Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies - Campus de Marcoussis
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Composants photoniques pour applications télécoms > Technologies pour dispositifs Optoelectroniques
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OptoTech

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Puce Stages passés et en cours


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Puce Présentation

PuceObjectifs:
Cette action rassemble les études spécifiques menées en amont de la fabrication des dispositifs, dans le but d'aboutir à  une meilleure connaissance et un meilleur contrôle des technologies clés pour le développement de nouveaux composants optoélectroniques ou optiques.
L'approfondissement de la physique des procédés a pour but de dépasser certaines limites technologiques et d'améliorer les performances des composants en optique guidée ou en micro-cavité, mais révèle aussi une physique riche notamment dans le domaine de la physique des plasmas réactifs et de la science des matériaux.

PuceLa gravure par plasma à couplage inductif en chimie chlorée :
- Contexte: les réacteurs de gravure par plasma  haute densité à basse pression  utilisant une source à couplage inductif (ICP) se sont largement déployés pour la gravure anisotrope à fort facteur d'aspect. Des procédés à base de gaz chlorés ou apparentés ont été développés pour la gravure de motifs (guides, ou cavités laser) dans des hétérostructures III-V. L'origine de l'anisotropie ou de la rugosité de gravure est parfois mal contrôlée: quels sont les principaux paramètres physico-chimiques ?
- Etudes en cours: dans ce contexte, nous nous intéressons aux interactions plasma-surfaces et aux mécanismes de passivation, dans le but d'optimiser les chimies de gravure des composants optoélectroniques, et de proposer des méthodes de contrôle. Nous mettons en oeuvre des techniques de caractérisation des surfaces, et des diagnostics électriques ou optiques de la phase gazeuse. Plus en amont,  les études permettent de valider en collaboration avec d'autres laboratoires des modèles cinétiques simples du plasma adaptés à nos matériaux et nos réacteurs. Un autre enjeu est d'anticiper des lois d'échelle pour la gravure sur grande surface (100 - 200 mm) dans une perspective industrielle.
- Résultats :

* Mécanisme de passivation de type SiOx ; rôle de l'hydrogène et de l'oxygène dans la formation de la couche de passivation sur InP/GaAs (analyse de surface, spectrométrie d'emission et modèle cinétique)
* Application : Cl2-H2(/O2), HBr(/O2), et chimies à base de Si pour la gravure de motifs isolés (guides en arrête, cavité verticale)
* Mesure du taux de pertes aux parois des radicaux réactifs (Cl, H) dans des conditions de gravure (spectroscopie d'émission résolue en temps)
* Diagnostics : spectroscopie d'émission, sonde de Langmuir, sonde plane RF, sonde 'hairpin'.

- Perspectives :

* Chimies de gravure passivantes sans silicium
* Mécanismes de passivation pour la gravure de motifs denses (réflecteurs gravés pour miroirs de cavité laser).
* Gravure par plasma pulsé.
* Analyse des flancs de gravure par des techniques complémentaires à la spectroscopie de rayons X; analyse quasi in-situ.
* Diagnostics : spectroscopie d'absorption, caractérisations résolues en temps.

PuceZOOM sur :

caractérisation des surfaces gravées
Caractérisation des surfaces gravées et des mécanismes de passivation en gravure anisotrope
diagnostics des plasmas de gravure
Caractérisation des plasmas de gravure et diagnostics






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Puce Membres

Contacts

 Bouchoule Sophie  (+33) 1 69 63 61 53  

Et aussi...

