Elaboration et caractérisation microscopique de matériaux à l'échelle nanométrique en vue de l'application aux mémoires non volatiles

Aujourd’hui, les developpements des dispositifs memoire non volatile de type Flash se font a la fois pour des architectures memoire dites "stand-alones"(plans memoire de densite de plus en plus elevee de l’ordre de quelques gigabits), et pour des architectures dites "embedded" (embarquees), facilement integrables dans des circuits logiques tres basse consommation. En vue de pousser toujours plus loin la miniaturisation des dispositifs electroniques, les industriels du secteur de la microelectronique portent aujourd’hui beaucoup d’attention aux memoires non volatiles a pieges discrets. L’idee de base est de remplacer la grille flottante continue des memoires FLASH actuelles par une multitude de sites discrets de piegeage. Dans le cadre de cette these, les pieges discrets sont constitues de nanocristaux de silicium ou metalliques (Ni et Pt). Apres un etat de l’art sur les technologies des memoires a nanocristaux et sur les problemes que pose leur integration dans une filiere industrielle, la passivation des nanocristaux de silicium est abordee. Les nanocristaux sont specifiquement traites pour resister aux divers recuits ulterieurs a leur elaboration. L’etude des recuits de passivation sous ammoniac et sous oxyde nitreux, pour nitrurer l’interface (coeur de silicium des nano cristaux)/(oxyde de surface), est ainsi menee au moyen d’analyse XPS, SEM et Energy Filtered TEM. Afin de comprendre la nature exacte de la coquille nitruree formee autour des nanocristaux par les traitements NH3, une serie d’analyses HRXPS ont ete conduite au synchrotron ELETTRA (Trieste, Italie). Les meilleurs procedes de nitruration ont ensuite ete utilises sur une filiere memoires industrielle et les principaux resultats electriques sont exposes. Enfin, les nanocristaux metalliques (Ni, Pt), plus en amont par rapport a l’industrie microelectronique, sont aussi etudies. Les principaux resultats montrent qu’une forte densite de plots de platine est obtenue par pulverisation cathodique et recuit de demouillage; la valeur de la densite est superieure a 3 1012 cm-2 et la taille des nanocristaux est comprise entre 2 et 3 nm. Les analyses HRTEM montrent le caractere cristallin des nanocristaux de platine. Les mesures C(V) revelent un excellent effet memoire avec des fenetres pouvant atteindre 7,1 V. Les performances en retention s’averent prometteuses et la charge stockee est estimee a 2 electrons par nanocristal. Enfin les problemes lies a l’integration de tels nanocristaux metalliques dans une filiere memoire industrielle ont ete traites. Ces travaux ont abouti a la mise en œuvre de procedes innovants qui rendent compatible l’integration des nanocristaux metalliques avec les filieres memoires flash 200 mm conventionnelles.