DIAGNOSTICS OPTIQUES ET ELECTRIQUES DANS LES PLASMAS. APPLICATION A L'ETUDE DES INTERACTIONS PLASMA - SURFACE POUR LA MICRO-ELECTRONIQUE PDF Download
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Author: GILLES.. CUNGE
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Languages : fr
Pages : 340
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NOUS AVONS ETUDIE LA CINETIQUE DES RADICAUX CF ET CF#2 DANS UN PLASMA PULSE DE CF#4 UTILISE POUR LA GRAVURE DE COUCHES MINCES DE SI OU SIO#2 DANS L'INDUSTRIE MICRO-ELECTRONIQUE. LES PROFILS DE CONCENTRATION SPATIAUX RESOLUS DANS LE TEMPS DE CES ESPECES ONT ETE DETERMINES PAR LA TECHNIQUE DE FLUORESCENCE INDUITE PAR LASER. ILS PERMETTENT D'ETUDIER LES MECANISMES DE PERTE ET DE PRODUCTION DE CES RADICAUX EN PHASE GAZEUSE ET SUR LES SURFACES DU REACTEUR. UN NOUVEAU MECANISME DE PRODUCTION EN SURFACE DE CF ET DE CF#2 A AINSI ETE MIS EN EVIDENCE, EN PARTICULIER SUR UN SUBSTRAT DE SILICIUM. NOUS AVONS ALORS DEVELOPPE DES TECHNIQUES POUR COMPARER LES FLUX ABSOLUS DES NEUTRES CF#X PRODUIT AU FLUX D'IONS INCIDENT. LA CONCENTRATION DE CF#2 A ETE DETERMINEE PAR LA TECHNIQUE D'ABSORPTION UV, ALORS QUE POUR CELLE DE CF, NOUS AVONS DEVELOPPE UNE NOUVELLE THEORIE PERMETTANT DE RENDRE LA F.I.L. QUANTITATIVE EN PRENANT EN COMPTE LES EFFETS DE SATURATION PARTIELLE DE L'ABSORPTION. ENFIN, POUR MESURER LE FLUX IONIQUE EN MILIEU POLYMERISANT, NOUS AVONS MIS AU POINT UN NOUVEAU TYPE DE SONDE ELECTROSTATIQUE CAPABLE DE FONCTIONNER DANS LES CHIMIES FLUOROCARBONEES QUI DEPOSENT RAPIDEMENT UN FILM ISOLANT SUR LA SURFACE DE LA SONDE. LES RESULTATS QUANTITATIFS OBTENUS NOUS ONT PERMIS DE MONTRER QUE LE MECANISME DE PRODUCTION DE CF EST LA NEUTRALISATION ET FRAGMENTATION DES IONS INCIDENTS. DANS LE CAS DE CF#2, UN DEUXIEME MECANISME LIE A LA DECOMPOSITION D'UN COUCHE DE POLYMERE DOMINE LORSQUE LA CONCENTRATION DE FLUOR EST FAIBLE. CETTE COUCHE (RESPONSABLE DE LA SELECTIVITE DE LA GRAVURE) EST FORMEE A PARTIR DE NEUTRES LOURDS C#XF#Y EUX MEME FORMES PAR UN MECANISME DE POLYMERISATION EN PHASE GAZEUSE (PAR DES REACTIONS C#XF#Y+CF#2).
