Atome ou molécule neutre possédant un électron non apparié et chimiquement très réactif. Bien plus abondants que les ions dans un plasma, les radicaux assurent la gravure et le dépôt par voie chimique.
Nom japonais: ラジカル
Domaine: Gravure
Dans un plasma de procédé, des électrons énergétiques entrent en collision avec les molécules du gaz d'alimentation. Certaines collisions ionisent la molécule, mais la plupart la cassent simplement en fragments neutres, car la dissociation demande moins d'énergie que l'ionisation : CF4 donne CF3 et F, et O2 donne de l'oxygène atomique O. Ces fragments, porteurs d'électrons non appariés, sont des radicaux. N'étant pas chargés, ils ne sont pas attirés vers les parois par la gaine du plasma et vivent plus longtemps que les ions ; leur densité dépasse donc généralement celle des ions de deux à trois ordres de grandeur, voire davantage.
Les radicaux atteignent la plaquette depuis toutes les directions et réagissent spontanément avec les surfaces appropriées ; les radicaux fluor, par exemple, transforment le silicium en SiF4 volatil. Seule, cette chimie est isotrope et très sélective. Les ions sont moins nombreux, mais la gaine les accélère verticalement : ils frappent les surfaces horizontales avec des énergies de quelques dizaines à quelques centaines d'électronvolts, y renforcent les réactions et débarrassent le fond des tranchées de la couche de passivation. La gravure anisotrope repose sur ce partage des rôles : les radicaux apportent l'essentiel de la chimie, les ions déterminent où elle progresse le plus vite, et la passivation des flancs protège les parois verticales.
Certaines étapes excluent volontairement les ions. Dans un plasma déporté (downstream ou remote), le plasma est généré à distance de la plaquette, si bien que les ions se recombinent avant d'arriver et que seuls les radicaux à longue durée de vie atteignent la surface. On obtient ainsi un décapage de résine sans dommage et des nettoyages isotropes. L'oxydation radicalaire utilise des radicaux d'oxygène pour faire croître un oxyde de bonne qualité vers 400–600 °C, avec une faible dépendance à l'orientation cristalline, ce qui la rend adaptée aux ailettes des FinFET, aux structures 3D NAND et aux étapes au budget thermique serré.
La densité de radicaux dépend de la chimie des gaz, de la pression, de la puissance RF et de la vitesse à laquelle les radicaux sont consommés. Les sources à plasma à couplage inductif (ICP) permettent de régler la densité du plasma, et avec elle les flux de radicaux et d'ions, indépendamment de l'énergie des ions, tandis que les plasmas pulsés modifient la répartition des espèces radicalaires. La consommation entraîne des effets de charge (loading) : lorsqu'une plaquette expose davantage de surface gravable, les radicaux s'épuisent et la vitesse de gravure diminue. Dans les motifs profonds et étroits, les radicaux doivent diffuser jusqu'au fond du trou, de sorte que la vitesse de gravure diminue souvent avec le rapport d'aspect.
Un radical est un atome ou une molécule électriquement neutre possédant un électron non apparié : il est chimiquement réactif mais n'est pas dirigé par les champs électriques. Un ion porte une charge et est accéléré par la gaine vers la plaquette, ce qui produit un bombardement directionnel.
Casser une molécule demande moins d'énergie électronique que l'ioniser, donc la dissociation est plus fréquente. Les radicaux vivent aussi plus longtemps, car ils ne sont pas attirés vers les parois ; ils s'accumulent donc jusqu'à des densités bien supérieures à celles des ions.
La gravure par les seuls radicaux est isotrope, car les radicaux neutres arrivent de toutes les directions. La directionnalité provient du bombardement ionique combiné à la passivation des flancs.
Acide fluorhydrique tamponné (BHF) ALE (gravure de couches atomiques) ARDE (gravure dépendante du rapport d'aspect) Autopolarisation (self-bias) Conditionnement de chambre (seasoning) Décapage plasma (ashing) Détection de fin d'attaque (endpoint) Effet d'antenne Gravure anisotrope Gravure humide