Caractérisation VUV de la phase gazeuse

L'analyse des spectres d'absorption lors de la gravure de l'oxyde de silicium montre que les espèces détectées sont les mêmes que pour la gravure du nitrure de silicium caractérisée dans le paragraphe.3.2.2.3. Les spectres se superposent quasiment parfaitement, voir Fig.3.62.

Figure 3.62  Analyse du spectre d'absorption VUV de la phase gazeuse lors de la gravure de SiO2 et Si3N4 par la La Chimie de Gravure 3.2 avant la décharge plasma (courbe verte

pour le nitrure et courbe bleue pour l'oxyde), pendant la décharge plasma (courbe rouge pour le nitrure et courbe rose pour l'oxyde)

Il apparait via les courbes résiduelles Fig.3.63 un maximum d'absorption à 130 nm corres- pondant à la formation de N2O lors de la décharge plasma. Cependant il semblerait qu'il y ait

une absorption large bande autour de 145 nm et qu'elle soit plus ne lors de la gravure SiO2.

Néanmoins, les uctuations de la ligne de base sont trop élevées par rapport à cette absor- bance pour en déduire des conclusions claires. Nous ne pouvons donc pas conclure si il s'agit d'une nouvelle espèce ou simplement de l'absorbance de N2O distordue à cause des uctuations

Figure 3.63  Analyse du spectre résiduel d'absorption VUV de la phase gazeuse lors de la gravure de SiO2 et Si3N4. Spectre d'identication en vert composé de 2.5 mT de N2O

3.3 Conclusion

L'étude de La Chimie de Gravure 3.2 en fonction de la température met en évidence qu'il existe deux régimes de gravure pour le nitrure de silicium. En eet au-dessus de 70◦_{C les mé-}

canismes de gravure sont principalement activés thermiquement. En revanche en dessous de 70◦C, d'autres mécanismes rentrent en compétition expliquant l'augmentation de la vitesse de gravure de Si3N4 lorsque la température baisse. En ce qui concerne l'oxyde de silicium les mé-

canismes de gravures sont exclusivement activée thermiquement et ce sur toute la gamme de température étudiée 40 − 120◦_{C .}

Les analyses XPS et AFM mettent en évidence la formation d'une couche modiée oxydée et uorée dont la composition et l'épaisseur varient en fonction de la température de gravure. Une corrélation directe a été démontrée entre l'évolution de la couche modiée et la vitesse de gravure. Il apparait qu'à basse température (soit en-dessous de 70◦_{C), la couche modiée est}

ne environ 2-3 nm et composée principalement de uor physisorbé (c'est-a-dire ne formant pas de liaisons chimiques avec la surface) et d'oxygène lié au silicium. A 70◦_{C la couche mo-}

diée s'épaissit fortement et atteint une épaisseur de 5 nm. Cette dernière est composée de uor chimisorbé (liaisons SiOF) et physisorbé ainsi qu'une forte quantité d'oxygène. A 70◦_{C la}

couche modiée est dite passivante car elle ralentit fortement la gravure du nitrure de silicium. Au-delà de 80◦_{C la vitesse de gravure du nitrure ré-augmente progressivement en fonction de}

la température, parallèlement la diminution de liaisons SiOF en profondeur est observée. Les mécanismes de gravure sont dits activés thermiquement.

L'analyse spectroscopique VUV de la phase gazeuse réactive montre la formation de pro- toxyde d'azote N2O dû à la recombinaison de NF3 et O2. La formation de la couche modiée

oxydée est dû à la présence d'O2 et possiblement de N2O [54]. Cependant, nous n'avons pas

démontré l'existence de radicaux de monoxyde d'azote NO∗_{. Mais il apparait que la présence}

de uor rend la détection de NO∗ _{très dicile. Il est probable que les radicaux NO}∗ _soient

est probable que F et O soient les principales espèces responsables des modications de surface dans nos conditions

En conclusion, à l'aide des plans d'expériences, nous avons pu développer des conditions de gravure hautement sélectives. Puis dans une seconde étude, nous avons pu comprendre les mécanismes de gravure responsables de cette sélectivité en fonction de la température. Néanmoins les rôles du protoxyde d'azote et monoxyde d'azote par rapport au dioxygène restent ous. Il serait donc judicieux d'étudier ces réactions par spectrometrie de masse de la phase gazeuse réactive.

Chapitre 4

Retrait sélectif appliqué aux capteurs

d'images.

Dans ce dernier chapitre sera présenté les deux développements de gravure sélective adaptés aux applications de capteurs d'images. Dans une première Partie.4.15 sera étudiée la mise en application des procédés de gravure développés au cours du Chapitre.3, c'est à dire le retrait de Si3N4 au c÷ur des tranchées capacitives profondes d'isolation, sélectivement à une ne couche

d'oxyde de silicium (10 nm) que l'on nomme le "liner d'oxyde". Le but est de retirer le Si3N4

dans des tranchées d'isolation pour le remplacer par du tungstène qui présente une meilleure opacité à la lumière et par conséquent réduit les phénomènes de diaphotie optique.

Dans une seconde Partie.4.3 un nouveau procédé sera développé pour le retrait du silicium poly et mono cristallin sélectivement au liner de SiO2 des tranchées d'isolation. Cette étude

s'inscrit dans un projet mature. Pour cela les travaux ont été menés en collaboration avec l'équipementier Applied Materials et la société STMicroelectronics, an de converger vers un procédé able et rapidement applicable à la fabrication en masse de produit de type "Imageurs" Ainsi dans ce chapitre nous verrons comment les plasmas déportés peuvent répondre à des enjeux industriels actuels telle que la gravure de motifs à forts facteurs de forme nécessitant de très fortes sélectivités.

4.1 Introduction générale : Application aux capteurs d'images

Le silicium est sensible aux photons dont l'énergie est supérieure à celle de sa bande in- terdite, c'est à dire supérieure à 1.1 eV. Ceci correspond à une longueur d'onde de 1.11µm. La profondeur de génération des paires électron-trou dépend de la longueur d'onde du photon incident, de quelques nanomètres dans l'Ultra-Violet (UV) à plusieurs microns voire des di- zaines de micromètres pour des rayons X ou dans les rayons IR. Les projets de thèse appliqués au  Retrait sélectif du nitrure de silicium par rapport à l'oxyde de silicium  et au  Recess sélectif du silicium et poly-silicium par rapport à l'oxyde  s'inscrivent dans le cadre du dé- veloppement de la technologie des capteurs d'images par illumination en face arrière, dans la gamme infrarouge. Pour adresser les longueurs d'onde du spectre IR, une couche active de sili- cium particulièrement épaisse est nécessaire (>3µm). Par conséquent la surface d'échange entre pixels est importante et nécessite une isolation électrique et optique soignée an de limiter les phénomènes de diaphotie. Les pixels sont donc séparés entre eux par des tranchées d'isolation CDTI (capacitive deep trench isolation) dont l'objectif est double :

 Minimiser la diaphotie électrique  Minimiser la diaphotie optique