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FR3161209A1 - Micro-condensateur - Google Patents

Micro-condensateur

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Publication number
FR3161209A1
FR3161209A1 FR2403714A FR2403714A FR3161209A1 FR 3161209 A1 FR3161209 A1 FR 3161209A1 FR 2403714 A FR2403714 A FR 2403714A FR 2403714 A FR2403714 A FR 2403714A FR 3161209 A1 FR3161209 A1 FR 3161209A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
microcapacitor
electrode
micro
insulating material
metal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
FR2403714A
Other languages
English (en)
Inventor
Maxime HALLOT
Kévin ROBERT
Florent MARLEC
Christophe Lethien
Pascal Roussel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hileores
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Ecole Centrale de Lille
Universite de Valenciennes et du Hainaut Cambresis
Universite dArtois
Universite de Lille
Original Assignee
Hileores
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Ecole Centrale de Lille
Universite de Valenciennes et du Hainaut Cambresis
Universite dArtois
Universite de Lille
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hileores, Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Ecole Centrale de Lille, Universite de Valenciennes et du Hainaut Cambresis, Universite dArtois, Universite de Lille filed Critical Hileores
Priority to FR2403714A priority Critical patent/FR3161209A1/fr
Priority to PCT/EP2025/059958 priority patent/WO2025215179A1/fr
Publication of FR3161209A1 publication Critical patent/FR3161209A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
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    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
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Abstract

Micro-condensateur comportant : un support architecturé comportant un substrat et des micro-piliers disposés sur une face du substrat,une première électrode disposée sur le support architecturé, une deuxième électrode, etun matériau isolant disposé entre les première et deuxième électrodes.

Description

Micro-condensateur
La présente invention concerne un micro-condensateur, un système électronique comportant ledit micro-condensateur, et un procédé de fabrication dudit micro-condensateur.
 État de la technique antérieure
Les condensateurs miniaturisés, également appelés micro-condensateurs, micro-capaciteurs ou condensateurs intégrés, sont des composants électroniques possédant une taille physique réduite.
Une telle miniaturisation est essentielle dans le développement actuel des dispositifs électroniques, en particulier ceux dits embarqués, portables ou intelligents, tels que par exemple les circuits intégrés, les dispositifs médicaux implantables ou portables, les smartphones, les tablettes, les montres connectées, les systèmes de navigation, les ordinateurs portables, les capteurs, notamment embarqués, les objets connectés, notamment de type IoT (pourInternet of Thingsen anglais), et pratiquement tout équipement nécessitant des circuits intégrés compacts et des dispositifs électroniques de plus en plus petits.
Le développement actuel des condensateurs miniaturisés se heurte à différentes problématiques.
Tout d’abord, de par leur taille réduite, les micro-condensateurs possèdent généralement une densité énergétique et une capacité qui sont réduites.
Il est ainsi essentiel de trouver des solutions permettant d’augmenter la densité énergétique (i.e. la quantité d'énergie qu'un micro-condensateur peut fournir dans un espace donné) et la capacité des micro-condensateurs de manière à conserver des performances électriques élevées dans un format réduit, et cela de manière durable.
Par ailleurs, avec la réduction de leurs dimensions, les contraintes mécaniques et thermiques peuvent avoir un impact plus important sur la fiabilité et la longévité des micro-condensateurs.
Il est ainsi nécessaire de développer des micro-condensateurs plus fiables et plus sûrs, et notamment exempts de risques de courts-circuits, d'explosion ou de fuite, en particulier lorsqu'ils sont utilisés dans des dispositifs médicaux implantables ou d'autres applications critiques.
En outre, la fabrication de condensateurs miniaturisés avec une précision élevée et des performances électriques élevées peut être difficile et coûteuse.
Les procédés de fabrication des micro-condensateurs doivent donc être adaptés pour éviter les défauts et garantir une performance constante, tout en ayant des coûts réduits.
L'invention vise à perfectionner encore les micro-condensateurs, notamment en améliorant leurs performances électriques, leur fiabilité ou encore leur fabrication.
 Micro-condensateur
L'invention a ainsi pour objet, selon un premier de ses aspects, un micro-condensateur comportant :
  • un support architecturé comportant un substrat et des micro-piliers disposés sur une face du substrat,
  • une première électrode disposée sur le support architecturé,
  • une deuxième électrode, et
  • un matériau isolant disposé entre les première et deuxième électrodes.
On entend par « support architecturé », un support comportant une structuration de sa surface, par exemple la présence de micro-structures et/ou de nano-structures, telles que par exemple des micro-piliers et/ou des nano-fils, en comparaison avec un support dépourvu de structuration de sa surface, généralement appelé « support plan ou bidimensionnel (2D) ».
Par rapport à un support plan (2D), l’utilisation du support architecturé peut permettre d’obtenir une surface de contact entre le matériau isolant et les première et deuxième électrodes particulièrement importante, ce qui est particulièrement avantageux dans la mesure où la capacité du micro-condensateur est directement proportionnelle à cette surface de contact.
Ainsi, la taille réduite du micro-condensateur est compensée par cette importante surface de contact qui est permise par l’utilisation du support architecturé.
Dans la présente demande, le support architecturé comportant lesdits micro-piliers est un support architecturé dit tridimensionnel (3D).
Chaque micro-pilier peut avoir une surface libre.
Le support architecturé peut comporter des nano-fils disposés sur la surface libre d’au moins une partie des micro-piliers.
Dans la présente demande, le support architecturé comportant à la fois des micro-piliers et des nano-fils est un support architecturé dit quadridimensionnel (4D).
Ainsi, le support architecturé peut être un support architecturé dit tridimensionnel (3D) ou un support architecturé dit quadridimensionnel (4D).
La face du substrat peut être dénuée de nano-fils.
Cette caractéristique selon laquelle ladite face du substrat peut être dénuée de nano-fils peut permettre de simplifier le procédé de fabrication du support, notamment en s’affranchissant d’une étape de lithographie, et sans pour autant diminuer de manière significative la surface développée par le support.
En effet, la présence de nano-fils sur la face du substrat ne contribue que de manière marginale à la surface développée par le support, en comparaison des nano-fils disposés sur la surface libre d’au moins une partie des micro-piliers.
Par ailleurs, lorsque le support comporte des nano-fils sur la face du substrat, ces nano-fils présentent un risque de cassure, en particulier lorsque le support est utilisé pour la fabrication d’un micro-dispositif de stockage d’énergie.
Par exemple, le dépôt de résine sur les nano-fils disposés sur la face du substrat lors d’une étape de lithographie peut entrainer l’endommagement, voire la cassure, de ces nano-fils.
Cela peut provoquer des courts-circuits au sein dudit micro-dispositif de stockage d’énergie dans lequel le support est ou sera intégré.
La caractéristique selon laquelle ladite face du substrat peut être dénuée de nano-fils peut ainsi permettre de limiter, voire d’éliminer, ce risque de court-circuit, et ainsi améliorer la sécurité et la fiabilité dudit micro-dispositif de stockage d’énergie dans lequel le support est ou sera intégré.
Les nanofils peuvent être disposés sur la surface libre de chacun des micro-piliers.
Les nanofils peuvent être disposés sur toute la surface libre d’au moins une partie des micro-piliers, notamment sur toute la surface libre de chacun des micro-piliers.
En variante, les nanofils sont disposés uniquement sur une partie de la surface libre d’au moins une partie des micro-piliers, notamment uniquement sur une partie de la surface libre de chacun des micro-piliers.
Chaque micro-pilier peut comporter une face supérieure et une ou plusieurs faces latérales.
La ou les faces latérales sont de préférence sensiblement perpendiculaires à la face du substrat.
La face supérieure est de préférence sensiblement parallèle à la face du substrat.
Dans un exemple de réalisation, les nano-fils sont disposés uniquement sur la ou les faces latérales d’au moins une partie des micro-piliers, notamment uniquement sur la ou les faces latérales de chacun des micro-piliers.
Cela signifie donc que, dans cet exemple de réalisation, les faces supérieures des micro-piliers sont dénuées de nano-fils.
Cela peut permettre de simplifier le procédé de fabrication du support, notamment en s’affranchissant d’une étape de lithographie, et sans pour autant diminuer de manière significative la surface développée par le support.
En effet, la présence de nano-fils sur les faces supérieures des micro-piliers ne contribue que de manière marginale à la surface développée par le support, en comparaison des nano-fils disposés sur les faces latérales des micro-piliers.
Par ailleurs, lorsque le support comporte des nano-fils sur les faces supérieures des micro-piliers, ces nano-fils présentent un risque de cassure, en particulier lorsque le support est utilisé pour la fabrication d’un micro-dispositif de stockage d’énergie.
