Conlusions

Lesmesuresdespetrométrie demasseetd'atinométr ieen plasmaSF

6

^/SO

2

^{et SF}

6

^/O

2

^ont

mis en évidene des onentrations d'espèes neutres SF

x

^{et SO}

x

^F

y

^{diérentes dans les deux}

himies plasma.Cependant, lesméanismesréationnels nevarient quepour desonentrations

de gaz passivant importantes (rapports de débits O

2

^/SF

6

^{et SO}

2

^/SF

6

^{supérieurs à 0,1). Cela}

semanifeste notamment par des densités atomiques de uor et d'oxygène pratiquement égales

pour lesdeux himies plasmaen régimede gravure.Par onséquent,ilest logiqued'obtenir des

prols de gravure similaires lorsque la gravure du siliium s'eetueà température de substrat

ryogéniqueaveunfaibledébitdegazpassivant.Ledioxydedesoufrepeuttoutàfaitêtreutilisé

enremplaement dudioxygènepourpermettre lapassivationdesansdesmotifs, maisiln'est

pasdissoié pluseaement enradiaux oxygène. Enn, leproédéde gravurerogénique par

plasmaSF

6

^/SO

2

^{estaussisensiblequeleproédépar plasmaSF}

6

^/O

2

^{audébitdegaz passivant,}

àlatempérature de substratet à l'eetde hargepartiulaire .

produits

Gravures en himie plasma SF

6

^/SiCl

4

Sommaire

5.1 Etudeparamétrique de la gravure du siliiumpar plasma SF

6

^/SiCl

4

⁸⁶

5.2 Caratérisationdes neutres dans les plasmasSF

6

^/SiCl

4

^{. . . . . . . 90}

5.2.1 Analysespréliminairesparspetrométriedemasse . . . 90

5.2.2 Protooleexpérimental . . . 93

5.2.3 Résultatsetdisussion . . . 94

5.3 Conlusions . . . 108

Laplusgrandepartiedeetravaildethèseaportésurl'étudedelamoléuleSiCl

4

^omme

pré-urseurdepassivationpourlagravureprofondedusiliium.Lebutétantd'évaluerlespossibilités

degravureparplasmaSF

6

^/SiCl

4

^/O

2

^{,nousnoussommesxésommepremierobjetifdemettre}

enévidenelesinterations entrelesespèesgénéréesdansleplasmaSF

6

^/SiCl

4

^{, avantd'étudier}

lemélangedestroisgaz moléulaires.LahimieduplasmaSF

6

^/O

2

^{aétélargement étudiée,que}

e soit pour la gravure du siliium à température ryogénique [Tilloher 06b, Duluard 08℄ ou

à température ambiante [d'Agostino 81, Ryan90, Campo 95℄. Ce n'est en revanhe pasle as,

ànotre onnaissane, pour les plasmas mélangeant espèes uorées et hlorées. D'autrepart, il

seraitintéressantdepouvoirombinerl'avantagedelavitessedegravureélevéegénéralement

ob-servéeenplasmauoréauxpropriétésd'anisotropieaessiblespargravureassistéeioniquement

enplasmahloré.

Dans e hapitre, nous présentons une étude paramétrique de la gravure du siliium par

plasmaSF

6

^/SiCl

4

^{en fontion des} pourentage s de débits de gaz et de la température du sub-strat. La seonde partie sera onsarée à la aratérisation des espèes neutres dans le plasma

SF

6

^/SiCl

4

^{. Lesrésultats de ette étudepar} spetrométrie de masseet spetrosopie d'émission optiqueontété publiésen2009 [Duluard 09℄.

5.1 Etude paramétrique de la gravure du siliiu m par plasma

SF

6

^/SiCl

4

Les essais de gravure réalisés avaient pour objetif de déterminer si un régime de gravure

anisotropepouvaitêtreatteintenmélangeSF

6

^/SiCl

4

^{.Pourela,l'eetdespourentagededébits}

degazet delatempératuredusubstrataétéexaminé.Le débittotaldegazaétéxéà50sm

(débitmaximaldegazSiCl

4

^{pouvantêtredélivré)etlesparamètresplasmasuivantsontétéxés}

pour l'étude :

pression: 5 Pa

puissanesoure 1000 W, tensiond'autopolarisation

−

^{50 V}

La gure5.1présente lesprolsdetranhéesd'ouverture10µ mgravéespendant 10minutes

à température de substrat0 °C pour plusieurs pourentage s dedébits de SiCl

4

^{et SF}

6

^.

34 % SiCl

Fig. 5.1 Inuenedes pourentage s de débits de gaz sur les prols de tranhées d'ouverture

10 µ mgravéespar plasma SF

6

^/SiCl

4

^{(50 sm,5 Pa,1000 W,}

−

^{50V, 0°C).}

Le prol de latranhée gravée par plasmaSF

6

^{pur estisotrope,et la profondeur gravée est}

de34,7µ m.LorsquelepourentagedeSiCl

4

^{augmenteà34%,laprofondeurgravéeestréduiteà}

14,3µ m.Lefonddelatranhéeestlégèrementplusplatmaisleprolresteglobalementisotrope.

