Brevet FR3019562A1 — publié le 20151009

Enceinte de traitement d'un substrat au moyen d'un plasma La présente invention concerne une enceinte de traitement d'un substrat au moyen d'un plasma. Le domaine de l'invention est celui des machines qui mettent en oeuvre 5 un plasma, plus particulièrement celui des machines d'implantation ionique opérant en mode immersion plasma. Ainsi, l'implantation ionique d'un substrat consiste à l'immerger dans un plasma et à le polariser en tension négative, de quelques dizaines de Volts à quelques dizaines de kilovolts (généralement moins de 100 kV), ceci de façon à 10 créer un champ électrique capable d'accélérer les ions du plasma vers le substrat de sorte qu'ils s'y implantent. Les atomes ainsi implantés sont dénommés dopants. La polarisation est généralement pulsée. Classiquement, l'implantation se fait perpendiculairement à la face avant du substrat, ce qui convient bien aux dispositifs à deux dimensions qui sont 15 agencés dans le plan du substrat. Maintenant, on rencontre des structures à trois dimensions dites structures 3D. De telles structures comportent des éléments qui figurent horizontalement dans le plan du substrat mais aussi des éléments qui figurent verticalement, perpendiculaires à ce plan. On pense notamment à trois types de 2 o structures : - les transistors FinFET (pour « Fin Shaped Field Effect Transistor » en anglais), - les dispositifs présentant des tranchées (composants de puissance ou imageurs en technologie CMOS), 25 les dispositifs MEMS (pour « Micro Electro Mechanical System » en anglais). Ces structures comportent des marches qui chacune présente un palier horizontal et des flancs verticaux. Dans de nombreuses applications, il faut implanter ces flans verticaux. 30 Le problème qui se pose est dû à la trajectoire des ions. Cette trajectoire est normale à la gaine du plasma et elle est donc perpendiculaire au substrat dans le cas général d'un plasma basse pression. En effet, le libre parcours moyen des ions est supérieur à l'épaisseur de la gaine. Il s'ensuit que le palier de la marche est implanté mais que les flancs ne le sont pas. 35 Une solution pour résoudre ce problème est exposée dans l'article de B. Mizumo et al. « New doping method for subhalf microntrench sidewalls by using an electron cyclotron resonance plasma », Applied Physics Letter 53, 1998, pages 2059-2061. Ici, on augmente la pression dans l'enceinte de sorte que le libre parcours moyen des ions implantés soit inférieur à l'épaisseur de la gaine. Ainsi, suite aux collisions entre les ions molécules de gaz, certains de ces ions vont venir s'implanter sur les flancs de la marche. Toutefois, l'augmentation de la pression conduit à des phénomènes indésirables dus à l'interaction entre le plasma et le substrat. On peut ainsi assister à des dépôts parasites ou bien même à une gravure du substrat. La présente invention a ainsi pour objet de faciliter l'implantation des o flancs verticaux d'une structure 3D sans modifier la pression du plasma. Selon l'invention, une enceinte de traitement d'un substrat au moyen d'un plasma comprend un porte-substrat destiné à recevoir ce substrat ; enceinte remarquable en ce qu'elle comporte un organe magnétique pour créer un champ magnétique présentant au moins une composante parallèle au porte-substrat. 15 Ainsi, le champ magnétique incurve la trajectoire des ions de sorte qu'ils tournent autour de l'axe du champ. Suivant un mode de réalisation privilégié, l'organe magnétique est agencé autour du porte-substrat. Suivant un mode de réalisation alternatif, l'organe magnétique est 20 agencé sous le porte-substrat. Selon un premier type d'agencement, le porte-substrat est fixe. Avantageusement, l'organe magnétique est constitué par des bobines. Suivant une première option, les bobines sont alimentées par un courant alternatif. 