Par exemple, le dépôt de résine sur les nano-fils disposés sur les faces supérieures des micro-piliers lors d’une étape de lithographie peut entrainer l’endommagement, voire la cassure, de ces nano-fils.
Cela peut provoquer des courts-circuits au sein dudit micro-dispositif de stockage d’énergie dans lequel le support est ou sera intégré.
La caractéristique selon laquelle les nano-fils peuvent être disposés uniquement sur la ou les faces latérales d’au moins une partie des micro-piliers, notamment uniquement sur la ou les faces latérales de chacun des micro-piliers, peut ainsi permettre de limiter, voire d’éliminer, ce risque de court-circuit, et ainsi améliorer la sécurité et la fiabilité dudit micro-dispositif de stockage d’énergie dans lequel le support est ou sera intégré.
Dans un exemple de réalisation, chaque micro-pilier est plein, notamment sur tout ou partie de sa hauteur.
Dans un exemple de réalisation, chaque micro-pilier est creux, notamment sur tout ou partie de sa hauteur. La présence de tels micro-piliers peut permettre d’augmenter encore la surface développée par le support.
Chaque micro-pilier peut comporter une extrémité proximale reliée à la face du substrat et une extrémité distale.
Dans un exemple de réalisation, chaque micro-pilier est creux sur une partie de sa hauteur, en particulier au niveau de son extrémité distale.
Dans un exemple de réalisation, chaque micro-pilier comporte une première partie pleine qui est reliée à la face du substrat et qui se poursuit par une deuxième partie creuse. La présence de tels micro-piliers peut permettre d’augmenter encore la surface développée par le support.
De préférence, chaque micro-pilier présente une forme allongée.
De préférence, chaque micro-pilier s’étend depuis la face du substrat, notamment de manière rectiligne, notamment de manière sensiblement perpendiculaire à la face du substrat.
Chaque micro-pilier peut présenter une forme cylindrique, conique, tronconique ou toute autre forme, de préférence cylindrique.
Dans un exemple de réalisation, chaque micro-pilier comporte une première partie cylindrique qui est reliée à la face du substrat et qui se poursuit par une deuxième partie conique ou tronconique.
Chaque micro-pilier peut comporter une section transversale de forme circulaire, elliptique ou polygonale, par exemple triangulaire, carrée, rectangulaire, pentagonale, hexagonale, en forme de croix, en forme d’étoile, etc.
Dans un exemple de réalisation, chaque micro-pilier comporte une section transversale de forme circulaire, avec par exemple un diamètre compris entre 2 µm et 6 µm, notamment compris entre 3 µm et 5 µm.
Dans un exemple de réalisation, chaque micro-pilier comporte une section transversale de forme triangulaire, carrée ou rectangulaire, avec par exemple des côtés ayant chacun une longueur comprise entre 2 µm et 6 µm, notamment comprise entre 3 µm et 5 µm.
Dans un exemple de réalisation préféré, chaque micro-pilier comporte une section transversale de forme carrée, avec par exemple des côtés ayant chacun une longueur comprise entre 2 µm et 6 µm, notamment comprise entre 3 µm et 5 µm. Une section transversale de forme carrée peut permettre de maximiser la surface latérale développée par les micro-piliers, et ainsi maximiser la surface développée par le support.
Dans un exemple de réalisation préféré, chaque micro-pilier présente une forme cylindrique et comporte une section transversale de forme carrée ou rectangle, de préférence carrée, avec par exemple des côtés ayant chacun une longueur comprise entre 2 µm et 6 µm, notamment comprise entre 3 µm et 5 µm.
Dans cet exemple de réalisation préféré, chaque micro-pilier comporte une face supérieure et quatre faces latérales.
Dans cet exemple de réalisation, les nano-fils sont disposés uniquement sur les faces latérales d’au moins une partie des micro-piliers, notamment de chacun des micro-piliers. Ainsi, dans cet exemple de réalisation préféré, les faces supérieures des micro-piliers sont dénuées de nano-fils.
Chaque micro-pilier peut comporter une section transversale dont la surface est comprise entre 2 µm2et 40 µm2, préférentiellement comprise entre 4 µm2et 36 µm2, et plus préférentiellement comprise entre 9 µm2et 25 µm2.
Chaque micro-pilier peut présenter une longueur supérieure ou égale à 10 µm, préférentiellement supérieure ou égale à 20 µm, plus préférentiellement supérieure ou égale à 30 µm, et encore plus préférentiellement supérieure ou égale à 40 µm.
Chaque micro-pilier peut présenter une longueur inférieure ou égale à 400 µm, préférentiellement inférieure ou égale à 350 µm, plus préférentiellement inférieure ou égale à 300 µm, et encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 250 µm.
Chaque micro-pilier peut présenter une longueur allant de 10 µm à 400 µm, préférentiellement allant de 20 µm à 350 µm, plus préférentiellement allant de 30 µm à 300 µm, et encore plus préférentiellement allant de 40 µm à 250 µm.
Dans un exemple de réalisation, chaque micro-pilier présente une longueur supérieure à 200 µm, préférentiellement supérieure à 200 µm et inférieure ou égale à 350 µm, plus préférentiellement supérieure à 200 µm et inférieure ou égale à 300 µm, encore plus préférentiellement supérieure à 200 µm et inférieure ou égale à 250 µm.
Les micro-piliers peuvent être disposés sur la face du substrat selon des rangées, notamment chacune rectiligne, notamment parallèles les unes par rapport aux autres.
Dans un exemple de réalisation, chaque rangée de micro-piliers comporte un espace entre deux micro-piliers adjacents dont la longueur est comprise entre 2 µm et 6 µm, notamment comprise entre 3 µm et 5 µm.
Dans un exemple de réalisation, deux rangées adjacentes de micro-piliers sont séparées d’une distance comprise entre 0 µm et 6 µm, notamment entre 0 µm et 5 µm, voire entre 1 et 5 µm.
Dans un exemple de réalisation, deux rangées adjacentes de micro-piliers sont disposées en quinconce.
Dans un exemple de réalisation préféré, le substrat et les micro-piliers sont formés d’un seul tenant. Par exemple, les micro-piliers sont obtenus par une technique de gravure ionique réactive profonde (également appelée DRIE pourDeep Reactive Ion Etchingen anglais) d’une galette (également appelée « wafer » en anglais), par exemple en silicium.
Le substrat et les micro-piliers peuvent comporter, voire être constitués, d’un matériau adapté aux techniques de microfabrication, notamment pour la microélectronique.
Le substrat et les micro-piliers peuvent comporter, voire être constitués, d’un matériau semi-conducteur ou d’un matériau isolant, notamment diélectrique.
Le substrat et les micro-piliers peuvent comporter, voire être constitués, d’un matériau céramique.
Le substrat et les micro-piliers comportent, voire sont constitués, de silicium (Si), de silice (SiO2), d’arséniure de gallium (GaAs), de nitrure de gallium (GaN), de carbure de silicium (SiC), de nitrure de silicium (Si3N4) et/ou de phosphure d'indium (InP), préférentiellement de silicium (Si).
Chaque nano-fil peut comporter un oxyde métallique ou un mélange d’oxydes métalliques.
Par exemple, chaque nano-fil comporte de la silice (SiO2), de l’oxyde de zinc (ZnO), du dioxyde de titane (TiO2), de l’oxyde d'indium (In2O3), de l’oxyde de gallium (Ga2O3), de l’oxyde de bismuth (Bi2O3) et/ou du dioxyde d'étain (SnO2), préférentiellement de la silice (SiO2), de l’oxyde de zinc (ZnO) et/ou du dioxyde de titane (TiO2), plus préférentiellement de la silice (SiO2) et/ou de l’oxyde de zinc (ZnO), et encore plus préférentiellement de la silice (SiO2).
Chaque nano-fil peut en outre comporter un métal ou un alliage métallique, de préférence pouvant être déposé par une technique de dépôt de couches atomiques (également appelée technique ALD pourAtomic Layer Depositionen anglais).
Par exemple, chaque nano-fil comporte du platine (Pt), de l’or (Au), de l’argent (Ag), de l’aluminium (Al) et/ou du gallium (Ga), préférentiellement du platine (Pt), de l’or (Au) et/ou de l’argent (Ag), et plus préférentiellement du platine (Pt).
De préférence, chaque nano-fil comporte de la silice (SiO2), et notamment du platine (Pt).
Dans un exemple de réalisation, chaque nano-fil est constitué de silice (SiO2) et de platine (Pt).
Chaque nano-fil peut comporter une extrémité proximale, une extrémité distale et un corps reliant l’extrémité proximale à l’extrémité distale.
Le corps peut être plein.
Le corps peut présenter une forme allongée, notamment une forme cylindrique.
