Etude de procédés plasmas pour le retrait de résine implantée pour les filières CMOS et photonique

par Marion Croisy

Thèse de doctorat en Nano electronique et nano technologies

Sous la direction de Nicolas Possémé et de Erwine Pargon.

Le président du jury était Christophe Vallée.

Le jury était composé de Erwine Pargon, Cécile Jenny, Patrice Raynaud, Jean Francois De Marneffe, Alain Campo.

Les rapporteurs étaient Laïfa Boufendi, Brice Gautier, Cécile Jenny.


  • Résumé

    Les filières avancées CMOS et photonique nécessitent des procédés d’implantation utilisant des conditions beaucoup plus agressives en terme de dose et d’énergie que pour les générations de dispositifs précédentes. Cela n’est pas sans conséquences sur les étapes technologiques suivantes notamment l’étape de retrait de la résine implantée par plasma. En effet, pendant l’implantation, la résine subit le bombardement des ions et une couche modifiée appelée « croûte » se forme à la surface. Il est difficile de retirer cette couche sans laisser de résidus et sans consommer les matériaux en présence avec les procédés de retrait actuels et les chimies conventionnelles. Ce travail de thèse se concentre dans un premier temps sur la caractérisation de la résine implantée afin de comprendre les modifications induites par l'implantation dans la résine et la mise en place d’un protocole expérimental pour étudier ces résines. Le phénomène prépondérant observé est la réticulation de la résine ainsi qu’une diminution de la quantité d’oxygène et d’hydrogène contenus dans la résine ce qui a pour conséquence une augmentation de sa densité et de sa dureté. Fort de cette compréhension, les procédés de retrait de la résine plasma par les chimies conventionnelles ou de nouvelles chimies ont été étudiés, le but étant de ne pas laisser de résidus, d’avoir le minimum d'impact sur les substrats et d’atteindre une vitesse de retrait la plus rapide possible. Les chimies oxydantes ont montré les plus grandes vitesses de retrait mais des résidus de SiO2 provenant de la pulvérisation du substrat sont toujours présents. Au contraire, les chimies réductrices sont efficaces pour retirer les résidus mais ont une vitesse de retrait plus faible. Avec ces chimies contenant de l’hydrogène, deux phénomènes ont pu être observés : le popping et le blistering qui correspondent respectivement à la formation de bulles dans la résine et dans le substrat. Ces phénomènes ont été étudiés et des solutions ont été apportées.

  • Titre traduit

    Study of plasma processes for stripping of implanted photoresist for CMOS and photonics applications


  • Résumé

    Stripping photoresist after High Dose Implantation (HDI) is becoming a critical step with the increase of both implantation acceleration energy and dose. During this step, the photoresist is bombarded by the ions and a modified layer called “crust” is formed at the surface. This layer is difficult to remove with current processes and plasma chemistries without leaving residues and damaging the materials in presence. This study focuses first on the implanted photoresist characterization to understand the photoresist modifications induced by the implantation on the setting of robust experimental protocols. The major phenomenon observed is the resist crosslinking with a decrease of the oxygen and hydrogen content which results in an increase of photoresist density and hardness. Thanks to this understanding, the dry strip process using standard or alternative chemistries has been studied in terms of residues removal efficiency, impact on substrate and ashing rate. The oxidative chemistries allow to achieve the highest ashing but some SiO2 residues coming from substrate sputtering remain. On the contrary, the reductive chemistries are efficient to remove residues but the ashing rate is lower. Besides with such chemistries containing hydrogen, two phenomena are observed: photoresist popping and blistering in the silicon substrate. These issues are studied and solutions are proposed.


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