Gravure de l'InP par plasma chloré à couplage inductif : applications aux cristaux photoniques

• Auteur / Autrice : Bo Liu
• Direction : Jean-Pierre Landesman, Ahmed Rhallabi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique et génie électrique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences et technologies de l'information et des matériaux (Nantes)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectrométrie de masse à plasma induit par haute fréquence

Gravure par plasma

Cristaux photoniques

Résumé

Dans le cadre d'une collaboration avec le laboratoire LEOM (laboratoire d'électronique, Optoélectronique et Microsystème) de l’Ecole Centrale de Lyon, nous avons mené une étude concernant la gravure de l’InP par plasma ICP chloré. Ce type de procédé est considéré comme une étape clef dans la réalisation des cristaux photoniques à base d’InP. Afin de mieux comprendre les mécanismes Dans le cadre d’une collaboration avec le laboratoire LEOM (Laboratoire d’Electronique, physiques et cinétiques de la décharge ICP et son effet sur les propriétés structurelles et géométriques du matériau gravé, nous avons étudié, dans un premier temps, les phénomènes électriques et de transport par plasma en utilisant une sonde de Langmuir et la spectroscopie d’émission. Ces études ont montré l’effet de certains paramètres machine comme la puissance RF du réacteur ICP et la pression du gaz sur les propriétés électriques et de transport d’espèces chargées en particulier les électrons dont la densité et la température électroniques jouent un rôle important dans la décharge plasma. C’est ainsi que les évolutions de la densité et la température électroniques en fonction de la puissance RF et la pression du gaz ont été étudiées pour deux type de gaz : le chlore pur et le mélange Cl2/Ar. D’autre part, des analyses de surfaces d’InP gravées ont été effectuées en utilisant l’XPS (X-ray Photoélectron Spectroscopie), l’AFM (Atomic Force Microscopie) et la spectroscopie Raman. Les résultats révèlent que, contrairement à la gravure de l’InP par plasma de CH4/H2 où les surfaces gravées sont plutôt appauvries en phosphore, la gravure d’InP par plasma chloré présente dans la plupart des cas un appauvrissement de surface en indium. En parallèle à cette étude expérimentale, nous avons développé un modèle cinétique pour deux types de plasma : un plasma de Cl2 et celui de Cl2/Ar. Ce modèle est basé sur une approche globale qui permet de calculer les densités moyennes et les flux d’espèces présentes dans la décharge en résolvant les équations de bilan de masse. L’ajout de l’équation de bilan de puissance et l’équation de neutralité permet la détermination d’une manière auto-cohérente de la densité et la température électroniques en fonctions des paramètres machine. Les résultats obtenus par le modèle cinétiques ont été comparés à ceux obtenus par l’expérience. Un bon accord a été observé dans le cas d’un plasma de chlore pur et celui de mélange Cl2/Ar.

This project is carried out in collaboration with LEOM (Laboratoire d’Electronique, Optoélecronique et Microsystème) of l’Ecole Centrale de Lyon. It concerns the InP etching by the chloride ICP plasma discharge. This kind of processes is considered as a key in the photonic crystals devices manufacturing. In order to understand the physical and kinetic mechanisms of the ICP discharge and their effects on the geometrical and structural properties of etched InP materials, we have studies, in first time, the electric and transport phenomena in plasma using Langmuir probe and optical emission spectroscopy. These studies showed the effect of certain reactor parameters, such as RF power and gas pressure, on the electric and transport properties for two plasma types: pure chlorine and Cl2/Ar mixture. On the other hand, the surface analyses of etched InP have carried out using XPS, AFM and Raman spectroscopy. The results showed that, contrary to InP etching by CH4/H2 plasma in which the etched surfaces are in phosphorus depletion, the InP etching by chloride plasma presents, in the most case, the indium depletion on the surface. In parallel to this experimental study, we have developed a kinetic model for two types of plasma: pure chlorine plasma and Cl2/Ar plasma. This model is based on the global approach that allows to calculate the average densities and fluxes or reactive species in the plasma discharge by resolving the mass balance equations. The results obtained by the kinetic model have been compared to those of experiment. A good agreement has observed for the pure chlorine plasma and Cl2/Ar plasma.