FR2871938A1 - Formation of stable dielectric nanomaterial by controlled growth on a semiconductor for the fabrication of a range of capacitance devices such as dynamic random access memory - Google Patents

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Abstract

The formation of dielectric nanomaterial for capacitance devices above a semiconductor or conductor material that consists of a cycle of molecular reactions and saturation of the surfaces comprises the following successive and indissociable stages : (A) growth with a factor alpha 0 a quarter of a monolayer MC0 of the quaternary compound containing the oxynitrides of the isotopes of germanium, zirconium, hafnium, lutetium, lanthanides and titanium; (B) growth with a factor alpha 1 a monolayer MC1 of the binary or ternary or quaternary compound containing the oxides and oxynitrides with a base of the isotopes of zirconium, hafnium, lutetium, lanthanides and titanium; and (C) growth with a factor alpha 2 a quarter of a monolayer MC2 of the quaternary compound containing the oxynitrides with a base of the isotopes of zirconium, hafnium, lutetium, lanthanides and titanium.

Description

Technique de formation de nanomatériaux diélectriques pour dispositifsTechnique for forming dielectric nanomaterials for devices

capacitifs Domaine:Capacitive Domain:

Cette invention traite d'une technique de formation de matériaux nanostructurés pour fabriquer divers dispositifs tels que: ^ Mémoire dynamique type DRAM (Dynamic Random Access Memory) avec zone capacitive sous forme tranchée dans un substrat semi-conducteur comme le silicium (Si), le germanium (Ge), le nitrure de Gallium (GaN) ou un polymère d'organosilicate.  This invention relates to a technique for forming nanostructured materials to fabricate various devices such as: Dynamic Dynamic Memory Access Memory (DRAM) with capacitive zone in trench form in a semiconductor substrate such as silicon (Si), germanium (Ge), gallium nitride (GaN) or an organosilicate polymer.

^ Mémoire dynamique type DRAM avec zone capacitive sous forme de cylindre hémisphérique sur un substrat semi-conducteur à base de silicium (Si), germanium (Ge), de nitrure de Gallium (GaN) ou d'un polymère d'organosilicate.  Dynamic DRAM type memory with capacitive zone in the form of a hemispherical cylinder on a semiconductor substrate based on silicon (Si), germanium (Ge), gallium nitride (GaN) or an organosilicate polymer.

^ Mémoire dynamique type DRAM avec zone capacitive sous forme de piédestal sur un substrat semi-conducteur à base de silicium (Si), germanium (Ge), nitrure de Gallium (GaN) ou d'un polymère d'organosilicate.  Dynamic DRAM type memory with capacitive zone in the form of a pedestal on a semiconductor substrate based on silicon (Si), germanium (Ge), gallium nitride (GaN) or an organosilicate polymer.

^ Mémoire embarquée type eDRA1vI avec zone capacitive sur un substrat semi-conducteur à base de silicium (Si), germanium (Ge), nitrure de Gallium (GaN) ou d'un polymère d'organosilicate.  On-board memory type eDRA1vI with capacitive area on a semiconductor substrate based on silicon (Si), germanium (Ge), gallium nitride (GaN) or an organosilicate polymer.

^ Mémoire non volatile type MRAM (Ivlagnetoresistive Random Access Memory) avec zone de magnétorésistance sur un substrat semi-conducteur comme le silicium (Si), le germanium (Ge), le nitrure de Gallium (GaN) ou un polymère d'organosilicate.  Non-volatile memory type MRAM (Ivlagnetoresistive Random Access Memory) with magnetoresistance zone on a semiconductor substrate such as silicon (Si), germanium (Ge), gallium nitride (GaN) or an organosilicate polymer.

^ Mémoire non volatile type FeRAM (Ferromagnetic Random Access Memory) avec zone capacitive sur un substrat semi-conducteur à base de silicium (Si), germanium (Ge), nitrure de Gallium (GaN) ou d'un polymère d'organosilicate.  Non-volatile Ferom type memory (Ferromagnetic Random Access Memory) with capacitive area on a semiconductor substrate based on silicon (Si), germanium (Ge), gallium nitride (GaN) or an organosilicate polymer.

^ Passif capacitif à effet de découplage de signaux électroniques ou de filtre à hautes fréquences dans les dispositifs des technologies de type analogique et signal mixé, radio-fréquence ou numérique.  ^ Capacitive pass-through with decoupling effect of electronic signals or high-frequency filter in devices of analog and mixed-signal, radio-frequency or digital type technologies.

^ Transistor à effet de champs de filière technologique CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) É Capteur capacitif pour diverses applications Art antérieur: La fabrication de mémoires de type DRAM utilise un matériau déposé par la technique ALD (Atomic Layer Deposition) qui est l'alumine Al203. Sachant que pour fabriquer une mémoire DRAM, deux filières technologiques sont possibles par: 1. Zone capacitive en tranchée sous le transistor de commande Filière technologique (nm) 90 65 45 32 25 Année de mise en production 2004 2007 2010 2013 2016 CET (Capacitance Equivalent 50 38 22 14 10 Thickness) en Angstrom Il est donc possible d'obtenir l'épaisseur équivalente de dioxyde de silicium pour les capacitances requises jusqu'à la Filière de 90nm. L'épaisseur d'alumine déposée par ALD est alors de 6 nm. Il serait possible de réduire 15 20 cette épaisseur jusqu'à 3 nm pour atteindre les épaisseurs électriques désirées mais les courants de fuite seraient supérieures à 1 fento Ampère par cellule capacitive et donc de nouveaux matériaux doivent être mis au point. II. Zone capacitive en cylindre ou sous forme de piédestal Filière technologique (nm) 90 65 45 32 25 Année de mise en production 2004 2007 2010 2013 2016 EOT (Equivalent Oxide 23 8 6 6 5 Thickness) en Angstrom Le saut technologique requis pour atteindre les épaisseurs électriques des filières 65 nm et au-delà est si important qu'il devient primordial de trouver de nouveaux matériaux répondant aux différents critères qui sont plus pluriels que pour la filière en tranchée. Le transistor de commande étant fabriqué avant la cellule capacitive, l'ensemble des traitements de formation des matériaux diélectriques doit être strictement compatible avec la température maximale de fonctionnement des jonctions du transistor à savoir 700 C. Par ailleurs les courants de fuite de la cellule capacitive de structure MIM (Metal Insulator Metal) sont critiques et sont intimement liés aux grains du matériau diélectrique à savoir que si ce matériau prend une forme cristalline à une température proche de 700 C, la fiabilité de la cellule n'est pas éprouvée et les courants de fuite augmentent par les joints de grains. Donc le matériau substitutif à l'alumine doit avoir une structure amorphe à 700 C et une permittivité relative supérieure à 20.  ↑ CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) Technology Field Effect Transistor Capt Capacitive sensor for various applications PRIOR ART: The manufacture of DRAM type memories uses a material deposited by ALD (Atomic Layer Deposition) technique which is alumina. Al203. Knowing that to manufacture a DRAM memory, two technological sectors are possible by: 1. Trench capacitive area under the control transistor Technological sector (nm) 90 65 45 32 25 Year of production 2004 2007 2010 2013 2016 CET (Capacitance Equivalent 50 38 22 14 10 Thickness) in Angstrom It is therefore possible to obtain the equivalent thickness of silicon dioxide for the required capacitances up to the 90nm die. The alumina thickness deposited by ALD is then 6 nm. It would be possible to reduce this thickness to 3 nm to achieve the desired electrical thicknesses, but the leakage currents would be greater than 1 ampere per capacitive cell and therefore new materials should be developed. II. Cylindrical or pedestal capacitive area Technological sector (nm) 90 65 45 32 25 Year of production 2004 2007 2010 2013 2016 EOT (Equivalent Oxide 23 8 6 6 5 Thickness) in Angstrom The technological leap required to reach the thicknesses 65 nm and beyond is so important that it becomes essential to find new materials meeting the different criteria that are more plural than for the trench die. Since the control transistor is manufactured before the capacitive cell, the set of processing treatments for the dielectric materials must be strictly compatible with the maximum operating temperature of the transistor junctions, namely 700 C. Moreover, the leakage currents of the capacitive cell of Metal Insulator Metal (MIM) structure are critical and are intimately related to the grains of the dielectric material, namely that if this material takes a crystalline form at a temperature close to 700 ° C., the reliability of the cell is not tested and the currents leakage increase through the grain boundaries. Therefore, the alumina substitute material must have an amorphous structure at 700 C and a relative permittivity greater than 20.

