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Fiche détaillée Thèses
Université d'Orléans (27/05/2009), M. Pierre Ranson (Dir.)
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Etude de nouvelles voies de passivation non polymérisante pour la gravure profonde du silicium
Corinne Y. Duluard1

La gravure plasma de structures à fort rapport d'aspect dans le silicium est une étape clé dans la fabrication de microsystèmes et de composants de microélectronique de puissance. L'objectif de ce travail est de développer un procédé de gravure profonde du silicium, qui fonctionne à plus haute température de substrat que le procédé cryogénique en chimie plasma SF6/O2 et qui présente une meilleure stabilité en température et en concentration de gaz passivant(s). Dans ce but, de nouvelles voies de passivation non polymérisante ont été explorées. Nous avons évalué les possibilités de passivation par l'apport de SO2 en remplacement de O2. A température cryogénique, les propriétés de gravure sont semblables en plasma SF6/SO2 et SF6/O2 ; elles sont corrélées aux densités de neutres mesurées par spectrométrie de masse et actinométrie. La majeure partie des recherches a été consacrée à l'étude de la molécule SiCl4 comme précurseur de passivation. Nous avons au préalable analysé les interactions entre espèces générées en plasma SF6/SiCl4. Les expériences de caractérisation du plasma montrent que les réactions aux parois entre atomes F et espèces SiClx contrôlent la chimie du plasma et donc les propriétés de gravure du silicium. En mélange SF6/O2/SiCl4, ces réactions influent également sur la vitesse de gravure du substrat, mais l'ajout de SiCl4 à SF6/O2 a surtout pour effet de favoriser l'attaque chimique latérale. Nous avons finalement étudié la possibilité de former une couche de passivation par plasma SiCl4/O2 à température de substrat de -20 °C. Les résultats de cette étude permettent de proposer un nouveau procédé, basé sur l'alternance d'étapes de gravure par plasma SF6 et d'étapes de passivation par plasma SiCl4/O2.
1 :  GREMI - Groupe de recherches sur l'énergétique des milieux ionisés
silicium – plasma – gravure – passivation – spectrométrie de masse – actinométrie (spectroscopie d'émission optique) – SF6/O2 – SF6/SO2 – SF6/SiCl4 – SiCl4/O2.

Study of new non polymerising passivation methods for deep silicon etching
Plasma etching of high aspect ratio structures in silicon is a key step for the fabrication of microsystems and power microelectronic devices. This thesis aimed to develop a silicon deep etching process, working at a higher substrate temperature than the cryogenic process in SF6/O2 plasma chemistry, and showing a better stability to drifts in temperature and passivating gas concentration. To this purpose, we investigated new methods of passivating the structure sidewalls by non polymerising chemistries. We studied the possibility of passivation by SO2 instead of O2. At cryogenic temperatures, etch properties are similar in SF6/SO2 and SF6/O2 plasmas. They are correlated to the neutral densities measured by mass spectrometry and actinometry. Most of the research was then dedicated to the study of SiCl4 as a passivation precursor. First we analysed the interactions between species generated in SF6/SiCl4 plasma. Characterisation experiments show that reactions on reactor walls between F radicals and SiClx species control the plasma chemistry, thereby the silicon etch properties. In SF6/O2/SiCl4 mixtures, these reactions also impact the substrate etch rate. However, the addition of SiCl4 to SF6/O2 mostly enhances lateral chemical etching. We finally studied the possibility of forming a passivation layer by SiCl4/O2 plasma at a substrate temperature of -20 °C. The results of this study enabled the development of a new process, based on alternating the etching steps in SF6 plasma with the passivation steps in SiCl4/O2 plasma.
silicon – plasma – etching – passivation – mass spectrometry – actinometry (optical emission spectroscopy) – SF6/O2 – SF6/SO2 – SF6/SiCl4 – SiCl4/O2.