Étude d'un système planaire de gravure de couches minces par plasma réactif pour la fabrication de microcircuits PDF Download
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Author: Philippe Laporte (auteur d'une thèse de sciences.)
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Languages : fr
Pages : 149
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Author: Philippe Laporte (auteur d'une thèse de sciences.)
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Languages : fr
Pages : 149
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Author: Sabrina Morel
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Languages : fr
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Une étape cruciale dans la fabrication des MEMS de haute fréquence est la gravure par plasma de la couche mince d'AlN de structure colonnaire agissant comme matériau piézoélectrique. Réalisé en collaboration étroite avec les chercheurs de Teledyne Dalsa, ce mémoire de maîtrise vise à mieux comprendre les mécanismes physico-chimiques gouvernant la cinétique ainsi que la formation de dommages lors de la gravure de l'AlN dans des plasmas Ar/Cl2/BCl3. Dans un premier temps, nous avons effectué une étude de l'influence des conditions opératoires d'un plasma à couplage inductif sur la densité des principales espèces actives de la gravure, à savoir, les ions positifs et les atomes de Cl. Ces mesures ont ensuite été corrélées aux caractéristiques de gravure, en particulier la vitesse de gravure, la rugosité de surface et les propriétés chimiques de la couche mince. Dans les plasmas Ar/Cl2, nos travaux ont notamment mis en évidence l'effet inhibiteur de l'AlO, un composé formé au cours de la croissance de l'AlN par pulvérisation magnétron réactive et non issu des interactions plasmas-parois ou encore de l'incorporation d'humidité dans la structure colonnaire de l'AlN. En présence de faibles traces de BCl3 dans le plasma Ar/Cl2, nous avons observé une amélioration significative du rendement de gravure de l'AlN dû à la formation de composés volatils BOCl. Par ailleurs, selon nos travaux, il y aurait deux niveaux de rugosité post-gravure : une plus faible rugosité produite par la présence d'AlO dans les plasmas Ar/Cl2 et indépendante de la vitesse de gravure ainsi qu'une plus importante rugosité due à la désorption préférentielle de l'Al dans les plasmas Ar/Cl2/BCl3 et augmentant linéairement avec la vitesse de gravure.
Author: CELINE.. VIVIEN
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Languages : fr
Pages : 180