Il existe différentes céramiques qui peuvent être déposées par ALD et donc permettre de laminer les couches de matériaux différents comme les nano-laminés (Exemple: HAO ou LAO) tandis que HfxAlyOz est un oxyde mixte fait de deux mono-couches distinctes et non liées de HfO2 et AI203, fabriqué comme un nano-laminé selon le processus de croissance classique de cycle ALD comme cela est décrit dans les brevets FR 2 834 387, FR2 834 242, FR2 842 829 ainsi que dans la CIP USIO/425,415.  There are different ceramics that can be deposited by ALD and thus make it possible to roll the layers of different materials such as nano-laminates (Example: HAO or LAO) while HfxAlyOz is a mixed oxide made of two distinct and unrelated monolayers. HfO2 and AI203, manufactured as a nano-laminate according to the conventional ALD cycle growth process as described in patents FR 2 834 387, FR 2 834 242, FR 2 842 829 and CIP USIO / 425.415.

Matériaux HfO2 HAO HfxAlyOz HSON LAO Permittivité par ALD à 300 C 20 12 20 13 20 11 14 18 - 25 EOT (Equivalent Oxide 28 25 23 17 16 Thickness) en Angstrom pour courant de fuite à 1 V de 1.E-7 A/cm2 Mais ces matériaux présentent des propriétés non compatibles avec les critères de fabrication des DRAM et des composants passifs capactifs à savoir qu'il est très difficile d'obtenir des épaisseurs électriques plus petites pour des courants de fuite inférieure à. 100 nA/cm2 à +/-1V et par ailleurs un matériau comme le dioxyde d'hafnium (HfO2) prend une phase cristalline à partir de 550 C, ce qui a pour effet d'influer sur les courants de fuite et d'une manière générale sur la fiabilité du dispositif ainsi fabriqué.  Materials HfO2 HAO HfxAlyOz HSON LAO Permittivity by ALD at 300 C 20 12 20 13 20 11 14 18 - 25 EOT (Equivalent Oxide 28 25 23 17 16 Thickness) in Angstrom for 1 V leakage current of 1.E-7 A / cm2 But these materials have properties that are not compatible with the manufacturing criteria of DRAMs and passive capacitive components, namely that it is very difficult to obtain smaller electrical thicknesses for leakage currents of less than. 100 nA / cm2 to +/- 1V and moreover a material such as hafnium dioxide (HfO2) takes a crystalline phase from 550 C, which has the effect of influencing the leakage currents and a generally on the reliability of the device thus manufactured.

Problème de compatibilité de matériaux céramiques déposés par ALD comme des nano-laminés du type THO, HAO ou LAO ou de films d'oxydes mixtes comme HfxAlyOz pour les applications de nanoélectronique comme les DRAM, eDRAM et les composants passifs. Des cristallites en forme de cône se forment dans les matériaux précédemment cités lors de cycles standards ALD en raison de nucléases qui se forment et occasionnent une nucléation tant verticale qu'horizontale selon une cinétique de 0.2 nm/seconde soit 20% plus rapide que la croissance moyenne d'un film par ALD. Ces cristallites sont donc des îlots cristallins et occasionnent des défauts de structure du matériau dans des nano-laminés ou des oxydes mixtes par des fautes d'empilement et des lacunes d'oxygène ainsi que des dislocations en T, ce qui a pour conséquence de réduire de 30 à 50% les performances électriques mais les conséquences les plus déterminantes dans la mise en oeuvre de ces matériaux sont une nette diminution de la fiabilité. Un paramètre de Fiabilité comme le TDDB (Time-Dependent Dielectric Breakdown) est très affecté par ces défauts de structure de matériaux lors des stress électriques de fiabilisation en température car la température catalyse selon une cinétique de loi d'Arrhenius:ceci se traduit par les mouvements de lacunes, ce qui entraîne la rupture de liaisons entre l'atome métal et l'oxygène et comme des zones cristallines dans une structure amorphe ont des énergies de liaison du cristal différente des énergies de liaison de structure amorphe avec des dipôles différents de la zone amorphe, il y a une chaîne de réactions provoquant une diffusion des défauts aux joints de grains et entraînant de fait un flux d'atomes.  Compatibility problem of ceramic materials deposited by ALD such as nano-laminates of THO, HAO or LAO type or mixed oxide films such as HfxAlyOz for nanoelectronics applications such as DRAM, eDRAM and passive components. Conical crystallites are formed in the materials previously mentioned in standard ALD cycles because of the nucleases that form and cause both vertical and horizontal nucleation with a kinetics of 0.2 nm / second or 20% faster than growth. average of a film by ALD. These crystallites are therefore crystalline islands and cause defects in the structure of the material in nano-laminates or mixed oxides by stacking faults and oxygen vacancies as well as dislocations in T, which has the effect of reducing from 30 to 50% electrical performance but the most decisive consequences in the implementation of these materials are a clear decrease in reliability. A Reliability parameter such as Time-Dependent Dielectric Breakdown (TDDB) is very much affected by these structural defects of materials during electrical stress of temperature reliability because the temperature catalyzes according to a kinetics of Arrhenius law: this results in the Gaps motions, resulting in the breaking of bonds between the metal atom and oxygen and as crystalline areas in an amorphous structure have different crystal binding energies of amorphous structure bonding energies with dipoles different from the amorphous zone, there is a chain of reactions causing a diffusion of defects at the grain boundaries and resulting in a flow of atoms.

Le test du TDDB est une étape majeure dans le processus de qualification de dispositifs intégrés comme les mémoires DRAM ou eDRAM, les transistors MOSFET ainsi que pour tout composant passif utilisé comme filtre. Sachant que le champ de claquage est inversement proportionnel à la racine carré de la permittivité relative et qu'un dipôle dépend du caractère ionique dans un cristal, les matériaux de type nano-laminés HAO ou LAO ou des films d'oxydes mixtes comme HfxAlyOz ayant des défauts de structure dans les trois axes, sont sensibles aux déplacements métal-ion qui sont la conséquence d'un champs électrique > 5 MV/cm: ce phénomène a pour conséquence la rupture de liaisons, ce qui entraîne un processus dit de Boltzmann de capture de lacunes. Or dans les matériaux pré-cités, les zones de cristallite sont importantes et donc plus le nombre de coordinations est élevé pour une cristallite, plus le champ de claquage sera faible en intensité et pour des fréquences de plus en plus basses. Il faut noter que la densité de liaisons ioniques dans des matériaux comme les nano-laminés du type THO, HAO ou LAO ou les films d'oxydes mixtes du type HfxAlyOz est très élevée et donc les liaisons covalentes et métalliques sont extrêmement faibles.  The TDDB test is a major step in the process of qualifying integrated devices such as DRAMs or eDRAMs, MOSFET transistors and any passive component used as a filter. Knowing that the breakdown field is inversely proportional to the square root of the relative permittivity and that a dipole depends on the ionic character in a crystal, the nano-laminated materials HAO or LAO or mixed oxide films such as HfxAlyOz having structural defects in the three axes are sensitive to the metal-ion shifts which are the consequence of an electric field> 5 MV / cm: this phenomenon results in the breaking of bonds, which leads to a so-called Boltzmann process of catching gaps. However, in the aforementioned materials, the crystallite zones are large and therefore the higher the number of coordinates for a crystallite, the more the breakdown field will be weak in intensity and for increasingly lower frequencies. It should be noted that the density of ionic bonds in materials such as nano-laminates of the THO, HAO or LAO type or the mixed oxide films of the HfxAlyOz type is very high and thus the covalent and metallic bonds are extremely weak.

Un autre phénomène lié aux divers rayonnements et notamment les neutrinos et les radiations cosmiques ont un impact sur le fonctionnement des dispositifs intégrés et notamment sur toute zone capacitive. Des molécules utilisées dans les précurseurs servant à l'élaboration de matériaux doivent posséder certaines propriétés de capture de neutron thermique. Ces phénomènes sont inacceptables pour la mise en oeuvre des techniques de formation de matériaux existants dans la production des dispositifs visés et c'est pourquoi, de nouvelles techniques d'élaboration de matériaux sont nécessaire.  Another phenomenon related to the various radiations and in particular the neutrinos and the cosmic radiations have an impact on the operation of the integrated devices and in particular on any capacitive zone. Molecules used in the precursors used in the elaboration of materials must possess certain properties of thermal neutron capture. These phenomena are unacceptable for the implementation of existing material forming techniques in the production of the devices concerned and therefore, new materials development techniques are necessary.

Exposé de l'invention: La présente invention décrit des modes de réalisation de matériaux pour les applications précédemment décrites par une technique de nanostructuration de la matière à partir d'éléments miscibles entre eux formant des composés stables. La nanostructure ainsi obtenue offre des propriétés nouvelles de stabilité en température au travers de divers tests électriques et des propriétés cristallines inédites par la nouvelle structure de bande du matériau qui est le résultat de réaction moléculaires contrôlées.  DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention describes embodiments of materials for the applications previously described by a technique of nanostructuring the material from miscible elements forming stable compounds. The nanostructure thus obtained offers new properties of temperature stability through various electrical tests and unprecedented crystalline properties by the new strip structure of the material that is the result of controlled molecular reactions.

