Plate-forme OPTIMIST un outil mutualisé du réseau des plasmas

Plate-forme OPTIMIST
un outil mutualisé du réseau des plasmas froids
Comité de pilotage du réseau des plasmas froids
Laboratoires GREMI et IMN
OPTIMIST: Ouverture d'une Plate-forme Technologique d'Investigation des Mécanismes d'Interaction plasmaSurface sur une large gamme de Température
Présentation
OPTIMIST offre à la communauté des plasmas froids un équipement de traitement plasma connecté à un appareillage d’analyse des surfaces. Outre la
possibilité d’effectuer une analyse quasi in-situ des surfaces traitées ou des couches minces déposées, la particularité d’OPTIMIST réside dans son porteéchantillon polarisable en dc ou rf et contrôlé en température. Le transfert entre le réacteur et la chambre d’analyse de surface (XPS-AES) et l’analyse de la
surface peuvent être fait en maintenant l’échantillon à la température de traitement.
Equipement financé dans le cadre des appels à projets Cortech2004 & Cortech2008.
Source plasma
Description de la plate-forme
Analyse de surface
Source plasma
Canne
porte-échantillon
Réacteur
plasma
Analyse de surface
Source TCP
Réacteur plasma
Plate-forme OPTIMIST, vue arrière
Porte-échantillon
Plate-forme OPTIMIST, vue avant
• Source plasma à couplage inductif (TCP – 13.56MHz), 0 – 500W
• 4 lignes de gaz : O2, Ar, tout gaz de type C ou F
• Diagnostics plasma possibles : sondes électrostatiques
spectrométrie d'émission optique
spectrométrie de masse
multiplicateur d'électrons
• Contrôlé en température (-150°C / +1100°C) par circulation d'azote liquide et chauffage
• Mesure de T par thermocouple en face arrière du support
• Polarisable en dc (±300V) et rf (13.56MHz)
analyseur
hémisphérique
lentilles
électrostatiques
source X
Source plasma
Electrons
Porte-échantillon
Photons
chambre sous ultra vide
échantillon
Analyse XPS
Support d'échantillon
(1cm2)
Contrôleur T
Plate-forme OPTIMIST, schéma de principe
Analyse XPS
• Analyse de surface à la température de traitement ou autre T
Exemple d'étude : caractérisation des couches de passivation formées durant la gravure
cryogénique du silicium en plasma SF6-O2
Procédure expérimentale
*Désorption totale en condition de gravure (SF6/O2 ~ 4)
Désorption quasi totale en condition de surpassivation (SF6/O2 ~ 1.5)
0
Intensity (cps)
Si
150
-100
-50
0
Temperature (°C)
50
Evolution de l'intensité des composantes représentatives
de la couche de passivation (F-Si, O-Si, SiOxFy) et du
substrat Si, au cours du réchauffement
100
50
20-2
20-5
20-7
20-13
0
-100
-50
0
Temperature (°C)
50
Si 2p spectra
2000
1500
SiOxFy
1000
2500 -75°C
SiOxFy
2000
1500
50
50
Si substrate
100
100
0
-100
-50
0
Temperature (°C)
105
2500 -100°C
500
Intensity (cps)
1000
110
Si
1000
2500 -25°C
SiOxFy
Si
1500
20-2
20-5
20-7
20-13
50
0
-100
-50
0
Temperature (°C)
500
1500
2000
SiOxFy
100
1000
2500 -50°C
SiOxFy
2000
500
Evolution au cours du réchauffement de l'intensité des
composantes Si substrat et SiOxFy, pour différents
plasmas SF6-O2
50
2500
Intensity (cps)
• La couche de passivation formée est d'autant plus importante
que le rapport SF6/O2 est faible.
2000
Intensity (cps)
• La couche de passivation est formée des éléments Si, O et F, le
soufre en est absent.
• La composition globale de la couche est SiOF3.
• Le substrat Si est observable au dessus de -50°C.
• Le réchauffement conduit à la désorption totale* de la couche.
• Ces résultats sont en accord avec l'analyse par spectrométrie
de masse des espèces qui désorbent de la surface, montrant la
fin de la désorption de SiF4 à partir de -50°C.
(X. Mellhaoui et al. J. Appl. Phys. (2005) 98, 104901)
F-Si
O-Si
SiOxFy
3000
relative amount (%)
J. Pereira, et al.
Appl. Phys. Lett. (2009) 94, 071501
relative amount (%)
Principaux résultats
Intensity (cps)
• Elimination de l'oxyde natif par un plasma SF6, échantillon à T=25°C, non polarisé.
• Refroidissement de l'échantillon à -110°C.
• Exposition à un plasma dans des conditions de surpassivation (rapport SF6/O2 faible, pas de polarisation).
• Transfert vers l'XPS à T=-110°C et analyse.
• Retour vers le réacteur et réchauffement de ∆T=+25°C.
• Transfert vers l'XPS… répétition du cycle réchauffement/analyse jusqu'à T=25°C.
200
2000
1000
+30°C
Si
1500
500
0
500
110
105
100
Binding energy (eV)
1000
SiOxFy
110
105
100
Binding energy (eV)
Evolution du spectre Si2p
au cours du réchauffement
Modalités d’accès
• Prendre contact avec le responsable de la plate-forme ([email protected])
• Compléter la fiche de demande d’utilisation (Demande_Optimist) et la lui transmettre.
• Une fois acquis le principe de faisabilité de l’expérience envisagée, un contrat « de service » est établi pour valider la demande et réserver l’appareillage
(Contrat_Optimist).
• Les conditions générales d’utilisation sont décrites dans la Charte, rédigée lors de la mise en place de la plate-forme (Charte_Optimist).
• Une formation à l’utilisation des équipements (réacteur plasma, canne de transfert, analyse XPS) est nécessaire. Celle-ci est effectuée par le responsable de la
plate-forme.