L’axe Chimie des précurseurs et Procédés

Exemple de simulation numérique de la fluidique dans un réacteur ALD instrumentés in-situ de forme complexe dont les ports optiques sont protégés par un rideau d’argon.

Cet axe comporte les aspects fondamentaux de sélection et conception des précurseurs (en général des mol

écules organométalliques), de l’apport de la simulation numérique pour le procédé ALD et du développement des chimies (précurseurs/réactants) pour des approches thermique ou plasma.

Un thème porte sur la connaissance et la compréhension des mécanismes de croissance, qui débutent par les interactions molécule-surface (première étape de l’adsorption de la molécule du précurseur sur la surface du substrat ou du film). Une des voies permettant d’appréhender les mécanismes de croissance des films consiste à instrumenter la chambre de réaction afin de suivre la croissance in situ par des caractérisations structurales, chimiques, mécaniques ou optiques.

Enfin, une attention sera portée sur le développement de procédés ou réacteurs innovants qui dépassent les technologies classiques (ALD thermique, ALD Plasma ou PEALD). On peut citer a) la technique DLI ALD (Direct Liquid Injection ALD) où l’apport du précurseur est réalisé par injection liquide afin de compenser les très faibles pressions de vapeur des composés organométalliques, b) les techniques ALE (Atomic Layer Etching) où l’on vise une gravure contrôlée et finalement c) les techniques dites spatiales SALD dans lesquelles le substrat est exposé aux différents pulses de précurseurs par déplacement d’une chambre de réaction d’une position à une autre et non par alternance temporelle. L’apport de la simulation au développement de ces procédés et à leur changement d’échelle industrielle sera particulièrement mis en avant.

Lors du développement de cet axe, la simulation numérique sera abordée comme support à la compréhension des mécanismes, que ce soit à l’échelle atomique ou microscopique (ab initio, Monte Carlo cinétique, champs de phase) pour comprendre la réactivité chimique des espèces mises en jeu et leur diffusivité de surface, ou à l’inverse à l’échelle du réacteur et du transport des réactifs (CFD, simulations multi-physique). L’idée est de générer une sorte de « guide des bonnes pratiques » en ALD à l’usage de l’ensemble de la communauté, et surtout des expérimentateurs purs, afin de leur faire gagner du temps de développement.

Cet axe sera également l’occasion de formaliser un certain nombre de « règles de bonne pratique » (sur la base de calculs) lors du développement et dimensionnement des réacteurs, qui pour le moment font surtout appel à de l’empirisme. La non-idéalité du procédé ALD ainsi que les moyens d’amélioration basés sur des méthodes éprouvées (simulations, plans d’expérience, etc..) seront en particulier explorés.