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LE DEPOT DE COUCHES MINCES PAR ABLATION LASER EST UNE VOIE DE RECHERCHE PROMETTEUSE PUISQUE CE PROCEDE PERMET D'OBTENIR DES MATERIAUX TRES DIVERS (POUR LA MICRO-ELECTRONIQUE, LE BIOMEDICAL, LA PASSIVATION) ET NOTAMMENT CEUX QUI NE SONT OBTENUS, A CE JOUR, PAR AUCUNE AUTRE METHODE, L'EXEMPLE LE PLUS CONNU ETANT LES SUPRACONDUCTEURS (YBACUO). LA TECHNIQUE DE DEPOT PAR ABLATION LASER REACTIVE CONSISTE A FOCALISER UN FAISCEAU LASER SUR UNE CIBLE SOLIDE, CETTE INTERACTION CONDUISANT A LA FORMATION D'UN PLASMA LUMINESCENT. DANS UNE AMBIANCE GAZEUSE REACTIVE A FAIBLE PRESSION (JUSQU'A 1.3 10#3 PA), CE PLASMA TRANSPORTE SUR QUELQUES CENTIMETRES LES ESPECES EVAPOREES DE LA CIBLE VERS UN SUBSTRAT OU SE DEPOSE UN COMPOSE FORME PAR REACTION CHIMIQUE ENTRE LA VAPEUR ISSUE DE LA CIBLE ET LE GAZ RESIDUEL. LA CARACTERISATION DES PLASMAS PRODUITS PAR ABLATION LASER A ETE EFFECTUEE AFIN DE METTRE EN EVIDENCE LES PROCESSUS INTERVENANT EN PHASE GAZEUSE DANS L'ELABORATION DE COUCHES MINCES PAR ABLATION LASER REACTIVE. L'IMAGERIE RAPIDE A L'AIDE D'UNE CAMERA ICCD A PERMIS DE CARACTERISER LA PROPAGATION DU PLASMA VERS LE SUBSTRAT. L'OBSERVATION SELECTIVE DES DIFFERENTES ESPECES EXCITEES AINSI QUE LEUR EVOLUTION SPATIO-TEMPORELLE A ETE EFFECTUEE PAR SPECTROSCOPIE D'EMISSION RESOLUE DANS LE TEMPS ET DANS L'ESPACE. LE CHOIX S'EST PORTE SUR L'ABLATION LASER D'UNE CIBLE DE GRAPHITE DANS UNE AMBIANCE GAZEUSE AZOTEE (N#2 ET NH#3) POUR LE DEPOT DE COUCHES MINCES DE NITRURE DE CARBONE C#XN#Y. LES DIFFERENTES ESPECES PRESENTES DANS LE PANACHE PLASMA ONT ETE ETUDIEES, EN PARTICULIER LES ESPECES ISSUES DE REACTIONS CHIMIQUES ENTRE LA VAPEUR DE CARBONE ET LE GAZ AMBIANT COMME LES RADICAUX CN ET CH. LES TEMPERATURES ROTATIONNELLES ET VIBRATIONNELLES DES DIFFERENTES ESPECES ONT ETE DETERMINEES, MONTRANT QU'UN EQUILIBRE COLLISIONNEL ENTRE PARTICULES LOURDES EST ETABLI DANS LE PLASMA. DES DEPOTS DE NITRURE DE CARBONE ONT ETE REALISES ET ANALYSES PAR REACTIONS NUCLEAIRES, ET UNE CORRELATION AVEC LES RESULTATS DE CARACTERISATION DU PLASMA A ETE EFFECTUEE. DANS LE BUT DE METTRE EN EVIDENCE LE ROLE DES ESPECES EXCITEES ET IONISEES DE L'AZOTE SUR LA COMPOSITION DES FILMS DEPOSES, DES EXPERIENCES METTANT EN UVRE UNE DECHARGE RF ONT ETE MENEES.
Author: MARIE-JOSEPHE.. VIGNES
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Languages : fr
Pages : 250
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UN PROCEDE DE GRAVURE DE L'AL IMPLIQUE DANS LA FABRICATION DES CIRCUITS INTEGRES ET UTILISANT DES PLASMAS DE CL2/BCL3/N2, A ETE ETUDIE EXPERIMENTALEMENT PUIS MODELISE. REALISEES SUR UN REACTEUR INDUSTRIEL DE TYPE MERIE, LES EXPERIMENTATIONS ONT PERMIS D'EVALUER LES EFFETS DES CONDITIONS OPERATOIRES (DEBIT, PRESSION, COMPOSITION DES GAZ) SUR DES GRANDEURS MESURABLES (VITESSE ET UNIFORMITE DE GRAVURE, ASPECT DES PROFILS GRAVES). ENSUITE, TROIS MODELES SEPARES ONT ETE ELABORES. TOUT D'ABORD, UN MODELE DE TRANSPORT DES ESPECES CHARGEES A PERMIS DE REALISER DES SIMULATIONS MONODIMENSIONNELLES INSTATIONNAIRES DE PLASMAS DE CL2, PREDISANT LE CHAMP ELECTRIQUE, LE POTENTIEL, LA DENSITE DES ESPECES CHARGEES