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Fig. II.15 Diérence entre les deux mécanismes de gravure dans un plasma RIE.

(a)Gravure chimique qui est isotrope. (b)Gravure physique (bombardement ionique)

qui est anisotrope.

sion. Lorsqu'elle augmente, les espèces sont plus nombreuses et les collisions sont

donc plus fréquentes. De plus, les particules auront tendance à perdre leur énergie

cinétique et à être déviées de la direction verticale, favorisant alors une gravure

chi-mique. Au contraire, la combinaison d'une tension de polarisation élevée et d'une

pression faible augmente le bombardement mécanique.

Les conditions de gravure dans un système RIE dépendent donc fortement de

nombreux paramètres tels que la pression, le débit des gaz ou la puissance du

géné-rateur RF. De plus, un choix approprié des gaz réactifs (bromés, uorés, chlorés...),

permet de graver une large gamme de matériaux. Nous verrons dans le chapitre

suivant les conditions de gravure du silicium.

Enn, le réacteur est équipé d'un système de contrôle de gravure ou plus

exac-tement de n de gravure. Il s'agit d'un interféromètre laser dont la période du

si-gnal détecté change lors d'un changement d'espèces gravées. Nous pouvons alors

déterminer précisément la n de gravure à condition d'avoir une couche d'arrêt sur

l'échantillon, comme c'est le cas par exemple pour graver le silicium supérieur d'un

substrat SOI.

II.5 La métallisation

La métallisation est un procédé qui consiste à déposer de manière contrôlée un

métal ou un alliage. Il s'agit d'un dépôt de lm n pouvant aller de quelques

na-nomètres à plusieurs centaines de nana-nomètres. Il existe deux grandes catégories de

techniques de dépôt, en fonction du processus qui a lieu, physique ou chimique. Il

s'agit donc de dépôts physiques en phase vapeur ou PVD (Physical Vapor

Deposi-tion) et de dépôts chimiques en phase vapeur ou CVD (Chemical Vapor DeposiDeposi-tion).

La CVD est utilisée pour déposer ou faire croître une couche de matériau solide

sur un substrat à partir de gaz spéciques par réactions chimiques. Le substrat est

placé dans un réacteur où des gaz réactifs sont introduits en quantité contrôlée. Il

existe diérentes formes de CVD. Parmi elles, la LPCVD (Low-Pressure CVD) qui

CHAPITRE II. OUTILS DE FABRICATION ET DE

CARACTÉRISATION DE STRUCTURES NANOMÉTRIQUES

permet de réduire le taux d'impuretés non voulues et améliore l'uniformité du lm

sur le substrat. Cependant, il faut généralement chauer l'échantillon à des

tempéra-tures élevées, ce qui peut poser des problèmes lors de la fabrication de composants.

Une autre méthode couramment utilisée est la PECVD (Plasma-Enhanced CVD).

Cette méthode utilise un plasma (de la même façon que dans un bâti de gravure

RIE, cf. II.4.2) pour augmenter le taux de réaction chimique des gaz précurseurs.

Cette technique permet d'eectuer des dépôts à plus basse température. Tous les

métaux ne peuvent pas être déposés par CVD puisqu'il faut une réaction chimique

à partir de gaz précurseurs qui permette d'obtenir le matériau voulu. Généralement,

les matériaux déposés par ces techniques sont le polysilicium, l'oxyde de silicium ou

le nitrure de silicium.

Pour les dépôts métalliques, la technique PVD est donc la plus adaptée. Les deux

principales techniques de PVD sont la pulvérisation cathodique et l'évaporation.

La pulvérisation cathodique repose sur un plasma de gaz neutre (typiquement

de l'argon) qui vient frapper le matériau cible provoquant ainsi la pulvérisation des

atomes sous forme de particules neutres qui pourront se déposer sur le substrat. La

gure II.16a montre le schéma de principe de cette technique. Un gaz neutre est

introduit dans une enceinte contrôlée en pression et le fort champ électrique entre la

cathode (cible) et l'anode (substrat) vient ioniser ce gaz (typiquement, la distance

entre l'anode et la cathode est de quelques centimètres pour une tension de 3 à 4

kV, et la pression résiduelle d'argon est de l'ordre de 10

2

à 10

3

Torr). Ces ions

positifs sont attirés par la cathode et viennent donc bombarder le matériau cible, et

arrachent de celui-ci les atomes qui viennent se déposer sur le substrat. Le résultat

de cette technique donne un dépôt conforme (voir gure II.17a), c'est-à-dire que tous

les ancs de la résine vont être recouverts de métal. Ceci est intéressant dans le cas

où l'on veut par exemple réaliser la grille d'un transistor FinFET [21], mais dans

notre cas, il faut éviter d'avoir du métal sur les ancs verticaux de la résine an de

faciliter le lift-o.

Fig. II.16 Schémas représentant des bâtis de métallisation (a)Pulvérisation

catho-dique. [22] (b)Evaporation.

La technique de dépôt la mieux adaptée à notre réalisation est donc

l'évapora-tion. En eet, celle-ci donne un dépôt directionnel, ce qui facilite l'étape de lift-o

(voir II.17b). La technique d'évaporation thermique est très simple et consiste

sim-plement à chauer un matériau qui, vaporisé, va se condenser sur le substrat (voir

II.5 La métallisation

Fig. II.17 Schémas représentant la diérence de métallisation entre la pulvérisation

cathodique (a) et l'évaporation (b).

gure II.16b). Dans notre cas, le métal à déposer est chaué par bombardement

électronique. Des électrons sont émis par eet thermoélectronique à partir d'un

-lament de tungstène chaué et attirés vers la cible, par une diérence de potentiel

de 10kV. De plus, la trajectoire des électrons est courbée à 270° depuis le canon

jusqu'à la cible (voir schéma II.16b). Cela permet d'éviter que le lament du canon

ne soit exposé au ux métallique. Le substrat étant à une température moins

éle-vée, le métal vaporisé va venir se condenser sur celui-ci. De plus, an d'améliorer

l'homogénéité des couches déposées (très faible variation d'épaisseur), le substrat

tourne en permanence. Enn, pour contrôler l'épaisseur des couches déposées, une

balance à quartz est utilisée. La fréquence d'oscillation du quartz varie en fonction

de la couche déposée (la balance est exposée de la même manière que le substrat à la

vapeur du métal), et on peut donc remonter à la quantité de matière déposée. Le bâti

utilisé pour cette étude est un modèle PLASSYS MEB 550 S dont la photographie

est présentée en gure II.18. Ce modèle possède également un canon à argon qui

permet un décapage de la surface à métalliser juste avant le dépôt pour améliorer

l'adhérence de celui-ci.

Fig. II.18 Photographie du bâti de métallisation par évaporation

Une fois que l'échantillon est fabriqué, il faut le caractériser. Pour cela, nous

avons déjà vu que le microscope à force atomique était un outil permettant d'obtenir

des informations sur les hauteurs des motifs. Le microscope électronique à balayage

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CARACTÉRISATION DE STRUCTURES NANOMÉTRIQUES

permet quand à lui, de façon très rapide, de nous renseigner sur la largeur des motifs.