un empilement multicouche représentatif comprenant un matériau ferroélectrique.
La figure 5 est un diagramme de flux d'une méthode de développement itératif d'un empilement multicouche pour une application aux dispositifs de mémoire, où la méthode comprend en outre un recuit de l'empilement multicouche, conformément à un mode de réalisation de la présente divulgation.
La figure 6 est une illustration en coupe transversale d'un empilement multicouche comprenant un matériau ferroélectrique, déposé selon le diagramme de flux de la figure 1, conformément à un mode de réalisation de la présente divulgation.
La figure 7 est un diagramme de flux d'une méthode de développement itératif d'un dispositif de mémoire, conformément à un mode de réalisation de la présente divulgation.
3 BE2022/0072
La figure 8A est une illustration en coupe transversale d'un dispositif de mémoire obtenu en modelant l'empilement multicouche obtenu à la figure 7.
La figure 8B est une illustration en coupe transversale d'une pluralité de dispositifs de mémoire, où les dispositifs de mémoire individuels sont au moins entourés latéralement par une couche d'encapsulation.
La figure 9 est un diagramme de flux d'une méthode de développement itératif d'un dispositif de mémoire couplé à un transistor, conformément à un mode de réalisation de la présente divulgation.
La figure 10 est une illustration en coupe transversale d'un dispositif à transistor 1T-1C, conformément à un mode de réalisation de la présente divulgation.
Au moins un mode de réalisation décrit une méthode itérative de développement d'empilements multicouches pour des applications de dispositifs. Bien que divers modes de réalisation soient décrits en référence à la mémoire vive ferroélectrique (FeRAM) ou à la mémoire vive paraélectrique (RAM), les structures capacitives formées ici peuvent être utilisées pour toute application où un condensateur est souhaité. Par exemple, la structure capacitive peut être utilisée pour fabriquer une porte majoritaire, une porte minoritaire et/ou une porte à seuil à base ferroélectrique ou paraélectrique. Dans la description qui suit, de nombreux détails spécifiques sont exposés, tels que des schémas structurels et des méthodes de fabrication détaillées, afin de permettre une compréhension approfondie des modes de réalisation de la présente divulgation. Il sera évident pour l'homme de l'art que les modes de réalisation de la présente divulgation peuvent être mis en pratique sans ces détails spécifiques. Dans d'autres cas, des caractéristiques
4 BE2022/0072 bien connues, telles que l'équipement de traitement et les opérations du dispositif, sont décrites de manière moins détaillée afin de ne pas obscurcir inutilement les modes de réalisation de la présente divulgation. En outre, il faut comprendre que les divers modes de réalisation illustrés dans les figures sont des représentations illustratives et ne sont pas nécessairement dessinés à l'échelle.
Dans certains cas, dans la description qui suit, des méthodes et des dispositifs bien connus sont représentés sous forme de schéma fonctionnel, plutôt qu'en détail, afin de ne pas obscurcir la présente divulgation. La référence, dans l'ensemble de la présente spécification, à "mode de réalisation" ou "un mode de réalisation" ou "quelques modes de réalisation" signifie qu'une caractéristique, une structure, une fonction ou un trait particulier décrit en rapport avec le mode de réalisation est inclus dans au moins un mode de réalisation de la divulgation. Ainsi, les expressions "dans un mode de réalisation" ou "dans un mode de réalisation" ou "certains modes de réalisation" apparaissant à divers endroits de la présente spécification ne font pas nécessairement référence au même mode de réalisation de l'invention.
En outre, les caractéristiques particulières, les structures, les fonctions ou les caractéristiques peuvent être combinées de toute manière appropriée dans un ou plusieurs modes de réalisation. Par exemple, un premier mode de réalisation peut être combiné avec un deuxième mode de réalisation partout où les caractéristiques, structures, fonctions ou caractéristiques particulières associées aux deux modes de réalisation ne sont pas mutuellement exclusives.
Dans la description et les revendications annexées, les formes singulières "un", "une" et "Ie" sont destinées à inclure également les formes plurielles, sauf si le contexte indique clairement le contraire. Il sera également entendu que le terme "et/ou" tel qu'il est utilisé ici se réfère à et englobe toutes les combinaisons possibles d'un ou plusieurs des éléments énumérés associés.
Les termes "couple" et "connecté”, ainsi que leurs dérivés, peuvent être utilisés ici pour décrire les relations fonctionnelles ou structurelles entre les composants. Ces termes ne sont pas destinés à être des synonymes les uns des autres. Dans certains modes de réalisation, le terme "connecté" peut être utilisé pour indiquer que deux éléments ou plus sont en contact physique, 5 optique ou électrique direct les uns avec les autres. Le terme "couplé" peut être utilisé pour indiquer que deux éléments ou plus sont en contact physique, électrique ou magnétique direct ou indirect (avec d'autres éléments intermédiaires entre eux) et/ou que les deux éléments ou plus coopèrent ou interagissent entre eux (par exemple, comme dans une relation de cause à effet).
Les termes "au-dessus", "sous", "entre" et "sur", tels qu'ils sont utilisés ici, font référence à la position relative d'un composant ou d'un matériau par rapport à d'autres composants ou matériaux lorsque de telles relations physiques sont notables. Par exemple, dans le contexte des matériaux, un matériau ou un matériau disposé au-dessus ou sous un autre peut être directement en contact ou peut avoir un ou plusieurs matériaux intermédiaires. De plus, un matériau disposé entre deux matériaux peut être directement en contact avec les deux couches ou peut avoir une ou plusieurs couches intermédiaires. En revanche, un premier matériau "sur" un deuxième matériau est en contact direct avec ce deuxième matériau. Des distinctions similaires doivent être faites dans le contexte des assemblages de composants. Dans la présente description et dans les revendications, une liste d'éléments reliés par l'expression "au moins un des” ou "un ou plusieurs des" peut signifier toute combinaison des termes énumérés.
Le terme "adjacent" fait généralement référence à la position d'une chose à côté de (par exemple, immédiatement à côté de ou proche de, avec une ou plusieurs choses entre elles) ou adjacente à une autre chose (par exemple, contiguë).
Le terme "signal" peut désigner un signal de courant, un signal de tension, un signal magnétique ou un signal de données/d'horloge.
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Le terme "dispositif" peut généralement désigner un appareil selon le contexte d'utilisation de ce terme. Par exemple, un dispositif peut désigner un empilement de couches ou de structures, une structure ou une couche unique, une connexion de diverses structures comportant des éléments actifs et/ou passifs, etc. En général, un dispositif est une structure tridimensionnelle avec un plan selon la direction x-y et une hauteur selon la direction z d'un système de coordonnées cartésiennes x-y-z. Le plan du dispositif peut également être le plan d'un appareil qui comprend le dispositif.
Sauf indication contraire dans le contexte explicite de leur utilisation, les termes "sensiblement égal", "à peu près égal" et "approximativement égal" signifient qu'il n'y a pas plus qu'une variation accessoire entre deux choses ainsi décrites. Dans l'art, une telle variation n'est généralement pas supérieure à +/-10% d'une valeur cible prédéterminée.
Les termes "gauche", "droite", "avant", "arrière", "haut", "bas", "au-dessus", "en dessous" et autres dans la description et dans les revendications, le cas échéant, sont utilisés à des fins descriptives et pas nécessairement pour décrire des positions relatives permanentes. Par exemple, les termes "au-dessus", "en dessous", "face avant", "face arrière", "haut", "bas", "au-dessus", "en dessous" et "sur", tels qu'ils sont utilisés ici, font référence à une position relative d'un composant, d'une structure ou d'un matériau par rapport à d'autres composants, structures ou matériaux référencés à l'intérieur d'un dispositif, lorsque de telles relations physiques sont notables. Ces termes sont employés ici à des fins descriptives uniquement et principalement dans le contexte de l'axe z d'un dispositif et peuvent donc être relatifs à l'orientation d'un dispositif. Par conséquent, un premier matériau "au-dessus" d'un second matériau dans le contexte d'une figure fournie ici peut également être "en dessous” le second matériau si le dispositif est orienté à l'envers par rapport au contexte de la figure fournie. Des distinctions similaires doivent être faites dans le contexte des assemblages de composants.
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Le terme "entre" peut être employé dans le contexte de l'axe z, de l'axe x ou de l'axe y d'un dispositif. Un matériau qui se trouve entre deux autres matériaux peut être en contact avec l'un de ces matériaux ou les deux. Dans un autre exemple, un matériau qui se trouve entre deux ou d'autres matériaux peut être séparé des deux ou autres matériaux par un ou plusieurs matériaux intermédiaires. Un matériau "entre" deux autres matériaux peut donc être en contact avec l'un ou l'autre des deux autres matériaux. Dans un autre exemple, un matériau "entre” deux autres matériaux peut être couplé aux deux autres matériaux par un matériau intermédiaire. Un dispositif qui se trouve entre deux autres dispositifs peut être directement connecté à l'un ou aux deux de ces dispositifs. Dans un autre exemple, un dispositif qui se trouve entre deux autres dispositifs peut être séparé des deux autres dispositifs par un ou plusieurs dispositifs intermédiaires.
Des condensateurs avec une grande variété de matériaux sont mis en œuvre pour les applications de mémoire telles que les applications de RAM. Les matériaux polaires non linéaires offrent un large éventail de propriétés technologiquement importantes, notamment la ferroélectricité, la piézoélectricité, la conductivité électrique de type métallique, la semi-conduction, la pyroélectricité, etc. Les pérovskites sont un exemple de matériau polaire non linéaire (c'est-à-dire les matériaux dont la formule chimique est ABO3). Les matériaux pérovskites sont mis en œuvre dans des condensateurs tels que pour les applications FeRAM haute densité en raison de leur faible consommation d'énergie et de leur rapport marche/arrêt élevé. Les dispositifs FeRAM à pérovskite (ici dispositifs FeRAM) peuvent être préférés à d'autres formes de mémoire telles que les dispositifs de mémoire à jonction tunnel magnétique (MTJ) pour des raisons de fabrication. Les MTJ peuvent comprendre un empilement de 10 couches ou plus. En revanche, un dispositif FeRAM à base de pérovskite peut comprendre trois couches pour la fonctionnalité. Le diélectrique ferroélectrique est généralement contenu entre deux
8 BE2022/0072 couches d'électrodes, indépendamment de la géométrie du dispositif.
Les couches d'électrodes peuvent également comprendre des matériaux pérovskites pour permettre l'adaptation du réseau et la réduction de la résistance électrique. L'introduction de matériaux pérovskites sans plomb offre des avantages environnementaux supplémentaires sans sacrifier les performances du dispositif.
Cependant, l'intégration de matériaux polaires non linéaires dans les processus de fabrication de puces à semi- conducteurs en silicium peut s'avérer difficile. De la fabrication d'un empilement multicouche à la mise en forme des dispositifs, en passant par l'intégration d'un ou de plusieurs dispositifs avec un ou plusieurs transistors, les itérations de l'expérimentation peuvent être techniquement difficiles et extrêmement longues.
Le défi des itérations dans l'expérimentation pour le développement de films minces commence par la sélection et l'ingénierie des matériaux. Un film dont l'épaisseur est inférieure à 100 nm peut être considéré comme suffisamment fin. Alors que les couches individuelles peuvent être déposées en quantités contrôlées et que la stechiométrie des films peut être réglée par une expérimentation minutieuse, le dépôt de plusieurs couches dans un empilement multicouche est encore plus difficile. Le dépôt d'une couche individuelle dans un empilement multicouche implique une formation avec une stœchiométrie, une cristallinité, une structure cristalline, une épaisseur et une rugosité de surface correctes pour faciliter la fonctionnalité du dispositif. Le dépôt de couches dans un empilement multicouche doit présenter les mêmes propriétés chimiques et électriques que les couches individuelles, mais aussi être compatible entre elles pour fabriquer un dispositif de mémoire fonctionnel. L'adaptation du réseau entre les couches, la préservation de la rugosité de surface des couches afin de ne pas amplifier les effets de la rugosité sur les couches supérieures, l'évitement de l'interdiffusion des éléments pendant le dépôt sont autant de défis à relever. Les couches conductrices utilisées comme électrodes doivent avoir une fonction de travail correcte et la couche diélectrique doit
9 BE2022/0072 avoir une polarisation et une densité de charge de polarisation appropriées (supérieures à 0,1 microcoulomb/cm?). De plus, l'empilement multicouche doit fournir une capacité opérationnelle à une tension opérationnelle suffisamment basse (telle que moins de 2V) et les dispositifs formés à partir de l'empilement multicouche doivent avoir une endurance d'au moins el5 pour une viabilité commerciale.
Dans au moins un mode de réalisation, l'obtention d'un empilement multicouche avec les propriétés requises des couches commence par le ciblage du processus de dépôt pour les couches individuelles. Selon les modes de réalisation, le processus de dépôt peut être basé sur le dépôt physique en phase vapeur (PVD) ou le dépôt de couches atomiques (ALD). Le dépôt PVD utilise des cibles adéquates pour le dépôt par pulvérisation et le dépôt de couches atomiques utilise des précurseurs appropriés pour la nucléation. Pour le dépôt PVD, les cibles peuvent être des alliages ou des composés élémentaires. Dans au moins un mode de réalisation, la modélisation de la charge/masse correcte ou du moment magnétique par rapport à la masse pour les éléments dans la cible et d'autres variables et l'estimation des conditions de dépôt correctes (par exemple, la puissance, la pression, la température, etc.) sont utilisées pour former des couches avec la stechiométrie appropriée. Une telle modélisation peut permettre de prédire avec une grande précision le rendement de la pulvérisation, un paramètre utile dans le dépôt PVD. La nature itérative de l'expérimentation est basée séquentiellement et soigneusement sur les résultats d'une ou plusieurs expériences précédentes.
Lorsqu'un empilement multicouche est modelé pour former un dispositif, les propriétés chimiques et mécaniques peuvent être modifiées au cours du processus de fabrication. Les cassures d'air peuvent introduire de l'oxygène et/ou de l'hydrogène supplémentaires (entre autres contaminants), ce qui entraîne des réactions chimiques aux interfaces et la formation de couches résiduelles indésirables. Ces couches résiduelles peuvent entraîner une augmentation de la résistance du circuit. En outre, l'interdiffusion d'éléments dans les
10 BE2022/0072 couches résiduelles peut avoir un impact négatif sur des paramètres tels que la polarisation résiduelle. Effectuer un recuit thermique peut atténuer les problèmes potentiels de taille de grain et de défauts, ainsi que les problèmes liés à la configuration du dispositif. Le recuit thermique peut fournir des terminaisons hydrogène des liaisons pendantes. Cependant, la mise en œuvre du recuit thermique après le dépôt de l'empilement et/ou après la fabrication du dispositif peut nécessiter un examen attentif du budget thermique.
Dans au moins un mode de réalisation, l'intégration d'un ou de plusieurs dispositifs avec des transistors implique des expérimentations pour concevoir un empilement multicouche afin de traiter l'asymétrie des caractéristiques de tension opérationnelle des cellules de bits 1T-1C (un transistor, un condensateur). D'autres aspects de l'expérimentation concernent les problèmes d'intégration associés à la fabrication d'un dispositif de mémoire sur le même substrat qu'un transistor, mais après la fabrication du transistor.
D'autres expériences encore consistent à déterminer la disposition appropriée des dispositifs et les exigences de densité pour former une puce mémoire utile. La taille des dispositifs de mémoire et des transistors peut être adaptée pour une performance optimale de la mémoire intégrée. Une tension élevée du condensateur opérationnel peut nécessiter un transistor capable de fournir un courant élevé ou de fonctionner à des tensions suffisamment élevées. En outre, lorsque la séquence de fabrication implique la fabrication d'un transistor avant le dépôt d'un empilement multicouche, le budget thermique nécessaire pour effectuer un recuit peut être un facteur important pour la sélection du matériau. Ainsi, l'expérimentation autour d'un flux thermique total est utilisée pour la fabrication de dispositifs intégrés 1T-1C.
La figure 1 est un diagramme de flux d'une méthode 100 de développement itératif d'un empilement multicouche pour une application à des dispositifs de mémoire, conformément à un mode de réalisation de la présente divulgation. Dans au moins un mode de réalisation, la méthode 100 commence à l'opération 110 par la
11 BE2022/0072 détermination d'un empilement multicouche cible, où l'empilement de couches de matériau initial comprend un matériau ferroélectrique initial d'une forme AA'BB'O3. Dans au moins un mode de réalisation, l'empilement de couches de matériau initial comprend un matériau ferroélectrique initial de forme AA'BB'O3N,Fy. Dans au moins un mode de réalisation, la méthode 100 se poursuit à l'opération 120 par la mise en œuvre d'une sélection de cible pilotée par modèle sur la base du rapport charge/masse et du rapport moment magnétique/masse, et d'autres variables, qui permettent une prédiction précise du rendement de pulvérisation. Dans au moins un mode de réalisation, la méthode 100 continue à l'opération 130 en fournissant une ou plusieurs cibles initiales, dans laquelle les cibles individuelles dans la ou les cibles initiales comprennent des éléments uniques ou une combinaison d'éléments avec une composition stœchiométrique initiale respective. Dans au moins un mode de réalisation, la méthode d'approvisionnement en cibles utilise une communication avec des fournisseurs de pièces externes pour demander des cibles qui comprennent des alliages avec certaines propriétés stoechiométriques, comme indiqué à l'opération 132. De telles cibles peuvent utiliser le délai de fabrication de tiers si elles ne sont pas facilement disponibles.