ET LA TEMPERATURE ELECTRONIQUE DANS L'ESPACE INTER-ELECTRODE. ENSUITE, UNE MODELISATION HYDRODYNAMIQUE DU TRANSPORT DES ESPECES NEUTRES DANS LE REACTEUR A PERMIS DE SIMULER L'ECOULEMENT REACTIF (2D ET 3D), DE PRODUIRE NOTAMMENT LES CHAMPS DE VITESSE ET LA REPARTITION DES DIFFERENTES ESPECES NEUTRES ET DE PREDIRE LA VITESSE MACROSCOPIQUE DE GRAVURE A LA SURFACE DE L'ECHANTILLON. FINALEMENT, UNE MODELISATION DE LA GRAVURE MICROSCOPIQUE DES MOTIFS A PERMIS DE SIMULER L'EVOLUTION TEMPORELLE ET TOPOLOGIQUE DES PROFILS PENDANT LA GRAVURE (2D). CETTE SIMULATION UTILISANT DES PARAMETRES ISSUS DES DEUX PRECEDENTES REALISE UN COUPLAGE. LES APPORTS PRINCIPAUX DE CE TRAVAIL ONT ETE : DE COMPARER LES CARACTERISTIQUES DE LA GRAVURE AVEC ET SANS PLASMA (INFLUENCE PREPONDERANTE DE LA DECHARGE SUR L'UNIFORMITE ET L'ANISOTROPIE DE LA GRAVURE), DE METTRE EN EVIDENCE L'EXISTENCE D'UNE ZONE DE DIFFUSION DES ESPECES REACTIVES AU-DESSUS DE L'ECHANTILLON EN COURS DE REACTION (INFLUENCE SUR L'UNIFORMITE DE LA GRAVURE) ET D'ETABLIR UN MODELE COMPLET MULTI-COUCHE DE GRAVURE DE L'AL PAR CL2. UNE MODIFICATION DE LA GEOMETRIE DU REACTEUR INDUSTRIEL A ETE PROPOSEE AFIN D'AMELIORER L'UNIFORMITE DE GRAVURE ET REDUIRE LA CONTAMINATION PARTICULAIRE.
Author: MARIE-CLAUDE.. PEIGNON
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Languages : fr
Pages : 214
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CE MEMOIRE DE THESE PRESENTE UNE ETUDE DU PROCEDE DE GRAVURE IONIQUE REACTIVE DES COUCHES MINCES DE TUNGSTENE EN PLASMAS RADIOFREQUENCE DE SF#6/O#2. LE TUNGSTENE DEPOSE EN COUCHES MINCES PAR CVD (CHEMICAL VAPOR DEPOSITION) CONSTITUE LE PREMIER NIVEAU D'INTERCONNEXION DANS LA TECHNOLOGIE CMOS A DEUX NIVEAUX DE METAL. DANS LES PROCEDES SUBMICRONIQUES, IL CONVIENT DE MAITRISER L'ANISOTROPIE ET LA SELECTIVITE DE LA GRAVURE ET DE MINIMISER LES DOMMAGES ET CONTAMINATIONS INTRODUITES EN FIN DE GRAVURE SUR LES MATERIAUX SOUS-JACENTS. CE TRAVAIL A DONC POUR BUT UNE MEILLEURE MAITRISE DU PROCEDE DE GRAVURE SECHE. IL CONSISTE EN UNE ETUDE DETAILLEE DU MECANISME D'INTERACTION ENTRE LE PLASMA ET LA SURFACE DE TUNGSTENE. UN DIAGNOSTIC GLOBAL DU REACTEUR DE GRAVURE PAR PLASMA A ETE EFFECTUE PAR SPECTROMETRIE OPTIQUE D'EMISSION ET PAR SPECTROMETRIE DE MASSE. NOUS AVONS AINSI CARACTERISE LE PLASMA EN MESURANT NOTAMMENT LES CONCENTRATIONS DES ESPECES NEUTRES REACTIVES (FLUOR ET OXYGENE ATOMIQUES) ET STABLES (SF#4, SF#2, OXYFLUORURES). NOUS AVONS MIS EN EVIDENCE L'EFFET DE L'APPAUVRISSEMENT EN FLUOR DANS LE PLASMA, DU A LA GRAVURE DU TUNGSTENE ET DU SILICIUM, SUR LA FORMATION D'ESPECES SOUFREES (S#2,S#2F#2,S#2F) POUVANT INTERVENIR DANS LA CONTAMINATION DES SURFACES GRAVEES. LES EFFLUENTS DE GRAVURE DU TUNGSTENE, WF#6 ET WOF#4, ONT ETE DIRECTEMENT IDENTIFIES PAR SPECTROMETRIE DE MASSE. UNE ANALYSE IN-SITU DES SURFACES GRAVEES PAR PLASMA A ETE