Note publique d'information : L'objectif de ce travail est de mieux comprendre les principaux mécanismes de dépôt
de couches minces assisté par plasma à pression atmosphérique en vue d'optimiser les
procédés conduisant à une couche d'oxyde de silicium à partir d'un mélange HMDSO-N2O-N2
ou SiH4-N2O-N2. Après avoir déterminé de manière précise les propriétés chimiques
et structurales des couches réalisées dans diverses conditions expérimentales, le
procédé est simulé en utilisant FLUENT(c) en prenant en compte les phénomènes d'écoulement
et de transfert réactif de matière. Validé par comparaison avec les résultats expérimentaux,
ce modèle donne accès à une meilleure compréhension des mécanismes gouvernant la croissance
du film. Pour le mélange à base de HMDSO, nos résultats montrent que la dissociation
du précurseur en radicaux siliciés est l'étape limitante du procédé. Le modèle a permis
de quantifier l'importance de la convection et de la diffusion dans le transport des
radicaux. Il a mis en évidence le quenching par HMDSO des métastables d'azote, espèces
responsables de la dissociation du précurseur. Pour les mélanges à base de SiH4, le
modèle a montré que la cinétique de formation des poudres est plus rapide que celle
correspondant aux taux maximums de collision issus de la théorie cinétique des gaz.
Par ailleurs, nous avons établi l'influence des recirculations de gaz sur la stabilité
des décharges et sur l'homogénéité des dépôts. Sur la base de nos résultats, une étude
d'optimisation du procédé est effectuée.
Note publique d'information : The aim of this work is to better understand the primary deposition mechanisms in
atmospheric pressure plasma-enhanced thin film deposition in order to optimize the
processes which lead to a silicon oxide film in HMDSO-N2O-N2 or SiH4-N2O-N2 mixtures.
First, the chemical and structural layer properties were determined for various experimental
conditions. The process is then simulated using FLUENT(c) taking into account fluid
dynamics, mass-transfer and chemical reactions. Once validated based on experimental
results, this simulation provides a better understanding of the mechanisms which govern
the growth process. For HMDSO-containing mixtures, our results highlight that the
HMDSO dissociation into silicon-containing radicals is the process rate-limiting step.
The relative importance of convection and diffusion in the transport of radicals is
quantified. The model also shows that HMDSO quenches nitrogen metastable species which
are responsible for the dissociation of the precursor. For SiH4-containing mixtures
powders appear to form at rates which are much higher than those allowed by the gas-kinetic
theory. Besides, the influence of the gas recirculations on the discharge stability
and on the film homogeneity is established. Based on our results, an optimization
study of the cell discharge is achieved.
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