Évolution des études expérimentales

4.2.3.1.3.1 Gravure sur coupon avec intégration face avant Après avoir démontré la faisabilité du procédé à l'aide des tranchées à fort facteur de forme, une seconde étude est menée avec les tranchées présentées Fig.4.14. La particularité de ces tranchées est d'être remplie complètement de nitrure. Le substrat de silicium est toujours protégé par l'empilement liner d'oxyde/nitrure/liner d'oxyde. L'étape de gravure est expliquée par le schéma Fig.4.19.

Figure 4.19  Schéma de gravure du nitrure contenu dans les tranchées par plasma déporté (N F3/O2/He)La Chimie de Gravure 3.2. Intégration c÷ur nitrure complet en face avant.

Il apparait que le temps minimum de gravure pour vider complètement la tranchée est de 10 min . Voir Fig.4.20. Le temps de gravure semble être relié à la "quantité/volume" de Si3N4

à retirer.

Figure 4.20  coupe FIB-STEM d'une tranchée vidée Intégration c÷ur nitrure complet en face avant  après 10min de gravure

Cependant un anement des "liners d'oxyde" en haut des tranchées est observé Fig.4.21. L'anement du liner est dû à l'exposition prolongée au mélange gazeux réactif, ce qui est cohérent sachant que la vitesse de gravure de l'oxyde testée en pleine plaque est non nulle autour quelques Å/min.

Aux vues de ces très bons résultats, le retrait du nitrure en conditions réelles, c'est-à-dire avec l'intégration en face arrière (après retournement des plaques) à l'étape 12 du  ow  est étudié dans le paragraphe suivant.

4.2.3.1.3.2 Étude de la gravure des tranchées Fig.4.13 sur coupon Lors d'une intégration en face arrière, c'est-à-dire après retournement de la plaque, la double couche d'oxyde thermique enfermant une couche de nitrure protégeant le silicium n'existe plus. Cette dernière est remplacée par une simple couche d'oxyde déposée par PECVD ( dit oxyde auto- positionnée) (voir schéma Fig.4.22).

Figure 4.22  schéma de l'étape 12 : Gravure par plasma déporté du c÷ur nitrure des tranchées CDTI avec l'intégration en face arrière.

Le protocole de gravure est le même qu'en face avant c'est à dire : la gravure est réalisée sur des coupons de (5 x 5 cm) par une exposition de 10 min au plasma déporté.

Il apparait post-gravure que les tranchées ne sont pas complètement vidées (voir Fig.4.23). En eet des résidus de nitrure au fond des tranchées sont observés.

Figure 4.23  coupe FIB-STEM des tranchées  intégration face arrière  après 10 min de gravure

An d'expliquer ce retrait incomplet une première hypothèse est que lors de la CMP oxyde (réalisée avant la gravure), une partie du dépôt d'oxyde resterait à l'entrée des tranchées, retar- dant ou limitant la pénétration des espèces réactives au c÷ur des tranchées. An de tester cette hypothèse, une gravure humide HF 0.5% est appliquée pendant 10 secondes an d'éliminer les potentiels résidus d'oxyde, avant d'exposer les tranchées à 10 minutes de gravure par plasma déporté. (Voir Fig.4.24)

Figure 4.24  coupe FIB-STEM des tranchées  intégration face arrière  après 10 min de gravure

Il apparait que la combinaison de la gravure humide HF et du plasma déporté reste sans eet. Les tranchées de nitrure sont encore moins vidées. En revanche une forte consommation du substrat de silicium est observée de part et d'autre des tranchées. Les cavités formées dans le silicium mesurent plusieurs centaines de nanomètres de profondeur. Le liner d'oxyde thermique et le dépôt d'oxyde TEOS devant protéger le silicium semblent ne pas avoir été consommés, mais la gravure humide par HF aurait potentiellement fragilisé l'interface entre le dépôt d'oxyde (TEOS) et le liner d'oxyde (oxyde thermique), favorisant ainsi la pénétration des espèces réac- tives provenant du plasma déporté. Le mélange gazeux réactif n'étant pas sélectif au silicium, on observe logiquement une importante gravure de ce dernier.

Lors d'une seconde expérience, les tranchées remplies de nitrure sont exposées à 20 min de plasma. Le but est de vider les tranchées complètement sans fragiliser l'interface oxyde/oxyde par la chimie HF. Les coupes FIB-STEM (voir Fig.4.25) montrent aussi la présence de cavités dans le silicium et la très faible gravure du nitrure de silicium.

En conclusion la combinaison de gravure  HF + 10 min de plasma  ou la gravure par plasma déporté  20 min  fragilisent toutes les deux l'interface oxyde PECVD/oxyde thermique de la même manière. La très faible gravure de Si3N4 dans les tranchées est corrélée à la présence

la vitesse de gravure du nitrure de silicium (25 nm/min), soit deux fois inférieure ne sut pas à expliquer un tel phénomène.

Figure 4.25  coupe FIB-STEM des tranchées  intégration face arrière  après 20 min d'ex- position plasma

Il est bien connu que le uor grave le silicium plus rapidement que Si3N4 et SiO2. Ceci peut

s'expliquer par l'énergie de liaison du silicium mono-cristallin (soit liaison Si-Si de 2.3 eV) plus faible que l'énergie de liaison de Si3N4 (soit liaison Si-N de 3.6 eV). Dès lors que les espèces

réactives s'inltrent à travers l'oxyde ou par le biais de défauts de surface, elles gravent le sili- cium préférentiellement au nitrure de silicium. Alors la gravure du nitrure de silicium s'arrête car elle est thermodynamiquement moins favorable. Les espèces réactives réagissent donc en priorité avec le silicium créant une déplétion d'espèces actives à la surface du nitrure et de l'oxyde (eet de microloading).

La première hypothèse des résidus d'oxyde pouvant boucher l'entrée des tranchées est - nalement écartée grâce à l'analyse des tranchées avant gravure (voir Fig.4.26). En eet, aucun résidu d'oxyde n'est repéré à la surface du nitrure, ni dans le void (cavité présente au c÷ur du nitrure due aux techniques imparfaites de remplissage des tranchées).

Figure 4.26  coupe FIB-STEM des tranchées  intégration face arrière  avant gravure En conclusion le retrait du nitrure dans les tranchées va dépendre de la qualité des interfaces oxyde PECVD/oxyde thermique.

4.2.3.1.4 Analyse de l'interface Oxyde (PECVD)/ Oxyde (thermique) Les coupes