Brevet FR2487574A1 — publié le 19820129

- 1 - La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'attaque sous plasma d'une couche mince et plus particulièrement un procédé et un dispositif de détection de la fin d'une telle attaque. La présente invention s'applique plus particu- lièrement à la fabrication de dispositifs semiconducteurs, discrets ou intégrés, dans lesquels on dépose ou l'on fait croitre successivement sur un substrat des couches minces multiples qui sont gravées selon des configurations souhaitées. Cette gravure d'une couche mince reposant sur un substrat massif ou sur une autre couche est générale- ment effectuée à travers un masque de configuration dési- rée par attaque chimique ou sous plasma. Dans le cas de l'utilisation d'une attaque sous plasma, on s'intéressera ici plus particulièrement au problème de la détection de fin d'attaque. En effet, il est important de savoir arrêter la gravure à l'interface entre la couche mince et le substrat avec précision. Ceci est dans la pratique rendu difficile du fait que: - la gravure n'est pas parfaitement homogène sur un échantillon donné et entre plusieurs échantillons, c'està-dire que certaines régions sont mises à.nu avant d'autres et que l'on atteint l'interface entre la couche mince et la couche sous-jacente progressivement d'une région à l'autre; - la sélectivité d'attaque entre la vitesse d'attaque de la couche mince que l'on souhaite graver et de la couche ou substrat sous-jacent est assez faible; de façon générale, le rapport entre ces vitesses varie entre ui et dix selon les cas. Ainsi, si la gravure est trop courte, on risque de maintenir des parties de la couche mince indésirées -2- mais si la gravure est trop longue, on risque d'une part d'attaquer la couche sous-jacente, d'autre part de créer des surgravures de valeurs mal déterminées sous les cou- ches de masquage. Pour tenter de résoudre ce problème de la dé- termination de la fin d'attaque d'une couche mince, on a proposé dans l'art antérieur plusieurs procédés. L'un d'eux consiste à effectuer une mesure par spectrophotométrie: on détecte par ce procédé l'appari- tion ou la disparition d'une raie optique caractéristique du spectre de décharge du plasma en cours d'attaque d'une couche de nature donnée. Néanmoins, ce procédé est lourd à mettre en oeuvre et présente un temps de réponse non négligeable ne permettant pas de faire une sélection précise de la fin d'attaque. Un autre consiste à faire des mesures par spectrométrie de masse: on détecte par ce procédé des ions ou molécules caractéristiques du plasma en cours d'attaque. Ce procédé est également lourd à mettre en oeuvre et présente un temps de réponse long. 1 Un autre procédé encore consiste à procéder par réflectométrie ou ellipsométrie optique: ce procédé consiste à diriger un pinceau lumineux vers la couche mince en cours d'attaque et à mesurer sa variation d'é- paisseur au cours du temps. Ce procédé ponctuel est d'une part relativement délicat à mettre en oeuvre et d'autre part ne permet pas de tenir compte de l'inhomogénéité de la gravure et suppose que les substrats sont fixes. Ainsi, un objet de la présente invention est de prévoir un nouveau procédé et dispositif de fin d'at- taque plasma d'une couche mince, ce procédé permettant une détection rapide du fin d'attaque, étant simple à mettre en oeuvre et étant peu couteux. Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, la présente invention prévoit un procédé d'attaque sous plasma d'une couche mince déposée sur un substrat de na- ture physique ou chimicue distincte comprenant les éta- pes consistant à mesurer la pression dans l'enceinte dans laquelle se produit l'attaque et à arrêter cette attaque après que la pression dans l'enceinte a atteint un palier puis s'est écartée de la valeur de ce palier Un dispositif selon la présente invention met- tant en oeuvre ce procédé comprend un capteur de pression dans l'enceinte dans laquelle se produit l'attaque, des moyens de détection des variations de cette pression, des moyens pour fournir un signal de commande propre à pro- voauer l'arrêt de l'opération d'attaque une fois que la pression a atteint un palier et peu après qu'elle se soit écartée de ce palier. On notera qu'un détecteur de pression constitue un capteur particulièrement simple à côté des capteurs du type de ceux utilisés dans l'art antérieur tels que les spectrophotomètres, des spectromètres, ou des ensem- bles de réflectométrie optique. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés plus en détail dans la description suivante de modes de réali- sation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: - la figure 1 représente une structure formée par attaque au plasma, - la figure 2 représente des variations de pression dans une enceinte d'attaque sous plasma. La figure 1 représente un substrat 1 sur lequel a été formée une zone d'une couche mince 2 sous une couche de masquage 3. Le substrat 1 est par exemple un substrat de silicium revêtu d'une couche de silice (non représentée) la couche mince 2 est par exemple une couche de silicium polycristallin et le masque 3 est par exemple un masque de résine. -4 Par les procédés classiques d'attaque sous plasma, la fin d'attaque n'est pas spécifiquement détec- tée et l'attaque est prolongée pendant une durée moyenne résultant de l'expérience acauise. Il en résulte des dispersions d'attaque résultant de légères variations des conditions d'attaque ou de nature des couches. Parmi les inconvénients de ce procédé, on peut citer notamment que la zone de surgravure latérale de la couche 2 sous