STI étroites

Différents clichés obtenus sur des échantillons prélevés au centre et au bord de la plaque sont présentés sur la Figure 5.11, pour les conditions de gravure précédemment explicitées et les

temps d’exposition suivants : 0 (correspondant à la référence du liner), 6, 10 et 13 secondes. D’après ces clichés, l’épaisseur du liner décroit progressivement sur le dessus du masque dur, tandis qu’une pente de plus en plus favorable au remplissage se créée. Afin d’être quantitatif,

les différents paramètres du profil du liner en fonction du temps de gravure sont détaillés dans les prochains paragraphes.

157

Figure 5.11 : Coupes MEB, centre et bord, réalisées dans une structure périodique à STI étroites pour différents temps d’exposition et dans les conditions plasma suivantes : ratio de gaz NF3/(NF3+NH3)=0,50, débit de gaz réactif total de 195 cm3.min-1 et une

puissance plasma de 50 W.

L’épaisseur gravée sur le dessus du masque dur en fonction du temps d’exposition au plasma,

mesurée par ellipsométrie et par MEB au centre et au bord de la plaque, est présentée sur la Figure 5.12. Quelle que soit la technique de mesure, l’épaisseur gravée augmente selon une loi linéaire en fonction du temps d’exposition. Dans un premier temps, intéressons-nous aux mesures réalisées par MEB. On constate que l’épaisseur gravée entre le centre et le bord ne

présente pas d’écart significatif. Ce résultat MEB indique que la gravure du liner est uniforme

sur toute la plaque. Cela est cohérent avec l’uniformité de la gravure mesurée sur les plaques par ellipsométrie (de l’ordre de 2%).

Figure 5.12 : Comparaison de l’épaisseur gravée mesurée au-dessus du masque dur (H1) par coupe MEB (centre et bord) et par ellipsométrie en fonction du temps

d’exposition et dans les conditions plasma suivantes : ratio de gaz NF3/(NF3+NH3)=0,50,

débit de gaz réactif total de 195 cm3.min-1 et une puissance plasma de 50 W.

Si l’on compare l’épaisseur gravée mesurée par les deux techniques, on constate une épaisseur

gravée beaucoup plus faible pour les mesures ellipsométriques. La différence entre ces deux mesures est que les coupes MEB sont réalisées dans des structures à la topographie dense, tandis que les caractérisations par ellipsométrie sont effectuées dans des zones très larges et planes. L’hypothèse pour expliquer les écarts d’épaisseur gravée entre ces deux mesures est basée sur cette différence de topographie. En haut des structures denses, les fronts de gravure latéraux (sur les flancs du liner) et les fronts de gravure horizontaux (au-dessus du masque

0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 5 10 15 20 25 Epaiss eur grav ée (nm ) Temps d'exposition (s) Mesure ellipsométrique

Mesure MEB - Centre Mesure MEB - Bord

158

dur) se rejoignent progressivement avec le temps d’exposition, entrainant localement une

augmentation de la concentration d’espèces réactives. Ce phénomène est appelé effet de coin.

Dans le cas des zones actives de faible largeur, comme celles de la structure étudiée, l’effet de coin prédomine sur tout le haut du masque dur ce qui entraine une épaisseur gravée importante. Or, dans les zones larges mesurées par ellipsométrie il n’y a qu’un front de

gravure horizontal et, par conséquent, l’épaisseur gravée est plus faible.

L’évolution de l’angle θ de la pente du liner, au centre et au bord de la plaque, en fonction du

temps d’exposition au plasma de gravure est présentée sur la Figure 5.13. Comme pour

l’évolution de l’épaisseur gravée, l’angle de pente montre des résultats très homogènes entre

le centre et le bord de la plaque. De ce fait, les prochains résultats seront discutés uniquement pour des échantillons prélevés au centre de la plaque.

Figure 5.13 : Evolution de l’angle de pente θ du liner, au centre et au bord de la plaque, en fonction du temps d’exposition et dans les conditions plasma suivantes : ratio de gaz NF3/(NF3+NH3)=0,50, débit de gaz réactif total de 195 cm3.min-1 et une puissance

plasma de 50 W.

