Description générale d’un profil de dépôt dans une microstructure

D’un point de vue macroscopique, on observe que le dépôt débute plus loin en entrée de décharge dans les microstructures que sur les zones planes de l’échantillon, de même qu’il se termine plus tôt en fin de décharge, comme schématisé sur la Figure 71. L’empreinte des microstructures est aussi visible en aval des microstructures, le dépôt semblant moins épais dans le prolongement des tranchées que dans le prolongement des murs. Ceci a été vérifié par des mesures ellipsométriques, présentées sur la Figure 72. La localisation de la mesure est représentée sur la Figure 71 par la double flèche rouge. Le profil d’épaisseur obtenu met en évidence des oscillations, dont l’amplitude et la période diminuent. Bien que les différences d’épaisseurs soient faibles (de l’ordre de 5nm pour un dépôt d’environ 230nm), la régularité du phénomène permet de conclure que ces oscillations ne sont pas des artéfacts de mesure. De plus, le nombre d’oscillations est équivalent au nombre de réseaux de tranchées (groupe de 10 tranchées ayant une même largeur), et la diminution de période correspond aussi à la diminution de la largeur de ces réseaux.

Figure 71 : schématisation du dépôt en entrée et sortie de décharge et localisation de la mesure ellipsométrique en aval des microstructures

Flux Dépôt Microstructure Si Limite du dépôt en entrée de décharge Limite du dépôt en sortie de décharge

Figure 72 : mesures ellipsométriques de l’épaisseur du dépôt en aval des microstructures en conditions standards (R=24)

La Figure 73 présente des photographies MEB d’un dépôt en conditions standards dans une microstructure caractérisée par un facteur de forme de 0.12. Ces photos des différentes parties de la microstructure, la partie supérieure du mur (Figure 73b), l’angle inférieur (Figure 73c) et le centre du fond (Figure 73d) nous ont permis de dresser une représentation schématique d’un profil de dépôt "standard" dans une microstructure en silicium. Ce profil est représenté sur la Figure 74. L’épaisseur du dépôt varie très fortement en fonction de la position à l’intérieur de la microstructure. En effet, le dépôt est maximal au sommet des microstructures, et décroît très rapidement sur les côtés, jusqu’à disparaître totalement ou devenir très faible au niveau de l’angle inférieur, en fonction du facteur de forme, comme cela sera décrit dans le paragraphe suivant. Sur le fond de la microstructure, le dépôt est maximal au centre, puis s’affine en se rapprochant des angles de la structure. L’épaisseur maximale déposée au fond reste toujours très inférieure à celle déposée sur le sommet. Par ailleurs, comme le montre ce schéma, le dépôt sur le sommet présente un profil particulier : il est sensiblement concave, c'est-à-dire minimum au centre, puis croissant vers les extrémités, avec un fort sur-dépôt au niveau des angles.

0 1 2 3 4 5 6 224 226 228 230 232 234 E p a iss e u r (n m ) axe transverse au dépôt (mm)

a) Vue générale d’un mur b) Sommet de la microstructure

c) angle inférieur de la microstructure d) fond de la microstructure

Figure 73 a) b) c) et d) photos MEB sur dépôt en différents points de la microstructure (F=0.12) en conditions standards (R=24)

D’un point de vue microscopique, à l’échelle des dentelures présentes sur les côtés de la microstructure, la conformité du dépôt est bonne (Figure 75 a), en comparaison de celle obtenue à basse pression (Figure 75b). L’épaisseur du dépôt est identique sur les faces supérieures des dentelures (zone 1) et sur les faces inférieures (zone 2). En effet, à cette pression, le libre parcours moyen est tel (<1µm) que les radicaux arrivent à la surface selon une répartition statistique des orientations. Il n’y a donc plus d’effet d’ombrage à cette échelle, contrairement à basse pression.

a) Pression atmosphérique b) Basse pression

Figure 75 : conformité à l'échelle microscopique en conditions standards à la PA a), et à BP b)

Après avoir décrit les grandes caractéristiques des dépôts obtenus, nous allons étudier l’influence de différents paramètres sur ce profil, et en premier lieu le facteur de forme.

2.3

Influence facteur de forme

Les Figure 76 a) b) et c) présentent les trois microstructures étudiées dans ce paragraphe. Compte tenu des premiers résultats obtenus pour des microstructures possédant un facteur de forme de 1, à savoir l’absence de dépôt sur l’ensemble de la tranchée, nous nous sommes orientés vers des échantillons présentant une gamme de facteurs de forme inférieurs à ceux testés à basse pression. Dans ce cas, la largeur des tranchées varie entre 182µm et 21µm, tandis que la largeur des murs est constante et égale à 11µm ± 0,5µm. La profondeur des structures varie peu, autour de 22,5µm ± 1,5µm.