REALISEE PAR SPECTROMETRIE DE PHOTOELECTRONS (MODE XPS). L'EPAISSEUR ET LA COMPOSITION DE LA COUCHE SUPERFICIELLE PERTURBEE PAR L'ATTAQUE PLASMA ONT ETE ETUDIEES EN FONCTION DES PARAMETRES DU PLASMA ET DU TEMPS DE GRAVURE. CETTE COUCHE, DONT L'EPAISSEUR VARIE DE 7 A 22 A CONTIENT DU SOUFRE, DU FLUOR ET DE L'OXYGENE. LES GROUPEMENTS SUIVANTS ONT ETE IDENTIFIES A LA SURFACE GRAVEE: WS#2,WF#N,WF#6,WOF#4,SO#XF#Y,WO#XF#Y. UNE BONNE CORRELATION A ETE OBTENUE ENTRE LES MESURES DU PLASMA ET L'ANALYSE DE LA SURFACE DU TUNGSTENE GRAVE. CETTE ETUDE NOUS A CONDUIT A PROPOSER UN MECANISME DETAILLE DE L'INTERACTION PLASMA/MATERIAU DANS LEQUEL LES ECHANGES DANS ET AU TRAVERS DE LA COUCHE SUPERFICIELLE S'AVERENT DETERMINANTS POUR LE PROCESSUS DE GRAVURE
Author: Philippe Briaud
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Languages : fr
Pages : 246
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LA PRESENTE ETUDE PORTE SUR LA GRAVURE SECHE DE DIFFERENTS MATERIAUX UTILISES POUR LA MICROELECTRONIQUE. NOUS AVONS ETUDIE L'INTERACTION ENTRE UN PLASMA RF DE SF, A BASSE PRESSION, ET LES COUCHES MINCES DE TANTALE ET DE TUNGSTENE. POUR CELA NOUS AVONS EFFECTUE UNE ANALYSE DU PLASMA DE SF::(6) AVEC UNE SONDE DE LANGMUIR ET UN ANALYSEUR D'ENERGIE, ET UNE ANALYSE DES SURFACES APRES GRAVURE PAR SPECTROMETRIE DE PHOTOELECTRONS (ESCA OU XPS), SPECTROMETRIE AUGER (AES) ET SPECTROMETRIE DE MASSE DES IONS SECONDAIRES EMIS PAR LA SURFACE (SIMS). POUR LES DEUX REGIMES DE FREQUENCES D'EXCITATION UTILISES AU COURS DE CETTE ETUDE (25-125 KHZ) A BASSE FREQUENCE, ET 13,56 MHZ A HAUTE FREQUENCE, ON A TROUVE QUE LE PLASMA DE SF::(6) ETAIT TRES ELECTRONEGATIF (N>0,9 N::(+), N::(E) EQUIV. A 0,02 A 0,07 N::(+)). A BASSE FREQUENCE, L'ENERGIE DES IONS POSITIFS EST DISTRIBUEE ENTRE 0 ET QV::(RF). LA COMPOSANTE DE BASSE ENERGIE (0-600 EV) A BASSE PRESSION (10 MTORR) DEPEND DE LA NATURE DES ELECTRODES. UNE COMPARAISON AVEC LES DISTRIBUTIONS OBTENUES DANS AR ET CF, POUR LESQUELLES L'INFLUENCE DES PARAMETRES "PRESSION" ET "PUISSANCE" EST INTERPRETEE EN CONSIDERANT LA DECHARGE COMME QUASI CONTINUE, NOUS PERMET D'ATTRIBUER CETTE COMPOSANTE DE BASSE ENERGIE AUX IONS CREES DANS LA GAINE PAR LES ELECTRONS SECONDAIRES EMIS PAR LES ELECTRODES LORSQU'ELLES SONT SOUMISES AU FLUX D'IONS. A HAUTE FREQUENCE, L'ENERGIE DES IONS POSITIFS QUI ATTEIGNENT L'ELECTRODE-MASSE DU REACTEUR EST DISTRIBUEE ENTRE 0 ET 50 EV. A BASSE PRESSION, L'ENERGIE MOYENNE DE LA DISTRIBUTION EST DETERMINEE PAR LE POTENTIEL PLASMA MOYEN V::(P). L'ANALYSE IN-SITU DES SURFACES DE TA ET W, EFFECTUEE PAR SPECTROMETRIE AUGER ET SIMS, APRES GRAVURE DANS SF::(6), INDIQUE LA PRESENCE D'UNE QUANTITE NOTABLE DE SOUFRE SUR LA SURFACE, QUANTITE QUI DIMINUE LORSQUE L'ECHANTILLON EST AU CONTACT DE L'ATMOSPHERE AMBIANT. L'ANALYSE DE CES SURFACES PAR SPECTROMETRIE DE PHOTOELECTRONS MONTRE QUE LES ESPECES WF::(M)(M
