Ahmed Rhallabi, Christophe Cardinaud, Aurélie Girard, Chercheur Contractuel : Guillaume Le Dain [2018-2020]

Le projet ANR SPOT (Structuration submicronique de l'acier par gravure Plasma pour applications Optiques et optimisation Tribologique) a pour objectif le développement d’un procédé de gravure par plasma réactif pour structurer la surface de pièces en acier. Ces gravures donnent aux pièces métalliques structurées des propriétés tribologiques renforcées et durables, utilisables en milieu sévère. En remplacement aux matériaux plus nobles, non recyclables elles assureront alors un gain économique et écologique. Dans ce contexte, nous avons développé un simulateur de gravure d’acier par plasma ICP Cl2/Ar. L’approche multi-échelle a pour avantage de prédire l’évolution spatio-temporelle des structures gravées à travers des masques en fonction des paramètres machine.  La composition chimique de différents types d’aciers est prise en compte dans l’approche cellulaire basée sur la méthode Monte-Carlo qui étudie la cinétique de gravure sous les flux d’espèces neutres réactives et d’ions énergétiques. Les effets de certains paramètres, comme la composition chimique des aciers et la probabilité d’adsorption de Cl, sur certaines propriétés de gravure comme la rugosité, la sur-gravure latérale, la vitesse de gravure a été mis en évidence. Les analyses des surfaces gravées d’acier par XPS permettront de mieux cerner les mécanismes d’interactions entre les espèces actives issues du plasma et la surface d’acier et par conséquent contribueront à élaborer un modèle de surface basé sur la technique probabiliste Monte-Carlo conforme aux observations expérimentales.

Mots-clés              Plasma, gravure, acier, modélisation, chlore
Collaborations     IGL, C2N, SILSEF

Christophe Cardinaud, Aurélie Girard

Doctorants ayant soutenu : Thibaut Meyer (2019)

Les matériaux chalcogénures (S, Se, Te) formés en association avec les éléments des colonnes 13 (Ga, In) 14 (Si, Ge) ou 15 (As, Sb) ont des propriétés particulières ou remarquables : excellente transmission dans l’infra-rouge moyen et non linéarité optique pour les phases amorphes, faible résistivité pour les phases cristallines, transition de phase sous sollicitation électrique ou thermique, qui ouvrent la voie à des applications en optique intégrée ou pour les mémoires non volatiles de type PCRAM.
La fabrication des dispositifs requiert de structurer le matériau à l’échelle micrométrique ou nanométrique. Cette étape est déterminante puisque fonctionnalité et performances du composant dépendent de la qualité de surface, chimique et physique, de la structure réalisée.
Nos travaux portent sur les matériaux de la famille GeSbSe ; ils concernent la caractérisation des matériaux massifs et en couches minces réalisées à partir de ceux-ci ainsi que l’étude des procédés de gravure en plasma fluoré (SF₆, SF₆-Ar, SF₆-O₂) ou en mélange CH₄-H₂-Ar avec comme objectif d’approfondir les connaissances sur les mécanismes, d’évaluer les dommages engendrés et la viabilité des procédés. Pour en savoir plus, voir Meyer et al 2020, ou 2021

Mots clés :           GeSbSe, Gravure plasma Plasmas fluorés, Plasmas CH₄-H₂    
Expertises :         Plasmas fluorés et à base de CH₄-H₂, Caractérisation de surface in situ : XPS, ellipsométrie, Diagnostic des plasmas : spectrométrie d’émission optique, spectrométrie de masse, sondes électrostatiques.
Collaborations :  ISCR-Rennes, KPF-Pardubice

Christophe Cardinaud, Aurélie Girard, Cédric Mannequin [2022, ->], Ahmed Rhallabi  Chercheur Contractuel : Felipe Cemin [2022-2023], Ahmad Mortada [2022-2022], Doctorant Jack Nos [2021-2024]

En plus du champ usuel d’application en gravure profonde du silicium, les procédés cryogéniques apparaissent prometteurs aujourd’hui pour la gravure de matériaux divers (semi-conducteurs, leurs oxydes et nitrures, matériaux de faible permittivité…) à des dimensions de motifs nanométriques et avec le besoin de contrôler la profondeur gravée à la couche atomique près (ALE - atomic layer etching).
L’un des intérêts de la cryo-ALE réside dans le fait que les espèces qui participent à la gravure sont, dans le premier temps, physisorbées sur la surface du substrat froid et réagissent ensuite chimiquement avec celle-ci lors d’un plasma d’argon initié dans le second temps. Ces étapes sont ensuite répétées jusqu’à atteindre la profondeur de gravure souhaitée.
Atteindre ces objectifs applicatifs requiert de progresser dans la compréhension des mécanismes physiques et chimiques impliqués dans le procédé.
Pour ce faire, cette étude est menée pour des composés silicium (Si3N4 et SiO2) pour différents gaz fluorés sur la plateforme Optimist connectée par un transfert sous ultra vide à un ensemble XPS possible entre -180 °C et +100 °C.

Mots-clés                 Gravure plasma cyclique, cryo-ALE, physisorption, sélectivité,
Expertises               Plasmas fluorés SF6, CF4, C4F8, Caractérisation de surface in situ : XPS.
Collaborations        GREMI Orléans, TEL Tokyo et Albany, LTM Grenoble