Le corps peut présenter une forme incurvée.
Le corps peut comporter une section transversale de forme circulaire ou elliptique, de préférence circulaire.
L’extrémité proximale peut être reliée à la surface libre d’un micro-pilier.
L’extrémité distale peut présenter une forme convexe, notamment une forme sphérique, par exemple une forme de sphère, de demi-sphère ou de portion de sphère.
Le corps peut comporter, voire être constitué, d’un oxyde métallique ou d’un mélange d’oxydes métalliques, de préférence pouvant être déposé par une technique de dépôt chimique en phase vapeur (également appelée technique CVD pourChemical Vapor Depositionen anglais), préférentiellement par une technique de dépôt chimique en phase vapeur à basse pression (également appelée technique LPCVD pourLow Pressure Chemical Vapor Depositionen anglais) ou par une technique de dépôt de couches atomiques (également appelée technique ALD pourAtomic Layer Depositionen anglais).
Par exemple, le corps comporte, voire est constitué, de silice (SiO2), d’oxyde de zinc (ZnO), de dioxyde de titane (TiO2), d’oxyde d'indium (In2O3), d’oxyde de gallium (Ga2O3), d’oxyde de bismuth (Bi2O3) et/ou de dioxyde d'étain (SnO2), préférentiellement de silice (SiO2), d’oxyde de zinc (ZnO) et/ou de dioxyde de titane (TiO2), plus préférentiellement de silice (SiO2) et/ou d’oxyde de zinc (ZnO), et encore plus préférentiellement de silice (SiO2).
Dans un exemple de réalisation préféré, le corps comporte, voire est constitué, de silice (SiO2).
L’extrémité proximale peut comporter, voire être constituée, d’un oxyde métallique ou d’un mélange d’oxydes métalliques.
Par exemple, l’extrémité proximale comporte, voire est constituée, de silice (SiO2), d’oxyde de zinc (ZnO), de dioxyde de titane (TiO2), d’oxyde d'indium (In2O3), d’oxyde de gallium (Ga2O3), d’oxyde de bismuth (Bi2O3) et/ou de dioxyde d'étain (SnO2), préférentiellement de silice (SiO2), d’oxyde de zinc (ZnO) et/ou de dioxyde de titane (TiO2), plus préférentiellement de silice (SiO2) et/ou d’oxyde de zinc (ZnO), et encore plus préférentiellement de silice (SiO2).
Dans un exemple de réalisation préféré, l’extrémité proximale comporte, voire est constituée, de silice (SiO2).
L’extrémité distale peut comporter, voire être constituée, d’un métal ou d’un alliage métallique, de préférence pouvant être déposé par une technique de dépôt de couches atomiques (également appelée technique ALD pourAtomic Layer Depositionen anglais).
Par exemple, l’extrémité distale comporte, voire est constituée, de platine (Pt), d’or (Au), d’argent (Ag), d’aluminium (Al) et/ou de gallium (Ga), préférentiellement de platine (Pt), d’or (Au) et/ou d’argent (Ag), et plus préférentiellement de platine (Pt).
Dans un exemple de réalisation préféré, l’extrémité distale comporte, voire est constituée, de platine (Pt).
Chaque nano-fil peut présenter une longueur supérieure ou égale à 100 nm, préférentiellement supérieure ou égale à 200 nm, plus préférentiellement supérieure ou égale à 300 nm, encore plus préférentiellement supérieure ou égale à 400 nm, et en particulier supérieure ou égale à 500 nm.
Dans un exemple de réalisation, chaque nano-fil présente une longueur supérieure ou égale à 1 µm.
Chaque nano-fil peut présenter une longueur inférieure ou égale à 10 µm, préférentiellement inférieure ou égale à 9 µm, plus préférentiellement inférieure ou égale à 8 µm, encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 7 µm, et en particulier inférieure ou égale à 6 µm.
Dans un exemple de réalisation, chaque nano-fil présente une longueur inférieure ou égale à 5 µm.
Chaque nano-fil peut présenter une longueur allant de 100 nm à 10 µm, préférentiellement allant de 200 nm à 9 µm, plus préférentiellement allant de 300 nm à 8 µm, encore plus préférentiellement allant de 400 nm à 7 µm, et en particulier allant de 500 nm à 6 µm.
Dans un exemple de réalisation, chaque nano-fil présente une longueur allant de 1 µm à 5 µm.
Chaque nano-fil peut présenter une section transversale dont la plus grande dimension est supérieure ou égale à 20 nm, préférentiellement supérieure ou égale à 30 nm, plus préférentiellement supérieure ou égale à 40 nm, et encore plus préférentiellement supérieure ou égale à 50 nm.
Chaque nano-fil peut présenter une section transversale dont la plus grande dimension est inférieure ou égale à 250 nm, préférentiellement inférieure ou égale à 240 nm, plus préférentiellement inférieure ou égale à 230 nm, encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 220 nm, et en particulier inférieure ou égale à 210 nm.
Chaque nano-fil peut présenter une section transversale dont la plus grande dimension est comprise entre 20 nm et 250 nm, préférentiellement comprise entre 30 nm et 240 nm, plus préférentiellement comprise entre 40 nm et 230 nm, et encore plus préférentiellement comprise entre 50 nm et 220 nm.
Dans un exemple de réalisation, chaque nano-fil présente une section transversale dont la plus grande dimension est comprise entre 20 nm et 200 nm, et préférentiellement entre 30 nm et 190 nm.
La densité des nano-fils peut être comprise entre 10 millions de nano-fils/mm2et 50 millions de nano-fils/mm2, préférentiellement entre 10 millions de nano-fils/mm2et 40 millions de nano-fils/mm2, plus préférentiellement entre 10 millions de nano-fils/mm2et 30 millions de nano-fils/mm2, et encore plus préférentiellement entre 10 millions de nano-fils/mm2et 25 millions de nano-fils/mm2.
Une telle densité de nano-fils est particulièrement avantageuse dans la mesure où elle peut permettre d’obtenir des gains particulièrement élevés en termes de surface développée par le support.
Chaque nano-fil peut être orienté de manière aléatoire.
Les nano-fils peuvent être enchevêtrés.
Chaque nano-fil peut comporter une première partie qui est reliée à la surface libre d’un micro-pilier et qui est rectiligne et orthogonale à ladite surface libre, cette première partie se poursuivant par une deuxième partie qui est incurvée.
La face du substrat peut présenter une forme carrée ou rectangulaire, avec notamment des côtés ayant chacun une longueur comprise entre 50 µm et 20 mm, de préférence comprise entre 100 µm et 2,5 mm.
La face du substrat peut présenter une surface comprise entre 2500 µm2et 400 mm2, préférentiellement entre 10000 µm2et 6,25 mm2.
De telles valeurs de surface correspondent à la face du substrat dépourvue des micro-piliers et nano-fils.
La première électrode, la deuxième électrode et le matériau isolant peuvent se présenter chacun sous la forme d’une couche mince, ayant notamment une épaisseur allant de 1 nm à 250 nm, et préférentiellement allant de 2 nm à 225 nm.
La première électrode, la deuxième électrode et le matériau isolant peuvent avoir chacun une épaisseur inférieure ou égale à 250 nm, préférentiellement inférieure ou égale à 225 nm.
La première électrode, la deuxième électrode et le matériau isolant peuvent avoir chacun une épaisseur supérieure ou égale à 1 nm, préférentiellement supérieure ou égale à 2 nm.
La première électrode peut recouvrir le support architecturé.
Le matériau isolant peut entourer ou recouvrir la première électrode.
La deuxième électrode peut entourer ou recouvrir le matériau isolant.
Lorsque le support architecturé est dit tridimensionnel (3D), la première électrode peut être disposée sur les micro-piliers du support architecturé, en particulier peut entourer ou recouvrir chaque micro-pilier, notamment peut entourer ou recouvrir la surface libre de chaque micro-pilier.
Lorsque le support architecturé est dit quadridimensionnel (4D), la première électrode peut être disposée sur les nano-fils et les micro-piliers du support architecturé, notamment peut entourer ou recouvrir chaque nano-fil et chaque micro-pilier, en particulier peut entourer ou recouvrir l’extrémité proximale, l’extrémité distale et le corps de chaque nano-fil et la surface libre de chaque micro-pilier.
La première électrode et la deuxième électrode peuvent chacune être réalisée dans un matériau conducteur électronique, notamment métallique.
Par exemple, le matériau conducteur électronique est un matériau pouvant être déposé par une technique de dépôt chimique en phase vapeur (ou CVD pourChemical Vapor Depositionen anglais), plus préférentiellement par une technique de dépôt de couches atomiques (ou ALD pourAtomic Layer Depositionen anglais).