Dans au moins un mode de réalisation, la méthode 100 continue à l'opération 140 en déposant en utilisant une ou plusieurs cibles initiales pour former l'empilement multicouche initial. Dans au moins un mode de réalisation, la méthode 100 se poursuit à l'opération 150 par la réalisation de mesures de la composition chimique et des propriétés électriques de l'empilement multicouche initial. Dans au moins un mode de réalisation, la méthode 100 se poursuit à l'opération 160 par la mise en correspondance des mesures de la composition chimique et des propriétés électriques de l'empilement multicouche initial avec des résultats cibles et par la détermination du fait que les mesures sont dans un niveau de tolérance des résultats cibles. Dans au moins un mode de réalisation, la méthode 100 peut se terminer à l'opération 170 si les mesures sont dans un niveau de tolérance (par exemple, dans les 5 %) des résultats cibles. Dans au moins un mode de
12 BE2022/0072 réalisation, la méthode continue à l'opération 180 en apportant des modifications en réponse à la détermination que les mesures ne sont pas dans le niveau de tolérance. Dans au moins un mode de réalisation, les modifications comprennent le changement de la composition d'une ou plusieurs couches dans l'empilement multicouche initial pour former un empilement multicouche successif en mettant en oeuvre une sélection pilotée par modèle, en modifiant les éléments individuels ou la combinaison d'éléments dans une ou plusieurs cibles successives pour qu'ils comprennent une deuxième composition stoechiométrique respective, et en fournissant la ou les cibles successives. Dans au moins un mode de réalisation, la méthode 100 est itérative (indiquée par la flèche 190) en mettant en oeuvre une sélection pilotée par modèle, en modifiant la composition stoechiométrique de la ou des cibles dans la ou les cibles successives, en fournissant la ou les cibles successives, et en déposant des empilements multicouches successifs, en effectuant des mesures de composition et des mesures électriques, en faisant correspondre les mesures aux valeurs cibles, en déterminant si les résultats des mesures sont dans le niveau de tolérance des valeurs cibles, jusqu'à ce que les résultats cibles soient obtenus.
Bien que la figure 1 représente une méthodologie itérative de fabrication d'un empilement multicouche, dans au moins un mode de réalisation, une ou plusieurs opérations (telles que les opérations 110-180) peuvent être décomposées en sous-opérations, comme nous le verrons plus loin.
Dans au moins un mode de réalisation, en commençant par l'opération 110, le choix d'une composition prévue d'un empilement multicouche cible comprend la sélection de matériaux pour au moins une paire d'électrodes pour un condensateur et un matériau diélectrique qui comprend des propriétés ferroélectriques, paraélectriques ou anti-ferroélectriques.
Dans au moins un mode de réalisation, le cadre en pointillés 100A définit des opérations qui sont menées par une
13 BE2022/0072 première entité et la fabrication de la cible 132 peut être réalisée par une deuxième entité, telle que des fournisseurs externes, où la deuxième entité est différente de la première entité.
La figure 2A est un empilement représentatif 200, conformément à un mode de réalisation de la présente divulgation.
Dans au moins un mode de réalisation, l'empilement 200 comprend une couche conductrice 202, un diélectrique 204 qui comprend un matériau polaire et une couche conductrice 206 sur le diélectrique 204. La couche conductrice 202 est sur le substrat 208. Dans au moins un mode de réalisation, le substrat 208 comprend du silicium, du silicium-germanium ou du germanium.
Dans au moins un mode de réalisation, la couche conductrice 202 est déposée sur le substrat 208. Dans au moins un mode de réalisation, la couche conductrice 202 et la couche conductrice 206 comprennent un oxyde conducteur. Dans au moins un mode de réalisation, l'oxyde conducteur comprend l'un des oxydes métalliques perovskites non-Pb, tels que, sans s'y limiter, (La,Sr)FeO3, (La,Sr)CoO3, (La,Ca)MnO3, (La,Sr)MnO3, SrRu03,
SrzRu04, (Ba,Sr)RuO3, SrMoO3, (La,Sr)MnO3, SrCoO3, SrCrO3,
SrFeO3, SrVO3, CaMoO3, SrNbO3, LaN103, YBa:Cu307,
BizSr,CaCuOs, CaRuO3, Ir20x, Ru, RuO,, Mo, MoO, ou WO,. Dans d'autres modes de réalisation, la couche conductrice 202 et la couche conductrice 206 comprennent un métal tel que, de manière non limitative, Ir, Ru ou W.
Dans au moins un mode de réalisation, le diélectrique 204 comprend une couche polaire comprenant un matériau polaire de base dopé par substitution avec un dopant. Dans au moins un mode de réalisation, le diélectrique 204 comprend une couche polaire cristalline. Dans au moins un mode de réalisation, le matériau polaire de base peut comprendre un ou plusieurs éléments métalliques et l'un ou les deux parmi l'oxygène et l'azote. Dans au moins un mode de réalisation, le dopant peut comprendre un élément métallique de l'une des séries 4d, 5d, 6d, 4f ou Sf.
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Dans au moins un mode de réalisation, le diélectrique 204 est une couche diélectrique ferroélectrique qui comprend un matériau pérovskite non basé sur Pb sous la forme ABO3, où A et B sont deux cations de tailles différentes et O est l'oxygène. Dans au moins un mode de réalisation, À a une taille généralement supérieure à celle de
B. Dans au moins un mode de réalisation, les pérovskites non-Pb peuvent également être dopées, par exemple par du La ou des lanthanides. Dans au moins un mode de réalisation, le matériau pérovskite non-Pb peut comprendre un ou plusieurs éléments parmi
La, Sr, Co, Cr, K, Nb, Na, Sr, Ru, Y, Fe, Ba, Hf, Zr, Cu, Ta, Bi, Ca,
Ti et Ni. Dans au moins un mode de réalisation, le diélectrique 204 comprend de la ferrite de bismuth (BFO) avec un matériau de dopage, dans lequel le matériau de dopage est l'un du lanthane, des éléments de la série des lanthanides du tableau périodique, ou des éléments des séries 3d, 4d, 5d, 6d, 4f et 5f du tableau périodique.
Dans au moins un mode de réalisation, le diélectrique 204 comprend un matériau ferroélectrique (FE) basse tension pris en sandwich entre la couche conductrice 206 et l'électrode 202. Dans au moins un mode de réalisation, ces matériaux FE basse tension peuvent être de la forme AA'BB'O3, où A' est un dopant pour le site atomique
A et peut être un élément de la série des lanthanides, où B' est un dopant pour le site atomique B et peut être un élément des métaux de transition tels que Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn. A' peut avoir la même valence que le site A, avec une polarisation ferroélectrique différente. Dans au moins un mode de réalisation, une tension inférieure à 2 volts est suffisamment faible pour être caractérisée comme une basse tension. Dans au moins un mode de réalisation, on utilise un diélectrique 204 de la forme AA'BB'O3.N,Fy.
Dans au moins un mode de réalisation, le diélectrique 204 comprend un matériau paraélectrique, le matériau paraélectrique comprenant SrTiO3, Ba(x)Sr(y) T103, HfZrOz, Hf-Si-O, PbTiO3 substitué par La, ou un ferroélectrique relaxant à base de PMN-PT. Dans au
15 BE2022/0072 moins un mode de réalisation, x est 0,05, et y est 0,95 pour
Ba(x) Sr (y) T1O3.
Dans au moins un mode de réalisation, le diélectrique 204 comprend un matériau anti-ferroélectrique. Dans au moins un mode de réalisation, le matériau antiferroélectrique peut comprendre l'un des éléments suivants : PZT avec un dopage Zr > 30 % ou un dopage Sn > 25 %, PZT dopé au La avec un dopage Zr > 30 % et/ou un dopage Sn > 20 %, HfSiO2 et HfZrO, avec un dopage Si > 30 % et un dopage Zr > 30 %, ZrOz, NaNbO3 ou NaNbO3 dopé au K > 5 %. Dans au moins un mode de réalisation, le choix des matériaux dépend d'une variété de facteurs. Dans au moins un mode de réalisation, les facteurs comprennent les résultats électriques, la fabrication de dispositifs et l'intégrabilité avec un transistor.
Dans au moins un mode de réalisation, la couche conductrice 202 peut être déposée à une épaisseur T, comprise entre 3 nm et 30 nm (inclus). Dans au moins un mode de réalisation, la couche conductrice 206 peut être déposée à une épaisseur T3 comprise entre 3 nm et 30 nm (inclus). Dans au moins un mode de réalisation, le diélectrique 204 peut être déposé à une épaisseur T2 comprise entre 1 nm et 30 nm (inclus). (voir figure 2A)
La figure 2B illustre schématiquement une structure cristalline pérovskite d'une couche polaire de l'empilement de couches de matériau de la figure 2A, conformément à un mode de réalisation de la présente divulgation. Dans au moins un mode de réalisation, la couche polaire cristalline a une structure pérovskite 204A. Dans au moins un mode de réalisation, la structure pérovskite 204A représente un oxyde cristallin dans un état paraélectrique, qui peut avoir une formule chimique ABO;3, où chacun de A et B représente un ou plusieurs cations métalliques et O représente un anion oxygène. Dans au moins un mode de réalisation, la couche polaire cristalline peut avoir plus d'un élément représenté par A (par exemple, Al, A2, … AN) et/ou plus d'un élément représenté par B (par exemple, BI, B2, …
BN), et peut être dopée avec un ou plusieurs dopants représentés par
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A' (par exemple, A'1, A'2, … A'N) et/ou un ou plusieurs dopants représentés par B' (par exemple, B'1, B'2, … B'N), comme décrit ci- dessus. Ici, les cations du site À occupent les coins, tandis que les cations du site B se trouvent au centre du corps de la structure pérovskite 204A. Dans au moins un mode de réalisation, trois atomes d'oxygène par cellule unitaire reposent sur les faces de la structure pérovskite 204A. Dans au moins un mode de réalisation, diverses structures de pérovskite ont, sans limitation, une constante de réseau proche d'environ 4A en raison de la rigidité du réseau d'octaèdres d'oxygène et du rayon ionique d'oxygène bien défini de 1,35 À. Dans au moins un mode de réalisation, de nombreux cations différents peuvent être substitués sur les sites A et B en tant que dopants pour obtenir les diverses propriétés avantageuses décrites ici tout en conservant la structure cristalline globale. Selon divers modes de réalisation, un atome dopant peut occuper les sites A ou B pour former des solutions solides dopées par substitution. Dans au moins un mode de réalisation, un dopant occupant les sites À peut avoir un effet très différent sur le matériau polaire de base par rapport à un dopant occupant les sites B.
Dans au moins un mode de réalisation, pour une couche polaire comprenant du titanate de baryum (BaTiO3), qui peut être un matériau paraélectrique ayant une structure de perovskite cubique, les sites À sont occupés par des atomes de Ba tandis que des atomes de Ti occupent les sites B et sont entourés d'octaèdres d'atomes O, et les atomes O sont situés au centre de chaque face de la cellule unitaire.
Dans au moins un mode de réalisation, au-dessus d'une température de
Curie, qui peut être d'environ 130 degrés Celsius pour BaTiO3, dans la phase paraélectrique, la structure pérovskite 204A peut être cubique ou tétragonale. Dans au moins un mode de réalisation, dans la phase paraélectrique, les atomes O peuvent occuper une position médiane par rapport à chaque paire d'atomes O sur les faces opposées de la cellule unitaire. Dans au moins un mode de réalisation, au-dessous de la température de Curie, dans la phase ferroélectrique, la structure pérovskite 204A peut avoir une structure tétragonale dans laquelle le sous-réseau B (par exemple, le sous-réseau Ti dans BaT,O3) et les
17 BE2022/0072 atomes O peuvent se déplacer dans une direction opposée par rapport aux atomes Ba, pris comme référence. Dans au moins un mode de réalisation, ces décalages atomiques peuvent être accompagnés d'une petite relaxation de la cellule unitaire qui devient tétragonale (lorsque la phase paraélectrique est cubique) ou encore tétragonale allongée (lorsque la phase paraélectrique est tétragonale) et produire une polarisation stable (par exemple, environ 26 uC/cm*). Dans au moins un mode de réalisation, dans la phase tétragonale, la symétrie cubique est brisée, ce qui donne lieu à six variantes équivalentes de symétrie avec une polarisation le long des directions [100], [010] et [0011].
La figure 3A est un diagramme de flux de la méthode 300A illustrant des itérations dans un dépôt d'empilement multicouche tel qu'il est effectué en utilisant une ou plusieurs cibles 302 dans un outil 304, conformément à un mode de réalisation de la présente divulgation. Dans au moins un mode de réalisation, l'outil de dépôt 304 est un outil de dépôt physique en phase vapeur. Dans au moins un mode de réalisation, une ou plusieurs cibles 302 comprennent des cibles individuelles T,. Dans au moins un mode de réalisation, T, comprend un élément E, ou un alliage,, où l'indice " 1 " correspond au nombre de cibles 302, comme par exemple 1, 2, 3, 4, etc. Dans au moins un mode de réalisation, le nombre de cibles individuelles T, (T1,
T2, ... Ty) dépend d'un matériau qui doit être déposé, c'est-à-dire que
N fait référence à une dernière cible. Dans au moins un mode de réalisation, le nombre de cibles individuelles T, peut dépendre du nombre d'éléments présents dans le matériau déposé. Dans au moins un mode de réalisation, lorsque les cibles individuelles T, sont des alliages ou des composés (A,), A, peut être des alliages ou des composés binaires de la forme F,G,, ou des alliages ou des composés ternaires de la forme F,G,Hz, où F et G peuvent être des métaux et H peut être un non-métal, comme O.
Dans au moins un mode de réalisation, pour un matériau polaire tel que BiFeO3, le nombre d'éléments est de 3. Dans au moins un mode de réalisation, Bi et Fe peuvent être disponibles sous forme de cibles de pulvérisation élémentaires pures à plus de 99 %. Dans au
18 BE2022/0072 moins un mode de réalisation, l'oxygène peut être inséré dans l'environnement de pulvérisation sous forme de gaz ou faire partie d'un composé avec le fer dans un composé binaire. Dans au moins un mode de réalisation, pour la pulvérisation de BiFeO;, le nombre total de cibles peut être de 1 ou 2 (c'est-à-dire que N peut aller de 1 à 2).
Dans au moins un mode de réalisation, pour un matériau polaire tel que BiFeO3, le nombre d'éléments est de 3. Dans au moins un mode de réalisation, Bi et Fe peuvent être disponibles sous forme de cibles de pulvérisation élémentaires pures tels que > 99 %. Dans au moins un mode de réalisation, l'oxygène peut être inséré dans l'environnement de pulvérisation sous forme de gaz ou faire partie d'un composé avec le fer dans un composé binaire. Dans au moins un mode de réalisation, pour la pulvérisation de BiFeO3, le nombre total de cibles peut être de 1 ou 2 (c'est-à-dire que N peut aller de 1 à 2).
Dans au moins un mode de réalisation, les cibles de pulvérisation comprenant des composés multiélémentaires peuvent être fabriquées par fusion à l'arc ou par fusion par radiofréquence d'un mélange de métaux dans une atmosphère sous vide ou gazeuse. Dans au moins un mode de réalisation, le gaz peut être inerte ou inclure O,
N, H ou F. Dans au moins un mode de réalisation, les cibles de pulvérisation incluant des composés multi-élémentaires peuvent être fabriquées en mélangeant les oxydes binaires constitutifs dans le rapport stoechiométrique, suivi d'une compression isostatique à chaud (HIP). Dans au moins un mode de réalisation, les cibles de pulvérisation comprenant des composés multi-élémentaires peuvent être fabriquées en mélangeant les oxydes binaires constitutifs dans le rapport stoechiométrique, puis en pressant à froid le mélange de poudre dans un compact céramique en utilisant une presse pneumatique, puis en frittant le compact céramique à des températures élevées pour obtenir la chimie et la densité souhaitées de la cible.
Dans au moins certains modes de réalisation, la densité de la cible est comprise entre 85 et 95 % de la densité théorique du matériau.
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Dans au moins un mode de réalisation, le modèle 306 qui utilise des informations sur le rapport charge/masse et le rapport moment magnétique/masse des ions (alliages élémentaires ou ionisés) peut être mis en œuvre pour estimer les coefficients et les taux de pulvérisation dans un outil PVD. Dans au moins un mode de réalisation, le rapport charge/masse et le rapport moment magnétique/masse sont utilisés pour permettre une prédiction précise du rendement de pulvérisation, des taux de dépôt et de la composition d'une couche déposée dans des systèmes de dépôt qui utilisent des champs magnétiques. Dans au moins un mode de réalisation, le modèle de calcul utilise en outre les paramètres opérationnels de l'outil 304 pour calculer les taux de dépôt sur un substrat. Dans au moins un mode de réalisation, les paramètres opérationnels peuvent inclure la puissance de dépôt du magnétron à radiofréquence (RF), la pression opérationnelle de la chambre, le temps de pulvérisation, la température de la chambre et/ou du substrat, et les types et la concentration des gaz circulant pendant le dépôt. Dans au moins un mode de réalisation, le gaz utilisé pour le dépôt peut être inerte tel que Ar et/ou inclure d'autres gaz tels que O2, N;, Hz, Kr et Ne.
Dans au moins un mode de réalisation, le procédé de dépôt pour former l'empilement 200 peut inclure le dépôt de toutes les couches sans coupure d'air. Dans au moins un mode de réalisation, la coupure d'air peut être évitée pour empêcher la formation de couches interfaciales entre les couches d'électrodes et la couche diélectrique.
Dans au moins un mode de réalisation, les couches interfaciales peuvent fournir une source supplémentaire d'oxygène pendant le cycle des dispositifs fabriqués à partir de l'empilement 200. Dans au moins un mode de réalisation, les sources supplémentaires d'oxygène peuvent ne pas être contrôlables et entraîner une instabilité ou une perte d'endurance pendant le cyclage du dispositif. Dans au moins un mode de réalisation, pour une certaine combinaison de cibles T,, le processus de dépôt peut produire un diélectrique 204 dans l'empilement 200. Dans au moins un mode de réalisation, l'empilement 200 présente les propriétés de l'empilement 200 décrites en association
20 BE2022/0072 avec la figure 2A. Dans au moins un mode de réalisation, les propriétés de l'empilement 200 peuvent être déterminées par une série de méthodes de mesure décrites dans le tableau 1. Dans au moins un mode de réalisation, le diélectrique 204 peut ne pas avoir les propriétés souhaitées d'une couche diélectrique cible, telles qu'une stœchiométrie, une épaisseur, une uniformité correctes, etc.
