Gravure profonde cryogénique du silicium dans un réacteur ICP utilisant une chimie SF6/O2 PDF Download
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Author: Mohamed Boufnichel
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Languages : fr
Pages : 260
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Book Description
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: Mohamed Boufnichel
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Languages : fr
Pages : 260
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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: Corinne Duluard
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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.
Author: Xavier Mellhaoui
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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).
Author: Grégory Marcos
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Languages : fr
Pages : 200
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Le projet de cette thèse porte sur l'étude de la gravure sèche de tranchées fines et profondes dans du silicium. Ce type de procédé est utilisé dans la fabrication des dispositifs de puissance. Le protocole expérimental s'appuie sur un procédé plasma cryogénique au cours duquel une décharge radiofréquence de SF6/O2 est initiée dans un réacteur ICP. A partir des résultats fournis par l'étude empirique, le travail de recherche a consisté en l'élaboration d'un modèle de gravure basé sur la méthode Monte Carlo. Ce simulateur est composé d'un module calculant les fonctions de distribution du flux d'ions incident. Il intègre leur trajectoire dans la gaine plasma en considérant les processus de collisions élastiques et à transfert de charge. Suivant les conditions initiales du procédé, il fournit donc des données cinétiques d'entrée au module de déplacement du substrat. Le modèle de gravure décrit les principaux mécanismes de surface produits par les espèces réactives (atomes de fluor et d'oxygène, dont le flux est supposé isotrope) et le bombardement ionique. Il introduit l'adsorption/désorption, la gravure chimique spontanée, la pulvérisation préférentielle, la réflexion isotrope ou spéculaire des particules, le redépôt des produits de gravure et la croissance de la couche de passivation. Utilisé comme outil d'analyse et de recherche prédictive, ce modèle a permis de montrer l'incidence de certains paramètres dans la croissance de défauts de gravure. Ainsi, la réflexion des ions sur les flancs inclinés du masque constitue l'une des causes de formation du bowing (sur-gravure latérale). L'intensité de l'undercut (gravure sous masque) dépend étroitement des propriétés du flux de neutres et de sa réactivité avec le substrat. Par comparaison avec l'expérience, il apparaît que le redépôt, responsable de la rugosité et du rétrécissement des motifs, est peu important. Enfin, le simulateur révèle une forte corrélation entre le régime de passivation et les cinétiques de gravure.
Author: LAURENCE.. MORGENROTH
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Languages : fr
Pages : 180
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NOUS AVONS ETUDIE L'UNE DES ETAPES COURANTES DE LA FABRICATION DES CIRCUITS INTEGRES, C'EST-A-DIRE LA GRAVURE DE L'OXYDE DE SILICIUM. AFIN DE CONTROLER LA TEMPERATURE DU SUBSTRAT SOUS PLASMA, NOUS AVONS INTRODUIT ENTRE LE SUBSTRAT ET L'ELECTRODE REFROIDIE A L'AZOTE LIQUIDE UN SYSTEME DE CLAMPAGE ELECTROSTATIQUE. NOUS AVONS ETUDIE DIFFERENTS MATERIAUX ET EXPERIMENTE LA MANIERE DE LES ASSEMBLER AFIN QUE L'ENSEMBLE RESISTE A DES VARIATIONS DE TEMPERATURE DE L'ORDRE DE 200 DEGRES. LES CONNECTEURS AMENANT LA HAUTE-TENSION AU TRAVERS DE L'ELECTRODE R.F. ONT ETE FIABILISES. L'ENSEMBLE A ETE INTEGRE DANS UN REACTEUR PROTOTYPE SURFAGUIDE, ET SON EFFICACITE COMPAREE A CELLE DU CLAMPAGE MECANIQUE. CE REACTEUR DE HAUTE DENSITE COUPLE UNE DECHARGE MICRO-ONDE A UN PLASMA R.F. QUI PERMET DE SEPARER LA PRODUCTION DES IONS DE LEUR ENERGIE. POUR DES RAISONS DE DISPONIBILITE NOUS AVONS CONSERVE UN SYSTEME DE CLAMPAGE MECANIQUE POUR MENER UNE ETUDE DE PROCEDE DE GRAVURE DE SIO#2, AVEC DIFFERENTS MASQUES, EN RESINE OU METALLIQUES. L'UTILISATION DE CHIMIES C#2F#6, CHF#3/O#2 OU CF#4, ET DE MASQUES DE RESINE MONOCOUCHE, NE PERMET PAS D'OBTENIR UNE SELECTIVITE SUPERIEURE A 1. LE MEILLEUR COMPROMIS VITESSE, SELECTIVITE ET ANISOTROPIE, A ETE OBTENU AVEC UN MASQUE DE TUNGSTENE, SOIT UNE ANISOTROPIE SUPERIEURE A 0,9 POUR UNE PROFONDEUR GRAVEE DE 10 MICRONS. POUR DES EPAISSEURS SUPERIEURES, IL FAUDRA UTILISER DES MASQUES D'ALUMINIUM, ASSURANT UNE SELECTIVITE PRESQUE INFINIE, AVEC UNE CHIMIE NON-POLYMERISANTE ET UNE FAIBLE ENERGIE IONIQUE