Par exemple, le matériau conducteur électronique comporte, voire est constitué, d’un métal, notamment de transition, ou d’un alliage métallique, notamment de métaux de transition.
Par exemple, le matériau conducteur électronique comporte, voire est constitué, de platine (Pt), d’or (Au), d’argent (Ag), de cuivre (Cu) ou d’un de leurs mélanges, préférentiellement de platine (Pt).
De préférence, la première électrode et la deuxième électrode sont chacune conductrice électronique, notamment métallique.
La première électrode et la deuxième électrode peuvent chacune avoir une épaisseur allant de 10 à 50 nm, préférentiellement allant de 15 nm à 45 nm, et plus préférentiellement allant de 20 nm à 40 nm.
La première électrode et la deuxième électrode peuvent chacune être déposée par une technique de dépôt chimique en phase vapeur (ou CVD pourChemical Vapor Depositionen anglais), plus préférentiellement par une technique de dépôt de couches atomiques (ou ALD pourAtomic Layer Depositionen anglais).
La première électrode peut être en contact direct avec le support architecturé.
Lorsque le support architecturé est dit tridimensionnel (3D), la première électrode peut être en contact direct avec les micro-piliers, en particulier en contact direct avec la surface libre de chaque micro-pilier.
Lorsque le support architecturé est dit quadridimensionnel (4D), la première électrode peut être en contact direct avec les nano-fils et les micro-piliers du support architecturé, en particulier en contact direct avec l’extrémité proximale, l’extrémité distale et le corps de chaque nano-fil et en contact direct avec la surface libre de chaque micro-pilier.
La première électrode et la deuxième électrode peuvent comporter, voire être constituées, du même matériau.
La première électrode et la deuxième électrode peuvent avoir la même épaisseur.
Le matériau isolant est de préférence un matériau isolant diélectrique.
Le matériau isolant peut avoir une permittivité relative (εr) supérieure ou égale à 8,0, préférentiellement supérieure ou égale à 8,1, plus préférentiellement supérieure ou égale à 8,2, encore plus préférentiellement supérieure ou égale à 8,3, et en particulier supérieure ou égale à 8,4, voire supérieure ou égale à 8,5.
Par exemple, le matériau isolant peut avoir une permittivité relative (εr) supérieure ou égale à 15, 20, 25, 40, 100, 120, 1000, 4000, 5000, ou encore supérieure ou égale à 10000.
De telles valeurs de permittivité relative (εr) sont avantageuses car elles permettent d’obtenir un micro-condensateur ayant une capacité élevée. En effet, la capacité du micro-condensateur est directement proportionnelle à la permittivité relative (εr) du matériau isolant.
La permittivité relative (εr) peut être mesurée à température ambiante, notamment à des fréquences comprises dans le spectre radioélectrique.
Par exemple, le matériau isolant est un matériau pouvant être déposé par une technique de dépôt chimique en phase vapeur (ou CVD pourChemical Vapor Depositionen anglais), plus préférentiellement par une technique de dépôt de couches atomiques (ou ALD pourAtomic Layer Depositionen anglais).
Le matériau isolant est de préférence un matériau céramique.
Le matériau isolant peut comporter, voire être constitué, d’un oxyde métallique ou d’un mélange d’oxydes métalliques.
L’oxyde métallique peut être un oxyde simple (i.e. comportant un seul type de métal ou de cation métallique lié à l’oxygène) ou mixte (i.e. comportant plus d'un type de métal ou de cation métallique lié à l'oxygène).
Par exemple, le matériau isolant comporte, voire est constitué, de dioxyde de titane (TiO2), de silice (SiO2), d’alumine (Al2O3), de dioxyde d'hafnium (HfO2), de (méta)titanate de baryum (BaTiO3) ou d’un de leurs mélanges.
De préférence, le matériau isolant comporte, voire est constituée, d’alumine (Al2O3).
En effet, l’alumine (Al2O3) possède une haute tension de claquage, une haute permittivité relative (εr) et peut être déposée facilement par une technique de dépôt chimique en phase vapeur (ou CVD pourChemical Vapor Depositionen anglais), plus préférentiellement par une technique de dépôt de couches atomiques (ou ALD pourAtomic Layer Depositionen anglais).
Le matériau isolant peut avoir une épaisseur allant de 1 nm à 250 nm, préférentiellement allant de 1 nm à 225 nm, plus préférentiellement allant de 1 nm à 200 nm, et encore plus préférentiellement allant de 2 nm à 200 nm.
L’épaisseur du matériau isolant influence non seulement la capacité mais également la tension de claquage du micro-condensateur. L’objectif est d’obtenir un micro-condensateur ayant non seulement une capacité élevée mais également une tension de claquage élevée. Or, la capacité augmente lorsque l’épaisseur du matériau isolant diminue alors que la tension de claquage augmente lorsque l’épaisseur du matériau isolant augmente. Ainsi, l’épaisseur du matériau isolant est de préférence choisie de manière à obtenir un compromis entre tension de claquage et capacité.
Le matériau isolant peut être déposé par une technique de dépôt chimique en phase vapeur (ou CVD pourChemical Vapor Depositionen anglais), plus préférentiellement par une technique de dépôt de couches atomiques (ou ALD pourAtomic Layer Depositionen anglais).
Le matériau isolant peut être en contact direct avec au moins l’une des première et deuxième électrodes, notamment avec la première électrode et avec la deuxième électrode.
Dans un exemple de réalisation,
  • la première électrode et la deuxième électrode sont chacune réalisée dans un matériau conducteur électronique, notamment métallique, comportant, voire étant constitué, de platine (Pt), et
  • le matériau isolant comporte, voire est constitué, d’alumine (Al2O3).
Dans un exemple de réalisation,
  • la première électrode est disposée sur le support architecturé,
  • le matériau isolant est disposé sur la première électrode, et
  • la deuxième électrode est disposée sur le matériau isolant.
Dans un exemple de réalisation,
  • la première électrode recouvre le support architecturé,
  • le matériau isolant recouvre ou entoure la première électrode, et
  • la deuxième électrode recouvre ou entoure le matériau isolant.
Dans un exemple de réalisation dans lequel le support architecturé est dit tridimensionnel (3D),
  • la première électrode est disposée sur les micro-piliers du support architecturé, en particulier recouvre ou entoure chaque micro-pilier, notamment recouvre ou entoure la surface libre de chaque micro-pilier,
  • le matériau isolant est disposée sur la première électrode, notamment recouvre ou entoure la première électrode, et
  • la deuxième électrode est disposée sur le matériau isolant, notamment recouvre ou entoure le matériau isolant.
Dans un exemple de réalisation dans lequel le support architecturé est dit quadridimensionnel (4D),
  • la première électrode est disposée sur les nano-fils et les micro-piliers du support architecturé, notamment entoure ou recouvre chaque nano-fil et chaque micro-pilier, en particulier entoure ou recouvre l’extrémité proximale, l’extrémité distale et le corps de chaque nano-fil et la surface libre de chaque micro-pilier,
  • le matériau isolant est disposée sur la première électrode, notamment recouvre ou entoure la première électrode, et
  • la deuxième électrode est disposée sur le matériau isolant, notamment recouvre ou entoure le matériau isolant.
Le micro-condensateur est de préférence un micro-condensateur de type métal-isolant-métal (également appelé MIM pourMetal-Insulator-Metalen anglais).
Le micro-condensateur peut avoir une capacité comprise entre 0,38 µF/cm2et 3,8 mF/cm2.
Par exemple, pour un support architecturé dit quadridimensionnel (4D) présentant un gain de surface développée par rapport à un substrat plan (2D) de 1000 (i.e. AEF = 1000, pourArea Enlargement Factoren anglais), la capacité du micro-condensateur est égale à 3,8 mF/cm2pour une épaisseur de 2 nm de matériau isolant Al2O3, et est égale à 37 µF/cm2pour une épaisseur de 200 nm de matériau isolant Al2O3.
Par exemple, pour un support architecturé dit quadridimensionnel (4D) présentant un gain de surface développée par rapport à un substrat plan (2D) de 10 (i.e. AEF = 10, pourArea Enlargement Factoren anglais), la capacité du micro-condensateur est égale à 38 µF/cm2pour une épaisseur de 2 nm de matériau isolant Al2O3, et est égale à 0,38 µF/cm2pour une épaisseur de 200 nm de matériau isolant Al2O3.
Le micro-condensateur peut avoir une tension de claquage comprise entre 1 V et 170 V, notamment entre 1,7 V et 160 V.
Par exemple, pour une épaisseur de 2 nm de matériau isolant Al2O3, la tension de claquage est de 1,7 V.
Par exemple, pour une épaisseur de 200 nm de matériau isolant Al2O3, la tension de claquage est de 160 V.
