Approche Multi-échelle Dans La Modélisation De La Gravure De Silicium Par Plasma À Base De Fluor
Résumé: Notre travail porte sur une étude ab-initio des propriétés structurales et électroniques des agrégats SinFmOk (n=1-7; m,k=0-4) ainsi que de l'adsorption du fluor et de la molécule SiF sur la surface reconstruite de silicium Si(001)-p(2×2). Nos calculs ont montré que dans les agrégats SinFmOk, les liaisons atomiques Si-F et Si-O sont plus courtes et plus énergétiques que les liaisons Si-Si et que la présence excessive de F affaiblit la liaison Si-Si en augmentant sa longueur, ce qui favorise la formation des molécules volatiles SiFm(m=1-4) dans le processus de la gravure. Nous avons également montré que la présence de l’oxygène dans ces agrégats freine la formation des composés fluorés par la formation des composés SinFmOk qui représentent une couche de passivation lors de la gravure chimique. Les résultats obtenus pour l'adsorption de l'atome de fluor et de la molécule SiF sur la surface reconstruite Si(001)-p(2×2) ont montré que le fluor s'adsorbe sur un site "top" en occupant une liaison pendante de la surface, et que la molécule SiF interagit avec la surface Si(001)-p(2×2) par deux mécanismes d'adsorption: dissociative et non-dissociative. Les chemins réactionnels à énergie minimum (MEP: Minimum Energy Path) de diffusion de F et de la décomposition de SiF sur la surface du silicium sont effectués en utilisant la méthode de la bande élastique étirée dite NEB (Nudged Elastic Band method). Nos résultats ont montré qu'il est énergétiquement plus facile pour l'atome de fluor de diffuser de la molécule vers la surface que d'une liaison de la surface vers une autre. Par ailleurs, les faibles valeurs des énergies d'activation calculées (de l'ordre de 0.6 eV) impliquent une dissociation facile de la molécule SiF sur la surface de Si(001) à température ambiante. Ce résultat peut expliquer les observations expérimentales qui montrent que la molécule SiF est identifiée comme un produit de réaction en phase gazeuse mineur lors de la gravure du silicium par plasma fluoré.
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