Author: GILLES.. CUNGE
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Languages : fr
Pages : 340
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NOUS AVONS ETUDIE LA CINETIQUE DES RADICAUX CF ET CF#2 DANS UN PLASMA PULSE DE CF#4 UTILISE POUR LA GRAVURE DE COUCHES MINCES DE SI OU SIO#2 DANS L'INDUSTRIE MICRO-ELECTRONIQUE. LES PROFILS DE CONCENTRATION SPATIAUX RESOLUS DANS LE TEMPS DE CES ESPECES ONT ETE DETERMINES PAR LA TECHNIQUE DE FLUORESCENCE INDUITE PAR LASER. ILS PERMETTENT D'ETUDIER LES MECANISMES DE PERTE ET DE PRODUCTION DE CES RADICAUX EN PHASE GAZEUSE ET SUR LES SURFACES DU REACTEUR. UN NOUVEAU MECANISME DE PRODUCTION EN SURFACE DE CF ET DE CF#2 A AINSI ETE MIS EN EVIDENCE, EN PARTICULIER SUR UN SUBSTRAT DE SILICIUM. NOUS AVONS ALORS DEVELOPPE DES TECHNIQUES POUR COMPARER LES FLUX ABSOLUS DES NEUTRES CF#X PRODUIT AU FLUX D'IONS INCIDENT. LA CONCENTRATION DE CF#2 A ETE DETERMINEE PAR LA TECHNIQUE D'ABSORPTION UV, ALORS QUE POUR CELLE DE CF, NOUS AVONS DEVELOPPE UNE NOUVELLE THEORIE PERMETTANT DE RENDRE LA F.I.L. QUANTITATIVE EN PRENANT EN COMPTE LES EFFETS DE SATURATION PARTIELLE DE L'ABSORPTION. ENFIN, POUR MESURER LE FLUX IONIQUE EN MILIEU POLYMERISANT, NOUS AVONS MIS AU POINT UN NOUVEAU TYPE DE SONDE ELECTROSTATIQUE CAPABLE DE FONCTIONNER DANS LES CHIMIES FLUOROCARBONEES QUI DEPOSENT RAPIDEMENT UN FILM ISOLANT SUR LA SURFACE DE LA SONDE. LES RESULTATS QUANTITATIFS OBTENUS NOUS ONT PERMIS DE MONTRER QUE LE MECANISME DE PRODUCTION DE CF EST LA NEUTRALISATION ET FRAGMENTATION DES IONS INCIDENTS. DANS LE CAS DE CF#2, UN DEUXIEME MECANISME LIE A LA DECOMPOSITION D'UN COUCHE DE POLYMERE DOMINE LORSQUE LA CONCENTRATION DE FLUOR EST FAIBLE. CETTE COUCHE (RESPONSABLE DE LA SELECTIVITE DE LA GRAVURE) EST FORMEE A PARTIR DE NEUTRES LOURDS C#XF#Y EUX MEME FORMES PAR UN MECANISME DE POLYMERISATION EN PHASE GAZEUSE (PAR DES REACTIONS C#XF#Y+CF#2).
Author: François Neuilly
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Dans ce travail, nous avons etudie les plasmas inductifs en chimie chloree, leurs interactions avec la surface du reacteur et l'impact de celles-ci lors de la gravure avancee en micro-electronique. Nous avons utilise principalement deux diagnostics plasma in-situ et non perturbants : la sonde electrostatique et la spectrometrie d'absorption u.v. La sonde electrostatique plane permet de mesurer le flux ionique sur les parois du reacteur. Grace a un couplage capacitif, elle est tolerante aux depots sur sa surface. Elle fonctionne aussi avec les plasmas electronegatifs, mais a fortes pressions, les inhomogeneites de ces plasmas font que le flux ionique localise sur les parois peut differe du flux ionique sur les plaques gravees. Avec l'absorption u.v., la concentration absolue de cl 2 a ete mesuree et le taux de dissociation en a ete deduit. En se basant sur le modele global de lieberman qui suppose la temperature electronique independante de la puissance source injectee, un modele theorique a ete elabore pour calculer le taux de dissociation. La dissociation de cl 2 depend principalement de la puissance source injectee mais n'atteint jamais 100% a cause des recombinaisons rapide et diminue lorsque la pression augmente. Les concentrations des produits de gravure sicl, sicl 2 et alcl ont egalement ete determinees. Couplees aux mesures de flux ionique, ils apparait que ces produits sont produits directement par la gravure ionique. L'addition de cf 4 dans un plasma de chlore provoque une baisse progressive des concentrations des produits chlores jusqu'a un etat stationnaire. Le retour a des plasmas en chlore pur provoque une hausse egalement progressive des concentrations de produits chlore. Le changement de chimie perturbe l'etat des surfaces du reacteur ce qui modifie la composition chimique et le flux ionique des plasmas. L'historique du reacteur a une grande importance sur les derives des procedes.
