FR2846471A1 - Dispositif et procede de gravure anisotrope au plasma d'un substrat, notamment d'un corps en silicium - Google Patents

Abstract

Procédé et dispositif de gravure anisotrope au plasma d'un substrat (59) notamment en silicium. Le dispositif comporte une chambre (53) et une source de plasma générant un champ électromagnétique alternatif à haute fréquence et une plage de réaction (20) pour former un plasma avec des espèces réactives dans la chambre (53). Ces espèces sont formées par l'action du champ alternatif sur le gaz de gravure et de façon simultanée et séparée dans l'espace sur le gaz de passivation. Un moyen (5, 62, 63) définit dans la plage de réaction (20) une première zone (33) pour le gaz de gravure et une seconde zone (32) pour le gaz de passivation. Le dispositif comporte une plage de réaction (20) suivie d'une plage de mélange (21) dans laquelle on mélange les deux espèces réactives formées à partir du gaz de gravure et du gaz de passivation avant d'agir sur le substrat (59).

Description

Domaine de l'invention La présente invention concerne un dispositif et un

procédé de gravure anisotrope d'un substrat, notamment d'un corps en silicium, avec une source de plasma pour générer un champ alternatif 5 électromagnétique à haute fréquence, une chambre et une zone de réaction pour générer un plasma avec une espèce réactive dans la chambre par action du champ alternatif sur un gaz de gravure introduit dans la plage de réaction et un gaz de passivation introduit dans la plage de réaction, avec des moyens prévus pour définir dans la plage de 10 réaction, au moins une première zone recevant principalement ou au moins pratiquement exclusivement du gaz de gravure et dans la plage de réaction, au moins une seconde zone recevant principalement ou pratiquement exclusivement du gaz de passivation, et avec en aval de la plage de réaction, une plage de mélange pour mélanger l'espèce réactive 15 générée dans la première zone à partir du gaz de gravure et l'espèce réactive générée dans la seconde zone à partir du gaz de passivation,

avant d'agir sur le substrat.

Etat de la technique Dans le cas de la gravure anisotrope au plasma à débit 20 élevé dans du silicium avec les meilleures sélectivités par masquage et

contrôle de profil, par exemple comme décrit dans le document DE 42 41 045 Cl, il faut appliquer une passivation stable sur les parois latérales des structures à graver; mais cette passivation doit pouvoir s'enlever de nouveau facilement du fond de la structure à graver et en 25 conservant la sélectivité du masque, c'est-à-dire par apport d'ions à faible énergie par unité de temps. En même temps, il faut une densité élevée en espèce de gravure pour enlever le silicium du fond que l'on grave.

Comme espèces de gravure on utilise habituellement des radicaux fluorés obtenus à partir de gaz de gravure fluoré comme SF6, 30 NF3, CIF3, BrF3, etc.., que l'on décompose dans un plasma très dense.

Comme espèces de passivation on envisage surtout des monomères formant du Téflon à partir de gaz de passivation comme C4F8, C3F6 ou autres hydrocarbures fluorés avec de préférence un rapport fluor/carbone, faible par exemple 2:1 ou moins, composants qui sont 35 également ouverts dans un plasma très dense.

Les monomères formant du Téflon développent un film protecteur sur la paroi latérale qui évite l'attaque de la paroi latérale par gravure et permet l'anisotropie souhaitée de la gravure alors que des ions incidents, dirigés, concernent surtout le fond gravé et permettent 5 d'enlever de nouveau de manière préférentielle les films protecteurs de type Téflon de sorte que le fond gravé reste pratiquement dégagé du film protecteur alors que les radicaux fluorés comme espèces de gravure attaquent les surfaces du silicium dégagées au fond du sillon.

Si l'on cherche à introduire dans le plasma à la fois des 10 gaz de gravure fournissant le fluor et des gaz de passivation formant des

polymères, et que l'on décompose ces composants pour avoir en même temps une densité élevée en espèce pour la gravure et en espèce pour la passivation, on observe une influence réciproque nocive et une recombinaison gênante des deux espèces; ainsi au lieu de développer des 15 films de polymères sur les parois latérales et d'assurer une gravure efficace au fond du sillon, les radicaux de fluor et les générateurs de Téflon, susceptibles de polymérisation réagissent pour donner des combinaisons fluorées saturées qui sont pratiquement inactives vis-àvis du silicium.

Le document US 5 498 312 tient compte de cette difficulté et propose d'utiliser une densité de plasma particulièrement élevée pour arriver par réaction de recombinaison non voulue des espèces incompatibles, à un taux de production plus élevé des deux espèces.

Toutefois si l'on se rapporte au taux de gravure du silicium par kWatt 25 de puissance de plasma, cette solution est relativement inefficace et délicate pour le contrôle du profil et la contamination du réacteur avec les polymères provoquée avant tout par l'excédant nécessaire de gaz de

passivation par rapport au gaz de gravure.

Le document US 6 303 512 propose une autre solution 30 consistant à utiliser des gaz de gravure et des gaz de passivation plus

compatibles entre eux. Ainsi, cette solution propose d'utiliser comme gaz de gravure fournissant le fluor, SF6 ou ClF3 et de réaliser la passivation en utilisant de l'oxygène et du tétrafluorure de silicium par dépôt d'un film protecteur de type SiO2 sur les parois latérales des structures 35 à graver. Les radicaux fluorés et les radicaux d'oxygène ou SiF4 ne réa-

gissent ou ne se combinent entre eux de sorte que l'on peut utiliser ce gaz de gravure et de passivation sans difficulté comme mélange gazeux figé. Mais l'inconvénient est que la passivation des parois latérales donne des films relativement durs de type SiO2 qui nécessitent un ap5 port d'énergie élevée par introduction dirigée d'ions pour casser le fond

à graver ce qui diminue fortement la sélectivité du masque. Le procédé de gravure selon le document US 6 303 512 doit être mis en oeuvre avec une limite de sélectivité du masque ce qui augmente le risque d'une rugosité non voulue du fond gravé et la formation de barbe. La passivation 10 à l'aide de la silice SiO2 peut en outre avoir l'inconvénient que la nonhomogénéité de l'apport d'énergie au substrat attaqué entraîne des effets parasites beaucoup plus intenses que celui des films de type Téflon.

Le document DE 42 41 045 Cl résout le problème de la " coexistence non pacifique " entre les radicaux de fluor qui attaquent la 15 silice Si et les monomères formant de films de type Téflon en ce qu'on

forme ces radicaux en les décalant dans le temps ou de façon alternée.

On réalise ainsi des films de type Téflon par des cycles de passivation et ensuite on les enlève de nouveau par des cycles de gravure isotrope et on redépose plus profondément dans les sillons ainsi creusés. On réa20 lise ainsi un effet de protection en déplaçant le film de la paroi latérale dans la profondeur des sillons. Mais la difficulté est la stabilité limitée du plasma pendant le changement de gaz lorsque les variations dans le plasma se traduisent par une mauvaise adaptation de la haute fréquence injectée ou du rayonnement micro-ondes. Cela entraîne de la 25 puissance réfléchie jusqu'à la disparition de la décharge du plasma (clignotement). De plus, ce procédé ne permet pas dans chaque cas de réaliser des parois latérales parfaitement lisses pour les sillons ce qui peut être un inconvénient pour les applications optiques avec des surfaces

formant des miroirs.

But de l'invention La présente invention a pour but de développer un procédé comme celui décrit dans le document DE 42 41 045 Cl pour la gravure anisotrope à fort débit d'un substrat semi-conducteur tel que du silicium à l'aide d'un plasma et un dispositif pour la mise en oeuvre 35 de ce procédé permettant de remédier aux inconvénients de la solution

décrite dans le document rappelé ci-dessus pour éviter les instabilités du procédé et des phénomènes transitoires et d'arriver à des parois latérales aussi lisses que possible pour les sillons sans ondulation de paroi.

Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention concerne un dispositif du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que le moyen est un insert notamment cylindrique symétrique en vue de dessus, intégré ou rapporté à la chambre et ayant une paroi extérieure et une plaque de recouvrement, cet insert étant traversé par au moins un tube de guidage définissant 10 une zone de gaz de passivation, la plaque de recouvrement ayant un

orifice d'entrée de gaz associé au tube de guidage, et la plaque de recouvrement comporte au moins un autre orifice d'entrée de gaz qui conduit à l'intérieur de l'insert ou qui est relié au moins à un autre tube de guidage définissant notamment une zone de gaz de gravure.

Dans ce dispositif, de préférence le ou les tubes de guidage et/ou l'insert sont ouverts du côté tourné vers le substrat et débouchent dans la zone de mélange ou l'insert comporte sur son côté tourné vers le substrat, une plaque de fond avec au moins un orifice de

sortie de gaz.

