Simulation numérique de la fragmentation d'un précurseur de dopage au sein d'un réacteur d'implantation ionique par immersion plasma

par Mathieu Maury

Thèse de doctorat en Genies des procédés

Sous la direction de Khaled Hassouni.

Soutenue le 04-12-2015

à Sorbonne Paris Cité , dans le cadre de École doctorale Galilée (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis) , en partenariat avec Université Paris 13 (établissement de préparation) et de Laboratoire des Propriétés Mécaniques et Thermodynamiques des Matériaux (laboratoire) .

Le président du jury était Alix Gicquel.

Le jury était composé de Bär Eberhard, Gaël Borvon, Roux Laurent, Philippe Supiot.

Les rapporteurs étaient Savino Longo, Ioan Schneider.


  • Résumé

    Cette thèse est centrée sur le développement de modèles numériques pour simuler le comportement physique des plasmas présents dans un réacteur d'implantation ionique à immersion plasma. Ces modèles ont pour but d'estimer l'impact des réglages opérationnels du réacteur sur les paramètres plasma pertinents pour l'implantation, comme le flux ionique sur le substrat et la distribution en énergie des ions. La géométrie complexe du réacteur rend difficile sa modélisation d'un seul tenant, du fait des importants gradients temporels et spatiaux attendus pour les densités ioniques et la température électronique. Une stratégie de simulation en deux étapes a donc été adoptée : - Un modèle quasi-homogène, couplé à un module de chimie en volume élaboré, permet de représenter des deux portions de la source plasma et d'obtenir l'évolution de la composition du plasma en fonction de la puissance radiofréquence injectée. - Un modèle unidimensionnel de type PIC-MC permet de décrire la dynamique de la gaine ionique qui se forme près du substrat du fait du potentiel imposé, ainsi que de déterminer la distribution de l'énergie d'impact des ions et les flux d'implantation correspondants. Au final, ces travaux de recherche ont permis d'aboutir à une meilleure compréhension de l'impact des paramètres opérationnels du réacteur sur le flux ionique et la distribution en énergie des ions arrivant sur le substrat. La connaissance des couplages physiques entre la source plasma et la chambre d'implantation autorise l'optimisation du processus de dopage, puisque les paramètres opérationnels peuvent être réglés de manière à minimiser la profondeur de dopage après implantation.

  • Titre traduit

    Numerical simulation of the fragmentation of a doping precursor inside a plasma immersion ion implantation (PIII) reactor


  • Résumé

    Numerical models have been developped to simulate the plasma present inside a plasma immersion ion implantation reactor. Their goal is to estimate the impact of the reactor’s settings on the plasma parameters relevant for ion implan-tation. The complex geometry of the reactor renders its modelling difficult, because of the stiff spatial and temporal gradients expected, so a two-step simulation stra-tegy was adopted : – A global model of the plasma source, coupled to a detailed volume chemistry module, allows to determine the time evolution of the plasma composition according to the radio-frequency power injected in the source.– A 1D PIC-MC model of the sheath facing the substrate describes the dyna-mics of the expanding sheath and allows to determine the ion impact energy distribution function and corresponding implantation profiles. Determination of the couplings between the plasma source and the implantation chamber makes possible to optimize the doping process, since the reactor’s opera-tional settings can then be adjusted to minimize the doping depth after implanta-tion.


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Informations

  • Sous le titre : Simulation numérique de la fragmentation d'un précurseur de dopage au sein d'un réacteur d'implantation ionique par immersion plasma
  • Détails : 1 vol. (IX-161 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 155-161
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