Area selective deposition of microcrystalline silicon by PECVD : physical origin, challenges and solutions.

Procédés de dépôt par croissance sélective de silicium microcrystallin par PECVD : origine physique, défis et solutions Cette thèse de doctorat est consacrée d’une part à la démonstration d'un nouveau procédé de dépôt par croissance sélective utilisant la technique de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD) et d’autre part à la compréhension de son origine physique.La première partie de la thèse exploite la chimie du plasma Ar/SiF4/H2 qui permet la croissance sélective et locale de couches minces de silicium microcristallin (µc-Si) sur une surface d'oxynitrure de silicium (SiOxNy), tandis que pour les mêmes conditions de plasma, la croissance du µc-Si n’est pas assurée sur une surface d’oxyde d’Aluminium (AlOx). Nous avons constaté que cette sélectivité ne pourrait être obtenue que pour des conditions de plasma spécifiques, appelée les conditions AS-PECVD. Notre approche basée sur le plasma, est une méthode simple qui ne nécessite qu'une seule étape pour déposer sélectivement 55 nm de µc-Si sur SiOxNy pendant une durée relativement courte (20 minutes) par rapport aux approches alternatives basées sur la technique « Atomic Layer Deposition » (ALD). Les mêmes conditions AS-PECVD assurent le dépôt sélectif sur différents matériaux, notamment sur les métaux. Dans cette section, nous avons également montré des cas où le dépôt plasma Ar/SiF4/H2 n'est pas sélectif, ce qui signifie que la croissance du silicium a eu lieu à la fois sur les zones SiOxNy et AlOx.Dans la deuxième section, nous nous sommes concentrés sur la chimie de surfaces du SiOxNy et AlOx afin de comprendre l’origine de notre procédé AS-PECVD. Les techniques basées sur la spectroscopie aux rayons X ont permis de détecter une grande quantité d'atomes de fluor sur la zone AlOx suite à la formation de liaisons Al-F au-dessus de cette zone. Par conséquent, le plasma Ar/SiF4/H2 sous les conditions AS-PECVD crée un « masque chimique» d'AlF3 empêchant la nucléation du silicium microcristallin sur la zone AlOx.La dernière section comprenait l'application du processus AS-PECVD à des échantillons à motifs fabriqués par photolithographie. La préparation de ces motifs engendre des contaminations sur les surfaces, ce qui nécessite des étapes supplémentaires de nettoyage et de traitement au plasma pour rétablir le dépôt sélectif. Le procédé de dépôt par croissance sélective est possible sur des surfaces de SiOxNy de petites dimensions (de l'ordre de 15 µm). Même si la morphologie et la structure du µc-Si aient légèrement changé sur des motifs de différentes dimensions, le taux de croissance reste constant. Étant donné que la sélectivité est possible sur de petites surfaces, ce procédé de dépôt par croissance sélective par PECVD peut être un bénéfice dans la fabrication de semi-conducteurs.