Croissance épitaxiale des couches minces de cuivre sur un substrat de silicium : Propriétés morphologiques et structurales

Abstract

Dans cette thèse nous nous sommes intéressées à la modélisation et à la simulation à l’échelle atomique de la croissance des couches minces de Cu sur un substrat de Si. Ainsi, nous avons utilisé la méthode de Dynamique Moléculaire qui s’est avérée être un outil efficace pour ce genre d’étude. L’utilisation de cette méthode nécessite un choix pertinent du potentiel d’interatomique décrivant les interactions entre les particules constituant le système. Dans cette étude, nous avons utilisé trois types de potentiel EAM, Tersoff et MEAM afin de prédire les propriétés des couches minces de Cu. Nous avons étudié les influences des différents paramètres de dépôt sur les propriétés morphologiques et structurales des couches minces de Cu. Les paramètres utilisés sont l’énergie, l’angle d’incidence, la température du substrat, le taux de dépôt et le traitement thermique. Nos résultats montrent que l’augmentation de l’énergie d’incidence et de la température du substrat permet d’augmenter l’épaisseur de la phase d’inter-diffusion entre les atomes du film et le substrat. Dans ce cas, la rugosité de la surface est améliorée tandis que la structure du film se transforme d’un état cristallin à un état amorphe. De plus, la croissance des atomes de Cu à des angles obliques montrent la formation de structures colonnaires inclinées avec une morphologie de surface plus rugueuse. Cette formation provoque une augmentation de la concentration des vides dans le film, ce qui provoque une diminution dans la densité du film. Pour des angles de dépôt inférieurs à 45°, la contrainte résiduelle du film se trouve en état de compression, tandis qu’avec des angles supérieurs à 60°, la contrainte devient en état de traction. Plus important, la variation du taux de dépôt peut affecter le mode de croissance et la structure du film. Les résultats montrent que le film se développe suivant un mode de croissance de type 3D à un taux de 10 at/ps et présente une structure amorphe. Par contre, à un taux de dépôt de 1 at/ps, le mode de croissance devient de type de 2D (couche par couche), ce qui produit un film avec une structure cristalline. De plus, l’application du processus de recuit thermique permet de recristalliser la structure du film et d’améliorer la rugosité de la surface. L’analyse par la fonction de distribution radiale (RDF) montre que le film se transforme d’un état amorphe