Développement de procédés innovants de gravure de matériaux chalcogénures pour des applications mémoires non-volatiles et photoniques

Depuis plusieurs années, les applications mémoires se diversifient pour répondre aux besoins du marché semiconducteur en fort développement. Dans cette optique, de nouvelles technologies de mémoires ont émergé. Les mémoires à changement de phase (PCRAM) sont parmi les technologies les plus prometteuses à la fois pour les applications standalone et embarquées. Le matériau sur lequel repose cette technologie, le GST, alliage de germanium, d’antimoine et de tellure, soulève de nombreux défis lors de sa mise en forme.Ces travaux de thèse s’axent sur l’amélioration de la mise en forme du GST et plus largement des PCRAM. La gravure plasma figure parmi les leviers les plus importants pour l’améliorer. Actuellement, la chimie HBr est la chimie de référence pour graver le GST. Dans un premier temps, ces travaux mettent en lumière les points forts et les points bloquants de la gravure de référence. A la suite de cette étude, une des sources les plus flagrantes de défectivité : la formation de résidus de type Ge-Ox est investiguée à l’aide d’analyses MEB, EDS, XPS et R(T). Afin de pouvoir pallier leurs formations, un mécanisme l’expliquant est proposé. Dans un second temps, de nouvelles chimies de gravure d’intérêt, le H2, le N2 et le H2/N2, sont investiguées. Leurs bénéfices et inconvénients pour la mise en forme du GST sont comparés. Dans une volonté d’amélioration de la meilleure chimie, celle-ci est ensuite diluée avec d’autres gaz (HBr, Ar) et le meilleur résultat est intégré dans un dispositif fonctionnel. Finalement, l’enchainement de mise en forme est amélioré en ajoutant un traitement H2 après gravure. Des études poussées (XPS, ToF-SIMS, FTIR, etc.) sont menées pour valider les bénéfices apportés par cet ajout pour la gravure puis pour la mise en forme complète. En conclusion, cette solution est intégrée dans un dispositif fonctionnel pour en valider l’intérêt. In recent years, memory applications diversified themselves to fulfill the needs of the growing microelectronics market. In that extent, new memory technologies emerged. Among these technologies, phase-change random access memories (PCRAM) are one of the most promising for both standalone and embedded applications. Their functioning is based on the properties of a germanium, antimony, and tellurium alloy, also known as GST. The patterning of this material raises many challenges.This thesis aims to improve the GST and, to a further extent, the PCRAM patterning. Plasma etching is the most important leve