Enomparant surles imagesMEBlessurfaesdesprolsde gravure,nouspouvonsestimer que

laquantité desiliiumgravée par leplasmaestdiviséepar5.Pour66 %deSiCl

4

^{, laprofondeur}

gravée diminuefortementà430 nmet pour unplasmaSiCl

4

^{pur,laprofondeurgravée n'estpas}

mesurable dufait de lasurgravure initialedu masqueSiO

2

^{, del'ordre de 120130nm.}

5.1. Etudeparamétriquede lagravuredu siliiumparplasmaSF

6

^/SiCl

4

L'eet de la température de substrat est illustré en gure 5.2 pour desprols de tranhées

de10 µ mgravées pendant 10 minutes enplasmas SF

6

^{pur et SF}

6

^/SiCl

4

^{ave 34 % deSiCl}

4

^.

Fig.5.2Inuenedelatempérature desubstratsurlesprolsdetranhéesd'ouverture10µ m

gravéespar plasmaSF

6

^/SiCl

4

^{(50 sm,5 Pa,1000 W,}

−

^{50V)pour 0% et 34 % de SiCl}

4

^.

Lerefroidissementdusubstratde0à

−

^{100°Catrèspeud'impatsurlagravurepar plasma}

SF

6

^{pur;lesparoissontlégèrementplusanguleusespourleprolobtenuà}

−

^{100°Cmaisledegré}

d'anisotropie reste faible.En revanhe, en mélangeSF

6

^/SiCl

4

^dansles proportions 66/34 %, la diminutiondelatempératureralentitlagravuredusiliium.Lesgraphesdelagure5.3résument

leseets despourentage s dedébits de gaz et de latempérature du substratsur laquantité de

siliium gravée et le degré d'anisotropie. Nous avons mesuréles surfaesdes prols de gravure

surles imagesMEB et normalisél'aire mesurée àelle du prolprésentant leplus forttaux de

gravure. Ce graphe permet don d'obtenir une omparaison relative de la quantité de siliium

gravée pour les diérentes onditions testées. Le degré d'anisotropie, tel que déni en partie

2.1.1,aétéaluléàpartir desmesuresde profondeurgravéeet delargeur maximaledesprols.

0 20 40 60

Fig. 5.3 Quantité de siliium gravée et degré d'anisotropie pour des tranhées d'ouverture

10µ m en fontion dupourentagede SiCl

4

^{dansleplasmaSF}

6

^/SiCl

4

^{(50 sm, 5Pa,1000 W,}

−

^{50 V)et pour plusieurs} températures de substrat.

Comme l'indiquaient les images MEB des struturesgravées, laquantité de siliium gravée

déroîtfortementde0à34%deSiCl

4

^{,ets'approhede0pourdesmélangesontenantaumoins}

66 % de SiCl

4

^{(l'aire des prols n'a pas pu être déterminée pour les prols gravés en plasma}

SiCl

4

^{pur maisnous estimonsque lavitessede gravure estalors} négligeable ). Parallèlement, le degréd'anisotropie augmente ave l'augmentat ion de lateneur enSiCl

4

^{dansleplasma.}

La plusforteaugmentatio n dudegréd'anisotropie estobservée entre34% et66% deSiCl

4

^,

onjointement à une hute du taux de gravure. La sensibilitéde la quantité de siliium gravée

et de l'anisotropie à la température de substrat est d'autre part prononée pour le plasma de

mélange66 % SF

6

^{/ 34% SiCl}

4

^.

L'évolution despropriétés degravure entre34% et 66 % deSiCl

4

^{aalors étéexaminée plus}

en détails. Des essais supplémentaires ont été eetués pour des mélanges SF

6

^/SiCl

4

^{dans les}

proportions56/44%et44/56%.Alorsquelesprédédentsessaisavaientétéréaliséssurmoreaux

de siliiumollés surplaque SiO

2

^{, les gravuresont ii étéobtenuessur plaquesentièresave un}

masque diérent fourni par Alatel (.f. gure 3.4). La gure 5.4 présente les images MEB de

tranhéesd'ouverture10µ mgravéespendant10minparplasmaSF

6

^/SiCl

4

^{ainsiquelesgraphes}

orrespondantàl'évolutiondelaquantitédesiliiumgravéeetdudegréd'anisotropieenfontion

de latempérature de substrat.

56 % SiCl

Fig.5.4Inuenedelatempératuredesubstratsurlesprolsdetranhéesd'ouverture10µ m

gravées par plasmaSF

6

^/SiCl

4

^{(50 sm,5 Pa,1000 W,}

−

^{50 V)pour 44 % et 56% de SiCl}

₄

^.