Author: Olivier Pauna
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Languages : fr
Pages : 506
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Author: Florian Pinzan
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Languages : fr
Pages : 0
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Utilisée dans les étapes de fabrication des mémoires Flash, la gravure plasma de l'ONO, diélectrique inter-polysilicium constitué de trois couches ultrafines (SiO2/Si3N4/SiO2, chacune d'une épaisseur d'environ 4 nm), requiert de graver cet empilement avec une précision nanométrique sans endommager les couches sous-jacentes. Ce travail de thèse explore la modélisation et la simulation de la gravure de ces matériaux par une approche alternative, appelée Smart-Etch, basée sur l'implantation d'ions légers. Composé de deux étapes, ce procédé consiste à exposer le matériau à graver à un plasma ICP ou CCP d'hydrogène (H2) ou d'hélium (He) puis à retirer sélectivement la couche modifiée par gravure humide ou par exposition à des réactifs gazeux. Afin de comprendre les mécanismes fondamentaux de la première étape et étudier la faisabilité d'un tel procédé, des simulations de dynamique moléculaire (DM) et des mesures expérimentales ont été réalisées pour analyser l'interaction des plasmas d'hydrogène/hélium avec le SiO2 et l'empilement ONO. Ce travail montre que l'implantation du SiO2 par des ions He+ et Hx+ (x = 1-3) de faible énergie (15-150 eV) s'effectue de manière auto-limitée et en deux étapes : une rapide modification en volume (sans gravure importante) suivie d'une saturation lente et de la formation d'une couche implantée stable à l'état stationnaire. L'influence de l'énergie et de la nature ionique sur la modification structurelle/chimique et sur la gravure du substrat est étudiée, permettant une comparaison des résultats obtenus sur le SiO2 avec ceux rapportés sur le Si3N4 dans la littérature. En accord avec l'expérience, les prévisions numériques permettent de proposer une gamme de d'énergies ioniques afin d'implanter chaque couche de l'empilement ONO avec la précision nanométrique requise : 58 eV / 78 eV / 71 eV dans le cas d'un plasma d'hélium et 32 eV / 35 eV (x2) / 44 eV dans le cas d'un plasma d'hydrogène majoritairement composé d'ions H3+. L'étude d'impacts He+ et H+ à incidence rasante sur des flancs de structures SiO2 patternées conclut de manière rassurante sur la faible probabilité des ions réfléchis ou des espèces gravées à venir provoquer un phénomène de micro-trenching au pied des motifs durant l'implantation. Enfin, des simulations de l'implantation de l'empilement complet ONO permettent de valider la faisabilité d'un procédé d'implantation/retrait en une seule étape (et non plus couche par couche) et de donner un ordre de grandeur des énergies à utiliser dans ce cas .
