Les mémoires à nanocristaux de silicium sont de sérieux candidats pour remplacer les mémoires non-volatiles à grille flottante. Dans ce travail de thèse, nous avons choisi un système simple, constitué de nanocristaux de Si enrobés dans une couche mince de silice élaboré par PPECVD couplé à des recuits en atmosphère faiblement oxydante. Nous avons placé au centre de nos préoccupations la maîtrise de la synthèse des couches et la manière de gérer la formation empilements avec des recuits oxydants. Le contrôle des paramètres de dépôt PPECVD nous a d'abord permis de déposer de fines couches d'oxynitrure de silicium contenant un excès de silicium suffisant pour l'élaboration de couches contenant des nanoamas de silicium. La fabrication des différentes couches de l'empilement avec leurs recuits (N2 et N2+ 1%O2) associés a été contrôlée à chaque étape par ellipsométrie. Une étude MET rigoureuse et systématique, couplant MEHR et EFTEM a permis l'élucidation du phénomène de séparation de phase dans la couche contenant l'excès de silicium : la couche riche en silicium est composée d'une forte densité de petites particules amorphes qui cristallisent lors d'un recuit sous atmosphère inerte. Les recuits faiblement oxydants (1% O2) contribuent à la création d'un oxyde tunnel dans les structures MOS et, de manière moindre, à la séparation des nanocristaux. Après recuit, les particules de silicium subissent une maturation d'Ostwald conservative et résistent à l'oxydation. Les valeurs des épaisseurs obtenues par MET ont permis de confirmer celles obtenues en ellipsométrie ainsi que la composition des couches. L'étude de dispositifs MOS par le biais des caractéristiques C(V) a permis de montrer que l'oxyde thermique (N2+1%O2, 1050 °C) avait des caractéristiques attendues pour un bon isolant. L'oxyde (recuit) issu du procédé plasma montre quelques spécificités qui peuvent nuire aux propriétés à l'interface. Concernant les empilements contenant la couche riche en silicium, l'accroissement du temps de recuit oxydant améliore les caractéristiques diélectriques du matériau et conduit à l'apparition de charges fixes et mobiles même si l'augmentation du nombre de recuits oxydants conduit à une diminution significative de la densité de charges fixes. Le déchargement rapide observé a été attribué à l'apparition de nanocristaux sur le substrat de silicium et leur quasi percolation, confirmée par MET. Pour éviter la présence d'une percolation trop importante des nanoamas de silicium et leur croissance à l'interface du substrat, nous avons réalisé successivement le dépôt de suboxyde et de l'oxyde de contrôle sans recuit entre les deux dépôts. Grâce à cette stratégie, un comportement du MOS a été observé accompagné après polarisation d'un phénomène de rétention de charge permanent, même si l'apparition d'une charge fixe associée et de porteurs minoritaires en inversion indiquent la présence d'une interface mal contrôlée. |