Gravure profonde cryogénique du silicium dans un réacteur ICP utilisant une chimie SF6/O2 : application pour la mise au point d'un procédé d'isolation électrique sur plaquette SOI

Deep cryogenic etching of silicon in an ICP reactor using a SF6/O2 chemistry mixture and its application in the setting up of an electrical insulation process on SOI (silicon on insulator) wafer

• Auteur / Autrice : Mohamed Boufnichel
• Direction : Pierre Ranson
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des plasmas
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Orléans

Mots clés

Mots clés contrôlés

Isolation électrique

Anisotropie

Silicium

Résumé

Cette thèse concerne d'une part, l'étude des mécanismes de gravure et de passivation ayant lieu lors de la gravure du silicium (massif et SOI) par un plasma SF6/O2 et d'autre part, la mise au point d'un procédé de gravure profonde optimisé sur un réacteur industriel ICP. L'objectif est de graver des tranchées à fort facteur d'aspect (ouverture: 2 à 4 æm et profondeur ? 60 æm) en un temps compétitif (vitesse de gravure ? 5æm/min) en vue de réaliser des caissons d'isolation par tranchée sur silicium et sur SOI. La technique de gravure choisie est la cryogénie. Très peu utilisée pour l'instant comparé au procédé bosch mais qui semble néanmoins prometteuse pour l'avenir. La première phase de ce travail a consisté à caractériser le plasma électriquement et chimiquement par sonde de Langmuir et Spectroscopie d'Emission Optique. Les évolutions des caractéristiques du plasma en fonction des paramètres de procédé ont été corrélées à celles des profils de gravure. Il a ainsi été possible d'expliquer le comportement de certains mécanismes impliqués dans la gravure du silicium et de les maîtriser afin d'atteindre l'objectif fixé par le cahier des charges. La seconde phase de l'étude concerne la mise au point d'un procédé de gravure optimisé sur substrat silicium et transposable ensuite sur des substrats SOI. Pour cela, il a fallu étudier et trouver la cause de certains effets négatifs comme le bowing et le notching. Finalement, la cryogénie s'avère avantageuse en tous points (pour ces objectifs précis de tranchée) par rapport au procédé à température ambiante et le remplissage des profils par LPCVD se fait sans difficultés. Néanmoins, un très bon contrôle de la température du substrat s'avère indispensable pour garantir une bonne uniformité des profils de gravure. Ce point (facteur limitant) qui concerne le porte-substrat est en cours d'étude par l'équipementier : une fois maîtrisée, la cryogénie deviendra un atout majeur en gravure sèche.