Simulation numérique par méthode Monte Carlo de la gravure du silicium en plasma fluoré : étude du rôle de l'oxygène dans la passivation : comparaison avec des résultats expétimentaux

Monte Carlo simulation of the silicon etching using a SF6-O2 plasma : role of the oxygen in the passivation mechanism : comparison between simulation and experiments

• Auteur / Autrice : Grégory Marcos
• Direction : Pierre Ranson
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Orléans

Mots clés

Mots clés contrôlés

Passivité (chimie)

Silicium

Résumé

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.