Mécanismes physico-chimiques dans le procédé de gravure plasma du Silicium PDF Download
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Author: Xavier Mellhaoui Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 18
Book Description
Dans l’industrie de la microtechnologie, la gravure profonde du silicium permet l’obtention de structures à fort rapport d’aspect (MEMS, MOEMS, vias, caissons d’isolation...). La cryogravure est l’une des voies pour réaliser ces structures. L’objet de cette thèse est l’étude des mécanismes de formation de la couche de passivation SiOxFy dans le procédé cryogénique de gravure par plasma SF6/O2 du silicium. Cette couche ne se forme uniquement qu’à basse température (~ -100°C). Elle désorbe lors de la remontée en température à l’ambiant du substrat en libérant des espèces analysables par spectrométrie de masse. La principale espèce détectée est le produit de gravure SiF4. En testant des plasmas de construction de la couche avec le SiF4, nous avons trouvé deux mécanismes possibles de formation de la couche SiOxFy. Afin de compléter l’étude, nous avons installé un ellipsomètre spectroscopique in-situ afin de caractériser l’interaction de différents plasmas (Ar, SF6, O2, SF6/O2, SiF4/O2) avec le silicium montrant ainsi l’effet de la température du substrat et du flux d’ions. En régime de surpassivation, les MicroStructures Colonnaires, défaut du procédé de cryogravure, apparaissent au fond du motif. Une étude paramétrique de ces structures est effectuée en variant les conditions du plasma (température, Vbias, puissance de la source, pression et temps).
Author: Xavier Mellhaoui Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 18
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Dans l’industrie de la microtechnologie, la gravure profonde du silicium permet l’obtention de structures à fort rapport d’aspect (MEMS, MOEMS, vias, caissons d’isolation...). La cryogravure est l’une des voies pour réaliser ces structures. L’objet de cette thèse est l’étude des mécanismes de formation de la couche de passivation SiOxFy dans le procédé cryogénique de gravure par plasma SF6/O2 du silicium. Cette couche ne se forme uniquement qu’à basse température (~ -100°C). Elle désorbe lors de la remontée en température à l’ambiant du substrat en libérant des espèces analysables par spectrométrie de masse. La principale espèce détectée est le produit de gravure SiF4. En testant des plasmas de construction de la couche avec le SiF4, nous avons trouvé deux mécanismes possibles de formation de la couche SiOxFy. Afin de compléter l’étude, nous avons installé un ellipsomètre spectroscopique in-situ afin de caractériser l’interaction de différents plasmas (Ar, SF6, O2, SF6/O2, SiF4/O2) avec le silicium montrant ainsi l’effet de la température du substrat et du flux d’ions. En régime de surpassivation, les MicroStructures Colonnaires, défaut du procédé de cryogravure, apparaissent au fond du motif. Une étude paramétrique de ces structures est effectuée en variant les conditions du plasma (température, Vbias, puissance de la source, pression et temps).
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L'interaction plasma-polymère constitue aujourd'hui une discipline à part entière en raison des très nombreuses applications auxquelles elle conduit, comme la fonctionnalisation de surface ou le dépôt de film mince possédant des caractéristiques physico-chimiques inédites. L'utilisation des polymères joue également depuis longtemps un rôle incontournable en micro et nanotechnologies, que ce soit en microélectronique ou pour la fabrication de MEMS. Une des opérations importantes dans ces domaines est la gravure de résine photosensible, celle-ci doit être soit parfaitement anisotrope afin de respecter les dimensions des motifs soit isotrope dans le cas d'enlèvement des résines utilisées comme masque. La maitrise de tels procédés plasma avec des spécifications aussi contradictoires nécessite une compréhension approfondie des mécanismes réactionnels.Dans ce contexte mon travail de thèse a pour objectif d'enrichir les modèles de gravure existants en prenant en compte la nature physico-chimique des polymères et les différents mécanismes réactionnelles puis de réaliser une validation expérimentale. Ce travail de compréhension me permettra de travailler sur un procédé innovant de gravure profonde en vue de la réalisation de filtres polymères pour la micro-filtration à partir de films plastiques.L'ensemble de l'étude expérimentale s'appuie sur un travail préliminaire de conception et de réalisation d'un réacteur prototype intégrant des sources plasma distribuées à conditions opératoire étendues, permettant un découplage des différents paramètres intervenant dans les procédés de gravure.