Le principe de fonctionnement d'un réacteur ALD est basé sur un réacteur fonctionnant en deux phases. La première phase consistant à monter en température la zone de vaporisation par un four c'est à dire de parois chauffantes, lesquelles entourent le bloc. L'ampoule de dosage du précurseur métal est généralement au plus de 10 mL et au-moins de 1 mL et l'entrée et la sortie de tout corps entrant dans l'ampoule est électroniquement gérée par les valves amont et avale. Un précurseur peut être de nature solide ou liquide et selon son état, le principe de vaporisation est différent. Si le précurseur est à l'état liquide lors de sa mise en container pressurisé à l'hélium par exemple, ce précurseur comme un alkylamide est chauffé dans son container avant son introduction par unité de temps dans l'ampoule soumise à pression constante avec la valve de sortie. L'unité de temps est généralement la milliseconde. La température à laquelle est soumise est le précurseur dépend de chaque molécule et de son état de purification et de sa méthode de fabrication qui peut varier selon les sources: la température est un paramètre essentiel qui est fonction de l'enthalpie de vaporisation de la molécule qui constitue le précurseur.  The operating principle of an ALD reactor is based on a reactor operating in two phases. The first phase of increasing the temperature of the vaporization zone by an oven that is to say heating walls, which surround the block. The metal precursor dosage bulb is generally at most 10 mL and at least 1 mL and the inlet and outlet of any body entering the ampoule is electronically managed by the upstream and downstream valves. A precursor may be of solid or liquid nature and depending on its state, the vaporization principle is different. If the precursor is in a liquid state when it is placed in a container pressurized with helium, for example, this precursor, such as an alkylamide, is heated in its container before it is introduced per unit of time into the ampoule subjected to constant pressure with the outlet valve. The unit of time is usually the millisecond. The temperature to which is subjected is the precursor depends on each molecule and its state of purification and its method of manufacture which can vary according to the sources: the temperature is an essential parameter which is a function of the enthalpy of vaporization of the molecule which constitutes the precursor.

Deux équations gouvernent la thermodynamique de ce processus par: Vp = n*k/T, n: densité de la dose dans l'ampoule, k: contante de Boltzmann, T:température Le gradient formé par la zone source de vaporisation et la zone de diffusion crée donc une pression partielle de gradient du fluide transporté : Ln Vp = -AH/RT + AS/R, 4H: enthalpie de vaporisation(kJ/mol), AS: entropie de vaporisation (k.mol/J), R:constante des gaz parfaits.  Two equations govern the thermodynamics of this process by: Vp = n * k / T, n: density of the dose in the vial, k: Boltzmann's mass, T: temperature The gradient formed by the source zone of vaporization and the zone diffusion thus creates a gradient partial pressure of the transported fluid: Ln Vp = -AH / RT + AS / R, 4H: evaporation enthalpy (kJ / mol), AS: entropy of vaporization (k.mol / J), R : constant of perfect gases.

- Le précurseur type de la présente invention a la molécule définie par la présente invention qui peut être Metal (R- R' - AMD)3 avec R, R' comme groupes alkyl et le métal peut être le lutécium, yttrium, lanthane, cérium, praséodyme, néodyme, prométhium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, erbium, thulium, ytterbium, titane, aluminium, germanium. Si le métal est du Lanthane, la dose est de 5.10-2 mol/cm2 pour une température de vaporisation de 750C sous 100mTorr et un coefficient de collage de 5.10-2 correspondant à la probabilité de collage moléculaire par type de surface soit le rapport entre liant non adsorbé sur liant adsorbé par unité de dose injectée.  The typical precursor of the present invention has the molecule defined by the present invention which may be Metal (R-R '- AMD) 3 with R, R' as alkyl groups and the metal may be lutetium, yttrium, lanthanum, cerium , praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, erbium, thulium, ytterbium, titanium, aluminum, germanium. If the metal is Lanthanum, the dose is 5.10-2 mol / cm2 for a vaporization temperature of 750C at 100mTorr and a bonding coefficient of 5.10-2 corresponding to the probability of molecular bonding by surface type is the ratio between non-adsorbed binder on adsorbed binder per unit of injected dose.

Le précurseur étant soumis à une température donnée, à une pression donnée dans un volume connu, la masse contenue dans l'ampoule avant dosage par injection partielle d'unité temporelle en milliseconde est par conséquent déterminée et donc en définir la densité par le nombre de mol par unité de surface. Un gaz vecteur comme l'argon permet l'injection dans le réacteur au travers d'injecteur dont le choix dépend du type de molécule en vaporisation. Généralement le substrat est soumis à un effet centrifuge par rotation du pied porteur. Après chaque introduction dans la chambre de réaction, un précurseur métal dosé et sublimé ou un autre fluide à l'état de vaporisation comme l'eau lourde D2O ou un gaz formé comme l'ozone 03, est systématiquement suivie de pompage à un débit très élevé de l'ordre de 500 cm3/min du réacteur avec un gaz inerte comme l'argon ou l'azote. Ce pompage est primordiale pour compléter les réactions moléculaires en surface du substrat et éviter que d'autres réactions de produits de réaction subissent des physorptions.  Since the precursor is subjected to a given temperature, at a given pressure in a known volume, the mass contained in the ampoule before dosing by partial injection of a time unit in millisecond is consequently determined and therefore the density by the number of mol per unit area. A carrier gas such as argon allows injection into the reactor through an injector whose choice depends on the type of molecule vaporization. Generally the substrate is subjected to a centrifugal effect by rotation of the support foot. After each introduction into the reaction chamber, a metered and sublimed metal precursor or another fluid in the vaporization state such as heavy water D2O or a gas formed such as ozone 03, is systematically followed by pumping at a very high flow rate. 500 cm3 / min of the reactor with an inert gas such as argon or nitrogen. This pumping is essential to complete the molecular reactions on the surface of the substrate and to prevent other reactions of reaction products undergo physorptions.

Toute molécule entrant dans l'élaboration des matériaux nanostructurés de la présente invention sont fabriquées à base d'isotopes lourds pour les métaux. Par exemple, le métal hafnium a six isotopes (174, 176, 177, 178, 179, 180) et chacun des isotopes de l'hafnium ont certes des abondances différentes mais des propriétés particulières de radiation et de neutron thermique. Par exemple l'isotope Hf 174 a un profil de section de neutron thermique évaluée à 400 alors que Hf 180 a un profil de section de neutron thermique de 10. Cette propriété est essentielle pour lutter contre les effets de radiations cosmiques dans une cellule de stockage de charge comme une cellule de mémoire DRAM ou un transistor MOSFET. C'est pourquoi, la présente invention est basée sur l'utilisation d'isotopes des métaux concernés par la technique de nanostructuration présentée dans cette description.  Any molecule involved in developing the nanostructured materials of the present invention are made from heavy isotopes for metals. For example, the hafnium metal has six isotopes (174, 176, 177, 178, 179, 180) and each of the isotopes of hafnium have different abundances but particular properties of radiation and thermal neutron. For example, the isotope Hf 174 has a thermal neutron section profile evaluated at 400 whereas Hf 180 has a thermal neutron section profile of 10. This property is essential for combating the effects of cosmic radiation in a storage cell. as a DRAM memory cell or a MOSFET transistor. Therefore, the present invention is based on the use of isotopes of the metals involved in the nanostructuring technique presented in this specification.

La nanostructuration permet de contrôler à l'angstrom les interfaces et de contraindre des matériaux à se lier par formation de dimer au travers de réactions de polymérisation et de saturation des surfaces, ce qui conduit à créer un nouvel ordre dans chaque nanostructure dont chaque élément est lié par des énergies de liaison forte de covalence. Un intérêt majeur de la nanostructuration pour la formation de composés stables thermiquement est basé sur des structures de bandes nouvelles avec une largeur de bande de conduction et de bande de valence supérieures à 2 eV, ce qui ne peut pas être le cas avec des céramiques classiques comme nano-laminés HAO ou LAO ou des films d'oxydes mixtes comme HfxAlyOz.  Nanostructuring allows the interfaces to be controlled at the angstrom and to constrain materials to bond by dimer formation through polymerization reactions and surface saturation, which leads to the creation of a new order in each nanostructure of which each element is bound by covalently binding strong energies. A major interest in nanostructuring for the formation of thermally stable compounds is based on new band structures with a conduction bandwidth and valence band greater than 2 eV, which can not be the case with conventional ceramics as nano-laminates HAO or LAO or mixed oxide films such as HfxAlyOz.

La nanostructuration a un intérêt industriel majeur par le développement de nouvelles propriétés grâce à des structures de bandes comparables à l'oxyde thermique de silicium mais avec des permittivités très nettement supérieures à 20. Il n'y a pas de transition entre couches ou films composant chaque nanostructure, mais un seul et unique film épais de quelques nanomètres mais composés de nanostructures épaisses de 4 ou 10 Angstroms. Toutes les nanostructures sont fortement liées par des liaisons fortes, ce qui modifie le comportement ionique du matériaux, tendant à déplacer à de très hautes fréquences les mouvements d'atomes.  Nanostructuring has a major industrial interest in the development of new properties thanks to band structures comparable to silicon thermal oxide but with permittivities very much greater than 20. There is no transition between layers or component films each nanostructure, but a single film only a few nanometers thick but composed of thick nanostructures of 4 or 10 Angstroms. All the nanostructures are strongly bound by strong bonds, which modifies the ionic behavior of the materials, tending to move at very high frequencies the movements of atoms.