Author: FRANCOIS.. NEUILLY
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Languages : fr
Pages : 187
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DANS CE TRAVAIL, NOUS AVONS ETUDIE LES PLASMAS INDUCTIFS EN CHIMIE CHLOREE, LEURS INTERACTIONS AVEC LA SURFACE DU REACTEUR ET L'IMPACT DE CELLES-CI LORS DE LA GRAVURE AVANCEE EN MICRO-ELECTRONIQUE. NOUS AVONS UTILISE PRINCIPALEMENT DEUX DIAGNOSTICS PLASMA IN-SITU ET NON PERTURBANTS : LA SONDE ELECTROSTATIQUE ET LA SPECTROMETRIE D'ABSORPTION U.V. LA SONDE ELECTROSTATIQUE PLANE PERMET DE MESURER LE FLUX IONIQUE SUR LES PAROIS DU REACTEUR. GRACE A UN COUPLAGE CAPACITIF, ELLE EST TOLERANTE AUX DEPOTS SUR SA SURFACE. ELLE FONCTIONNE AUSSI AVEC LES PLASMAS ELECTRONEGATIFS, MAIS A FORTES PRESSIONS, LES INHOMOGENEITES DE CES PLASMAS FONT QUE LE FLUX IONIQUE LOCALISE SUR LES PAROIS PEUT DIFFERE DU FLUX IONIQUE SUR LES PLAQUES GRAVEES. AVEC L'ABSORPTION U.V., LA CONCENTRATION ABSOLUE DE CL 2 A ETE MESUREE ET LE TAUX DE DISSOCIATION EN A ETE DEDUIT. EN SE BASANT SUR LE MODELE GLOBAL DE LIEBERMAN QUI SUPPOSE LA TEMPERATURE ELECTRONIQUE INDEPENDANTE DE LA PUISSANCE SOURCE INJECTEE, UN MODELE THEORIQUE A ETE ELABORE POUR CALCULER LE TAUX DE DISSOCIATION. LA DISSOCIATION DE CL 2 DEPEND PRINCIPALEMENT DE LA PUISSANCE SOURCE INJECTEE MAIS N'ATTEINT JAMAIS 100% A CAUSE DES RECOMBINAISONS RAPIDE ET DIMINUE LORSQUE LA PRESSION AUGMENTE. LES CONCENTRATIONS DES PRODUITS DE GRAVURE SICL, SICL 2 ET ALCL ONT EGALEMENT ETE DETERMINEES. COUPLEES AUX MESURES DE FLUX IONIQUE, ILS APPARAIT QUE CES PRODUITS SONT PRODUITS DIRECTEMENT PAR LA GRAVURE IONIQUE. L'ADDITION DE CF 4 DANS UN PLASMA DE CHLORE PROVOQUE UNE BAISSE PROGRESSIVE DES CONCENTRATIONS DES PRODUITS CHLORES JUSQU'A UN ETAT STATIONNAIRE. LE RETOUR A DES PLASMAS EN CHLORE PUR PROVOQUE UNE HAUSSE EGALEMENT PROGRESSIVE DES CONCENTRATIONS DE PRODUITS CHLORE. LE CHANGEMENT DE CHIMIE PERTURBE L'ETAT DES SURFACES DU REACTEUR CE QUI MODIFIE LA COMPOSITION CHIMIQUE ET LE FLUX IONIQUE DES PLASMAS. L'HISTORIQUE DU REACTEUR A UNE GRANDE IMPORTANCE SUR LES DERIVES DES PROCEDES.
Author: Karim Ouaras
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Ce travail de thèse traite de l'application d'outils de diagnostics optiques et électriques aux poussières formées dans des plasmas micro-ondes, magnétisé ou non , en vue d'élucider à la fois leur cinétique de formation , et leur dynamique dans ces milieux. Après des premiers chapitres (1 à 3) introductifs qui ont vocation à décrire l'état de l'art récent concernant les plasmas poussiéreux, la démarche de ce travail ainsi que les principaux outils diagnostics utilisés ou mis en place durant cette thèse (spectroscopie d'absorption infrarouge, extinction / diffusion laser entre autres), ce manuscrit peut être scindé en deux parties. La première traite de l'étude fondamentale de poussières de carbone formées à partir de gaz hydrocarbonées tels que CH 4 et C2H2 (Chap.4/ 5), et la seconde d'une étude orientée sur la formation de poussières de tungstène par pulvérisation d'une cible massive exposée à des plasmas d'hydrogène et d'argon (Chap.6). Cette dernière partie vise à appréhender certains processus menant à la formation de poussières dans des conditions proches des machines de fusion thermonucléaire. De l'ensemble de ces travaux ressortent certains résultats importants liés au caractère magnétisé de la décharge, mais également aux types de source plasma utilisées. En effet, il a été montré que l 'utilisation de source micro-onde ponctuelle induit de fort gradient de température au sein du milieu conduisant à une prépondérance de la force de thermophorèse sur la dynamique des poussières par rapport aux autres forces (électrique, ionique) considérées habituellement comme les forces dominantes dans les plasmas poussiéreux usuels (RF, DC). De plus, il a été montré que la formation de poussières était possible dans des conditions peu propice à leur création (très basse pression) grâce à l'action du champ magnétique qui permet aux ions d'être confinés dans la décharge sur des temps assez long pour être à même d'amorcer des processus de nucléation. Ainsi, les ions positifs joueraient un rôle clé dans la formation de précurseurs de poussières dans des plasmas magnétisés (très basse pression). Enfin, il a été montré que l'interaction d'un plasma d'hydrogène avec une cible massive de tungstène pouvait non seulement conduire à la formation de poussières par processus de pulvérisation mais également par des processus d'explosion de cloques formées à la surface du tungstène après diffusion de l'hydrogène dans la surface.
