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Thèse Année : 2009

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

Résumé

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. In a first time, these materials are used to define the geometry of the final device during a lithography step. In 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 nm photoresists exposed to various etch chemistries. Several characterization techniques employed (FTIR, XPS, DSC and TGA) have highlighted the weaknesses of 193 nm 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 nm CMOS technologies. A positive effect has been shown on two major issues: the resist etch rate and the Line Width Roughness (LWR).
Ce travail de thèse vise l'étude des interactions entre les plasmas utilisés en microélectronique et les résines à amplification chimique. Les procédés de fabrication employés en microélectronique nécessitent l'utilisation de matériaux polymères. Ces matériaux permettent dans un premier temps de définir des motifs représentant les différentes parties des composants électroniques, grâce à une étape de lithographie. Dans la suite du procédé de fabrication, ils jouent le rôle de masque afin de traiter les surfaces sous-jacentes aux endroits désirés. Une de ces étapes pour laquelle le polymère joue le rôle de masque est la gravure sèche par plasma, qui permet de transférer les motifs créés par lithographie dans le substrat et ainsi obtenir la structure du circuit intégré. Ainsi les résines employées doivent être suffisamment résistantes afin de remplir efficacement leur rôle de masque à la gravure. L'objectif principal de ce travail de thèse a donc été d'étudier la résistance à la gravure des résines à amplification chimique de dernière génération (193 nm) afin de mettre en évidence les dégradations de ces matériaux pendant les étapes de gravure, et de trouver des moyens d'améliorer leur résistance. Dans un premier temps le comportement des résines 193 nm a été comparé à une résine de référence plus résistante. Des analyses physico-chimiques (FTIR, XPS, DSC et TGA) ont permis de mettre en évidence les faiblesses des résines 193 nm liées à leur structure acrylique. La chimie des résines 193 nm étant complexe et devant répondre à de nombreux critères notamment pour l'étape de lithographie, il est préférable de les renforcer en tentant de contrôler les dégradations observées. Ainsi le deuxième objectif de la thèse a été d'étudier le renforcement des résines par des procédés plasma en utilisant des conditions particulières différentes des étapes de gravure. Les modifications spécifiques apportées par ces traitements sur les résines ont donc été mises en évidence, et le rôle prépondérant des émissions UV a notamment pu être prouvé. Enfin ces traitements plasma ont été appliqués sur des lignes de résines afin de montrer le fort potentiel applicatif de ces procédés pour améliorer deux points critiques : la vitesse de gravure et la rugosité des motifs.
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Dates et versions

tel-00668121 , version 1 (09-02-2012)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00668121 , version 1

Citer

Arnaud Bazin. Analyse de procédés de traitement plasma des résines photosensibles à 193 nm pour le développement de technologies CMOS sub-65 nm. Micro et nanotechnologies/Microélectronique. Institut National Polytechnique de Grenoble - INPG, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00668121⟩
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