Etapes de gravure chimique

Les ´etapes de nettoyage et de gravure humide sont pr´esentes tout au long de la chaˆıne de fabrication des transistors. Elles rel`event donc un rˆole crucial, et en plus des questions d’efficacit´e du nettoyage, des param`etres tels que la dur´ee de proc´ed´e ou le coˆut de produits chimiques par plaques sont primordiaux.

On distingue trois « familles » principales d’´equipements de gravure humide, repr´esent´es sur la figure 2.5 :

- Les ´equipements de gravure multi-plaquettes en bain de chimie « wet bench » (figure 2.5(a)) : les plaques sont plac´ees sur un support puis immerg´ees successive- ment dans un bain de gravure pour une dur´ee d´efinie, puis dans un bac de rin¸cage rempli d’eau. Le s´echage par centrifugation est ensuite effectu´e dans un autre com- partiment de l’´equipement. Un des avantages de cette technique est le traitement simultan´e de nombreuses plaques, qui permet d’une part une grande rapidit´e de pro- c´ed´e par plaque, ainsi qu’un coˆut en produits chimiques r´eduit, dˆu `a la possibilit´e de r´eutiliser le bain. Son principal d´efaut provient du risque de contamination crois´ee

entre plaques durant le bain.

- Les ´equipements de gravure multi-plaquettes de type « batch spray » (figure 2.5(b)) : les plaques sont fix´ees sur un support autour d’un axe de rotation. Au cours du traitement, un flux d’azote permet d’atomiser les solutions chimiques, qui sont dispens´ees sous forme de spray sur les plaques en rotation autour de l’axe. Cette technique permet une meilleure flexibilit´e dans le choix des solutions chimiques, tout en conservant le traitement de plusieurs plaques en simultan´e. Ses inconv´enients viennent de temps de traitement relativement longs et de probl`emes d’uniformit´e du nettoyage.

- Les ´equipements de gravure mono-plaquette « single-wafer tools » (figure 2.5(c)) : les plaques sont plac´ees sur un axe en rotation et trait´ees individuellement par injection de la solution chimique en face avant ou arri`ere. Ces ´equipements per- mettent une grande reproductibilit´e due au traitement individuel de chaque plaque, une consommation en eau fortement r´eduite par rapport aux bains de chimie et ils permettent de s’affranchir des ´eventuelles contaminations crois´ees inter-plaques.

Avec la diminution constante des dimensions, l’efficacit´e et l’uniformit´e des ´etapes de nettoyage est de plus en plus critique et les ´equipements de gravure humide monoplaque remplacent progressivement les bains de chimie. Toutes les ´etapes de nettoyage et de gravure chimique ont ´et´e r´ealis´ees sur une plateforme de nettoyage monoplaque DaiNippon Screen 300 mm de type SU3100. Cet ´equipement permet des traitements en face avant et arri`ere des plaques en rotation.

Afin d’´eviter toute contamination m´etallique dans les ´equipements, un nettoyage de la face arri`ere des plaques est syst´ematiquement effectu´e apr`es l’´etape de d´epˆot du TiN. Une buse positionn´ee sous le wafer injecte alors successivement des solutions de HF, SC1 et HCl. L’utilisation d’une « shield plate », repr´esent´ee sch´ematique- ment sur la figure 2.6, permet d’´eviter toute d´egradation de la face avant durant le traitement. La shield plate est un disque ´equip´e en son centre d’une buse d’injection de gaz plac´e en rotation juste au-dessus de la face avant de la plaque `a une distance

de 5 mm. Durant le traitement chimique, un flux de N2 est inject´e par la shield

plate pour ´eviter tout retour en face avant des solutions d´elivr´ees en face arri`ere. Il est par ailleurs possible d’injecter des solutions en face avant par l’interm´ediaire de cette shield plate.

La gravure chimique `a proprement parler est quant `a elle r´ealis´ee sur la face avant, `a l’aide d’une buse d’injection. Cette buse peut ˆetre situ´ee soit directement au-dessus de la plaque pour une distribution normale du liquide, soit d´ecal´ee pour une distribution angulaire. L’injection est g´en´eralement faite au centre de la plaque en rotation, mais peut aussi se faire `a une position d´ecal´ee sur le rayon. Il est par

(a) Equipement de gravure multi-plaquettes en bain de chimie ”wet bench”

(b) Equipement de gravure multi-plaquettes ”batch spray”

(c) Equipement de gravure mono-plaquette `a dispense centrale de chimie

Figure _{2.5 – Diff´erents types d’´equipements de gravure chimique}

ailleurs possible d’effectuer une distribution dynamique du liquide avec un balayage

du bras d’injection au-dessus de la plaque. Dans le cas pr´esent, l’injection de

chimie se fait de mani`ere normale `a la plaque, avec un bras en position

centrale statique.

Pour l’injection de la chimie de gravure SC1, la pr´eparation de la solution se fait `a l’aide d’un syst`eme de type DDI (Dynamic Direct Injection). Ce syst`eme permet d’effectuer le m´elange entre r´eactifs avant chaque traitement chimique aux concen- trations et d´ebits souhait´es, offrant ainsi une grande modulabilit´e du ratio entre chaque esp`ece chimique dans la solution. Il est alors possible d’alterner des traite- ments chimiques avec des solutions de mˆeme nature mais de concentration diff´erente sans avoir `a changer de bain de chimie.

Figure _{2.6 – Distribution de solution chimique en face arri`ere sur un ´equipement} de gravure monoplaquette en pr´esence d’une ”shield plate”.

Le processus de gravure chimique se fait en 3 ´etapes : - injection de la solution de gravure sur plaque en rotation - rin¸cage de la plaque

- s´echage par centrifugation `a vitesse de rotation ´elev´ee de la plaque

Une solution `a base de SC1 concentr´e est utilis´ee pour la majeure partie des gravures r´ealis´ees au cours de cette ´etude. Les conditions exp´erimentales sont les suivantes :

- Rapport 1/4/27 des volumes des esp`eces N H4OH / H2O2/ H2O respectivement

- D´ebit de la solution de SC1 : 0,79 L/min de mani`ere centrale - Rotation de la plaque durant l’injection : 1000 tours/min - Solution `a temp´erature ambiante

Une ´etape de rin¸cage `a l’eau d´e-ionis´ee de la plaquette est n´ecessaire, apr`es ap- plication de la gravure chimique :

- D´ebit de l’eau d´e-ionis´ee : 2,0 L/min de mani`ere centrale

- Rotation de la plaque durant l’injection : 1000 tours/min pendant 34 s puis 300 tours/min durant 20 s

Enfin, un s´echage par centrifugation est appliqu´e `a la plaquette, avec une rotation de la plaquette ainsi que de la shield plate `a 2500 tours/min durant 20 s.