Une diminution de l’angle (et donc, l’apparition d’une pente plus favorable au remplissage final) est observée avec l’augmentation du temps d’exposition. Comme on peut le voir sur le graphique, la diminution de l’angle de la pente du liner est non-linéaire, avec deux régimes distincts. Durant les 8 premières secondes d’exposition au plasma (premier régime), la variation de l’angle est faible (de 86° à 83°). Puis dans le deuxième régime, l’angle de pente chute de manière significative pour atteindre une valeur de 70° à 13 secondes d’exposition au

plasma. Deux mécanismes de création de pente sont proposés pour expliquer ces résultats. La

création de pente dans le premier régime repose sur l’angle de collection des espèces réactives

(ou angle solide) qui définit leur concentration arrivant en un point donné en fonction de la topographie. L’angle de collection est maximal pour les surfaces planes et diminue

progressivement au fur et à mesure que l’on descend à l’intérieur du motif. Cela entraine un

gradient de concentration d’espèces réactives en fonction de la profondeur des STI. De ce fait, la formation de sels fluorés est inhomogène et la gravure non-conforme. Avec l’augmentation

du temps de gravure, l’épaisseur de la couche de sels fluorés augmente jusqu’à obturer

0 2 4 6 8 10 12 14 65 70 75 80 85 90 Angle de pente  (°) Temps d'exposition (s) Liner 40 nm Centre Bord

159

complètement la tranchée. En effet, pour 10 secondes d’exposition, l’épaisseur gravée est de

15 nm, soit une couche de sels fluorés de plus 45 nm sur chaque flanc du STI d’après les résultats du Chapitre IV. Cette valeur est bien supérieure à l’espacement entre les deux flancs du liner (50 nm). On peut donc considérer que le motif est totalement obturé par les sels fluorés. La gravure est alors contrôlée par la diffusion des espèces réactives à travers la couche de sels fluorés. Or, le chemin de diffusion est bien plus élevé au centre de la tranchée

qu’en haut des flancs et le dessus du masque dur. Ainsi, l’apport en espèces réactives est plus

important en haut qu’en bas des flancs du liner. Par conséquent, la non-conformité de la gravure est accentuée lors de l’obturation des motifs ce qui entraine le deuxième régime de création de pente.

L’évolution de la profondeur P en fonction du temps d’exposition au plasma de gravure est

présentée sur la Figure 5.14. On constate de faibles variations de P, provenant de la non- uniformité de profondeur des STI en fonction des échantillons. Hormis les points à 6 et 13 secondes, la profondeur P mesurée reste très stable (ligne rouge sur le graphique). Ce résultat indique qu’il n’y a pas de gravure au niveau de l’intersection des flancs du liner (aussi appelé fond du motif) pour cette largeur de STI. Or, les résultats précédents (Figure 5.12) ont montré une gravure importante sur le dessus du masque dur. Il y a donc un phénomène empêchant la gravure au fond de ces motifs. On peut supposer que cela vient de la faible largeur des STI qui génère un motif très pincé après l’étape de dépôt du liner. Ainsi, les espèces réactives ne peuvent atteindre le fond du motif et aucune gravure ne s’y produit.

Figure 5.14 : Evolution de la profondeur P du liner en fonction du temps d’exposition et dans les conditions suivantes : ratio de gaz NF3/(NF3+NH3)=0,50, débit de gaz réactif

total de 195 cm3.min-1 et une puissance plasma de 50 W.

En conclusion, cette étude montre différents mécanismes de gravure. L’épaisseur gravée dépend de la topographie de la plaque. En effet, pour les zones larges, les mécanismes de gravure sont similaires à ceux observés sur pleine plaque, tandis que sur le dessus des petites zones actives (45 nm), des effets de coin entrainent des gravures beaucoup plus importantes.

En outre, aucune gravure n’a été observée en fond de motif car les tranchées sont trop étroites

pour que les espèces réactives y parviennent.

0 2 4 6 8 10 12 14 70 75 80 85 90 95 100 105 110 Pronfondeur P (nm ) Temps d'exposition (s) Liner

160

Un changement de pente est observé dans le liner qui présente deux régimes distincts en

fonction du temps d’exposition. Le premier régime entraine une faible création de pente et

semble être contrôlé par l’angle solide de la structure. Le deuxième régime apparait quand les structures sont totalement obturées par la couche de sels fluorés. Le changement de pente, beaucoup plus importante que dans le premier régime, est alors contrôlé par la diffusion des espèces réactives à travers la couche de sels fluorés.

Enfin, la comparaison entre la gravure au centre et au bord de la plaque n’a pas montré d’écart significatif : la gravure étudiée est très uniforme sur toute la plaque.