PROCEDES DE GRAVURE DE SIO2 EN PLASMAS DENSES FLUOROCARBONES POUR DES APPLICATIONS EN NANO- ET MICRO-TECHNOLOGIES - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2001

PROCESSES FOR ETCHING SIO2 IN DENSE FLUOROCARBON PLASMAS FOR NANO- AND MICRO-TECHNOLOGY APPLICATIONS

PROCEDES DE GRAVURE DE SIO2 EN PLASMAS DENSES FLUOROCARBONES POUR DES APPLICATIONS EN NANO- ET MICRO-TECHNOLOGIES

F. Gaboriau

Résumé

Fluorocarbon plasmas are used for selective etching of silicon oxide in microelectronics and more recently in optronics. Low pressure high density plasma sources (ICP reactor) allow to reach high oxide etch rates required for the different industrial applications to the detriment of a low SiO2/Si selectivity. In order to improve selectivity, hydrogen is usually mixed to fluorocarbon gases and more recently methane. This study is mainly focused on the understanding of the interaction mechanisms between the plasma and both materials. For this, we performed plasma phase analyses by mass spectrometry, Langmuir probe and optical emission spectroscopy. The etching rates of the materials have been obtained by real time in-situ ellipsometry. Besides, the surface of SiO2 and Si have been analysed by quasi in-situ X-ray photoelectron spectroscopy. The effect of H2 and CH4 addition to different fluorocarbon gases (CF4, C2F6, CHF3) and the influence of the residence time have been studied successively. We show, in very polymerising plasmas, that decreasing the residence time allows to improve considerably the etching process. In fact, we observe an increase of both the selectivity and the oxide etch rate. Besides, new and essential elements are given for a better understanding of the etching mechanisms in fluorocarbon environments. Indeed, we show that the silicon etching depends linearly on the fluorine concentration and exponentially with the (CFx) film thickness. We establish that this (CFx) thickness on silicon is linked to the (C+H)/F ratio of the different plasma radicals, ratio taking into account the deposition-etching balance of the film in formation. Furthermore, we show that the chemical nature of the ions plays an important role in the oxide etching. We have also studied the transfer into SiO2 using a Si mask varying different plasma parameters in order to optimise the etching process.
Les plasmas fluorocarbonés sont utilisés pour la gravure sélective de l’oxyde de silicium en micro-électronique et plus récemment en optronique. Les sources plasma haute densité basse pression (réacteur ICP) permettent d’atteindre des vitesses de gravure élevées nécessaires pour les différentes applications industrielles, au détriment d’une sélectivité de gravure médiocre. Afin d’améliorer la sélectivité vis à vis du masque de silicium, l’hydrogène est habituellement ajouté au gaz fluorocarboné et plus récemment le méthane. L’étude est principalement focalisée sur la compréhension des mécanismes d’interaction entre le plasma et les deux matériaux Si et SiO2. Pour cela, nous avons effectué une analyse de la phase gazeuse par spectrométrie de masse, sonde de Langmuir et spectroscopie d’émission optique. Les vitesses de gravure des deux matériaux ont été obtenues par ellipsométrie in-situ en temps réel. De plus, une analyse XPS quasi in-situ des surfaces gravées a été effectuée. L’effet de l’additif (H2 ou CH4) au gaz fluorocarboné (CF4, C2F6, CHF3) ainsi que l’influence du temps de résidence ont été successivement étudiés. Nous montrons qu’en plasma très polymérisant (mélange C2F6/CH4), diminuer le temps de résidence du gaz permet d’améliorer considérablement le procédé de gravure. En effet, nous observons alors une augmentation de la sélectivité et de la vitesse de gravure du SiO2. En outre, nous apportons des éléments supplémentaires essentiels sur les mécanismes d’interaction entre les deux matériaux Si et SiO2 et les plasmas fluorocarbonés. En effet, nous montrons que la gravure du Si dépend linéairement de la concentration en fluor atomique et de façon exponentielle avec l’épaisseur de la couche fluorocarbonée à la surface du matériau. Nous établissons aussi que cette épaisseur de la couche (CFx) sur Si est liée au rapport (C+H)/F des différents radicaux du plasma, rapport qui tient compte de la compétition dépôt-gravure du film en cours de croissance. Nous montrons également que la nature chimique des ions joue un rôle important dans la gravure de SiO2. Nous avons aussi étudié l’effet de la composition du mélange gazeux, du temps de résidence et de la distance source-échantillon sur le transfert de motifs dans SiO2 en utilisant des masques de Si ou de résine dans le souci d’optimiser le procédé de gravure.
Fichier principal
Vignette du fichier
thèse Freddy Gaboriau.pdf (4.68 Mo) Télécharger le fichier
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

tel-03114545 , version 1 (19-01-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03114545 , version 1

Citer

F. Gaboriau. PROCEDES DE GRAVURE DE SIO2 EN PLASMAS DENSES FLUOROCARBONES POUR DES APPLICATIONS EN NANO- ET MICRO-TECHNOLOGIES. Matériaux. Université de Nantes (UN), Nantes, FRA., 2001. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-03114545⟩
129 Consultations
91 Téléchargements

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More