Selon un autre aspect du dispositif, le moyen comporte au moins une lance de gaz de gravure permettant d'induire, pendant le fonctionnement, un flux de gaz de gravure dirigé, et/ou au moins une lance de gaz de passivation permettant d'induire en fonctionnement un flux de gaz de passivation dirigé, ou le moyen comporte une tête de 25 douche avec au moins une ouverture pour le gaz de gravure et au moins

une ouverture pour le gaz de passivation.

L'invention concerne également un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'on utilise une quantité de gaz de passivation réduite au minimum par rapport à la quantité de gaz de gravure. 30 Le dispositif et le procédé selon l'invention présentent l'avantage vis-à- vis de l'état de la technique d'éviter l'alternance permanente entre le gaz de gravure et le gaz de passivation dans le dispositif de gravure au plasma. On évite ainsi les instabilités liées au procédé et globalement on obtient des parois latérales plus lisses pour les sillons 35 ainsi gravés. On conserve néanmoins les avantages du procédé de l'état de la technique et les paramètres de procédé et configurations de l'installation développée à cette occasion peuvent toujours s'utiliser indépendamment des nouveaux moyens prévus pour définir les zones de gaz de gravure et de gaz de passivation. Ainsi le dispositif selon 5 l'invention s'applique facilement à des installations existantes et le procédé selon l'invention peut se réaliser sans investissement important et sans développer de nouveaux paramètres de procédé, en s'appuyant sur

la base du procédé connu selon le document DE 42 41 045 CI.

Selon un autre aspect du procédé selon l'invention, dans 10 le gaz de passivation on introduit au moins approximativement de façon indépendante du flux de gaz de passivation, dans la plage de réaction, au moins une fraction pratiquement constante de l'énergie injectée dans

le plasma par la source de plasma.

Il est particulièrement avantageux que le procédé selon 15 l'invention permette de réaliser de façon continue, des profils de gravure perpendiculaires et très lisses en particulier dans le silicium avec des vitesses de gravure très élevées. En particulier, on réalise ainsi des parois latérales lisses pour l'optique, comme l'exigent les composants optiques tels qu'un micro-miroir. En même temps, on arrive à une précision 20 plus élevée de la structure avec une réduction de la perte de dimension critique ce qui est de plus en plus important pour les micro- capteurs futurs. Il est avantageux d'ajouter une certaine teneur en oxygène au gaz de gravure SF6 traversant les zones de gaz de gravure ser25 vant à réaliser les radicaux de fluor. Cet apport d'oxygène n'influence

pas de manière négative le procédé tout en assurant la réaction de combinaison du soufre pour donner S02 ou des matières relatives analogues au lieu de se déposer dans la plage des gaz d'échappement de l'installation de gravure au plasma sous la forme d'une couche de sou30 fre de type polymère à chaîne longue.

Suivant une autre caractéristique avantageuse, on utilise des matières céramiques pour la cuve du dispositif de gravure au plasma, si au gaz de passivation traversant les zones de passivation qui servent à générer des monomères formant du Téflon, on ajoute également 35 de faibles quantités d'oxygène pour éviter le développement de particu-

les de graphite qui pourraient agir comme micro-masques gênants en cours de gravure sur le substrat semi-conducteur qui, en général, est une plaquette de silicium. La teneur en oxygène du gaz de passivation inoffensif pour le procédé correspond à des quantités d'oxygène de 5 l'ordre de 10 à 20 % du niveau d'oxygène ajouté au gaz de gravure.

Lorsqu'on utilise du verre de quartz ou un autre verre comme matière pour la cuve, en général il n'est pas nécessaire d'ajouter de l'oxygène car les particules de graphite ne peuvent pas se former à la surface du

verre du fait de l'oxygène chimiquement combiné qui s'y trouve.

Il est également avantageux que le dispositif de gravure au plasma soit utilisé en combinaison avec un discriminateur magnétique d'ions. La technique déjà décrite pour régler les courants réciproques dans la bobine magnétique en dessous de la zone proprement dite de génération du plasma ou source de plasma, permet d'obtenir des ré15 sultats de gravure particulièrement uniformes sur toute la surface supérieure. De plus, dans le cas du plasma à couplage inductif utilisé de préférence dans le cadre de la présente invention, il est avantageux

d'utiliser une alimentation équilibrée de la bobine inductive.

Enfin, il est avantageux si pendant l'exécution du procédé 20 de gravure au plasma ci-dessus on modifie de façon continue ou pas à pas les paramètres du procédé par exemple la pression du procédé, la puissance du plasma, la puissance de polarisation du substrat, la tension de polarisation du substrat, le flux des gaz du procédé ou la température du substrat. En particulier il est avantageux que le rapport du 25 flux de gaz de passivation varie par rapport au flux de gaz de gravure

pendant l'opération de gravure, de façon continue ou par étapes discrètes.

Il est également avantageux pour le développement du procédé du point de vue de l'installation, que le procédé proprement dit 30 se combine dans le procédé de gravure tel que décrit ci-dessus ou dans

l'installation de gravure. Ainsi on peut notamment utiliser la technique des doubles impulsions pour la tension de polarisation de substrat ou la puissance fournie au substrat ou qui sert avant tout à éliminer la formation d'une poche au niveau d'une interface diélectrique servant 35 d'arrêt pour la gravure, dans le cas du présent procédé.

Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure la est un schéma de principe d'un premier mode de réalisation d'un insert appliqué à la chambre de l'installation de gravure au plasma, - la figure lb est une coupe de la figure la suivant le plan de coupe représenté, - la figure 2a montre une seconde forme de réalisation de l'insert en variante de celle de la figure la, - la figure 2b est une coupe de la figure 2a suivant le plan de coupe représenté, - la figure 3a montre une autre variante de réalisation de l'insert par 15 rapport à celle de la figure la ou de la figure lb, - la figure 3b est une coupe de la figure 3a, - la figure 4 montre un quatrième mode de réalisation de l'insert, - la figure 5a est une vue de dessus d'un autre mode de réalisation de l'insert, - la figure 5b est une coupe de la figure 5a suivant le plan de coupe représenté, - la figure 6 est un schéma de principe d'une installation de gravure au plasma, - la figure 7 est un autre exemple de réalisation qui est une variante 25 de celui de la figure Sa, - la figure 8 montre une variante de réalisation d'une installation de

gravure au plasma par rapport à celle de la figure 6.

Description du mode de réalisation

Le dispositif selon l'invention et le procédé selon 30 l'invention pour la mise en oeuvre de ce dispositif concerne en premier lieu de ne pas séparer chronologiquement la formation d'espèces de gravure (F) obtenue par gravure du silicium et d'espèces de passivation (CnF2n) formant de films contenant du Téflon comme cela est connu par exemple selon le document DE 41 42 045 Cl, en faisant une séparation 35 dans l'espace de la formation des deux espèces dans l'installation de gravure au plasma, pour générer ces deux espèces, simultanément et pratiquement sans interaction négative, l'une avec l'autre. Il convient toutefois de remarquer qu'à côté de la séparation spatiale on peut également avoir toujours encore une séparation dans le temps c'est-à-dire 5 que le concept proposé par l'invention peut le cas échéant se composer également avec la procédure décrite dans le document

DE 42 41 045 Cl. Mais, en général, cela n'est pas nécessaire.

En pratique, dans l'installation de gravure au plasma 70, dans la source de plasma, c'est-à-dire dans une plage de réaction 20, 10 on a tout d'abord prévu au moins une zone de gaz de gravure 23 qui est

traversée principalement ou de façon dominante par un gaz de gravure fournissant des radicaux de fluor tels que SF6, cela signifie que dans ce gaz il y aura en grande partie une génération de radicaux de fluor induisant du plasma.

De plus, dans la source de plasma, dans la zone de réaction 20, il est prévu au moins une zone de gaz de passivation 22 traversée pour l'essentiel ou de façon principale par un gaz de passivation formant des monomères développant du Téflon comme par exemple C4F8 (Octofluorocyclobutane), C3F6 (Hexafluoropropène), C4F6 (Hexafluo20 ro-1, 3-butadiène) ou C5F8 (Octafluoro-1,3-pentadiène ou Octafluorocyclopentène) ; c'est-à-dire que dans ce gaz il y a au moins principalement des monomères formant du Téflon et dont la génération est induite par

le plasma.

Enfin, l'installation de gravure au plasma 70 comporte 25 entre la source de plasma et le substrat 59 à graver, qui est en général une plaquette de silicium, une zone de mélange 21 qui se situe principalement à l'extérieur de la source de plasma ou de la zone de gaz de gravure 23 et de la zone de gaz de passivation 22. Dans cette plage de mélange 21 on a, après le développement préalable d'une densité aussi 30 forte que possible de l'espèce de gravure et de l'espèce de passivation dans la zone de gaz de gravure 23 ou dans la zone de gaz de passivation 22, qui ont été générées très largement de façon indépendante l'une de l'autre, on réalise ensuite un mélange aussi profond que possible des

deux espèces sur leur trajet vers le substrat 59 à graver.