Dans au moins un mode de réalisation, les mêmes cibles 302 peuvent être utilisées pour déposer un nouvel empilement200".
Dans au moins un mode de réalisation, les conditions de dépôt de l'outil peuvent être modifiées en fonction des entrées du modèle 306.
Dans au moins un mode de réalisation, un nouvel ensemble de paramètres opérationnels : puissance’, pression opérationnelle de la chambre’, temps de pulvérisation’, température' et gaz' - peut être mis en œuvre pour obtenir l'empilement 200'. Dans au moins un tel mode de réalisation, l'empilement 200' comprenant un diélectrique 204' peut avoir les propriétés souhaitées d'une couche diélectrique cible, telles que la stœchiométrie, l'épaisseur, l'uniformité, etc. correctes.
Dans au moins un mode de réalisation, le processus de modification des paramètres de l'outil PVD peut être modifié de manière itérative sur la base des entrées provenant des mesures et du modèle 306 jusqu'à ce que l'empilement 200' atteigne des valeurs cibles qui sont dans la tolérance des résultats souhaités. Dans au moins un mode de réalisation, la puissance’ peut être comprise entre 5
Watts par pouce carré et 75 Watts par pouce carré, la pression opérationnelle de la chambre' peut être comprise entre 0,5 milli Torr et 30 milli Torr, et la température' de la chambre et/ou du substrat peut être comprise entre la température ambiante et 650 degrés
Celsius.
Dans au moins un mode de réalisation, on peut déduire que, grâce à la méthode de la figure 3A, les résultats cibles peuvent être sensiblement à portée de main si un ou plusieurs objectifs individuels T, sont modifiés. Dans au moins un mode de réalisation, cette méthode est illustrée à la figure 3B. Dans au moins un mode de
21 BE2022/0072 réalisation, après l'expérimentation initiale et l'obtention de l'empilement 200, une nouvelle ou plusieurs cibles 308 peuvent être mises en œuvre, conformément au procédé 300B.
Dans au moins un mode de réalisation, les cibles 308 comprennent une ou plusieurs cibles individuelles T,' (Ti, T2', … Ty’), qui comprennent un ou plusieurs nouveaux composés A;'{(F,6y)1', (F,G,H;);'}. Dans au moins un mode de réalisation, la stœchiométrie individuelle dans les composés comprenant Bi, Fe et O peut être différente de 5 % des composés comprenant Bi, Fe, O dans la première ou les plusieurs cibles. Dans au moins un mode de réalisation, la stechiométrie individuelle dans les composés comprenant Bi, Fe et O peut être différente de 10 % des composés comprenant Bi, Fe et O dans la première ou les plusieurs cibles. Dans au moins un mode de réalisation, les cibles élémentaires E, peuvent avoir la même pureté que précédemment, ou la pureté peut être modifiée dans d'autres modes de réalisation. Dans au moins un mode de réalisation, une nouvelle pureté peut aller de 99 % à 99,5 % dans certains exemples.
Dans au moins un mode de réalisation, le modèle 306 peut être mis en œuvre sur les nouvelles cibles T;' pour calculer les paramètres de l'outil. Dans au moins un mode de réalisation, les paramètres de l'outil peuvent ne pas être différents de ceux utilisés pour fabriquer l'empilement 200. Dans le mode de réalisation illustré, une ou plusieurs propriétés du diélectrique 204 sont modifiées par une itération de modification dans une ou plusieurs cibles. Dans au moins un mode de réalisation, en raison des différences dans les cibles T;', la couche diélectrique 204" de l'empilement 200" peut avoir des propriétés utiles, telles que la stœchiométrie, l'épaisseur, l'uniformité, etc. L'empilement 200', 200" comprenant le diélectrique 204', 204" peut avoir les propriétés souhaitées d'une couche diélectrique cible qui sont sensiblement adaptées et dans la tolérance des résultats cibles.
Dans au moins un mode de réalisation, bien que l'expérimentation en mettant l'accent sur un diélectrique BiFeO3 204 ait été décrite, les méthodes 300A et 300B peuvent être généralisées
22 BE2022/0072 pour s'appliquer à la variété des choix de matériaux décrits ci-dessus pour le diélectrique 204. Dans au moins un mode de réalisation, lorsque BiFeO3 peut également être dopé avec d'autres matériaux tels qu'un élément métallique de l'une des séries 3d, 4d, 5d, 6d, 4f et 5f du tableau périodique.
Bien que l'expérimentation en mettant l'accent sur le diélectrique 204 ait été décrite, la méthode 300A ou 300B peut être utilisée pour affiner de manière itérative les propriétés chimiques et électriques, telles que la résistivité, la fonction de travail, la cristallinité, etc. des couches conductrices 202 et 206. Ces propriétés des couches conductrices 202 et 206 peuvent être réglées individuellement ou collectivement en tant que partie de l'empilement 200, conformément à au moins un mode de réalisation.
En référence aux figures 3A et 3B, dans au moins un mode de réalisation, lorsqu'un procédé de dépôt in situ est mis en œuvre lors du dépôt pour former l'empilement 200, 200' ou 200", les cibles T, ou T,' peuvent inclure des matériaux utilisés dans le dépôt de toutes les couches de l'empilement 200, 200' ou 200". Dans au moins un mode de réalisation, il est donc utile de minimiser les itérations pour accélérer le développement et réduire les coûts.
Dans au moins un mode de réalisation, l'évaluation des propriétés chimiques, mécaniques et électriques de l'empilement 200, 200' et 200" peut être réalisée par une pléthore de techniques de mesure. Dans au moins un mode de réalisation, il est utile d'effectuer une mesure d'hystérésis ferroélectrique (boucle P-E) pour analyser l'efficacité d'une couche diélectrique ferroélectrique particulière. Dans au moins un mode de réalisation, une technique de mesure simple consiste à appliquer un champ électrique à travers un échantillon.
Dans au moins un mode de réalisation, le champ est atténué par un diviseur à résistance. Dans au moins un mode de réalisation, un courant mesuré à travers le circuit est intégré en charge par un condensateur qui est positionné en série avec l'échantillon. Dans au moins un mode de réalisation, la tension appliquée et les signaux de
23 BE2022/0072 chute de tension mesurés (mesure du courant) sont utilisés pour générer une boucle de polarisation par rapport au champ électrique par un oscilloscope.
La figure 4 illustre schématiquement une boucle de champ de polarisation (P-F) 400 d'un empilement multicouche qui comprend un matériau ferroélectrique, tel que l'empilement 200, illustré par rapport à la figure 2A. Dans au moins un mode de réalisation, le diélectrique 204 comprend une couche de stockage, par exemple une couche ferroélectrique. En se référant à nouveau à la figure 4, dans au moins un mode de réalisation, la boucle P-E 400 peut représenter celle de la couche ferroélectrique comprenant un matériau ferroélectrique polydomaine. Dans au moins un mode de réalisation, avant la polarisation pour la première fois, il peut y avoir initialement une distribution statistique de domaines ferroélectriques telle que la polarisation nette à champ nul est environ nulle. Dans au moins un mode de réalisation, la polarisation initiale (P) peut être représentée par une partie de courbe P-E 422. Dans au moins un mode de réalisation, lorsque la couche ferroélectrique est polarisée pour la première fois en appliquant un champ électrique positif, en commençant par une polarisation P=0, la polarisation augmente avec l'augmentation du champ jusqu'à atteindre la saturation à +Pmax. Dans au moins un mode de réalisation, après que la saturation est atteinte à +Pmax, lorsque le champ électrique est ensuite réduit selon une portion de courbe P-E 424, à E=0, une polarisation peut rester. Dans au moins un mode de réalisation, la polarisation restante est désignée ici comme une polarisation résiduelle (+P,). Dans au moins un mode de réalisation, pour ramener la polarisation à zéro, un champ électrique négatif peut être appliqué. Dans au moins un mode de réalisation, un champ électrique suffisant pour ramener la polarisation à zéro est appelé ici champ coercitif (+Ec ou -Ec). Dans au moins un mode de réalisation, selon la partie de courbe P-E 424, un champ coercitif négatif (-Ec) peut être appliqué pour réduire la polarisation à zéro à partir de +P,. Dans au moins un mode de réalisation, si l'amplitude de la tension ou du champ négatif est encore augmentée, la boucle
24 BE2022/0072 d'hystérésis peut se comporter de manière similaire à celle d'un champ positif, mais dans un sens inverse.
Dans au moins un mode de réalisation, le P négatif augmente en magnitude avec l'augmentation du champ électrique négatif jusqu'à ce qu'il atteigne la saturation à -Pmax. Dans au moins un mode de réalisation, lorsque le champ électrique est ensuite réduit en magnitude le long d'une partie de la courbe P-E 426, à E=0, une polarisation résiduelle -P, peut subsister. Dans au moins un mode de réalisation, la couche ferroélectrique présente donc une caractéristique de polarisation rémanente +P, ou -P,, qui peut être inversée par un champ électrique appliqué dans la direction inverse. Dans au moins un mode de réalisation, cela donne lieu à une boucle P-E hystérétique dans les dispositifs de mémoire ferroélectriques. Dans au moins un mode de réalisation, en utilisant des technologies de couches minces, les champs ou les tensions de fonctionnement peuvent être réduits à un niveau inférieur à celui des données d'une puce standard dans un état non volatil, ce qui permet de réécrire les données rapidement et fréquemment. Dans au moins un mode de réalisation, un dispositif de mémoire ferroélectrique présente donc les caractéristiques avantageuses des technologies de mémoire volatile et non volatile.
Dans au moins un mode de réalisation, des impulsions de tension sont utilisées pour écrire et lire les informations numériques. Dans au moins un mode de réalisation, si une impulsion de champ électrique est appliquée dans la même direction que la polarisation résiduelle, aucune commutation ne peut se produire. Dans au moins un mode de réalisation, un changement de polarisation delta Ps ou APys entre +Pmax et +P, peut être présent en raison de la réponse diélectrique du matériau ferroélectrique. Dans au moins un mode de réalisation, si une impulsion de champ électrique est appliquée dans la direction opposée à la polarisation résiduelle, une commutation peut se produire. Dans au moins un mode de réalisation, si la polarisation initiale est dans la direction opposée au champ électrique appliqué, la polarisation de la couche ferroélectrique s'inverse donnant lieu à un changement de polarisation de commutation accru delta Ps ou APs.
25 BE2022/0072
Dans au moins un mode de réalisation, la boucle P-E peut être mesurée dans des empilements de couvertures ; d'autres mesures décrites dans le tableau 1, ci-dessous, peuvent également être effectuées pendant la méthode de développement itérative décrite en association avec les figures | et 3A-3B. Dans au moins un mode de réalisation, les mesures décrites fournissent la composition mécanique/chimique et les caractéristiques électriques d'une ou plusieurs couches d'un empilement multicouche tel que les empilements 200, 200' et 200" (figures 1, 3A-3B). La technique de mesure et la mesure associée sont énumérées dans le tableau 1, conformément à au moins un mode de réalisation.
Tableau
Microscopie électronique à cristallinité, structure, transmission morphologie (par exemple, taille des grains).
Diffraction des rayons X cristallinité, constantes de (diffraction de Bragg) réseau, taille des grains, gradient de concentration, déformation.
Méthode positive ascendante mesure de la polarisation négative descendante commutable en fonction du champ électrique.
Microscopie à force atomique rugosité de surface (AFM) (AFM) et AFM en mode conducteur (c-AFM sante (c-AFM). endurance piézoélectrique commutation.
Microscopie de force à sonde
Kelvin électrodes.
26 BE2022/0072
Dans au moins un mode de réalisation, des techniques de mesure telles que la microscopie électronique à transmission peuvent être utilisées pour obtenir des images à haute résolution des couches, des interfaces entre les couches, des arrangements d'atomes, des plans atomiques et des dislocations, entre autres. Dans au moins un mode de réalisation, la diffraction des rayons X peut être utilisée pour mesurer l'identification de phase du matériau cristallin dans les électrodes ainsi que dans une couche diélectrique ferroélectrique. Dans au moins un mode de réalisation, la méthode positive vers le haut et négative vers le bas peut être utilisée pour mesurer la polarisation commutable en fonction du champ électrique dans un empilement multicouche.
Dans au moins un mode de réalisation, la microscopie à force atomique (AFM) peut être utilisée pour mesurer la rugosité de surface et la microstructure d'une couche supérieure dans un empilement. Dans au moins un mode de réalisation, l'AFM conducteur peut être utilisé pour mesurer les caractéristiques courant-tension de l'empilement multicouche. Dans au moins un mode de réalisation, la microscopie à force piézoélectrique peut être utilisée pour mesurer la ferroélectricité de la couche diélectrique ferroélectrique. Dans au moins un mode de réalisation, la microscopie de force à sonde Kelvin peut être utilisée pour mesurer la fonction de travail des électrodes dans l'empilement multicouche.
Dans au moins un mode de réalisation, au moins certaines des mesures décrites ci-dessus peuvent être effectuées après la fabrication du dispositif. Dans au moins un mode de réalisation, la rugosité de surface, en particulier d'une couche conductrice inférieure, peut être mesurée après le dépôt d'une seule couche à la fois.
La figure 5 est une illustration du diagramme de flux d'une méthode 500 de développement itératif d'un empilement multicouche pour une application aux dispositifs de mémoire, conformément à au moins un mode de réalisation de la présente divulgation. Dans au moins un mode de réalisation, la méthode 500 comprend des caractéristiques du procédé 100 (figure 1) avec un ajout d'une opération de recuit 510 entre la formation d'un empilement
27 BE2022/0072 multicouche à l'opération 140 et la mesure de la composition du matériau et la réalisation de mesures de la composition du matériau et de la caractérisation du test électrique à l'opération 150.
Dans au moins un mode de réalisation, le cadre en pointillés 500A définit des opérations qui sont menées par une première entité et la fabrication de la cible 132 peut être réalisée par une deuxième entité telle que des fournisseurs externes, où la deuxième entité est différente de la première entité.
Dans au moins un mode de réalisation, l'obtention d'une taille de grain qui est propice à l'augmentation de la polarisation effective dans la couche diélectrique est utile pour les dispositifs de mémoire à haute performance. Dans au moins un mode de réalisation, la modulation de la taille des grains peut être réalisée en effectuant un processus de recuit à des températures élevées. Dans au moins un mode de réalisation, le processus de recuit comprend des processus de traitement thermique rapide (ici PD-RTA). Dans au moins un mode de réalisation, le PD-RTA peut utiliser des températures > 400°C. Dans au moins un mode de réalisation, les empilements non structurés de couvertures peuvent être chauffés à des températures élevées, telles que des températures supérieures à 800 degrés Celsius pour déterminer les propriétés optimales d'un empilement multicouche particulier.
Dans au moins un mode de réalisation, les durées de recuit peuvent être de 10 à 30 minutes pour tester les limites de l'empilement multicouche.
Dans au moins un mode de réalisation, les températures de recuit peuvent être supérieures à 800 degrés Celsius, la durée de la plupart des processus peut être limitée à environ ] minute ou moins pour les dispositifs de mémoire à motifs, par exemple, lorsque ces dispositifs de mémoire sont intégrés à un transistor. Dans au moins un mode de réalisation, un procédé à haute température mais de courte durée peut être compatible avec les transistors qui sont intégrés dans le substrat sur lequel le matériau pérovskite est formé. Dans au moins un mode de réalisation, un tel procédé est particulièrement avantageux
28 BE2022/0072 lorsque les transistors sont fabriqués à l'aide d'un procédé de dernière grille afin d'éviter les décalages de tension de seuil résultant d'opérations à haute température qui durent sensiblement plus d'une minute.
Dans au moins un mode de réalisation, un recuit post- dépôt (PDA) peut être caractérisé par un recuit thermique d'une couche ou d'un empilement après que le processus de dépôt a été effectué. Dans au moins un mode de réalisation, cela contraste avec un recuit in situ qui a lieu pendant le dépôt. Dans au moins un mode de réalisation, le PDA peut être effectué après le dépôt de toutes les couches d'un empilement multicouche, par exemple. Dans au moins un mode de réalisation, le processus de recuit peut être effectué après un processus de formation de motifs utilisé pour fabriquer des dispositifs de mémoire. Dans au moins un mode de réalisation, après le dépôt d'une première couche conductrice et d'une couche diélectrique, le processus de recuit peut être effectué avant le dépôt d'une deuxième couche conductrice sur la couche diélectrique. Dans au moins un mode de réalisation, le PDA est effectué après le dépôt de l'empilement multicouche. Dans au moins un mode de réalisation, lorsque l'opération de recuit 510 est insérée avant d'effectuer des mesures de l'empilement multicouche, ces mesures peuvent être comparées aux mesures obtenues à partir d'un empilement multicouche identique non recuit.
Dans au moins un mode de réalisation, les températures de recuit peuvent être aussi élevées que 1300 degrés Celsius, les durées de recuit étant limitées à une valeur inférieure ou égale à 60 secondes.
Dans au moins un mode de réalisation, la température et la durée spécifiques dépendent de la technique de recuit utilisée et d'un budget thermique maximal qui est compatible avec, par exemple, un transistor pour des applications de dispositifs intégrés. Dans au moins un mode de réalisation, pour des températures inférieures à 700 degrés Celsius, une durée de 60 secondes ou moins, par exemple, peut être relativement courte.