Author: Sébastien Bardin
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La nécessité de trouver une nouvelle source d'énergie a mené les scientifiques à explorer la voie de la fusion thermonucléaire par confinement magnétique. Cependant la réalisation de tels plasmas de fusion dans les tokamaks actuels pose de nombreux défis tels que les interactions entre le plasma et les parois à l'origine de la création de poussières pouvant être néfastes au bon fonctionnement des futurs réacteurs à fusion. Une bonne connaissance de la quantité de poussières produites, de leur localisation et de leur transport durant la phase plasma est donc d'une importance fondamentale pour l'exploitation d'ITER. Un algorithme, développé et validé par l'expérience, est utilisé pour détecter et suivre les poussières dans ASDEX Upgrade (AUG) durant la phase plasma. Il permet d'analyser automatiquement des vidéos enregistrées par caméras rapides. Une large statistique sur la quantité de poussières micrométriques détectées en fonction du temps cumulé de décharge plasma est réalisée. Les premières analyses effectuées sur les cinq dernières campagnes montrent que la quantité de poussières est significativement faible voire nulle dans la plupart des décharges effectuées dans AUG, excepté pour des conditions spécifiques de décharges correspondant à des phases anormales de fonctionnement (disruptions, ELMs, déplacements du plasma vers les CFPs et absorption inefficace de la puissance de chauffage). Ces observations par caméra rapide et l'analyse via l'algorithme peuvent ainsi permettre, avec l'utilisation d'autres diagnostics plasmas, d'identifier les décharges plasmas à risque, pouvant aider à sélectionner les scénarios de fonctionnement les plus efficaces pour ITER.
Author: Ligia Maria Colina Delacqua
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Pages : 211
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Ce travail de thèse a porté sur la caractérisation expérimentale d’un plasma d’hydrogène au contact de cibles de carbone ou tungstène généré dans le réacteur microonde multi dipolaire CASIMIR II. Ce dernier, développé pendant ce projet de thèse, a pour objectif de simuler quelques des processus plasma/surface ayant lieu sous le dome du divertor et dans les régions à l’ombre du plasma (SOL) dans les tokamaks. CASIMIR II se compose de 16 sources dipolaires microondes disposées de manière circulaire le long du périmètre de l’enceinte à vide de manière à obtenir un plasma basse pression (10−3 à 10−2 mbar), haute densité (109 - 1011 cm−3) homogène dans tout le volume du réacteur. Des cibles C/W ont été exposées à de tels plasmas. La mise en oeuvre de plusieurs diagnostics in situ spectroscopie optique d’émission, spectrométrie de masse et sonde de langmuir) ont permis d’identifier la nature de quelques produits d’érosion et de constater leur incidence sur les paramètres plasma (Vp' Te‚ ne et ni). Un premier modèle 1D collisionnel radial du plasma d’hydrogène généré par une source dipolaire microonde a été développé dans le but de valider et d’aider à l’interprétation des résultats expérimentaux.