Ce mélange est nécessaire pour que le gaz de réaction présente une composition homogène à l'endroit du substrat 59 ce qui est la condition d'un résultat de gravure homogène sur toute la surface supérieure du substrat. Dans le cas contraire, lors du mélange, il y au5 ra a priori une recombinaison non souhaitée comme cela a été décrit pour les deux types d'espèces avec neutralisation réciproque.

Toutefois, on a constaté de manière surprenante que ce mélange qui, selon l'invention, se produit en grande partie seulement à l'extérieur de la source de plasma ou de la ou des zones de gaz de gra10 vure 23 et de la ou les zones de gaz de passivation 22, là ou le mélange s'est déjà détendu vers l'électrode de substrat 60 et vers le substrat 59 prévu sur celle-ci, il présentera vis-à-vis de l'état de la technique, sur le plan de la recombinaison non voulue des deux types d'espèces, des effets moindres. En particulier on a constaté que l'existence d'une densité 1 5 élevée des deux sortes d'espèces était moins perturbatrice sur le plan de la recombinaison non souhaitée mais bien au contraire, la présence simultanée des deux matières premières au même endroit de génération à savoir dans la zone de la source de plasma ou dans la zone de réaction 20. A cet endroit, lorsque le gaz est mélangé, la présence du gaz de gra20 vure modifie les conditions du plasma de sorte qu'il n'est plus possible

de générer de manière efficace l'espèce de passivation; selon l'état de la technique, cela nécessite un excédent important de gaz de passivation si bien que le procédé dans sa globalité perd considérablement en vitesse de gravure.

Si au contraire dans le cas o on a d'une part formé aussi indépendamment que possible et à partir des matières premières, une forte densité de radicaux de fluor et de monomères développant un film de Téflon, ce que l'on obtient par la séparation spatiale en zone distincte c'est-à-dire en une zone de gaz de gravure 23 et une zone de gaz de pas30 sivation 22, alors, la réunion des deux sortes d'espèces à l'extérieur de ces zones 22, 23 et ainsi en particulier à l'extérieur de la source de plasma ne perturbe plus. Dans ces conditions, lorsque l'on a obtenu d'une part une densité élevée de l'espèce de passivation et de l'espèce de gravure, indépendamment l'une de l'autre et notamment la longueur 35 des chaînes et ainsi la masse des espèces de passivation c'est-à-dire des chaînes de précurseurs sous forme de radicaux, comme du Téflon pour les radicaux formant du Téflon est déjà relativement importante, alors la réaction de recombinaison n'est plus aussi décisive que si les deux sortes d'espèces réagissaient déjà pendant le procédé de formation dans 5 le plasma, de manière concurrente et sur les conditions de formation du

plasma telles que la densité des électrons et la température des électrons. La situation est d'autant moins critique que les chaînes de précurseurs de type Téflon sont grandes à leur entrée dans la zone de mélange; en d'autres termes, plus les chaînes de radicaux sont longues 10 et ramifiées sous la forme (CF2)n.

La figure la montre un premier exemple de réalisation de l'invention sous la forme d'une vue schématique en perspective. Pour cela, on utilise selon les figures 6 ou 8, une chambre 53 de l'installation de gravure au plasma 70 dans laquelle s'effectue la gravure avec une 1 5 source de plasma à couplage inductif, agissant sur la zone de réaction

20. De plus, la zone de réaction 20, présente au moins par endroits, un insert 5 ayant en vue de dessus une forme d'étoile et qui offre de préférence lorsqu'on regarde dans l'espace, la surface d'un cylindre comme enveloppe en étant subdivisé en plusieurs zones 22, 23 au moins très 20 largement séparées vis-à-vis d'un gaz.

De façon détaillée, dans la zone de réaction 20 soumise à l'action de la source de plasma, il y a plusieurs zones de gaz de gravure 23 et zones de gaz de passivation 22; les zones de gaz de gravure 23 sont parcourues par le gaz de gravure et les zones de gaz de passivation 25 22 par un gaz de passivation correspondant. Les zones de gaz de gravure 23 et de gaz de passivation 22 alternent de préférence en vue de dessus par rapport à l'insert 5. L'alimentation du gaz dans chacune des différentes zones 22, 23 se fait par des entrées de gaz ou des orifices d'entrée de gaz 12, 13 correspondants. Ces orifices sont réalisés sous la 30 forme de perçages dans la plaque de recouvrement 14 de l'insert 5 ainsi cela permet une alimentation simultanée des zones de gaz de gravure 23 par du gaz de gravure SF6 et des zones de passivation 22 par du gaz de passivation C4F8 sans qu'il n'en résulte un mélange de ces gaz déjà

dans la zone de formation du plasma ou de la source de plasma.

Il La figure lb montre la structure en étoile de l'insert 5, en vue de dessus sur un plan de coupe parallèle à l'une des surfaces de base de l'insert 5; une bobine 10 est également indiquée de manière schématique. Cette bobine entoure l'insert 5 qui se trouve dans la zone 5 de génération de plasma de l'installation de gravure au plasma 70 et

génère le plasma voulu à l'intérieur de l'insert 5 par couplage inductif.

L'insert 5 ne comporte pas nécessairement une surface enveloppe extérieure par exemple cylindrique car celle-ci peut également être formée par la paroi de la chambre 53 ou par une cuve instal10 lée ou intégrée dans la zone de l'insert 5 sur la chambre 53. Pour cela,

l'insert 5 est dimensionné de manière appropriée et est adapté au diamètre de la chambre 53 ou de la cuve ou y est installé ou fixé par soudure.

L'insert 5 comporte de préférence à côté des cloisons 24 15 partant du centre en forme d'étoile, et qui définissent les zones de gaz de gravure 23 et les zones de gaz de passivation 22, en plus également une cloison extérieure 44 formant l'enveloppe et qui est en général cylindrique ou en forme de manchon de sorte que l'insert 5 pris en luimême c'est-à-dire avant sa mise en place dans l'installation de gravure 20 au plasma 70 définit également des zones de gaz de gravure 23 et des zones de gaz de passivation 22 séparées latéralement. Ce mode de réalisation est plus compliqué mais rend l'insert 5 indépendant de la géométrie de l'installation de gravure au plasma 70 ce qui augmente la

diversité de ces applications.

Le flux global de gaz de gravure ou de mélange de gaz de gravure et de flux global de gaz de passivation ou de mélange de gaz de passivation dans l'insert 5 est contrôlé par un régulateur de débit massique, habituel; le flux total respectif de gaz se répartit de préférence régulièrement entre les zones équivalentes 22, 23. En variante il est 30 également possible d'associer à chacune des zones 22, 23 un régulateur de débit massique qui lui est propre et qui commande individuellement

la quantité de gaz alimentant chacune des zones 22, 23.

La génération du plasma se fait dans l'exemple décrit par la bobine 10 entourant la cuve de l'installation de gravure au plasma

70. Cette bobine 10 comporte une ou plusieurs spires et elle est alimentée de manière équilibrée.

L'allumage du plasma dans les différentes zones 22, 23 induites par plages dans l'insert 5 ne présente pas de difficulté car la 5 bobine 10 est directement adjacente à chacune des zones 22, 23 et les

champs électriques pénétrant dans ces volumes assurent une préionisation suffisante avant que ne s'établisse le mode inductif de plasma, tel que souhaité.

Si l'on utilise un insert 5 en verre de quartz, alors le 10 rayonnement ultraviolet produit assure en outre l'allumage régulier du

plasma dans toutes les zones 22, 23 dès que seulement l'une des zones 22, 23 s'est allumée et émet un rayonnement UV; dans ce cas, indépendamment d'une action électrique, on poursuit l'allumage par la préionisation UV.

1 5 L'insert 5 est de préférence en verre de quartz et la chambre 53 ou la cuve rapportée à la chambre 53 est en céramique; l'insert 5 est simplement placé dans la chambre 53 ou dans la cuve et doit être adapté aussi bien que possible à sa géométrie ou encore être

soudé à celle-ci.

Les conditions relatives à l'étanchéité ou la perméabilité

au gaz des différentes zones 22, 23 entre elles ne sont pas très strictes.

En particulier, il est suffisant que chaque fois au moins la partie principale du gaz qui traverse la zone respective 22, 23, qu'il s'agisse d'un gaz de gravure ou d'un gaz de passivation soit du type concerné c'est-à-dire 25 un gaz de gravure ou un gaz de passivation. Il est toutefois préférentiel que la construction soit telle pour qu'il n'y ait pas de mélange ou seulement un mélange négligeable entre le gaz de gravure et le gaz de passivation dans la zone de l'insert 5 ou dans la zone de réaction 20. On remarque toutefois qu'un tel mélange ne peut être totalement évité 30 surtout dans la partie inférieure de la zone de l'insert tournée vers le

substrat 59 à graver, car cette zone y est ouverte de sorte que le mélange ne peut être totalement exclu et bien plus il est même souhaité.

