Analyse de procédés de traitement plasma des résines photosensibles à 193 nm pour le développement de technologies CMOS sub-65 nm

Study of plasma treatment processes applied to 193 nm photoresists for the development of sub-65 nm technologies

• Auteur / Autrice : Arnaud Bazin
• Direction : Olivier Pierre Etienne Joubert, Erwine Pargon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Micro et nanoélectronique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Grenoble INPG

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gravure par plasma

Rugosité

Microélectronique

Résumé

Ce travail de thèse vise l’étude des interactions entre les plasmas utilisés en microélectroniques et les résines à amplification chimique. Les résines employées en microélectronique servent de masque à la gravure et doivent donc être suffisamment résistantes vis-à-vis des plasmas. L’objectif de ce travail a été dans un premier temps de mettre en évidence les dégradations subies par les résines pendant une étape de gravure. Puis, des procédés de renforcement de ces résines par des traitements plasma ont été étudiés. Ainsi les mécanismes permettant de modifier et de renforcer les résines pour les étapes de gravure ont été expliqués. Le rôle prépondérant joué par les émissions UV du plasma dans le processus de modifications des résines a été mis en évidence. Enfin, la dernière partie de ce travail a consisté à démontrer le potentiel de ces traitements pour des applications industrielles. Ils permettent ainsi d’améliorer la résistance à la gravure ainsi que la rugosité des motifs de résine.

This work focuses on the study of the interactions between plasmas used in microelectronic processes and chemically amplified photoresists. The fabrication processes in microelectronic requires the use of organic polymers. Ln a first time, these materials are used to define the geometry of the final device during a lithography step. Ln the following of the fabrication process, the resist acts as a mask to allow selective treatment of the substrate underneath. One of these treatments is dry etching, a step which is used to transfer resist patterns into the substrate. As a consequence, the photoresists must be sufficiently resistant in order to correctly fulfill there role as etch mask. The main objective of this work has been to deeply investigate the dry etch resistance of chemically amplified resists, and to propose a way to improve their stability during typical dry etch steps. We have studied the degradation of 193 Dm photoresists exposed to various etch chemistries. Several characterization techniques employed (FTIR, XPS, DSC and TGA) have highlighted the weaknesses of 193 Dm resists chemistries, due to their acrylic structures. Controlling the resist degradations during etch being a major issue, we have deeply investigated the possibility of improving the resist etch behaviour by using plasma treatments prior to etching. These treatments are commonly referred to as "plasma cures". The specific modifications of the resist caused by these treatments have been clearly shown, and the major role played by the plasma UV emissions has been demonstrated. Finally these treatments have been applied to resist profiles in order to show their strong potential in terms of industrial applications for sub-65 Dm CMOS technologies. A positive effect has been shown on two major issues: the resist etch rate and the Line Width Roughness (L WR).