29 BE2022/0072
Dans au moins un mode de réalisation, le recuit thermique rapide après dépôt peut être utilisé pour décrire tous les traitements de recuit thermique dans lesquels une plaquette est chauffée et refroidie à des vitesses plus rapides que celles typiques des outils de recuit en four. Dans au moins un mode de réalisation, les vitesses de chauffage/refroidissement peuvent être supérieures à 10 degrés
Celsius/seconde. Dans au moins un mode de réalisation, ce chauffage et ce refroidissement rapides peuvent être obtenus en utilisant une variété de technologies. Les termes "RTP" ou "RTA" sont parfois définis pour décrire la technique originale de recuit thermique rapide, dans laquelle des lampes infrarouges peuvent être mises en œuvre pour chauffer la plaquette. Dans au moins un mode de réalisation, le chauffage à base de lampes au xénon (également appelé recuit "flash"), le chauffage au laser (recuit au laser) et l'énergie micro- ondes (recuit par micro-ondes) peuvent être utilisés pour chauffer la plaquette. Dans au moins un mode de réalisation, les températures de surface du substrat peuvent être surveillées par un pyromètre et des thermocouples. Dans au moins un mode de réalisation, ces techniques peuvent offrir des vitesses de chauffage et de refroidissement extrêmement rapides, comme par exemple 1 million de degrés par seconde. Dans au moins un mode de réalisation, il est utile que le processus de refroidissement soit contrôlé pour éviter les dislocations dans les différentes couches.
Dans au moins un mode de réalisation, le recuit post- dépôt peut inclure une ou plusieurs des techniques ci-dessus. Dans au moins un mode de réalisation, le RTP/RTA peut être effectué à des températures supérieures à 1000°C. Dans au moins un mode de réalisation, étant donné que la durée est de l'ordre d'un minimum de quelques secondes, le RTP/RTA peut être utilisé pour un recuit à des températures inférieures à 800°C.
Dans au moins un mode de réalisation, la PDA comprend un procédé RTP qui est effectué dans un environnement d'O}, de N, ou d'Argon ou dans l'air. Dans au moins un mode de réalisation, les pressions de traitement vont de 1 Torr à 760 Torr tout en circulant
30 BE2022/0072 dans les gaz Oz, N, ou Argon. Dans au moins un mode de réalisation, le procédé RTP est réalisé sous vide à des pressions inférieures à 1
Torr. Dans au moins un mode de réalisation, les temps de traitement sont compris entre 1 et 60 secondes. Dans au moins un cas, les températures de traitement sont comprises entre 400 et 700 degrés
Celsius, la vitesse de chauffage et de refroidissement étant d'environ 40 à 200 degrés Celsius par seconde.
Dans au moins un mode de réalisation, le PDA comprend un procédé de recuit flash. Dans au moins un mode de réalisation, le recuit flash et le recuit au laser offrent des durées extrêmement courtes, et peuvent donc permettre des températures élevées supérieures à 1000°C sans endommager les structures sous-jacentes, par exemple les transistors, sur la plaquette. Dans au moins un mode de réalisation, le recuit flash et laser peut inclure un chauffage ponctuel ou un tramage de faisceau pour augmenter le débit. Dans au moins un mode de réalisation, les pressions de traitement vont de 1
Torr à 760 Torr en circulant dans des gaz O3, N, ou Argon ou dans l'air. Dans au moins un mode de réalisation, le procédé de recuit éclair est effectué sous vide à des pressions inférieures à 1 Torr. Dans au moins un mode de réalisation, les températures de traitement sont comprises entre 500 et 1300 degrés Celsius, la vitesse de chauffage et de refroidissement étant d'environ 10° degrés Celsius/seconde. Dans au moins un mode de réalisation, le temps de traitement est de 1 ms ou moins. Dans d'autres modes de réalisation, le temps de recuit total peut être de 10 ms/flash. Dans au moins un mode de réalisation, le nombre total de flashs peut aller jusqu'à 100 flashs par échantillon (plaquette, substrat, etc.).
Dans au moins un mode de réalisation, la PDA comprend un procédé de recuit au laser. Dans au moins un mode de réalisation, les températures de traitement sont comprises entre 600 et 1300 degrés
Celsius, où la vitesse de chauffage et de refroidissement est d'environ 10° degrés Celsius/seconde. Dans certains modes de réalisation, le temps de traitement est de 100 microsecondes ou moins. Dans certains de ces modes de réalisation, le temps de recuit peut être de 100
31 BE2022/0072 ms/procédé de recuit au laser. Dans au moins un mode de réalisation, le nombre total de recuits au laser peut aller jusqu'à 100 par échantillon (plaquette, substrat, etc.).
Dans au moins un mode de réalisation, l'empilement multicouche peut être déposé par un procédé PVD à 350 degrés
Celsius, recuit par un procédé PD-RTA dans un outil RTP avec des vitesses de chauffage/refroidissement de 50 degrés Celsius/seconde, dans une atmosphère d'O: à une pression de 760 Torr et à 600 degrés
Celsius pendant 60 secondes. Dans au moins un mode de réalisation, l'empilement multicouche peut être déposé par un procédé PVD à 350 degrés Celsius, recuite par un procédé PD-RTA dans un outil de recuit au laser avec des vitesses de chauffage/refroidissement de 10° degrés
Celsius/seconde, sous vide et à 1200 degrés Celsius pendant 10 microsecondes. Dans au moins un mode de réalisation, les autres formes de recuit comprennent le recuit par micro-ondes ou le recuit hybride par micro-ondes.
Dans au moins un mode de réalisation, le procédé de recuit par micro-ondes comprend le chauffage pendant une quatrième durée de moins de 3600s à une puissance de micro-ondes de moins de 1000W.
Les défauts ponctuels tels que les lacunes d'oxygène peuvent entraîner une augmentation des fuites électriques dans les couches de condensateurs, ce qui peut nuire à la polarisation ferroélectrique et à la tension de commutation. Les lacunes d'oxygène et d'autres défauts ponctuels peuvent également entraîner un épinglage de la paroi du domaine ferroélectrique. L'épinglage peut se manifester par des effets néfastes tels que l'augmentation de la tension de commutation et conduire à une défaillance d'endurance précoce des dispositifs de condensateurs FE.
Dans au moins un mode de réalisation, le cadre en pointillés 501A définit des opérations qui sont menées par une première entité et la fabrication de la cible à l'opération 132 peut être
32 BE2022/0072 menée par une deuxième entité telle que des fournisseurs externes, où la deuxième entité est différente de la première entité.
Dans au moins un mode de réalisation, la méthode 500 effectue des itérations (indiquées par la flèche 190) en mettant en œuvre une sélection pilotée par modèle, en modifiant la composition stœchiométrique de la ou des cibles dans la ou les cibles successives, en fournissant la ou les cibles successives, et en déposant un empilement multicouche successif, en effectuant un recuit, en effectuant des mesures de composition et des mesures électriques, en faisant correspondre les mesures aux valeurs cibles, en déterminant si les résultats des mesures sont dans le niveau de tolérance des valeurs cibles, jusqu'à ce que les résultats cibles soient obtenus.
Dans au moins un mode de réalisation, en plus d'apporter des modifications à la composition d'une ou plusieurs couches de l'empilement multicouche, des couches supplémentaires peuvent être ajoutées à l'empilement multicouche à l'opération 140. Dans au moins un mode de réalisation, ces couches peuvent être formées conformément à l'empilement multicouche 600 de la figure 6.
La figure 6 est une illustration en coupe transversale d'un empilement multicouche 600 comprenant un matériau ferroélectrique, déposé conformément au diagramme de flux de la figure 5, conformément à au moins un mode de réalisation de la présente divulgation. Dans au moins un mode de réalisation, les couches de l'empilement multicouche 600 sont déposées par une méthode de co- pulvérisation ou de pulvérisation réactive.
Dans au moins un mode de réalisation, des couches conductrices supplémentaires 602 et 604 peuvent être mises en œuvre à des fins différentes. Dans au moins un mode de réalisation, alors que la couche conductrice 202 a été illustrée précédemment comme étant déposée sur un substrat 208 à des fins de test, pour la fabrication du dispositif, la couche conductrice 202 peut être couplée à des structures d'interconnexion. Dans au moins un mode de réalisation, la couche
33 BE2022/0072 conductrice 202 peut également être en contact avec une ou plusieurs couches isolantes. Dans au moins un mode de réalisation, il peut être utile que la couche conductrice 202 ait une structure cristallographique pour le modelage du diélectrique 204. Dans au moins un mode de réalisation, pour cette raison, entre autres, la couche conductrice 202 peut être déposée sur une couche d'électrode secondaire, telle que la couche conductrice 602. Dans au moins un mode de réalisation, la couche conductrice 602 comprend du Pt. Dans au moins un mode de réalisation, la couche conductrice 604 comprend du TaN. Dans au moins un mode de réalisation, les couches conductrices 602 et 604 peuvent être déposées in situ avec le matériau ferroélectrique pour empêcher la formation de couches interfaciales I et I; entre la couche conductrice 602 et la couche conductrice 202, et entre la couche conductrice 206 et la couche conductrice 604, respectivement.
Dans au moins un mode de réalisation, les couches supplémentaires peuvent contribuer à certaines propriétés structurelles mais peuvent être préjudiciables à la résistance électrique globale de l'empilement. Dans au moins un mode de réalisation, une augmentation de la résistance électrique peut imposer de manière préjudiciable un besoin de tensions de fonctionnement plus élevées.
Dans au moins un mode de réalisation, des tensions de fonctionnement plus élevées peuvent exiger des transistors plus puissants. Dans au moins un mode de réalisation, le choix des matériaux peut ajouter peu de résistance électrique tout en fournissant des avantages de modelage cristallographique. Dans au moins un mode de réalisation, la détermination d'une épaisseur minimale requise qui peut fournir des avantages de composition doit également être équilibrée avec d'autres paramètres tels que l'épaisseur totale de l'empilement, la facilité de modelage et le développement de couches interfaciales pendant le processus de fabrication du dispositif. Le développement itératif du dispositif doit être soigneusement équilibré avec les objectifs finaux des exigences électriques.
34 BE2022/0072
Dans au moins un mode de réalisation, le modelage d'un empilement multicouche pour fabriquer des dispositifs introduit d'autres complexités et les méthodes itératives décrites ci-dessus sont essentielles pour un développement rapide.
La figure 7 est un diagramme de flux d'une méthode 700 de développement itératif de dispositifs de mémoire, conformément à au moins un mode de réalisation de la présente divulgation. Dans au moins un mode de réalisation, la méthode 700 commence à l'opération 710 en recevant un empilement multicouche de l'opération 170 (figure 5). Dans au moins un mode de réalisation, la méthode 700 se poursuit à l'opération 720 par le recuit de l'empilement multicouche. Dans au moins un mode de réalisation, la méthode 700 continue à l'opération 730 en gravant l'empilement multicouche pour former un dispositif de mémoire. Dans au moins un mode de réalisation, la méthode 700 continue à l'opération 740 en formant une couche d'encapsulation au moins autour du dispositif de mémoire. Dans au moins un mode de réalisation, la méthode 700 se poursuit à l'opération 750 par la réalisation de mesures de la composition chimique et des propriétés électriques du dispositif de mémoire.
Dans au moins un mode de réalisation, la méthode 700 continue à l'opération 760 en faisant correspondre les mesures de la composition chimique et des propriétés électriques du dispositif de mémoire à des résultats cibles et en déterminant si les mesures sont dans un niveau de tolérance des résultats cibles. Dans au moins un mode de réalisation, la méthode 700 peut se terminer à l'opération 770 si les mesures sont dans un niveau de tolérance des résultats cibles.
Dans au moins un mode de réalisation, la méthode 700 peut continuer à l'opération 780 en effectuant des modifications en réponse à la détermination que les mesures ne sont pas dans le niveau de tolérance.
Dans au moins un mode de réalisation, les modifications comprennent le changement de la composition d'une ou plusieurs couches dans l'empilement multicouche initial pour former un empilement multicouche successif en mettant en œuvre une sélection pilotée par modèle, en modifiant les éléments individuels ou la combinaison
35 BE2022/0072 d'éléments dans une ou plusieurs cibles successives pour comprendre une seconde composition stechiométrique respective et en fournissant la ou les cibles successives. Dans au moins un mode de réalisation, la méthode 700 se poursuit à l'opération 790 par la formation d'un empilement multicouche. Dans au moins un mode de réalisation, la méthode 700 itère à l'opération 720 avec un recuit de l'empilement multicouche, une gravure de l'empilement multicouche, une gravure et la formation d'un dispositif de mémoire, une encapsulation du dispositif de mémoire, une réalisation de mesures, une mise en correspondance de mesures, une détermination si les résultats de mesure sont dans le niveau de tolérance, jusqu'à ce que des résultats cibles soient obtenus.
Dans au moins un mode de réalisation, après le recuit de l'empilement multicouche qui a été déposé après une première série d'itérations, des mesures peuvent être effectuées à l'opération 792 après l'opération 720 pour évaluer si la composition du matériau et les caractéristiques électriques sont dans la tolérance d'une cible souhaitée. Dans au moins un mode de réalisation, les mesures effectuées immédiatement après le recuit à l'opération 720 peuvent faire gagner du temps qui serait autrement consacré à la poursuite de la fabrication du dispositif et à la découverte des résultats en fin de chaîne. Dans au moins un mode de réalisation, l'opération 792 est éliminée et les mesures sont effectuées, en fin de ligne dans une séquence de fabrication, après la fabrication des dispositifs.
Dans au moins un mode de réalisation, en plus d'apporter des modifications à la composition d'une ou plusieurs couches de l'empilement multicouche, des couches supplémentaires peuvent être ajoutées à l'empilement multicouche. Dans au moins un mode de réalisation, de telles couches peuvent être formées conformément à l'empilement multicouche 600 de la figure 6.
La figure 8A est une illustration en coupe transversale d'un condensateur plan (ici le dispositif de mémoire 801) obtenu par la mise en forme de l'empilement multicouche obtenu par l'opération 780
36 BE2022/0072 de la figure 7. Dans au moins un mode de réalisation, l'empilement multicouche peut avoir les propriétés de l'empilement 200' ou 200" des figures 3A-3B, comme par exemple la couche conductrice 202, le diélectrique 204 et la couche conductrice 206.
En se référant à nouveau à la figure 8A, dans au moins un mode de réalisation, le dispositif de mémoire 801 comprend une électrode 802, une couche diélectrique 804 sur l'électrode 802, et une électrode 806 sur la couche diélectrique 804.
Dans au moins un mode de réalisation, l'électrode 802 comprend un premier matériau polaire non linéaire conducteur où le premier matériau polaire non linéaire conducteur a une première taille de grain. Dans au moins un mode de réalisation, la couche diélectrique 804 comprend un matériau pérovskite comprenant une seconde taille de grain. Dans au moins un mode de réalisation, l'électrode 806 comprend un deuxième matériau polaire non linéaire conducteur, où le deuxième matériau polaire non linéaire conducteur a une troisième taille de grain qui est sensiblement la même que la première taille de grain ou la deuxième taille de grain. Toutes les tailles de grain sont définies par une "longueur moyenne de grain".
Dans au moins un mode de réalisation, les propriétés du film de pérovskite nécessaires pour les dispositifs à haute performance nécessitent en outre l'obtention d'une taille de grain qui est propice à l'augmentation de la polarisation effective dans la couche diélectrique.
Dans au moins un mode de réalisation, la modulation de la taille des grains peut être réalisée en effectuant un processus de recuit à des températures élevées.
Dans au moins un mode de réalisation, l'électrode 802 comprend un matériau pérovskite. Dans au moins un mode de réalisation, le matériau pérovskite comprend l'un des oxydes métalliques pérovskites non-Pb, tels que, sans s'y limiter, La-Sr-CoO3,
SrRuO3, La-Sr-MnO3, YBa;Cu307, Bi:Sr,CaCu,Os, LaN103 ou DyScO3.
Dans au moins un mode de réalisation, l'électrode 802 a une structure
37 BE2022/0072 de grain nanocristalline à polycristalline. Dans au moins un mode de réalisation, les grains 802A peuvent être irréguliers comme illustré.
Dans au moins un mode de réalisation, les grains 802A ont une taille définie par une longueur moyenne L,. Dans au moins un mode de réalisation, Li est comprise entre 15 nm et 50 nm.
Dans au moins un mode de réalisation, les grains 806 A ont une taille définie par une longueur moyenne Lz. Dans au moins un mode de réalisation, Li et Lz sont sensiblement égales. Dans au moins un mode de réalisation, l'électrode 806 comprend des grains 806A qui ont une taille comparable à celle des grains 802A de l'électrode 802.
Dans au moins un mode de réalisation, Lz est comprise entre 15 nm et 50 nm. Dans au moins un mode de réalisation, le rapport entre la taille des grains des électrodes 802 et 806, L,:L2, est sensiblement de 1:1, mais peut varier de moins de 10 %.
Dans au moins un mode de réalisation, l'électrode 806 peut en outre comprendre un matériau identique à celui de l'électrode 802. Dans au moins un mode de réalisation, des matériaux sensiblement identiques peuvent fournir une symétrie et offrir des avantages supplémentaires tels que la fiabilité, car les dispositifs sont soumis à des milliards de cycles pendant leur durée de vie. Dans au moins un mode de réalisation, différents matériaux d'électrode ayant sensiblement la même taille de grain peuvent être mis en œuvre dans le dispositif de mémoire 801. Dans au moins un mode de réalisation, cela peut être avantageux dans certains régimes opérationnels où au moins une des électrodes 802 ou 806 est couplée avec un élément de circuit externe tel qu'un transistor.
Dans le mode de réalisation illustré, la couche diélectrique 804 a une structure de grain polycristalline. Dans au moins un mode de réalisation, les grains 804A peuvent être irréguliers comme illustré. Dans au moins un mode de réalisation, les grains 804A ont une taille définie par une longueur moyenne, L3. Dans au moins un mode de réalisation, L3 est compris entre 15 nm et 50 nm.
Dans au moins un mode de réalisation, de multiples domaines de
38 BE2022/0072 polarisation peuvent exister dans le grain 804A. Dans au moins un mode de réalisation, le rapport entre Ly et L3 peut être compris entre 1:3 et 3:1. Dans au moins un mode de réalisation, le rapport entre LI et L3 est sensiblement égal à 1:1, lorsque la couche diélectrique 804 comprend un ou plusieurs des éléments de l'électrode 802.
