Modélisation multi échelles de la croissance des oxydes à fortes permittivités : simulation Monte-Carlo cinétique

• Main Author: Mazaleyrat, Guillaume
• Language: FRE
• Published: Université Paul Sabatier - Toulouse III 2006
• Subjects: [SPI:NANO] Engineering Sciences/Micro and nanotechnologies/Microelectronics; Oxydes à fortes permittivités; Oxydes de grille; Couches minces; Atomic Layer Deposition; Simulation des procédés; Simulation à l'échelle atomique; Modélisation multi-échelles; Monte-Carlo cinétique
• Online Access: http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011574; http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/05/84/82/PDF/These_Mazaleyrat_v3.pdf

La miniaturisation des composants électroniques et en particulier celle d'une des "briques élémentaires" de la microélectronique, le transistor MOS, nécessite l'emploi d'un nouvel oxyde de grille en remplacement du traditionnel oxyde de silicium. En effet, cette grille tend à devenir tellement fine que les courants de fuite à travers celle-ci deviennent trop importants pour garantir un fonctionnement satisfaisant. Plusieurs oxydes à fortes permittivités on été identifiés pour remplacer le SiO2. Notre étude repose sur le développement d'un simulateur Monte-Carlo cinétique original au sein d'une approche multi-échelles, allant de la molécule au réacteur de dépôt. Des études ab initio contribuent à identifier les mécanismes réactionnels élémentaires avant de les intégrer dans le simulateur. Celui-ci peut alors gérer jusqu'à plusieurs millions d'atomes, sur des durées de l'ordre de la seconde. Atteindre ces échelles d'espace et de temps permet une confrontation directe avec les résultats expérimentaux et les simulations de type macroscopique. Après un tour d'horizon du contexte de l'étude et du cadre méthodologique, cette thèse expose la conception du simulateur Monte-Carlo en interaction avec les différentes contributions du projet européen « Hike » (5ème PCRD de l'Union Européenne): modélisation du substrat, simulation du procédé de croissance par monocouches atomiques (Atomic Layer Deposition), dynamique temporelle, mécanismes réactionnels élémentaires... La validation du logiciel a non seulement conforté la démarche adoptée mais aussi donné de précieuses informations concernant la réactivité du substrat, les mécanismes et la cinétique de croissance de plusieurs oxydes à fortes permittivités, en particulier l'oxyde d'hafnium.