Le micro-condensateur peut comporter au moins un orifice de contact traversant la deuxième électrode et le matériau isolant de manière à exposer une zone de contact, notamment prédéfinie, de la première électrode.
L’orifice de contact peut permettre de contacter électriquement la première électrode au niveau de ladite zone de contact.
L’orifice de contact peut s’étendre selon un axe sensiblement perpendiculaire à la face du substrat du support architecturé (i.e. selon un axe sensiblement parallèle à l’axe d’extension des micro-piliers).
L’orifice de contact peut comporter une première partie traversant la deuxième électrode et une deuxième partie traversant le matériau isolant.
La zone de contact est de préférence localisée au niveau d’une zone de la face du substrat ne comportant pas de micro-piliers.
Cela peut permettre d’éliminer le risque de cassure des micro-piliers lorsque la zone de contact est localisée sur les micro-piliers.
Le micro-condensateur peut comporter au moins une couche de protection, notamment thermique, disposée entre le support architecturé et la première électrode.
La couche de protection peut être disposée sur le support architecturé.
La première électrode peut être disposée sur la couche de protection.
Lorsque le support architecturé est dit tridimensionnel (3D), la couche de protection peut être disposée sur les micro-piliers du support architecturé, en particulier peut entourer ou recouvrir chaque micro-pilier, notamment peut entourer ou recouvrir la surface libre de chaque micro-pilier.
Lorsque le support architecturé est dit quadridimensionnel (4D), la couche de protection peut être disposée sur les nano-fils et les micro-piliers du support architecturé, notamment peut entourer ou recouvrir chaque nano-fil et chaque micro-pilier, en particulier peut entourer ou recouvrir l’extrémité proximale, l’extrémité distale et le corps de chaque nano-fil et la surface libre de chaque micro-pilier.
La couche de protection peut recouvrir le support architecturé.
La première électrode peut recouvrir ou entourer la couche de protection.
La couche de protection peut être en contact direct avec le support architecturé et avec la première électrode.
La couche de protection peut être déposée par une technique de dépôt chimique en phase vapeur (ou CVD pourChemical Vapor Depositionen anglais), plus préférentiellement par une technique de dépôt de couches atomiques (ou ALD pourAtomic Layer Depositionen anglais).
La couche de protection peut avoir une épaisseur allant de 10 nm à 80 nm, préférentiellement allant de 20 nm à 70 nm, plus préférentiellement allant de 30 nm à 60 nm, et encore plus préférentiellement allant de 35 nm à 55 nm.
La couche de protection peut comporter, voire être constituée, d’un matériau isolant.
Par exemple, le matériau isolant est un matériau pouvant être déposé par une technique de dépôt chimique en phase vapeur (ou CVD pourChemical Vapor Depositionen anglais), plus préférentiellement par une technique de dépôt de couches atomiques (ou ALD pourAtomic Layer Depositionen anglais).
Le matériau isolant est de préférence un matériau céramique.
Le matériau isolant peut comporter, voire être constitué, d’un oxyde métallique ou d’un mélange d’oxydes métalliques.
Par exemple, le matériau isolant comporte, voire est constitué, d’alumine (Al2O3).
La couche de protection peut permettre de protéger le support architecturé, en particulier le support architecturé dit quadridimensionnel (4D), contre des températures élevées, notamment supérieures ou égales à 400°C, préférentiellement supérieures ou égales à 500°C, plus préférentiellement supérieures ou égales à 600°C, et encore plus préférentiellement supérieures ou égales à 700°C.
De telles valeurs de températures peuvent être nécessaires par exemple pour former sur le support architecturé une couche d’un oxyde métallique mixte (e.g. BaTiO3) par ALD à partir de plusieurs couches d’oxydes simples (e.g. BaO et TiO2), notamment déposées de manière séquentielle. De tels traitements thermiques sont des recuits de cristallisation.
Cependant, l’exposition du support architecturé, en particulier du support architecturé dit quadridimensionnel (4D), à de telles valeurs de températures peut par exemple altérer la structure et/ou la composition du support architecturé, en particulier du support architecturé dit quadridimensionnel (4D).
Par exemple, l’exposition du support architecturé, en particulier du support architecturé dit quadridimensionnel (4D), à de telles valeurs de températures peut entraîner la diffusion du platine (Pt) des nano-fils dans le silicium (Si) des micro-piliers et/ou du substrat formant alors un alliage SiPt non conducteur.
Ainsi, lorsque le support architecturé, en particulier le support architecturé dit quadridimensionnel (4D), est exposé à de telles valeurs de températures, la structure et/ou la composition du support architecturé, en particulier du support architecturé dit quadridimensionnel (4D), peuvent être préservées grâce à la présence de la couche de protection.
Système électronique comportant un micro-condensateur
L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un système électronique comportant un micro-condensateur tel que défini ci-dessus.
Le système électronique peut comporter au moins un système de réception de données, notamment sans fil.
Le système électronique peut comporter au moins un système de transmission de données, notamment sans fil.
Le système électronique peut comporter au moins un système de traitement de données, tel que par exemple un microcontrôleur ou microprocesseur.
Le système électronique peut comporter au moins un système de stockage de données.
Le système électronique peut comporter au moins un capteur de données.
De préférence, le système électronique est autonome en énergie.
De préférence, le système électronique fonctionne en temps réel.
De préférence, le système électronique est embarqué, portable et/ou intelligent.
Par exemple, le système électronique est choisi parmi un circuit intégré (aussi appelé puce électronique oumicrochipen anglais), un dispositif médical implantable ou portable, un smartphone, une tablette, une montre connectée, un système de navigation, un ordinateur portable, un capteur, notamment embarqué, un objet connecté, notamment de type IoT (pourInternet of Thingsen anglais), etc.
Procédé de fabrication d’un micro-condensateur
L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de fabrication d’un micro-condensateur tel que défini ci-dessus, comportant au moins les étapes suivantes :
a) fourniture d’un support architecturé comportant un substrat et des micro-piliers disposés sur une face du substrat,
b) dépôt d’une première électrode sous la forme d’une couche mince sur le support architecturé,
c) dépôt d’un matériau isolant sous la forme d’une couche mince sur la première électrode,
d) dépôt d’une deuxième électrode sous la forme d’une couche mince sur le matériau isolant.
Le support architecturé, la première électrode, le matériau isolant et la deuxième électrode peuvent chacun présenter une ou plusieurs des caractéristiques décrites ci-dessus.
De préférence, l’étape b) est mise en œuvre de manière à recouvrir le support architecturé.
De préférence, l’étape c) est mise en œuvre de manière à recouvrir ou entourer la première électrode.
De préférence, l’étape d) est mise en œuvre de manière à recouvrir ou entourer le matériau isolant.
Chaque micro-pilier peut avoir une surface libre.
Le support architecturé peut comporter des nano-fils disposés sur la surface libre d’au moins une partie des micro-piliers.
Ainsi, le support architecturé peut être un support architecturé dit tridimensionnel (3D) ou un support architecturé dit quadridimensionnel (4D).
La première électrode, la deuxième électrode et le matériau isolant peuvent avoir chacun une épaisseur inférieure ou égale à 250 nm, préférentiellement inférieure ou égale à 225 nm.
La première électrode, la deuxième électrode et le matériau isolant peuvent avoir chacun une épaisseur supérieure ou égale à 1 nm, préférentiellement supérieure ou égale à 2 nm.
La première électrode, la deuxième électrode et le matériau isolant peuvent avoir chacun une épaisseur allant de 1 nm à 250 nm, et préférentiellement allant de 2 nm à 225 nm.
La première électrode et la deuxième électrode peuvent chacune avoir une épaisseur allant de 10 à 50 nm, préférentiellement allant de 15 nm à 45 nm, et plus préférentiellement allant de 20 nm à 40 nm.
Le matériau isolant peut avoir une épaisseur allant de 1 nm à 250 nm, préférentiellement allant de 1 nm à 225 nm, plus préférentiellement allant de 1 nm à 200 nm, et encore plus préférentiellement allant de 2 nm à 200 nm.
La première électrode et la deuxième électrode peuvent chacune être réalisée dans un matériau conducteur électronique, notamment métallique.
Par exemple, le matériau conducteur électronique comporte, voire est constitué, d’un métal, notamment de transition, ou d’un alliage métallique, notamment de métaux de transition.
Par exemple, le matériau conducteur électronique comporte, voire est constitué, de platine (Pt), d’or (Au), d’argent (Ag), de cuivre (Cu) ou d’un de leurs mélanges,
De préférence, le matériau conducteur électronique comporte, voire est constitué, de platine (Pt).
De préférence, la première électrode et la deuxième électrode sont chacune conductrice électronique, notamment métallique.
