Effet de la fréquence dans les décharges VHF sur les caractéristiques des plasmas utilisés pour le dépôt de silicium microcristallin

par Sébastien Dine

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Jacques Jolly.


  • Résumé

    A l'aide d'un modèle électrique précis du réacteur plasma, la mesure avec une méthode vectorielle de l’impédance RF à l’entrée du réacteur a permis, après correction de la perturbation des impédances parasites, de calculer l’impédance du plasma dans une large gamme de fréquences (13,56-100 MHz) et de pressions (0,1-1 torr). Son interprétation a dégagé des lois d'échelle de variation des paramètres plasma avec la fréquence et la pression en accord avec celles déduites des modèles numériques. La résonance série du plasma a été observée à 90 MHz et 0,1 torr. Ce type de décharge a été étudié dans les années 70 dans le cassymétrique où le potentiel d’auto-polarisation est nul. Dans le cas asymétrique, nous constatons que ce potentiel continu passe par unmaximum égal à la tension RF appliquée à la résonance. La comparaison de la mesure vectorielle de la puissance couplée avec la méthode soustractive montre qu’il est possible d’utiliser cette dernière en VHF. Un autre effet bénéfique de la VHF est l’augmentation de l’efficacité du couplage de la puissance RF. Les sondes RF utilisées pour réaliser cette étude se sont révélées délicates à mettre en œuvre. Cela a motivé la mise au point d’unnouveau capteur de courant-tension RF (brevet INPI n°2 875 304) répondant aux problèmes métrologiques se posant face à l’augmentation de la fréquence et de la puissance dans l'industrie. La densité du plasma a été dans un premier temps mesurée avec des sondes de Langmuir délicates à utiliser au dessus de 0,1 torr dans l'hydrogène. Pour pallier aux limitations de celles-ci, un nouveau type de sonde à onde de surface (la sonde plasma à transmission) a été développé (brevet INPI n°2 876 536).

  • Titre traduit

    Frequency effect in VHF discharges on properties of plasmas used for the deposition of microcrystalline silicon


  • Résumé

    Using an electrical model of the plasma reactor, the measurement of the reactor input RF impedance allowed after correcting the effect of stray impedance to derive the impedance of the plasma in a large frequency range (13,56-100 MHz) and pressure range (0,1-1 torr). The analysis of the plasma impedance drew scaling laws for the variation of plasma parameters with frequency and pressure in agreement with those derive from numerical models. The plasma series resonance frequency was observed at 90MHz and 0,1 torr. This type of discharge was studied in the 70s for the symmetric case in which the DC self-bias is equal to zero. For the asymmetric case the DC self-bias was found to be maximum and equal to the applied RF at the resonance. The comparison of the vector measurement of coupled power with the subtractive method shows that is possible to use this latter in the VHF band. Another beneficial effect of the VHF is the increase of the RF power coupling efficiency. RF electrical probes used for that study were found to be tricky to use. Thus motivating the development of a novel RF voltage-current sensor (French patent INPI n°2 875 304) providing an answer to metrology issues rising due to the increase of the RF frequency and power in industrial processes. The plasma density was at first measured with Langmuir probes tricky to use above 0,1 torr in hydrogen. To overcome such limitations a new type of surface wave probe was developed (French patent INPI n°2 876 536).

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Informations

  • Détails : 1 vol. (299 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 285-299

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(2006)159
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