Une technique de formation de matériau diélectrique nanostructuré audessus d'un matériau semi-conducteur ou d'un matériau conducteur se caractérise en ce qu'elle consiste en un cycle de réactions moléculaires et de saturation des surfaces comprenant les étapes successives et indissociables: Croissance d'un facteur ao un quart d'une mono-couche MCO de composé quaternaire comprenant les oxynitrures à base des isotopes de germanium, de zirconium, d'hafnium, de lutécium, d'yttrium, de lanthane, de cérium, de praséodyme, de néodyme, de prométhium, de samarium, d'europium, de gadolinium, de terbium, de dysprosium, d'erbium, de thulium, d'ytterbium, de titane.  A technique for forming nanostructured dielectric material above a semiconductor material or a conductive material is characterized in that it consists of a cycle of molecular reactions and saturation of the surfaces comprising the successive and indissociable stages: a factor ao a quarter of a mono-layer MCO quaternary compound comprising oxynitrides based on isotopes of germanium, zirconium, hafnium, lutetium, yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, erbium, thulium, ytterbium, titanium.

- Croissance d'un facteur ai une mono-couche MC1 de composé binaire ou ternaire ou quaternaire comprenant les oxydes et oxynitrures à base des isotopes de zirconium, d'hafnium, de lutécium, d'yttrium, de lanthane, de cérium, de praséodyme, de néodyme, de prométhium, de samarium, d'europium, de gadolinium, de terbium, de dysprosium, d'erbium, de thulium, d'ytterbium, de titane.  - Growth of a factor ai a monolayer MC1 of binary or ternary or quaternary compound comprising oxides and oxynitrides based on isotopes of zirconium, hafnium, lutetium, yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium , neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, erbium, thulium, ytterbium, titanium.

Croissance d'un facteur a2 un quart d'une mono-couche MC2 de composé quaternaire comprenant les oxynitrures à base des isotopes de zirconium, d'hafnium, de lutécium, d'yttrium, de lanthane, de cérium, de praséodyme, de néodyme, de prométhium, de samarium, d'europium, de gadolinium, de terbium, de dysprosium, d'erbium, de thulium, d'ytterbium, de titane.  Growth of a factor a2 a quarter of a monolayer MC2 of quaternary compound comprising oxynitrides based on isotopes of zirconium, hafnium, lutetium, yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium , promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, erbium, thulium, ytterbium, titanium.

Une croissance d'au moins un quart de mono-couche MCO ou MC2 de composé quaternaire se caractérise en ce 40 qu'elle consiste en un cycle de réactions de chimisorption et de polymérisation dans une chambre pressurisée à une pression comprise entre 0,5 Torr et 5 mTorr et à une température comprise entre 25 C et 450 C pour atteindre une épaisseur donnée résultant de la saturation des réactions de chimisorption et de polymérisation selon le facteur de croissance a correspondant au nombre de cycles de croissance et prenant les valeurs 1, 2, 3, 4, 5 en fonction de l'épaisseur totale du matériau et dont le cycle d'étapes comprend les étapes successives et indissociables: Sous atmosphère à pression constante d'un gaz sélectionné parmi l'azote, l'argon ou l'hélium, montée de la température ambiante à une température comprise entre 25 C et 4500C mais préférentiellement entre 250 C et 450 C et très préférentiellement entre 3600C et 390 C pendant au-moins 30 secondes et au plus 3 minutes, Injection dosée d'un réactif 1 à l'état de vaporisation avec un gaz vecteur comme l'hélium ou l'argon pendant au-moins un millième de seconde et au plus 30 secondes, Sous atmosphère d'un gaz d'hélium ou d'argon, aspiration par pompage de la chambre pendant un millième de seconde et au plus 30 secondes, Injection dosée d'un réactif 2 à l'état de vaporisation avec un gaz vecteur comme l'hélium ou l'argon pendant au-moins un millième de seconde et au plus 30 secondes, Sous atmosphère d'un gaz d'hélium ou d'argon, aspiration par pompage de la chambre pendant un millième de seconde et au plus 30 secondes, Injection dosée et simultanée ou combinée ou conjuguée d'un réactant 1 comme l'ozone ou l'eau lourde du type D20 et d'un réactant 2 comme l'ammoniac à l'état de vaporisation avec un gaz vecteur comme l'azote ou l'argon pendant au-moins un millième de seconde et au plus 30 secondes, Sous atmosphère d'un gaz d'azote ou d'argon, aspiration par pompage de la chambre pendant un millième de seconde et au plus 30 secondes.  A growth of at least one quarter of a mono-layer MCO or MC2 of quaternary compound is characterized in that it consists of a cycle of chemisorption and polymerization reactions in a pressurized chamber at a pressure of between 0.5 Torr and 5 mTorr and at a temperature between 25 C and 450 C to reach a given thickness resulting from the saturation of the chemisorption and polymerization reactions according to the growth factor a corresponding to the number of growth cycles and taking the values 1, 2 , 3, 4, 5 depending on the total thickness of the material and whose cycle of steps comprises the successive and indissociable steps: Under a constant-pressure atmosphere of a gas selected from nitrogen, argon or helium, rise of the ambient temperature to a temperature between 25 C and 4500C but preferably between 250 C and 450 C and very preferably between 3600C and 390 C for at least 30 seconds and not more than 3 minutes, metered injection of a reagent 1 in the vaporization state with a carrier gas such as helium or argon for not less than one thousandth of a second and not more than 30 seconds, under an atmosphere of helium or argon gas, aspiration by pumping the chamber for one thousandth of a second and at most 30 seconds, metered injection of a reagent 2 in the vaporization state with a carrier gas such as helium or argon for not less than one thousandth of a second and not more than 30 seconds, Under atmosphere of a helium or argon gas, suction by pumping the chamber for one thousandth of a second and not more than 30 seconds, Dosing and simultaneous injection or combined or conjugated with a reactant 1 such as ozone or heavy water type D20 and a reactant 2 such as ammonia in the vaporization state with a carrier gas such as nitrogen or argon at least one thousandth of a second and not more than 30 seconds, Under an atmosphere of a nitrogen gas or argon gas, suction pumping the chamber for one thousandth of a second and at most 30 seconds.

Une injection dosée de réactif 1 ou 2 se caractérise en ce qu'elle consiste en un dosage d'au-moins une nano-mole par centimètre carré et au plus 100 micron-mole par centimètre carré de précurseurs métal organiques liquides à radical de type alkyl amide ou (R- R' - AMD)3 avec R, R' comme groupes alkyl pour tout métal comprenant le lutécium, l'yttrium, le lanthane, le cérium, le praséodyme, le néodyme, le prométhium, le samarium, l'europium, le gadolinium, le terbium, le dysprosium, l'erbium, le thulium, l'ytterbium, le germanium, l'hafnium, le zirconium, le titane et ayant toutes les propriétés suivantes: la température de vaporisation doit être inférieure à 135 C mais préférentiellement inférieure à 115 C le réactif ne peut réagir que par catalyse et par action thermique sans aucune réaction de décomposition l'énergie libre de Gibbs de la réaction du réactif avec la surface sur laquelle il est projetée, doit être strictement négative la réaction de thermolyse du réactif ne doit pas libérer plus d'un ion réactif composé de carbone et hydrogène dans une gamme de température variant de 25 C à 450 C.  A metered injection of reagent 1 or 2 is characterized in that it consists of a dosage of at least one nanomole per square centimeter and at most 100 micron-mole per square centimeter of organic liquid metal precursors radical type alkyl amide or (R-R '- AMD) 3 with R, R' as alkyl groups for any metal including lutetium, yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, erbium, thulium, ytterbium, germanium, hafnium, zirconium, titanium and having all of the following properties: the vaporisation temperature must be less than 135 C but preferentially below 115 C the reagent can react only by catalysis and by thermal action without any reaction of decomposition the Gibbs free energy of the reaction of the reagent with the surface on which it is projected, must be strictly negative the reaction of Thermolysis of the reagent must not release more than one reactive ion composed of carbon and hydrogen in a temperature range of 25 C to 450 C.

