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Apport des technologies plasma dans la fabrication des microsystèmes

L'émergence de procédés de gravure profonde performants (vitesse, anisotropie, uniformité…) de matériaux tels que le silicium (Si), la silice (SiO2) et certains polymères repose sur: • Le développement d'équipement de gravure permettant le contrôle indépendant de la densité du plasma et de l'énergie des ions afin d'optimiser l'effet de synergie démontré par Coburn COB 79, • et l'utilisation de procédés spécifiques à la gravure profonde pour obtenir l'anisotropie (ions unidirectionnels et éventuellement protection des flancs). Ces équipements comme illustré par la figure 1 font appel à une association de technologies de pointes : • plasma de type ICP (Inductively Coupled Plasma ): basse pression (0.5 à 10 Pa) et haute densité (1010 à 1012 cm-3) sans pulvérisation des parois du réacteur, • porte-substrat polarisable et régulé en température, • groupes de pompage puissants: obtention de vides secondaires poussés et possibilité de travailler avec des débits de gaz élevés tout en maintenant la basse pression, • logiciel d’exploitation performant: optimisation de la durée de chaque opération, • sas de transfert: opération de chargement et déchargement optimisés, • dispositifs de détection de fin d'attaque (spectroscopie optique ou interférométrie). Les principaux paramètres à ajuster pour mettre au point un procédé de gravure sont présentés et commentés dans ce qui suit. • Le mélange gazeux dont dépend la chimie, peut-être fluoré pour graver le Si (possibilité de chimie chlore/brome CUN01 plus adaptée à la microélectronique car elle offre une grande sélectivité sur le SiO2 de la grille), oxygéné pour les polymères et fluoro-carboné pour la silice. • La pression influence la densité ionique et radicalaire du plasma source. Les basses pressions de l'ordre de 0.5 Pa favorisent les fortes densités ioniques adaptées aux gravures anisotropes physiques (polymères et silice). Les pressions plus élevées (quelques Pa) permettent des densités en radicaux plus importantes et favorisent ainsi la chimie (gravure Si). • L'augmentation du débit de gaz (à une pression donnée) permet un renouvellement plus rapide de ce dernier ce qui permet d'améliorer les taux d'attaque dans la gravure de Si (flux de radicaux F plus importants). • La dissociation du gaz et donc la densité du plasma dépendent de la puissance RF (13.56 MHz) de la source plasma. Les puissances nécessaires dans les réacteurs ICP dédiés à la gravure sont typiquement comprises entre 800 et 2000 Watts. • La puissance RF ou BF pulsée (typiquement 400 kHz) injectée dans le porte substrat permet de contrôler la différence de potentielle moyenne (DC bias) entre le plasma source et la surface du substrat. Le "DC bias" est forcément négatif (accélération des ions) afin que les pertes d'électrons aux parois s'effectuent au même taux que les pertes d'ions (décélération des électrons qui, vu leur faible masse sont nettement plus mobiles que les ions). L’application d’une tension continue ne peut pas assurer une auto polarisation dans le cas de matériaux non conducteurs. Un électron est extrait de la surface du substrat chaque fois qu’un ion incident positif est neutralisé. Les électrons consommés ne sont pas remplacés (matériaux isolants) si la tension est continue et la surface se charge alors progressivement positivement. • Au cours d'une gravure, le substrat subit le flux de rayons UV provenant du plasma source et le bombardement des ions. Il est donc nécessaire de refroidir le substrat pour contrôler la gravure, car de nombreux phénomènes dépendent de la température. L'augmentation de la température accélère la vitesse des réactions chimiques. Pour des températures très faibles (typiquement -110°C) la gravure du Si par les radicaux F peut être partiellement inhibée et le collage des atomes d’oxygène sur les flancs du silicium favorisé (principe du procédé cryogénique AAC 00). Les dépôts de polymères sont très sensibles à la température (très important dans le procédé Bosch décrit dans la suite). Le comportement des masques en résine photosensible en terme de sélectivité est très dépendant de la température. De façon générale, le contrôle de la température du substrat est essentiel pour la stabilité et la reproductibilité des procédés. C'est généralement un film d'hélium sous la tranche maintenu à une pression de 10 mb qui assure les transferts thermiques avec le porte substrat (PS) thermalisé HIB01.

    Reference

    • CMI-PRESENTATION-2005-001

    Record created on 2005-11-03, modified on 2016-08-08

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