Dépôt PECVD-ECR

Les plasmas ECR, comme les plasmas ICP ou magnétron, font partie de la génération des plasmas haute densité (HDP) ou plasmas basse pression (BP). Ces plasmas permettent

3.3. Procédés de réalisation de diélectriques de grille 81

Figure 3.7 – Comparaison des mesures C(V) avec la capacité idéale pour un dépôt

PECVD et LPCVD de dioxyde de silicium au LAAS

de travailler à des pressions plus faibles, en couplant à l’énergie d’excitation RF ou micro- ondes, un champ électrique ou magnétique induit. Il est ainsi possible de générer un plasma

à plus faible pression, typiquement dans la gamme 1− 10 mTorr contre 10 − 100 mTorr

pour les plasmas RF classiques. Cette configuration particulière confère à ces techniques plusieurs avantages :

– un meilleur degré d’ionisation des espèces (gain de 3 ordre de grandeur) ;

– une densité d’ions supérieure d’un ordre de grandeur, tout en abaissant d’un facteur 2 à 5 l’énergie des espèces ioniques.

De plus, l’intervention d’espèces ioniques de plus faible énergie permet l’obtention de surfaces de faible rugosité et la minimisation des défauts générés par bombardement ionique.

Les plasmas ECR utilisent la résonance cyclotronique d’un électron dans un champ magnétique uniforme. Cette résonance permet d’obtenir une forte absorption du champ magnétique excitateur et, donc, une grande ionisation dans un gaz à faible pression. L’avantage d’un plasma ECR par rapport à d’autres configurations, comme les plasmas micro-ondes multipolaires, est de séparer physiquement le plasma, source des espèces réactives, et l’échantillon. Il est ainsi plus aisé de contrôler la nature et l’énergie des

particules que l’on veut utiliser pour le traitement ou, dans notre cas, le dépôt. Nous pouvons citer, sans être exhaustif, quelques paramètres contrôlables et l’effet que l’on peut en attendre :

– la température de l’échantillon : le chauffage par le plasma est négligeable, d’où un contrôle plus aisé de la température ;

– le rayonnement lumineux UV du plasma peut être diminué ;

– l’angle d’incidence entre l’échantillon et le flux de particules peut être modifié (effet

important dans le cas d’un nettoyage (fig. 3.8)) ;

– l’énergie des particules chargées peut être diminuée en rapprochant l’échantillon du plasma et augmentée en diminuant la pression du plasma ;

– l’ajout d’une tension continue entre le plasma et l’échantillon permet de contrôler le flux et l’énergie des particules chargées. L’addition d’une tension RF est également possible ;

– l’insertion d’un écran entre le plasma et l’échantillon favorise les espèces neutres ; on se rapproche alors d’une configuration « remote ».

Ces différents points montrent bien les nombreux possibilités offertes par les plasmas ECR, dont certaines ont été exploitées au cours des études réalisées sur la passivation d’InP.

La figure3.8 schématise le réacteur PECVD-ECR utilisé à l’INL où l’échantillon peut

effectuer une rotation polaire de 270 degrés, ce qui permet une exposition au plasma dans différentes configurations : i) incidence normale (échantillon perpendiculaire à la direc- tion des particules émises par le plasma) ; c’est la configuration standard, ii) incidence rasante qui permet de minimiser les dégâts d’irradiation, iii) exposition indirecte, avec l’échantillon dos au plasma, dans ce cas, les espèces neutres sont majoritaires et le bom- bardement ionique est minimisé. Un processus comprenant quatre étapes a été défini pour la réalisation de la capacité MOS :

1. préparation ex-situ de la surface (cf. § 3.3.1) ;

2. oxydation indirecte par plasma ECR, destinée à compléter la décontamination des

surfaces en carbone et à former une fine couche d’oxyde de gallium (Ga2O3), jouant

le rôle de couche intermédiaire ;

3. dépôt de dioxyde de silicium SiO2;

3.3. Procédés de réalisation de diélectriques de grille 83 Source ECR _N 2 Microondes Bobine Anneau injection Ellipsomètre échantillon Vers Pompe Ellipsomètre Porte MBE Vers XPS turbomoléculaire Silane mobile

Figure3.8 – Vue de profil du réacteur PECVD-ECR

Aucun recuit n’a été réalisé sur l’échantillon du type P, tandis que les échantillons de type N et NID ont été soit non recuits soit recuits ex-situ à 850 °C pendant 30 s sous azote. Un autre recuit après la métallisation est appliqué sur les trois échantillons à 450 °C pendant 30 mn sous azote.

Les travaux de C. Bae [Bae 04] avaient clairement montré que l’élaboration contrôlée

d’oxyde natif (Ga2O3) pouvait conduire à une passivation chimique et électrique satisfai-

sante de l’interface. Nous avons donc étudié l’oxydation du GaN dans un plasma d’oxy- gène, avec, pour objectif, une optimisation de la procédure d’oxydation devant conduire à

des structures SiO2/GaN présentant un minimum de défauts structuraux et électroniques

à l’interface. Les surfaces initiales du GaN ont été contrôlées par XPS, après désoxydation BOE et UV/ozone et dégazage sous vide à 300 ℃ ; elles présentent une très faible contami- nation résiduelle en carbone et oxygène (espèces adsorbées). Après exposition au plasma en configuration indirecte (l’échantillon est placé dos au flux du plasma afin de minimiser le bombardement ionique), la contamination en carbone est éliminée, probablement sous

forme d’espèces CO et CO2, comme dans le cas d’une oxydation UV/ozone.

Il était possible d’obtenir des taux de contaminations résiduelles comparables, en utili- sant la configuration directe. Toutefois, ce type de traitement s’est révélé trop énergétique et dégradant pour les interfaces. Une étape d’oxydation dans des conditions plus douces,

en configuration indirecte, laisse des taux de contaminations plus importants mais préserve l’intégrité du substrat (faible bombardement ionique des surfaces).