CHIMIE DES PRÉCURSEURS ET PROCÉDÉS

Cet axe traite des aspects fondamentaux de sélection et de conception des précurseurs (en général des molécules organométalliques), de l’apport de la simulation numérique pour le procédé ALD, du développement des chimies (précurseurs/réactants) pour des approches thermique ou plasma et du développement des méthodes expérimentales en ALD. 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. Cet axe s'attachera donc également à exposer ces techniques instrumentales pour l'ALD, qui peuvent servir de points de référence pour la simulation  numérique.

 Un effort sera porté 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). La simulation numérique sera vu comme un moyen d'accélérer le développement industriel des nouvelles variantes de procédés ALD.

 Cet axe sera également l’occasion de formaliser un certain nombre de « règles de bonne pratique » (sur la base de calculs et de méthodes éprouvées) 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) seront en particulier explorés.

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.

Raphaël Boichot, SIMaP

Stéphane Danièle, IRCELyon

Carmen Jimenez, LMGP