CHAPITRE III LES MECANISMES DE GRAVURE DE TIN 63
III.4. Synthèse 96
Ce chapitre dédié à la gravure de TiN en plasma halogéné nous a permis de mettre en évidence certains mécanismes de gravure utiles pour le développement du procédé de gravure de la grille métal.
L’étude des cinétiques de gravure de TiN en plasma HBr et Cl2 ainsi que l’analyse des ions du
plasma par spectrométrie de masse ont montré le caractère chimique de la réaction de gravure de TiN avec le chlore alors que la gravure de TiN en HBr nécessite un bombardement ionique énergétique. La conséquence au niveau des profils de gravure est une gravure latérale de TiN en plasma chlore, et au contraire une forte pente (forte augmentation du CD de la grille) en plasma HBr. Le mélange HBr/Cl2 s’impose alors pour la chimie de gravure de TiN,
permettant à la fois de corriger le pied de la grille mais aussi de graver les 10nm de TiN de la grille avec une vitesse de gravure raisonnable.
Les analyses de la surface de TiN par XPS et AFM ont mis en évidence la formation d’espèces de type TiOx à la surface de TiN pendant la gravure en plasma de Cl2 même en
l’absence d’oxygène dans le mélange gazeux. La formation de TiOx s’effectue par l’oxydation
de TiN avec l’oxygène qui provient des parois en alumine du réacteur et qui sont gravées par le chlore. La présence d’espèces de type TiOx génère une forte rugosité de surface, qui est
transférée jusqu’au diélectrique de grille. Le matériau TiOx étant difficile à éliminer, nous
retrouvons des résidus de gravure de type TiOx en nombre important à la surface de HfO2. Du
fait de la présencede ces résidus, des différences de vitesses de gravure locales, dues à des phénomènes de micro masquage, génèrent par endroit des trous dans le HfO2 et jusque dans le
silicium sous-jacent. Ce résultat nous a permis de mettre en évidence que le matériau HfO2,
s’il n’est pas gravé, peut néanmoins être endommagé et percé localement par le plasma de Cl2
même dans les conditions de température (50°C) dans lesquelles nous travaillons. La sélectivité du procédé de gravure TiN par rapport au HfO2 est donc un paramètre à prendre en
compte pour le développement du procédé de gravure de la grille complète, et une attention particulière doit être portée sur l’état de surface du diélectrique de la grille après le retrait de TiN. La gravure de TiN avec un mélange gazeux à base d’oxygène même en faibles proportions est à proscrire car elle génère une quantité très importante de résidus TiO2 qu’il
est difficile voire impossible d’éliminer.
Le plasma HBr permet au contraire de retirer une grande partie de l’oxyde de titane natif présent à la surface de TiN et génère une faible rugosité dans le matériau. Après le retrait de la couche de TiN, HfO2 est peu endommagé et on mesure une faible quantité de résidus de
gravure. Un plasma riche en HBr est donc avantageux puisqu’il permet d’éliminer les résidus de gravure sans détériorer le diélectrique de grille.
Enfin une analyse des dépôts qui se forment sur les parois du réacteur lors de la gravure de TiN a permis de montrer qu’un faible taux d’oxygène dans un plasma Cl2/O2 induit un fort
dépôt de TiOCl sur les parois du réacteur. Le nettoyage du réacteur est alors difficile car cette couche est extrêmement résistante aux plasmas halogénés comme les plasmas de Cl2 et de
SF6. Par contre la gravure de TiN avec des plasmas de HBr et de Cl2 pur ne contamine pas le
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