La complexification perpétuelle des empilements et architecture des dispositifs CMOS avancés remet en cause les technologies plasma conventionnelles utilisant des réacteurs basse pression inductifs (ICP) ou capacitifs (CCP). Lorsqu’ils fonctionnent en mode continu, ces derniers montrent des limitations intrinsèques pour structurer la matière avec une précision nanométrique voire atomique. C’est pourquoi l’équipe Gravure, en fort partenariat avec l’équipementier AMAT, s’attache à proposer des concepts de gravure innovants et à développer des technologies plasma en rupture pour structurer la matière toujours plus finement. Grâce aux renouvellements successifs de nos accords de collaboration avec AMAT, les réacteurs de gravure de la plateforme 300 mm évoluent sans cesse avec les dernières avancées technologiques de l’équipementier. C’est ainsi qu’en 2009, les réacteurs ICP de la plateforme 300 mm ont été équipés de générateurs pulsés. De 2009 à 2014, l’équipe Gravure du LTM a concentré ses efforts sur la compréhension des phénomènes physiques mis en jeu dans les plasmas pulsés, et sur l’impact de ces derniers dans les procédés de gravure. Notre équipe a clairement démontré le potentiel des technologies de plasma pulsé pour améliorer le contrôle des procédés à l’échelle nanométrique et pour minimiser les dommages induits [1], [2]. Depuis 2016, la plateforme 300 mm est équipée d’un prototype de réacteur de gravure innovant, constitué de deux sources : une source plasma capacitive et une source plasma dite délocalisée qui permet d’exposer les substrats aux neutres du plasma uniquement. Ce type de réacteur permet d’étudier un nouveau concept de gravure, dit Smart Etch, qui consiste à cycler des étapes d’implantation d’ions légers réalisées à partir du plasma capacitif, et des étapes de retrait sélectif utilisant l’action des neutres produits par le plasma délocalisé. Cette approche permet de faire de la gravure quasi « couche atomique par couche atomique » (quasi-ALE, pour Atomic Layer Etching) et a montré d’excellents résultats pour la gravure sélective et anisotrope des espaceurs en nitrure pour des approches de multiple patterning [3]. Dès 2020, le réacteur dernière génération de l’équipementier AMAT va être installé sur la plateforme 300 mm. Ce réacteur est notamment équipé d’une technologie d’injection pulsée de gaz, qui ouvre la voie à des études fondamentales sur la phase du plasma ainsi que sur les interactions plasma/surface. Elle devrait notamment permettre de mettre en œuvre le concept de gravure par couche atomique (ALE), incontournable pour les technologies CMOS les plus avancées et les transistors de puissance à base de GaN.
Références :
[1] Pulsed high-density plasmas for advanced dry etching processes, S. Banna et al, J. Vac. Sci. Technol. A 30, 040801 (2012).<10.1116/1.4716176>
[2] Reducing damage to Si substrates during gate etching processes by synchronous plasma pulsing, C. Petit-Etienne et al., J. Vac. Sci. Technol. B 28, 926-935 (2010) <10.1116/1.3483165>
[3] Atomic-scale silicon etching control using pulsed Cl2 plasma , C. Petit-Etienne et al.J. Vac. Sci. Technol. B 31, 011201 (2013)<10.1116/1.4768717>
[3] Silicon recess minimization during gate patterning using synchronous plasma pulsing, C. Petit-Etienne et al, J. Vac. Sci. Technol. B 30, 040604 (2012) <10.1116/1.4737125>
[4] Two step cycling process alternating implantation and remote plasma etching for topographically selective etching: application to SiN spacezr etching, V. Renaud et al, J. Appl. Phys XXx
