Plate-forme OPTIMIST un outil mutualisé du réseau des plasmas
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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.