Etude des radicaux CF et CF2 dans une décharge capacitive double fréquence 27 et 2 MHz en Ar/O2/C4F8

par Nicolas Bulcourt

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Didier Touzeau.

Soutenue en 2007

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des Sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .


  • Résumé

    La microélectronique consiste en l’élaboration de structures nanométriques. L’utilisation des plasmas est donc nécessaire. Ceux utilisés pour la gravure de diélectriques et de matériaux « low-k » sont des plasmas capacitifs utilisant un gaz carbonofluoré excité par une double fréquence produisant des radicaux de type CFx qui gravent SiO2 mais également polymérisent sur les surfaces. Les plus petits radicaux présents sont CF et CF2. Le travail présenté dans cette thèse porte donc sur l’étude de ces radicaux dans une décharge capacitive double fréquence 27+2 MHz en Ar/O2/C4F8. L’objectif est de déterminer et comprendre la répartition des densités, des températures rotationnelles et vibrationnelles dans le plasma. Le réacteur est de type Exelan® modifié. Il est constitué de deux électrodes plates et circulaires d’un rayon de 10 cm et séparées de 25 mm. Des anneaux en quartz permettent le confinement du plasma. Un substrat de silicium de 20 cm de diamètre est placé sur l’électrode de puissance. Nous avons choisi d’utiliser la spectroscopie d’absorption UV large bande qui n'est pas intrusive et est facile d'utilisation. Les spectres expérimentaux ont été mesurés pour déterminer les profils axiaux et radiaux. Pour cela, ils ont été comparés à ceux obtenus par simulation. Pour le radical CF, nous avons utilisé le logiciel LIFBASE pour simuler les spectres d’absorption. Pour CF2, nous avons, avec l’aide de nombreux chercheurs, développé notre propre programme. Les profils radiaux ont été obtenus une utilisant la méthode d’inversion d’Abel et une méthode d’inversion récursive. Les zones de création, de destruction et de chauffage ont été identifiées. Les résultats montrent que le plasma n’est pas uniforme en phase gazeuse mais qu’il tend à le devenir au dessus du substrat lorsque la puissance augmente. Le chauffage des modes de vibration proviendrait de mécanismes collisionnels électroniques. Ce travail est une première étape pour une meilleure compréhension de ce type de décharge.

  • Titre traduit

    Study of the CF and CF2 radicals in a dual-frequency 27+2 MHz capacitive discharge in Ar/O2/C4F8


  • Résumé

    Microelectronics is used to make nanometre structures. This can only be achieved by using plasmas. They are used in a lot of processes as deposition and etching of low-k and dielectric materials. For these last applications, capacitive plasmas with fluorocarbon gases excited by a dual frequency are used. They product CFx radicals which can etch SiO2 and polymerise on the surfaces. The smallest radicals in these plasmas are CF and CF2. This work is on plasma physics and on the study of the CF and CF2 radicals in a dual-frequency 27+2 MHz capacitive discharge in Ar/O2/C4F8. The aim was to determine and to understand the density, the rotational and the vibrational distributions in the discharge. The experimental reactor we used is a modified Exelan® reactor of LAM Research Corp to permit the diagnostic of the plasma with conditions close to industrial conditions. It has two plate electrodes with a 10 cm radius. The gap is 25 mm. Quartz rings permit to confine the plasma. A 200 mm silicon wafer is on the powered electrode. We chose to use the UV broad-band absorption spectroscopy. This technique is not intrusive and it is simple to use. The experimental spectra were measured to determine the axial and radial distributions. For this, they were compared to those obtained by simulation. For the CF radical, we used the software LIFBASE to simulate the absorption spectra. But for CF2, thanks to others researchers, we have developed our own program. The radial profiles were obtained using the Abel inversion method and a recursive method. We have been able to identify the different production and destruction areas and the warming areas in the discharge. The results show that the plasma is not uniform in the gas phase but it tends to be uniform above the wafer when the power increases. The vibration modes are essentially warmed by electronic impacts. This study is a first step to understand this kind of discharge and others studies will help us to have a better knowledge of the different mechanisms.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (168 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.157-160

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(2007)9
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