Author: Davies William de Lima Monteiro Publisher: The Electrochemical Society ISBN: 1566777372 Category : Science Languages : en Pages : 639
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This issue of ECS Transactions features eight invited and sixty-seven regular papers on technology, devices, systems, optoelectronics, modeling and characterization; all either directly or indirectly related to microelectronics. The topics presented herein reveal the multidisciplinary character of this field, which definitely incites the highly cooperative trace of human nature.
Author: Thanh Long Phan Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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L'objectif de ce travail porte sur la généralisation de la modélisation de la gravure du silicium dans les plasmas de fluor ou de chlore à celle de la gravure des éléments de la colonne IV et des composés III-V de structure cristalline de type diamant ou zinc-blende dans les plasmas d'halogènes, i.e. fluor, chlore, brome et iode. Dans ce contexte, les effets stériques et de diffusion en volume et/ou en surface en constituent les problématiques principales. Cette généralisation s'appuie sur le modèle de gravure de Petit et Pelletier qui, par rapport aux modèles antérieurs, prend en compte un certain nombre d'hypothèses distinctes ou additionnelles telles que les interactions répulsives entre adatomes d'halogènes proches voisins, les mécanismes de Langmuir-Hinshelwood pour la formation des produits de réaction, la nature mono-couche ou multi-couches de l'adsorption, et la diffusion des adatomes en surface. Les effets stériques relatifs à la diffusion des atomes d'halogènes à travers les surfaces (100) des structures cristallines des éléments de la colonne IV et des composés III-V définissent une première loi de similitude entre la maille du réseau cristallin et le rayon ionique de Shannon des atomes d'halogènes concernant leurs conditions de diffusion en volume. Cette loi se traduit par un diagramme prévisionnel, commun aux éléments de la colonne IV et aux composés III-V, délimitant les systèmes de gravure de types mono-couche et multi-couches. Les effets stériques relatifs aux mécanismes réactionnels de gravure sur les surfaces (100) aboutissent à des secondes lois de similitude entre la maille du réseau et le rayon covalent des adatomes d'halogènes caractérisant la nature de la gravure : gravure isotrope, gravure anisotrope, ou absence de gravure. Ces lois de similitude, distinctes pour les éléments de la colonne IV et les composés III-V (stœchiométrie différente des produits de réaction), se traduisent par deux diagrammes prévisionnels délimitant les différents domaines de gravure. Les diagrammes prévisionnels pour les éléments de la colonne IV ont pu être validés, d'une part, à partir des résultats expérimentaux antérieurs, et, d'autre part, en l'absence de données, à partir d'études expérimentales complémentaires : gravure de Si et Ge en plasma de brome et d'iode, gravure de Sn en plasma d'iode.