 Guilet Stephane  (+33) 1 69 63 60 71  
 Largeau Ludovic  (+33) 1 69 63 61 74  
 Patriarche Gilles  (+33) 1 69 63 61 73  

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Puce Publications

Publications dans des journaux
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Puce Contrats et projets

    Puce Projets CNRS

      ICPSi35 : CNRS Projet exploratoire pluridisciplinaire PEPS - Complémentarités dans la gravure plasma haute densité de nano-structures Si / III-V

      Référence de contrat : CNRS Projet exploratoire pluridisciplinaire -PEPS 07_37 ICPSi35
      Coordinateur, Partenaire(s) : P. Chabert (LPP )
      Responsable(s) C2N : Sophie Bouchoule
      Principaux objectifs : La gravure est aujourd’hui à la base des technologies de la microélectronique silicium. La compréhension et la maîtrise des mécanismes de gravure plasma haute densité de type ICP a permis d’avancer rapidement dans le développement de procédés technologiques de la microélectronique silicium aujourd’hui industriels. La gravure plasma haute densité se généralise à d’autres matériaux que le silicium et à de nouvelles applications en micro-nanotechnologies, comme la structuration de matériaux III-V pour l’optique. Dans ce contexte, le projet associe des laboratoires travaillant sur la physique et la chimie des plasmas de gravure, sur les technologies de la micro-électronique silicium, et sur les matériaux III-V applications photoniques/optoélectroniques. L’objectif du PEPS est d’identifier les enjeux communs de la gravure III-V et Si par gravure ICP (notamment : identifier des stratégies communes de conditionnement des réacteurs , comparer les mécanismes de passivation contrôlant l’anisotropie des nanostructures Si et III-V gravées), afin de dégager des directions communes de recherche et développement technologique. Des échanges entre équipes pour test croisés de gravure et pour implantation de diagnostics plasmas sur les réacteurs seront effectués au cours du projet. Ce projet PEPS a débouché sur le projet ANR Blanc 2009 INCLINE. - Partenaires : LPN – CNRS (S. Bouchoule, porteur du projet), LPP – CNRS, Ecole Polytechnique (P. Chabert), LTM – CNRS (L. Vallier), IMN – CNRS, Université de Nantes (C. Cardinaud), GREMI – CNRS, Univ. Orléans (R. Dussart) Durée du projet :.09/2007- 12/2008 (2007-2008)

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    Puce Autres Projets Nationaux

      INCLINE : INductively Coupled PLasmas for CMOS –compatible etchINg of high performance III-V integrated laser sourcEs

      Référence de contrat : ANR Blanc
      Coordinateur, Partenaire(s) : S. Bouchoule (LPN ), P. Chabert (LPP ), C. Cardinaud (IMN), L. Vallier (LTM ), P. Rojo-Romeo (INL )
      Responsable(s) C2N : Sophie Bouchoule
      Principaux objectifs : L’objectif général du projet est d’étudier la cinétique du plasma et les interactions plasmas surface en jeu dans des décharges inductives compatible CMOS (c-a-d utilisant des chimies déployées dans l’industrie CMOS), dans le but démontrer la possibilité de réaliser par gravure compatible CMOS une source laser III-V intégrée. Les 3 axes principaux du projet sont i) de renforcer l’expertise sur la cinétique des plasmas et sur interactions plasmas/surfaces en décharge inductive utilisant les chimies CMOS, ii) de développer cette expertise en vue de proposer une chimie compatible CMOS pour la fabrication d’une source lasers III-V intégrée (a cavité laser gravée), et de démontrer la compatibilité de la fabrication avec un réacteur CMOS 200/300 mm ; iii) d’introduire des moyens de diagnostics et de contrôle du plasma considéré potentiellement utiles pour le monitoring du procédé de gravure III-V. Le projet associe trois laboratoires de la communauté plasmas reconnus pour leur expertise en physique des plasmas réactifs, des décharges inductives et des interactions plasmas-surfaces, et deux laboratoires de la communauté optoélectronique reconnus pour leur expertise dans le domaine des émetteurs III-V. Les retombées du projet seront i) l’obtention d’un modèle plasma 2D robuste pour décrire les réacteurs de gravure utiles à la gravure des III-V en chimie CMOS et le développement d’un modèle de gravure d’un modèle de gravure 2D ; ii) la démonstration de la fabrication d’un laser a émission par la tranche ne nécessitant pas d’étape de clivage et d’une micro-source laser avec miroirs haute reflectivité gravés, à l’aide d’un procédé compatible avec réacteur CMOS 200/300 mm. - Partenaires associés : le LPN-CNRS (porteur) et le LTM (CNRS – UJF Grenoble), le LPP (CNRS –Ecole Polytechnique), l’INL (CNRS – Ecole Centrale Lyon) et l’IMN (CNRS – Université de Nantes). - Durée du projet : 36 mois (Nov 2009 – Nov 2012). (2009-2012)