Le nombre de zones 22, 23 de l'insert de l'exemple de réalisation décrit est un nombre pair; il est par exemple égal à six et de 35 préférence compris entre huit et douze pour atteindre un résultat de gravure homogène. De façon correspondante, l'insert 5 sera alors une étoile à six branches, à huit branches ou à dix branches, pour être placée dans la cuve proprement dite ou dans la chambre 53 de l'installation de gravure au plasma 70.

Sous la source de plasma qui dans l'exemple de réalisation décrit peut également être appelée source de plasma multipolaire à couplage inductif, dans chacune des zones 22, 23 le gaz de gravure ou le gaz de passivation formé par le plasma arrivera dans ces zones. Les gaz se mélangent dans la plaque de mélange 21 sur la poursuite du 10 chemin vers l'électrode de substrat 60 et sur le substrat 59 correspondant. La figure 2a montre un second exemple de réalisation particulièrement avantageux de la subdivision par zones du volume intérieur de l'installation de gravure au plasma 70 dans la plage de réac15 tion 20 en zone de gravure 23 et zone de passivation 22 pour générer d'une manière séparée dans l'espace mais néanmoins simultanée, des

espèces de gravure et des espèces de passivation à l'aide de l'insert 5.

Pour cela on a prévu plusieurs tubes 32, 33, 34 reliés de manière étanche ou soudés chaque fois contre une plaque de recouvre20 ment 14 ayant des perçages correspondants pour former des orifices

d'entrée de gaz 12, 13, et contre une plaque de fond 11 avec des orifices de sortie de gaz 23 sur sa face frontale. Chacun des tubes 32, 33, 34 définit une zone de formation de l'espèce de gravure ou de passivation c'est-à-dire qu'il délimite une zone de gaz de gravure 23 ou une zone de 25 gaz de passivation 22.

Autour de la disposition ainsi formée de tubes 32, 33, 34 ayant une enveloppe au moins approximativement cylindrique, on installe de nouveau la bobine 10 qui y génère le plasma nécessaire pour la formation de l'espèce pour la gravure et de l'espèce pour la passivation. 30 Dans le montage selon la figure 2a qui est une nouvelle fois représentée en coupe à la figure 2b, on utilise sept tubes. Le tube intérieur ou tube de guidage central 34 est de préférence balayé par le gaz de passivation alors que les tubes extérieurs, l'entourant de manière concentrique ou tubes de guidage extérieurs 32, 33 sont traversés al35 ternativement dans la direction périphérique par du gaz de gravure et du gaz de passivation. Cela signifie que chacun des tubes 33 traversé par le gaz de gravure est voisin d'un tube 32 traversé par le gaz de passivation. On remarque toutefois que le tube intérieur 34 est en principe

également parcouru par du gaz de gravure.

Le nombre total des tubes 32, 33, 34 qui correspond là encore à un insert extractible 5 au niveau de la source de plasma ou en variante sont également installés de manière définitive dans l'installation de plasma 70, correspond à un nombre impair selon la figure 2b et dans le but d'atteindre un résultat de gravure aussi homo10 gène que possible, ce nombre est en général égal au moins à sept et

mieux à neuf à onze ou plus.

La bobine 10 selon la figure 2a ou la figure 2b est conduite autour de l'enveloppe extérieure des tubes 32, 33, 34 avec là encore de préférence une alimentation équilibrée de la bobine.

Les espèces produites c'est-à-dire les radicaux de fluor comme espèce pour la gravure et les radicaux CnF2n de l'espèce pour la passivation, sortent chaque fois par l'extrémité inférieure ouverte des tubes 32, 33,. 34; en d'autres termes, ces espèces sortent dans la zone des orifices intérieurs de sortie de gaz 25 pour pénétrer dans la cham20 bre de procédé 53 et peuvent ainsi se mélanger sur leur trajet vers le substrat à graver 59, tout d'abord dans la zone de mélange 21 pour se mélanger. Dans la disposition des tubes de guidage 32, 33, 34 selon la figure 2a, il est bien plus nécessaire d'utiliser comme matière pour 25 ces verres de quartz puisque à l'intérieur du tube de guidage central 34,

pour allumer le plasma il faut en général un rayonnement UV incident.

Mais comme seuls les tubes de guidage extérieurs 32, 33 sont directement adjacents à la bobine inductive 10 et qu'en général ce n'est que dans ces tubes extérieurs 32, 33 qu'il y a une pré-ionisation électrique 30 suffisamment élevée pour allumer le plasma à couplage inductif, et ainsi allumer le plasma dans le tube de guidage central 34 si bien que la préionisation par le rayonnement ultraviolet à partir des tubes 32, 33 extérieurs qui l'entourent constitue un mécanisme décisif. En particulier, les champs électriques générés par la bobine 10 ne suffisent plus 35 en général pour garantir l'allumage du plasma dans le tube de guidage central 34. D'un autre côté, le verre en quartz présente également pour d'autres points de vue, des propriétés avantageuses de sorte que son utilisation est d'emblée préférentielle. Le verre de quartz est une matière particulièrement qui lui est " propre " car lors de la gravure dans 5 l'installation de gravure 70, on évite les particules de graphite et autres micro-masques, et en particulier on évite efficacement leur dépôt sur le substrat 59 dont la surface est particulièrement lisse, de façon optimale

pour le confinement du plasma.

Le montage des tubes de guidage 32, 33 pour le gaz de 10 gravure et le gaz de passivation est préférable par rapport à l'autre exemple de réalisation représenté aux figures 3a, 3b, pour l'utilisation de tubes en matière céramique et n'utilise pas le tube de guidage central 34. Pour le reste, la réalisation correspond à celle des figures 2a, 2b. 1 5 L'étanchéité des tubes 32, 33 se fait selon la figure 3a par

exemple du côté frontal par des joints toriques par rapport à la plaque de recouvrement 14 avec les orifices d'entrée de gaz 12, 13 et/ou la plaque de fond 11 avec les orifices de sortie de gaz 25, inférieurs. En variante, les faces frontales des tubes 32, 33 peuvent également être 20 soudées à la plaque de recouvrement 14 et/ou à la plaque de fond 11.

Dans la mesure o celles-ci sont réalisées en verre de quartz ou permettent une liaison mécanique directe avec les tubes 32, 33.

Les orifices de sortie de gaz 25, inférieurs au niveau de la plaque de fond 11 sont traversés par les espèces réactives produites 25 dans les zones de gaz de gravure 23 et les zones de gaz de passivation 22 et se mélangent dans la zone de mélange 21 avant d'agir sur le substrat à graver 59. Les orifices de sortie de gaz 25 inférieurs ont pour cela de préférence un diamètre qui correspond au diamètre intérieur du

tube respectif 32, 33, 34.

Autour de la répartition des tubes 32, 33 selon les figures 3a, 3b qui est notamment concentrique par rapport au centre de l'installation de gravure au plasma 70 et aussi de l'insert 5, on a de nouveau la bobine 10 de façon analogue aux exemples de réalisation précédents. Cette bobine est de préférence reliée à une alimentation 35 équilibrée avec un réseau adaptateur. Comme tous les tubes 32, 33 sont directement adjacents à la bobine 10, l'allumage du plasma à l'intérieur des tubes 32, 33 se fait sans difficulté par une action électrique capacitive. De plus, la matière de la paroi des tubes 32, 33 peut également être non transparente pour le rayonnement UV ce qui permet 5 l'utilisation de matière céramique pour les parois. Le nombre de tubes 32, 33 selon la figure 3a est de préférence un nombre pair au moins

égal à huit.

La réalisation des tubes 32, 33 en matière céramique présente l'avantage par rapport à l'utilisation de verre de quartz de ne 10 pas avoir de gravure de la paroi et la matière céramique a une durée de vie pratiquement illimitée alors que le verre de quartz doit être remplacé

de temps à autre par ce qu'il est consommé.

En variante de la source de plasma à couplage inductif utilisée ci-dessus, on peut également utiliser une source de micro15 ondes. A l'aide de cette source on génère dans la plage de réaction 20, dans les zones de gaz de gravure 23 et les zones de gaz de passivation 22 ou dans les tubes 32, 33, 34 qui leur sont associés, par rayonnement de micro-ondes injecté, avec une fréquence de par exemple 2,45 GHz, un plasma. On peut utiliser le principe surfatron. Ainsi, un 20 rayonnement de micro-ondes injecté dans chacun des tubes 32, 33, 34 par un ou plusieurs guides d'ondes se développe dans une couche limite entre sa paroi diélectrique et le plasma formé sur toute la longueur du tube. Ainsi chacun des tubes 32, 33, 34 est rempli d'un plasma à micro-ondes très dense. A chaque tube 32, 33, 34 on peut associer son 25 propre guide d'ondes avec un circulateur, des éléments d'accord et un magnétron; toutefois on ne prévoit de préférence qu'un seul guide d'ondes qui se développe à une extrémité notamment de manière symétrique en rotation par des embranchements de guides d'ondes vers les tubes 32, 33, 34. Dans le mode de réalisation de la figure 2a, dans ce 30 cas, on a par exemple huit embranchements du guide d'ondes principal suivis de guides d'ondes partiels qui partent de celui-ci avec une symétrie centrale et injectent ainsi le rayonnement de micro-ondes souhaité

dans les tubes 32, 33, 34.

