Enjeux pour une simulation de l’ALD
Simulation à l’échelle atomique en ALD des oxydes ultra-minces

Le procédé ALD repose fondamentalement sur une maîtrise de la chimie des interactions réduites à de plus simples expressions, donc plus contrôlables, comparativement aux techniques plus classiques de dépôt en phase vapeur « non pulsées ». En effet, l’ALD s’appuie sur des réactions auto--limitées d’un gaz mono-moléculaire avec un substrat dont la surface présente des terminaisons chimiques idoines. Ceci permet, en toute rigueur, de réaliser le dépôt d’une monocouche atomique à chaque cycle ALD. Ainsi, des réactions en phase gaz sont proscrites et les réactions de surfaces doivent en principe se limiter à quelques réactions type. De plus, des phases de purge entre les étapes de dépôt permettent de travailler dans des conditions optimales de propreté et d’éviter les interactions en phase gaz.

Une problématique essentielle des couches ultra-minces réside dans leur capacité à entretenir une interface optimale avec les couches voisines en contact. À ce titre, les toutes premières couches déposées par la technique ALD sont fondamentales. Il faut noter que les chimies d’interactions relatives au régime initial de croissance sont rigoureusement différentes de celles qui se produisent lors des cycles de croissance ultérieurs où les précurseurs de dépôt interagissent avec leurs homologues déposés dans les cycles précédents. A contrario, lors des tout premiers cycles de dépôt, les précurseurs vont interagir avec le substrat initial. En principe celui-ci peut être modifié et optimisé pour répondre aux exigences de réactivité du précurseur, par exemple en optimisant la densité de fonctions OH en surface pour permettre d’accroître le nombre de réactions de décomposition des précurseurs. Il est donc entendu que rien ne permet de dire que la réactivité, aux plans cinétique et thermodynamique, sera équivalente sur le substrat initial comparativement à la croissance ultérieure sur des couches déjà formées.

Simuler un procédé ALD, même si ce dernier est caractérisé par une chimie plus simple que les procédés CVD plus classiques, demeure une tâche complexe dans une large mesure parce que le système est régi par des processus multi-échelles. Les réactions chimiques, migrations d’atomes, peuvent être quasi spontanées, de la picoseconde--nanoseconde quand d’autres mécanismes seront caractérisés...