Matériaux ALD pour les capacitances ferroélectriques FE et antiferroelectriques AFE // ALD materials for FE and AFE capacitances

Les matériaux HfO2 ultrafins sont des candidats prometteurs pour les mémoires non volatiles embarquées (eNVM) et les dispositifs logiques. Le CEA-LETI occupe une position de leader dans le domaine des mémoires BEOL-FeRAM ultra-basse consommation (<100fj/bit) à basse tension (<1V). Les développements envisagés dans cette thèse visent à évaluer l'impact des couches ferroélectriques FE et antiferroélectriques AFE à base de HfO2 (10 à 4 nm fabriquées par dépôt de couches atomiques ALD) sur les propriétés et les performances des FeRAM.
En particulier, le sujet se propose d’apporter une compréhension approfondie des phases cristallographiques régissant les propriétés FE/AFE en utilisant des techniques de mesures avancées offertes par la plateforme de nano-caractérisation du CEA-LETI (analyses physico-chimiques, structurales et microscopiques, mesures électriques). Plusieurs solutions d'intégration pour les capacités ferroélectriques FeCAPs utilisant des couches ALD FE/AFE seront étudiées, notamment le dopage, les couches d'interface, la fabrication séquentielle avec ou sans air break…
Les capacitances FeCAPs, dont l’empilement de base est exclusivement fabriqué par ALD, seront exploitées pour explorer les points suivants :
1-Incorporation de dopage dans les couches FE/AFE (La, Y…)
2-Ingénierie de l'interface entre les couches FE/AFE et l'électrode supérieure/inférieure
3-Traitement plasma in situ de la surface de l'électrode inférieure
4-Dépôt séquentiel avec et sans air break



[1] S. Martin et al. – IEDM 2024
[2] Appl. Phys. Lett. 124, 243508 (2024)

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Ultrathin HfO2-based materials are regarded as promising candidates for embedded non-volatile memory (eNVM) and logic devices. The CEA-LETI has a leadership position in the field of BEOL-FeRAM memories ultra-low consumption (<100fj/bit) at low voltage (<1V). In this context, the developments expected in this thesis aim to evaluate the impact of HfO2-based ferroelectric FE and antiferroelectric AFE layers (10 to 4 nm fabricated by Atomic Layer Deposition ALD) on the FeRAM properties and performances.
In particular, the subject will permit a deep understanding of the crystallographic phases governing the FE/AFE properties using advanced measurements techniques offered by the CEA-LETI nano-characterization platform (physico-chemical, structural and microscopy analysis, electrical measurements). Several integration solutions for ferroelectric capacitances FeCAPs using ALD FE/AFE layers will be studied including doping, interface layers, sequential fabrication w/wo air break…
Thus, the developments based on FeCAPs stack fabricated using 300mm ALD deposition tool aspires to explore the following items:
1-Doping incorporation in FE/AFE layers (La, Y…)
2-Engineering of the interface between FE/AFE layers and top/bottom electrode
3-Plasma in-situ treatment of bottom electrode surface
4-Sequential deposition with and without air break


[1] S. Martin et al. – IEDM 2024
[2] Appl. Phys. Lett. 124, 243508 (2024)


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Pôle fr : Direction de la Recherche Technologique
Pôle en : Technological Research
Département : Département des Plateformes Technologiques (LETI)
Service : Service des procédés de Dépôts
Laboratoire : Laboratoire
Date de début souhaitée : 01-10-2025
Directeur de thèse : GONON Patrice
Organisme : Université Grenoble Alpes
Laboratoire : Laboratoire des Technologies de la Microélectronique

Public/private mixed funding

Pôle fr : Direction de la Recherche Technologique
Pôle en : Technological Research
Département : Département des Plateformes Technologiques (LETI)
Service : Service des procédés de Dépôts

Ingénieur ou M2 matériaux et instrumentation, microélectronique