Author: YANNICK.. FEURPRIER
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Languages : fr
Pages : 250
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L'UTILISATION DE PLASMAS A BASE DE METHANE ET D'HYDROGENE S'EST IMPOSEE DEPUIS QUELQUES ANNEES POUR LES ETAPES DE GRAVURE DES TECHNOLOGIES DE FABRICATION DE COMPOSANTS MICRO ET OPTO-ELECTRONIQUES DE LA FILIERE INP. CE MEMOIRE DE THESE TRAITE DE LA GRAVURE DES MATERIAUX DE LA FILIERE INP PAR PLASMA CH#4/H#2 A PARTIR D'UNE APPROCHE EXPERIMENTALE FONDEE SUR L'ETUDE DE L'INTERACTION PLASMA-SURFACE. LA CARACTERISATION DU PLASMA CH#4/H#2 LORS DE LA GRAVURE DES SEMI-CONDUCTEURS INP, GAAS ET INGAAS A ETE REALISEE PAR SPECTROSCOPIE D'EMISSION OPTIQUE ET PAR SPECTROMETRIE DE MASSE. CES TECHNIQUES D'ANALYSE ONT ETE UTILISEES POUR LA DETECTION DES PRODUITS DE GRAVURE DES ELEMENTS III ET V ET DES ESPECES NEUTRES ACTIVES. LES ANALYSES DE SURFACE QUASI IN-SITU PAR SPECTROMETRIE DE PHOTOELECTRONS (XPS) ONT PERMIS DE CARACTERISER DE FACON TRES PRECISE L'ENDOMMAGEMENT DES SURFACES APRES GRAVURE. LE TRAITEMENT DES SPECTRES XPS A CONDUIT A LA DEFINITION D'UN MODELE DE REPRESENTATION DE LA COUCHE ANALYSEE. UNE BONNE CORRELATION ENTRE LE SUIVI DES PRODUITS DE GRAVURE, DES NEUTRES REACTIFS ET L'ANALYSE DE SURFACE PAR XPS A ETE OBTENUE. GRACE A CETTE APPROCHE EXPERIMENTALE, L'APPLICATION D'UN MODELE DE GRAVURE (MODELE DE GRAVURE DE MAYER ET BARKER) A PERMIS DE MONTRER LE ROLE DES NEUTRES REACTIFS ET DU BOMBARDEMENT IONIQUE DANS LE MECANISME DE GRAVURE DE L'INDIUM ET DU PHOSPHORE. L'EPAISSEUR DE LA COUCHE ENDOMMAGEE A ETE DETERMINEE POUR LES DIFFERENTES CONDITIONS DE GRAVURE ETUDIEES. EN DECHARGE DE TYPE RIE, UNE COMPARAISON DE LA GRAVURE DES SEMI-CONDUCTEURS INP, GAAS ET INGAAS A ETE EFFECTUEE. UNE ETUDE DE LA SELECTIVITE DE GRAVURE D'UNE COUCHE INP SUR UNE COUCHE INGAAS A CONDUIT A PROPOSER L'ADDITION D'OXYGENE EN FAIBLE QUANTITE AU MELANGE CH#4/H#2, PROCEDE QUI PEUT ETRE ENVISAGE POUR LA TECHNOLOGIE DE FABRICATION DU TBH INP/INGAAS. ENFIN, D'EXCELLENTS RESULTATS ONT ETE OBTENUS POUR LA GRAVURE DE INP A PARTIR D'UN MELANGE CH#4/H#2 AVEC UNE SOURCE DE PLASMA HAUTE DENSITE DE TYPE ICP. L'UTILISATION DE POLARISATION FAIBLE PERMET DE GRAVER INP AVEC DES VITESSES DE GRAVURE ASSEZ ELEVEES TOUT EN CONSERVANT UN TRES BON ETAT DE SURFACE. DES COUCHES ENDOMMAGEES INFERIEURES OU EGALES A 10 ANGSTROMS ONT ETE OBTENUES.
Author: Éric Cabanes
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Languages : fr
Pages : 286
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