Jean Lapointe
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La gravure au plasma induit par haute fréquence est une technique de gravure à sec qui emploie l’énergie des fréquences radio pour créer un plasma d’atomes ionisés et de radicaux de gaz réactifs capables de graver divers métaux, oxydes, nitrures et autres matériaux semi-conducteurs. Deux sources de fréquences radio indépendantes sont utilisées pour la ICP RIE – une est couplée inductivement à un mélange de gaz à faible pression créant un plasma de haute densité, et une autre est appliquée à une électrode plus basse (porte-échantillon) pour créer une différence de potentiel servant à extraire les espèces réactives du plasma et à les accélérer en direction de l’échantillon à graver. La séparation des générateurs de radiofréquences pour le plasma et l’électrode inférieure permet le contrôle indépendant de la densité et de l’énergie des ions. La température du porte-échantillon peut être contrôlée entre -200 °C et 400 °C. La composition du mélange de gaz et sa pression peuvent être contrôlées avec précision. Cette combinaison de paramètres réglables fait de la ICP RIE un outil de recherche très versatile. Pas exemple, les procédés de ICP RIE peuvent donner des vitesses de gravure élevées, un bombardement ionique réduit pour minimiser le dommage en surface, des marges de manœuvre étendues pour la sélectivité entre le masque et le matériau gravé et des structures avec pentes des parois contrôlables.
Les laboratoires de nanofabrication sont équipés de deux graveurs ICP RIE Plasmalab System 100fabriqués par Oxford Instruments. Chaque système a ses propres applications cibles et gaz réactifs associés, et peut recevoir des plaquettes aussi grandes que 150 mm. Un système est surtout utilisé surtout pour graver le silicium et les diélectriques (SiO2, SiNx) avec des gaz réactifs comme SF6, CF4, HBr et SiCl4, tandis que l’autre sert principalement pour graver les semi-conducteurs III-V (GaAs, InP, etc.) et les métaux avec Cl, BCl3, CH4 et H2. Les deux systèmes sont équipés de moniteurs de profondeur de gravure au laser capables de déterminer la profondeur de gravure en temps réel et avec une précision de quelques nanomètres. Les franges d’interférence peuvent être produites par les réflexions du faisceau laser dans l’échantillon aux interfaces entre les couches ayant différentes densités optiques, ou par les réflexions du faisceau laser par la surface gravée et la surface du masque.