Brevet FR2884969A1 — publié le 20061027

INTEGRATION D'ELEMENTS CAPACITIFS SOUS FORME DE CERAMIQUE PEROVSKITE La présente invention concerne la réalisation d'éléments capacitifs en circuit intégré. L'invention concerne, plus particulièrement, la réalisation d'éléments' capacitifs à partir d'oxydes perovskites. Un exemple d'application de l'invention concerne la réalisation de circuits intégrés de mémoire à haute densité dans lesquels les condensateurs des points mémoire sont réalisés dans une couche de perovskite pour former le diélectrique. Une difficulté du recours aux oxydes perovskites dans la réalisation de circuits semiconducteurs est liée à la mauvaise croissance cristalline des perovskites sur des substrats de silicium. La fine couche ou film de perovskite déposé sur un substrat de silicium ne conserve pas les propriétés du monocristal ou de la céramique. On est donc contraint d'intercaler une interface entre le substrat de silicium et cette perovskite. Les mêmes problèmes se posent pour la croissance cristalline de perovskites sur une couche métallique ou sur un oxyde amorphe qui constituent les autres types de couches au-dessus desquelles on souhaite généralement réaliser des condensateurs intégrés. Pour préserver la structure monocristalline de la perovskite constituant le diélectrique des éléments capacitifs, l'interface sur laquelle cette perovskite est déposée doit permettre un dépôt par épitaxie. Par ailleurs, cette interface doit adhérer cristallisée sur le substrat sous-jacent et constituer une barrière de diffusion et de réaction entre le silicium (oxydé ou non) et la perovskite. Parmi les perovskites généralement utilisées pour former les couches diélectriques déposées par épitaxie sur les 10 substrats de silicium, on trouve: les titanates de baryum dopés au strontium (BST) dont la formule est (Ba,Sr)TiO3; les titanates de plomb dopés au zirconium (PZT), de formule Pb(Zr,Ti)O3 et leurs dérivés comme, par exemple, les titanates de plomb au zirconium et au lanthane (PLZT) ; et les perovskites double couche comme le tantalate de strontium et bismuth (SBT) de formule SrBi2Ta2O9, ou le niobate de strontium et bismuth (SBN) de formule SrBi2Nb2O9. Pour permettre le dépôt de telles perovskites sur un substrat d'oxyde de silicium (SiO2), on a généralement recours à une interface constituée d'une perovskite BiT (Bi4Ti3O12). Un inconvénient du recours à du BiT comme interface est qu'il s'agit d'une perovskite isolante. Par conséquent, pour réaliser un élément capacitif à partir d'un substrat de SiO2, on est obligé de recouvrir le BiT par une couche d'une autre perovskite conductrice, par exemple du LSCO ((La,Sr)CoO3), avant de déposer la couche de diélectrique. Un inconvénient est alors une complexité du procédé de réalisation et de la structure obtenue. Un exemple d'utilisation du BiT comme interface pour l'épitaxie d'une perovskite est décrit dans l'article: "Template Approaches to Growth of Oriented Oxide Heterostructures on SiO2/Si" de R. Ramesh et al. paru en 1994 dans la revue "Journal of Electronic Materials", Vol 23 n 1. La présente invention vise à proposer une nouvelle interface entre un substrat de silicium, de métal ou d'oxyde amorphe et une perovskite déposée par épitaxie et constitutive du diélectrique d'un élément capacitif intégré. L'invention vise en particulier à proposer une interface préservant les propriétés monocristallines de la perovskite formant le diélectrique. L'invention vise également à proposer une interface de structure simple. L'invention vise en outre à proposer un procédé de réalisation d'une telle interface qui soit compatible avec les technologies habituellement utilisées en micro-électronique et dont la réalisation soit facile. Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit l'utilisation d'une perovskite bidimensionnelle conductrice comme interface entre un substrat de silicium, de métal ou d'oxyde amorphe, et une perovskite isolante déposée par épitaxie. Selon un mode de mise en oeuvre de la présente invention, la perovskite bidimensionnelle conductrice est utilisée pour réaliser une des électrodes d'éléments capacitifs dont le diélectrique est constitué par la perovskite déposée par épitaxie. Selon un mode de mise en oeuvre de la présente 25 invention, la perovskite bidimensionnelle conductrice est du nickelate de lanthane dopé au strontium de formule La(2_x)SrxNiO(4 y)É L'invention prévoit également un procédé de réalisation d'éléments capacitifs en circuit intégré sur