Développement de procédés de gravure à base de plasmas réactifs pulsés Pulsed plasmas for etch applications

• Auteur / Autrice : Moritz Haass
• Direction : Olivier Pierre Etienne Joubert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et technologie industrielles
• Date : Soutenance le 06/11/2012
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire des Technologies et de la Microélectronique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Théorie et de Modélisation
• Jury : Président / Présidente : René-Louis Inglebert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Pierre Etienne Joubert, Efrain Altamirano sanchez, Maxime Darnon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gilles Cartry, David-Barry Graves

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microélectronique

Gravure par plasma

Mots clés libres

Microelectronique

Gravure par plasma

Plasmas pulsés

Gravure de silicium

Diagnostic de plasma

Microelectronics

Plasma etching

Pulsed plasma

Silicon etching

Plasma diagnostics

Résumé

Du fait de la réduction des dimensions en microélectronique, les procédés de gravure par plasmas ne peuvent plus satisfaire aux exigences de l'industrie. De nouvelles stratégies sont en cours de développement. Ce travail consiste en l'étude de plasmas pulsés de HBr/O2 comme une alternative pour la gravure du silicium. Divers diagnostics dans un réacteur industriel 300 mm sont utilisés pour caractériser le plasma tandis que la gravure du silicium est étudiée par XPS et par microscopie électronique. Lorsque le plasma est pulsé à faible rapport cyclique, sa température et sa dissociation sont fortement réduits. Le flux de Br radicalaire par rapport à la période ON du plasma augmente tandis que l'influence du radical O diminue, ce qui conduit à une amélioration de la sélectivité par rapport au SiO2 et à une gravure plus homogène. Les profils des structures gravées peuvent être contrôlés par la formation de la couche de passivation sur les flancs dépendant également du rapport cyclique.

The continuous downscaling in microelectronics imposes increasing demands on the plasma processes and traditional ways for process optimization reach their limits. New strategies are needed and innovations in the field of plasma processes are being developed: e.g. the use of pulsed plasmas. In this thesis, a pulsed HBr/O2 etch plasma is studied. Various in-situ diagnostics are used to characterize pulsed plasmas in an industrial 12” etch reactor. The silicon etching is investigated by XPS and electron microscopy. We show that the plasma dissociation and temperature are reduced if the plasma is pulsed at low duty cycles. The Br radical flux with respect to the on-time of the plasma is increased and the influence of the O radical is decreased, leading to enhanced time compensated silicon etch rates, a higher selectivity towards SiO2 and a more homogeneous etching. The pattern profiles can be controlled via the sidewall passivation layer formation that is closely linked to the duty cycle.