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RÉSUMÉ
La simulation à l’échelle atomique permet de prédire, quantifier et interroger avec force détails la chimie des interactions entre atomes et d’en déduire leur organisation à l’échelle des interfaces. Cet article a pour ambition de présenter une démarche de la simulation à l’échelle atomique qui combine calculs quantiques et simulations par Monte Carlo Cinétique respectivement pour prédire la chimie des processus élémentaires qui gouvernent le dépôt par ALD et pour bâtir une simulation à l’échelle du procédé technologique. Quelques exemples d’étude concernant le dépôt d’oxydes pour la microélectronique et la réalisation de couches barrières pour les matériaux énergétiques seront proposés.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Alain Estève : CNRS, LAAS, 7 avenue du Colonel Roche, F-31400 Toulouse, France - Université de Toulouse, LAAS, F-31400 Toulouse, France
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Mehdi Djafari Rouhani : CNRS, LAAS, 7 avenue du Colonel Roche, F-31400 Toulouse, France - Université de Toulouse, LAAS, F-31400 Toulouse, France
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Carole Rossi : CNRS, LAAS, 7 avenue du Colonel Roche, F-31400 Toulouse, France - Université de Toulouse, LAAS, F-31400 Toulouse, France
INTRODUCTION
Domaine : Modélisation des procédés technologiques, nanotechnologies
Degré de diffusion de la technologie : en croissance
Technologies impliquées : ALD, CVD, MOCVD, dépôts par voie chimique …
Domaines d’application : microélectronique, énergie, biochimie, couches de protection
Principaux acteurs français :
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Pôles de compétitivité :
-
Centres de compétence :
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Industriels :
Autres acteurs dans le monde : C.B. Musgrave (Univ. Du Colorado, USA)
S. Elliott (Tyndall, Irlande)
Contact : [email protected]
Depuis le début des années 2000, la simulation à l’échelle atomique a épousé les contours applicatifs de l’ALD, tout d’abord pour la micro-électronique, puis pour le développement de nombreuses autres applications, énergie, couches barrières, électrochimie, biologie… L’objet de cet article est de situer les enjeux d’une simulation de l’ALD et de décrire les grands axes méthodologiques qui permettent d’y répondre. Pour illustration, nous nous appuyons sur des résultats obtenus dans le cadre d’études sur le dépôt d’oxydes à forte permittivité ainsi que sur le dépôt de couches barrières pour les matériaux énergétiques. Nous montrons comment les calculs quantiques permettent de comprendre des points clefs de la chimie des interactions molécules/surfaces. Nous présentons des mécanismes réactionnels qui sont d’intérêt générique pour la compréhension/réalisation de couches minces : phénomènes de coopérativité, densification, réduction des surfaces. Au plan méthodologique, nous montrons comment ces connaissances permettent d’établir une modélisation plus phénoménologique, toujours à l’échelle atomique, mais permettant une simulation à l’échelle du procédé (temps, température et pressions de gaz).
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Enjeux pour une simulation de l’ALDArticle inclus dans l'offre
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1. Contexte
Dans le contexte général des micro et nano-technologies, la simulation et les outils dont elles disposent peuvent intervenir à de très nombreux niveaux. Dans cet article, nous nous intéressons à la simulation à l’échelle atomique dédiée aux procédés de fabrication, à leur développement et à leur simulation prédictive, étant entendu que celle-ci peut également s’intéresser aux propriétés électroniques. Notre regard est ici exclusivement porté sur le procédé de dépôt par couche atomique, l’ALD.
Au-delà de la qualité des couches en volume, l’optimisation des propriétés des films ultra-minces réside essentiellement en la qualité de leurs interfaces. C’est donc sur ces quelques monocouches de transition substrat/couche déposées que se situent nombre de questions et de verrous. La caractérisation fine de ces interfaces, composition chimique, structure, nature et impact des défauts, se heurte à de grandes difficultés, liées par exemple à la nature défectueuse et souvent amorphe des couches et à la morphologie des interfaces. Dans ce contexte, la modélisation à l’échelle atomique a très largement contribué à la compréhension de la chimie des dépôts ainsi qu’à la détermination des structures électroniques des couches, particulièrement motivée par les développements, en micro-électronique, des oxydes ultimes pour les grilles de transistors MOS (Metal Oxide Semiconductor) ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - * - International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS), www.itrs.net.
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(2) - WILK (G.D.), WALLACE (R.M.), ANTHONY(J.M) - High-k gate dielectrics : current status and materials properties considerations, - J. Appl. Phys., 89, 5243 (2001).
-
(3) - HALL (S.), BUIU (O.), MITROVIC (I.Z.), LU (Y.), DAVEY (W.M.) - Review and perspective of high-k dielectrics on silicon, - Journal of Telecommunication and information Technology, 33 (2007).
-
(4) - WIDJAJA (Y.), MUSGRAVE (C.B) - Quantum chemical study of the mechanism of aluminum oxide atomic layer deposition, - Appl. Phys. Lett. 80, 3304 (2002).
-
(5) - WIDJAJA (Y.), MUSGRAVE (C.B.) - Atomic layer deposition of hafnium oxide : A detailed reaction mechanism from first principles, - J. Chem. Phys. 117, 1931 (2002).
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(6) - ESTÈVE (A.), DJAFARI...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
International Technology Road map for Semiconductors http://www.itrs.net
Materials genome Initiative http://www.mgi.gov
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