Au moins l’une des étapes b), c) et d), notamment chacune des étapes b), c) et d), peut être mise en œuvre par une technique de dépôt de couches minces, préférentiellement par une technique de dépôt chimique en phase vapeur (ou CVD pourChemical Vapor Depositionen anglais), plus préférentiellement par une technique de dépôt de couches atomiques (ou ALD pourAtomic Layer Depositionen anglais), par exemple à une température allant de 150°C à 550°C, préférentiellement allant de 200°C à 500°C, et plus préférentiellement allant de 250°C à 450°C.
Par exemple, la technique de dépôt de couches atomiques (ou ALD pourAtomic Layer Depositionen anglais) est mise en œuvre à l’aide d’un réacteur « PICOSUN®R-200 Advanced ».
L’utilisation de la technique de dépôt de couches atomiques (ou ALD pourAtomic Layer Depositionen anglais) est avantageuse dans la mesure où elle peut permettre le dépôt de couches minces avec une parfaite maîtrise de l’épaisseur déposée.
En effet, l’épaisseur de la couche déposée par ALD croît linéairement avec le nombre de cycles, et étant donné que chaque cycle dépose de manière parfaitement prédictible et reproductible une quantité fixe de matériau, l’épaisseur de la couche déposée est ainsi parfaitement contrôlée par le nombre de cycles réalisés.
L’utilisation de la technique de dépôt de couches atomiques (ou ALD pourAtomic Layer Depositionen anglais) est également avantageuse dans la mesure où elle peut permettre le dépôt de couches minces avec une parfaite uniformité, et cela même sur des grandes surfaces et des surfaces ayant une topographie complexe telle que la surface du support architecturé.
Ainsi, il est possible d’obtenir des couches minces dont l’épaisseur est extrêmement uniforme sur l'ensemble du support architecturé.
Par exemple, l’épaisseur du matériau isolant étant inversement proportionnelle à la capacité du micro-condensateur, le contrôle de l’épaisseur et de l’uniformité de la couche déposée de matériau isolant est essentiel pour maîtriser les performances électriques du micro-condensateur, notamment en termes de capacité.
Au moins l’une des étapes b) et d), notamment chacune des étapes b) et d), peut être mise en œuvre par une technique de dépôt de couches atomiques (ou ALD pourAtomic Layer Depositionen anglais), par exemple à une température comprise entre 150°C et 550°C, préférentiellement comprise entre 200°C et 500°C, plus préférentiellement comprise entre 200°C et 450°C, encore plus préférentiellement comprise entre 200°C et 400°C, et en particulier comprise entre 250°C et 350°C, en utilisant :
  • au moins un gaz, de préférence l’ozone (O3), et
  • au moins un précurseur d’un matériau conducteur électronique, notamment métallique, de préférence un précurseur d’un métal, notamment de transition.
Par exemple, le précurseur est choisi parmi un précurseur de platine (Pt), d’or (Au), d’argent (Ag) et/ou de cuivre (Cu), préférentiellement un précurseur de platine (Pt).
Le précurseur peut être choisi parmi un complexe organométallique comportant du platine (Pt), de l’or (Au), de l’argent (Ag) et/ou du cuivre (Cu), préférentiellement du platine (Pt).
Le précurseur est de préférence solide ou liquide à température ambiante.
Le précurseur peut être choisi parmi :
  • le triméthyl(méthylcyclopentadiényl)platine(IV) (MeCpPtMe3),
  • le diméthyl(cyclooctadiène)platine(II) (Me2PtCOD),
  • le diméthylgold(III)acétylacétonate (Me2Au(acac)),
  • le diméthylgold(III) triméthylphosphine,
  • l’hexafluoroacetylacetonate d'argent(I) (Ag(hfac)),
  • un complexe d'argent avec des ligands de type β-diketonate,
  • l’hexafluoroacetylacetonate de cuivre(II) vaporisé par du formiate d'hydrogène ou de l'eau,
  • un complexe de cuivre avec hexafluoroacétylacétone (hfac) et 1,5-cyclooctadiène (cod) ((hfac)Cu(1,5-cod)), et
  • un de leurs mélanges.
Le triméthyl(méthylcyclopentadiényl)platine(IV) (MeCpPtMe3) et le diméthyl(cyclooctadiène)platine(II) (Me2PtCOD) sont des exemples de précurseurs utilisés pour former des couches minces de platine (Pt) par ALD.
Le diméthylgold(III)acétylacétonate (Me2Au(acac)) et le diméthylgold(III) triméthylphosphine sont des exemples de précurseurs utilisés pour former des couches minces d’or (Au) par ALD.
L’hexafluoroacetylacetonate d'argent(I) (Ag(hfac)) et le complexe d'argent avec des ligands de type β-diketonate sont des exemples de précurseurs utilisés pour former des couches minces d’argent (Ar) par ALD.
L’hexafluoroacetylacetonate de cuivre(II) vaporisé par du formiate d'hydrogène ou de l'eau, et le complexe de cuivre avec hexafluoroacétylacétone (hfac) et 1,5-cyclooctadiène (cod) ((hfac)Cu(1,5-cod)) sont des exemples de précurseurs utilisés pour former des couches minces de cuivre (Cu) par ALD.
Préférentiellement, le précurseur est choisi parmi :
  • le triméthyl(méthylcyclopentadiényl)platine(IV) (MeCpPtMe3),
  • le diméthyl(cyclooctadiène)platine(II) (Me2PtCOD), et
  • un de leurs mélanges.
Plus préférentiellement, le précurseur est le triméthyl(méthylcyclopentadiényl)platine(IV) (MeCpPtMe3).
Dans un exemple de réalisation préféré, les étapes b) et d) sont chacune mise en œuvre par ALD, par exemple à une température d’environ 300°C, en utilisant l’ozone (O3) en tant que gaz et le triméthyl(méthylcyclopentadiényl)platine(IV) (MeCpPtMe3) en tant que précurseur.
Le matériau isolant est de préférence un matériau isolant diélectrique.
Le matériau isolant peut avoir une permittivité relative (εr) supérieure ou égale à 8,0, préférentiellement supérieure ou égale à 8,1, plus préférentiellement supérieure ou égale à 8,2, encore plus préférentiellement supérieure ou égale à 8,3, et en particulier supérieure ou égale à 8,4, voire supérieure ou égale à 8,5.
Par exemple, le matériau isolant peut avoir une permittivité relative (εr) supérieure ou égale à 15, 20, 25, 40, 100, 120, 1000, 4000, 5000, ou encore supérieure ou égale à 10000.
La permittivité relative (εr) peut être mesurée à température ambiante, notamment à des fréquences comprises dans le spectre radioélectrique.
Le matériau isolant est de préférence un matériau céramique.
Le matériau isolant peut comporter, voire être constitué, d’un oxyde métallique ou d’un mélange d’oxydes métalliques.
L’oxyde métallique peut être un oxyde simple (i.e. comportant un seul type de métal ou de cation métallique lié à l’oxygène) ou mixte (i.e. comportant plus d'un type de métal ou de cation métallique lié à l'oxygène).
Par exemple, le matériau isolant comporte, voire est constitué, de dioxyde de titane (TiO2), de silice (SiO2), d’alumine (Al2O3), de dioxyde d'hafnium (HfO2), de (méta)titanate de baryum (BaTiO3) ou d’un de leurs mélanges.
De préférence, le matériau isolant comporte, voire est constituée, d’alumine (Al2O3).
L’étape c) peut être mise en œuvre par une technique de dépôt de couches atomiques (ou ALD pourAtomic Layer Depositionen anglais), par exemple à une température comprise entre 150°C et 550°C, préférentiellement comprise entre 200°C et 500°C, plus préférentiellement comprise entre 250°C et 500°C, encore plus préférentiellement comprise entre 300°C et 500°C, et en particulier comprise entre 350°C et 450°C, en utilisant :
  • au moins un agent oxydant, et
  • au moins un précurseur d’un matériau isolant, notamment diélectrique, de préférence un précurseur d’un oxyde métallique, notamment simple ou mixte.
De telles valeurs de température peuvent permettre de densifier la couche mince déposée de matériau isolant et d’augmenter sa permittivité relative.
L’agent oxydant peut être choisi parmi l’eau (H2O), l'éthanol (C2H5OH), le peroxyde d'hydrogène (H2O2), l’ozone (O3), et un de leurs mélanges.
De préférence, l’agent oxydant est l’ozone (O3).
Le précurseur peut être choisi parmi un précurseur de dioxyde de titane (TiO2), un précurseur de silice (SiO2), un précurseur d’alumine (Al2O3), un précurseur de dioxyde d'hafnium (HfO2) et un précurseur de (méta)titanate de baryum (BaTiO3), préférentiellement un précurseur d’alumine (Al2O3).
