Gravure du verre de chalcogénure GeSbSe en plasma fluoré ou à base de méthane

Etching of the GeSbSe chalcogenide glass in fluorine-based or methane-based plasma

• Auteur / Autrice : Thibaut Meyer
• Direction : Christophe Cardinaud, Aurélie Girard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Plasmas froids
• Date : Soutenance le 10/12/2019
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : COMUE : Université Bretagne Loire (2016-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Matériaux Jean Rouxel (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Vallée
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Virginie Nazabal, Michèle Carette

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gravure par plasma

Spectroscopie d'émission optique à source plasma

Mots clés libres

GeSe2

Sb2Se3

Résumé

Notre étude est focalisée sur la gravure du verre de chalcogénure GeSbSe en plasmas de SF6, SF6/Ar et CH4/H2/Ar. Ce travail s’étend aux éléments purs Ge, Sb et Se ainsi qu’aux binaires GeSe2et Sb2Se3. Une partie de ce travail est portée sur l’identification des produits de gravure fluorés, hydrures et hydrocarbonés à la surface des matériaux et dans le plasma. La spectrométrie de masse a permis d’enregistrer des spectres très riches comportant des produits jusque-là non identifiés dans la littérature.En plasmas fluorés, la composition de surface affecte la rugosité et la vitesse de gravure. De plus, la formation de produits de gravure fluorés et non volatils (SeSbFx) induit un effet de micro-masquage. Pour cette raison, nous avons cherché à diminuer la vitesse de formation des produits SeSbFx. Ainsi, l’ajout d’argon au précurseur SF6 a réduit significativement la concentration de fluor atomique à la surface pour de hautes proportions d’argon (>90%) et de basses pressions (<2mTorr). Pour ces dernières conditions, la gravure a généré une surface lisse (< 5nm), une vitesse de gravure correcte (>50 nm/min) ainsi qu’un profil quasi-anisotrope.Pour s’affranchir des produits de gravure non volatils, nous avons exploré la chimie CH4/H2/Ar. Cette dernière s’est également révélée très efficace pour graver l’antimoine tout en gardant des caractéristiques de gravure viables. Nous avons identifié les produits GexCyHz comme responsablesde la rugosité pour de hautes pressions (>3mTorr) ou de hautes proportions de méthane (>30%). Outre la capacité de graver le verre GeSbSe, un tel plasma est une alternative prometteuse.

This study is focused on the etching of the GeSbSe chalcogenide glass in SF6, SF6/Ar et CH4/H2/Ar plasmas. This work is extended to the etching of pure elements Ge, Sb, Se along with binary materials GeSe2 et Sb2Se3. A part of this work is dedicated to the identification of fluoride, hydride and hydrocarbon etching products at the surface of the materials and inside the plasma. Mass spectrometry analysis shows rich spectra containing some unheard-of products.In fluorine-based plasmas, the surface composition affects the surface roughness and the etch rate. Inevitably, the formation of non-volatile fluorine products (SeSbFx) induces micromasking effects. This is the reason why we have sought to slow down the SeSbFx kinetic formation by adding Ar to SF6. Using that mixture, we managed to reduce the fluorine atomic concentration at the surface for high content of Ar (>90%) and for a lower pressure (<2mTorr). With such conditions, we obtained a smooth surface (<5nm), an acceptable etch rate (>50 nm/min) and a quasi-anisotropic profile. To free from non-volatile halogen products, we explored the CH4/H2/Ar chemistry. The latter efficiently etched the antimony while having viable etching characteristics. Surface analyses showed that the GexCyHz products are linked to the roughness for higher pressure (>3mTorr) and a significant CH4 content (>30%). In addition to the capacity to etch the GeSbSe glass, such plasma is a promising alternative.