Développement de techniques de patterning avancées pour les filières CMOS-sub 10nm

Development of advanced techniques for patterning sub-10 nm CMOS processes

• Auteur / Autrice : Aurélien Sarrazin
• Direction : Christophe Cardinaud, Nicolas Possémé, Patricia Pimenta-barros
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et technologies de l'information et de la communication
• Date : Soutenance le 16/02/2017
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux, Matières, Molécules en Pays de la Loire (3MPL) (Le Mans ; 2008-2021)
• Partenaire(s) de recherche : COMUE : Université Bretagne Loire (2016-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Matériaux Jean Rouxel (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Vallée
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Possémé, Patricia Pimenta-barros, Thierry Chevolleau, Ian Cayrefourcq
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Rémi Dussart, Laurent Le Brizoual

Mots clés

Mots clés contrôlés

Copolymères

Microélectronique

Gravure par plasma

Mots clés libres

Spacer patterning

Résumé

Pour les technologies CMOS sub-10 nm, l’industrie du semi-conducteur est confrontée aux limites de résolution de la lithographie conventionnelle. Différentes techniques alternatives ont été proposées afin de permettre l’obtention de motifs avec des dimensions de l’ordre de 20 nm. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés au « spacer patterning » et à l’autoassemblage dirigé des copolymères à blocs. Nous avons développé une intégration de « spacer patterning » permettant l’obtention de lignes de 20 nm de largeur. Une étude a été menée à partir des matériaux disponibles au CEA-LETI. Ainsi, nous avons étudié les différents enjeux de cette intégration pour les prochains nœuds technologiques. Pour l’auto-assemblage dirigé des copolymères à blocs (DSA), un des enjeux concerne la création d’un masque avec le retrait d’un polymère sélectivement à l’autre. Dans le cadre de notre étude sur le PS-b-PMMA, nous nous sommes intéressés au retrait du PMMA sélectivement au PS par gravure plasma. Des chimies par plasma permettant le retrait du PMMA sélectivement au PS pour des motifs cylindriques et lamellaires ont été développées.

For sub-10 nm CMOS technologies, the semiconductor industry is facing the limits of conventionnal lithography. Several alternative techniques have been proposed to allow 20 nm patterns. In this thesis, we have proposed to focus on spacer patterning technique and Directed Self-Assembly of block copolymers (DSA). We have developped a spacer patterning integration which allows to pattern 20 nm-wide lines. A study has been carried out with materials available at CEA-LETI. Thus, we have studied the different challenges induced by this integration for the following technologic nodes. Concerning Directed Self-Assembly of block copolymers (DSA) technique, one of the main challenge concerns the mask creation by removing a polymer selectively to another. For our study on PS-b-PMMA, we have studied PMMA removal selectively to PS by plasma etching. Plasma chemistries have been developed for removing PMMA selectively to PS on cylidrical and lamellar patterns.