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Nous décrivons ici la mise en œuvre d'une stratégie de modélisation multi-niveaux pour la simulation à l'échelle atomique des procédés en Micro et Nano-technologies.
Cette stratégie multi-niveaux combine des calculs quantiques de type fonctionnelle de la densité électronique DFT (Density Functional Theory) avec de la simulation mésoscopique au travers d'une technique de « Monte Carlo cinétique ».
Nous nous attachons plus particulièrement à détailler les étapes de construction d'un modèle de type « Monte Carlo cinétique » basé sur réseau et d'en souligner le caractère général pour la simulation procédé :
– gestion d'un espace décrit par un réseau de sites ;
– écriture des configurations ;
– liste des mécanismes élémentaires ;
– gestion du temps d'expérience.
Ces éléments généraux sont systématiquement étayés par un exemple d'application sur la croissance des oxydes de grille pour la microélectronique « ultime » : la croissance par couche atomique (ALD : Atomic Layer Deposition) de l'oxyde d'Hafnium sur silicium.
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Revue des approches méthodologiques de simulation1. Contexte
Alain ESTEVE, Ahmed DKHISSI, Cédric MASTAIL, Georges LANDA et Anne HEMERYCK sont tous chercheurs au LAAS-CNRS de l'université de Toulouse.
Mehdi DJAFARI-ROUHANI travaille à l'université de Toulouse au sein de l'UPS.
Enfin, Nicolas RICHARD est chercheur au CEA-DAM de Bruyères le Châtel.
Le développement de la microélectronique, véritable révolution, basée sur la miniaturisation continuelle de composants de base, tel le transistor MOS (Metal Oxide semiconductor ), est le fruit d'un cercle vertueux où l'on met en synergie développements expérimentaux, caractérisations et simulations. L'impact de ces dernières se situe à plusieurs niveaux, aussi bien dans le domaine de la représentation fonctionnelle des composants et des systèmes que dans la modélisation et la simulation des technologies et des procédés de fabrication. C'est le couplage de ces deux axes principaux de la modélisation-simulation qui a permis le développement de composants et de systèmes toujours plus complexes, à un rythme extraordinairement soutenu depuis près de soixante ans.
Sur la simulation mésoscopique :Modélisation mésoscopique des polymères d'Armand Soldera
Sur l'ALD :Les nanomatériaux énergétiques perspectives d'intégration dans les microsystèmes
L'articulation des différents moyens de simulation, en relation avec le développement des filières technologiques, est clairement exprimée dans les « feuilles de route » ou « roadmaps » de la microélectronique (publiées par l'ITRS) (voir figure 1).
ITRS : International Technology Roadmap for Semiconductors
Dans ce qui suit, nous nous intéressons plus particulièrement aux modèles physiques de la simulation des procédés technologiques. Nous nous appuierons sur l'exemple de la simulation du dépôt par couche atomique de l'oxyde d'Hafnium. S'agissant d'accompagner les technologies à des échelles nanométriques, les outils de simulation traditionnellement utilisés par les ingénieurs de conception, d'essence macroscopique, le plus souvent basés sur des équations cinétiques phénoménologiques,...
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