10 15 20 25 40 probabilité de collage moléculaire sur surface lipophile inférieure ou égale à 0,08 Une mono-couche MCO ou MC2 se caractérise en ce que le composé quaternaire comprenant les oxydes et oxynitrures à base d'isotopes de zirconium, d'hafnium, de lutécium, d'yttrium, de lanthane, de cérium, de praséodyme, de néodyme, de prométhium, de samarium, d'europium, de gadolinium, de terbium, de dysprosium, d'erbium, de thulium, d'ytterbium, de germanium, de titane est réalisé très préférentiellement de films à gradient de concentration et à gradient inverse de concentration de chaque élément de la combinaison de composés binaires ou ternaires ou quaternaires comprenant les oxydes, nitrures et oxynitrures à base d'isotopes de zirconium, d'hafnium, de lutécium, d'yttrium, de lanthane, de cérium, de praséodyme, de néodyme, de prométhium, de samarium, d'europium, de gadolinium, de terbium, de dysprosium, d'holmium, d'erbium, de thulium, d'ytterbium, de germanium, de titane.  The probability of molecular bonding on a lipophilic surface of less than or equal to 0.08 A monolayer MCO or MC2 is characterized in that the quaternary compound comprising oxides and oxynitrides based on isotopes of zirconium and hafnium , lutetium, yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, erbium, thulium, ytterbium, of germanium, titanium is very preferably made of concentration gradient and inverse gradient concentration films of each element of the combination of binary or ternary or quaternary compounds comprising oxides, nitrides and oxynitrides based on isotopes of zirconium, d hafnium, lutetium, yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, germani um, titanium.

Une croissance d'au moins un quart de mono-couche MC1 de composé binaire ou ternaire ou quaternaire se caractérise en ce qu'elle consiste en un cycle de réactions de chimisorption et de polymérisation dans une chambre pressurisée à une pression comprise entre 0,5 Torr et 5 mTorr et à une_température comprise entre 25 C et 450 C pour atteindre une épaisseur donnée résultant de la saturation des réactions de chimisorption et de polymérisation selon le facteur de croissance al correspondant au nombre de cycles de croissance et prenant les valeurs 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 en fonction de l'épaisseur totale du matériau et dont le cycle d'étapes comprend les étapes successives et indissociables: Sous atmosphère à pression constante d'un gaz sélectionné parmi l'azote, l'argon, le deutérium, le tritium ou l'hélium, montée de la température ambiante à une température comprise entre 50 C et 450 C pendant au-moins 30 secondes et au plus 3 minutes, - Injection dosée d'un réactif à l'état de vaporisation avec un gaz vecteur comme 25 l'hélium ou l'argon pendant au-moins un millième de seconde et au plus 30 secondes, Sous atmosphère d'un gaz d'hélium ou d'argon, aspiration par pompage de la chambre pendant un millième de seconde et au plus 30 secondes, - Injection dosée d'un réactant comme l'ozone ou l'eau lourde du type D20 à l'état 30 de vaporisation avec un gaz vecteur comme l'azote ou l'argon pendant au-moins un millième de seconde et au plus 30 secondes, - Sous atmosphère d'un gaz d'azote ou d'argon, aspiration par pompage de la chambre pendant un millième de seconde et au plus 30 secondes.  A growth of at least one quarter of a monolayer MC1 of binary or ternary or quaternary compound is characterized in that it consists of a cycle of chemisorption and polymerization reactions in a pressurized chamber at a pressure of between 0.5 Torr and 5 mTorr and at a temperature between 25 C and 450 C to achieve a given thickness resulting from the saturation of chemisorption and polymerization reactions according to the growth factor al corresponding to the number of growth cycles and taking values 1, 2 , 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 depending on the total thickness of the material and whose cycle of steps comprises the successive and indissociable steps: constant pressure atmosphere of a gas selected from nitrogen, argon, deuterium, tritium or helium, raised from room temperature to a temperature of between 50 C and 450 C for at least 30 seconds and no more than 3 minutes Metered injection of a reagent in the vaporization state with a carrier gas such as helium or argon for at least one thousandth of a second and at most 30 seconds, under an atmosphere of a helium gas or argon, suction pumped from the chamber for one thousandth of a second and at most 30 seconds, - metered injection of a reactant such as ozone or heavy water type D20 to the vaporization state with a carrier gas such as nitrogen or argon for at least one thousandth of a second and not more than 30 seconds, - Under a nitrogen gas or argon gas, aspiration by pumping the chamber for one thousandth of a second and not more than 30 seconds.

3 5 Les exemples qui suivent, sont donnés à un facteur de croissance de 1 et donc pour atteindre des épaisseurs de 60 Angstroms, par conséquent les facteurs de croissance pour les exemples donnés sont de 4.  The following examples are given at a growth factor of 1 and thus to reach thicknesses of 60 Angstroms, hence the growth factors for the given examples are 4.

Un exemple de procédé de formation de matériau nanostructuré pour fabriquer une cellule capacitive de type piédestal et de structure MIM pour la filière 65 nm sur wafer 300 mm de diamètre.  An example of a process for forming a nanostructured material for manufacturing a capacitive cell of the pedestal type and of the MIM structure for the 65 nm wafer die 300 mm in diameter.

Montée en température pendant 100 secondes pour atteindre 450 C et injection 40 d'argon à 340 cm3/min et pression à 35 mTorr Injection d'argon à 350 cm3/min pendant 1 seconde Injection d'hélium à 150 cm3/min pendant 350 msec (milli seconde) et de La(IV1e-Et - AMD)3 40 mTorr de pression Injection d'argon à 350 cm3/min pendant 500 msec Injection d'hélium à 180 cm3/min pendant 350 msec et Zr [N(Et-Me)]4 20 mTorr de pression Injection d'argon à 350 cm3/min pendant 1 seconde - Injection d'ozone à 380 cm3/min avec 150 cm3/min d'azote et 200 cm3/min de NH3 pendant 2500 msec - Injection d'argon à 350 cm3/min pendant 2500 msec Injection d'hélium à 150 cm3/rnin pendant 350 msec (milli seconde) et de La(Me-Et - AMD)3 1 mTorr de pression Injection d'argon à 350 cm3/min pendant 500 msec - Injection de 03 à 380 cm3/min avec 150 cm3/min d'azote pendant 1250 msec Injection d'argon à 350 cm3/min pendant 1300 msec Injection d'hélium à 150 cm3/min pendant 350 msec (milli seconde) et de La(Me-Et - AMD)3 1 mTorr de pression Injection d'argon à 350 cm3/min pendant 500 msec - Injection de 03 à 380 cm3/min avec 150 cm3/min d'azote pendant 1250 msec - Injection d'argon à 350 cm3/min pendant 1300 msec Injection d'hélium à 150 cm3/min pendant 350 msec (milli seconde) et de La(Me-Et - AMD)3 1 mTorr de pression Injection d'argon à 350 cm3/min pendant 500 msec Injection de 03 à 380 cm3/min avec 150 cm3/min d'azote pendant 1250 msec Injection d'argon à 350 cm3/min pendant 1300 msec Injection d'hélium à 180 cm3/min pendant 350 msec et Zr [N(Et-Me)]4 20 mTorr de pression - Injection d'argon à 350 cm3/min pendant 1 seconde Injection d'hélium à 150 cm3/min pendant 350 msec (mil seconde) et de La(Me-Et AMD)3 40 mTorr de pression Injection d'argon à 350 cm3/min pendant 500 msec Injection d'ozone à 380 cm3/min avec 150 cm3/min d'azote et 200 cm3/min de NH3 pendant 2500 msec Injection d'argon à 350 cm3/min pendant 2500 msec Pour une croissance de nanostructures épaisse en totalité de 60 Angstroms, la valeur de l'EOT tirée du diagramme de capacitance en voltage est de 8.17 Angstroms pour un matériau isolant Laa Z rbOçNÇ!.  Rise in temperature for 100 seconds to reach 450 C and injection 40 of argon at 340 cm3 / min and pressure at 35 mTorr Argon injection at 350 cm3 / min for 1 second Helium injection at 150 cm3 / min for 350 msec (millisecond) and La (IVl-Et-AMD) 3 40 mTorr pressure Argon injection at 350 cm3 / min for 500 msec Helium injection at 180 cm3 / min for 350 msec and Zr [N (Et) Me)] 4 mTorr pressure Argon injection at 350 cm3 / min for 1 second - ozone injection at 380 cm3 / min with 150 cm3 / min of nitrogen and 200 cm3 / min of NH3 for 2500 msec - Injection Argon at 350 cm3 / min for 2500 msec Helium injection at 150 cm3 / min for 350 msec (milli second) and La (Me-Et - AMD) 3 1 mTorr of pressure Argon injection at 350 cm3 / min for 500 msec - Injection from 03 to 380 cm3 / min with 150 cm3 / min of nitrogen for 1250 msec Injection of argon at 350 cm3 / min for 1300 msec Injection of helium at 150 cm3 / min for 350 msec (milli second ) and the (Me-Et-AMD) 3 1 mTorr pressure Argon injection at 350 cm3 / min for 500 msec - Injection from 03 to 380 cm3 / min with 150 cm3 / min of nitrogen for 1250 msec - Injection Argon at 350 cm3 / min for 1300 msec Helium injection at 150 cm3 / min for 350 msec (milli second) and La (Me-Et - AMD) 3 1 mTorr of pressure Argon injection at 350 cm3 / min for 500 msec Injection from 03 to 380 cm3 / min with 150 cm3 / min of nitrogen for 1250 msec Injection of argon at 350 cm3 / min for 1300 msec Injection of helium at 180 cm3 / min for 350 msec and Zr [ N (Et-Me)] 4 mTorr of pressure - Injection of argon at 350 cm3 / min for 1 second Helium injection at 150 cm3 / min for 350 msec (millisecond) and La (Me-Et AMD) 3 40 mTorr of pressure Injection of argon at 350 cm3 / min for 500 msec Injection of ozone at 380 cm3 / min with 150 cm3 / min of nitrogen and 200 cm3 / min of NH3 for 2500 msec Injection of argon at 350 cm3 / min for 2500 msec For nanostru growth With a thickness of 60 Angstroms, the EOT value from the voltage capacitance diagram is 8.17 Angstroms for an insulating material.