25 Suivant une seconde option, les bobines étant alimentées par un courant triphasé, elles sont agencées pour produire un champ magnétique tournant. Selon un deuxième type d'agencement, l'enceinte comprend des moyens pour faire tourner le porte-substrat. Suivant une première option, l'organe magnétique est constitué par des 3 0 aimants. Suivant une seconde option, l'organe magnétique est constitué par des bobines. La présente invention apparaîtra maintenant avec plus de détails dans le cadre de la description qui suit d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif 35 en se référant aux figures annexées qui représentent : - la figure 1, un schéma en coupe d'une machine d'implantation ionique selon l'invention, la figure 2, un schéma d'un premier mode de réalisation de l'organe magnétique, et - la figure 3, un schéma d'un second mode de réalisation de l'organe magnétique. Les éléments identiques présents dans plusieurs figures sont affectés d'une seule et même référence. En référence à la figure 1, la machine d'implantation ionique 100 est constituée autour d'une enceinte à vide 101. Pour les applications microélectroniques, il est préconisé d'utiliser une enceinte en alliage d'aluminium si l'on souhaite limiter la contamination en éléments métalliques tel que fer, chrome, nickel ou cobalt. Un revêtement en silicium ou en carbure de silicium peut aussi être utilisé. Des moyens de pompage 102 sont raccordés par une canalisation 103 à la partie inférieure de l'enceinte 101. Le porte-substrat 104 se présente comme un plateau horizontal sur lequel repose un substrat 107. Ce plateau 104 est monté sur un pied 111 qui traverse l'enceinte 101 au moyen d'un passage haute tension 112. Une alimentation électrique haute tension 113, alimentation de polarisation, voit son pôle positif raccordé à la masse et son pôle négatif raccordé au pied 111 du porte-substrat 104. Le potentiel négatif appliqué au porte-substrat est généralement compris entre quelques dizaines de Volts et quelques dizaines de kilovolts. Avantageusement, la tension appliquée sera pulsée pour réduire l'extension de la gaine plasma. La source plasma 115 est rapportée sur la partie supérieure de l'enceinte 101. Cette source 115 se présente comme un corps cylindroïde. Une bride de raccordement 116 permet de fixer la base de la source plasma 115 sur l'enceinte 101. Le sommet de la source plasma 115 est muni d'une entrée de gaz 117 pour l'alimentation du plasma. La source plasma est de préférence en silice fondue ou en alumine pour limiter les problèmes de contamination. Elle est extérieurement entourée par une cellule d'ionisation. Cette cellule comporte une antenne radiofréquence 121 et, accessoirement, une bobine de confinement 122. L'antenne est constituée par quelques spires d'un conducteur électrique, un tube ou une lame de cuivre par exemple. L'invention prévoit donc l'utilisation d'un champ magnétique parallèle au substrat. A cet effet, un organe magnétique 125 est ici agencé sous le porte-substrat 104. Alternativement, cet organe magnétique pourrait être disposé autour du porte-substrat, que ce soit à l'intérieur de l'enceinte 101 ou bien même à l'extérieur de cette enceinte. Les ions sont soumis à deux forces perpendiculaires. --> -> La première force F1 est due au champ électrique E et elle est fonction de la charge q de l'ion : -> __>. F1 = q E -> -> La deuxième force F2 est due au champ magnétique B et elle est fonction -> de la charge q ainsi que de la vitesse V de l'ion : -> -> --> F2 =CIVA B La trajectoire de l'ion va donc s'incurver pour tourner autour de l'axe du champ magnétique. En notant : -* -> 13 = pt H pi. : perméabilité magnétique p : rayon de courbure exprimé en cm Ec : énergie cinétique de l'ion exprimée en eV M: masse atomique de l'ion exprimée en g / môle n : le nombre de charges de l'ion Alors : H . p = 144 n2 Idéalement, les ions doivent être déviés de 90° durant la traversée de la 25 gaine plasma, si bien que le rayon de courbure doit être égal à l'épaisseur de la gaine. En immersion plasma, on assiste typiquement aux valeurs suivantes : - épaisseur de la gaine plasma comprise entre 1 et 10 cm, - énergie cinétique Ec comprise entre 200 eV et 10 000 eV, 30 - masse de l'ion m comprise entre 1 et 100 g / môle. A titre d'exemple, pour l'Arsenic : - épaisseur de la gaine : 10 cm m.Ec - énergie cinétique : 1 000 Ev - masse atomique : 75 g / môle Alors H = 144 75.1000 10 1 H 3 950 gauss De manière générale, les champs magnétiques requis seront compris entre 2 000 et 10 000 gauss. Concrètement, selon un premier type d'agencement, l'organe magnétique 125 est constitué par un ensemble de bobines. Si les bobines sont alimentées par un courant continu, le champ magnétique présente une orientation fixe, si bien que les trajectoires sont toutes déviées de la même manière. Seuls les flancs présentant