Author: Mathieu Fradet
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Languages : fr
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L'objectif de ce mémoire de maîtrise est de développer des outils de diagnostics non-invasifs et de caractériser in-situ les dérives de procédé dans un réacteur industriel utilisé en production pour la gravure profonde du silicium par le procédé Bosch. Ce dernier repose sur l'alternance d'un plasma de SF6 pour la gravure isotrope du Si et d'un plasma de C4F8 pour la passivation des parois dans l'optique d'obtenir des tranchées profondes et étroites. Dans un premier temps, nous avons installé une sonde courant-tension sur la ligne de transmission du signal rf au porte-substrat pour l'étude de son impédance caractéristique et un spectromètre optique pour l'étude de l'émission optique du plasma. Nos travaux ont montré que l'évolution temporelle de l'impédance constitue un excellent moyen pour identifier des changements dans la dynamique du procédé, notamment une gravure complète de la photorésine. De plus, à partir des spectres d'émission, nous avons pu montrer que des produits carbonés sont libérés du substrat et des parois lors de l'alternance passivation/gravure et que ceux-ci modifient considérablement la concentration de fluor atomique dans le plasma. Dans un second temps, nous avons développé un réacteur à « substrat-tournant » pour l'analyse in-situ des interactions plasma-parois dans le procédé Bosch. Nos travaux sur ce réacteur visaient à caractériser par spectrométrie de masse l'évolution temporelle des populations de neutres réactifs et d'ions positifs. Dans les conditions opératoires étudiées, le SF6 se dissocie à près de 45% alors que le degré de dissociation du C4F8 atteint 70%. Le SF6 est avant tout dissocié en F et SF3 et l'ion dominant est le SF3+ alors que le C4F8 est fragmenté en CF, CF3 et CF4 et nous mesurons plusieurs ions significatifs. Dans les deux cas, la chaîne de dissociation demeure loin d'être complète. Nous avons noté une désorption importante des parois de CF4 lors du passage du cycle de passivation au cycle de gravure. Un modèle d'interactions plasmas-parois est proposé pour expliquer cette observation.
Author: MIREILLE.. FRANCOU
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Languages : fr
Pages : 230
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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: Anthony C. Jones
Publisher: John Wiley & Sons
ISBN: 3527614621
Category : Science
Languages : en
Pages : 352
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Book Description
Chemical growth methods of electronic materials are the keystone of microelectronic device processing. This book discusses the applications of metalorganic chemistry for the vapor phase deposition of compound semiconductors. Vapor phase methods used for semiconductor deposition and the materials properties that make the organometallic precursors useful in the electronics industry are discussed for a variety of materials. Topics included: * techniques for compound semiconductor growth * metalorganic precursors for III-V MOVPE * metalorganic precursors for II-VI MOVPE * single-source precursors * chemical beam epitaxy * atomic layer epitaxy Several useful appendixes and a critically selected, up-to-date list of references round off this practical handbook for materials scientists, solid-state and organometallic chemists, and engineers.
Author: D. Briggs
Publisher: Cambridge University Press
ISBN: 0521352223
Category : Science
Languages : en
Pages : 215
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Book Description
This book provides an in-depth treatment of the instrumentation, physical bases and applications of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and static secondary ion mass spectroscopy (SSIMS) with a specific focus on the subject of polymeric materials. XPS and SSIMS are widely accepted as the two most powerful techniques for polymer surface chemical analysis, particularly in the context of industrial research and problem solving. In this book, the techniques of XPS and SSIMS are described and in each case the author explains what type of information may be obtained. The book also includes details of case studies emphasising the complementary and joint application of XPS and SSIMS in the investigation of polymer surface structure and its relationship to the properties of the material. This book will be of value to academic and industrial researchers interested in polymer surfaces and surface analysis.