Dans au moins un mode de réalisation, si la taille des grains est un attribut des couches du dispositif de mémoire 801, il en existe d'autres, tels que les défauts ponctuels. Dans au moins un mode de réalisation, les défauts ponctuels sont des sites avec des atomes manquants tels que l'oxygène, ou des cations manquants tels que Ba,
Bi, Fe, et/ou Ti, etc. Dans au moins un mode de réalisation, les défauts ponctuels 803, 805 et 807 sont illustrés par des points dans l'électrode 802, la couche diélectrique 804 et l'électrode 806, respectivement. Dans au moins un mode de réalisation, les défauts ponctuels 803, 805 et 807 peuvent être corrélés à la taille du grain, une couche comprenant une grande taille de grain pouvant avoir un défaut ponctuel plus faible.
Dans au moins un mode de réalisation, l'électrode 802 présente des défauts ponctuels 803 dont le nombre est inférieur à 1e20 atomes/cm“. Dans au moins un mode de réalisation, l'électrode 802 a une taille de grain comprise entre 15 nm et 50 nm et des défauts ponctuels dont le nombre est inférieur à 1e20 atomes/cm*. Dans au moins un mode de réalisation, la couche diélectrique 804 présente des défauts ponctuels 805 dont le nombre est inférieur à 1e20 atomes/cm’.
Dans au moins un mode de réalisation, la couche diélectrique 804 a une taille de grain comprise entre 15 nm et 50 nm et des défauts ponctuels 805 dont le nombre est inférieur à 1e20 atomes/cm’. Dans au moins un mode de réalisation, l'électrode 806 a une taille de grain comprise entre 15 nm et 50 nm et des défauts ponctuels 807 dont le nombre est inférieur à 1e20 atomes/cm”.
Dans au moins un mode de réalisation, le dispositif de mémoire 801 peut être couplé à des éléments de circuit externes tels que des transistors par l'intermédiaire de structures d'interconnexion.
39 BE2022/0072
Dans au moins un mode de réalisation, l'électrode de transition 810 se trouve sous l'électrode 802. Dans au moins un mode de réalisation, l'électrode de transition 810 peut comprendre un matériau tel que TiN,
W, Ru, TaN ou Ta. Dans au moins un mode de réalisation, l'électrode de transition 810 peut fournir une surface pour le placage de cristaux du matériau de l'électrode 802.
Dans au moins un mode de réalisation, le contrôle de la taille des grains des électrodes et de la couche diélectrique peut moduler le comportement intrinsèque, il est également utile pour les performances à long terme du dispositif pour atténuer les dommages dus aux processus extrinsèques. Dans au moins un mode de réalisation, les dispositifs FeRAM comprenant des matériaux pérovskites sans plomb peuvent être sujets à des dommages dus à une réaction avec l'hydrogène pendant le traitement. L'endommagement peut résulter du déplacement de l'hydrogène le long des joints de grains entre ou le long des électrodes couplées à deux bornes d'un dispositif FeRAM.
L'hydrogène peut provoquer une réduction lorsqu'il réagit avec un ou plusieurs matériaux du dispositif FeRAM, tels que les électrodes ou le matériau ferroélectrique lui-même. Au cours de la fabrication, les opérations de recuit effectuées pour nouer les liaisons pendantes peuvent être des sources d'hydrogène. Les dispositifs FeRAM peuvent perdre leurs caractéristiques d'hystérésis de polarisation à cause de la réduction de l'hydrogène.
Dans au moins un mode de réalisation, lorsque le dispositif de mémoire 801 a une structure planaire où les différentes couches sont superposées de manière séquentielle, il est utile de protéger les parois latérales, les surfaces supérieures et inférieures du condensateur contre la réaction avec l'hydrogène. Dans au moins un mode de réalisation, les solutions contre la diffusion d'hydrogène comprennent la formation d'une couche barrière isolante, comme par exemple du nitrure de silicium, pour protéger les parois latérales et les surfaces supérieures. Dans au moins un mode de réalisation, une électrode de contact peut être formée sur une partie supérieure du
40 BE2022/0072 dispositif de mémoire 801 en gravant à travers la couche barrière isolante et en exposant l'électrode 806.
La figure 8B est une illustration en coupe transversale d'une pluralité de dispositifs de mémoire 820, où les dispositifs de mémoire individuels 801 sont encapsulés par la couche d'encapsulation 812, conformément à au moins un mode de réalisation.
Dans au moins un mode de réalisation, pour empêcher l'hydrogène d'atteindre la couche diélectrique 804, le dispositif de mémoire 801 peut être, au moins latéralement, recouvert par la couche d'encapsulation 812. Dans au moins un mode de réalisation, la paroi latérale 813 du dispositif de mémoire 801 est entourée latéralement par la couche d'encapsulation 812. Dans au moins un mode de réalisation, la couche d'encapsulation 812 s'étend également partiellement sur une surface supérieure du dispositif de mémoire 801. (X et Z étant respectivement l'axe x et l'axe z des dispositifs).
Dans au moins un mode de réalisation, le procédé utilisé pour déposer la couche d'encapsulation 812 peut dépendre des matériaux utilisés et de la hauteur du dispositif de mémoire 801. Dans au moins un mode de réalisation, qui comprend une pluralité de dispositifs de mémoire, le processus de dépôt peut dépendre de l'espacement relatif, SD, entre des dispositifs de mémoire adjacents.
Dans au moins un mode de réalisation, le processus de dépôt utilisé pour déposer la couche d'encapsulation 812 ne comprend pas de produits chimiques contenant de l'hydrogène ou de l'ammoniac pour éviter l'exposition à l'hydrogène des couches à l'intérieur du dispositif de mémoire 801. Dans au moins un mode de réalisation, la couche d'encapsulation 812 est déposée par couverture.
Dans au moins un mode de réalisation, la couche d'encapsulation 812 comprend un matériau isolant. Dans au moins un mode de réalisation, le matériau isolant peut comprendre un métal et de l'oxygène, tel que, sans s'y limiter, Al,O,, HfO,, AIS10,, ZrO, ou
TiO,. Dans au moins un mode de réalisation, les matériaux tels que
AlxOy, HfO,, AISIO,, ZrO, ou TiO, peuvent être déposés sans
41 BE2022/0072 précurseur chimique contenant de l'hydrogène ou de l'ammoniac dans un procédé de dépôt ALD. Dans au moins un mode de réalisation, la couche d'encapsulation 812 peut être déposée à une épaisseur dans la plage de 0,5 nm à 10 nm. Dans au moins un mode de réalisation, la couche d'encapsulation 812 peut être déposée sur une épaisseur inférieure à 5 nm. Dans au moins un mode de réalisation, un procédé
ALD peut fournir une épaisseur sensiblement conforme sur les parois latérales du dispositif de mémoire 801. Dans au moins un mode de réalisation, un procédé de dépôt PVD peut ne pas déposer de manière conforme la couche d'encapsulation 812 avec une épaisseur uniforme.
Dans au moins un mode de réalisation, un procédé PVD peut être utilisé. Dans au moins un mode de réalisation, la couche d'encapsulation 812 peut comprendre des matériaux tels que des composés d'azote et d'un métal de transition tels que, mais sans s'y limiter, AIN, ZrN et HfN, ou des composés de Si et O et d'un ou plusieurs éléments parmi Al, Hf ou Ta, tels que, mais sans s'y limiter,
A1S1O,, HÍSiO, et TaSiO,. Dans au moins un mode de réalisation, un procédé PVD peut ne pas fournir un dépôt sensiblement conforme sur les parois latérales du dispositif de mémoire 801. Dans au moins un mode de réalisation, une épaisseur d'environ 2 nm peut être suffisante pour empêcher le transport d'hydrogène à travers la couche d'encapsulation 812 qui est déposée avec une densité de matériau d'au moins 90 %.
Dans au moins un mode de réalisation, le matériau de la couche d'encapsulation 812 peut être choisi en fonction du matériau de la couche diélectrique 804. Dans au moins un mode de réalisation, l'appariement de la couche d'encapsulation 812 avec la couche diélectrique 804 peut minimiser les dislocations du réseau qui peuvent provoquer des vides et des voies potentielles de diffusion de l'hydrogène.
Dans au moins un mode de réalisation, l'hydrogène peut diffuser vers l'électrode 806 et 802 à travers un ou plusieurs matériaux d'une électrode de contact et d'une électrode de transition 810
42 BE2022/0072 respectivement. Dans au moins un mode de réalisation, pour protéger contre la diffusion d'hydrogène à travers une surface supérieure de l'électrode 806, des métaux nobles peuvent être mis en œuvre sur l'électrode 806.
Dans au moins certains modes de réalisation, l'hydrogène peut également diffuser à partir des couches situées sous l'électrode 802. Dans au moins un mode de réalisation, l'électrode 802 peut être isolée physiquement d'une interconnexion conductrice par l'électrode de transition 810. Dans au moins un mode de réalisation, l'électrode de transition 810 peut être entourée latéralement par une couche isolante 808 qui peut agir comme une barrière contre la diffusion d'hydrogène ainsi que fournir une capacité d'arrêt de gravure pendant la mise en forme pour former le dispositif de mémoire 801.
Dans au moins un mode de réalisation, pour empêcher l'hydrogène de diffuser directement dans les parois latérales de l'électrode de transition 810, un isolant comprenant un matériau amorphe, peut être directement en contact avec les parois latérales de l'électrode de transition. Dans au moins un mode de réalisation, un matériau amorphe peut avoir une densité de film élevée (par exemple, une densité de film supérieure à 90 % de la densité théorique du matériau ou de la densité du film).
Dans au moins un mode de réalisation, une méthode itérative décrite ci-dessus peut être utile pour choisir un type de matériau pour la couche d'encapsulation 812 ainsi que pour comprendre quelle technique de dépôt adopter.
Dans au moins un mode de réalisation, le diélectrique 204 peut dicter le choix de la couche d'encapsulation 812. Dans au moins un mode de réalisation, la couche d'encapsulation 812 peut être choisie pour avoir un module d'Young similaire au module d'Young du diélectrique 204. Dans au moins un mode de réalisation, la couche d'encapsulation 812 peut être choisie pour avoir une faible probabilité de présence de défauts à l'interface entre la couche d'encapsulation
43 BE2022/0072 812 et le diélectrique 204. Dans au moins un mode de réalisation, la couche d'encapsulation 812 peut avoir une constante diélectrique inférieure à la constante diélectrique du diélectrique 204 pour permettre aux lignes de champ d'être concentrées entre la couche conductrice 202 et la couche conductrice 206.
Dans au moins un mode de réalisation, où le diélectrique 204 comprend un groupe de familles Pb,Zr;.xT1,03, la couche d'encapsulation 812 peut comprendre Al,0,, HfO,, ZrO,, TaO, ou
TiO,. Dans certains modes de réalisation, lorsque le diélectrique 204 comprend un groupe de familles La,Bi;xFeyO3, la couche d'encapsulation 812 peut comprendre Al,0,, HfO,, ZrO,, TaO, ou
TiO,. Dans au moins un mode de réalisation, où le diélectrique 204 comprend un groupe de familles BaTiOz3, la couche d'encapsulation 812 peut comprendre Al,O,, HfO,, ZrO,, TaO, ou TiO,. Dans au moins un mode de réalisation, où le diélectrique 204 comprend un groupe de familles BiFeO;, la couche d'encapsulation 812 peut comprendre
A1l,O,, HfO,, ZrO,, TaO, ou TiO,.
La figure 9 est un diagramme de flux d'une méthode 900 de développement itératif d'une cellule 1-Transistor-1-Mémoire, conformément à au moins un mode de réalisation de la présente divulgation. Dans au moins un mode de réalisation, la méthode 900 commence à l'opération 910 par la fabrication d'un transistor ou la réception d'une pièce qui comprend un transistor (par exemple acheté à un tiers). Dans au moins un mode de réalisation, la méthode 900 se poursuit à l'opération 920 par la fabrication d'un empilement multicouche en utilisant la méthode 900 décrit en association avec la figure 7. En se référant à nouveau à la figure 9, l'empilement multicouche est couplé à une première borne du transistor. Dans au moins un mode de réalisation, le procédé 900 se poursuit à l'opération 930 par un recuit de l'empilement multicouche. Dans au moins un mode de réalisation, la méthode 900 se poursuit à l'opération 940 par la gravure de l'empilement multicouche pour former un dispositif de mémoire, où une première borne du dispositif de mémoire est couplée à la première borne du transistor. Dans au moins un mode de
44 BE2022/0072 réalisation, la deuxième borne est au-dessus de la première borne.
Dans au moins un mode de réalisation, la méthode 900 continue à l'opération 960 en effectuant des mesures de la composition chimique et des propriétés électriques du dispositif de mémoire couplé au transistor. Dans au moins un mode de réalisation, la méthode 900 continue à l'opération 970 en faisant correspondre les mesures de composition et de caractérisation électrique du dispositif de mémoire couplé au transistor à des résultats cibles pour un dispositif de mémoire de référence couplé à un transistor de référence.
Dans au moins un mode de réalisation, la méthode 900 peut se terminer à l'opération 975 si, après avoir fait correspondre les mesures aux résultats cibles, les mesures sont dans un niveau de tolérance des résultats cibles. Dans au moins un mode de réalisation, si, après avoir comparé les mesures aux résultats cibles, les mesures ne sont pas dans un niveau de tolérance des résultats cibles, le procédé 900 continue à l'opération 980 en effectuant des modifications en réponse à la détermination que les mesures ne sont pas dans le niveau de tolérance. Dans au moins un mode de réalisation, les modifications comprennent le changement de la composition d'une ou plusieurs couches dans l'empilement multicouche initial pour former un empilement multicouche successif en mettant en oeuvre une sélection pilotée par modèle, la modification des éléments individuels ou de la combinaison d'éléments dans une ou plusieurs cibles successives pour comprendre une seconde composition stoechiométrique respective, et la fourniture de la ou des cibles successives. Dans au moins un mode de réalisation, une ou plusieurs couches supplémentaires peuvent être ajoutées ou retirées.
Dans au moins un mode de réalisation, la méthode 900 itère à l'opération 920 avec la fabrication d'un empilement multicouche successif, le recuit de l'empilement multicouche successif, la gravure de l'empilement multicouche successif, la gravure et la formation d'un dispositif de mémoire, l'encapsulation du dispositif de mémoire 950, la réalisation de mesures, la mise en correspondance des mesures, la détermination si les résultats des
45 BE2022/0072 mesures sont dans le niveau de tolérance, et la répétition jusqu'à ce que les résultats cibles soient obtenus.
Dans au moins un mode de réalisation, la méthode 900 se poursuit à l'opération 990 en modifiant la taille du transistor pour obtenir une performance souhaitée. Dans au moins un mode de réalisation, les caractéristiques du transistor à modifier comprennent le courant de saturation, la tension opérationnelle, la tension de grille et les dimensions physiques. Dans au moins un mode de réalisation, le transistor peut être fabriqué ou acheté auprès d'un tiers.
Dans au moins un mode de réalisation, après le recuit de l'empilement multicouche qui a été déposé après une première série d'itérations, des mesures peuvent être effectuées à l'opération 992 pour évaluer si la composition du matériau et les caractéristiques électriques sont dans la tolérance d'une cible souhaitée. Dans au moins un mode de réalisation, les mesures effectuées après le recuit peuvent faire gagner du temps qui serait consacré à la poursuite de la fabrication du dispositif. Dans au moins un mode de réalisation, l'opération 992 peut être éliminée et les mesures sont effectuées après la fabrication des dispositifs.
La figure 10 est une illustration en coupe transversale du système 1000 qui comprend un dispositif de mémoire 801 couplé au transistor 1002, conformément à au moins un mode de réalisation.
Dans au moins un mode de réalisation, le dispositif de mémoire 801 est couplé au transistor 1002 par le contact de drain 1003. Dans au moins un mode de réalisation, le dispositif de mémoire 801 comprend une ou plusieurs caractéristiques du dispositif de mémoire 801 (figure 8A). Dans au moins un mode de réalisation, le dispositif de mémoire 801 est sur une électrode de transition 810 entourée par la couche isolante 808. Dans au moins un mode de réalisation, l'électrode de transition 810 est couplée à un contact de drain 1003 du transistor 1002. (X et Z étant respectivement l'axe x et l'axe z du dispositif)
46 BE2022/0072
Dans au moins un mode de réalisation, les dispositifs de mémoire 801 peuvent être un condensateur plan (figure 8A) ou un condensateur en tranchée Dans au moins un mode de réalisation, les dispositifs de mémoire 801 ont un profil cylindrique. Dans au moins un mode de réalisation, les dispositifs de mémoire 801 peuvent avoir un profil rectangulaire. Dans au moins un mode de réalisation, alors que le dispositif de mémoire 801 est couplé électriquement au contact de drain 1003, il peut y avoir des couches intermédiaires d'électrodes traversantes entre le contact de drain 1003 et l'électrode de transition 810.
Dans au moins un mode de réalisation, le transistor 1002 est un exemple de transistor non plan. Dans au moins un mode de réalisation, le transistor 1002 peut être, par exemple, un transistor
NMOS ou PMOS. Dans au moins un mode de réalisation, le transistor 1002 comprend une structure de grille 1004, entre la région de source 1006 et la région de drain 1008. Dans au moins un mode de réalisation, la région de source 1006 comprend une structure de source épitaxiale 1010 (ici, structure de source 1010) et la région de drain 1008 comprend une structure de drain épitaxiale 1012 (ici, structure de drain 1012). Dans au moins un mode de réalisation, la structure de source 1010 et la structure de drain 1012 sont séparées de la structure de grille 1004 par un espaceur 1011 et ont des surfaces de parois latérales à facettes 1010A et 1012A. Toutes les surfaces à facettes de la structure de source 1010 et de la structure de drain 1012 ne sont pas représentées. Dans au moins un mode de réalisation, une partie de la structure de grille 1004 est sur le diélectrique 1022 qui sépare la structure de grille 1004 du substrat 1018. Dans au moins un mode de réalisation, le contact de drain 1003 est couplé à la structure de drain 1012.
