Plasma diagnostics focused on new magnetron sputtering devices for thin film deposition

par Petr Vašina

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Caroline Laporte et de Antonin Tálský.

  • Titre traduit

    Diagnostic plasmas : étude de nouveaux procédés de pulvérisation cathodique pour le dépôt de couches minces


  • Résumé

    Le but principal de ce travail est l'étude de nouveaux procédés de pulvérisation cathodique magnétron pour le dépôt de couches minces : procédés de type IPVD (Ionised Physical vapour Deposition) où les particules métalliques pulvérisées sous forme d'atomes neutres depuis la cathode sont ensuite ionisées - soit par un plasma micro-onde situé entre la cathode magnétron et le substrat, soit par un plasma magnétisé ge��néré par des pulses de haute puissance. Le réacteur IPVD micro-onde est constitué d'une cathode magnétron alimenté en courant continu et de deux antennes micro-onde perpendiculaires à l'axe cathode-substrat. Une analyse du plasma résolue spatialement a été effectuée principalement par spectroscopie optique d'absorption pour déterminer les densités d'atome métallique neutre et ionisé ainsi que leur température. Une attention particulière est portée à l'estimation et au rôle de la température du gaz. Dans le dispositif PVD haute puissance pulsée, les particules pulvérisées sont ionisées dans le plasma magnétisé qu'elles peuvent ensuite quitter pour atteindre le substrat. Des diagnostics résolus en temps sont alors nécessaires pour en suivre l'évolution. La dynamique du plasma, l'évolution de sa composition et la transition particulièrement rapide vers un régime stable d'auto-pulvérisation sont détaillés. Dans le même temps, les processus d'ionisation et de transport sont étudiés. Un chapitre de la thèse porte sur un diagnostic original de détermination simultanée des densités d'atomes d'azote et d'oxygène par titrage avec NO dans des post-décharges N2-O2. Ce diagnostic est intéressant pour l'étude des procédés en mélange réactif.


  • Résumé

    The main aim of this thesis is to investigate fundamental aspects of generation and behaviour of two advanced magnetron sputtering discharges for IPVD (Ionised Physical Vapour Deposition) process : a microwave assisted DC (Direct Current) magnetron discharge and a high power pulsed magnetron discharge operating with a preionization. The microwave assisted reactor consists of a titanium magnetron cathode excited by a direct current and two microwave coaxial antennas located perpendicularly to the magnetron substrate holder axis. Spatially resolved plasma diagnostics are presented. The main diagnostic method was absorption spectroscopy which permited to obtain simultaneously the spatial evolution of titanium atom temperature and the spatial evolutions of titanium neutral atom and ion densities. Particular attention is given to the estimation and the role of gas temperature. In the high power pulsed PVD, sputtered particles are ionized in the magnetized region and after that, they can leave it and continue towards the substrate. These processes are time dependent and it is suitable in this case to perform time resolved measurements. Plasma dynamics, time evolution of plasma compositions and particularly the extremely fast transition to stable self- sputtering regime is discussed. Simultaneously with the creation processes of ions, their transport was studied too. A chapter of the thesis is devoted to a new method to obtain simultaneous N and O atom concentrations in N2 and N2-O2 post discharges by NO titration from NO b system UV radiation. This method could help to understand selected complex processes involved.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (142 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 135-139

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2005)181
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