le masque 3 est très variable, par exemple dans la pra- tique on trouve une dispersion de l'ordre de 0,5 à 1,5 fois l'épaisseur de la couche gravée. Une telle disper- sion est très importante en valeur relative alors que la dimension du motif élémentaire de la couche 2 que l'on veut maintenir peut être de l'ordre du micron. La présente invention résulte d'une analyse détaillée du processus de variation de pression dans l'enceinte d'attaque sous plasma au cours-d'une attaque. La figure 2 illustre à titre d'exemple l'al- lure des variations de pression. Des pressions ont été indiquées en ordonnées, en millitorr, mais sont purement indicatives et dépendront en pratique des conditions par- ticulières choisies pour l'attaque, de la couche à atta- quer et du gaz présent dans l'enceinte. Dans une première étape entre les instants t0 et ti, l'enceinte est vidée. Ensuite,dans une deuxième étape entre les instants t1 et t2, le gaz d'attaque, par exemple un mélange de SF6 et de 02 ou du CF4 est introduit dans l'enceinte. A l'ins- tant t2, les perturbations de pression résultant de l'in- troduction du gaz sont stabilisées et la pression a at- teint un palier. Ensuite, une décharge est produite dans le gaz et la gravure prend place entre les instants t2 et t3. Dans une première étape, la-pression monte rela- tivement rapidement puis diminue pour atteindre un palier. La constatation expérimentale sur laquelle se base la présente invention résulte de la constatation du -5 - fait que, une fois que la couche mince à attaquer (la couche 2 dans le cas de la figure 1) est éliminée et que l'attaque commence à affecter le substrat sous-jacent, il se produit une variation de la pression dans l'enceinte. Cette variation peut aller dans le sens d'une augmenta- tion ou d'une diminution de pression. Par exemple, une augmentation de pression se produira dans le cas d'une couche de silicium polycristallin sur de la silice et une diminution de pression dans le cas d'une couche de silicium polycristallin sur du corindon. L'instant t3 à partir duquel se produit cette variation de pression étant détecté, l'attaque est pour- suivie pendant la durée t3 à t4 pour assurer d'une part que la couche mince à éliminer l'est complètement même dans les endroits o la gravure aurait été moins rapide, d'autre part que la surgravure latérale sous le masque est de dimension constante. L'augmentation de la précision sur la valeur de la surgravure obtenue par la présente invention se comprend aisément. En effet, dans l'art antérieur, en l'absence de dispositif de détection, on évaluait gros- sièrement la durée entre les instants t2 et t4 et l'on tentait de la rendre constante d'une gravure à l'autre alors même que les conditions pouvaient varier lors de l'attaque sous plasma. Par contre, selon la présente invention, on mesure l'instant t3 et l'on rend constante la durée entre les instants t3 et t4. On s'affranchit donc des variations aléatoires qui peuvent se produire sur la durée d'attaque entre les instants t2 et t3. A titre d'ordre de grandeur, on pourra noter que dans certains cas pratiques, pour une couche de silicium polycristallin d'une épaisseur de l'ordre du micron, la durée d'attaque peut être de l'ordre de quel- ques minutes, par exemple deux à trois minutes alors que la durée de prolongation d'attaque entre les instants t3 -6- et t4 sera de l'ordre de quelques dizaines de secondes, par exemple 10 à 30 secondes. Les dispositifs classiques de mesure et de détection des variations d'une pression pourront racile- ment être utilisés par l'homme de l'art pour la mise en oeuvre de la présente invention. On utilisera par exemple à la sortie d'un capteur de pression disposé dans l'en- ceinte, un détecteur de pression instantanée et un détec- teur de pression moyenne sur une relativement courte durée. La pression instantanée sera comparée à la pression moyenne. On pourra ainsi détecter la présence du palier de pression avant l'instant t3 puis cet instant t3 par la détermination de l'écart entre la valeur moyenne et la valeur instantanée. Bien entendu d'autres procédés clas- siques de mesure et de détection de variation de pression pourront être utilisés. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation et aux applications spécifiques qui ont été décrites précédemment. Elle en englobe au con- traire les variantes et généralisations incluses dans le domaine des revendications ci-après. -7- REVENDICATIONS 1. Procédé d'attaque sous plasma d'une couche mince déposée sur un substrat de nature physique ou chimique distincte, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: - mesurer la pression dans l'enceinte dans laquelle se produit l'attaque, et - arrêter l'attaque après que la pression a atteint un palier puis s'écarte de la valeur correspon- dant à ce palier. 2. Dispositif d'attaque sous plasma d'une couche mince déposée sur un substrat de nature physique ou chimique distincte, caractérisé en ce qu'il comprend: - des moyens de mesure de la pression dans l'enceinte dans laquelle se produit l'attaque; - des moyens de détection desvariations de cette pression; - des moyens pour fournir un signal de commande propre à provoquer l'arrêt de l'opération d'attaque une fois que la pression a atteint un palier et peu après qu'elle se soit écartée de ce palier. 3. Dispositif selon la revendication 2 caracté- risé en ce que les moyens de détection des variations de pression comprennent un détecteur de valeur moyenne de la pression et un détecteur de valeur instantanée de la pression, les sorties de ces détecteurs étant fournies à un comparateur.