Dans au moins un mode de réalisation, la structure de grille 1004 comprend en outre une couche diélectrique de grille 1005 et une électrode de grille 1007. Dans au moins un mode de réalisation, la couche diélectrique de grille 1005 a une partie de base sur le canal 1018A et des parties de parois latérales qui sont adjacentes à
47 BE2022/0072 l'espaceur 1011. Dans au moins un mode de réalisation, l'électrode de grille 1007 est confinée dans la couche diélectrique de grille 1005.
Dans au moins un mode de réalisation, la couche diélectrique de grille 1005 comprend un matériau diélectrique de grille approprié tel que, sans s'y limiter, un oxyde d'un ou plusieurs des éléments Si, Hf, Zr, La, Ti, Ta, Ga ou Al, tel que SiO,, HfO;, ZrO3,
HfS10,, HfZrO;, Ta:O5, Al,03, Laz03, TaS10, ou Ga:Os. Dans au moins un mode de réalisation, l'électrode de grille 1007 peut comprendre un ou plusieurs éléments parmi Ti, Al, W, Pt, Co, Ni ou
Pd ; de l'azote ; un ou plusieurs éléments parmi Ti, Ta, Al, Hf ou Zr ; ou du carbone et un ou plusieurs éléments parmi Ti, Al, Ta, Hf ou Zr.
Dans au moins un mode de réalisation, la structure de source 1010 et la structure de drain 1012 peuvent comprendre du Si, du SiC, du SiGe ou du Ge amorphe et peuvent être dopées avec de l'As, du P ou du B, selon le porteur de charge mobile mis en œuvre. Dans au moins un mode de réalisation, l'espaceur 1011 comprend du nitrure de silicium ou du nitrure de silicium dopé au carbone. Dans au moins un mode de réalisation, le contact de drain 1003 comprend un matériau conducteur tel que Ru, Ti, Co, Mo, Co, Ni, W, ou Ta ; ou des nitrures de Ti, W, ou Ta. Dans au moins un mode de réalisation, le contact de drain 1003 comprend une couche de revêtement comprenant T,N, TaN, WN ; et un métal de remplissage comprenant un ou plusieurs des éléments Ru, Ti,
Co, Mo, Co, Ni, W ou Ta.
Dans au moins un mode de réalisation, le dispositif de mémoire 801 peut être en outre couplé à une structure de contact 1014.
Dans au moins un mode de réalisation, la structure de contact 1014 est couplée à l'électrode 806. Dans au moins un mode de réalisation, la structure de contact 1014 peut comprendre une barrière hydrogène conductrice 1016 qui entoure un matériau de remplissage 1020. Dans au moins un mode de réalisation, la barrière d'hydrogène conductrice 1016 est en contact avec la couche d'encapsulation 812. Dans au moins un mode de réalisation, la couche d'encapsulation 812 et la barrière d'hydrogène conductrice 1016 constituent ensemble une barrière au dispositif de mémoire 801.
48 BE2022/0072
Dans au moins un mode de réalisation, la barrière d'hydrogène conductrice 1016 comprend un matériau qui est amorphe.
Dans au moins un mode de réalisation, les matériaux amorphes n'ont pas de limites de grain définies qui peuvent faciliter la diffusion de l'hydrogène et sont donc souhaitables. Dans au moins un mode de réalisation, la barrière conductrice d'hydrogène 1016 comprend des matériaux tels que, mais sans s'y limiter : TiAIN, avec >30 pour cent atomique d'AIN ; TaN, avec >30 pour cent atomique de N; ; T,SiN, avec >20 pour cent atomique de SiN ; carbure de Ta, TaC, carbure de
Ti ; TiC ; carbure de tungstène ; WC ; nitrure de tungstène ; WN ; carbonitrures de Ta, Ti, W, c'est-à-dire, TaCN, TiCN, WCN ; monoxyde de titane ; TiO ; Ti;0 ; oxyde de tungstène ; WO3,oxyde d'étain ; SnO; ; oxyde d'indium et d'étain ; ITO ; oxyde d'iridium ; oxyde d'indium, de gallium et de zinc ; IGZO ; et oxyde de zinc ou alliages de la série METGLAS, par exemple Fe4oNi40P14Bç. Dans au moins un mode de réalisation, la barrière d'hydrogène conductrice 1016 a une épaisseur qui est inférieure à 5 nm.
Dans au moins un mode de réalisation, l'électrode de transition comprend un matériau qui fournit une barrière contre la diffusion d'hydrogène et d'oxygène. Dans au moins un mode de réalisation, l'électrode de transition ne comprend pas un matériau qui fournit une barrière contre la diffusion de l'hydrogène et de l'oxygène.
Dans au moins un mode de réalisation, l'électrode de transition peut être entourée latéralement par une couche de barrière d'hydrogène conductrice telle que la barrière d'hydrogène conductrice 1016.
Dans d'autres modes de réalisation, la couche d'encapsulation 812 peut inclure des matériaux qui sont des barrières de diffusion de l'oxygène. Des exemples de matériaux formant une barrière de diffusion de l'oxygène comprennent le nitrure de silicium et le carbure de silicium.
Dans au moins un mode de réalisation, la méthode itérative décrite à la figure 9, peut être utilisée pour déterminer le
49 BE2022/0072 choix des matériaux pour la couche d'encapsulation 812, la barrière d'hydrogène conductrice 1016, l'optimisation du courant d'attaque, la tension de seuil, et/ou les caractéristiques marche-arrêt (entre autres paramètres) du transistor 1002.
La référence dans la spécification à "mode de réalisation", " un mode de réalisation ", " certains modes de réalisation " ou " d'autres modes de réalisation ", " au moins un mode de réalisation ", signifie généralement qu'une caractéristique, une structure ou un caractère particulier décrit en relation avec les modes de réalisation peut être inclus dans au moins un mode de réalisation, mais pas nécessairement dans tous les modes de réalisation. Les diverses occurrences de "réalisation", "une réalisation", "au moins une réalisation” ou "certaines réalisations" ne se réfèrent pas nécessairement toutes aux mêmes réalisations. Si la spécification indique qu'un composant, une caractéristique, une structure ou une particularité "peut" ou "pourrait" être inclus, il n'est pas obligatoire que ce composant, cette caractéristique, cette structure ou cette particularité soit inclus. Si la spécification ou la revendication fait référence à "un" ou "une" élément, cela ne signifie pas qu'il n'y a qu'un seul de ces éléments. Si la spécification ou les revendications font référence à un élément "supplémentaire", cela n'empêche pas qu'il y ait plus d'un des éléments supplémentaires.
En outre, les caractéristiques, les structures, les fonctions ou les caractéristiques peuvent être combinées de toute manière appropriée dans au moins un mode de réalisation. Dans au moins un mode de réalisation, un premier mode de réalisation peut être combiné avec un second mode de réalisation où que les caractéristiques, structures, fonctions ou caractéristiques associées aux deux modes de réalisation ne sont pas mutuellement exclusives.
Les structures d'au moins un mode de réalisation décrites dans le présent document peuvent également être décrites en tant que méthode(s) de formation de ces structures ou appareils, et méthode(s) de fonctionnement de ces structures ou appareils. Dans au moins un
50 BE2022/0072 mode de réalisation, la méthode peut être une méthode itérative. Les exemples suivants sont fournis pour illustrer au moins un mode de réalisation. Ces exemples peuvent être combinés avec d'autres exemples. Ainsi, au moins un mode de réalisation peut être combiné avec un autre mode de réalisation sans modifier la portée de la divulgation.
Exemple 1 : Une méthode comprenant : la détermination d'un empilement multicouche cible, dans laquelle l'empilement multicouche cible comprend un matériau polaire ; la mise en œuvre d'une sélection de cible pilotée par modèle sur la base d'un rapport charge:masse et d'un rapport moment magnétique : masse des matériaux cibles ; la fourniture d'une ou plusieurs cibles initiales, dans laquelle les cibles individuelles dans la ou les cibles initiales comprennent des éléments uniques ou une combinaison d'éléments avec une composition stoechiométrique initiale respective ; le dépôt, en utilisant la ou les cibles initiales, d'un empilement multicouche initial ; la réalisation de mesures de la composition chimique et des propriétés électriques de l'empilement multicouche initial ; modifier, en réponse à la détermination que les résultats de mesure ne sont pas dans les niveaux de tolérance des résultats cibles, la composition d'une ou plusieurs couches dans l'empilement multicouche initial ; et itérer le dépôt d'un empilement multicouche successif et déterminer si les résultats de mesure de l'empilement multicouche successif sont dans les niveaux de tolérance, jusqu'à ce que les résultats cibles soient obtenus.
Exemple 2 : la méthode de l'exemple 1, dans laquelle la modification de la composition d'une ou plusieurs couches dans l'empilement multicouche initial comprend en outre : la mise en oeuvre de la sélection de cible pilotée par modèle sur la base du rapport charge/masse et du rapport moment magnétique/masse des matériaux cibles ; la modification de la composition stoechiométrique d'une ou plusieurs cibles dans une ou plusieurs cibles successives ; et l'obtention de la ou des cibles successives.
51 BE2022/0072
Exemple 3 : La méthode de l'exemple 1, dans laquelle après le dépôt de l'empilement multicouche successif, la méthode comprend en outre : la réalisation de mesures de la composition chimique et des propriétés électriques de l'empilement multicouche successif ; et la mise en correspondance des mesures de la composition chimique et des propriétés électriques de l'empilement multicouche successif avec les résultats de la cible.
Exemple 4 : La méthode de l'exemple 1, dans laquelle le dépôt de l'empilement multicouche initial comprend : le dépôt d'une première couche conductrice comprenant un premier matériau conducteur, dans lequel le premier matériau conducteur comprend l'un des matériaux suivants : (La,Sr)FeO3, (La,Sr)CoO3, (La,Ca)MnO3, (La,Sr)MnO3, SrRuO3, Sr;Ru0,4, (Ba,Sr)RuO3, SrMoO;, (La,Sr)MnO3,
SrCoOz3, SrCrO;3, SrFeO3, SrVO3, CaMoO3, SrNbO3, LaN103,
YBa:Cu307, Bi2Sr2CaCuOg, CaRuO;3, Ir, Ir20,, Ru, RuO,, Mo, MoO,,
W ou WO, ; le dépôt d'une couche diélectrique sur la première couche conductrice, la couche diélectrique comprenant l'un de : un matériau pérovskite qui comprend l'un de : BaTiO3, PbTiO3, KNbO; ou NaTaO;3 ; le titanate de plomb et de zirconium (PZT), ou le PZT avec un matériau de dopage, dans lequel le matériau de dopage est l'un des éléments suivants : La ou Nb ; le ferrite de bismuth (BFO) avec un matériau de dopage, dans lequel le matériau de dopage est l'un des éléments suivants : le lanthane, les éléments de la série des lanthanides du tableau périodique, ou les éléments des séries 3d, 4d,
Sd, 6d, 4f et 5f du tableau périodique ; un matériau ferroélectrique relaxant qui comprend l'un des matériaux suivants : niobate de plomb et de magnésium (PMN), niobate de plomb et de magnésium-titanate de plomb (PMN-PT), titanate de lanthane et de zirconate de plomb (PLZT), niobate de plomb et de scandium (PSN), titane baryum- bismuth-zinc-niobium-tantale (BT-BZNT) ou titane baryum- baryum strontium titane (BT-BST) ; un matériau ferroélectrique hexagonal qui comprend l'un des matériaux suivants : YMnO; ou LuF3 : YMnO3 ou
LuFeO;3 ; ferroélectriques hexagonaux d'un type h-RMnO;3, dans lequel
Rest un élément de terre rare qui comprend l'un des éléments suivants : cérium (Ce), dysprosium (Dy), erbium (Er), europium (Eu),
52 BE2022/0072 gadolinium (Gd), holmium (Ho), lanthane (La), lutécium (Lu), néodyme (Nd), praséodyme (Pr), prométhium (Pm), samarium (Sm), scandium (Sc), terbium (Tb), thulium (Tm), ytterbium (Yb) ou yttrium (Y) ; hafnium (Hf), zirconium (Zr), aluminium (AI), silicium (Si), leurs oxydes ou leurs oxydes alliés ; oxydes de hafnium sous forme de
Hf1-x Ex Oy, où E peut être Al, Ca, Ce, Dy, Er, Gd, Ge, La, Sc, Si,
Sr, Sn, Zr ou Y ; Al(i-x)SC(x) N, Gar1-x)SC(x) N, Ali» Ya) N ou
Al(-x-y) ME(x) Nbey) N, HfO: dopé à l'E,, où E comprend l'un de : Al, Ca,
Ce, Dy, Er, Gd, Ge, La, Sc, Si, Sr, Sn ou Y, où "x" ou "y" est une fraction ; ou des composés de type niobate LINbO3, LiTaO3, oxyfluorure de lithium-fer-tantale, niobate de baryum-strontium, niobate de baryum-sodium ou niobate de strontium-potassium ; ou un matériau ferroélectrique impropre qui comprend l'un des éléments suivants : [PTO/STO], ou [LAO/STO]n, où 'n' est compris entre 1 et 100, ou un matériau paraélectrique qui comprend SrTiO3,
Ba(x)Sr(y)TiO3, HfZrO2, Hf-S1-O, PbTiO3 substitué par La, ou un ferroélectrique relaxant à base de PMN-PT ; et le dépôt d'une seconde couche conductrice comprenant un second matériau polaire non linéaire conducteur, dans lequel le second matériau polaire non linéaire conducteur comprend un matériau parmi (La,Sr)FeO;3, (La,Sr)CoO3, (La,Ca)MnO;3, (La,Sr)MnO3, SrRuO3, SrmRu0,4, (Ba,Sr)RuO3, SrMoO3, (La,Sr)MnO3, SrCoO3, SrCrO3, SrFeO3, SrVO3,
CaMoO;3, SrNbO3, LaN103, YBa;Cu30;, BiSr,CaCuOs, CaRuO3, Ir,
Ir:O,, Ru, RuO,, Mo, MoO,, W ou WO,.
Exemple 5 : la méthode de l'exemple 1, dans laquelle la ou les cibles initiales comprennent une ou plusieurs des substances suivantes : Bi, Fe, O, La, Mn et Sc.
Exemple 6 : la méthode de l'exemple 2, dans laquelle les composés dans la ou les cibles successives comprennent Bi, Fe et O, dans laquelle la stoechiométrie individuelle dans les composés comprenant deux ou plusieurs de Bi, Fe et O, peut être différente de 5 % à 10 % des composés comprenant deux ou plusieurs de Bi, Fe et O, dans la ou les cibles initiales, et dans laquelle les cibles individuelles
53 BE2022/0072 de la ou des cibles comprennent 85 % à 95 % de densité théorique du matériau.
Exemple 7 : la méthode de l'exemple 1, dans laquelle la ou les cibles initiales comprennent des cibles élémentaires de Bi et Fe, dans lequel les cibles élémentaires comprennent une pureté d'au moins 99,5 %, et dans laquelle le dépôt comprend en outre le dépôt dans un gaz comprenant un ou plusieurs des éléments suivants : Ar, O3, N3, H;,
Kr et Ne.
Exemple 8 : la méthode de l'exemple 1, dans laquelle le dépôt comprend le dépôt en utilisant un outil de dépôt physique en phase vapeur.
Exemple 9 : la méthode de l'exemple 1, dans laquelle avant d'effectuer des mesures, le procédé comprend en outre l'exécution d'un recuit de post-dépôt (PDA).
Exemple 10 : la méthode de l'exemple 9, dans laquelle la réalisation du PDA comprend : l'utilisation d'un processus de recuit thermique rapide, dans lequel : le processus de recuit thermique rapide comprend le chauffage à une première température inférieure à 700 degrés Celsius, pendant une durée comprise entre Is et 60s, à une première pression comprise entre le vide et 760 Torr ; le processus de recuit thermique rapide comprend en outre l'écoulement de gaz O2, N» ou Argon tout en fonctionnant à la première pression comprise entre 1
Torr et 760 Torr ; ou en utilisant un procédé de recuit éclair ; le procédé de recuit éclair comprend le chauffage à une seconde température comprise entre 500 et 1300 degrés Celsius, pendant une seconde durée inférieure à 10 millisecondes, et à une seconde pression comprise entre le vide et 760 Torr ; le procédé de recuit éclair comprend en outre l'écoulement de gaz Oz, N, ou Argon tout en fonctionnant à la deuxième pression entre 1 Torr et 760 Torr ; ou en utilisant un procédé de recuit au laser ; le procédé de recuit au laser comprend le chauffage à une troisième température allant jusqu'à 1300 degrés Celsius, pendant une troisième durée inférieure à 100
54 BE2022/0072 microsecondes, et à une troisième pression entre le vide et 760 Torr ; le procédé de recuit au laser comprend en outre l'écoulement de gaz
O2, Na ou Argon tout en fonctionnant à la troisième pression entre 1
Torr et 760 Torr ; ou l'utilisation d'un procédé de recuit aux micro- ondes, dans lequel le procédé de recuit aux micro-ondes comprend le chauffage pendant une quatrième durée inférieure à 3600 s à une puissance de micro-ondes inférieure à 1000 W.
Exemple 11 : Une méthode comprenant : la réception d'un empilement multicouche comprenant un matériau ferroélectrique obtenu en utilisant un processus de développement d'empilement itératif ; la gravure de l'empilement multicouche pour former un dispositif de mémoire ; la réalisation de mesures de caractérisation de composition et de caractéristiques électriques du dispositif de mémoire ; la modification, en réponse à la détermination que les résultats de mesure ne sont pas dans le niveau de tolérance des résultats cibles, de la composition d'une ou plusieurs couches dans l'empilement multicouche en utilisant le processus de développement d'empilement itératif ; et la réception itérative de l'empilement multicouche, la gravure de l'empilement multicouche pour former un dispositif de mémoire successif, la réalisation de mesures de caractérisation de la composition et de caractéristique électrique du dispositif de mémoire successif, la mise en correspondance des mesures du dispositif de mémoire successif avec des résultats cibles pour un dispositif de mémoire, jusqu'à ce que les mesures soient dans un niveau de tolérance des résultats cibles pour le dispositif de mémoire.
