Projets et Laboratoires de la FMNT-Grenoble en Micronanotechnologies

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Corinne Bernard
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1 Projets et Laboratoires de la FMNT-Grenoble en Micronanotechnologies Matériaux LMGP Technologies UMR 5628 Composants LTM SPINTEC UMR 5129 URA 2512 Micro-systèmes IMEP UMR 5130

2 Les thématiques des Recherche LMGP: LTM: Synthèse et caratérisation de matériaux fonctionnels à fort potentiel d application Développement de technologies impliquées dans l élaboration des nanocomposants IMEP: Composants et circuits micronanoélectroniques et Photoniques SPINTEC:Composants spintroniques fonctionnels innovants issus de la recherche amont et validation technologique

nanocomposants IMEP: Composants et circuits micronanoélectroniques et Photoniques

3 FMNT/LMGP- Dépôt CVD assisté par interférométrie laser UV pour la nanostructuration 3D Obtenir des matériaux sous forme de : * systèmes 3D de nanoplots (magnétiques) : couplages magnétiques, propriétes magnéto-optiques * systèmes 3D de nanotrous (gap photonique) systèmes 3D de nanotrous (électrodes à porosité contrôlée) Porte-échantillon Interféromètre Laser UV pulsé (355 nm,10 ns) Image MEB d une couche fine d hybride Organique- Minéral structuré bidimensionnellement Schéma de principe de l interféromètre

photonique) systèmes 3D de nanotrous (électrodes à porosité contrôlée) Porte-échantillon Interféromètre Laser UV pulsé (355

4 FMNT/LMGP- Liquid injection chemical vapor deposition of oxides nanostructures (dots ) Objectives I) Insitu study during CVD of the growth of oxide nanostructures and films by AFM II) Insitu study of the electrical and magnetic properties (conductivity, dielectric properties ) using physical modes of the AFM/STM (TUNA, PFM, MFM, tunneling spectrocopy ) STO substrate 5 inj. 10 inj. 50 inj. T S =550ºC Effect of T on nucleation and growth studied Conditions for Fe 2 O 3 dots growth determined MOCVD reactor equipped with a liquidinjection source Coupling of the reactor to an ultra-high vacuum AFM/STM (Omicron)

the AFM/STM (TUNA, PFM, MFM, tunneling spectrocopy ) STO substrate 5 inj. 10 inj. 50 inj.

5 FMNT/LTM -Materiaux innovants et Nano-objets objets Dots Dots Substrate Substrate 5nm Dot Tunnel oxide Substrate Intégration des nc-si dans une cellule mémoire SiH 4 Si-Au eutectic Si Elaboration de Nanofils par CVD catalytique Current [na] x 500 nm 39 MΩ 90 0 nm Vgap [V] I(v) 44 MΩ 363 C Caractérisation Nanofil unique par STM/AFM VLS solid

par CVD catalytique Current [na] 25 20 15 10 5 0-5 -10-15 -20-25 500 x 500 nm 39 MΩ 90 0 nm -30-1.5-1.

6 FMNT/LTM Procédés Plasmas Procédés de gravure des grilles métalliques impliqués dans les filières CMOS 32 et 22 nm p-si 8 nm Grille Poly Si sub 10 nm/1 nm SiO Grille Poly Si /TiN/WN/HfO2 8 Métrologie par - Évolution de la rugosité des 6 AFM 3D haute résines pendant un procédé 4 résolution pour - Mise au point de traitement spécifiques pour minimiser la 2 contrôle rugosité 0 Litho dimensionnel Heigh t (nm) LWR (nm) Profil moyen (nm) Litho Cure a-c p-si p-si + HF Procédés de gravure des matériaux diélectriques impliqués dans les filières CMOS 32 et 22 nm Masque dur TiN SiOCH poreux TiN Ti 5% SiO 2 F 40% C 12% p-sioch O 30% Si 13% Si 12 % O 26% C F 10% 40% Ti 12% Analyse topographique chimique par XPS