L'avantage d'utiliser comme précurseur du La, une molécule de lanthane tris(N,N' méthyl-éthylacetamidinate) en substitution de lanthane tris(N, N' isopropylacetamidinate) lequel sublime à 80 C sous une pression de 40 mTorr, mais le choix de la molécule La(Me-Et - AMD)3 réside dans la chaîne alkyl et donc le liant de cette molécule bidentée et de type monoleptique, mais le liant choisi pour fabriquer les nano-matériaux ainsi 10 15 20 25 30 constitués par la nanostructuration permet d'obtenir un précurseur liquide à la température de vaporisation à 1Torr voisine de la température de vaporisation du précurseur liquide de l'hafnium par l'hafnium tetrakis ethylméthyl-amino. Par ailleurs ces molécules n'ont pas de réactions pyrophoriques et sont donc conformes aux règles les plus strictes de sécurité en usage dans les années 2005 à 2015.  The advantage of using as a precursor of La, a lanthanum tris (N, N 'methylethylacetamidinate) molecule in substitution of lanthanum tris (N, N' isopropylacetamidinate) which sublimates at 80 C under a pressure of 40 mTorr, but the choice of the molecule La (Me-Et-AMD) 3 resides in the alkyl chain and therefore the binder of this bidentate and monoleptic molecule, but the binder chosen to manufacture the nano-materials thus constituted by the nanostructuration makes it possible to obtain a liquid precursor at the vaporization temperature at 1 Tor close to the vaporization temperature of the hafnium liquid precursor with tetrakis ethylmethylamino hafnium. Moreover, these molecules do not have pyrophoric reactions and therefore comply with the most stringent safety rules in use in the years 2005 to 2015.

Par ailleurs les composés azotés sont indispensables dans la formation de nano-matériaux stables pour des isolants car l'azote stabilise le composé par une résistance à la migration de l'oxygène et par la prise systématique des interstices et par une action de résistance à la formation de nucléases lors de montée en température. Ces nano-matériaux à base de composés comme LaaZrbOcNd sont une invention majeure dans l'industrie des semiconducteurs.  Furthermore, nitrogen compounds are essential in the formation of stable nano-materials for insulators because nitrogen stabilizes the compound by resistance to oxygen migration and by the systematic taking of interstices and a resistance action to the formation of nucleases during temperature rise. These nano-materials based on compounds such as LaaZrbOcNd are a major invention in the semiconductor industry.

Un second exemple de procédé de formation de matériau nanostructuré pour fabriquer une cellule capacitive de structure MIM sur wafer 300 mm de diamètre.  A second example of a process for forming a nanostructured material for manufacturing a capacitive cell of MIM structure on wafer 300 mm in diameter.

- Montée en température pendant 100 secondes pour atteindre 4500C et injection d'argon à 340 cm3/min et pression à 35 mTorr Injection d'argon à 350 cm3/min pendant 1 seconde - Injection d'hélium à 150 cm3/min pendant 350 msec (milli seconde) et de Hf[N(Et-Me)]4 40 mTorr de pression Injection d'argon à 350 cm3/min pendant 500 msec - Injection d'hélium à 180 cm3/min pendant 350 msec et La(Me-Et - AMD)3 20 mTorr de pression Injection d'argon à 350 cm3/min pendant 1 seconde Injection d'ozone à 380 cm3/min avec 150 cm3/min d'azote et 200 cm3/min de NH3 pendant 2500 msec Injection d'argon à 350 cm3/min pendant 2500 msec Injection d'hélium à 150 cm3/min pendant 350 msec (milli seconde) et de Ti[N(Et-Me)]4 1 mTorr de pression Injection d'argon à 350 cm3/min pendant 500 msec Injection de 03 à 380 cm3/min avec 150 cm3/min d'azote pendant 1250 msec Injection d'argon à 350 cm3/min pendant 1300 msec Injection d'hélium à 150 cm3/min pendant 350 msec (milli seconde) et de Ti[N(Et-Me)]4 1 mTorr de pression Injection d'argon à 350 cm3/min pendant 500 msec Injection de 03 à 380 cm3/min avec 150 cm3/min d'azote pendant 1250 msec Injection d'argon à 350 cm3/min pendant 1300 msec Injection d'hélium à 150 cm3/min pendant 350 msec (milli seconde) et de Ti[N(Et-Me)]4 -1 mTorr de pression Injection d'argon à 350 cm3/min pendant 500 msec Injection de 03 à 380 cm3/min avec 150 cm3/min d'azote pendant 1250 msec Injection d'argon à 350 cm3/minpendant 1300 msec 20 25 30 35 40 Injection d'hélium à 150 cm3/min pendant 350 msec (milli seconde) et de La(Me-Et - AMD)3 40 mTorr de pression Injection d'argon à 350 cm3/min pendant 500 msec Injection d'hélium à 180 cm3/min pendant 350 msec et Hf[N (Et-Me)]4 20 mTorr de pression Injection d'argon à 350 cm3/min pendant 1 seconde Injection d'ozone à 380 cm3/min avec 150 cm3/min d'azote et 200 cm3/min de NH3 pendant 2500 msec Injection d'argon à 350 cm3/min pendant 2500 msec Pour une croissance de nanostructures épaisse en totalité de 100 Angstroms, la valeur de l'EOT tirée du diagramme de capacitance en voltage est de 6,3 Angstroms pour un matériau isolant HfaLabTJ.cOdNe.  - Rise in temperature for 100 seconds to reach 4500C and argon injection at 340 cm3 / min and pressure at 35 mTorr Argon injection at 350 cm3 / min for 1 second - Helium injection at 150 cm3 / min for 350 msec (millisecond) and Hf [N (Et-Me)] 4 40 mTorr pressure Argon injection at 350 cc / min for 500 msec - helium injection at 180 cc / min for 350 msec and La (Me- And - AMD) 3 mTorr of pressure Argon injection at 350 cm3 / min for 1 second Ozone injection at 380 cm3 / min with 150 cm3 / min of nitrogen and 200 cm3 / min of NH3 for 2500 msec Injection d Argon at 350 cm3 / min for 2500 msec Helium injection at 150 cm3 / min for 350 msec (milli second) and Ti [N (Et-Me)] 4 1 mTorr of pressure Argon injection at 350 cm3 / min for 500 msec Injection from 03 to 380 cm3 / min with 150 cm3 / min of nitrogen for 1250 msec Injection of argon at 350 cm3 / min for 1300 msec Injection of helium at 150 cm3 / min for 350 msec (milli second ) and Ti [N (Et-Me)] 4 1 mTorr of pressure Argon injection at 350 cm3 / min for 500 msec Injection of 03 to 380 cm3 / min with 150 cm3 / min of nitrogen for 1250 msec Injection of argon at 350 cm3 / min for 1300 msec Injection of helium at 150 cm3 / min for 350 msec (milli second) and Ti [N (Et-Me)] 4 -1 mTorr of pressure Injection of argon at 350 cm3 / min for 500 msec Injection from 03 to 380 cm3 / min with 150 cm3 / min of nitrogen for 1250 msec Injection of argon at 350 cm3 / min 1300 msec 20 25 30 35 40 Injection of helium at 150 cm3 / min for 350 msec (milli second) and La (Me-Et - AMD) 3 40 mTorr pressure Argon injection at 350 cm3 / min for 500 msec Helium injection at 180 cm3 / min for 350 msec and Hf [N (Et-Me) ] 4 mTorr of pressure Argon injection at 350 cm3 / min for 1 second Ozone injection at 380 cm3 / min with 150 cm3 / min of nitrogen and 200 cm3 / min of NH3 for 2500 msec Injection of argon at 350 cc / min for 2500 msec For nanostructure growth At 100 Angstroms thick, the EOT value from the voltage capacitance diagram is 6.3 Angstroms for an insulating material HfaLabTJ.cOdNe.

