Le PICOSUN est un équipement de dépôt ALD (Atomic Layer Deposition). Nous allons voir en quoi cela consiste et quel est son intérêt.
Comme vous le savez peut-être, la technologie PICS5 n’est pas basée sur la même architecture que les technologies PICS précédentes. Les couches qui constituent le condensateur (diélectrique et électrodes) ne sont pas déposées sur des tripodes dont les dimensions sont de l’ordre du micromètre, mais sur une structure 3D beaucoup plus complexe dont les dimensions sont 10 fois plus petites, de l’ordre de centaine de nanomètres.
Pour le PICS5, les différentes couches ne peuvent plus être déposées par la technique LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition), car elle n’est pas adaptée à une échelle aussi petite et une structure aussi complexe. Au contraire, la technique ALD convient parfaitement au dépôt de couches minces. Elle permet un contrôle de l’épaisseur à l’échelle atomique.
Comme indiqué sur le schéma, un cycle ALD est généralement constitué de 4 étapes :
Les étapes de pulses des précurseurs génèrent des réactions gaz-solide avec le substrat, tandis que les étapes de purges permettent d’évacuer le surplus du précurseur qui n’a pas réagi, ainsi que les sous-produits gazeux de la réaction. Ensuite, ce cycle est répété plusieurs fois afin d’atteindre l’épaisseur souhaitée pour la couche déposée. Il faut noter que les réactions sont « auto-limitées » (du fait de mécanismes de saturation), ce qui constitue une caractéristique importante de la technique ALD. Dans le cas d’un dépôt de nitrure de titane (TiN) par exemple, l’un des précurseurs peut être le tétrachlorure de titane (TiCI4) et l’autre précurseur l’ammoniac (NH3).
Il existe plusieurs fabricants d’équipements ALD dans le monde. Pour les besoins de la R&D, nous avons choisi le fournisseur PICOSUN, dont le siège est basé en Finlande. La particularité de l’équipement fourni par PICOSUN réside dans le mode de dépôt appelé « exposure mode » : le dépôt ne s’effectue pas sous un flux continu de gaz précurseur, mais au contraire ce dernier est stoppé à l’intérieur de la chambre de réaction afin d’optimiser la diffusion des espèces chimiques. Ce mode de dépôt est particulièrement adapté aux structures 3D complexes, comme celles du type PICS5 et des futures technologies (PICS6 etc…). Enfin, le PICOSUN est très flexible, ce qui permet de changer facilement de précurseurs pour investiguer divers matériaux.
« Elle permet un contrôle de l’épaisseur à l’échelle atomique »
Les premiers essais concernant l’utilisation de l’équipement PICOSUN pour le PICS5 ont été menés en coopération avec le laboratoire R&D de Murata situé à Yasu, au Japon. Comme les résultats étaient concluants, il a été décidé d’installer un équipement identique à Caen pour sécuriser le projet. Il a été livré en janvier 2020, puis installé en salle blanche. Il a fallu ensuite transférer les recettes de dépôt testées précédemment au Japon. Les premiers résultats sont encourageants. Maintenant, les travaux visent à optimiser l’équipement en vue de l’industrialisation du PICS5 (coût, cadence de production, etc…).
Le saviez-vous ?
La technique ALD a été développée indépendamment à la fois en Finlande et en Union-Soviétique. L’un des inventeurs finlandais de cette technique, Tuomo Suntola, fait partie du conseil d’administration de la société PICOSUN.