un substrat de silicium, de métal ou d'oxyde amorphe, consistant à déposer par épitaxie une perovskite isolante pour former le diélectrique des éléments capacitifs, et à utiliser comme interface entre la perovskite isolante et le substrat, une perovskite bidimensionnelle conductrice. Selon un mode de mise en oeuvre de la présente invention, l'interface est exclusivement constituée de ladite perovskite bidimensionnelle conductrice. Selon un mode de mise en oeuvre de la présente 5 invention, la perovskite d'interface est choisie pour présenter une structure cristalline quadratique. Selon un mode de mise en oeuvre de la présente invention, la perovskite d'interface est de formule: La (2-x)AXBO (4 y) , où A constitue le dopant, et où B 10 est un métal. Selon un mode de mise en oeuvre de la présente invention, le taux de dopant et la teneur en oxygène sont choisis en fonction de la conductivité souhaitée. L'invention prévoit en outre un circuit intégré comprenant une couche d'une perovskite isolante déposée par épitaxie pour former le diélectrique d'éléments capacitifs, au moins une électrode des éléments capacitifs étant constituée d'une perovskite bidimensionnelle conductrice formant une interface entre ledit diélectrique et un substrat de silicium, de métal ou d'oxyde amorphe sous-jacent. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'interface est exclusivement constituée de ladite perovskite bidimensionnelle conductrice. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 25 ladite perovskite bidimensionnelle conductrice est du nickelate de lanthane dopé au strontium. Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de mise et oeuvre et de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif. Une caractéristique de la présente invention est de prévoir l'utilisation d'une perovskite bidimensionnelle et conductrice en guise d'interface entre le substrat et la perovskite diélectrique. Une perovskite bidimensionnelle se définit comme ayant un axe cristallographique selon lequel le paramètre de maille "c" est très différent des paramètres de maille ("a" et "b") des deux autres axes qui sont quand à eux du même ordre de grandeur. La perovskite de l'invention est choisie pour avoir des paramètres de maille "a" et "b" proches de la plupart des perovskites diélectriques devant être déposées par épitaxie. De préférence, cette perovskite présente une structure cristalline quadratique, ce qui lui confère une capacité de croissance selon l'axe du paramètre "c". On favorise ainsi sa croissance sur un substrat de silicium qu'il soit oxydé ou non. Une autre caractéristique de la présente invention est que l'interface n'est constituée que d'un seul matériau conducteur. Elle peut alors constituer l'électrode de l'élément capacitif et recevoir directement la perovskite diélectrique classique. Selon un mode de mise en oeuvre préféré de la présente invention, la perovskite choisie est une perovskite à base de nickel. Par exemple, du nickelate de lanthane dopé au strontium de formule La(2_x)SrxNiO(4 y)É Le dépôt d'une telle perovskite directement sur un substrat d'oxyde de silicium s'effectue selon un mode de réalisation de l'invention par ablation laser dans les conditions suivantes. Le substrat est porté à une température comprise entre 650 et 750 C, par exemple 700 C. L'ensemble est traité dans une atmosphère d'oxygène résiduelle comprise entre 0,05 et 0,5 millibars, par exemple 0,1 millibars. Le nickelate de lanthane dopé au strontium présente en outre la caractéristique d'être un produit existant sous forme massive, ce qui permet d'utiliser une seule cible pour l'ablation laser. L'épaisseur du dépôt est, de préférence, comprise entre 200 et 700 nanomètres. La limite minimale a pour but d'éviter les interactions avec le substrat sous-jacent. La limite maximale préserve la stabilité de la couche obtenue. De préférence, l'épaisseur sera de l'ordre de 200 à 300 nanomètres. Les autres caractéristiques du dépôt par ablation laser sont à la portée de l'homme du métier en fonction de l'application. A titre d'exemple particulier, on pourra prévoir un refroidissement sous oxygène à pression d'environ 100 millibars ou plus. La longueur d'onde du laser utilisé sera préférentiellement inférieure à 300 nanomètres. Sa fréquence sera comprise entre 1 et 20 Hertz et le rapport cyclique sera choisi pour une durée d'impulsion comprise entre 10 et 20 nanosecondes. Ces conditions d'ablation constituent un mode de mise en oeuvre préférée toutefois non