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CE MEMOIRE PRESENTE UNE ETUDE DES MECANISMES DE GRAVURE DU SILICIUM A BASSE TEMPERATURE PAR UN FAISCEAU PLASMA DE SF#6 EXTRAIT D'UNE SOURCE D'IONS A DECHARGE MICRO-ONDE. L'APPROCHE EXPERIMENTALE CHOISIE REPRODUIT L'INTERACTION D'UN PLASMA HAUTE DENSITE AVEC UNE SURFACE REFROIDIE. LES PROCEDES PLASMA DE HAUTE DENSITE ET LE REFROIDISSEMENT DU SUBSTRAT SONT DES MOYENS RECONNUS POUR ACCROITRE LES PERFORMANCES DU PROCESSUS DE GRAVURE (ANISOTROPIE, SELECTIVITE ET VITESSE DE GRAVURE). A PARTIR D'UNE CARACTERISATION DETAILLEE DE LA SOURCE D'IONS, UNE PROCEDURE EXPERIMENTALE A ETE MISE EN OEUVRE POUR CONTROLER DE MANIERE INDEPENDANTE L'ENERGIE (100-400 EV) DES IONS ET LA DENSITE DE COURANT (0,1-5 MA/CM#2) ARRIVANT SUR L'ECHANTILLON. UN DIAGNOSTIC COMPLET DU FAISCEAU PLASMA (IONS ET NEUTRES) EXTRAIT DE LA SOURCE A ETE EFFECTUE PAR SPECTROMETRIE DE MASSE. LES RESULTATS OBTENUS ONT MIS EN EVIDENCE POUR LE FAISCEAU D'IONS LA PRESENCE DES ESPECES F#+, S#+, SF#+, SF#+#2, SF#+#3, SF#+#5 ET POUR LE FAISCEAU DE NEUTRES LA PRESENCE DES ESPECES F, SF#2, SF#4 ET SF#6. L'INFLUENCE DES CONDITIONS DE PRESSION ET DE PUISSANCE DE LA DECHARGE SUR LA POPULATION RELATIVE DE CES DIFFERENTES ESPECES IONIQUES ET NEUTRES A ETE ETUDIEE. LA MESURE DE LA VITESSE DE GRAVURE DU SILICIUM ET L'ANALYSE XPS IN SITU DE LA SURFACE GRAVEE ONT ETE REALISEES EN FAISANT VARIER L'ENERGIE DES IONS, LEUR DENSITE DE COURANT ET LA TEMPERATURE DE L'ECHANTILLON (300 K-120 K). L'ETUDE DE LA SURFACE A NOTAMMENT REVELE LA PRESENCE DES GROUPEMENTS SF#X, SIF#X ET SIS#X DONT LA PROPORTION DANS LA COUCHE D'INTERACTION VARIE SELON LES CONDITIONS DE GRAVURE. L'ANALYSE DE L'ENSEMBLE DE CES RESULTATS A PERMIS DE METTRE EN EVIDENCE LE ROLE IMPORTANT DE L'ADSORPTION DES NEUTRES, DE LA DESORPTION STIMULEE PAR LES IONS ET DES REACTIONS INDUITES PAR LES IONS DANS LES PRINCIPAUX MECANISMES DE GRAVURE QUE SONT LA GRAVURE SPONTANEE, LA GRAVURE CHIMIQUE ASSISTEE PAR LES IONS ET LA PULVERISATION PHYSIQUE.
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DANS LE DOMAINE DES MICROTECHNOLOGIES, LA REALISATION DE MICROCAPTEURS NECESSITE LA MAITRISE DE PROCEDES D'USINAGE EN VOLUME DU SILICIUM. LA GRAVURE HUMIDE, COURAMMENT UTILISEE CONNAIT AUJOURD'HUI DES LIMITATIONS DUES PRINCIPALEMENT A LA DIFFICULTE DE REALISATION DE GEOMETRIES PARTICULIERES. LA GRAVURE PAR PLASMA S'AVERE DONC INTERESSANTE POUR OUTREPASSER CES LIMITATIONS, CAR ELLE DEVRAIT PERMETTRE UNE PLUS GRANDE LIBERTE QUAND AUX GEOMETRIES OBTENUES. LES RECHERCHES ENTREPRISES EN GRAVURE SECHE ONT PORTE ESSENTIELLEMENT SUR L'OPTIMISATION DE PROCEDES POUR DES APPLICATIONS MICRO-ELECTRONIQUES. POUR UNE APPLICATION MICROTECHNOLOGIQUE, CELA SUPPOSE LA MISE AU POINT DE PROCEDE DE GRAVURE PROFONDE SUPERIEURE A 10 MICRONS. LE TRAVAIL PRESENTE ICI PORTE SUR LA MISE AU POINT D'UN PROCEDE DE GRAVURE PROFONDE DU SILICIUM PAR PLASMA, EN ASSOCIANT L'ACTION