PTA-NWS D A N S C N M É : dito : A la ne : Le pôle gravure La gravure humide A l affiche : La gravure plasma La gravure par faisceau d ions Gravure de nanopiliers pour les mémoires magnétiques laboration et intégration de nanostructures auto-organisées : application à la nanoélectronique Informations P. 1 P. 2 P. 3 P. 4 N 2 - M A S / A V I L 2 0 1 0 dito : n nouveau mensuel! dito : A la ne le pôle gravure La croisière " nanofabrication" que nous vous proposons La PTA vous à présente travers ses le PTA-News, meilleurs vœux fait escale pour cette pour ce nouvelle second année numéro! Pourquoi à l'étape un gravure. nouveau Le journal retrait? Parce de matière, lorsqu'il est localisé, présuppose un masque de qu il se passe plein de choses protection. sur la PTA Cela et que est nous réalisé voulons de en la lithographie, faire profiter présen- l en- lors tée semble dans notre des utilisateurs premier numé-! La gravure humide Ce mensuel permettra ainsi de faire un statut des équipements, des projets, des Les avantages de la gravure publications de pouvoir humide sont la facilité de donner la parole aux divers mise en œuvre, la vitesse membres du Groupe Technique pour qu ils puissent d attaque élevée et une bonne sélectivité aux matériaux selon les cas. présenter leur équipement, rappeler des consignes, don- Les applications de ces gravures sont nombreuses : nettoyages des substrats (CA), gravure anisotrope du silicium par le KH, gravure de l aluminium (Al-etch, MF319), du chrome (Cr-tch), de l or par IKI, ou HCl:HN 3. La silice peut-être gravée avec l HF : 10%, 5%, 1% ou B (HF/NH 4 F) 5%. Aussi disponible: H 2 S 4 (96%), HN 3 : 100% fumant. A l affiche Cependant, toute manipulation ro. Les contraintes de gravure faisceau d'ions, chimie fluorée et chlorée... Ce numéro du sont nombreuses (matériau à graver, ner des isotrope informations ou anisotrope, utiles PTA-news est ainsi l'occasion sélective sur des moments par rapport importants au masque à ne ou pas par manquer rapport en à salle un cousées par les utilisateurs avec d'exposer les prouesses réaliche blanche. d'arrêt, rectitude des ces différentes technologies. flancs...) et expliquent la variété Bonne lecture! des Les utilisateurs technologies aussi disponibles pourront s exprimer et largement pour pré- repré- T.Haccart aujourd'hui sentées senter leur sur projet, la PTA offrir : gravure des Direction sèche occasions et de humide, collaborations. plasma et technique Nous espérons que ce journal vous plaira et que vous aurez envie de nous faire doit s effectuer dans le respect re du Les produit. responsables espectez du les partager vos propres expériences! des règles imposées à tous, consignes Groupe affichées. pour votre sécurité et celle des Technique : Bientôt au 10.05 et au autres utilisateurs. T.Haccart et H.Haas. BCAi: Nous allons améliorer les paillasses chimie. La Petit T.Haccart rappel et sur H.Haas les règles de sécurité de base : porter paillasse de gravure HF va être les Équipements de Protection étendue et une paillasse solvant Individuelle appropriés (ex. HF/ va être ajouté afin augmenter la acide fort, cf. ÉPI sur la photo). surface disponible. Il y aura Quelle que soit votre activité en aussi des paillasses chimie toutes neuves au BCAi. Les forma- envoyant vos articles (à ce zone chimie vous devez, au minimum, porter des lunettes de sécu- sujet, n oubliez pas que quand tions de vous présentation faites des aux publicationlasses ont de lieu remercier sur inscription, la pailrité et les gants nitriles bleus. L'espace de travail doit être PTA n hésitez!). pas à laissé propre et sec! Les paillasses de chimie sont divisées en Les responsables du Groupe me contacter! echerche M.Terrier : B.Salem et deux zones : acide / base où L.Vila solvant. tilisez la paillasse qui convient en fonction de la natu- M.Terrier (photo). esponsable des paillasses chimie Supplément : Les équipements de gravure du LTM P. 5 Contact : marlene.terrier@ cea.fr Photos : Zone chimie du bâtiment 10.05 (paillasses) et Port des quipements de Protection Individuelle pour la gravure HF.