La figure 4 montre un quatrième exemple de réalisation 35 de l'invention. Il y a dans ce cas une séparation verticale du dispositif de gravure au plasma en une zone supérieure 42 de préférence une zone de gaz de passivation et une zone inférieure 43 située en dessous de préférence une zone de gaz de gravure. Cette séparation est faite de préférence par une cloison horizontale 35 placée dans la zone de la 5 source de plasma sensiblement à mi-hauteur dans l'insert 5. La zone supérieure 42 correspond ainsi à une zone de gaz de passivation 22 selon les figures la, 2a, 3a; la zone inférieure 43 correspond à une zone

de gaz de gravure selon les figures la, 2a, 3a.

De plus, un perçage de préférence central constituant 10 l'orifice de sortie de gaz 26 supérieur réalisé dans la cloison horizontale en étant raccordé à un tube de sortie comme guidage de gaz inférieur 16, rejoint le gaz de la chambre de procédé 53 décomposé dans la zone supérieure 42 par effet de plasma; c'est-à-dire que le gaz traverse uniquement la zone inférieure 43 sans entrer en contact avec le gaz qui

1 5 s'y trouve pour arriver ainsi dans la zone de mélange 21.

La zone inférieure 43 reçoit le gaz de gravure par exemple par un ou plusieurs et notamment deux ou quatre passages ou par les guidages de gaz supérieurs 15 et les orifices d'entrée de gaz, inférieurs 17 arrivant par le dessus dans la cloison 35; ces orifices traversent de 20 préférence la zone supérieure 42 sans entrer en contact avec le gaz qui se trouve dans la zone supérieure 42 et le diamètre des guidages de gaz supérieurs 15 est choisi suffisamment étroit pour qu'à la traversée de la zone supérieure 42, le plasma ne s'allume pas de façon parasitaire. Le gaz de gravure décomposé dans la zone inférieure 43 par l'action du 25 plasma arrive par exemple par l'intermédiaire d'un diaphragme de sortie 27 prévu par exemple autour d'un tube de sortie servant de guidage de gaz inférieur 16, dans la chambre de procédé 53 pour se mélanger la

première fois avec le gaz sortant du guidage de gaz inférieur 16.

Il faut également remarquer que l'association du gaz de 30 gravure et du gaz de passivation à la zone supérieure 42 et à la zone

inférieure 43 dont la fonction correspond à la zone de gaz de gravure 23 et à la zone de gaz de passivation 22 selon les figures la-3b, peut être inversée dans l'exemple de réalisation précédent; en d'autres termes, il est également possible de fournie le gaz de passivation à la zone infé35 rieure 43 et le gaz de gravure à la zone supérieure 42.

La figure 4 montre en outre que la bobine 10 est placée autour de la zone supérieure 42 et de la zone inférieure 43. La bobine comporte de préférence deux ou plusieurs spires. Cela garantit l'injection d'une puissance à haute fréquence suffisante pour le fonc5 tionnement d'un plasma inductif dans la zone inférieure et dans la zone

supérieure 42, 43. L'allumage du plasma dans la zone supérieure et dans la zone inférieure 42, 43 ne présente pas de difficulté car ces deux zones sont directement adjacentes à la bobine 10 et l'action électrique capacitive permet une pré-ionisation suffisante pour un plasma à cou10 plage inductif.

Comme matière pour l'insert 5 selon la figure 4 avec la zone supérieure 42 et la zone inférieure 43 ainsi que les guidages de gaz 15, 16 intégrés dans celles-ci convient surtout pour de la céramique ou du verre de quartz sachant que le verre de quartz se travaille plus faci15 lement.

L'alimentation en gaz de gravure ou gaz de passivation de l'insert 5 selon la figure 4 se fait là encore par l'intermédiaire de la plaque de recouvrement 14 munie d'orifices d'entrée de gaz 12, 13. Chacun de ces orifices permet le passage du gaz respectif de la zone supérieure 20 42 ou des guidages de gaz supérieurs 15 dans la zone inférieure 43.

Comme joints on utilise là encore des joints toriques appliqués contre la surface frontale. La fixation inférieure de l'insert 5 selon la figure 4 à la chambre de procédé se fait par exemple par une plaque de fond non représentée à la figure 4 dont le perçage correspond de préférence au 25 diamètre intérieur de la zone inférieure 43. Dans ce cas on utilise également comme joint de préférence un joint torique appliqué contre la

surface frontale de la paroi de cuve.

Comme la réalisation de l'insert selon la figure 4 par comparaison aux figures la, 2a, 3a est relativement complexe, il est 30 moins intéressant.

Lorsqu'on effectue une gravure anisotrope au plasma du silicium par exemple pour réaliser des sillons en tranché aussi perpendiculaires et lisses que possible à l'aide de l'un des dispositifs décrits cidessus, on peut utiliser des procédés connus. En particulier, les puis35 sances électriques injectées de manière inductive par la bobine 10 sont comprises entre 400 Watts et 6 kW; la puissance au niveau de l'électrode du substrat est en moyenne dans le temps comprise entre 5 et 30 Watts si bien que les ions générés sont accélérés vers le substrat à graver. En outre, à la fois dans le cas de la puissance de la bobine et 5 pour les puissances des électrodes du substrat on peut utiliser des

techniques impulsionnelles ou encore des champs magnétiques travaillant dans une plage de quelques mTesla.

Les pressions du procédé dans le dispositif de gravure au plasma sont comprises entre 10 gbars et 300,ubars de préférence entre 10 30 gbars et 150 pibars et notamment entre 40 pbars et 90 {bars. Suivant le réglage des flux de gaz dans les différentes zones de gaz de gravure 23, 43 ou les zones de gaz de passivation 22, 42 peuvent donner des pressions différentes c'est-à-dire que l'indication de la pression concerne la plage de mélange 21 dans le dispositif de gravure au plasma et 15 non les pressions dans les conduites ou tubes 15, 16, 32, 33, 34 ou les

zones 22, 23, 42, 43 avec du gaz de gravure ou du gaz de passivation.

Les flux de gaz utilisés correspondent par exemple à des débits de 100 sccm - 2000 sccm (cm3/min. pour une pression normale de 1 bar) de gaz SF6 comme gaz de gravure notamment 500 sccm SF6. 20 On peut alors ajouter entre 10 et 20 % d'oxygène; 10 sccm 1000 sccm de gaz C4F8 comme gaz de passivation et notamment 30 sccm jusqu'à 250 sccm de gaz C4Fs auquel on ajoute jusqu'à 2 % d'oxygène. Si les flux de gaz de passivation et de gaz de gravure sont 25 réglés à un niveau très différent, il est également possible de générer des pressions significativement différentes dans les zones de gaz de gravure 23, 43 et dans les zones de gaz de passivation 22, 42. Ainsi, on a la possibilité de régler chaque fois de manière optimale la pression pour chaque espèce (espèce pour la gravure et espèce de gaz de passivation) 30 dans les zones associées 22, 23, 42, 43 pour la génération de celles-ci

en tenant compte des paramètres de puissance donnés.

La température de substrat est du reste de préférence comprise entre 30'C et +1000C par exemple égale à +50'C. Dans chaque cas, cette température doit être limitée à des niveaux inférieurs à 35 100 C pour conserver la stabilité des masques de photolaque.

Dans l'exécution du procédé décrite ci-dessus, il est avantageux de façon générale qu'une quantité aussi grande que possible de radicaux libres de fluor soit fournie car ils favorisent la gravure du silicium. On recherche ainsi un flux de gaz aussi grand que possible 5 pour le gaz de gravure à fluor par exemple 300 sccm - 1000 sccm de SF6, CIF3, F2 ou autres de sorte qu'avec une puissance de plasma injecté aussi élevée que possible, par exemple de l'ordre de 3 kW jusqu'à 5,5 kW, on obtient une quantité importante de radicaux de fluor. A côté de cela il faut également une certaine quantité de l'espèce formant le 10 polymère pour la passivation de la paroi latérale: pour le reste, le gaz

de passivation est plutôt rejeté car il dilue dans tous les cas l'espèce présente pour la gravure; de plus, il peut également être neutralisé par des réactions d'interception. Il est à remarquer que non seulement des monomères formant des polymères c'est-à-dire l'espèce activée par le 1 5 plasma peuvent réagir comme partenaires de recombinaison mais également et surtout des molécules de gaz de passivation, non excitées, qui selon l'état de la technique correspondent généralement à la partie essentielle de gaz de passivation fournie et qui est de manière caractéristique comprise entre 80 % et 95 %. Ces molécules de gaz de passivation 20 ne sont pas activées par le plasma selon l'état de la technique mais traversent la zone de formation de plasma sans être activées. Dans ces conditions, il est souhaitable d'avoir un flux de gaz aussi faible que possible pour minimiser les pertes par recombinaison mais qui suffit encore pour la passivation c'est-à-dire pour avoir un nombre suffisant de 25 monomères formant du polymère.

