Caractérisation des interactions plasma-surface dans les procédés de cryogravure avancés

Understanding plasma-surface interactions in cryogenic etching for advanced patterning applications

• Auteur / Autrice : Jack Nos
• Direction : Rémi Dussart, Thomas Tillocher
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique
• Date : Inscription en doctorat le 01/04/2021
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : Energie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers - EMSTU
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GREMI - Groupe de Recherches sur l'Energie des Milieux Ionisés

Mots clés

Mots clés libres

Cryogravure

Atomic Layer Etching

Procédé STiGer

Cryogenic etching

Atomic Layer Etching

STiGer process

Résumé

Les travaux se font dans une salle d'expérimentation dédiée à la gravure et dans la salle blanche du GREMI. Un nouveau réacteur plasma est utilisé pour réaliser l'étude. Il sera équipé de diagnostics in-situ (spectromètre de masse, spectroscopie optique d'émission, ellipsomètre spectroscopique, sonde de Langmuir). L'étude porte sur les mécanismes de cryogravure du silicium en procédé continu standard SF6/O2 ou en procédé alterné (STiGer) incluant des étapes de passivation en SiF4/O2. Des études sont également menées sur la cryo-ALE (Atomic Layer Etching). En particulier, nous nous intéressons au procédé basé sur la physisorption de molécules, alternée avec des plasmas d'Argon pour créer des espèces réactives à la surface et graver le matériau monocouche par monocouche. Des caractérisations du matériau après gravure sont également effectuées au moyen de différents dispositifs disponibles en salle blanche (MEB, AFM, FTIR, ellipsomètre). Des analyses XPS seront menées au laboratoire IMN à Nantes, qui est équipé d'un petit réacteur cryogénique pour effectuer des analyses quasi in-situ. Une part importante des travaux sera également consacrée à la caractérisation du plasma par méthodes spectroscopiques (absorption, LIF...) en collaboration avec le laboratoire LTM. L'objectif de l'ensemble de ces mesures est de comprendre les mécanismes associés à la gravure cryogénique et d'alimenter en données expérimentales un code de simulation de dynamique moléculaire élaboré au laboratoire LTM.

This research project is carried out in an experiment room dedicated to plasma etching and in the clean room of the GREMI laboratory. A brand new reactor is used to perform the study. It is equipped with in-situ diagnostics (mass spectrometer, optical emission spectroscopy, spectroscopic ellipsometry and Langmuir probe). The study focuses on the mechanisms involved in the cryoetching of silicon in standard continuous processes using SF6/O2 plasma or in alternated processes (STiGer) including passivation steps with SiF4/O2 plasma. Some studies are also performed on cryo-ALE (Atomic Layer Etching). In particular, experiments are carried out on a process based on molecule physisorption, alternated with Ar plasma to produce reactive species at the surface and etch the material monolayer by monolayer. Material characterizations of the etchings are also performed with different devices available in the clean room (SEM, AFM, FTIR, ellipsometer). XPS analyses will be organized at the IMN laboratory in Nantes, which owns a small ICP reactor with a cryogenic sample holder to make quasi in-situ analyses. An important part of the work will be dedicated to the plasma characterization by different spectroscopic methods (absorption, LIF...) in collaboration with the LTM laboratory. The objective of all these measurements is to understand the chemical mechanisms involved in cryogenic etching and provide input data to simulate the etching mechanisms using a molecular dynamics model developed by the LTM laboratory.