A l affiche :...la gravure plasma G A V P F N D Le silicium en 3 D Le bâti de gravure ICP HM de STS (Surface Technology System) installé au BCAi permet la gravure du silicium, selon le procédé de type Bosch, par alternance d une phase de gravure avec plasma SF6 et d une phase de passivation avec plasma C4F8. micromètres sur un substrat 100 mm de silicium. Les vitesses de gravure (quelques µm/ min) dépendent essentiellement des paramètres des recettes utilisées (puissance du plasma, ration temps gravure/ temps de passivation ) ainsi que du taux d ouverture du masque. Les masques en résine Il autorise des gravures de ont une bonne tenue grâce à quelques micromètres à plu- un refroidissement performant sieurs centaines de à l hélium. Les masques dits S. Litaudon, responsable équipement (photo) G A V F L 40 µm Microdisque Si2 sur pied silicium. 35 µm Microtore Si2 sur pied silicium. Contact : stephane.litaudon@inpg.fr durs (oxyde de silicium, nitrure de silicium et aluminium) peuvent être une alternative à l emploi des résines. Les gravures réalisées touchent des domaines tels que les microsystèmes, l électronique de puissance, la microfluidique S.Litaudon (photo) / D. Constantin Illustrations : Photo MB de gravures profondes réalisées sur le bâti ICP HM de STS. Le bâti de gravure Multiplex ICP de STS de la PTA produit un plasma très dense, utilisant un champ magnétique F dans sa partie ICP, sans avoir recours à une puissance F élevée au niveau de l échantillon. Ceci réduit les dommages que le plasma peut causer à l échantillon et/ou au masque de gravure. Ses caractéristiques techniques sont : puissance de la source F porte substrat de 300W et de la source ICP 1.2kW. Il est équipé d une détection de fin d attaque par interférométrie laser (905 nm). Les gaz disponibles CHF3 SF6 Ar et 2 sont utilisés pour graver Si, Si2, Ta, Ti, Si3N4, NbN et le Diamant. Microcavités à résonances ltra fines: les microtores n procédé de fabrication de microcavités en silice, type microtores, a été mis en place à la PTA et au sein du laboratoire SiNaPS (INAC/SP2M). Ces objets exhibent plusieurs modes de résonances dont la finesse est extrême (en optique cela correspond à un temps de résidence du photon dans la cavité long de l ordre de quelques dizaines de nanosecondes). Les microtores peuvent être utilisés dans différents domaines comme la bio détection, l optomécanique, l optique etc... Pour ma part, je réalise actuellement une étude optique de ces objets et j étudie également le couplage de différents émetteurs de lumière aux modes résonants de ces cavités. Pour réaliser des microtores, par une gravure plasma isotrope il faut avant tout obtenir des (SF6/Ar) dans le bâti ICP fluoré disques de silice sur pied silicium du 10.05. de bonne qualité pour ensuite ne attention particulière a été les transformer lors d une étape apportée sur la circularité des de fusion de la silice (ne impul- pieds silicium et sur le ratio d isosion d un laser C2 dirigée per- tropie de la gravure de celui-ci pendiculairement au disque per- pour pouvoir réaliser l étape de met d atteindre le point de fu- fusion dans les meilleures condision de la silice. Le pied Si agit tions. comme un dissipateur thermique A l heure actuelle, des facce qui limite spatialement la zone teurs de qualité intrinsèques de haute température au bord géants (caractérisant la grandu disque. La matière se de finesse des résonances) de contracte pour former un bour- l ordre de 5.106 ont pu être relet dont la rugosité est quasi mesurés via un banc de caractérinulle). Les étapes mises au point sation de haute réà la PTA sont la lithographie, la solution dans mon gravure humide de la silice puis laboratoire. la gravure plasma du pied sili- J.B. Jager (photo) cium pour obtenir les disques esponsable équipesur piédestal. Les disques de silice sont gravés dans une solu- ment STS. tion tamponnée d HF/NH4F, et le pied silicium est obtenu Contact : jean-baptiste.jager@cea.fr