On peut obtenir ce résultat en utilisant d'une part des gaz de passivation tels que C4F6 ou C5F8 qui polymérisent plus fortement que C4F8 et/ou d'autre part on ajoute au gaz de passivation alimentant l'installation de gravure au plasma 70 et notamment la source 30 de plasma, indépendamment du flux de gaz de passivation respectif, une fraction au moins approximativement fixe de la puissance que la

source de plasma doit injecter dans le plasma.

Cette injection de la puissance du plasma fournie au gaz de passivation à partir du flux de gaz de passivation dans la zone de la 35 source de plasma permet même pour un flux ou débit de passivation réduit, d'exposer le gaz de passivation à une excitation de plasma extrêmement intense et d'atteindre ainsi des taux de craquage beaucoup plus élevés c'est-à-dire une fraction beaucoup plus élevée de molécules de gaz de passivation qui sont effectivement activées dans le plasma. De 5 cette manière on peut générer avec un flux de gaz de passivation de

seulement par exemple 40 sccm de gaz C4F8, une quantité analogue de générateurs de polymères que cela serait le cas dans l'état de la technique avec un flux de gaz de 200 sccm ou plus.

L'apport de puissance au gaz de passivation indépendant 10 du flux de gaz de passivation et la formation très efficace de molécules de gaz de passivation activées dans le plasma permet d'obtenir dans le montage multipolaire décrit ci-dessus que la puissance de plasma déjà fournie pour une sorte de gaz soit définie principalement en fonction de la géométrie des différentes zones d'excitation c'est-à-dire des zones de 15 gaz de gravure 23 et des zones de gaz de passivation 22 et en première approximation cette situation est indépendante du flux de gaz de chaque sorte de gaz. Dans le cas d'une composition de gaz par exemple fixe, pendant le procédé, on découple ainsi les paramètres "flux de gaz d'une sorte " et " puissance de plasma pour chaque sorte de gaz " ce qui élar20 git considérablement les possibilités d'optimisation et comme déjà indiqué cela permet de réduire considérablement les flux de gaz de passivation et d'effectuer les procédés avec une composition fixe du gaz

et des pertes minimales par recombinaison.

Dans ce contexte, il est également avantageux d'utiliser 25 une disposition de bobine magnétique connue, placée sous la source de plasma ou de la plage de réaction 20 sous la forme d'une zone de génération de plasma multipolaire car à côté d'une homogénéisation des courants d'ions et de radicaux vers le substrat 59 à travailler, on a précisément une composition de gaz stationnaire qui augmente encore plus 30 l'efficacité de la source de plasma. Une telle assistance magnétique du plasma favorise un niveau élevé de l'activation de l'espèce de gaz de passivation également pour des flux de gaz de passivation faibles de

sorte que l'on atteint globalement un taux de craquage de 50 %-90 %.

Les figures 5a et 5b montrent dans ce contexte une va35 riante d'insert 5 pour les figures la-4. Les figures 5a, 5b donnent à titre d'exemple des dimensions en millimètre, la figure étant pratiquement à l'échelle. De façon détaillée, la figure 5a est une vue de dessus d'une coupe d'un insert 5 en céramique ou de préférence en verre de 5 quartz. Cet insert a une paroi extérieure 44 de préférence cylindrique

logeant quatre tubes comme tubes de guidage de gaz de passivation 32.

A l'intérieur de la cuve on entretient un plasma de préférence par excitation inductive et notamment par une assistance magnétique; le volume non occupé par les tubes de guidage de gaz de passivation 32 à 10 l'intérieur de la cuve reçoit le gaz de gravure de préférence SF6. Les tubes d'alimentation en gaz de passivation 32 reçoivent le gaz de passivation de préférence C4F8, C3F6, C4F6 ou CsF8 et ils induisent également

une décharge de plasma.

Comme l'indiquent les dimensions de la cuve données en 15 millimètre à la figure 5a et comme cela résulte des quatre tubes 32, indépendamment des flux ou débit de gaz, les tubes 32 traversés par le gaz de passivation reçoivent environ 1/3 de la puissance globale couplée alors que la zone à l'extérieur des tubes 32 reçoit environ 2/3 de la puissance totale couplée. Cela signifie que par exemple pour une puis20 sance de plasma de 3600 Watts on aura 1200 Watts appliqués à la composante de passivation (indépendamment du flux de gaz de passivation) et environ 2400 Watts pour la composante de gravure (indépendamment du flux de gaz de gravure). La figure 5 montre en coupe comment les tubes 32 se trouvent dans la cuve 5. En outre l'orifice 25 d'entrée de gaz 12 prévu au niveau de la plaque de recouvrement 14 pour le gaz de passivation et les orifices d'entrée de gaz 13 pour le gaz de gravure apparaissent également. A l'intérieur des tubes 32 traversés par le gaz de passivation, il se formera pendant le fonctionnement, des zones de passivation 22 et dans le restant du volume de la cuve 5 on 30 aura une zone de gaz de gravure 23. Dans la partie inférieure de la cuve

on a prévu des orifices de sortie de gaz 25.

On peut également avoir d'autres dispositions que celles indiquées à titre d'exemple pour l'insert 5. Ainsi, à la place d'une cuve on peut également prévoir un certain nombre de tubes 32, 33 juxtapo35 sés formant des chambres pour générer le plasma; le nombre de tubes de conduite de gaz de gravure 33 et de tubes de conduite de gaz de passivation 32, règle indépendamment des flux effectifs de gaz, la répartition de la puissance de plasma fournie entre les différents composants du procédé. Seul importe le fait que le gaz de passivation et le gaz de 5 gravure se voient attribuer un volume propre prédéfini dans l'appareil, dans la plage de réaction 20. Dans ces conditions, partant de la figure 4 il est possible sans difficulté en cas de répartition verticale de l'insert 5 en deux zones de génération de plasma 42, 43, de leur fournir des puissances différentes et d'assurer ainsi la répartition souhaitée indépen10 damment des flux de gaz effectifs en fixant cette répartition par le choix

de la puissance de générateur associée chaque fois aux zones 42, 43.

La disposition selon les figures 5a, 5b est particulièrement avantageuse car elle reste voisine de la norme des installations de gravure usuelles et ne nécessite qu'un générateur de haute fréquence 1 5 54 pour la bobine 10 et seulement une bobine 10 pour générer le plasma. Pour le reste, l'insert 5 a un diamètre intérieur relativement petit de 100 mm jusqu'à 150 mm, par exemple 144 mm, ce qui conduit à des densités de puissance particulièrement élevées à l'intérieur, rend le plasma particulièrement stable et augmente l'efficacité de l'excitation 20 moléculaire par rapport au gaz de passivation.

La figure 6 montre un schéma de principe d'une installation de gravure 70 comprenant un générateur de polarisation de substrat 50, un premier réseau adaptateur 51 qui lui est associé, une chambre 53, une conduite de sortie de gaz 52 reliée à des pompes à 25 vide, puissantes, une électrode de substrat 60 qui porte un substrat 59 par exemple une plaquette de silicium, un générateur de bobine 54, un second réseau adaptateur associé, une bobine 10 pour exciter un plasma injecté par induction et le corps d'insert 5 selon l'un des exemples de réalisation décrit ci-dessus. Le corps de l'insert 5 ou plus simple30 ment l'insert ou la cuve se trouve plus loin dans la plage de réaction 20 suivi de la plage de mélange 21 à l'intérieur de la chambre 53. Enfin, la figure 6 montre une bobine supérieure 57 entourant par plages la chambre 53 et une bobine inférieure 58. Ces bobines génèrent chacune à l'intérieur de la chambre 53 un champ magnétique. Ces champs ma35 gnétiques sont opposés. Une recette de procédé, préférentielle pour la gravure de sillons de tranchée dans le silicium avec l'installation de gravure au plasma 70 sont les suivantes: Gaz de gravure et débit de gaz 500 sccm SF6 Gaz de passivation et débit de gaz de passivation 30 sccm C4F8 ou C3F6 Pression de procédé dans la chambre 53, dans La plage du substrat 70,ubars Puissance de la source de plasma (pour une haute fréquence de 13,56 MHz) 2700 Watts5500 Watts Intensité du courant dans la bobine supérieure 57 (420 spires; diamètre 40 cm) 7,5 ampères Intensité du courant dans la bobine intérieure 58 (360 spires; diamètre 40 cm) 5,5 ampères En outre, on fournit à l'électrode de substrat 60 une puissance de haute fréquence (par exemple à la fréquence porteuse de 13,56 MHz) en mode impulsionnel double avec une puissance maximale 20 de 500 Watts, un taux de répétition des impulsions de 100 kHz pour un cycle de travail de 10 % et une commande impulsionnelle lente, supplémentaire qui est par exemple de 50 % de cycle de travail pour une fréquence de 40 Hz ce qui correspond à une puissance effective de

l'électrode auxiliaire 60 comprise entre 20 et 25 Watts.