Exemple 12 : La méthode de l'exemple 11, dans laquelle le processus itératif de développement d'empilement comprend : la détermination d'un empilement multicouche cible, dans laquelle l'empilement multicouche cible comprend un matériau polaire ; la mise en oeuvre d'une sélection de cible pilotée par modèle basée sur un rapport charge:masse et un rapport moment magnétique : masse des matériaux cibles ; la fourniture d'une ou plusieurs cibles initiales,
55 BE2022/0072 dans laquelle les cibles individuelles dans la ou les cibles initiales comprennent des éléments uniques ou une combinaison d'éléments avec une composition stoechiométrique initiale respective ; le dépôt d'un empilement multicouche initial en utilisant la ou les cibles ‘initiales ; la réalisation de mesures de la composition chimique et des propriétés électriques de l'empilement multicouche initial ; déterminer si les résultats des mesures se situent dans un niveau de tolérance des résultats cibles ; modifier, en réponse à la détermination du fait que les résultats des mesures ne se situent pas dans le niveau de tolérance, la composition stoechiométrique d'une ou plusieurs cibles dans une ou plusieurs cibles successives ; et déposer par itération un empilement multicouche successif, en déterminant si les résultats des mesures de l'empilement multicouche successif se situent dans le niveau de tolérance, jusqu'à ce que les résultats cibles soient obtenus.
Exemple 13 : La méthode de l'exemple 12, dans laquelle le dépôt de l'empilement multicouche initial comprend : le dépôt d'une première couche conductrice comprenant un premier matériau conducteur, dans laquelle le premier matériau conducteur comprend un matériau parmi (La,Sr)FeO3, (La,Sr)CoO3;, (La,Ca)MnO3, (La,Sr)MnO3, SrRuO;3, Sr;Ru0,, (Ba,Sr)Ru03, SrMoO3, (La,Sr)MnO3,
SrCoO3, SrCrO3, SrFeO3, SrVO3, CaMoO3, SrNbO3, LaN103,
YBa;Cu30;, Bi2Sr2CaCuOg, CaRuO3, Ir, Ir20x, Ru, RuO,, Mo, MoO,,
W ou WO, ; le dépôt d'une couche diélectrique sur la première couche conductrice, la couche diélectrique comprenant l'un des éléments suivants : un matériau pérovskite qui comprend l'un de : BaT103,
PbTiO3, KNbO3 ou NaTaO; ; le titanate de plomb et de zirconium (PZT), ou le PZT avec un matériau de dopage, dans lequel le matériau de dopage est l'un des éléments suivants : La ou Nb ; le ferrite de bismuth (BFO) avec un matériau de dopage, dans lequel le matériau de dopage est l'un des éléments suivants : le lanthane, les éléments de la série des lanthanides du tableau périodique, ou les éléments des séries 3d, 4d, 5d, 6d, 4f et 5f du tableau périodique ; un matériau ferroélectrique relaxant qui comprend l'un des matériaux suivants : niobate de plomb et de magnésium (PMN), niobate de plomb et de magnésium-titanate de plomb (PMN-PT), titanate de lanthane et de
56 BE2022/0072 zirconate de plomb (PLZT), niobate de plomb et de scandium (PSN), titane baryum-bismuth zinc niobium tantale (BT-BZNT) ou baryum titane - baryum strontium titane (BT-BST) ; un matériau ferroélectrique hexagonal qui comprend l'un des matériaux suivants :
YMnO; ou LuF; : YMnO3 ou LuFeO3 ; ferroélectriques hexagonaux d'un type h-RMnO3, dans lequel R est un élément de terre rare qui comprend l'un des éléments suivants : cérium (Ce), dysprosium (Dy), erbium (Er), europium (Eu), gadolinium (Gd), holmium (Ho), lanthane (La), lutécium (Lu), néodyme (Nd), praséodyme (Pr), prométhium (Pm), samarium (Sm), scandium (Sc), terbium (Tb), thulium (Tm), ytterbium (Yb) ou yttrium (Y) ; hafnium (Hf), zirconium (Zr), aluminium (Al), silicium (Si), leurs oxydes ou leurs oxydes alliés ; oxydes de hafnium sous forme de Hfı.x Ex O,, où E peut être Al, Ca,
Ce, Dy, Er, Gd, Ge, La, Sc, Si, Sr, Sn, Zr ou Y ; Al(1-x)SC(x) N,
Ga(-x)SC(x)N, Ala. Ye) N ou Alti-x-y) Mc) Nb(y) N, HfO, dopé à l'E,, où
E comprend l'un de : Al, Ca, Ce, Dy, Er, Gd, Ge, La, Sc, Si, Sr, Sn ou
Y, où "x" ou "y" est une fraction ; ou des composés de type niobate
LiNbO3, LiTaO3;, oxyfluorure de lithium-fer-tantale, niobate de baryum-strontium, niobate de baryum-sodium ou niobate de strontium- potassium ; ou un matériau ferroélectrique impropre qui comprend l'un des éléments suivants : [PTO/STO]n ou [LAO/STO]n, où 'n' est compris entre 1 et 100, ou un matériau paraélectrique qui comprend
SrTiO3, Ba()Sr(y) T103, HfZrOz, Hf-S1-O, PbTiO3 substitué par La, ou un ferroélectrique relaxant à base de PMN-PT ; et le dépôt d'une seconde couche conductrice comprenant un second matériau polaire non linéaire conducteur, dans lequel le second matériau polaire non linéaire conducteur comprend un matériau parmi (La,Sr)FeO3, (La,Sr)CoO3, (La, Ca)MnO;3, (La,Sr)MnO3, SrRuO3, Sr,Ru0O4, (Ba,Sr)Ru03, SrMoO3, (La,Sr)MnO3, SrCoO3, SrCrO3, SrFeO3, SrVO3,
CaMoO;3, SrNbO3, LaNi03, YBa;Cu30;, Bi5Sr;CaCuOs, CaRuO;3, Ir,
Ir20,, Ru, RuO,, Mo, MoO,, W ou WO,.
Exemple 14 : la méthode de l'exemple 12, dans laquelle les composés dans la ou les cibles initiales comprennent Bi, Fe et O, dans lequel la stoechiométrie individuelle dans les composés comprenant deux ou plusieurs de Bi, Fe et O, peut être différente d'au
57 BE2022/0072 moins 5 % des composés comprenant deux ou plusieurs de Bi, Fe et O, dans la ou les cibles initiales.
Exemple 15 : La méthode de l'exemple 12, dans laquelle la ou les cibles initiales comprennent des cibles élémentaires de Bi et de Fe, dans laquelle les cibles élémentaires comprennent une pureté d'au moins 99,5 %, et dans laquelle le dépôt de l'empilement multicouche initial comprend en outre le dépôt dans un gaz comprenant un ou plusieurs éléments parmi Ar, O2, N;, H», Kr et Ne.
Exemple 16 : La méthode de l'exemple 11, dans laquelle, avant la gravure, la méthode comprend en outre le recuit de l'empilement multicouche, dans laquelle le recuit comprend l'utilisation d'un procédé de recuit thermique rapide, dans lequel le procédé de recuit thermique rapide comprend le chauffage à une première température inférieure à 700 degrés Celsius, pendant une durée comprise entre ls et 60s, à une première pression comprise entre le vide et 760 Torr, et dans laquelle le procédé de recuit thermique rapide comprend en outre l'écoulement de gaz O2, Na ou Argon tout en fonctionnant à la première pression comprise entre 1 Torr et 760 Torr.
Exemple 17 : la méthode de l'exemple 11, dans laquelle la méthode comprend en outre la formation d'une couche d'encapsulation entourant directement le dispositif de mémoire, dans laquelle la couche d'encapsulation comprend du métal et de l'oxygène, y compris un élément parmi Al,O,, HfO,, AISIO,, ZrO, ou TiO,, dans laquelle
A1,0,, HfO,, AISIO,, ZrO, ou TiO, sont déposés sans précurseur chimique contenant de l'hydrogène ou de l'ammoniac dans un procédé de dépôt ALD.
Exemple 18 : Une méthode comprenant : la fabrication d'un transistor ou la réception d'une pièce comprenant un transistor ; la formation d'un dispositif de mémoire comprenant un empilement multicouche, dans lequel le dispositif de mémoire est couplé à une grille ou à un drain du transistor ; la réalisation de mesures de caractérisation de la composition et de caractéristique électrique du
58 BE2022/0072 dispositif de mémoire couplé au transistor, et la mise en correspondance des mesures avec des résultats cibles pour un dispositif de mémoire de référence couplé à un transistor de référence ; modifier, en réponse à la détermination que les mesures ne sont pas dans un niveau de tolérance des résultats cibles pour le dispositif de mémoire de référence couplé au transistor de référence, la composition d'une ou plusieurs couches dans l'empilement multicouche en utilisant un processus de développement d'empilement itératif ; et l'itération de la fabrication du transistor ou la réception de la pièce comprenant le transistor, la formation d'un dispositif de mémoire successif, la réalisation de mesures de la composition et de la caractérisation électrique du dispositif de mémoire successif couplé au transistor, la mise en correspondance des mesures du dispositif de mémoire successif couplé au transistor avec des résultats cibles pour le dispositif de mémoire de référence couplé au transistor de référence, jusqu'à ce que les mesures soient dans un niveau de tolérance des résultats cibles.
Exemple 19 : La méthode de l'exemple 18, dans laquelle le processus itératif de développement d'empilement comprend : la détermination d'un empilement multicouche cible, dans laquelle l'empilement multicouche cible comprend un matériau ferroélectrique ; la mise en oeuvre d'une sélection de cible pilotée par modèle basée sur un rapport charge:masse et un rapport moment magnétique : masse des matériaux cibles ; la fourniture d'une ou plusieurs cibles initiales, dans laquelle les cibles individuelles dans la ou les cibles initiales comprennent des éléments uniques ou une combinaison d'éléments avec une composition stoechiométrique initiale respective ; le dépôt, en utilisant la ou les cibles initiales, d'un empilement multicouche initial ; la réalisation de mesures de la composition chimique et des propriétés électriques de l'empilement multicouche initial ; la mise en correspondance des mesures de la composition chimique et des propriétés électriques de l'empilement multicouche initial avec les résultats de la cible ; déterminer si les résultats de mesure se situent dans un niveau de tolérance par rapport aux résultats cibles ; modifier, en réponse à la détermination du fait que les résultats de mesure ne se
59 BE2022/0072 situent pas dans le niveau de tolérance, la composition stoechiométrique d'une ou plusieurs cibles dans une ou plusieurs cibles successives ; et déposer par itération un empilement multicouche successif, en déterminant si les résultats de mesure de l'empilement multicouche successif se situent dans le niveau de tolérance, jusqu'à ce que les résultats cibles soient obtenus.
Exemple 20 : La méthode de l'exemple 18, dans laquelle la formation du dispositif de mémoire comprend la gravure de l'empilement multicouche, et dans laquelle le procédé comprend en outre la formation d'une encapsulation autour du dispositif de mémoire, avant d'effectuer des mesures de caractérisation de composition et caractéristique électrique du dispositif de mémoire couplé au transistor.
Exemple 21 : la méthode de l'exemple 19, dans laquelle les composés dans la ou les cibles successives comprennent Bi, Fe et
O, dans laquelle la stoechiométrie individuelle dans les composés comprenant deux ou plus de Bi, Fe et O, peut être différente de 5% des composés comprenant deux ou plus de Bi, Fe et O, dans la ou les cibles initiales.
Exemple 22 : la méthode de l'exemple 18, dans laquelle, avant la gravure, la méthode comprend en outre le recuit de l'empilement multicouche, dans lequel le recuit comprend l'utilisation d'un procédé de recuit thermique rapide, dans laquelle le procédé de recuit thermique rapide comprend le chauffage à une première température inférieure à 700 degrés Celsius, pendant une durée comprise entre ls et 60s, à une première pression comprise entre le vide et 760 Torr, et dans laquelle le procédé de recuit thermique rapide comprend en outre la circulation de gaz O2, Nz ou Argon tout en fonctionnant à la première pression comprise entre 1 Torr et 760
Torr.
Exemple 23 : La méthode de l'exemple 18, dans laquelle la méthode comprend en outre la formation d'une couche
60 BE2022/0072 d'encapsulation entourant directement le dispositif de mémoire, dans laquelle la couche d'encapsulation comprend du métal et de l'oxygène, y compris l'un de : A1I,O,, HfO,, AISiO,, ZrO,, ou TiO,, dans lequel
A1,0,, HfO,, AIS1O,, ZrO,, ou TiO, sont déposés sans précurseur chimique contenant de l'hydrogène ou de l'ammoniac dans un procédé de dépôt ALD.
Un résumé est fourni afin de permettre au lecteur de vérifier la nature et l'essentiel de la divulgation technique. Il est entendu que ce résumé ne sera pas utilisé pour limiter la portée ou la signification des exemples. Les exemples suivants sont incorporés dans la description détaillée, chaque exemple ou caractéristique d'un exemple étant considéré comme un mode de réalisation à part entière.
Claims (23)
1. Une méthode comprenant : la détermination d'un empilement multicouche cible, dans lequel l'empilement multicouche cible comprend un matériau polaire ; la mise en oeuvre d'une sélection de cible pilotée par modèle basée sur un rapport charge:masse et un rapport moment magnétique:masse des matériaux cibles ; fournir une ou plusieurs cibles initiales, dans lesquelles les cibles individuelles dans la ou les cibles initiales comprennent des éléments uniques ou une combinaison d'éléments avec une composition stœchiométrique initiale respective ; déposer, en utilisant la ou les cibles initiales, un empilement multicouche initial; effectuer des mesures de la composition chimique et des propriétés électriques de l'empilement multicouche initial ; modifier, en réponse à la détermination que les résultats des mesures ne sont pas dans les niveaux de tolérance des résultats cibles, la composition d'une ou plusieurs couches dans l'empilement multicouche initial ; et déposer par itération un empilement multicouche successif et déterminer si les résultats de mesure de l'empilement multicouche successif sont dans les limites des niveaux de tolérance, jusqu'à ce que les résultats cibles soient obtenus.
2. La méthode de la revendication 1, dans laquelle la modification de la composition d'une ou plusieurs couches dans l'empilement multicouche initial comprend en outre : la mise en œuvre de la sélection de cible pilotée par modèle sur la base du rapport charge/masse et du rapport moment magnétique/masse des matériaux cibles ; modifier la composition stoechiométrique d'une ou plusieurs cibles dans une ou plusieurs cibles successives ; et l'obtention de la ou des cibles successives.
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3. La méthode de la revendication I ou 2, dans lequel après avoir déposé l'empilement multicouche successif, la méthode comprend en outre : la réalisation de mesures de la composition chimique et des propriétés électriques de l'empilement multicouche successif ; et la mise en correspondance des mesures de la composition chimique et des propriétés électriques de l'empilement multicouche successif avec les résultats de la cible.
4. La méthode de l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le dépôt de l'empilement multicouche initial comprend : le dépôt d'une première couche conductrice comprenant un premier matériau conducteur, dans lequel le premier matériau conducteur comprend un matériau parmi (La,Sr)FeO3, (La,Sr)CoO3, (La,Ca)MnO;, (La,Sr)MnO3, SrRuOz3, Sr;Ru0,4, (Ba,Sr)RuO3, SrMoO3, (La,Sr)MnO3, SrCoO3, SrCrO3, SrFeO3, SrVO3, CaMoO3, SrNbO3, LaNiO3, YBa;Cu30;, Bi;2Sr2CaCuOs, CaRuO3, Ir, Ir20,, Ru, RuO,, Mo, MoO0,, W ou WO, : le dépôt d'une couche diélectrique sur la première couche conductrice, la couche diélectrique comprenant l'un des éléments suivants : un matériau pérovskite qui comprend l'un de : BaTi0O;3, PbTi03, KNbO3, ou NaTaQ3 ; du titanate de plomb et de zirconium (PZT), ou du PZT avec un matériau de dopage, dans lequel le matériau de dopage est l'un de La ou Nb ; ferrite de bismuth (BFO) avec un matériau de dopage, dans lequel le matériau de dopage est l'un des éléments suivants : lanthane, éléments de la série des lanthanides du tableau périodique, ou éléments des séries 3d, 4d, 5d, 6d, 4f et 5f du tableau périodique ; un matériau ferroélectrique relaxant qui comprend l'un des matériaux suivants : niobate de plomb et de magnésium (PMN), niobate de plomb et de magnésium-titanate de plomb (PMN-
63 BE2022/0072 PT), titanate de lanthane et de zirconate de plomb (PLZT), niobate de plomb et de scandium (PSN), titane baryum-bismuth zinc niobium tantale (BT-BZNT) ou baryum titane - baryum strontium titane (BT- BST) ; ferroélectrique hexagonal qui comprend l'un des éléments suivants : YMnO3 ou LuFeOz3 ; les ferroélectriques hexagonaux d'un type h-RMnO3, dans lequel R est un élément de terre rare qui comprend l'un de : cérium (Ce), dysprosium (Dy), erbium (Er), europium (Eu),
gadolinium (Gd), holmium (Ho), lanthane (La), lutécium (Lu), néodyme (Nd), praséodyme (Pr), prométhium (Pm), samarium (Sm), scandium (Sc), terbium (Tb), thulium (Tm), ytterbium (Yb) ou yttrium (Y) ; hafnium (Hf), zirconium (Zr), aluminium (Al), silicium (Si), leurs oxydes ou leurs oxydes alliés ;
Oxydes d'hafnium tels que Hf;., Ex Oy, où E peut être Al, Ca, Ce, Dy, Er, Gd, Ge, La, Sc, Si, Sr, Sn, Zr ou Y ;
Alcr-x)SC(x) N, Gavr-x) SCex) N, Ala Y(x) N ou Alcr-x-y) Mg) Nb) N, HfO2 dopé par E,, où E comprend l'un des éléments suivants : Al, Ca, Ce, Dy, Er, Gd, Ge, La, Sc, Si, Sr, Sn ou Y, où "x" ou "y" est une fraction
; ou des composés de type niobate LINbO3, LiTaO3, oxyfluorure de lithium-fer-tantale, niobate de baryum-strontium, niobate de baryum- sodium ou niobate de strontium-potassium ; ou un matériau ferroélectrique impropre qui comprend l'un des éléments suivants : [PTO/STO], ou [LAO/STO]n, où 'n' est compris entre | et 100, ou un matériau paraélectrique qui comprend SrTiO3, Ba(x)Sr(y)TiO3;, HfZrO,, Hf-Si-O, PbTiO3 substitué par La, ou un ferroélectrique relaxant à base de PMN-PT ; et le dépôt d'une seconde couche conductrice comprenant un second matériau polaire non linéaire conducteur, dans lequel le second matériau polaire non linéaire conducteur comprend un matériau parmi (La,Sr)FeO3, (La,Sr)CoO3, (La, Ca)MnO3, (La,Sr)MnO3, SrRuO3, SrnRuO,4, (Ba,Sr)RuO3, SrMoO;3, (La,Sr)MnO3, SrCoOz3, SrCrO3, SrFeO3, SrVO3, CaMoO;3, SrNbO3, LaN103,
YBa;Cu30;, Bi»Sr,CaCuOz, CaRuO3, Ir, Ir20,, Ru, RuO0,, Mo, MoO,, W ou WO,.