      PSYCHE : Passivation in-Situ contrôlée par oxYnitrure de silicium en gravure plasma ICP Chlorée pour la fabrication de dispositifs photoniques ultimEs

      Référence de contrat : RTRA-Triangle de la physique
      Coordinateur, Partenaire(s) : S. Bouchoule (LPN ),
      Responsable(s) C2N : Sophie Bouchoule
      Principaux objectifs : L’objectif du projet PSYCHE est d’explorer l’addition de gaz silicié (SiCl4, SiH4) dans des chimies chlorées pour la gravure ICP (plasma couplage inductif) de matériaux III-V (InP, GaAs), dans le but d’obtenir des couche de passivation sur les flancs de gravure de type SiONx. Le gaz SiH4 sera en particulier étudié pour permettre des encapsulations post-gravure in-situ des structures gravées par des couches minces SiOx ou SiNx et SiNx. Un démonstrateur envisagé pour valider cette approche est un émetteur à polaritons à cavité micropilier en injection électrique. Le gaz SiH4 sera également étudié pour développer une stratégie de conditionnement des parois du réacteur en aluminium, afin de les protéger de l’atmosphère chlorée pendant les plasmas de gravure. Collaborateurs : Pascal Chabert (LPP, Ecole Polytechnique), J. Bloch (LPN). - Durée du projet : Oct. 2008- Oct. 2010. Recrutement d’un chercheur post-doctoral sur 12 mois pour la mise en place des nouvelles lignes de gaz et le démarrage de l’étude (Nov. 2008-Nov 2009 – Lina GATILOVA). (2008-2010)

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Puce Stages passés et en cours

Post-doctorat


  • Passivation in-Situ contrôlée par oxYnitrure de silicium en gravure plasma ICP Chloré pour la fabrication de dispositifs photoniques ultimEs

  • L. Gatilova-(2008-12-01 / 2010-12-01)
    Contact : S. Bouchoule , P. Chabert
    Groupe : Dispositifs Photoniques (PHODEV)


    En savoir plus
    L’objectif du travail post-doctoral est de développer une chimie de gravure par plasma à couplage inductif (ICP) haute densité pour la gravure anisotrope à fort facteur d’aspect de matériaux III-V. L’idée principale est d’introduire dans les chimies de gravure classiques (Cl2, BCl3 et HBr), une faible quantité d’un précurseur du silicium qui, complété par de l’oxygène (ou de l’azote), permettra de former un redépôt passivant de type SiO(N)x sur les flancs gravés. Les mécanismes de formation de cette couche et les moyens de contrôler sa composition et son épaisseur (5 – 50 nm), soit par injection en faible quantité des gaz précurseurs du redépôt avec les gaz réactifs pendant la gravure, soit de manière in-situ en post-gravure. Le rôle du redépôt passivant est d’inhiber la gravure latérale en cours de la gravure pour améliorer l’anisotropie, ou de créer in-situ (c-à-d sans remise à l’air) une couche de passivation indépendamment de l’étape de gravure. Cette étude est effectuée dans le cadre du projet PSYCHE soutenu par le RTRA – Triangle de la Physique, et le travail post-doctoral est co-encadré par le LPN et le Laboratoire de Physique et Technologies des Plasmas (LPTP, CNRS Ecole Polytechnique – P. Chabert)

  • Gravure plasma ICP en chimie chlorée pour le nanopatterning et la gravure à fort facteur d'aspect des III-V : compréhension des mécanismes physico-chimiques en jeu pour l'amélioration des performances des dispositifs.

