Modélisation numérique de réacteurs plasma : analyse des processus chimiques et étude de dispositifs de conception variée. Cas du nitrure de silicium et de l'oxyde de silicium

par Hubert Caquineau

Thèse de doctorat en Génie électrique

Sous la direction de Bernard Despax.

Soutenue en 1996

à Toulouse 3 .

mots clés

• Plasmas, Électrodynamique des
• Réacteurs électrochimiques
• Nitrure de silicium

Résumé

Dans ce travail, des modeles numeriques ont ete developpes pour simuler le comportement de plusieurs reacteurs classiques de depot assiste par plasma radiofrequence. Ces modeles prennent en compte les phenomenes dissociatifs dus a l'utilisation d'une decharge, les phenomenes de transfert de quantite de mouvement et de transfert de matiere. Le premier objectif de l'auteur a ete de reproduire les resultats experimentaux dans deux types de reacteurs de conception tres differente, dans le cas du nitrure de silicium depose a partir de silane et d'ammoniac. Pour cela, un mecanisme chimique complexe prenant notamment en consideration une faible reactivite du radical triaminosilyl et l'abstraction d'hydrogene sur les especes aminosiliciees stables, a ete envisage. L'analyse des resultats de modelisation montre que la consommation du silane et ses consequences sur les taux de production des differentes especes radicalaires jouent un role preponderant sur la vitesse de depot et la composition du materiau. Une comparaison de plusieurs reacteurs a ete alors effectuee. Les reacteurs a injection distribuee ont ete montres comme offrant le meilleur compromis entre uniformite des depots et de composition, alors que pour des reacteurs a injection localisee, il est impossible d'obtenir des depots d'epaisseur constante et de composition voulue. L'influence des dimensions des reacteurs a egalement ete analysee. Par ailleurs, une etude sur la chimie des decharges dans les melanges silane-protoxyde d'azote pour le depot de silice a ete initiee. Dans ce travail, la modelisation a ete utilisee sous tous ces aspects. Elle a permis la determination d'un mecanisme chimique, la comprehension des processus gouvernant les procedes, ainsi que l'aide a la conception et a l'optimisation des procedes

Titre traduit

Numerical modelling of plasma reactors: kinetics and mass-transfert analysis in various reactor designs. Case of silicon nitride and silicon oxide

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