MÉCANISMES DE CROISSANCE ET CARACTÉRISATIONS

La réussite d’un procédé ALD repose largement sur la maîtrise de la chimie des interactions entre les molécules précurseurs et les surfaces de dépôt. La compréhension fine, à l’échelle atomique, des mécanismes mis en jeu lors des cycles de croissance en ALD constitue ainsi un point crucial pour la mise en œuvre et l’optimisation du procédé ; à noter que l’ALD doit conduire à une grande qualité des matériaux élaborés (couches conformelles, pureté, stoichiométrie). Le recul de presque deux décennies de recherche dans le domaine montre clairement que cette compréhension doit s’appuyer sur des moyens avancés de caractérisation in situ et ex situ ad hoc, conjointement à l’utilisation de moyens de modélisation multi-échelle. Les questions qui sont abordées sont multiples, choix de précurseurs, identification et quantification des mécanismes de croissances durant les premiers stades de dépôt et durant le régime permanent, modification/préparation des surfaces avant dépôt, pour citer les principales. La littérature montre souvent une réalité complexe, menant à des écarts aux fondements conceptuels de l’ALD: complexité des mécanismes réactionnels, dissociation incomplète, réactions en phase gaz, contamination des couches, encombrement stérique des précurseurs greffés, réactions plus complexes intra-couches pour les oxydes ioniques ... Afin d’amenuiser ces écarts, d’anticiper les choix de précurseurs, d’évaluer la qualité des couches produites, leur structuration à l’échelle atomique, mais aussi de fournir les éléments de compréhension et paramètres aux modèles à l’échelle du réacteur, les moyens de modélisation et caractérisation à l’échelle nanométrique doivent être employés en synergie. C’est l’objectif de cet axe du GDR : réunir les expertises au plan national, caractérisation in situ et ex situ (IR, XPS, LEIS, XRD …), techniques de modélisation à l’échelle atomique de type DFT (échelle de la réaction chimique élémentaire), Monte Carlo Cinétique (échelle mésoscopique et simulation procédé) et à l’échelle du réacteur. Ces outils mis en commun doivent permettre de répondre aux questions fondamentales des relations nanostructures/propriétés et performances des dispositifs issus des filières ALD.

Chambre de réaction ALD adaptée pour la caractérisation in situ par le rayonnement synchrotron développée en collaboration entre le LMGP et le SIMAP (source JL Deschanvres, LMGP)

J-L Deschanvres, LMGP

A. Estève, LAAS