Pour le plasma SF

6

^/SiCl

4

^{ave 44 % de SiCl}

4

^{, le taux de gravure du siliium ainsi que le}

degré d'anisotropie sont fortement dépendants de la température du substrat. Ces graphes

dé-5.1. Etudeparamétriquede lagravuredu siliiumparplasmaSF

6

^/SiCl

4

montrent, tout omme eux de la gure 5.3, qu'il est impossible de onjuguer forte vitesse de

gravure ave degré d'anisotropie élevé en himie plasma SF

6

^/SiCl

4

^{, pour es onditions}

expé-rimentales. La diminution de la température permet de réduire la gravure sous masque mais

le taux global de gravure hute également. Pour le plasma SF

6

^/SiCl

4

^{ave 56 % de SiCl}

4

^{, la}

dépendane à la température de substrat est moindre mais le taux de gravure est également

plus faible. Pour es deux mélanges, les prols sont sensiblement identiques à température de

−

^{100 °C : la gravure latérale s'annule et on mesure} essentiellement une gravure loalisée aux bordsdes prols(trenhing).

L'eetde latempérature surlespropriétés de gravure doitêtre liée àl'adsorption d'espèes

hloréesàlasurfaedusiliium,lesprolsétant trèspeu modiéspare paramètrelorsqueseul

l'hexauorurede soufre estutilisé. Il estdiile desavoir, sansanalyses omplémentaires, si la

diminution globale de la vitesse de gravure ave le refroidissement du substrat provient d'une

diminution de la réativité des atomes de hlore (adsorbés diretement ou suite à l'adsorption

dissoiativedemoléulesCl

2

^{parexemple)àlasurfaedusiliiumoud'un déptd'espèesSiCl}

x

aruà bassetempérature et quiralentirait l'attaquedu siliiumpar les radiauxde uor.

Leralentissementdelagravure,pourunetempératuredonnée,avel'augmentat iondu

pour-entagede SiCl

4

^{dansleplasma SF}

6

^/SiCl

4

^{, pourrait en partie être attribuéà ladiminution du}

débit de gaz SF

6

^{. Les essais ont en eet été réalisés à débit total onstant et la réativité des}

atomesdeuor avelesiliium estbienplus grandequeelledesatomesdehlore.Cependant,

etteonsidérationn'explique parladiminutiond'un fateur 5delaquantité desiliium gravée

entre0et34%deSiCl

4

^{. Destests}omplément airessontprésentésengure5.5.Leséhantillons de siliium masqué ont été gravés à température de 0 °C,en onservant le débit de SF

6

^{xe et}

en faisant varier uniquement elui de SiCl

4

^{. Les autres paramètres sont identiques à eux des}

essaispréédents(5 Pa,1000 W,

−

^{50 V).}

SF ₆ 50 sccm, SiCl ₄ 0 sccm 0 % SiCl 4 , 100 % SF 6

10 µm 10 µm

10 µm

1 µm SF ₆ 50 sccm, SiCl ₄ 25 sccm

33 % SiCl 4 , 67 % SF 6

SF ₆ 50 sccm, SiCl ₄ 50 sccm 50 % SiCl 4 , 50 % SF 6

SF ₆ 50 sccm, SiCl ₄ 0 sccm 0 % SiCl 4 , 100 % SF 6

10 µm 10 µm

10 µm 10 µm 10 µm

10 µm 10 µm 10 µm

1 µm 1 µm 1 µm SF ₆ 50 sccm, SiCl ₄ 25 sccm

33 % SiCl 4 , 67 % SF 6

SF ₆ 50 sccm, SiCl ₄ 50 sccm 50 % SiCl 4 , 50 % SF 6

Fig.5.5Inuenedudébitde gazSiCl

4

^{surlesprolsde tranhées}d'ouverture10 µ mgravées parplasma SF

6

^/SiCl

4

^{(5 Pa, 1000 W,}

−

^{50 V,0°C).}

Les prols de tranhées résultants sont très similaires à e qui a été observé auparavant.

L'augmentation du débit de gaz SiCl

4

^{onduit également à une diminution de la quantité de}

siliium gravée, d'un fateur 5,1 et 157 entre la gravure par plasma SF

6

^{pur et elles ave}

25sm et 50sm deSiCl

4

respetivement.Le degréd'anisotropieest de0,40pour latranhée gravée par plasma SF

6

^{pur, de 0,42 pour elle obtenue ave 25 sm de SiCl}

4

^{et de 0,72 pour}

ellegravée ave 50 sm deSiCl

4

^.

Danslesonditionsplasmaquenousavonstestées,letauxdegravuredusiliiumainsiquela

formedesprolsdépendentdontrès fortementdupourentagededébitsde gazdansleplasma

SF

6

^/SiCl

4

^{. Pour expliquer et eet, nousavons aratérisé les} onentrations de diérentes es-pèes neutres en plasmaSF

6

^/SiCl

4

^.

Dans le document Etude de nouvelles voies de passivation non polymérisante pour la gravure profonde du silicium (Page 84-91)