Deposition of thin film of silicon at high deposition rate by MDECR plasma.

Dépôt de couches minces de silicium à grande vitesse par plasma MDECR.

Thien Hai Dao (1)

1 LPICM - Laboratoire de physique des interfaces et des couches minces [Palaiseau]

In this thesis, the characteristics of plasmas were studied in MDECR using measurements of optical emission (OES) mass spectroscopy (QMS) and Langmuir probe plane. These techniques combined with observations on the pressure with and without plasma allowed us to build a clear picture on the chemical and physical properties of plasmas MDECR including silane plasmas. Because operating conditions at low pressure (~ mTorr), high power (~ kW) and because of the electronic confinement effect due to the SOD, the electron distribution in the plasma is divided into two families: a family of electron Quick and another of cold electrons. The OES measurements of argon plasma and silane showed containment of fast electrons in the ECR zones around each antenna, the entire plasma chemistry (dissociation, excitation and ionization) occurs mainly in these areas . The planar Langmuir probe measurements showed that the temperature of cold electrons is in the range 1-2 eV which is in good agreement with the results of the team of S. Béchu. These measures (OES, QMS, Langmuir probe) and pressure measurements have shown the presence of very large atomic hydrogen ions in a plasma of silane. The mass spectroscopy measurements showed that in a plasma of silane, the presence of radicals and ions based on Si, SiH and SiH2 is as important as radicals SiH3. The contribution of these radicals and ions with a high coefficient of adhesion to the film growth was also observed in studies of deposit through a mask containing small holes. All measurements have shown that for a silane plasma, a report "total power / gas flow" low favors the formation of radicals SiH3, while a report on "power / gas flow" makes great report [SiH *] / [Hα] small. This suggests that conditions of high power, low flow of silane promote the deposit of microcrystalline material while conditions of low power, high gas flow rates should encourage the formation of an amorphous material.

Dans cette thèse, les caractéristiques des plasmas MDECR ont été étudiées en utilisant des mesures d'émission optique (OES), de spectroscopie de masse (QMS) et de sonde Langmuir plane. Ces techniques combinées avec des observations sur la pression avec et sans plasma nous ont permis de construire une image assez claire sur les propriétés chimiques et physiques des plasmas MDECR, notamment des plasmas de silane. A cause des conditions de fonctionnement à faible pression (~ mTorr), grande puissance (~kW) et à cause du confinement électronique dû à l'effet ECR, la distribution électronique dans le plasma est divisé en deux familles : une famille d'électrons rapides et une autre d'électrons froids. Les mesures OES des plasmas d'argon et de silane ont montré le confinement des électrons rapides dans les zones ECR autour de chaque antenne, toute la chimie du plasma (la dissociation, l'excitation et l'ionisation) se produit essentiellement dans ces zones. Les mesures par sonde Langmuir plane ont montré que la température des électrons froids est dans la gamme 1-2 eV qui est en bon accord avec les résultats de l'équipe de S. Béchu. Ces mesures (OES, QMS, sonde Langmuir) et les mesures de la pression ont montré la présence très importante d'hydrogène atomique et ionique dans un plasma de silane. Les mesures de spectroscopie de masse ont montré que dans un plasma de silane, la présence des radicaux et d'ions à base de Si, SiH et SiH2 est aussi importante que celle des radicaux SiH3. La contribution de ces radicaux et ions avec un grand coefficient de collage à la croissance du film a également été observée par des études de dépôt à travers un masque contenant des petits orifices. Toutes les mesures ont montré que pour un plasma de silane, un rapport «puissance totale/débit du gaz» faible est favorable à la formation de radicaux SiH3, tandis qu'un rapport «puissance/débit du gaz» grand rend le rapport [SiH*]/[Hα] petit. Cela suggère que les conditions de fortes puissances, faibles débits de silane favorisent le dépôt du matériau microcristallin tandis que les conditions de faibles puissances, forts débits de gaz devraient favoriser la formation d'un matériau amorphe.

Mots clés: Plasma MDECR

Domaines: Physique [physics]

Thien Hai Dao. Dépôt de couches minces de silicium à grande vitesse par plasma MDECR.. Physique [physics]. Ecole Polytechnique X, 2007. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00003255⟩