Brevet FR2619578A1 — publié le 19890224

DESCRIPTION La présente invention concerne un procédé de gravure ionique réactive pour la fabrication de composants électroniques. La gravure ionique réactive consiste à éliminer, en certains emplacments seulement, la couche de matériau, par exemple de silice, préalablement déposée sur le substrat en matériau différent, par exemple en silicium (sous-couche), les emplacoments étant définis par un masque en résine déposé sur la couche. La tranche de silicium partiellement masquée est soumise à un plasma créé entre deux électrodes en vis à vis dont l'une, 1'électrode-support (cathode) o sont disposées les tranches à graver, est couplée à un générateur de puissance RF et l'autre est reliée à la masse. Les radicaux et espèces neutres participent à des réactions chimiques à la surface exposée au plasma pour produire des espèces volatiles ou des précurseurs. Les ions positifs du plasma sont extraits et accelérés dans la région proche de l'électrode recevant la puissance RF. Ils bombardent la surface des tranches à graver, activent les mécanismes d'adsorption et de désorption et les réactions chimiques qui ont lieu à la surface du matériau à graver exposé au plasma. Dans le procédé de gravure ionique réactive, la cathode se charge négativement par rapport au plasma. En effet, les électrons ont une plus grande mobilité que les ions infiniments plus lourds, et le plasma est fozrm à partir d'une source alternative de courant (typiquement 13,56 MHz). La vitesse de gravure est liée à la valeur de cette tension d'autcpolarisation, sensiblement constante (typiquement de quelques centaines de volts à 1000V), qui est elle-me liée aux paramètres traditionnels du plasma: puissance RF, distance inter électrode, pression, fornne des électrodes, matériaux isolants etc... La sélectivité de la gravure, c'est à dire le fait que seule la couche (SiO2) doit être éliminée, sans que la sous-couche (Si) soit atteinte, et l'état uniforme de la surface gravée sont deux critères essentiels de la qualité de la gravure. Il a été établi qu'une tension d'autcpolarisation trop élevée conduit à des défauts électriques et cristallins dans les couches exposées au b ardent des ions. Ces défauts induisent des inconvénients majeurs pour les dispositifs ultérieurs (mâmoires) came des défauts d'isolation entre parties conductrices, des courants de fuites, des déplacements des tensions de cammnde, par exemple. Une possibilité pour opérer à basse tension consiste à réduire la puissance. Cependant opérer à basse puissance revient à diminuer la vitesse de gravure. La présente invention propose une autre solution qui consiste à opérer à forte pression. Ainsi, la présente invention concerne un procédé de gravure ionique réactive, caractérisé en ce que la gaz de gravure injecté carçporte de 1 à 100 % de gaz inerte. En effet, la denanderesse a mis en évidence que lors d'une élévation de pression, pour un mélange gazeux et une puissance donnés, la tension d'autopolarisation descend. Le gaz inerte, c'est-à-dire non chimiquement actif sous l'effet du plasma, modifie le ccrportement collisionnel des ions, mais n'affecte pas la vitesse de gravure. C'est donc un gaz inerte que l'on injecte en plus des gaz actifs pour opérer à plus haute pression. Calme gaz inerte, on peut employer selon l'invention, des gaz rares, carme l'hélium, le néon ou l'argon ou leurs mrélanges, et de préférence l'hélium ou le néon. Pour la mise en oeuvre du procédé, on utilise des réacteurs classiques pour gravure ionique réactive et on peut injecter, outre le gaz inerte selon l'invention, les gaz usuels de gravure. Ces gaz de gravure sont classiquement des fluorocarbonés, came CF4, C2F6, CH F3 et/ou des hydrocarbures (CH4, C2H6) et/ou l'hydrogène. De préférence, les gaz de gravure selon l'invention ccprortent % à 90% de gaz inerte, sans que ces valeurs soient limitatives. Ainsi, dans le cas o les espèces chimiques réactives proviennent de l'action du plasma sur la surface recouverte de polytétra- fluoréthylène d'une partie du réacteur, et en particulier de l'électrodesupport, on peut utiliser 100% de gaz inerte. Ce mode de mise en oeuvre présente l'avantage que la durée de vie des huiles des poepes Rotary ont prolongée, les gaz effluents ne comportant pas d'acide fluorhydrique. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description des figures ci-après - la figure 1 représente la tension d'autopolarisation (en V) qui diminue en fonction de la pression croissante en torr (1 torr = 1,333 102 Pa), pour une puissance de 800 W, une distance interélectrode de 32 rom, et une mélange gazeux cmportant 8 % de CF4, 2 % de C%4, et 90 % d'He, en l'absence de tranche à graver; - la figure 2 représente la vitesse de gravure (en rmnn) en fonction de la concentration en hélium (%) du mélange gazeux, pour SiO2 (points) et Si (triangles), pour une puissance de 800 W, une pression de 0,5 x 1,333 102 Pa, une distance interêlectrode de 32 mm et un mélange gazeux initial CH4/CF4 comportant 20 % de CH4 et des pourcentages croissants en hélium; elle met en évidence que dans des conditions données de puissance et de pression, le rapport de la vitesse de gravure de SiO2 sur celle de Si est favorable à la sélectivité, et ce d'autant plus à de hauts pourcentages en hélium; - la figure 3 représente la vitesse de gravure (en rmi/nn) en fonction de la concentration en hélium (x) pour SiO2 (points) et la résine positive du type AZ 1350 (étoiles) pour une puissance de 800W, à une pression de 0,03 x 1,333 102 Pa, pour une distance interélectrode de 32 mm et un nmélange gazeux définis par des débits de 34 an3 standard/mn de CF4, 6 cm3 standard/mn de CH4, et une concentration en hélium (100 x/40) variant de 0 à 20 %; elle met en évidence que l'hélium n'a pas d'influence sur la gravure ni de SiO2, ni de la résine. - les figures 4a et b représentent l'état de surface de tranche de silicium après la gravure, a: avec hélium (90%) et un nélange CF4/CH4 (85/15), et b: sans hélium et le nême mélange; les défauts cristallins apparaissent en plus grand norbre après le traitement sans hélium. 26 1 9578 REVENDICATICNS 1. - Procédé de gravure ionique réactive, caractérisé en ce que la gaz de gravure injecté carporte de 1 à 100 % de gaz inerte. 2. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz inerte est choisi parmi les gaz rares et leurs mélanges. 3. - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le gaz inerte est choisi parmi l'hélium et le néon. 4. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le gaz de gravure conporte de 75 à 90% de gaz inerte, notamment d'hélium et/ou de néon. 5. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le gaz inerte est l'hélium. 6. - Procédé selon la revendication 1 à 3, caractérisé en ce que le gaz de gravure injecté caccorte 100 % de gaz inerte et en ce qu'au moins une partie du réacteur est en polytètrafluoréthylène. 7. - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le gaz de gravure injecté cnporte 100% d'hélium. 8. - Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que l'électrode - support est recouverte de polytètrafluoréthylène.