Si l'on renonce à la technique des impulsions doubles et si l'on applique à l'électrode de substrat une puissance de fréquence non pulsée (par exemple 13,56 MHa de fréquence de porteuse) on obtient des conditions modifiées: Gaz de gravure et débit de gaz Gaz de passivation et débit de gaz de passivation C3F6 Pression de procédé dans la chambre 53, dans La plage du substrat Puissance de la source de plasma (pour une 500 sccm SF6 50 sccm C4Fs ou 45 gbars haute fréquence de 13,56 MHz) 2700 Watts5500 Watts Intensité du courant dans la bobine supérieure 57 (420 spires; diamètre 40 cm) 7,5 ampères Intensité du courant dans la bobine intérieure 58 (360 spires; diamètre 40 cm) 5,5 ampères

Dans ce cas on continue d'injecter une puissance de polarisation efficace de 15 Watts dans l'électrode de substrat 60.

Dans le cas des premières conditions du procédé il suffit 10 par rapport aux secondes conditions de procédé, d'utiliser un flux de gaz de passivation plus réduit car la technique de la double impulsion augmentesignificativement l'efficacité de la passivation recherchée de la paroi latérale. En particulier, des phases périodiques sans tir d'ions et l'amélioration de la passivation ainsi induite nécessitent un nombre 15 plus faible d'espèces de passivation ce qui se traduit par l'avantage

d'une perte plus réduite par recombinaison.

D'autres conditions de fonctionnement peuvent se déduire en particulier d'une modification de la répartition du volume disponible pour le gaz de passivation et le gaz de gravure au niveau de la 20 source de plasma ou de la plage de réaction 20.

La figure 7 décrit un autre exemple de réalisation d'un insert 5 en forme de cuve cylindrique en verre de quartz ou de céramique avec un diamètre extérieur égal par exemple à 160 mm et un diamètre intérieur de par exemple 130 mm. On a un montage par exemple 25 de six tubes 32, 33 avec chaque fois un diamètre extérieur de 42 mm et une épaisseur de paroi de 3 mm dans la cuve ce qui donne en tout six chambres. Selon l'exemple décrit, trois chambres reçoivent le gaz de gravure et trois autres chambres le gaz de passivation. On forme ainsi à l'intérieur des tubes 32, 33, trois zones de gaz de passivation 22 et trois 30 zones de gaz de gravure 23. Comme les tubes de quartz sont attaqués par la chimie du plasma, il faut les renouveler régulièrement. Ils constituent ainsi des produits consommables. Il est clair que l'on peut également utiliser tout autre nombre de tubes 32, 33 et en particulier un nombre plus grand de tubes. La figure 7 montre que le remplacement 35 des tubes 32, 33 est particulièrement simple et économique car il suffit de les engager dans la cuve et de les soutenir réciproquement vers l'intérieur ou vers l'extérieur dans la paroi intérieure de la cuve ou la paroi extérieure 44. De plus, il n'est pas nécessaire de remplacer l'ensemble de la cuve ou de l'insert 5 mais uniquement les tubes 32, 33. 5 En outre, une plaque de fond non représentée prévue avec une arête en saillie de quelques millimètres et qui soutient le côté des tubes 32, 33 tourné vers le substrat 59 pour éviter que les tubes 32, 33 ne tombent dans la chambre 53. Chacun des tubes 32, 33 comporte en outre sur le côté tourné vers le substrat 59, au niveau de la plaque de recouvre10 ment, un orifice d'entrée de gaz 12, 13. La zone délimitée par les tubes 32, 33 au niveau du centre 64 de l'insert 5 peut également être traversée si besoin par du gaz de procédé ou du gaz de passivation, également fourni par l'entrée de gaz 13. Cette zone peut également devenir une zone de gaz de passivation 22 ou de préférence une zone de gaz de gra15 vure 23. En outre, on peut prévoir aussi un tube central supplémentaire 34 analogue à celui de la figure 2b et qui soutient entre autres les

tubes annulaires 32, 33.

Enfin la figure 8 montre un autre exemple de réalisation d'une installation de gravure au plasma 70. Dans cette installation, les 20 zones de gaz de passivation 22 et les zones de gaz de gravure 23 sont définies dans la plage de réaction 20 de la source de plasma non par un insert 5 mais ancrées en des flux de gaz aussi regroupés que possible dans la plage de réaction 20. Cela permet de supprimer les tubes 32, 33. En pratique, à la figure 8, contrairement à l'exemple de la figure 6, 25 on a prévu par exemple des guidages de gaz en forme de lances répartis en lances pour le gaz de passivation 62 et en lances pour le gaz de gravure 63. Cela permet d'injecter le gaz de gravure ou le gaz de passivation directement dans la source de plasma. Ces lances s'arrêtent de préférence juste au-dessus d'un plan de bobine défini par la bobine 10. 30 Ainsi, le gaz de gravure et le gaz de passivation sont introduits d'une part dans une zone avec un plasma très dense et une efficacité d'excitation élevée et d'autre part on aura un mélange trop précoce des deux gaz déjà dans la source de plasma, par diffusion et que l'ouverture progressive du cône du flux de gaz de chacune des lances 62, 63 rend 35 inévitable. Ainsi, chaque sorte de gaz peut être excitée localement, de

façon individuelle et sans perte de recombinaison; on établit ainsi des conditions dans le plasma qui optimisent très largement les propriétés de chaque sorte de gaz et cela indépendamment de chaque autre sorte.

Le flux de gaz dirigé de façon induite par les lances 62, 63 définit dans 5 une mesure suffisante, un volume associé à chaque sorte de gaz ce qui se faisait selon les figures 1 à 5 et 7 avec les tubes 32, 33 déjà utilisés ou les zones 42, 43 avant que les gaz qui traversent la source de plasma

se mélangent dans la plage de mélange 21 en aval.

Les lances 62, 63 sont réalisées de préférence sous la 10 forme de petits tubes ou de capillaires par exemple en aluminium, en aluminium eloxité, en matière céramique, en verre, en verre de quartz ou en une autre matière non attaquée par la chimie du plasma. On a de préférence au moins cinq et notamment au moins sept lances 62, 63. La disposition dans l'espace et la répartition de la fonction des lances de 15 gaz de passivation 62 et des lances de gaz de gravure 63 correspondent

en vue de dessus à la disposition des tubes 32, 33 ou des zones 22, 23 selon la figure lb, la figure 2b, la figure 3b, la figure Sa et la figure 7.

En particulier les lances voisines 62, 63 sont traversées de manière préférentielle par des sortes de gaz différentes (gaz de gravure ou gaz de 20 passivation).

De manière préférentielle, selon la figure 8, on a une bobine inductive 10 avec une seule spire plane fixée dans le plan 61 de la bobine; la bobine inductive 10 est alimentée de préférence de façon équilibrée à haute fréquence et son milieu est mis à la masse. La zone 25 de l'excitation du plasma très dense s'étend ainsi jusqu'à environ

mm-30 mm au-dessus et en dessous du plan 61 de la bobine. De manière particulièrement préférentielle, les lances 62, 63 s'arrêtent à environ 20 mm jusqu'à 60 mm au-dessus du plan 61 de la bobine c'està-dire précisément au bord ou légèrement au-dessus de la zone corres30 pondant à la plus forte excitation du plasma.

Lorsqu'on utilise une bobine 10 à plusieurs spires, il faut tout d'abord déterminer l'extension vers le haut de la zone d'excitation du plasma, par induction, à forte densité. Ensuite, on peut fixer la distance suivant laquelle les lances à gaz 62, 63 pénètrent dans la cham35 bre 52 au niveau de la source de plasma. Pour cela, les lances 62, 63 doivent libérer les gaz de procédé au-dessus de la zone déterminée de forte densité d'excitation de plasma dans la chambre 53, de façon que les gaz se mélangent aussi peu que possible jusque dans la zone de

réaction 20.