3 4 5 dimensionnel 120 80 40 Heigh t (nm) 0-40 -80-120 -160-200 -100-80 -60-40 -20 0 20 40 60 80 100 LWR (nm) Profil moyen (nm) Litho Cure a-c p-si p-si + HF Procédés de gravure des matériaux

7 FMNT/LTM Nanolithographie Lithographie 193 nm à immersion -étude des phénomènes de polarisation -test de résines -test de liquides d'indice ArF laser Interféromètre achromatique à immersion 80 nml/s, polarisation TE, liquide : eau Lithographie par Nano Impression: technique haute résolution, et faible coût hν Moule transparent Monomères photosensibles de faible viscosité Substrat Contrôle dimensionnel par scattérométrie λ s p θ i θ d m -2-1 m = 10

: eau Lithographie par Nano Impression: technique haute résolution, et faible coût hν Moule transparent

8 FMNT/IMEP Composants CMOS et post CMOS Nouvelles architectures de composants (SOI, DGMOS, FinFETs, 4G, ), Nouveaux matériaux, Ingénierie de la contrainte, Nanostructures (NEMS, nanofils, dots ) Grille arrière 50nm Source CEA/LETI 2005 Grille avant Drain k HH (q,j) à 39meV s = -1GPa [110] Dimensions dans la gamme des 10nm : films minces et grilles ultra courtes fonctionnement, effets quantique, balistique, fluctuations Accent sur le transport électronique µ 0 (cm 2 /V/s) Mobilité dans les MOS ultra-courts Balistique? Défauts? ssi Ref ssi ESL Ref ESL Extraction des propriétés de transport Caractérisation des interfaces Développement expérimentaux µ(t,b ) Modélisation et simulation avancée. Nanofils 15x25nm 2 gravés sous AFM Oscillations de Coulomb à basse température L (µm) FP6/IP PULLNANO, FP6/NoE SiNano, FP6/TN Euro-SOI, ANR MODERN,

quantique, balistique, fluctuations Accent sur le transport électronique µ 0 (cm 2 /V/s) Mobilité dans les MOS ultra-courts 600 500 400 300 200 100 Balistique? Défauts?

9 FMNT/IMEP RF & optomicroondes Intégration de composants et fonctions RF Passifs sur Si, SOI, filtres répartis, dispositifs accordables Caractérisation hyperfréquence (VNA >100GHz) Antennes intégrées, interconnexions RF (comme alternative au BEOL classique) Nouveaux systèmes de transmission Systèmes de transmission haut-débit Points clefs : encombrement spectral, compatibilité entre systèmes (agilité), distribution mixte RF/optique Interface de réception UWB intégré en technologie BiCMOS SiGe 0,35µm. Transmission ultra large bande (UWB) en RF ou sur fibre optique Points clefs : consommation Coord. : FP6/NoE ISIS, FP6/STREP UROOF, RNRT Bilbao PLATEST plate-forme /caractérisation de liens optiques haut-débit (IMEP-LETI-Agilent) 2 start-up : STANTEC, Infiniscale RF à ϕ+π/2 RF à ϕ Modélisation électromagnétique En particulier compatibilité électromagnétique, interconnexions, packaging Conversion optique et multiplexage des signaux RF. Ex : modulations QAM

(agilité), distribution mixte RF/optique Interface de réception UWB intégré en technologie BiCMOS SiGe 0,35µm.

FMNT/IMEP Photonique intégrée Photonique intégrée sur verre Filière technologique complète sur verre (CAO, réalisation, connectique) Intégration 3D de fonctions optiques Projets : FP6 (LANCER,

