 Dépôt et gravure d’oxydes pour les micro et nanotechnologies |
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| La gravure des matériaux à base de silice |
| Du point de vue du concept, la gravure plasma des matériaux à base de silice, dans des conditions de gravure sélective par rapport aux matériaux de masque, est bien comprise. Il est ainsi admis que les procédés les plus efficaces sont obtenus dans un plasma de gaz fluorocarboné (par exemple, CHF3 , CF4, C2F6, C4F8…), la dissociation de ces molécules produisant les atomes de fluor et radicaux CFx nécessaires à l’attaque de la structure Si-O-Si. Cependant une gravure sélective ne peut être obtenue que dans un plasma déficient en fluor atomique dans lequel les radicaux CFX favorisent la formation d’un dépôt passivant. La gravure n’est alors effective que si la surface est soumise à un flux d’ions suffisamment intense et d’énergie suffisante pour empêcher la formation de ce dépôt. |
Le flanc des motifs, faiblement soumis au flux d’ions, bénéficie de l’effet protecteur induit par les radicaux CFX, ce qui favorise l’anisotropie de la gravure. A l’intérieur des vias et des tranchées, cet équilibre “dépôt / gravure” est fortement dépendant des mécanismes de transport des espèces actives (atomes, radicaux, ions). Ces mécanismes sont eux même fonction de la géométrie de la structure, en particulier de son facteur de forme (rapport profondeur/largeur) et de l’état des surfaces (composition, rugosité, température…). Ainsi, même s’ils partagent une base commune (les plasmas fluorocarbonés), les procédés de gravure optimisés pour les matériaux SiO2, verres de silice, et diélectriques OSG pourront être différents. La cause essentielle émane des différences entre les matériaux ; mais aussi des conditions différentes de mise en œuvre de la gravure (nature du masque, dimension des structures…) et de contraintes (contrôle dimensionnel, rugosité maximum…), cet ensemble de paramètres étant imposé par l’application visée.
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 Gravure de SiO2 en plasma C2F6 , polarisation 150 V : procédé anisotrope mais non sélectif par rapport au masque.
Gravure de SiO2 en plasma C2F6-CH4 , polarisation 150 V : procédé sélectif par rapport au masque mais sur passivant sur les flancs. |
| La gravure
et les plasmas instables
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| Les plasmas denses en gaz électronégatifs peuvent présenter une pulsation temporelle de densité d’environ un ordre de grandeur sur une période de l’ordre de la milliseconde. Ces pulsations de densité induisent une fluctuation de flux des ions positifs sur les surfaces. La plage de pulsation et leur fréquence dans un diagramme puissance-pression dépend du gaz utilisé, ainsi elle est nettement plus étendue en C2F6 qu’en CHF3. Ces fluctuations modifient l’interaction plasma-surface et donc les conditions de gravure des matériaux. Ainsi non seulement le flux d’ions est modulé dans le temps mais également leur énergie par le biais de la modulation de la tension d’autopolarisation. |
Evolution temporelle du flux d’ions et la tension d’autopolarisation ; plasma de CHF3, 200W, 3mTorr, 40sccm en régime stable (bleu) et instable (rose).
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| La polarisation pulsée |
Concept du procédé de polarisation pulsée.
Gravure de motifs “ligne” dans LKD5109, plasma CHF3-H2 (75-25), 5mTorr, 1500W, rapport cyclique=0.5.
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Le concept du procédé de polarisation rf pulsée est d’alterner une situation de gravure (polarisation rf appliquée) et une situation de dépôt (polarisation non appliquée), comme dans le cas de la gravure des matériaux à base de silice en plasma fluorocarboné. L’idée est de provoquer, une séparation des seuils de transitions dépôt / gravure entre différents matériaux et d’obtenir une condition de gravure très sélective. Ce procédé n’est contrôlable que si le plasma ne présente pas de
pulsation naturelle.
Les études effectuées à l’IMN montrent que le plasma n’est pas affecté par le changement de mode de polarisation. Ainsi celle-ci n’a d’effet que sur l’énergie des ions, mais pas sur le flux et la nature des espèces neutres ou ionisées.
Les essais menés sur la gravure du diélectrique poreux LKD5109™ montrent un gain en sélectivité par rapport au matériau d’arrêt BLoK™, comparativement à un procédé de polarisation continue, une bonne anisotropie de l’attaque et un fond de motif peu rugueux.
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