Pour une pression caractéristique du procédé comprise entre 30 Mm et 100, m, les longueurs des trajets libres des molécules de gaz sont de l'ordre de grandeur de quelques millimètres jusqu'à environ 10 mm. Pour un montage comprenant par exemple sept lances à gaz 62, 63, la distance entre les lances est de préférence de l'ordre de 10 50 mm et pour un nombre plus grand de lances à gaz 62, 63 réparties de façon homogène, la distance sera moindre. La limite inférieure de la distance des lances 62, 63 se situe à environ 10 mm, c'est-à-dire qu'elle est supérieure à la longueur de course libre des molécules de gaz pour la pression donnée. Les deux sortes de gaz se mélangent très peu sur 15 leur trajet vers la plage de réaction 20 et se développent pour l'essentiel sous la forme de cônes de sortie des lances 62, 63 à travers la source de plasma qui permet de les exciter individuellement dans les conditions de plasma les plus avantageuses sans perte par recombinaison. L'effet souhaité de la sortie dirigée des gaz par rapport aux lances 62, 63 peut 20 encore être amplifié si l'on choisit une section de sortie relativement étroite et ainsi des vitesses de sortie relativement grandes. Les lances 62, 63 peuvent être réalisées sous la forme de petits tubes avec un diamètre extérieur de 3 mm à 4 mm et un diamètre intérieur compris entre 1 mm et 2 mm; on peut également prévoir des capillaires encore plus 25 petits dont la section est significativement inférieure à 1 mm pour avoir un flux de gaz aussi dirigé que possible avec une vitesse d'attaque élevée. Plus le cône de sortie des lances 62, 63 est dirigé et plus faible sera le risque de mélange des différentes sortes de gaz sur leur chemin vers la zone de détecteur au plasma ou zone de réaction 20, et meilleure sera 30 également la séparation des différentes sortes de gaz, séparation rendue nécessaire par l'aéraulique. La forme des cônes de sortie des lances 62, 63 peut en outre être influencée de manière importante par la forme de l'orifice de sortie des lances 62, 63. De plus, on élimine également les

turbulences non voulues ou le décrochage de l'écoulement.

En variante à la disposition des différents tubes 32, 33 ou des lances 62, 63, on peut également représenter les différentes sorties de gaz par un couvercle avec plusieurs orifices de sortie à la manière d'une douche au gaz c'est-à-dire d'une douche avec un pommeau 5 en partie haute. Cette douche assure le rôle des lances 62, 63 ou de l'insert 5 et il convient de souligner à nouveau que de manière préférentielle, les orifices de sortie fournissent chaque fois des types de gaz différents. Une telle tête de distribution de gaz peut être réalisée en 10 aluminium, en aluminium éloxité, en céramique, en verre, en verre de

quartz ou en une autre matière résistant à la chimie du plasma. Dans ce cas, la tête de distribution de gaz en forme de pommeau de douche est installée dans un réseau de canaux d'alimentation répartis par exemple en deux plans. Ces deux plans comportent des orifices de sor1 5 tie pour chaque sorte de gaz qui sont alors conduits de manière séparée. Enfin dans ce cas il est important que la tête de distribution de gaz se trouve installée à la distance appropriée de la zone dans laquelle la densité d'excitation du plasma est la plus élevée c'est-à-dire de préférence entre 20 mm et 60 mm au-dessus du plan de bobine 61 défini de 20 préférence par une spire de la bobine inductive 10.

Claims (2)

R E V E N D I C A T IO N S ) Dispositif de gravure anisotrope d'un substrat, notamment d'un corps en silicium, avec une source de plasma pour générer un champ alternatif électromagnétique à haute fréquence, une chambre (53) et 5 une zone de réaction (20) pour générer un plasma avec une espèce réactive dans la chambre (53) par action du champ alternatif sur un gaz de gravure introduit dans la plage de réaction (20) et un gaz de passivation introduit dans la plage de réaction (20), avec des moyens (5, 62, 63) prévus pour définir dans la plage de réac10 tion (20), au moins une première zone (23, 33, 43) recevant principalement ou au moins pratiquement exclusivement du gaz de gravure et dans la plage de réaction (20), au moins une seconde zone (22, 32, 42) recevant principalement ou pratiquement exclusivement du gaz de passivation, et avec en aval de la plage de réaction (20), une plage de mélange (21) pour mélanger l'espèce réactive générée dans la première zone (23, 33, 43) à partir du gaz de gravure et l'espèce réactive générée dans la seconde zone (22, 32, 42) à partir du gaz de passivation, avant d'agir sur le substrat (59), caractérisé en ce que le moyen (5, 62, 63) est un insert (5) notamment cylindrique symétrique en vue de dessus, intégré ou rapporté à la chambre (53) et ayant une paroi extérieure (44) et une plaque de recouvrement (14) , cet insert étant traversé par au moins un tube de guidage (32, 33) défi25 nissant une zone de gaz de passivation (22), la plaque de recouvrement (14) ayant un orifice d'entrée de gaz (12, 13) associé au tube de guidage (32, 33), et la plaque de recouvrement (14) comporte au moins un autre orifice d'entrée de gaz (12, 13) qui conduit à l'intérieur de l'insert (5) ou qui est 30 relié au moins à un autre tube de guidage (32, 33) définissant notamment une zone de gaz de gravure (23).
1. 2 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ou les tubes de guidage (32, 33) et/ou l'insert (5) sont ouverts du côté tourné vers le substrat (59) et débouchent dans la zone de mélange (21) ou l'insert (5) comporte sur son côté tourné vers le substrat (59), une

   plaque de fond (11) avec au moins un orifice de sortie de gaz (25).

   ) Dispositif de gravure anisotrope d'un substrat notamment un corps en silicium, comprenant une source de plasma pour générer un champ alternatif électromagnétique, à haute fréquence, une chambre (53) et une plage de réaction (20) pour générer un plasma avec une espèce 10 réactive à l'intérieur de la chambre (53) par action du champ alternatif sur un gaz de gravure introduit dans la plage de réaction (20) et un gaz de passivation introduit dans la plage de réaction (20), comprenant un moyen (5, 62, 63) qui définit dans la plage de réaction (20) au moins une première zone (23, 33, 43) sollicitée principalement 15 ou au moins pratiquement exclusivement avec le gaz de gravure et dans la plage de réaction (20) au moins une seconde zone (22, 32, 42) sollicitée principalement ou au moins pratiquement exclusivement avec le gaz de passivation, et en aval de la plage de réaction (20), une plage de mélange (21) pour 20 mélanger l'espèce réactive générée à partir du gaz de gravure dans la première zone (23, 33, 43) et l'espèce réactive générée à partir du gaz de passivation dans la seconde zone (22, 32, 42), avant d'agir sur le substrat (59), caractérisé en ce que le moyen (5, 62, 63) comporte au moins une lance de gaz de gravure (63) permettant d'induire, pendant le fonctionnement, un flux de gaz de gravure dirigé, et/ou au moins une lance de gaz de passivation (62) permettant d'induire en fonctionnement un flux de gaz de passivation dirigé, ou le moyen (5, 62, 63) comporte une tête de douche avec au 30 moins une ouverture pour le gaz de gravure et au moins une ouverture

   pour le gaz de passivation.

   ) Procédé de gravure anisotrope d'un substrat notamment d'un corps en silicium selon lequel, à l'aide d'une source de plasma, on génère un 35 champ alternatif électromagnétique à haute fréquence qui donne des espèces réactives dans une chambre (53), dans une plage de réaction (20) par l'action du champ alternatif sur un gaz de gravure introduit dans la plage de réaction (20) et sur un gaz de passivation introduit dans la plage de réaction (20), et dans la plage de réaction (20) on introduit le gaz de gravure principalement ou du moins pratiquement exclusivement dans au moins une première zone (23, 33, 43) et le gaz de passivation principalement dans au moins une seconde zone (22, 32, 42), en formant dans la première zone (23, 33, 43), à l'aide du plasma géné10 ré dans celle-ci, des espèces réactives de gaz de gravure et dans la seconde zone (22, 32, 42), à l'aide du plasma généré dans celle-ci, des espèces réactives de gaz de passivation, et avant l'action sur le substrat, on mélange les espèces de gaz de gravure et de gaz de passivation dans une plage de mélange (21) en aval de la 15 plage de réaction (20), caractérisé en ce qu' on utilise une quantité de gaz de passivation réduite au minimum par

   rapport à la quantité de gaz de gravure.
2. 50) Procédé de gravure anisotrope d'un substrat notamment d'un corps en silicium selon lequel, à l'aide d'une source de plasma, on génère un champ alternatif électromagnétique à haute fréquence qui produit dans une chambre (53) un plasma avec des espèces réactives dans une plage de réaction (20) par action du champ alternatif sur un gaz de gravure et 25 d'un gaz de passivation introduits dans la plage de réaction (20), et dans la plage de réaction (20), on introduit le gaz de gravure principalement ou d'une manière pratiquement exclusive dans au moins une première zone (23, 33, 43), le gaz de passivation principalement ou du moins pratiquement exclusivement dans une seconde zone (22, 32, 42), 30 en formant dans la première zone (23, 33, 43), à l'aide d'un plasma généré dans celle-ci des espèces réactives de gaz de gravure et dans la seconde zone (22, 32, 42) des espèces réactives de gaz de passivation avec le plasma généré dans cette zone, et dans une plage de mélange (21) en aval de la plage de réaction (20), on mélange entre elles l'espèce de gaz de gravure et l'espèce de gaz de passivation avant de les faire agir sur le substrat, caractérisé en ce que dans le gaz de passivation on introduit au moins approximativement de façon indépendante du flux de gaz de passivation, dans la plage de réaction (20), au moins une fraction pratiquement constante de l'énergie

   injectée dans le plasma par la source de plasma.