Limites imposées par les procédés de gravure plasma lors de la réalisation d'une structure double damascène : rugosité en fond de ligne des diélectriques poreux et intégration des barrières auto-positionnées

par Fanny Bailly

Thèse de doctorat en Sciences des matériaux

Sous la direction de Christophe Cardinaud et de Thibaut David.

Soutenue en 2008

à Nantes .


  • Résumé

    La diminution des dimensions et l'augmentation des densités d'intégration des composants microélectroniques rendent la fabrication des interconnexions, et en particulier ceux utilisant la structure double damascène, toujours plus délicate. Notre travail a été focalisé sur deux des difficultés rencontrées lors de l'étape de gravure : la rugosité du diélectrique en fond de ligne et l'intégration des barrières auto-positionnées à base de cobalt. Poreux, les diélectriques utilisés aujourd'hui sont sensibles aux procèdés de gravure en plasma fluorocarboné. Nous montrons en particulier que la rugosité de la surface augmente linéairement en fonction de l'épaisseur gravée. Une rugosité de fond de ligne importante peut cependant limiter les performances ou compromettre la fiabilité de la structure double damascène ainsi elle doit donc être minimisée. La diffusion dans le diélectrique poreux des atomes de fluor provenant du plasma a été identifiée comme responsable de cette rugosité : c'est donc cette diffusion qu'il faut limiter pour éviter une rugosité trop importante. Les barrières auto-positionnées à base de cobalt sont un moyen de minimiser l'électromigration du cuivre. Deux options sont envisageables en terme de schéma d'intégration : elles peuvent être conservées en fond de via ou gravées afin d'obtenir un meilleur contact électrique entre deux niveaux adjacents. Cependant, aucun plasma, en dehors d'une simple pulvérisation physique, n'a pu être identifié pour graver ces barrières en fond de via sans abîmer le diélectrique ou le cuivre environnants. Le métal ainsi pulvérisé vient de plus se déposer sur les flancs de la structure, limitant sa fiabilité. Ce résultat est à prendre en compte pour choisir le schéma d'intégration le plus favorable.

  • Titre traduit

    Main challenges during plasma etching of a dual damascene structure for advanced notes : trench bottom roughness and integration of self-aligned barriers


  • Résumé

    With decreasing dimensions and increasing densities in microelctronic devices, fabrication of interconnects, and, more precisely, of the dual damascene structure, becomes more and more challenging. Our work was focused on two of the challenges faced during the plasma etching step : dielectric trench bottom roughening and integration of cobalt-based alloys used as self aligned barriers. Porous dielectrics are sensitive to plasma processes. As a consequence, we observed that their roughness increases linearly versus the etched thickness during the trench etching step using fluorocarbon based plasma chemistries. To prevent, reliability$issugs< this roughness has to be minimized. We evidenced that fluorine diffusion in the dielectric is responsile for its roughening. Controlling this diffusion is a means of preventing roughness from increasing too drastically. Cobalt based alloys are good candidates to reduce the issue of copper electromigration. Two options are possible : the barrier can either remain in the final structure or be etched at the bottom of the via to allow a good electrical contact between two adjacent metal levels. Etching this barrier seems to be the better option. However, no plasma process except argon sputtering, could be idenfied to etch cobalt-based alloys without damaging the rest of the structure, namely the dielectric and the underlying copper. Such an argon plasma can lead to cobalt-based redeposits on the structure sidewalls and, by this way, to reliability issues. This etching result has to be taken into account when choosing the integration scheme.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (310 f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. f. 289-310

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  • Bibliothèque : Université de Nantes. Service commun de la documentation. BU Sciences.
  • Disponible pour le PEB
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