Paramètres d'évaluation et application de la gravure sèche
Paramètres d'évaluation de la gravure RIE
Dans le procédé de gravure RIE, plusieurs paramètres clés permettent d'évaluer l'efficacité de la gravure et la qualité du processus. Ces paramètres comprennent la vitesse de gravure, le taux de sélection, la taille critique (CD), le décalage dimensionnel et l'angle du motif de gravure.
Vitesse de gravure (ER)
La vitesse de gravure correspond à la quantité de matière enlevée par unité de temps. Afin d'améliorer l'efficacité du procédé, on souhaite généralement que cette vitesse soit la plus élevée possible. Cependant, une vitesse de gravure trop élevée peut nuire à l'uniformité et à la précision de la gravure ; il est donc nécessaire de trouver un compromis entre vitesse et précision.
Rapport de sélectivité
Le rapport de sélectivité désigne le rapport des vitesses de gravure entre le matériau cible et le masque ou le substrat. Un rapport de sélectivité élevé limite les dommages causés au masque ou au substrat lors de l'élimination du matériau cible. Le contrôle du rapport de sélectivité est particulièrement important lors de la fabrication de structures en grille, car la couche d'oxyde y est très mince.
Dimension critique, CD
La taille de la clé fait référence à la taille de l'image après gravure. Le contrôle de la dimension critique (CD) influe directement sur les performances électriques du circuit, notamment sur la tension de seuil du transistor. Lors de la fabrication, il est impératif de maîtriser strictement les variations de CD afin d'optimiser les performances et le rendement du produit.
Le décalage dimensionnel correspond à la différence entre la taille de l'image gravée et celle du masque original. Un contrôle précis de la gravure permet de minimiser ce décalage et ainsi de garantir la précision du rendu graphique.
Le motif de gravure idéal doit présenter des parois latérales verticales proches de 90°. Des angles excessifs (chanfreinage) peuvent entraîner une accumulation de charges lors des processus ultérieurs, ce qui peut affecter les performances du dispositif, tandis que des angles inverses (chanfreinage inverse) peuvent créer des zones d'ombre, ce qui peut nuire à l'implantation ionique ultérieure.
La technologie RIE permet de graver divers matériaux semi-conducteurs, notamment les métaux, les isolants et les matériaux à base de silicium. Les exigences du procédé de gravure étant très différentes selon les matériaux, le choix du gaz de gravure RIE et des paramètres de procédé doit être optimisé pour chaque matériau.
gravure sur métal
Dans la fabrication des semi-conducteurs, la gravure chimique des métaux est principalement utilisée pour la réalisation des interconnexions. Parmi les métaux couramment gravés figurent l'aluminium, le cuivre et le tungstène. Prenons l'aluminium comme exemple : le chlore gazeux (Cl₂) est couramment utilisé pour sa gravure, et son produit de réaction est le chlorure d'aluminium (AlCl₃), volatil et rapidement éliminable. Afin d'améliorer le rendement, des gaz auxiliaires tels que le chlorure de silicium (SiCl₄) peuvent être utilisés pour protéger le masque tout en garantissant la vitesse de gravure.
Les matériaux isolants couramment gravés comprennent le dioxyde de silicium (SiO₂) et le nitrure de silicium (Si₃N₄). La silice est généralement gravée dans des gaz fluorés tels que le CF₄ et le CHF₄. Le radical fluor réagit avec la silice pour former le SiF₄ volatil. La gravure du nitrure de silicium peut être réalisée en mélangeant les gaz (CF₄ avec O₂, etc.) afin d'améliorer le rapport de sélection et la vitesse de gravure.
La gravure des matériaux en silicium est principalement utilisée pour former la structure de grille des transistors à isolation par tranchée. La gravure du silicium monocristallin utilise généralement des gaz à base de brome, tels que HBr. Lors de la gravure, le radical brome réagit avec le silicium pour former le SiBr₄ volatil, garantissant ainsi l'anisotropie et la haute sélectivité de la gravure. La gravure du polysilicium est largement utilisée pour la gravure de grille ; un mélange de chlore (Cl₂) et de HBr permet d'augmenter la vitesse de gravure et d'assurer une bonne protection des parois latérales.