Author: Mélissa Brihoum
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Languages : fr
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L'industrie de la microélectronique s'appuie sur l'évolution constante de la miniaturisation des transistors. D'ici 2016, cette industrie atteindra le nœud technologique 16 nm dans lequel il faudra être capable de graver des structures de dimensions nanométrique ayant de très forts facteurs d'aspect. Cependant, les procédés de gravure actuels montrent de sérieuses limitations en termes de contrôle des profils et des dimensions critiques lorsqu'il faut graver de telles structures. Les problèmes rencontrés sont liés d'une part à des limitations intrinsèques des procédés plasmas et d'autre part à l'apparition de nouveaux phénomènes lorsque la dimension des structures à graver devient nanométrique. Dans le cadre de cette thèse, un nouveau mode de fonctionnement des sources à plasma est étudié pour développer des procédés de gravure adaptés aux prochaines générations de circuits intégrés : les plasmas modulés en impulsions courtes. Les premiers travaux réalisés s'appuient sur de puissantes techniques d'analyses du plasma (spectroscopie d'absorption VUV, sonde de flux ionique, analyseur électrostatique) dans le but de mettre en évidence l'impact des paramètres de la modulation en impulsion du plasma sur ses caractéristiques physicochimiques (flux et énergie des radicaux et des ions). Ces diagnostics ont tout d'abord permis de définir très clairement les conséquences de la modulation en impulsion du plasma sur les flux de radicaux réactifs qui bombardent le substrat : le rapport de cycle est LE paramètre clé pour contrôler la chimie du plasma car il permet de contrôler le taux de fragmentation du gaz par impact électronique. Dans un second temps, nous avons également démontré que dans les plasmas électronégatifs et pour une puissance RF de polarisation donnée, l'énergie des ions augmente lorsque le rapport de cycle diminue. Fort de ces connaissances fondamentales sur les plasmas, des analyses des surfaces (XPS, MEB, Raman...) ont permis de comprendre les mécanismes mis en jeux lors de l'interaction plasma- surface. Ainsi, il a été possible de développer des procédés de gravure pulsés pour plusieurs étapes de la grille de transistor (prétraitement HBr, gravure du Si-ARC, gravure du pSi). Les prétraitements HBr sont incontournables pour réduire la rugosité de bord de ligne de transistor. Lors de cette étape, une couche riche en carbone limite l'effet bénéfique des UV du plasma sur la diminution de la rugosité. Grâce à l'utilisation des plasmas pulsés, l'origine de cette couche a été mise en évidence : elle résulte du dépôt sur les motifs d'espèces carbonées non volatiles issues de la photolyse de la résine qui sont relâchées dans le plasma. Dans ce système bicouche, les contraintes de la couche carbonée dure vont se relaxer dans le volume mou de la résine par phénomène de « buckling » qui se traduit par une hausse de la rugosité de bord de ligne. Nous avons montré que cela peut être évité en minimisant l'épaisseur de cette couche, ce qui peut être obtenu notamment en pulsant le plasma. La gravure de la couche anti-réflective Si-ARC qui sert de masque dur et celle de la grille en poly Silicium reposent sur l'utilisation de plasmas fluorocarbonés. Mais dans ce type de plasma, la production de précurseurs pour la polymérisation est diminuée quand le plasma est pulsé, conduisant à une perte de sélectivité et d'anisotropie. Les plasmas synchronisés pulsés ne sont donc pas de bons candidats pour les étapes de gravure considérées. Pour pallier à ce problème, un autre mode de polarisation a été étudié : les plasmas pour lesquels seule la puissance de polarisation est pulsée. Dans le cas de la gravure du Si-ARC, il est possible d'obtenir des profils très anisotropes avec une sélectivité vis-à-vis de la résine nettement améliorée. Pour la gravure du Silicium, les effets d'ARDE ont pu être diminués tout en améliorant la sélectivité. Ces résultats sont très encourageants.
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Category : French periodicals
Languages : en
Pages : 554
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Author: Pierre-Antoine Cormier
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Languages : fr
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La connaissance de l'énergie transférée aux surfaces en contact avec un plasma basse pression est un paramètre clé pour le contrôle des procédés plasmas basse pression. Sa détermination permet une meilleure compréhension des mécanismes mis en jeu lors du dépôt ou la gravure de couches couches minces. Elle dépend des espèces du plasma (les ions, les électrons et les neutres) ainsi que de nombreux mécanismes physiques ou chimiques (réaction, condensation, émission radiative.). Elle peut être déterminée par la simulation du transport des particules dans le plasma, par des estimations de chaque contribution à partir des paramètres plasma ou tout simplement mesurée. Les études dédiées à sa mesure sont principalement basées sur l'utilisation d'une sonde calorimétrique, dont le principe sur l'interpolation du thermogramme mesuré. Ce type de méthode induit un long temps de mesure (2 min) et est source d'incertitudes. Un outil de diagnostic pour la mesure directe de l'énergie transférée a été développé au GREMI. Il est basé sur l'adaptation d'un capteur à thermopile initialement dédié à des mesures à pression atmosphérique. Cette thèse a donc été dédié à son développement et son utilisation pour l'étude de différents procédés plasmas basse pression : un propulseur spatial à effet Hall, un plasma poudreux, mais surtout de décharges magnétron. Des mesures ont été réalisées lors du dépôt de titane, d'aluminium, de TiO2 et de Al2O3. Les influences de la configuration magnétique de la cathode, du type de décharge, de l'échauffement des cibles, sur les conditions énergétiques à la surface du film en croissance ont été étudiées.
Author: Roland Pantel
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Languages : fr
Pages : 0
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