limitatif. On notera que l'invention permet le dépôt des deux perovskites (conductrice d'interface pour réaliser l'électrode et isolante du diélectrique) sans ouvrir la chambre d'ablation laser. Cela participe à optimiser le procédé de réalisation. Un avantage de l'invention est que la perovskite peut être déposée indifféremment sur du silicium, du métal ou un oxyde amorphe, (par exemple, SiO2). Un autre avantage de l'invention est que la perovskite que l'on a fait croître sur le substrat susmentionné permet un dépôt par épitaxie d'une perovskite isolante pour constituer le diélectrique de l'élément capacitif. Toutes les familles de perovskites citées précédemment peuvent être déposées par épitaxie sur une interface selon l'invention. La conductivité de la perovskite bidimensionnelle servant d'interface selon l'invention peut être ajustée par le taux de dopant (dans l'exemple ci-dessus le strontium) et/ou la teneur en oxygène. En reprenant l'exemple de dépôt par ablation ci-dessus, on a pu déposer une perovskite LaO,gSr1,1NiO4 avec une qualité d'orientation cristalline supérieure à 95 % sur un substrat de SiO2 ou de silicium dans un plan 100 avec une conductivité de l'ordre d'un milliohm.centimètre. Une perovskite isolante Ba(1_x)SrxTiO3 déposée par le même procédé sur l'interface susmentionnée a présenté une très bonne orientation (désaccord de 4% en paramètres de maille). Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, d'autres conditions de dépôt que celles indiquées ci-dessus pourront être prévues pourvu de respecter un dépôt par ablation laser de l'interface perovskite conductrice pour un dépôt immédiatement sur-jacent d'une perovskite diélectrique par épitaxie. De plus, d'autres matériaux que ceux indiqués ci-dessus à titre d'exemple pourraient être utilisés. On notera toutefois que, pour obtenir les avantages de l'invention, l'interface perovskite conductrice doit être déposée directement sur un substrat de silicium, de métal ou d'oxyde amorphe et recevoir directement la perovskite diélectrique de l'élément capacitif. Cette dernière perovskite déposée par épitaxie pourra cependant être constituée de plusieurs couches selon l'épaisseur souhaitée. REVENDICATIONS 1. Utilisation d'une perovskite bidimensionnelle conductrice comme interface entre un substrat de silicium, de métal ou d'oxyde amorphe, et une perovskite isolante déposée par épitaxie. 2. Utilisation d'une perovskite selon la revendication 1, pour la réalisation d'une des électrodes d'éléments capacitifs dont le diélectrique est constitué par la perovskite déposée par épitaxie. 3. Utilisation de nickelate de lanthane dopé au strontium de formule La(2_x)SrxNiO(4+y) comme perovskite bidimensionnelle conductrice selon la revendication 1 ou 2. 4. Procédé de réalisation d'éléments capacitifs en circuit intégré sur un substrat de silicium, de métal ou d'oxyde amorphe, consistant à déposer par épitaxie une perovskite isolante pour former le diélectrique des éléments capacitifs, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser comme interface entre la perovskite isolante et le substrat, une perovskite bidimensionnelle conductrice. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce 20 que l'interface est exclusivement constituée de ladite perovskite bidimensionnelle conductrice. 6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la perovskite d'interface est choisie pour présenter une structure cristalline quadratique. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la perovskite d'interface est de formule: La (2_x)AxBO (4+y) , où A constitue le dopant, et où B est un métal. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce 30 que le taux de dopant et la teneur en oxygène sont choisis en fonction de la conductivité souhaitée. 9. Circuit intégré comprenant une couche d'une perovskite isolante déposée par épitaxie pour former le diélectrique d'éléments capacitifs, caractérisé en ce qu'au moins une électrode des éléments capacitifs est constituée d'une perovskite bidimensionnelle conductrice formant une interface entre ledit diélectrique et un substrat de silicium, de métal ou d'oxyde amorphe sous-jacent. 10. Circuit intégré selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'interface est exclusivement constituée de ladite perovskite bidimensionnelle conductrice. 11. Circuit intégré selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que ladite perovskite bidimensionnelle 10 conductrice est du nickelate de lanthane dopé au strontium.