64 BE2022/0072
5. La méthode de l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la ou les cibles initiales comprennent une ou plusieurs cibles parmi Bi, Fe, O, La, Mn et Sc.
6. La méthode de la revendication 2, dans laquelle les composés dans la ou les cibles successives comprennent Bi, Fe et O, dans laquelle la stoechiométrie individuelle dans les composés comprenant deux ou plusieurs de Bi, Fe et O peut être différente de 5 % à 10 % des composés comprenant deux ou plusieurs de Bi, Fe et O, dans la ou les cibles initiales, et dans laquelle les cibles individuelles de la ou des cibles comprennent 85 % à 95 % de densité théorique de matériau.
7. La méthode de l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la ou les cibles initiales comprennent des cibles élémentaires de Bi et Fe, dans lequel les cibles élémentaires comprennent une pureté d'au moins 99,5%, et dans laquelle le dépôt comprend en outre le dépôt dans un gaz comprenant un ou plusieurs éléments parmi Ar, O2, N,, Hz, Kr et Ne.
8. La méthode de l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le dépôt comprend le dépôt en utilisant un outil de dépôt physique en phase vapeur.
9. La méthode de l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle, avant d'effectuer des mesures, la méthode comprend en outre la réalisation d'un recuit de post-dépôt (PDA).
10. La méthode de la revendication 9, dans laquelle la réalisation du PDA comprend : l'utilisation d'un procédé de recuit thermique rapide, dans lequel : le procédé de recuit thermique rapide comprend le chauffage à une première température inférieure à 700 degrés Celsius,
65 BE2022/0072 pendant une durée comprise entre ls et 60s, à une première pression comprise entre le vide et 760 Torr ; le procédé de recuit thermique rapide comprend en outre l'écoulement de gaz O2, N, ou Argon tout en fonctionnant à la première pression entre | Torr et 760 Torr ; ou l'utilisation d'un procédé de recuit éclair ; le procédé de recuit éclair comprend le chauffage à une deuxième température comprise entre 500 et 1300 degrés Celsius, pendant une deuxième durée inférieure à 10 millisecondes, et à une deuxième pression comprise entre le vide et 760 Torr ; le procédé de recuit éclair comprend en outre l'écoulement de gaz O2, N, ou Argon tout en fonctionnant à la seconde pression entre 1 Torr et 760 Torr ; ou en utilisant un procédé de recuit au laser; le procédé de recuit au laser comprend le chauffage à une troisième température allant jusqu'à 1300 degrés Celsius, pendant une troisième durée inférieure à 100 microsecondes, et à une troisième pression comprise entre le vide et 760 Torr ; le procédé de recuit au laser comprend en outre l'écoulement de gaz O2, N, ou Argon tout en fonctionnant à la troisième pression entre 1 Torr et 760 Torr ; ou en utilisant un procédé de recuit par micro-ondes, dans lequel le procédé de recuit par micro-ondes comprend le chauffage pendant une quatrième durée inférieure à 3600 s à une puissance de micro-ondes inférieure à 1000 W.
11. Une méthode comprenant : la réception d'un empilement multicouche comprenant un matériau ferroélectrique obtenu en utilisant un processus de développement d'empilement itératif ; graver l'empilement multicouche pour former un dispositif de mémoire ; la réalisation de mesures de caractérisation de la composition et de caractéristique électrique du dispositif de mémoire ; modifier, en réponse à la détermination que les résultats de mesure ne sont pas dans le niveau de tolérance des
66 BE2022/0072 résultats cibles, la composition d'une ou plusieurs couches dans l'empilement multicouche en utilisant le processus de développement d'empilement itératif ; et la réception itérative de l'empilement multicouche, la gravure de l'empilement multicouche pour former un dispositif de mémoire successif, la réalisation de mesures de la caractérisation de la composition et de caractéristique électrique du dispositif de mémoire successif, la mise en correspondance des mesures du dispositif de mémoire successif avec des résultats cibles pour un dispositif de mémoire, jusqu'à ce que les mesures soient dans un niveau de tolérance des résultats cibles pour le dispositif de mémoire.
12. La méthode de la revendication 11, dans laquelle le processus de développement d'empilement itératif emprend: la détermination d'un empilement multicouche cible, dans lequel l'empilement multicouche cible comprend un matériau polaire ; la mise en oeuvre d'une sélection de cible pilotée par modèle basée sur un rapport charge:masse et un rapport moment magnétique:masse des matériaux cibles ; fournir une ou plusieurs cibles initiales, dans lesquelles les cibles individuelles dans la ou les cibles initiales comprennent des éléments uniques ou une combinaison d'éléments avec une composition stœchiométrique initiale respective; déposer, en utilisant la ou les cibles initiales, un empilement multicouche initial ; effectuer des mesures de la composition chimique et des propriétés électriques de l'empilement multicouche initial ; détermination si les résultats des mesures sont dans le niveau de tolérance des résultats cibles ; modifier, en réponse à la détermination que les résultats des mesures ne sont pas dans les niveaux de tolérance des résultats cibles, la composition d'une ou plusieurs couches dans l'empilement multicouche initial ; et déposer par itération un empilement multicouche successif et déterminer si les résultats de mesure de l'empilement
67 BE2022/0072 multicouche successif sont dans les limites des niveaux de tolérance, jusqu'à ce que les résultats cibles soient obtenus.
13. La méthode de la revendication 12, dans laquelle le dépôt de l'empilement multicouche initial comprend : le dépôt d'une première couche conductrice comprenant un premier matériau conducteur, dans lequel le premier matériau conducteur comprend un matériau parmi (La,Sr)FeO;3, (La,Sr)CoO3, (La,Ca)MnO;3, (La,Sr)MnO3, SrRuO3, SrzRuO4, (Ba,Sr)Ru03, SrMoO;3, (La,Sr)MnO3, SrCoO3, SrCrO3, SrFeO3, SrVO3, CaMoO3, SrNbO;3, LaNiO3, YBa,Cu3507, Bi;Sr2CaCuOg, CaRuO;3, Ir, Ir20,, Ru, RuO0,, Mo, MoO,, W ou WO, : le dépôt d'une couche diélectrique sur la première couche conductrice, la couche diélectrique comprenant l'un des elements suivants : un matériau pérovskite qui comprend l'un de : BaT103, PbTiO3, KNbO;3, ou NaTa0;3; du titanate de plomb et de zirconium (PZT), ou du PZT avec un matériau de dopage, dans lequel le matériau de dopage est l'un de La ou Nb ; ferrite de bismuth (BFO) avec un matériau de dopage, dans lequel le matériau de dopage est l'un des éléments suivants : lanthane, éléments de la série des lanthanides du tableau périodique, ou éléments des séries 3d, 4d, 5d, 6d, 4f et 5f du tableau périodique; un matériau ferroélectrique relaxant qui comprend l'un des matériaux suivants : niobate de plomb et de magnésium (PMN), niobate de plomb et de magnésium-titanate de plomb (PMN- PT), titanate de lanthane et de zirconate de plomb (PLZT), niobate de plomb et de scandium (PSN), titane baryum-bismuth zinc niobium tantale (BT-BZNT) ou baryum titane - baryum strontium titane (BT- BST) ; ferroélectrique hexagonal qui comprend l'un des éléments suivants : YMnO3 ou LuFeO03 ; les ferroélectriques hexagonaux d'un type h-RMnO3, dans lequel R est un élément de terre rare qui comprend l'un de :
68 BE2022/0072 cérium (Ce), dysprosium (Dy), erbium (Er), europium (Eu), gadolinium (Gd), holmium (Ho), lanthane (La), lutécium (Lu), néodyme (Nd), praséodyme (Pr), prométhium (Pm), samarium (Sm), scandium (Sc), terbium (Tb), thulium (Tm), ytterbium (Yb) ou yttrium (Y) ; hafnium (Hf), zirconium (Zr), aluminium (Al), silicium (Si), leurs oxydes ou leurs oxydes alliés ; Oxydes d'hafnium tels que Hf; Ex Oy, où E peut être Al, Ca, Ce, Dy, Er, Gd, Ge, La, Sc, Si, Sr, Sn, Zr ou Y ; Alcr-x)SCexy N, Gavr-x)SCex) N, Ala Y(x) N ou Alci-x-y) ME) Nb(y) N, HfO2 dopé par Ey, où E comprend l'un des éléments suivants : Al, Ca, Ce, Dy, Er, Gd, Ge, La, Sc, Si, Sr, Sn ou Y, où "x" ou "y" est une fraction ; ou des composés de type niobate LiNbO;, LiTaO3, oxyfluorure de lithium-fer-tantale, niobate de baryum-strontium, niobate de baryum- sodium ou niobate de strontium-potassium ; ou un matériau ferroélectrique impropre qui comprend l'un des éléments suivants : [PTO/STO], ou [LAO/STO1], où 'n' est compris entre 1 et 100, ou un matériau paraélectrique qui comprend SrTiO3, Ba(x)Sr(y)TiO3, HfZrO,, Hf-Si-O, PbTiO3 substitué par La, ou un ferroélectrique relaxant à base de PMN-PT ; et le dépôt d'une seconde couche conductrice comprenant un second matériau polaire non linéaire conducteur, dans lequel le second matériau polaire non linéaire conducteur comprend un matériau parmi (La,Sr)FeO3, (La,Sr)CoO3, (La, Ca)MnO3, (La,Sr)MnO3, SrRuOz3, Sr,Ru04, (Ba,Sr)RuO3, SrMoO3, (La,Sr)MnO3, SrCoO3, SrCrO3, SrFeO3, SrVO3, CaMoO3, SrNbO3, LaNi03, Y Ba,Cu307, Bi;SrCaCuOg, CaRuOs, Ir, Ir20,, Ru, RuO,, Mo, MoO,, Wou WO,.
14. La méthode de la revendication 12 ou 13, dans laquelle les composés dans la une ou plusieurs cibles initiales comprennent Bi, Fe et O, dans laquelle la stoechiométrie individuelle dans les composés comprenant deux ou plusieurs de Bi, Fe et O peut être différente d'au moins 5 % des composés comprenant deux ou plusieurs de Bi, Fe et O, dans la une ou plusieurs cibles initiales,
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15. La méthode de l'une quelconque des revendications 12 à 14, dans laquelle la ou les cibles initiales comprennent des cibles élémentaires de Bi et Fe, dans lequel les cibles élémentaires comprennent une pureté d'au moins 99,5%, et dans lequel le dépôt comprend en outre le dépôt dans un gaz comprenant un ou plusieurs éléments parmi Ar, O2, N;, Hz, Kr et Ne.
16. La méthode de l'une quelconque des revendications 11 à 15, dans laquelle, avant la gravure, la méthode comprend en outre le recuit de l'empilement multicouche, dans lequel le recuit comprend l'utilisation d'un procédé de recuit thermique rapide, dans lequel le procédé de recuit thermique rapide comprend le chauffage à une première température inférieure à 700 degrés Celsius, pendant une durée comprise entre ls et 60s, à une première pression comprise entre le vide et 760 Torr, et dans lequel le procédé de recuit thermique rapide comprend en outre la circulation de gaz O2, N, ou Argon tout en fonctionnant à la première pression comprise entre 1 Torr et 760 Torr.
17. La méthode de l'une quelconque des revendications 11 à 16, dans laquelle la méthode comprend en outre la formation d'une couche d'encapsulation entourant directement le dispositif de mémoire, dans lequel la couche d'encapsulation comprend du métal et de l'oxygène, y compris un élément parmi Al,O,, HfO,, AISIO,, ZrO, ou TiO,, dans lequel Al,O,y, HfO,, AISIO,, ZrO, ou TiO, sont déposés sans un précurseur chimique contenant de l'hydrogène ou de l'ammoniac dans un procédé de dépôt ALD.
18. Une méthode comprenant : la fabrication d'un transistor ou la réception d'une pièce comprenant un transistor ; former un dispositif de mémoire comprenant un empilement multicouche, dans lequel le dispositif de mémoire est couplé à une grille ou à un drain du transistor ;
70 BE2022/0072 la réalisation de mesures de caractérisation de la composition et de caractéristique électrique du dispositif de mémoire couplé au transistor, et la mise en correspondance des mesures avec des résultats cibles pour un dispositif de mémoire de référence couplé à un transistor de référence; modifier, en réponse à la détermination que les mesures ne sont pas dans un niveau de tolérance des résultats cibles pour le dispositif de mémoire de référence couplé au transistor de référence, la composition d'une ou plusieurs couches dans l'empilement multicouche en utilisant un processus de développement d'empilement itératif ; et la fabrication itérative du transistor ou la réception de la pièce à usiner comprenant le transistor, la formation d'un dispositif de mémoire successif, la réalisation de mesures de caractérisation de la composition et de caractéristique électrique du dispositif de mémoire successif couplé au transistor, la mise en correspondance des mesures du dispositif de mémoire successif couplé au transistor avec des résultats cibles pour le dispositif de mémoire de référence couplé au transistor de référence, jusqu'à ce que les mesures soient dans un niveau de tolérance des résultats cibles.
19. La méthode de la revendication 18, dans laquelle le processus de développement itératif de l'empilement comprend : la détermination d'un empilement muiticouche cible, dans lequel l'empilement multicouche cible comprend un matériau ferroélectrique ; la mise en oeuvre d'une sélection de cible pilotée par modèle basée sur un rapport charge/masse et un rapport moment magnétique/masse des matériaux cibles ; fournir une ou plusieurs cibles initiales, dans lesquelles les cibles individuelles dans la ou les cibles initiales comprennent des éléments uniques ou une combinaison d'éléments avec une composition stœchiométrique initiale respective ; déposer, en utilisant la ou les cibles initiales, un empilement multicouche initial ;
71 BE2022/0072 effectuer des mesures de la composition chimique et des propriétés électriques de l'empilement multicouche initial ; la mise en correspondance des mesures de la composition chimique et des propriétés électriques de l'empilement multicouche initial avec les résultats des cibles ; déterminer si les résultats des mesures sont dans un niveau de tolérance des résultats cibles ; modifier, en réponse à la détermination que les résultats de mesure ne sont pas dans le niveau de tolérance, la composition stoechiométrique d'une ou plusieurs cibles dans une ou plusieurs cibles successives ; et déposer par itération un empilement multicouche successif, en déterminant si les résultats de mesure de l'empilement multicouche successive sont dans le niveau de tolérance, jusqu'à ce que les résultats cibles soient obtenus.
20. La méthode de la revendication 18 ou 19, dans laquelle la formation du dispositif de mémoire comprend la gravure de l'empilement multicouche, et dans lequel le procédé comprend en outre la formation d'une encapsulation autour du dispositif de mémoire, avant d'effectuer des mesures de caractérisation de composition et électrique du dispositif de mémoire couplé au transistor.
21. La méthode de la revendication 19, dans laquelle les composés dans la ou les cibles successives comprennent Bi, Fe et O, dans lequel la stoechiométrie individuelle dans les composés comprenant deux ou plusieurs de Bi, Fe et O, peut être différente de 5% des composés comprenant deux ou plusieurs de Bi, Fe et O, dans la ou les cibles initiales.
22. La méthode de l'une quelconque des revendications 18 à 21, dans laquelle avant la gravure, la méthode comprend en outre le recuit de l'empilement multicouche, dans laquelle le recuit comprend l'utilisation d'un procédé de recuit thermique rapide, dans laquelle le procédé de recuit thermique rapide comprend le chauffage à une première température inférieure à 700 degrés Celsius, pendant une
72 BE2022/0072 durée comprise entre ls et 60s, à une première pression comprise entre le vide et 760 Torr, et dans laquelle le procédé de recuit thermique rapide comprend en outre l'écoulement de gaz O,, N, ou Argon tout en fonctionnant à la première pression comprise entre | Torr et 760 Torr.
23. La méthode de l'une quelconque des revendications 18 à 22, dans laquelle la méthode comprend en outre la formation d'une couche d'encapsulation entourant directement le dispositif de mémoire, dans lequel la couche d'encapsulation comprend du métal et de l'oxygène, y compris l'un de : Al,O,, HfO,, AIS1O,, ZrO,, ou TiO,, dans lequel AlxO,, HfO,, AISiO,, ZrO,, ou TiO, sont déposés sans précurseur chimique contenant de l'hydrogène ou de l'ammoniac dans un procédé de dépôt ALD.
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