Conclusion

l’empilement suivant a été utilisée : GaN (20nm)/AlGaN (24nm 24%)/AlN (< 1nm)/GaN buffer/Si. La plaque a été gravée quart de plaque par quart de plaque. Pendant la gravure d’un quart, les 3 autres sont masqués grâce à des morceaux de plaque en SiN sur silicium. Le procédé de gravure cyclique O2-BCl3 et le procédé de gravure standard ont été utilisés pour graver entièrement la couche de GaN de 20nm, afin de libérer l’AlGaN. Des mesures électriques de Rsheet ont été effectuées pour mesurer la résistance du gaz bi-dimensionnel après gravure. Les dégradations induites par les gravures ont été évaluées grâce à une comparaison des valeurs de Rsheet après gravure à une valeur référence d’une hétérostructure identique.

Le Tableau 21 donne les Rsheet relatifs après les deux gravures. Les deux valeurs de résistances relatives sont très similaires, indiquant dans les deux cas une dégradation électrique limitée.

Procédé Rsheet relatif

Echantillon de référence 1

Cycles O2-BCl3 1,51

Procédé standard 1,55

Tableau 21 : Valeurs de la résistance du gaz bi-dimensionnel après gravure cyclique et standard, relativement à une valeur référence.

Le procédé cyclique réussit à légèrement diminuer les dégradations électriques par rapport au procédé standard. En l’absence de fort bombardement ionique durant la gravure cyclique, des mécanismes de dégradation différents doivent prendre place. Une étude complémentaire est nécessaire pour les identifier mais ne sera pas traitée dans ce manuscrit.

V. Conclusion

L’étude menée dans ce chapitre a permis le développement d’un procédé cyclique de gravure du GaN par répétition de plasmas d’O2 et de plasmas BCl3. Les paramètres plasmas ont été déterminés afin de s’assurer d’avoir un procédé cyclique synergique et un temps de cycle optimisés. Les résultats XPS ont mis en évidence le mécanisme d’autolimitation du plasma d’O2 ainsi que le mécanisme de sélectivité du plasma BCl3. Grâce à ces informations, un mécanisme de gravure a été proposé. Le plasma d’O2 permet une oxydation autolimitante du GaN par substitution de l’azote. Cette couche modifiée est ensuite retirée par le plasma BCl3 par la formation de produits de gravures volatils BxOyClz et GaCl3. Sur GaN non oxydé, le plasma BCl3 change de régime et dépose un composé BxCly, permettant ainsi d’obtenir une sélectivité dans le GaN modifié et non-modifié. Ce procédé cyclique a été caractérisé et comparé au procédé de gravure standard. Les résultats XPS ont montré que même si les deux procédés permettaient de conserver la stœchiométrie de surface sans gravure préférentielle du gallium ou de l’azote, le procédé standard induisait une oxydation de surface plus importante. Cette oxydation a sûrement lieu lors de la remise à l’air des échantillons et peut être liée aux dégradations de surface induits par le bombardement ionique. Les mesures électriques de la résistance du 2DEG ont quant à elles révélé que les dégradations électriques induites par les deux gravures sont limitées et similaires. Malgré l’absence de bombardement énergétique, le procédé cyclique ne permet que de diminuer légèrement l’endommagement des matériaux. D’autres mécanismes de dégradation doivent prendre place nécessitant des études plus approfondies pour les identifier.

Chapitre IV - Procédé cyclique pour la gravure du GaN

Le procédé cyclique a été testé sur des motifs dans une optique d’intégration du procédé dans la fabrication d’un dispositif. Les profils de gravure présentent de bonnes morphologies avec des flancs droits. La vitesse de gravure a été évaluée et a atteint 1,6nm par cycle. Le procédé est linéaire et répétable, permettant ainsi un contrôle fin de la profondeur gravée.

En définitive, cette étude a révélé que le procédé cyclique permet d’avoir des résultats aussi bons que le procédé standard avec un meilleur contrôle de la profondeur. Néanmoins le procédé cyclique induit légèrement moins de dégradations électriques que le procédé standard : il ne réussit donc pas à diminuer fortement l’endommagement induit par la gravure comme attendu.

VI. Bibliographie

VI. Bibliographie

[1] F. Gonzalez-Posada et al., “Surface cleaning and preparation in AlGaN/GaN-based HEMT processing as assessed by X-ray photoelectron spectroscopy,” Appl. Surf. Sci., vol. 253, no. 14, pp. 6185–6190, May 2007.

[2] A. A. Kobelev, Y. V. Barsukov, N. A. Andrianov, and A. S. Smirnov, “Boron trichloride plasma treatment effect on ohmic contact resistance formed on GaN-based epitaxial structure,” presented at the Journal of Physics: Conference Series, 2015, vol. 586.

[3] C. Guimon et al., “XPS study of BN thin films deposited by CVD on SiC plane substrates,”

Surf. Interface Anal., vol. 16, no. 1–12, pp. 440–445, 1990.

[4] V. Cholet, L. Vandenbulcke, J. P. Rouan, P. Baillif, and R. Erre, “Characterization of boron nitride films deposited from BCl3-NH3-H2 mixtures in chemical vapour infiltration conditions,” J. Mater. Sci., vol. 29, no. 6, pp. 1417–1435, Jan. 1994.

[5] F. L. M. Khir et al., “Synchrotron-based XPS studies of AlGaN and GaN surface chemistry and its relationship to ion sensor behaviour,” Appl. Surf. Sci., vol. 314, pp. 850–857, Sep. 2014.

[6] Y. Zhong et al., “Self-terminated etching of GaN with a high selectivity over AlGaN under inductively coupled Cl2/N2/O2 plasma with a low-energy ion bombardment,” Appl. Surf.

Sci., vol. 420, pp. 817–824, 2017.

[7] R. Sohal, P. Dudek, and O. Hilt, “Comparative study of NH4OH and HCl etching behaviours on AlGaN surfaces,” Appl. Surf. Sci., vol. 256, no. 7, pp. 2210–2214, Jan. 2010. [8] S. D. Burnham et al., “Gate-recessed normally-off GaN-on- Si HEMT using a new O2-BCl3

digital etching technique,” Phys. Status Solidi C, vol. 7, no. 7–8, pp. 2010–2012, Jul. 2010. [9] A. P. Shah and A. Bhattacharya, “Inductively coupled plasma reactive-ion etching of β-

Ga2O3: Comprehensive investigation of plasma chemistry and temperature,” J. Vac. Sci.

Technol. Vac. Surf. Films, vol. 35, no. 4, 2017.

[10] T. Banjo, M. Tsuchihashi, M. Hanazaki, M. Tuda, and K. Ono, “Effects of O2 addition on BCl3/Cl2 plasma chemistry for Al etching,” Jpn. J. Appl. Phys. Part 1 Regul. Pap. Short Notes

Rev. Pap., vol. 36, no. 7 SUPPL. B, pp. 4824–4828, 1997.

[11] S. Mcnevin, “A Thermochemical Model for the Plasma-Etching of Aluminum in Bcl3/Cl2 and Bbr3/Br2,” J. Vac. Sci. Technol. B, vol. 8, no. 6, pp. 1212–1222, Dec. 1990.

[12] H. Morkoc, “Handbook of Nitride Semiconductors and Devices,” in Handbook of Nitride

Semiconductors and Devices, John Wiley & Sons, Ltd, 2009, pp. 1–129.

[13] K. J. Kanarik et al., “Overview of atomic layer etching in the semiconductor industry,” J. Vac.