Présentation
RÉSUMÉ
La gravure par couche atomique ALE (Atomic Layer Etching) est un procédé de gravure cyclique, composé de deux étapes auto-limitantes séparées par deux étapes de purge, ayant pour objectif de retirer une couche monoatomique à la fin de chaque cycle. Les différentes façons de faire un procédé ALE (plasma thermique, cryogénique, etc.) sont décrites dans cet article ainsi que les équipements, diagnostics et applications dans l’industrie des semiconducteurs.
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Lire l'articleAUTEUR(S)
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Marceline BONVALOT : Enseignant-chercheur - LTM-CNRS, CEA-LETI, Université Grenoble Alpes, Grenoble
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Thierry CHEVOLLEAU : Ingénieur-chercheur - CEA-LETI, Grenoble
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Rémi DUSSART : Enseignant-chercheur - Groupe de Recherches sur l’Énergétique des Milieux Ionisés, Université d’Orléans – CNRS, Orléans
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Cédric MANNEQUIN : Chargé de recherche (section 12) - Institut des Matériaux de Nantes Jean Rouxel, Nantes Université – CNRS, Nantes
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Nicolas POSSÉMÉ : Ingénieur-chercheur - CEA-LETI, Grenoble
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Thomas TILLOCHER : Enseignant-chercheur - Groupe de Recherches sur l’Énergétique des Milieux Ionisés, Université d’Orléans – CNRS, Orléans
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Christophe VALLÉE : Professeur - University at Albany, College of Nanotechnology Science and Engineering, Albany (NY, USA)
INTRODUCTION
Depuis les années 1980 et pendant plus de trois décennies, le rythme soutenu de la miniaturisation des dispositifs de la microélectronique s’est appuyé sur le développement de procédés de gravure ionique réactive (RIE, Reactive Ion Etching), dont les atouts essentiels en matière d’anisotropie, de sélectivité et de vitesse de gravure ont pu répondre aux exigences croissantes du secteur. Ces avancées ont fait de la RIE un pilier de la fabrication des semi-conducteurs, en particulier pour la réalisation de profils verticaux et la réduction des effets de gravure latérale dans les dispositifs submicroniques.
Cependant, au cours des dix à quinze dernières années, à mesure que les dimensions des dispositifs approchent l’échelle nanométrique, les techniques classiques de RIE se révèlent de plus en plus inadaptées, en raison des dommages induits par le plasma tels que la diffusion des ions et la rugosité des surfaces gravées, le micro-masquage et les effets de charge dans les motifs gravés. Ces défauts compromettent l’uniformité et la maîtrise des dimensions critiques requises aux nœuds technologiques les plus avancés. Par ailleurs, la RIE ne permet pas la maîtrise de l’épaisseur de matière retirée à l’échelle atomique, car les mécanismes d’interaction plasma-surface génèrent une couche superficielle modifiée, dont l’épaisseur dépasse celle d’une monocouche atomique. C’est pour surmonter ces limitations que la gravure par couches atomiques (ALE, Atomic Layer Etching) s’est développée, depuis le début des années 2010, pour la fabrication de dispositifs avancés en microélectronique.
À l’instar de l’ALD (Atomic Layer Deposition), c’est un procédé de gravure à l’échelle atomique cyclique, composé de deux étapes autolimitantes séparées par deux étapes de purge. Seul le résultat final change : il s’agit ici de retirer une couche mono-atomique, au lieu de déposer une couche mono-atomique dans le cas de l’ALD. Complémentaire de la RIE, l’ALE offre de meilleures sélectivité de gravure et uniformité, avec une vitesse de gravure qui ne
varie pas en fonction des facteurs de forme du substrat. Un autre avantage est qu’il permet d’obtenir des gravures anisotropes (dans une seule direction de l’espace) ou isotropes en fonction de son design, c’est-à-dire des procédés utilisés pour les deux étapes de modification et de retrait qui constituent le cycle ALE.
Nous décrivons dans un premier temps l’ALE et son intérêt pour l’industrie microélectronique. Puis nous abordons les différentes solutions expérimentales qui peuvent être mises en œuvre pour la réalisation de chaque étape élémentaire d’un cycle ALE, en fonction du matériau à graver. L’intérêt d’utiliser une assistance plasma au cours des étapes de modification et de retrait est illustré par des exemples tirés de la littérature. Les procédés d’ALE...
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MOTS-CLÉS
plasma | semiconducteurs | Gravure à l’échelle atomique | Cryogénique
DOI (DIGITAL OBJECT IDENTIFIER)
RÉFÉRENCE BIBLIOGRAPHIQUE
Gravure par Couche Atomique ALE
ALE : historique et définition
Sources bibliographiques
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