D'UNE CHIMIE NON POLYMERISANTE (SF#6, AR, O#2) CONDUISANT A LA FORMATION D'UNE COUCHE BLOQUANTE SUR LES FLANCS DES TRANCHEES, A UN REFROIDISSEMENT A BASSE TEMPERATURE DU SUBSTRAT. L'ETUDE A ETE REALISEE DANS UN REACTEUR SURFAGUIDE HAUTE DENSITE PERMETTANT DE DISSOCIER LA FONCTION DE CREATION DE LA DECHARGE DE LA FONCTION D'ACCELERATION DES ESPECES IONISEES. LE SUBSTRAT EST MAINTENU PAR CLAMPAGE MECANIQUE AVEC INJECTION D'HELIUM EN FACE ARRIERE ET REFROIDI PAR AZOTE LIQUIDE. DANS UNE PREMIERE PARTIE, L'ETUDE PARAMETRIQUE A CONDUIT A LA MISE AU POINT D'UN PROCEDE DE GRAVURE ANISOTROPE. ELLE A MIS EN EVIDENCE QUE LES DEUX PARAMETRES DETERMINANTS ETAIENT LA TEMPERATURE DU SUBSTRAT ET LA CONCENTRATION EN OXYGENE. UNE DEUXIEME PARTIE A ETE CONSACREE AU CHOIX D'UN PROCEDE DE GRAVURE RESULTANT DE L'ETUDE PARAMETRIQUE ET DE SON OPTIMISATION A DES PROFONDEURS SUPERIEURES A 20 MICRONS. A TRAVERS CETTE ETUDE, NOUS NOUS SOMMES INTERESSES AUX LIMITES DU PROCEDE TELLES QUE LA PROFONDEUR DE SATURATION, LA DEGRADATION DES MOTIFS ET LES RUGOSITES DE SURFACE
Author: Corinne Duluard Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 0
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La gravure plasma de structures à fort rapport d'aspect dans le silicium est une étape clé dans la fabrication de microsystèmes et de composants de microélectronique de puissance. L'objectif de ce travail est de développer un procédé de gravure profonde du silicium, qui fonctionne à plus haute température de substrat que le procédé cryogénique en chimie plasma SF6/O2 et qui présente une meilleure stabilité en température et en concentration de gaz passivant(s). Dans ce but, de nouvelles voies de passivation non polymérisante ont été explorées. Nous avons évalué les possibilités de passivation par l'apport de SO2 en remplacement de O2. A température cryogénique, les propriétés de gravure sont semblables en plasma SF6/SO2 et SF6/O2 ; elles sont corrélées aux densités de neutres mesurées par spectrométrie de masse et actinométrie. La majeure partie des recherches a été consacrée à l'étude de la molécule SiCl4 comme précurseur de passivation. Nous avons au préalable analysé les interactions entre espèces générées en plasma SF6/SiCl4. Les expériences de caractérisation du plasma montrent que les réactions aux parois entre atomes F et espèces SiClx contrôlent la chimie du plasma et donc les propriétés de gravure du silicium. En mélange SF6/O2/SiCl4, ces réactions influent également sur la vitesse de gravure du substrat, mais l'ajout de SiCl4 à SF6/O2 a surtout pour effet de favoriser l'attaque chimique latérale. Nous avons finalement étudié la possibilité de former une couche de passivation par plasma SiCl4/O2 à température de substrat de -20 °C. Les résultats de cette étude permettent de proposer un nouveau procédé, basé sur l'alternance d'étapes de gravure par plasma SF6 et d'étapes de passivation par plasma SiCl4/O2.
