Méthode de gravure des films par plasma ou gaz, sans solution chimique. Combinée au bombardement ionique, elle permet une gravure anisotrope, indispensable à la formation des motifs fins.
Nom japonais: ドライエッチング
« Gravure sèche » apparaît dans 14 questions d'entraînement réparties sur 4 thèmes, dont Gravure, Matériaux de procédé (gaz et produits chimiques), Photonique sur silicium.
Domaine: Gravure
Les plasmas de gravure sont faiblement ionisés, typiquement à environ 0,01 % ou moins, et contiennent des électrons, des ions positifs, des radicaux très réactifs et des molécules neutres. Les radicaux apportent la chimie, les ions l'énergie directionnelle. La gravure ne fonctionne que si le produit de réaction est volatil : le silicium part sous forme de SiF4, SiCl4 ou SiBr4 ; le dioxyde de silicium gravé avec des gaz fluorocarbonés comme CF4 ou C4F8 part sous forme de SiF4 plus CO ou CO2 ; le GaN gravé avec Cl2 et BCl3 part sous forme de GaCl3. Les chlorures de cuivre ne sont pas volatils aux températures de procédé habituelles, c'est pourquoi les lignes de cuivre sont réalisées par damascène.
Ions et radicaux ensemble gravent bien plus vite que chacun séparément ; dans une expérience classique, le gaz XeF2 associé à un faisceau d'ions argon gravait le silicium environ dix fois plus vite que la somme des deux pris isolément. Comme les ions arrivent verticalement, le fond des motifs se grave rapidement alors que les flancs résistent. De plus, un polymère issu des gaz fluorocarbonés ou des sous-produits dérivés de HBr recouvre les flancs et bloque l'attaque latérale, tandis que le bombardement ionique l'élimine du fond. Trop de passivation donne un profil en pente, trop peu provoque un bombement (bowing) ; chimie, polarisation et température doivent donc être équilibrées.
Les grandeurs clés sont la vitesse de gravure, l'uniformité, le profil et la sélectivité ; Cl2 et HBr gravent le polysilicium avec une sélectivité supérieure à 100 par rapport à un oxyde de grille mince. La fin d'attaque est détectée par spectroscopie d'émission optique (OES), en surveillant des raies qui varient lorsque le film est entièrement retiré, comme la chute de la raie de CO à 483 nm à la fin d'une gravure d'oxyde ; l'interférométrie est utile lorsque la surface ouverte est trop faible pour donner un signal net. Les défauts typiques sont le microtrenching aux coins des motifs et les résidus sur les flancs, éliminés par décapage plasma et nettoyage humide pour éviter la corrosion et une résistance de contact élevée.
La gravure humide dissout les films dans un liquide, généralement de façon isotrope, avec une sous-gravure sous le masque d'environ l'épaisseur du film ; mais elle est peu coûteuse, peut traiter de nombreuses plaquettes à la fois et offre une forte sélectivité. La gravure sèche, dont la gravure ionique réactive (RIE) et la gravure ICP à haute densité, transfère les motifs du masque avec une faible perte dimensionnelle et devient indispensable en dessous de quelques micromètres. Les usines utilisent donc la gravure sèche pour la définition des motifs et les procédés humides pour le retrait de films pleine plaque et le nettoyage. De nombreux gaz de gravure, en particulier les fluorocarbonés, ont un potentiel de réchauffement global très élevé ; les effluents passent donc par des systèmes de traitement (abattement).
Réponse : B. Surveiller les variations du spectre d'émission du plasma
Lorsque le film gravé disparaît et que la sous-couche apparaît, la nature et la quantité des produits de réaction dans le plasma changent, et l'intensité d'émission à certaines longueurs d'onde varie. Par exemple, lors de la gravure d'un oxyde, l'émission de CO (483 nm) diminue. La surveillance de cette variation par spectroscopie d'émission optique (OES) permet de détecter la fin d'attaque en temps réel. Lorsque la surface exposée est très petite, le signal devient faible ; on recourt alors aussi à la mesure d'épaisseur par interférométrie.
Réponse : C. Les gaz halogénés comme le chlore (Cl2) ou le bromure d'hydrogène (HBr)
La gravure du polysilicium utilise couramment des gaz halogénés comme le chlore ou le bromure d'hydrogène. Ils réagissent avec le silicium pour former les composés volatils SiCl4 ou SiBr4 tout en réagissant à peine avec l'oxyde, ce qui permet une sélectivité élevée, de 100 ou plus, par rapport au mince oxyde de grille sous-jacent. Le HBr forme facilement une couche de passivation sur les flancs et facilite l'obtention de profils verticaux. Un peu d'oxygène est ajouté pour ajuster la quantité de passivation.
La gravure sèche retire la matière au moyen d'un plasma ou d'un gaz réactif et, grâce au bombardement ionique, peut graver verticalement pour obtenir des motifs fins. La gravure humide utilise des produits chimiques liquides ; elle est généralement isotrope et sous-grave le masque, mais elle est simple, à haut débit et très sélective.
Les chlorures et fluorures de cuivre ne s'évaporent pas en dessous de plusieurs centaines de degrés Celsius : les produits de réaction restent donc en surface au lieu d'être pompés. Les interconnexions en cuivre sont par conséquent réalisées en gravant des tranchées dans le diélectrique, en les remplissant de cuivre puis en polissant l'excédent.
La plupart des équipements surveillent l'émission optique du plasma à des longueurs d'onde liées aux produits de réaction, qui varient brusquement lorsque le film est retiré et que la sous-couche est exposée. L'interférométrie laser ou à large bande sur l'épaisseur du film est utilisée lorsque la surface exposée est faible.
En gravure sèche, des polymères issus des gaz fluorocarbonés ou des produits de réaction se déposent sur les flancs et empêchent la gravure latérale.
Quel est l'un des mécanismes permettant d'obtenir l'anisotr…La gravure sèche du SiO2 utilise un plasma de gaz fluorocarbonés comme le CF4 ou le C4F8.
Quels gaz sont principalement utilisés pour la gravure sèch…En photonique sur silicium, on réalise les guides d'onde sur une plaquette SOI par lithographie et gravure sèche, les jonctions pn des modulateurs par implantation ionique, les photodétecteurs en Ge par épitaxie sélective, et l'on relie les électrodes par des interconnexions métalliques.
Quelle est la principale raison pour laquelle on dit que la…La gravure sèche est utilisée pour les motifs fins, mais la gravure humide reste importante pour le retrait pleine plaque des films et le nettoyage.
Quelle est la caractéristique générale de la gravure humide…La RIE est une gravure sèche combinant la réaction chimique des radicaux produits par un plasma de gaz réactif (fluoré, chloré, etc.) et le bombardement d'ions accélérés par un champ électrique.
Quelle est la définition de la gravure ionique réactive (RI…Plasma Couche de passivation Sélectivité Gravure humide Procédé damascène RIE (gravure ionique réactive) Détection de fin d'attaque (endpoint) GaN (nitrure de gallium) ICP (plasma à couplage inductif) HEMT (transistor à haute mobilité électronique)