...la gravure par faisceau d ions La gravure par faisceau d ions (Ion Beam tch) est une technique gravure purement physique. Les ions sont accélérés et viennent abraser la surface de l échantillon sous leur bombardement. Le gros avantage, mais aussi l inconvénient, de cette gravure, est de pouvoir graver tous les matériaux et ceci avec des sélectivités proche de l unité. Les vitesse de gravure peuvent aller de quelques Å/s à 400 Å/min sur notre équipement. Ces vitesses sont directement liées à la nature du matériau, la puissance F, la pression de travail, mais aussi l angle d attaque du faisceau par rapport à l échantillon. Le but du travail du groupe mémoires MAM et logique de Spintec à la PTA est le développement de dispositifs test de mémoires magnétiques à base de jonctions tunnels qui consiste à graver l empilement magnétique en configuration nano-pilier. Le motif de gravure est défini par lithographie électronique (taille de 50 à 500 nm). Le pilier est gravé par I (eactive Ion tching) suivie d une gravure par faisceau d ions IB (Ion Beam tching). Les deux étapes sont cruciales, en particulier la seconde, car elle définit la géométrie du pilier avec un bon facteur de forme et en évitant au maximum les redépôts, qui pourraient court-circuiter l empilement magnétique. Pour la gravure du masque dur de Ta (~150nm) en I, on utilise du SF 6 : Ar (débits 5 :10 sccm) avec une puissance Coil:Bias de 300W:20W, la pression étant de 3mTorr. Cette recette a permis d obtenir des profils avec des flancs de gravures droits, à condition d avoir un bon contact thermique pour maintenir l échantillon à T constante. Dans les tests de qualifications effectués sur oxyde thermique (figure ci-contre), on voit très bien que la pression de travail en liaison avec le débit d Argon dans l enceinte influence directement la vitesse de gravure mais surtout l homogénéité mesurée, ici sur 4, se dégrade très vite. Notre système est monté avec un spectromètre de masse des ions secondaires (SIMS) in-situ. Cet équipement permet de suivre les espèces gravés en temps réel. Ainsi on peut suivre l apparition ou la disparition de couches de quelques nanomètres et pouvoir par-là même arrêter sa gravure au bon moment! P.Sabon (photo) Gravure de nano-piliers pour les mémoires L image (a) montre un pilier où le Ta a été surgravé suite à une augmentation de la température de l échantillon. Les images MB a),b) et c) montrent des nano-piliers de Ø=500nm où l échantillon est collé avec du scotch (a) et collé avec une colle qui permet un bon contact thermique, en l occurrence Crystalbond TM (b) et (c). La suite de gravure de l empilement magnétique est faite par IB. Pendant cette étape, les phénomènes de gravure et de redépôt coexistent. Afin d éviter l élargissement du motif, il faut que la vitesse de gravure soit plus grande que celle du redépôt. n modifiant l angle de gravure, il est possible de réduire ou carrément d éliminer ces redépôts. Dans notre étude (non exhaustive), nous avons obtenu des flancs de gravure plus droits avec une gravure à un angle de 45 fig. c) que ceux obtenus avec des gravures à 35 fig.b). Yasmina Hadj-Larbi/ Dahmane (photo) Marie-T. Delaye tch ate (A/min) P A G 3 550W, 10rpm, -35 tch, on Si2 Therm. 220 40 200 180 tch ate(a/min) 35 160 30 140 25 120 100 20 80 15 60 40 10 20 0 niformity (%) 5-20 0 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 Pressure (10-4 Torr) Figure: Tests de qualifications effectués sur oxyde thermique a) b c) «Il y a un optimum vitesse de gravure / homogénité» Contact: philippe.sabon@cea.fr Légende des illustrations : Images MB de nanopiliers gravés en I + IB a ) échantillon collé avec du scotch, I+IB à 35, b) et (c) échantillons collés avec Crystalbond TM, I+IB à 35 (b) et à 45 (c). Angles / à l axe du pilier. Contact : yasmina.hadj-larbi@cea.fr yasmina.dahmane@cea.fr niformity (%)
