Dynamique des plasmas radio-fréquence à couplage inductif en gaz halogénés simples

par Mickaël Foucher

Thèse de doctorat en Physique des plasmas

Sous la direction de Jean-Paul Booth et de Paul Indelicato.

Soutenue le 24-10-2016

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Physique en Île-de-France (Paris) , en partenariat avec Laboratoire de Physique des Plasmas (laboratoire) .

Le jury était composé de Ian Sims, Gilles Cartry, Dominique Vernhet.


  • Résumé

    Les plasmas radio-fréquences à couplage inductif en gaz halogénés simples (cl2/hbr/o2) sont fortement utilisés dans l'industrie des semi-conducteurs. Cependant, notre connaissance des processus réactionnels de ces plasmas est encore très partielle. De nombreux travaux de simulations (fluides, particulaires...), visant à améliorer celle-ci, ont été produits ces dernières décennies. Toutefois, trop peu de résultats expérimentaux sont disponibles dans la littérature afin de valider ou améliorer ces simulations. L'objectif de cette thèse est alors de produire un ensemble complet de résultats experimentaux. Nous nous focalisons essentiellement sur le cas des plasmas de cl2 et de o2 purs. Dans cette thèse, nous étendons les résultats expérimentaux déjà présents dans la littérature : densités de charges et de neutres, températures translationnelles. En particulier, les tendances en fonction de la pression, essentielles pour la simulation, sont soigneusement étudiées. Les vibrations moléculaires sont également étudiées à l'aide d'un montage innovant de spectroscopie d'absorption. Nous montrons que les simulations sont encore loin de représenter fidèlement les processus réactionnels des plasmas étudiés. Nous tentons de fournir à cet effet quelques pistes d'améliorations. Ce travail est la base nécessaire à l'amélioration continue des plasmas industriels utilisés pour la gravure de semi-conducteurs.

  • Titre traduit

    Dynamic of radio-frequency inductively-coupled plasmas in simple halogen gases


  • Résumé

    Radio-frequency inductively-coupled plasmas in simple halogen gases (cl2/hbr/o2) are widely used in the semi-conductor industry. However, our knowledge of these plasmas is still incomplete. To improve it, numerous simulation studies have been performed in the last decades. Unfortunately, experimental results to compare these studies are still scarce. The objectives of this thesis is to provide a comprehensive set of experimental results. We focused on the plasmas of pure o2 and cl2. In this thesis, we extend the already available experimental results : neutral nd charges densities, translational temperatures. In particular, the tendancies of these parameters as a function of the pressure are carefully studied. Molecular vibrations are studied as well using a new kind of absorption spectroscopy setup. We show that the recent simulations are still far from representing the reactional processes in the studied plasmas. We then try to provide some ideas of improvement. This work is the needed start to improve etching plasma industrial processes.


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