Cryo-gravure de couches atomiques par plasma : mécanismes et procédés
Cette thèse a été réalisée au GREMI en collaboration avec Tokyo Electron Ltd, qui a également financé le projet. Le but de cette étude était de développer un nouveau procédé de gravure de couche atomique (ALE) à température cryogénique pour la gravure de matériaux à base de silicium.Le Cryo-ALE cons...
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| Autor principal: | |
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| Otros Autores: | , , , , , , |
| Formato: | Thèse numérique |
| Lenguaje: | Français |
| Publicado: |
2020.
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| Materias: | |
| Acceso en línea: | Accès au texte intégral ftp://ftp.univ-orleans.fr/theses/103937_ANTOUN_2020_archivage.pdf http://www.theses.fr/2020ORLE3067/abes https://theses.hal.science/tel-05580654 |
| Nota: |
Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....) Partenaire(s) de recherche : Groupe de recherches sur l'énergétique des milieux ionisés. UMR 7344 (Orléans ; 2012-....) (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Pascal Chabert (Président du jury) ; Emilie Despiau-Pujo, Christophe Cardinaud (Membre(s) du jury) ; Sophie Bouchoule, Gottlieb S. Oehrlein (Rapporteur(s)) |
| Autres localisations: | Voir dans le Sudoc |
| Variante du titre: | Cryo-Atomic Layer Etching by plasma :, mechanisms and processes |
| Sumario: | Cette thèse a été réalisée au GREMI en collaboration avec Tokyo Electron Ltd, qui a également financé le projet. Le but de cette étude était de développer un nouveau procédé de gravure de couche atomique (ALE) à température cryogénique pour la gravure de matériaux à base de silicium.Le Cryo-ALE consiste à graver une ou quelques monocouches après avoir refroidi le substrat. La première étape de ce procédé est l'injection d'azote liquide pour refroidir le porte-substrat et refroidir la plaquette en injectant de l'hélium à l'arrière pour assurer le conductivité thermique. Une fois la température de la plaquette stabilisée, des espèces réactives sont injectées en phase gazeuse pour physisorber sur les surfaces refroidies. Les parois du réacteur étant maintenues à température ambiante, aucune adsorption ne se produit dessus. La troisième étape consiste à pomper ou purger la chambre par de l'argon afin d'éliminer tout le surplus de gaz réactif qui ne s'est pas physisorbé. Un plasma d'argon avec polarisation est alors démarré afin d'apporter suffisamment d'énergie par les ions pour modifier la surface de l'échantillon et graver une ou quelques monocouches du substrat. Cette étape est auto-limitante, car une fois que toute la surface modifiée est enlevée, il n'y a plus de gravure.Pour mener cette étude, un réacteur de recherche cryogénique ICP a été utilisé. Un ellipsomètre spectroscopique in-situ a été couplé pour enregistrer la variation d'épaisseur en temps réel, et un spectromètre de masse a été utilisé pour analyser les espèces présentes dans la chambre du réacteur pendant le procédé et en savoir plus sur les mécanismes.Des analyses par spectroscopie photoélectronique par rayons X quasi in-situ a également été réalisée au laboratoire IMN pour étudier l'évolution de la surface à basse température.Le principal avantage de ce procédé basé sur la physisorption d'espèces réactives, est qu'il permet de limiter la contamination des parois du réacteur et donc d'éviter des dérives au cours du procédé.En parallèle, un deuxième procédé a été développé à des températures cryogéniques mais où l'étape de modification a été réalisée en phase plasma. Ce second procédé a permis d'atteindre une sélectivité élevée entre Si3N4 sur Si et SiO2. This PhD was conducted at GREMI in collaboration with Tokyo Electron Ltd, that has also financed the project. The purpose of this study was to develop a new Atomic Layer Etching (ALE) process at cryogenic temperature for silicon-based materials etching.Cryo-ALE consists on etching one to few monolayers after decreasing the substrate temperature. The first step of this process is the injection of liquid nitrogen to cool the chuck and cool the wafer by injecting He at its backside to ensure the thermal conductivity. Once the wafer temperature has been stabilized, reactive species are injected in gas phase in order to physisorb on the cooled surfaces. As the reactor walls are kept at room temperature, no adsorption occurs on it. The third step is to pump or purge the chamber by Argon in order to remove all the surplus of the reactive gas that did not physisorb. An argon plasma with bias is then started in order to bring enough energy by the ions to make modify the surface of the sample and etch one to few monolayers of the substrate. This step is self-limited, as once all the modified surface is removed, no more etching occurs.To conduct this study, an ICP cryogenic research reactor has been used. On it an in-situ spectroscopic ellipsometer was coupled to monitor the thickness variation in real time, and an Electrostatic Quadrupole Mass Spectrometer was used to analyze the species present in reactor chamber during the process and know more about the mechanisms.Quasi in-situ X-ray Photoelectron Spectroscopy has also been performed at the laboratory IMN for surface analysis at low temperature.The main advantage of this process based on the physisorption of reactive species, is that it enables to limit reactor walls contamination and hence prevent process drifts.In parallel, a second process was developed at cryogenic temperatures but where the modification step was performed in plasma phase. This second process enabled to achieve high selectivity between Si3N4 over Si and SiO2. |
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| Notas: | Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....) Partenaire(s) de recherche : Groupe de recherches sur l'énergétique des milieux ionisés. UMR 7344 (Orléans ; 2012-....) (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Pascal Chabert (Président du jury) ; Emilie Despiau-Pujo, Christophe Cardinaud (Membre(s) du jury) ; Sophie Bouchoule, Gottlieb S. Oehrlein (Rapporteur(s)) |
| Formato: | Configuration requise : un logiciel capable de lire un fichier au format : PDF |
| Acceso: | Thèse confidentielle jusqu'au 31 mars 2026 |