  • G. Curley-(2008-10-01 / 2010-10-01)
    Contact : S. Bouchoule , L. Vallier
    Groupe : Dispositifs Photoniques (PHODEV)


    En savoir plus
    L’objectif general du travail post-doctoral est d’étudier les mécanismes de formation des depots passivants aux parois ainsi que sur les flancs des structures III-V gravées en plasma à couplage inductif a base de chlore et de brome (HBr), en vue d’aboutir à un meilleur contrôle des procédés de gravure anisotrope nécessaires à la fabrication de nombreux dispositifs. Nous explorerons la possibilité de mesurer le taux de pertes aux parois des espèces les plus importantes (Cl, Br, H, O, ..) pour les procédés de gravure développés au laboratoire. Les recombinaisons aux surfaces des radicaux responsables de la gravure (Cl, Br, H , ..), comme d’espèces plus lourdes (telles que SiClx, BClx, etc..) susceptibles d’intervenir dans la formation de couches passivantes influencent en effet directement la concentration de ces radicaux et de ces espèces dans le plasma. Des procédures de nettoyage et de reconditionnement du réacteur seront évaluées et nous étudierons la possibilité de mettre en place sur le réacteur du LPN une technique de monitoring du nettoyage. Enfin, les mécanismes de formation des depots passivants sur les flancs des structures III-V seront étudiés, en s’appuyant sur les techniques de caractérisation TEM-EDX-EELS au LPN (G. Patriarche), et XPS ex-situ ou in-situ en collaboration avec le Laboratoire des Technologies de la Microélectronique (LTM, CNRS, Grenoble – L. Vallier). Ce travail s’effectue dans le cadre d’un contrat post-doctoral du CNRS co-encadré par le LPN et le LTM (L. Vallier), en collaboration avec le Laboratoire de Physique et Technologies des Plasmas (LPTP, CNRS-Ecole Polytechnique) pour l’étude des mécanismes de pertes aux parois et l’équipe Plasma et Couches Minces de l’Institut des Materiaux Jean Rouxel de Nantes (IMN) pour l’analyse XPS ex-situ.

Stage


  • Depot de couches de passivation en oxynitrure de silicium ou en carbone amorphe pour la gravure anistotrope de matériaux III-V par plasma à couplage inductif (ICP) en chimies chlorées

  • H. He-(2010-03-10 / 2010-07-31)
    Niveau : Master2
    Contact : S. Bouchoule
    Groupe : Dispositifs Photoniques (PHODEV)


    En savoir plus
    L’objectif du stage est de développer, dans un réacteur de gravure plasma à couplage inductif (ICP) en chimie chlorée dédié à la gravure de matériaux semiconducteurs III-V, des procédés de dépôt de couches minces (~ 20 nm) de type SiNxx, puis a-C:H, pour deux applications principales : - Optimisation d’un procédé de dépôt de couche mince SiNx à basse température (< 100°C) en utilisant la chimie SiH4/N2, pour encapsuler de manière in-situ après l’étape de gravure une cavité optique (AlAs/GaAs). Il s’agira de comparer l’efficacité de ce dépôt d’encapsulation, à celle de dépôts SiOx, ou a-C:H, et à l’encapsulation ex-situ. - Etude de l’efficacité de ces trois types de dépôts ou de leur combinaison pour réaliser une couche de protection des parois du réacteur contre l’atmosphère des plasmas de gravure chlorés, puis son retrait à l’issue de l’étape de gravure pour retrouver l’état initial du réacteur. Les procédés de dépôt de protection des parois pourront entrer dans une recette de conditionnement générique du réacteur ICP. Le procédé d’encapsulation pourra être appliqué à la réalisation d’un laser à polaritons de type micro-pilier en injection électrique. Ce stage est effectué dans le contexte du projet RTRA-Triangle de la Physique ‘PSYCHE’ (RTRA A0 2008-1 PSYCHE) Techniquse mises en œuvre : plasma ICP, suivi laser interférométrique, spectroscopie d’émission, ellipsométrie spectroscopique, analyse EDX couplée a l’imagerie STEM Autres collaborateurs LPN : L. Gatilova, G. Patriarche, X. Lafosse, C. Ulysse, Equipe Gravure.
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