Procédés lithographiques pour les technologies des semi-conducteurs inférieures à 90nm : de la synthèse à l’étude des mécanismes physicochimiques induisant la rugosité des motifs

Lithographic technology for semiconductors below 90nm : From the synthesis to the study of physico-chemical mechanisms inducing patterns line edge roughness

• Auteur / Autrice : Esma Ismailova
• Direction : Georges Hadziioannou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Strasbourg

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rugosité

Lithographie

Résines photosensibles

Polymères

Résumé

L’augmentation de la performance des circuits intégrés est assurée aujourd’hui par la diminution constante de leurs dimensions. En 2001 l’ITRS introduit la rugosité de ligne des motifs "Line Edge Roughness" liée à la miniaturisation des produits de nouvelle génération dans l’industrie microélectronique. Cette rugosité des motifs des résines photosensibles apparait pendant le procédé microlithographique et sera transférée dans les transistors fabriqués en diminuant leur performance. L’objet de ce travail est de comprendre les mécanismes physico-chimiques induisant à la rugosité des motifs et optimiser la synthèse ainsi que la formulation des résines photosensibles pour diminuer la valeur de ce nouveau facteur. Pour identifier et dévoiler les mécanismes physico-chimiques influençant le LER, nous avons étudié d’une part les résines positives commerciales et d’autre part, nous avons synthétisé de nouveaux polymères de différentes compositions chimiques, masses moléculaires, polymolécularités et architectures. Nous avons utilisé ces polymères pour la formulation des résines photosensibles modèles et déterminé les valeurs de LER de ces dernières. D’après nos études nous avons montré l’effet de la masse moléculaire et de l’indice de polymolécularité sur la performance lithographique. Les polymères linaires modèles à faible masse moléculaire ou à polymolécularité intermédiaire montrent une rugosité des motifs similaire à celle des résines commerciales. Enfin, nous avons proposé une nouvelle approche qui doit permettre de diminuer la rugosité de motifs utilisant des architectures macromoléculaires branchées et photoclivables. Celles-ci présentent une sensibilité lithographique et la capacité d’imprimer les motifs de 100nm.

Nowadays, the increasing performance of the integrated circuits is produced by the constant reduction of their dimensions. The "International Technology Roadmap for Semiconductors" is introduced in 2001 the "Line Edge Roughness" parameter depending on the miniaturization of the next generations components in the microelectronic industry. This patterns roughness appeared in microlithographic processes using a photosensitive resist and subsequent by transferring to the manufacturing of the transistor, their performance is decreasing. The objective of this work is to study the physical chemical mechanisms, inducing the LER, and optimize the synthesis and formulation of the photosensitive resists in order to reach acceptable values for this new parameter. In order to identify and unveil the impact of the physical chemical mechanisms on the LER, we studied in parallel, commercial positive resists, and at the same time we synthesized new polymers, having various chemical compositions, molecular weights, polydispersity indexes and polymer architectures. We have used them to formulate model photosensitive resists and defined the values of LER. According to our work, we identified the impact of the polymer molecular weight and the polydispersity on the lithographic performances. The low molecular weight and intermediate polydispersity of linear polymers showed a similar LER compared to the commercial photoresists. Finally, we have proposed a new approach to reduce the roughness of the patterns by using hyperbranched and photocleavables macromolecular architectures showing a good lithographic sensitivity and capability to 100 nm patterning.