laboration et intégration de nanostructures auto-organisées : application à la nanoélectronique Dans le cadre de mon sujet de post-doctorat au LTM, nous avons étudié les propriétés d auto-assemblage des copolymères diblocs pour contrôler la taille et le positionnement de nanoparticules métalliques. n copolymère est une chaîne de polymère constituée de deux brins chimiquement différents. ne fois étalée et recuite, cette fine couche se structure en réseau bidimensionnel (hexagonal, lamellaire...). lle va par la suite être utilisée comme masque de gravure ou de dépôt afin d obtenir des nanostructures. Les motifs dépendent du copolymère utilisé et de sa masse moléculaire. La taille caractéristique est de l ordre de 20 nm. Dans un premier temps, nous avons mis au point un procédé permettant la réalisation du masque copolymère. Par la suite, le masque copolymère obtenu sera utilisé pour transférer des particules métalliques sur une surface de Si 2 ou Silicium et également comme un masque à la gravure. Les puits ainsi générés pourront être exploités dans Légende des illustrations : Fig 1 : Film copolymère. Fig 2 : Particules métalliques Pt auto-organisées P A G 4 le but de réaliser par exemple des boîtes quantiques, tandis que les copolymère qui s ordonnent sous forme de lignes vont permettre la fabrication de nanofils dans une approche top-down. Les particules métalliques, qui sont déposées à travers le masque copolymère serviront de catalyseurs à la croissance localisée des nanofils verticaux de silicium, qui constituera la troisième étape de ce projet. Les différentes étapes technologiques (dépôts métalliques et gravures) ont été effectuées à la PTA et également dans la salle blanche du bâtiment 41 (voir à ce sujet le message de l quipe de Direction ci-dessous). Billel Salhi (photo) 230 nm 100 nm Contact : billel.salhi@cea.fr INFMATINS Les publications transmises récemment "MMS esonator frequency compensation by «in-line» trimming" Y.Civet, F.Casset, J.F.Carpentier, S.Decossas, T.Haccart, S.Basrour. Papier soumis à Memswave 2010. à Christophe Lemonias, nouveau membre du Groupe Technique! Christophe nous a rejoint à mi-temps début février sur la PTA, le reste de son temps étant consacré à des projets avec Spintec. Venant de Nanofab (Institut Néel), il a une grande expérience de la salle blanche. Actuellement, il est suppléant sur les équipements de lithographie et de microscopie. N hésitez pas à nous contacter et à proposer vos articles. Le prochain numéro portera sur les dépôts et la lithographie optique. Contacts : pta-news@ptagrenoble.com Site WB : www.ptagrenoble.com MSSAG D L QIP D DICTIN (D) D LA PTA : L'arrivée de la machine de gravure ICP chlorée est une excellente nouvelle pour la PTA. La construction du local technique, qui accueillera les gaz réactifs, interviendra d ici l été. Nous espérons qu'elle pourra répondre rapidement aux besoins des utilisateurs et contribuer au développement de nouveaux projets. Par ailleurs, il faut noter que le LTM dispose d'équipements de gravure localisés sur la plateforme 200-300 mm du LTI. L'un de ces équipements n'est pas dédié exclusivement à la microélectronique et est utilisé ponctuellement pour d'autres projets (ex : gravure tranchées de silicium 50 nm et anisotrope, gravure de métaux), dans la mesure où les substrats et matériaux sont compatibles avec leur utilisation sur un tel équipement, et en tenant compte de sa localisation dans la salle blanche du LTI. Les utilisateurs de la PTA, qui auraient un besoin spécifique, sont invités à prendre contact avec thierry.chevolleau@cea.fr ou gilles.cunge@cea.fr (pour plus d informations, voir le supplément de la page 5). Direction: livier Joubert, ngin Molva, Cécile Gourgon et Yves Samson. Coordination éditoriale: Helge Haas (I. Néel), édaction et secrétariat de rédaction: Marie Panabière (LTM). nt collaboré à ce numéro: Thibault Haccart (INAC), Marlène Terrier (INAC), Stéphane Litaudon (INPG), Jean-Baptiste Jager (INAC), Philippe Sabon (Spintec), Yasmina Dahmane (Spintec), Billel Salhi (LTM), Gilles Cunge (LTM).