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Cette thèse concerne d'une part, l'étude des mécanismes de gravure et de passivation ayant lieu lors de la gravure du silicium (massif et SOI) par un plasma SF6/O2 et d'autre part, la mise au point d'un procédé de gravure profonde optimisé sur un réacteur industriel ICP. L'objectif est de graver des tranchées à fort facteur d'aspect (ouverture: 2 à 4 æm et profondeur ? 60 æm) en un temps compétitif (vitesse de gravure ? 5æm/min) en vue de réaliser des caissons d'isolation par tranchée sur silicium et sur SOI. La technique de gravure choisie est la cryogénie. Très peu utilisée pour l'instant comparé au procédé bosch mais qui semble néanmoins prometteuse pour l'avenir. La première phase de ce travail a consisté à caractériser le plasma électriquement et chimiquement par sonde de Langmuir et Spectroscopie d'Emission Optique. Les évolutions des caractéristiques du plasma en fonction des paramètres de procédé ont été corrélées à celles des profils de gravure. Il a ainsi été possible d'expliquer le comportement de certains mécanismes impliqués dans la gravure du silicium et de les maîtriser afin d'atteindre l'objectif fixé par le cahier des charges. La seconde phase de l'étude concerne la mise au point d'un procédé de gravure optimisé sur substrat silicium et transposable ensuite sur des substrats SOI. Pour cela, il a fallu étudier et trouver la cause de certains effets négatifs comme le bowing et le notching. Finalement, la cryogénie s'avère avantageuse en tous points (pour ces objectifs précis de tranchée) par rapport au procédé à température ambiante et le remplissage des profils par LPCVD se fait sans difficultés. Néanmoins, un très bon contrôle de la température du substrat s'avère indispensable pour garantir une bonne uniformité des profils de gravure. Ce point (facteur limitant) qui concerne le porte-substrat est en cours d'étude par l'équipementier : une fois maîtrisée, la cryogénie deviendra un atout majeur en gravure sèche.
Author: Martin Kogelschatz Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 160
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L'OBJECTIF DE CE TRAVAIL EST DE COMPRENDRE LES INTERACTIONS PLASMA-SURFACE PENDANT LA GRAVURE DU SILICIUM DANS DES CHIMIES HBr/CI2I02. DANS CES PROCEDES, UNE COUCHE SE DEPOSE SUR LES PAROIS DU REACTEUIi ET MENE A LA DERIVE DU PROCEDE. LA NATURE CHIMIQUE ET LES MECANISMES DE FORMATION DE CETTE COUCHE ONT ETE ETUDIES PAR SA GRAVURE ULTERIEURE AVEC UN PLASMA ARlSF6 ET L'ANALYSE RESOLUE EN TEMPS DES PRODUITS DE GRAVURE PAR LES DIAGNOSTICS D'EMISSION OPTIQUE ET DE SPECTROMETRIE DE MASSE. IL A ETE MONTRE QUE CETTE COUCHE EST DU TYPE SiOxCly TRES RICHE EN CHLORE. AUSSI, LA CINETIQUE DES RADICAUX SiClx PRODUITS LORS DE LA GRAVURE DU SILICIUM PAR LE PLASMA HBr/CI2/02, QUI SONT LES PRECURSEURS DE CE DEPOT, A ETE ETUDIEE PAR LA SPECTROSCOPIE D'ABSORPTION LARGE BANDE DANS L'UV. IL A ETE CONCLU QUE LES PRECURSEURS DU DEPOT SONT LE Si, Si+, SiCI ET SiCI+. MAIS LA REACTION DE CES ESPECES AVEC LES PAROIS PEUT AUSSI MENER A LA FORMATION DE SiCI2 VOLATIL.
Author: Xavier Mellhaoui
Author: Xavier Mellhaoui
Author: Alexandre Bès
Author: Davies William de Lima Monteiro
Author: Thanh Long Phan
Author: THIERRY.. CHEVOLLEAU
Author: Patrick Launay
Author: MIREILLE.. FRANCOU
Author: Corinne Duluard
Author: Mohamed Boufnichel
Author: Martin Kogelschatz