une orientation déterminée par l'axe du champ magnétique seront implantés. Cette situation n'est pas favorable pour la plupart des dispositifs. On améliore cette situation en alimentant les bobines par un courant alternatif. Dans ce cas, les deux flancs opposés sont implantés sous réserve qu'ils soient alignés avec le champ magnétique. Ici encore, il faut orienter le substrat par rapport à l'axe du champ en fonction de l'orientation des flancs que l'on souhaite implanter. Ainsi, la meilleure solution, si l'on veut s'affranchir de l'orientation du substrat, consiste à générer un champ tournant. En référence à la figure 2, suivant un premier mode de réalisation, on prévoit six bobines réparties sur un cercle. Ce cercle est sensiblement disposé à la périphérie du porte-substrat, sous celui-ci. Les bobines sont câblées de manière connue selon le montage en étoile. Il y a en fait trois couples de bobines. Les bobines diamétralement opposées font partie d'un même couple et elles sont agencées en opposition de phase. Les bobines sont donc alimentées comme précisé sur la figure à partir d'une source de courant triphasé dont les trois phases sont repérées A, B et C. Pour régler l'amplitude du champ magnétique, on peut utiliser un roto- transformateur ou bien une alimentation à découpage. En référence à la figure 3, suivant un second mode de réalisation, on prévoit toujours six bobines réparties sur un cercle. Maintenant, ces bobines sont câblées de manière connue selon le montage en triangle. Les bobines sont ici encore regroupées par couples et elles sont toujours alimentées en courant triphasé. Lorsque le champ tourne par rapport au substrat, les flancs sont implantés quelles que soient leurs positions. On obtient un résultat équivalent en 5 faisant tourner le porte-substrat dans un champ magnétique fixe. La présente invention s'applique donc également dans le cas d'un porte-substrat tournant et d'un champ magnétique d'orientation fixée. Ce champ peut toujours être créé par des bobines. Toutefois, l'organe magnétique 125 peut ici prendre la forme d'une 10 pluralité d'aimants agencés pour produire un champ de direction fixe. L'homme du métier comprend bien que ce qui importe est que le champ magnétique présente au moins une composante parallèle au porte-substrat. En effet, l'invention s'applique aussi dans le cas d'un champ oblique pour peu que celui-ci comporte une composante efficace parallèle au porte-substrat. 15 Les exemples de réalisation de l'invention présentés ci-dessus ont été choisis eu égard à leurs caractères concrets. Il ne serait cependant pas possible de répertorier de manière exhaustive tous les modes de réalisation que recouvre cette invention. En particulier, tout moyen décrit peut être remplacé par un moyen équivalent sans sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS1. Enceinte (101) de traitement d'un substrat (107) au moyen d'un plasma comprenant un porte-substrat (104) destiné à recevoir ledit substrat, caractérisée en ce qu'elle comporte un organe magnétique (125) pour créer un champ magnétique présentant au moins une composante parallèle audit porte-substrat (104). 2. Enceinte selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit organe 10 magnétique (125) est agencé autour dudit porte-substrat (104). 3. Enceinte selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit organe magnétique (125) est agencé sous ledit porte-substrat (104). 4. Enceinte selon lune quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit porte-substrat (104) est fixe. 5. Enceinte selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit organe magnétique (125) est constitué par des bobines. 20 6) Enceinte selon la revendication 5, caractérisée en ce que lesdites bobines sont alimentées par un courant alternatif. 7) Enceinte selon la revendication 5, caractérisée en ce que lesdites 25 bobines étant alimentées par un courant triphasé, elles sont agencées pour produire un champ magnétique tournant. 8) Enceinte selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens pour faire tourner le porte-substrat 30 (104). 9) Enceinte selon la revendication 8, caractérisée en ce que ledit organe magnétique (125) est constitué par des aimants. 35 10) Enceinte selon la revendication 8, caractérisée en ce que ledit organe magnétique (125) est constitué par des bobines. 1 )