SPPLMNT A PTA-NWS N 2 P AG LS QIPMNTS D GAV D LTM L équipe gravure du LTM mène une activité amont sur les procédés de gravure par plasma impliqués dans les filières microélectroniques, spintronique et nanotechnologiques. Il s agit d une part de développer les procédés de gravure des nouveaux matériaux qui sont introduits à un rythme grandissant dans ces différentes filières. D autre part, il faut adresser le problème du contrôle dimensionnel lors de la gravure de nanostructures ainsi que le problème des dommages générés par le plasma dans les couches ultraminces qui composent les empilements complexes devant être gravés dans ces filières. Pour effectuer ce travail, le LTM s appuie sur deux clusters de gravure industriels de la société Applied Materials (AMAT). Ces clusters sont destinés à la gravure de substrats de 200 et 300 mm de diamètres, et ils ont été modifiés afin d accueillir des diagnostics du plasma et des surfaces gravées. n particulier, chacun de ces deux clusters est connecté via un transfert sous vide à un analyseur XPS qui permet d analya) 8 nm 8 nm ser la composition chimique des surfaces gravées (et notamment du flanc des structures gravées). n outre, les réacteurs de gravure qui constituent ces clusters sont équipés d éllipsométrie insitu ce qui permet d une part un contrôle en temps réel très fin des procédés, et d autre part des analyses «post-gravure de l épaisseur des couches minces. nfin, ces réacteurs sont équipés de diagnostics du plasma (émission optique, absorption large bande, absorption laser, spectrométrie de masse) qui sont utilisés pour avoir une meilleure compréhension des mécanismes mis en jeux dans la gravure, ce qui permet en retour de mieux contrôler les procédés. D un point de vue pratique, le cluster 200 mm comporte trois réacteurs: une source haute densité de type plasma inductif (DPS) destinée à la gravure du silicium, des métaux et des matériaux magnétiques ; une source identique (DPS+) mais équipée d une cathode chauffante indispensable à la gravure de certains matériaux qui ne forment pas de produits de gravure volatils à tempé- c) Gilles Cunge (photo) b) Illustrations : a) Grille Si sur Si2 ultramince (0.8 nm), b) Gravure de Grille métallique, c) Plate-forme Applied Materials 5200. 20 nm 11 10 nm nm rature ambiante (high-k, matériaux magnétiques ), et une source de type MI (MAX) qui est notamment utilisée pour graver le Si2. Le cluster 300 mm est une réplique du 200 mm mais n est pour l instant équipé que de 2 réacteurs ICP. Cependant, ces réacteurs sont équipés de générateur F dont la puissance peut être modulée en impulsions courtes. Nous pensons que les plasmas pulsés devraient permettre de régler un certain nombre de problèmes de la gravure par plasma : citons l élimination des effets de charge surfacique (qui endommagent les matériaux diélectriques et font perdre le contrôle des profils de gravure) ainsi que la possibilité de graver à très faible énergie de bombardement ionique et donc de s attaquer à la gravure de couches ultraminces sans les endommager. Si Hf2 TiN XPS Gravure Poly-Si Gravure métal & high-k Gravure low-k Contact : gilles.cunge@cea.fr 5