Par exemple, le précurseur est choisi parmi un précurseur comportant du titane (Ti), du silicium (Si), de l’aluminium (Al), de l’hafnium (Hf) et/ou du baryum (Ba), préférentiellement de l’aluminium (Al).
Le précurseur est de préférence solide ou liquide à température ambiante.
Le précurseur peut être choisi parmi :
  • le tétraisopropoxyde de titane (TTIP),
  • le tétraéthoxyde de titane (TEOT),
  • le tétrachlorure de titane,
  • le tétraéthoxyde de silicium (TEOS),
  • le trichlorosilane (TCS),
  • le triméthylaluminium (TMA),
  • le triéthylaluminium (TEA),
  • le tétra(isopropoxyde) d'hafnium (TIPO),
  • le tétraéthoxyde d'hafnium (TEOH),
  • le tétraméthylheptanedionate de baryum (Ba(thd)2), et
  • un de leurs mélanges.
Le tétraisopropoxyde de titane (TTIP), le tétraéthoxyde de titane (TEOT) et le tétrachlorure de titane sont des exemples de précurseurs utilisés pour former des couches minces de dioxyde de titane (TiO2) par ALD.
Le tétraéthoxyde de silicium (TEOS) et le trichlorosilane (TCS) sont des exemples de précurseurs utilisés pour former des couches minces de silice (SiO2) par ALD.
Le triméthylaluminium (TMA) et le triéthylaluminium (TEA) sont des exemples de précurseurs utilisés pour former des couches minces d’alumine (Al2O3) par ALD.
Le tétra(isopropoxyde) d'hafnium (TIPO) et le tétraéthoxyde d'hafnium (TEOH) sont des exemples de précurseurs utilisés pour former des couches minces de dioxyde d'hafnium (HfO2) par ALD.
Le tétraméthylheptanedionate de baryum (Ba(thd)2) est un exemple de précurseur utilisé pour former des couches minces d’oxyde de baryum (BaO) par ALD.
L’étape c), notamment lorsque le matériau isolant comporte, voire est constitué, d’un oxyde mixte, tel que par exemple le (méta)titanate de baryum (BaTiO3), peut être mise en œuvre par ALD en utilisant plusieurs précurseurs, notamment en alternance.
Par exemple, lorsque le matériau isolant comporte, voire est constitué, d’un oxyde mixte, tel que par exemple le (méta)titanate de baryum (BaTiO3), il peut être nécessaire de déposer séquentiellement par ALD des couches de BaO et TiO2, puis de réaliser un traitement thermique à haute température afin de former une couche mince de BaTiO3à partir des couches de BaO et TiO2.
Il peut être ainsi nécessaire d’utiliser plusieurs précurseurs en alternance afin de former les couches de BaO et TiO2.
Pour former la ou les couches de BaO, un précurseur tel que par exemple le tétraméthylheptanedionate de baryum (Ba(thd)2) peut être utilisé.
Pour former la ou les couches de TiO2, des précurseurs tels que par exemple le tétraisopropoxyde de titane (TTIP), le tétraéthoxyde de titane (TEOT) ou le tétrachlorure de titane peuvent être utilisés.
Préférentiellement, le précurseur est choisi parmi :
  • le triméthylaluminium (TMA),
  • le triéthylaluminium (TEA), et
  • un de leurs mélanges.
Plus préférentiellement, le précurseur est le triméthylaluminium (TMA).
Dans un exemple de réalisation préféré, l’étape c) est mise en œuvre par ALD, par exemple à une température d’environ 400°C, en utilisant l’ozone (O3) en tant qu’agent oxydant et le triméthylaluminium (TMA) en tant que précurseur.
L’utilisation de l’ozone (O3) en tant qu’agent oxydant est particulièrement avantageuse par rapport à d’autres agents oxydants, tels que l’eau (H2O) par exemple, car elle peut permettre d’augmenter la valeur de permittivité relative (εr) du matériau isolant déposé, notamment de l’alumine (Al2O3) déposée.
En effet, en utilisant du triméthylaluminium (TMA) en tant que précurseur et l’eau (H2O) en tant qu’agent oxydant, l’alumine déposée sous forme de couche mince par ALD sur la première électrode a une permittivité relative (εr) égale à 7,5.
En revanche, en utilisant du triméthylaluminium (TMA) en tant que précurseur et l’ozone (O3) en tant qu’agent oxydant, l’alumine déposée sous forme de couche mince par ALD sur la première électrode a une permittivité relative (εr) égale à 8,5.
Le procédé peut comporter une étape e) de formation d’au moins un orifice de contact qui traverse la deuxième électrode et le matériau isolant de manière à exposer une zone de contact, notamment prédéfinie, de la première électrode.
L’orifice de contact peut permettre de contacter électriquement la première électrode au niveau de ladite zone de contact.
L’orifice de contact peut s’étendre selon un axe sensiblement perpendiculaire à la face du substrat du support architecturé (i.e. selon un axe sensiblement parallèle à l’axe d’extension des micro-piliers).
L’étape e) peut être mise en œuvre de manière séquentielle.
L’étape e) peut comporter une sous-étape e1) de gravure de la deuxième électrode sur une portion correspondant à ladite zone de contact de la première électrode.
L’étape e) peut comporter une sous-étape e2) de gravure du matériau isolant sur une portion correspondant à ladite zone de contact de la première électrode.
De préférence, la sous-étape e2) est mise en œuvre après la sous-étape e1).
L’orifice de contact peut comporter une première partie traversant la deuxième électrode et une deuxième partie traversant le matériau isolant.
La sous-étape e1) peut permettre la formation de la première partie de l’orifice de contact.
La sous-étape e2) peut permettre la formation de la deuxième partie de l’orifice de contact.
La sous-étape e1) de gravure est de préférence réalisée par une technique de gravure par faisceau d'ions réactifs (ou RIBE pourReactive Ion Beam Etching).
Par exemple, la technique de gravure par faisceau d'ions réactifs est mise en œuvre à l’aide d’un appareil « Meyer Burger IonSys 500 ».
La sous-étape e1) de gravure peut être mise en œuvre à une vitesse comprise entre 5 nm/min et 15 nm/min, préférentiellement entre 8 nm/min et 12 nm/min, plus préférentiellement entre 9 nm/min et 11 nm/min, et notamment à un angle de 0°.
La sous-étape e2) de gravure est de préférence réalisée par une technique de gravure ionique réactive (ou RIE pourReactive Ion Etchingen anglais).
Par exemple, la technique de gravure ionique réactive est mise en œuvre à l’aide d’un appareil « Oxford Plasmalab 80+ ».
La sous-étape e2) de gravure peut être mise en œuvre avec un mélange de gaz, notamment un mélange de méthane (CH4) et de trifluorométhane (CHF3).
Cela peut permettre une gravure sélective du matériau isolant par rapport à la deuxième électrode. Cela peut permettre de réaliser une « surgravure » du matériau isolant afin d’être certain de le graver totalement au niveau de sa portion correspondant à ladite zone de contact de la première électrode, et ainsi exposer ladite zone de contact de la première électrode.
L’étape e) peut être précédée d’une étape de lithographie, notamment de photolithographie.
En particulier, l’étape de lithographie peut être mise en œuvre après l’étape d) et avant l’étape e).
L’étape de lithographie peut être mise en œuvre en utilisant une résine, notamment positive, par exemple la résine « AZ10XT ».
L’étape de lithographie peut être mise en œuvre en utilisant une épaisseur de résine comprise entre 5 µm et 15 µm, préférentiellement entre 8 µm et 12 µm, et plus préférentiellement entre 9 µm et 11 µm.
L’étape e) peut être suivie d’une étape d’élimination de la résine utilisée lors de l’étape de lithographie.
L’étape d’élimination de la résine peut être mise en œuvre en plongeant le micro-condensateur dans un solvant, notamment organique, par exemple un solvant « SVC14 », notamment chauffé, par exemple à une température comprise entre 65°C et 95°C, notamment pendant une durée d’une heure, puis en rinçant le micro-condensateur avec un ou plusieurs solvants, notamment organiques, par exemple avec de l’acétone puis avec de l’alcool isopropylique (IPA).
Le procédé peut comporter une étape de dépôt d’une couche de protection, notamment thermique, sous la forme d’une couche mince sur le support architecturé.
De préférence, cette étape de dépôt de la couche de protection est mise en œuvre après l’étape a) et avant l’étape b).
Préférentiellement, cette étape de dépôt de la couche de protection est mise en œuvre par une technique de dépôt chimique en phase vapeur (ou CVD pourChemical Vapor Depositionen anglais).
