Présentation de l'intégration

L'intégration retenue pour le remplissage complet de la tranchée par du tungstène est sché- matisée sur la Fig.4.7.

Figure 4.7  exemple de route d'intégration avec remplissage complet du CDTI en tungstène via un remplissage en nitrure sacriciel.

Les étapes de réalisation sont les suivantes :

1. Formation de la tranchée CDTI : Les technologies  Imageur  précédentes étaient com- posées de CDTI de 4µm de profondeur. Dans notre cas, pour des applications infrarouges, les CDTIs doivent avoir une hauteur de 6µm. Par conséquent un nouveau procédé de gravure a été développé an de réaliser des tranchées de fortes profondeurs. Pour cela nous partons d'un substrat incluant déjà 4µm de silicium épitaxié dopé Bore 1E15_cm−3_.

Puis dans une seconde étape, nous renouvelons l'opération d'épitaxie an d'obtenir 8µm de profondeur de silicium de manière à pouvoir y graver des CDTIs de 6µm de hauteur. Les étapes de formation des tranchées suivantes sont :

 dépôt d'un masque dur Oxyde de 260 nm

 lithographie du masque dur : dépôt de résine + gravure du masque dur + retrait résine

 gravure du silicium = formation des tranchées

2. Dépôt du "liner d'oxyde" thermique par CVD (Chemical Vapor Deposition)(en bleu) 3. Remplissage de la tranchée par du Si3N4 : Pour le remplissage des tranchées de CDTI

par du Si3N4, ce dernier est déposé par LPCVD (Low Pressur CVD) à 770◦C.

4. Polissage Mécano Chimique (CMP) du nitrure de silicium avec arrêt sur couche d'oxyde. 5. Retrait partiel du nitrure dans la tranchée par chimie humide H3P O4 : Le mécanisme

 un atome d'azote est protoné, par les ions H+ _{contenu dans la solution H}

3P O4/H2O,

et converti en NH+

3 , qui est susceptible de partir.

 la liaison Si − NH+

3 est fortement polarisée par la présence de la charge positive de

l'azote protoné.

 le silicium dans cette condition est susceptible d'être attaqué par une molécule d'eau via une réaction de substitution nucléophile.

 la molécule d'eau remplace le groupe NH+

3 , la liaison Si − OH +

2 est formée.

 la liaison Si − OH+

2 se stabilise en Si − OH via la perte d'un proton H+dans la

solution. Ce même H+ réagira de nouveau avec l'atome d'azote en suivant la même

séquence jusqu'à complète transformation de Si − N(. . . )4 en Si(OH)4.

Figure 4.8  Réaction de solubilisation des silicates SiN4. Grace à la protonation de l'atome

d'azote rendant le Silicium voisin plus sensible aux attaques nucléophile par H2O.

6. Dépôt de poly-silicium par CVD dans la tranchée partiellement vidée dans l'étape pré- cédente.

7. Polissage Silicium

Vient alors le retournement de la plaque. Pour eectuer ce retournement il est nécessaire de la coller sur un autre substrat avant de l'amincir en face arrière.

8. L'amincissement de la plaque en face arrière (silicium) se déroule en 3 étapes :

 le  Grinding  correspond à l'anement grossier de la plaque (via une meule dia- mantée) de 770µm à 15µm au-dessus de l'interface de collage.

 L'amincissement de 15µm à 8 − 5µm en fonction de la profondeur des tranchées, par voie humide grâce à la chimie HF/HNO3. La gravure est sélective en fonction du

dopage (p ou n) du substrat de silicium.

 Et enn le polissage mécano-chimique permet de gommer les défauts et amincir le silicium jusqu'à 3 ou 6µm selon les hauteurs de tranchées visées (voir Fig.4.9).

Figure 4.9  coupe TEM après CMP en face arrière (étape 8)

A ce stade, le silicium à nu est protégé par la fabrication d'un  oxyde auto-positionné  (indiqué en bleu foncé) dont l'intégration se fait en 3 étapes. Les étapes 9 à 11. 9. Retrait du silicium sélectivement au nitrure et à l'oxyde.

Le retrait sélectif de silicium de part et d'autre de la tranchée peut être réalisé potentiel- lement par deux méthodes diérentes soit par gravure plasma physique dite "Reactive Ion Etching" (voir Fig.4.10) soit par plasma déporté (voir Fig.4.11) :

 Soit la gravure plasma physique  RIE  est réalisée grâce à la chimie de gravure SF6/HBr/O2/He, 20mT, 0 Wbias, 300 Wsource et 60◦C. L'absence de bias permet

une gravure la plus isotrope possible et ainsi limite la gravure pulvérisante due aux ions. La vitesse de gravure mesurée est de 60nm/min. Fig.4.10

 Soit la gravure sélective est réalisée par plasma déporté sur la chambre  Frontier , en retirant le silicium par rapport à l'oxyde et au nitrure via la chimie NF3/N2 à

basse température (40◦_{C). La vitesse de gravure est alors de 40 nm/min. Fig.4.11}

Figure 4.10  coupes TEM après Retrait Silicium sélectivement à l'oxyde et nitrure de silicium (étape 9), via le plasma RIE.

Figure 4.11  coupes TEM après Retrait Silicium sélectivement à l'oxyde et nitrure de silicium (étape 9), via le plasma déporté. 10. Dépôt d'oxyde TEOS (faibe budget thermique) par PECVD (Plasma Enhanced Chemi-

cal Vapor Deposition)

11. Polissage de l'oxyde à hauteur du nitrure : par une CMP oxyde avec arrêt sur nitrure. La diculté de cette étape réside dans l'absence de signal de n d'attaque nitrure, car le taux

d'ouverture des CDTIs remplis de Si3N4 est trop faible (< 5%). Le temps de polissage

est donc ajusté par coupes TEM. Cette solution fournit une couche d'oxyde entourant parfaitement tous les CDTI, sans étape de lithographie / gravure supplémentaire. Cette intégration se révèle nécessaire pour le retrait du nitrure de silicium par plasma déporté, protégeant ainsi le silicium qui sinon se retrouve exposé aux espèces de gravure.

12. Retrait sélectif du nitrure par plasma déporté : utilisation du point de fonctionnement avecLa Chimie de Gravure 3.2 à 40◦_{C. Cette étape est le sujet principal d'étude de ce}

chapitre. L'étude expérimentale est détaillé paragraphe.4.2.3.1.3

13. Remplissage de la tranchée en tungstène (voir Fig.4.12) : Les tests de remplissage en tungstène sont réalisés sur un équipement de la rme Applied Materials grâce à la méthode SSW (Seam Suppressed W) avec un procédé de remplissage tungstène évitant la formation de cavités ou de  coutures  pour des facteurs de formes élevées. Le remplissage tungstène est réalisé en trois étapes. Dans un premier temps les parois des tranchées sont nucléés par B2H6 puis traitées en diazote. Le traitement en N2 retarde

la croissance du tungstène sur les ancs lors du remplissage par CVD (Chemical Vapor Deposition) en W F6/N2 permettant ainsi un remplissage plus homogène par le fond de

la tranchée pour limiter la formation de coutures ou de trous.

Figure 4.12  Assemblage de coupes TEM représentant le remplissage des CDTIs en Tungstène par la technologie SSW

14. Polissage tungstène par une étape de CMP.

4.2.3 Intérêt de la gravure par plasma déporté et démonstration de