10 FMNT/IMEP Photonique intégrée Photonique intégrée sur verre Filière technologique complète sur verre (CAO, réalisation, connectique) Intégration 3D de fonctions optiques Projets : FP6 (LANCER, NESLIE), ESA (IODA2) Spin-off : Teem Photonics (leader mondial) Photonique intégrée sur SC Conception de structures intégrées sur SC Modélisation électromagnétique Micro-résonateurs sur SOI (microdisques, microtores) Application / MUX, DEMUX compacts Capteurs optiques et optoélectronique THz Spectroscopes visibles et IR intégrés, Capteurs de champs vectoriels (DC à 45GHz), Spectroscopie THz dans le domaine temporel : métrologie, contrôle non destructif, guidage THz Projets DGA (3), FP6 TeraEye 8 brevets en 3 ans, 1 start-up (A2PS vélocimètres intégrés) Matrice de lasers intégrés sur verre, calibrée sur la grille ITU (écarts 25 et 100 GHz entre lasers adjacents) ) (µm z Spectre d'émission (a.u.) l (1.533 à µm) Vélocimètre Doppler intégré (sprays de particules de 1 à 100µm de diamètre) Figure d'interférence émise x (µm) inte rfrange =0.800 µm Bouffée d'interférence renvoyée par une particule d vitesse de la particule

(microdisques, microtores) Application / MUX, DEMUX compacts Capteurs optiques et optoélectronique THz Spectroscopes visibles et IR intégrés, Capteurs de champs vectoriels (DC à 45GHz), Spectroscopie

11 FMNT/SPINTEC :Injection d électrons avec spin hors du plan dans couche à aimantation planaire CoFe CoFe (Pt/Co) Cu PtMn Cu J Al 2 O 3 Précession entretenue d aimantation Précession (2GHz-40GHz) + Tunnel MR Tension RF Oscillateurs RF accordables Radio opportunisme, interconnections RF

Précession entretenue d aimantation Précession (2GHz-40GHz) + Tunnel

12 FMNT/SPINTEC: Nanofils, nanogrilles, Nanostructures autosupportées Nanostructures obtenues par dépôt sur substrats prégravés puis décollement. Toute forme et dimension>30nm (fils, grilles, anneaux ), toute composition par PVD, interfaces parallèles à la longueur de la structure.

13 FMNT/SPINTEC: Enregistrement multiniveaux Multicouches à anisotropie hors du plan M V (a.u) hall Z ❼ ❻ ❺ ❹ ❸ ❷ ❶ ⓿ H (koe) Tri-multicouches (empilement de 3 (Co/Pt) ML) Écriture sur média discret But: Augmenter la densité de stockage sans avoir à réduire la taille des bits

6 H (koe) Tri-multicouches (empilement de 3 (Co/Pt) ML) Écriture sur média

14 FMNT/SPINTEC: Enregistrement à 1Terabit/pouce² sur media discret Couche magnétique Si/SiO 2 disque Avantages : -Gravure Si très bien controllée, -Découplage nanostructuration/ choix matériau magnétique -Nano-impression possible Image magnétique (MFM) Plots (100*200nm) = = Signal de lecture: Collaborations:

-Découplage nanostructuration/ choix matériau magnétique -Nano-impression

15 Diélectriques à forte permittivité (LMGP/LTM/IMEP) Matériaux et caractérisation physico-chimiques Elaboration d oxydes à forte permittivité par MOCVD à injection sur Si/SiO 2 (CMOS) et métal (MIM) Caractérisations microstructurales fines HfO 2 sur Si/SiO 2 pour application CMOS HfO 2 et composés parents, Y 2 O 3, silicates, SrTiO 3 Etude des interfaces Si/oxyde et oxyde/métal Optimisation des propriétés électriques (ε, courants de fuite ) Intégration dans des dispositifs (CMOS et MIM) avec ST/LETI/LEOM Gravure de l'empilement de grille TiN BCl3 ICP plasmas Caractérisation Electrique Expertise : techniques avancées pour la caractérisation électrique des diélectriques ultra minces Pompage de charge, bruit RTS, Profils de défauts (résolution sub-nm) Influence des défauts sur le transport Mesures C(V), I(V) Etch rate (A/min) HfO2 Si SiO2 0Wb 10Wb 20Wb SiO 2 /HfO 2 SiO 2

propriétés électriques (ε, courants de fuite ) Intégration dans des dispositifs (CMOS et MIM) avec ST/LETI/LEOM Gravure de l'empilement de grille TiN BCl3 ICP plasmas Caractérisation Electrique

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