Plus préférentiellement, cette étape de dépôt de la couche de protection est mise en œuvre par une technique de dépôt de couches atomiques (ou ALD pourAtomic Layer Depositionen anglais), par exemple à une température comprise entre 200°C et 400°C, préférentiellement comprise entre 250°C et 350°C, plus préférentiellement comprise entre 275°C et 325°C, encore plus préférentiellement comprise entre 290°C et 310°C.
Cette étape de dépôt de la couche de protection peut être mise en œuvre en utilisant un précurseur comportant de l’aluminium et un agent oxydant.
L’agent oxydant peut être choisi parmi l’eau (H2O), l'éthanol (C2H5OH), le peroxyde d'hydrogène (H2O2), l’ozone (O3), et un de leurs mélanges.
De préférence, l’agent oxydant est l’eau (H2O).
Le précurseur comportant de l’aluminium peut être le triméthylaluminium (TMA).
Dans un exemple de réalisation préféré dans lequel la couche de protection comporte, voire est constituée, d’alumine (Al2O3), l’étape de dépôt de la couche de protection est mise en œuvre par ALD, par exemple à une température d’environ 300°C, en utilisant un précurseur comportant de l’aluminium, tel que par exemple le triméthylaluminium (TMA), et de l’eau en tant qu’agent oxydant.
De préférence, l’étape b) est mise en œuvre après l’étape a).
De préférence, l’étape c) est mise en œuvre après l’étape b).
De préférence, l’étape d) est mise en œuvre après l’étape c).
De préférence, l’étape e) est mise en œuvre après l’étape d).

Claims (29)

  1. Micro-condensateur comportant :
    - un support architecturé comportant un substrat et des micro-piliers disposés sur une face du substrat,
    - une première électrode disposée sur le support architecturé,
    - une deuxième électrode, et
    - un matériau isolant disposé entre les première et deuxième électrodes.
  2. Micro-condensateur selon la revendication 1, chaque micro-pilier présentant une forme cylindrique et comportant une section transversale de forme carrée ou rectangle, de préférence carrée, avec notamment des côtés ayant chacun une longueur comprise entre 2 µm et 6 µm, notamment comprise entre 3 µm et 5 µm.
  3. Micro-condensateur selon la revendication 1 ou 2, chaque micro-pilier présentant une longueur allant de 10 µm à 400 µm, préférentiellement allant de 20 µm à 350 µm, plus préférentiellement allant de 30 µm à 300 µm, encore plus préférentiellement allant de 40 µm à 250 µm.
  4. Micro-condensateur selon l’une quelconque des revendications précédentes, le substrat et les micro-piliers étant formés d’un seul tenant.
  5. Micro-condensateur selon l’une quelconque des revendications précédentes, le substrat et les micro-piliers comportant, voire étant constitués, d’un matériau semi-conducteur ou d’un matériau isolant, notamment diélectrique.
  6. Micro-condensateur selon l’une quelconque des revendications précédentes, chaque micro-pilier ayant une surface libre, et le support architecturé comportant des nano-fils disposés sur la surface libre d’au moins une partie des micro-piliers.
  7. Micro-condensateur selon la revendication 6, chaque nano-fil présentant une longueur allant de 100 nm à 10 µm, préférentiellement allant de 200 nm à 9 µm, plus préférentiellement allant de 300 nm à 8 µm, encore plus préférentiellement allant de 400 nm à 7 µm, et en particulier allant de 500 nm à 6 µm.
  8. Micro-condensateur selon la revendication 6 ou 7, chaque nano-fil présentant une section transversale dont la plus grande dimension est comprise entre 20 nm et 200 nm, et préférentiellement entre 30 nm et 190 nm.
  9. Micro-condensateur selon l’une quelconque des revendications 6 à 8, chaque nano-fil comportant un oxyde métallique ou un mélange d’oxydes métalliques, et notamment un métal ou un alliage métallique.
  10. Micro-condensateur selon l’une quelconque des revendications précédentes, la première électrode, la deuxième électrode et le matériau isolant se présentant chacun sous la forme d’une couche mince, ayant notamment une épaisseur allant de 1 nm à 250 nm, et préférentiellement allant de 2 nm à 225 nm.
  11. Micro-condensateur selon la revendication 10, la première électrode et la deuxième électrode ayant chacune une épaisseur allant de 10 à 50 nm, préférentiellement allant de 15 nm à 45 nm, et plus préférentiellement allant de 20 nm à 40 nm.
  12. Micro-condensateur selon la revendication 10 ou 11, le matériau isolant ayant une épaisseur allant de 1 nm à 250 nm, préférentiellement allant de 1 nm à 225 nm, plus préférentiellement allant de 1 nm à 200 nm, et encore plus préférentiellement allant de 2 nm à 200 nm.
  13. Micro-condensateur selon l’une quelconque des revendications précédentes, la première électrode et la deuxième électrode étant chacune réalisée dans un matériau conducteur électronique, notamment métallique.
  14. Micro-condensateur selon la revendication 13, le matériau conducteur électronique comportant, voire étant constitué, d’un métal, notamment de transition, ou d’un alliage métallique, notamment de métaux de transition.
  15. Micro-condensateur selon la revendication 13 ou 14, le matériau conducteur électronique comportant, voire étant constitué, de platine (Pt), d’or (Au), d’argent (Ag), de cuivre (Cu) ou d’un de leurs mélanges, préférentiellement de platine (Pt).
  16. Micro-condensateur selon l’une quelconque des revendications précédentes, le matériau isolant comportant, voire étant constitué, d’un oxyde métallique ou d’un mélange d’oxydes métalliques.
  17. Micro-condensateur selon la revendication 16, le matériau isolant comportant, voire étant constitué, de dioxyde de titane (TiO2), de silice (SiO2), d’alumine (Al2O3), de dioxyde d'hafnium (HfO2), de (méta)titanate de baryum (BaTiO3) ou d’un de leurs mélanges, préférentiellement d’alumine (Al2O3).
  18. Micro-condensateur selon l’une quelconque des revendications précédentes, le micro-condensateur comportant au moins une couche de protection, notamment thermique, disposée entre le support architecturé et la première électrode.
  19. Micro-condensateur selon l’une quelconque des revendications précédentes, le micro-condensateur ayant une capacité comprise entre 0,38 µF/cm2et 3,8 mF/cm2.
  20. Micro-condensateur selon l’une quelconque des revendications précédentes, le micro-condensateur ayant une tension de claquage comprise entre 1 V et 170 V, notamment entre 1,7 V et 160 V.
  21. Micro-condensateur selon l’une quelconque des revendications précédentes, le micro-condensateur comportant au moins un orifice de contact traversant la deuxième électrode et le matériau isolant de manière à exposer une zone de contact, notamment prédéfinie, de la première électrode.
  22. Micro-condensateur selon l’une quelconque des revendications précédentes, le micro-condensateur étant un micro-condensateur de type métal-isolant-métal.
  23. Système électronique comportant un micro-condensateur selon l’une quelconque des revendications 1 à 22.
  24. Système électronique selon la revendication 23, le système électronique étant embarqué, portable et/ou intelligent.
  25. Procédé de fabrication d’un micro-condensateur selon l’une quelconque des revendications 1 à 22, comportant au moins les étapes suivantes :
    a) fourniture d’un support architecturé comportant un substrat et des micro-piliers disposés sur une face du substrat,
    b) dépôt d’une première électrode sous la forme d’une couche mince sur le support architecturé,
    c) dépôt d’un matériau isolant sous la forme d’une couche mince sur la première électrode,
    d) dépôt d’une deuxième électrode sous la forme d’une couche mince sur le matériau isolant.
  26. Procédé selon la revendication 25, dans lequel au moins l’une des étapes b), c) et d), notamment chacune des étapes b), c) et d), est mise en œuvre par une technique de dépôt chimique en phase vapeur.
  27. Procédé selon la revendication 26, dans lequel au moins l’une des étapes b), c) et d), notamment chacune des étapes b), c) et d), est mise en œuvre par une technique de dépôt de couches atomiques, notamment à une température allant de 150°C à 550°C, préférentiellement allant de 200°C à 500°C, et plus préférentiellement allant de 250°C à 450°C.
  28. Procédé selon la revendication 27, dans lequel au moins l’une des étapes b) et d), notamment chacune des étapes b) et d), est mise en œuvre en utilisant :
    - au moins un gaz, de préférence l’ozone (O3), et
    - au moins un précurseur d’un matériau conducteur électronique, notamment métallique, de préférence un précurseur d’un métal, notamment de transition.
  29. Procédé selon la revendication 27 ou 28, dans lequel l’étape c) est mise en œuvre en utilisant :
    - au moins un agent oxydant, et
    - au moins un précurseur d’un matériau isolant, notamment diélectrique, de préférence un précurseur d’un oxyde métallique, notamment simple ou mixte.
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