1

a) L= 182µm/P=21µm F=0.12 b) L=61µm / P=24µm F=0.39 c) L=21µm / P=24µm F=1.14

Figure 76 : photographie MEB en coupe et facteur de forme des différentes structures caractérisées

Dessus côté (à 5µm) Côté (en bas) Fond

F _Epais. (nm) Vdépôt (nm/min) Epais. (nm) Conf. Epais. (nm) Conf. Epais. (nm) Vdépôt (nm/min) Conf. 0.12 450 21 200 0.44 35 0.08 167 8 0.37 0.39 350 17 160 0.46 30 0.08 86 4 0.25 1.14 270 13 90 0.33 - - ≈25 1 0.10

Tableau 11 : caractérisation du dépôt en fonction du facteur de forme en conditions standard (R=24)

Les épaisseurs déposées, les vitesses de dépôt et la conformité en différents points de la microstructure sont résumées dans le Tableau 11. L’augmentation du facteur de forme a plusieurs conséquences : premièrement, l’épaisseur de dépôt sur le fond de la microstructure décroît de façon significative, comme le montre la diminution de la conformité. La conformité sur les côtés (à 5µ m du sommet), ne diminuant que de 11%, semble moins affectée par l’augmentation du facteur de forme (Figure 77).

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 c o n fo rm ité facteur de forme côté (5µm) fond

Figure 77 : évolution de la conformité sur le fond et les côtés d’une microstructure en conditions standards en fonction du facteur de forme

Deuxièmement, l’épaisseur déposée sur le sommet de la microstructure diminue fortement lorsque le facteur de forme augmente (Tableau 12), bien que la largeur du "mur" soit constante (11µm ± 0,5µm). En effet, le dépôt est de 450nm pour une largeur de microstructure de 182µm, 350nm pour une largeur de 61µm et 270nm pour une largeur de 21µm. L’hypothèse proposée pour expliquer ce phénomène est illustrée sur la Figure 78 : l’augmentation du facteur de forme correspond à une augmentation de la "densité de sommets" pour une même surface. Le dépôt se faisant très majoritairement sur les sommets, la quantité de radicaux susceptibles de s’y déposer va donc se répartir sur une surface totale plus importante, ce qui justifie cette diminution de l’épaisseur.

Tableau 12 : épaisseur en différents points du sommet de la microstructure en conditions standards en fonction du facteur de forme

F 1) Epaisseur mini (nm) (milieu) 2) Epaisseur max (nm) (bord avant angle) 3) Epaisseur à l’angle (nm) 0.12 450 (100%) 650 (144%) 925 (205%) 0.39 350 (100%) 540 (159%) 740 (218%) 1.14 270 (100%) 400 (143%) 470 (168%) 1 2 ₃

Figure 78 : Représentation schématique du transport des radicaux aux sommets des microstructures : a) faible facteur de forme, b) grand facteur de forme

D’autre part, si l’on considère la plus large des microstructures, la vitesse de dépôt sur le sommet de la microstructure (21nm/min) est supérieure à la vitesse de dépôt sur un échantillon plan dans des conditions similaires. Effectivement, pour une puissance de 0,3W.cm-2 à R=24, la vitesse de dépôt moyenne sur un échantillon plan est de l’ordre de 10nm/min (Figure 70). Comme illustré sur la Figure 78, pour de faibles facteurs de forme, le sommet collecte plus de radicaux, en particulier car le gradient de concentration en radicaux y est plus fort, comme nous le verrons par la suite, à partir des résultats de modélisation. Par contre, la vitesse de dépôt sur le fond de la microstructure (8nm/min) est proche de la vitesse standard sur substrat plan. Lorsque la largeur de la microstructure diminue, cet écart à la vitesse standard sur le sommet diminue. En effet, pour une largeur de 15µm, la vitesse de dépôt au sommet (13nm/min) est proche de la vitesse de dépôt standard, tandis que sur le fond elle est très faible (1nm/min).

Ainsi, plus le facteur de forme augmente, plus la vitesse de dépôt à l’intérieur de la tranchée décroît, et par conséquent plus la conformité se dégrade. Nous nous sommes alors interrogés sur la capacité du flux à entrer dans les tranchées, et avons mené une étude sur ce paramètre.

a)