Objectif de thèse 33

Les paragraphes précédents ont permis de mettre en évidence les limitations du couple silicium/oxyde de silicium pour réaliser les grilles de transistors MOS des prochaines générations (nœuds technologiques 45 nm et 32 nm). L’introduction de nouveaux matériaux qui sont les matériaux métalliques pour la partie conductrice de la grille et les matériaux à forte permittivité diélectrique pour l’isolant de grille permet de limiter les effets parasites des transistors de faible dimension, mais pose de nombreux problèmes technologiques. L’industrie de la micro électronique ne s’est pas encore prononcée sur le choix des matériaux qui seront intégrés à la grille mais STMicroélectronics, en collaboration avec le LTM (CNRS) et le CEA-Leti s’intéresse notamment à TiN, métal déjà utilisé dans les procédés technologiques, et à HfO2, matériau « high K » intéressant pour ses propriétés physico-

chimiques mais difficile à graver.

L’étape de gravure de la grille devient donc délicate puisque la gravure d’un empilement bi- couche silicium/TiN remplace la gravure du silicium seul. Le retrait TiN et ensuite la gravure HfO2 sont des étapes critiques, car elles ne doivent pas endommager la partie supérieure de la

grille, le masque et le silicium. L’élimination des résidus de gravure de chacune des couches doit se faire de manière sélective vis à vis de la couche d’arrêt. Des conditions plasma produisant un faible bombardement ionique sont donc requises, tout en assurant une bonne anisotropie de gravure.

Une attention particulière doit être portée sur l’état des parois du réacteur au cours de la gravure de la grille, afin de connaître la nature des dépôts qui s’y forment et optimiser les mélanges gazeux utilisés pour la gravure. La connaissance des phénomènes qui se produisent au niveau des parois du réacteur permet d’assurer la reproductibilité plaque à plaque des procédés grâce à une optimisation du nettoyage et du conditionnement du réacteur de gravure. Au cours de cette étude, nous allons donc évaluer :

Les propriétés physico-chimiques du matériau TiN et les mécanismes de gravure de TiN dans des plasmas halogénés (HBr et Cl2). Nous analyserons le plasma de gravure et les interactions

plasma-surface afin de déterminer les conditions de gravure TiN dans l’empilement de grille métallique.

Les stratégies de gravure de la grille PolySi/TiN permettant la réalisation de grilles anisotropes. Deux procédés de gravure seront évalués et nous verrons que la nature chimique des dépôts qui se forment sur les parois du réacteur au cours de la gravure joue un rôle primordial sur le contrôle des procédés et notamment des profils de grille.

L’impact du plasma de gravure de la grille sur l’intégrité du matériau HfO2 et de l’interface

HfO2/Si. Si le HfO2 est un matériau difficile à graver, il peut cependant être endommagé

lorsqu’il est exposé à un plasma de gravure. Nous montrerons que le retrait HfO2, étape

Enfin une discussion permettra de mettre en évidence les principaux mécanismes qui interviennent au cours de la gravure d’une grille métallique et qui sont présentés dans ce manuscrit. Ces mécanismes, généralisables à tout type de métaux et de matériaux diélectriques, seront un point de départ à la gravure des empilements de grilles métalliques si d’autres couples que le couple TiN/HfO2 sont retenus pour les futures générations de

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