Un troisième exemple de procédé de formation de matériau nanostructuré pour fabriquer une cellule capacitive 15 de structure MIM sur wafer 300 mm de diamètre.  A third example of a process for forming a nanostructured material for manufacturing a capacitive cell having a 300 mm diameter wafer MIM structure.

Montée en température pendant 100 secondes pour atteindre 4500C et injection d'argon à 340 cm3/rnin et pression à 35 mTorr Injection d'argon à 350 cm3/min pendant 1 seconde Injection d'hélium à 150 cm3/min pendant 350 msec (milli seconde) et de Hf[N(Et-20 Me)]4 40 mTorr de pression Injection d'argon à 350 cm3/min pendant 500 msec Injection d'hélium à 180 cm3/min pendant 350 msec et Ti[N(Et-Me)]4 20 mTorr de pression Injection d'argon à 350 cm3/min pendant 1 seconde Injection d'ozone à 380 cm3/min avec 150 cm3/min d'azote et 200 cm3/min de NH3 pendant 2500 msec Injection d'argon à 350 cm3/min pendant 2500 msec Injection d'hélium à 150 cm3/min pendant 350 msec (milli seconde) et Pr(Me-Et - AMD)3 1 mTorr de pression - Injection d'argon à 350 cm3/min pendant 500 msec - Injection de 03 à 380 cm3/min avec 150 cm3/min d'azote pendant 1250 msec Injection d'argon à 350 cm3/min pendant 1300 msec Injection d'hélium à 150 cm3/min pendant 350 msec (milli seconde) et de Pr(Me-Et - AMD)3 1 mTorr de pression Injection d'argon à 350 cm3/min pendant 500 msec - Injection de 03 à 380 cm3/min avec 150 cm3/min d'azote pendant 1250 msec Injection d'argon à 350 cm3/min pendant 1300 msec Injection d'hélium à 150 cm3/min pendant 350 msec (milli seconde) et de Pr(NIe-Et - AIVID)3 1 mTorr de pression Injection d'argon à 350 cm3/min pendant 500 msec Injection de 03 à 380 cm3/min avec 150 cm3/min d'azote pendant 1250 msec Injection d'argon à 350 cm3/min pendant 1300 msec Injection d'hélium à 150 cm3/min pendant 350 msec (mil seconde) et de Ti[N(Et-Me)]4 40 mTorr de pression Injection d'argon à 350 cm3/min pendant 500 msec Injection d'hélium à 180 cm3/min pendant 350 msec et Hf[N(Et-Me)]4 20 mTorr de pression Injection d'argon à 350 cm3/min pendant 1 seconde Injection d'ozone à 380 cm3/min avec 150 cm3/min d'azote et 200 cm3/min de NH3 pendant 2500 msec Injection d'argon à 350 cm3/min pendant 2500 msec Pour une croissance de nanostructures épaisse en totalité de 80 Angstroms, la valeur de l'EOT tirée du diagramme de capacitance en voltage est de 6 Angstroms pour un matériau isolant HfaTibPrcOdNe.  Rise in temperature for 100 seconds to reach 4500C and argon injection at 340 cm3 / min and pressure at 35 mTorr Argon injection at 350 cm3 / min for 1 second Helium injection at 150 cm3 / min for 350 msec (milli second) and Hf [N (Et-20 Me)] 40 mTorr of pressure Argon injection at 350 cm3 / min for 500 msec Helium injection at 180 cm3 / min for 350 msec and Ti [N (Et) Me)] 4 mTorr of pressure Argon injection at 350 cm3 / min for 1 second Ozone injection at 380 cm3 / min with 150 cm3 / min of nitrogen and 200 cm3 / min of NH3 for 2500 msec Injection of Argon at 350 cm3 / min for 2500 msec Helium injection at 150 cm3 / min for 350 msec (milli second) and Pr (Me-Et - AMD) 3 1 mTorr of pressure - Argon injection at 350 cm3 / min for 500 msec - Injection from 03 to 380 cm3 / min with 150 cm3 / min of nitrogen for 1250 msec Injection of argon at 350 cm3 / min for 1300 msec Injection of helium at 150 cm3 / min for 350 msec (milli second) and Pr ( Me-Et - AMD) 3 1 mTorr of pressure Argon injection at 350 cm3 / min for 500 msec - Injection from 03 to 380 cm3 / min with 150 cm3 / min of nitrogen for 1250 msec Injection of argon at 350 cm3 / min for 1300 msec Helium injection at 150 cm3 / min for 350 msec (milli second) and Pr (NIe-Et - AIVID) 3 1 mTorr of pressure Argon injection at 350 cm3 / min for 500 msec Injection of 03 at 380 cm3 / min with 150 cm3 / min of nitrogen for 1250 msec Argon injection at 350 cm3 / min for 1300 msec Helium injection at 150 cm3 / min for 350 msec (millisecond) and Ti [N (Et-Me)] 4 40 mTorr pressure Argon injection at 350 cc / min for 500 msec Helium injection at 180 cc / min for 350 msec and Hf [N (Et-Me)] 4 mTorr 20 pressure Argon injection at 350 cm3 / min for 1 second Ozone injection at 380 cm3 / min with 150 cm3 / min of nitrogen and 200 cm3 / min of NH3 for 2500 msec Argon injection at 350 cm3 / min for 2500 msec For thick nanostructure growth e in total of 80 Angstroms, the value of the EOT from the voltage capacitance diagram is 6 Angstroms for an insulating material HfaTibPrcOdNe.

20 25 30 3520 25 30 35

Claims (5)

