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
−2à 10
−3Torr). 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
CHAPITRE II. OUTILS DE FABRICATION ET DE
CARACTÉRISATION DE STRUCTURES NANOMÉTRIQUES
permet quand à lui, de façon très rapide, de nous renseigner sur la largeur des motifs.
Dans le document
Fabrication top-down, caractérisation et applications de nanofils silicium
(Page 70-73)