REVENDICATIONS 1. Une technique de formation de nanomatériaux diélectriques pour dispositifs capacitifs au-dessus d'un matériau semi-conducteur ou d'un matériau conducteur se caractérise en ce qu'elle consiste en un cycle de réactions moléculaires et de saturation des surfaces comprenant les étapes successives et indissociables: Croissance d'un facteur ao un quart d'une mono-couche MCO de composé quaternaire comprenant les oxynitrures à base des isotopes de germanium, de zirconium, d'hafnium, de lutécium, de lanthanides, de titane.  A technique for forming dielectric nanomaterials for capacitive devices over a semiconductor material or a conductive material is characterized in that it consists of a cycle of molecular reactions and saturation of the surfaces comprising the steps successive and indissociable: Growth a factor ao a quarter of a mono-layer MCO quaternary compound comprising oxynitrides based on isotopes of germanium, zirconium, hafnium, lutetium, lanthanides, titanium. Croissance d'un facteur al une mono-couche MC1 de composé binaire ou ternaire ou quaternaire comprenant les oxydes et oxynitrures à base des isotopes de zirconium, d'hafnium, de lutécium, de lanthanides, de titane.  Growth of a factor al a mono-layer MC1 of binary or ternary or quaternary compound comprising oxides and oxynitrides based on isotopes of zirconium, hafnium, lutetium, lanthanides, titanium. Croissance d'un facteur az un quart d'une mono-couche MC2 de composé quaternaire comprenant les oxynitrures à base des isotopes de zirconium, d'hafnium, de lutécium, de lanthanides, de titane.  Growth of a factor a quarter of a mono-layer MC2 of quaternary compound comprising oxynitrides based on isotopes of zirconium, hafnium, lutetium, lanthanides, titanium. 2. Une technique de formation de nanomatériaux diélectriques pour dispositifs capacitifs au-dessus d'un matériau semi-conducteur ou d'un matériau conducteur selon la revendication précédente se caractérise en ce que la croissance d'au moins un quart de mono-couche MCO ou MC2 de composé quaternaire consiste en un cycle de réactions de chimisorption et de polymérisation dans une chambre pressurisée à une pression comprise entre 0,5 Torr et 5 mTorr et à une température comprise entre 25 C et 450 C pour atteindre une épaisseur donnée résultant de la saturation des réactions de chimisorption et de polymérisation selon le facteur de croissance a correspondant au nombre de cycles de croissance et prenant les valeurs 1, 2, 3, 4, 5 en fonction de l'épaisseur totale du matériau et dont le cycle d'étapes comprend les étapes successives et indissociables: Sous atmosphère à pression constante d'un gaz sélectionné parmi l'azote, l'argon ou l'hélium, montée de la température ambiante à une température comprise entre 25 C et 450 C mais préférentiellement entre 250 C et 450 C et très préférentiellement entre 360 C et 390 C pendant au-moins 30 secondes et au plus 3 minutes, Injection dosée d'un réactif 1 à l'état de vaporisation avec un gaz vecteur comme l'hélium ou l'argon pendant au-moins un millième de seconde et au plus 30 secondes, - Sous atmosphère d'un gaz d'hélium ou d'argon, aspiration par pompage de la chambre pendant un millième de seconde et au plus 30 secondes, - Injection dosée d'un réactif 2 à l'état de vaporisation avec un gaz vecteur comme l'hélium ou l'argon pendant au-moins un millième de seconde et au plus 30 secondes, Sous atmosphère d'un gaz d'hélium ou d'argon, aspiration par pompage de la chambre pendant un millième de seconde et au plus 30 secondes, Injection dosée et simultanée ou combinée ou conjuguée d'un réactant 1 comme l'ozone ou l'eau lourde du type D20 et d'un réactant 2 comme l'ammoniac à l'état de vaporisation avec un gaz vecteur comme l'azote ou l'argon pendant au-moins un millième de seconde et au plus 30 secondes, Sous atmosphère d'un gaz d'azote ou d'argon, aspiration par pompage de la chambre pendant un millième de seconde et au plus 30 secondes.  2. A technique for forming dielectric nanomaterials for capacitive devices over a semiconductor material or a conductive material according to the preceding claim is characterized in that the growth of at least a quarter of mono-layer MCO or MC2 of quaternary compound consists of a cycle of chemisorption and polymerization reactions in a pressurized chamber at a pressure of between 0.5 Torr and 5 mTorr and at a temperature of between 25 C and 450 C to achieve a given thickness resulting from the saturation of the chemisorption and polymerization reactions according to the growth factor a corresponding to the number of growth cycles and taking the values 1, 2, 3, 4, 5 as a function of the total thickness of the material and whose cycle of stages comprises successive and indissociable stages: Under constant pressure atmosphere of a gas selected from nitrogen, argon or helium, temperature rise ambient temperature at a temperature between 25 C and 450 C but preferably between 250 C and 450 C and very preferably between 360 C and 390 C for at least 30 seconds and at most 3 minutes, metered injection of a reagent 1 to 1 state of vaporization with a carrier gas such as helium or argon for at least one thousandth of a second and at most 30 seconds, - Under an atmosphere of a helium or argon gas, suction by pumping of the chamber for one thousandth of a second and not more than 30 seconds, - metered injection of a reagent 2 in the vaporization state with a carrier gas such as helium or argon for not less than one thousandth of a second and not more than 30 seconds, Under the atmosphere of a helium or argon gas, suction pumped from the chamber for one thousandth of a second and not more than 30 seconds, metered and simultaneous or combined or conjugated injection of a reactant 1 such as ozone or heavy water type D20 and a reactant 2 such as ammonia the state of vaporization with a carrier gas such as nitrogen or argon for at least one thousandth of a second and at most 30 seconds, under the atmosphere of a nitrogen gas or argon, pumped suction of the room for one thousandth of a second and not more than 30 seconds. 3. Une technique de formation de nanomatériaux diélectriques pour dispositifs capacitifs au-dessus d'un matériau semi-conducteur ou d'un matériau conducteur selon les revendications précédentes se caractérise en ce qu'une mono-couche MCO ou MC2 est réalisée très préférentiellement de films à gradient de concentration et à gradient inverse de concentration de chaque élément de la combinaison de composés binaires ou ternaires ou quaternaires comprenant les oxydes, nitrures et oxynitrures à base d'isotopes de zirconium, d'hafnium, de lutécium, de lanthanides, de germanium, de titane.  3. A technique for forming dielectric nanomaterials for capacitive devices over a semiconductor material or a conductive material according to the preceding claims is characterized in that a mono-layer MCO or MC2 is made very preferably of concentration gradient and inverse gradient concentration films of each element of the combination of binary or ternary or quaternary compounds including oxides, nitrides and oxynitrides based on isotopes of zirconium, hafnium, lutetium, lanthanides, germanium, titanium. 4. Une technique de formation de nanomatériaux diélectriques pour dispositifs capacitifs au-dessus d'un matériau semi-conducteur ou d'un matériau conducteur selon la revendication 1 se caractérise en ce que la croissance d'au moins un quart de mono-couche MC1 de composé binaire ou ternaire ou quaternaire consiste en un cycle de réactions de chimisorption et de polymérisation dans une chambre pressurisée à une pression comprise entre 0,5 Torr et 5 mTorr et à une_température comprise entre 25 C et 450 C pour atteindre une épaisseur donnée résultant de la saturation des réactions de chimisorption et de polymérisation selon le facteur de croissance ai correspondant au nombre de cycles de croissance et prenant les valeurs 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 en fonction de l'épaisseur totale du matériau et dont le cycle d'étapes comprend les étapes successives et indissociables: Sous atmosphère à pression constante d'un gaz sélectionné parmi l'azote, l'argon, le deutérium, le tritium ou l'hélium, montée de la température ambiante à une température comprise entre 50 C et 450 C pendant au-moins 30 secondes et au plus 3 minutes, Injection dosée d'un réactif à l'état de vaporisation avec un gaz vecteur comme l'hélium ou l'argon pendant au- moins un millième de seconde et au plus 30 secondes, Sous atmosphère d'un gaz d'hélium ou d'argon, aspiration par pompage de la chambre pendant un millième de seconde et au plus 30 secondes, Injection dosée d'un réactant comme l'ozone ou l'eau lourde du type D20 à l'état de vaporisation avec un gaz vecteur comme l'azote ou l'argon pendant au-moins un millième de seconde et au plus 30 secondes, Sous atmosphère d'un gaz d'azote ou d'argon, aspiration par pompage de la chambre pendant un millième de seconde et au plus 30 secondes.  4. A technique for forming dielectric nanomaterials for capacitive devices over a semiconductor material or a conductive material according to claim 1 is characterized in that the growth of at least one quarter of a MC1 monolayer of binary or ternary or quaternary compound consists of a cycle of chemisorption and polymerization reactions in a pressurized chamber at a pressure between 0.5 Torr and 5 mTorr and at a temperature between 25 C and 450 C to achieve a given thickness resulting saturation of the chemisorption and polymerization reactions according to the growth factor ai corresponding to the number of growth cycles and taking the values 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 , 13, 14, 15 as a function of the total thickness of the material and whose cycle of steps comprises the successive and indissociable steps: Under a constant-pressure atmosphere of a gas selected from nitrogen, the argon, deuterium, tritium or helium, raised from ambient temperature to between 50 ° C and 450 ° C for at least 30 seconds and not more than 3 minutes, Metered reagent injection vaporization with a carrier gas such as helium or argon for at least one thousandth of a second and not more than 30 seconds, under atmosphere of a helium or argon gas, suction pumped from the chamber for one thousandth seconds and not more than 30 seconds, metered injection of a reactant such as ozone or heavy water of the D20 type into the vaporization state with a carrier gas such as nitrogen or argon for at least one thousandth of a second and a maximum of 30 seconds, Under a nitrogen gas or argon gas, aspiration by pumping the chamber for one thousandth of a second and at most 30 seconds. 5. Une technique de formation de nanomatériaux diélectriques pour dispositifs capacitifs au-dessus d'un matériau semi-conducteur ou d'un matériau conducteur selon les revendications 1, 2, 3, 4 se caractérise 30 35 en ce qu'une injection dosée de réactif 1 ou 2 consiste en un dosage d'au-moins une nano-mole par centimètre carré et au plus 100 micron-mole par centimètre carré de précurseurs métal organiques liquides à radical de type alkyl amide ou (R- R' - AMD)3 avec R, R' comme groupes alkyl pour tout métal comprenant le lutécium, l'yttrium, le lanthane, le cérium, le praséodyme, le néodyme, le prométhium, le samarium, l'europium, le gadolinium, le terbium, le dysprosium, l'erbium, le thulium, l'ytterbium, le germanium, l'hafnium, le zirconium, le titane et ayant toutes les propriétés suivantes: la température de vaporisation doit être inférieure à 135 C mais préférentiellement inférieure à 115 C le réactif ne peut réagir que par catalyse et par action thermique sans aucune 10 réaction de décomposition l'énergie libre de Gibbs de la réaction du réactif avec la surface sur laquelle il est projetée, doit être strictement négative la réaction de thermolyse du réactif ne doit pas libérer plus d'un ion réactif composé de carbone et hydrogène dans une gamme de température variant de 25 C 15 à 450 C.  5. A technique for forming dielectric nanomaterials for capacitive devices over a semiconductor material or a conductive material according to claims 1, 2, 3, 4 is characterized in that a metered injection of Reagent 1 or 2 consists of a dosage of at least one nanomole per square centimeter and not more than 100 micron-mole per square centimeter of liquid organic metal precursors to an alkyl amide radical or (R-R '- AMD) 3 with R, R 'as alkyl groups for any metal including lutetium, yttrium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium , erbium, thulium, ytterbium, germanium, hafnium, zirconium, titanium and having all of the following properties: the vaporization temperature must be less than 135 C but preferably less than 115 C the reagent does not can react only by catalysis and by action t Without any reaction of decomposition, the Gibbs free energy of the reaction of the reagent with the surface on which it is projected must be strictly negative. The reaction of thermolysis of the reagent must not release more than one reactive ion composed of carbon. and hydrogen in a temperature range of from 25 C to 450 C. probabilité de collage moléculaire sur surface lipophile inférieure ou égale à 0,08 25 30 35  probability of molecular bonding on lipophilic surface less than or equal to 0.08
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