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Gravure en plasma dense fluorocarboné de matériaux organosiliciés à faible constante diélectrique (SiOCH, SiOCH poreux). Etude dun procédé de polarisation.

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1 Gravure en plasma dense fluorocarboné de matériaux organosiliciés à faible constante diélectrique (SiOCH, SiOCH poreux). Etude dun procédé de polarisation pulsée Vanessa RABALLAND 5 juillet 2006 Institut des Matériaux Jean Rouxel de Nantes, Plasmas et Couches Minces Encadrée par Christophe CARDINAUD et Gilles CARTRY

2 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 2 Application en microélectronique Augmenter lintégration : diminuer la taille des transistors et des interconnexions Augmenter la fréquence des microprocesseurs : diminuer le temps de transfert des données Introduction 5 cm 200 nm 30 nm

3 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 3 Réduction déchelle CNCN CNCN CLCL CLCL R Délai dinterconnexions Diminuer la capacité entre les lignes métalliques en diminuant la constante diélectrique r du matériau isolant SiO 2 ( r ~4,1) SiOCH ( r ~2,9) SiOCH poreux ( r ~2,2) Diminuer la résistivité du métal Al Cu Introduction

4 Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 4 Réduction déchelle CNCN CNCN CLCL CLCL R Délai dinterconnexions Diminuer la capacité entre les lignes métalliques en diminuant la constante diélectrique r du matériau isolant SiO 2 ( r ~4,1) SiOCH ( r ~2,9) SiOCH poreux ( r ~2,2) Diminuer la résistivité du métal Al Cu Introduction

5 Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 5 Intégration des interconnexions : Procédé damascène Gravure des vias Lithographie de la ligne Gravure de la ligne Retrait résine et couches darrêt Dépôt de cuivre Diélectrique Cuivre Résine Couche darrêt de gravure Masque dur Dépôt et Gravure du diélectrique Remplissage de cuivre Introduction

6 Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 6 Gravure des vias Lithographie de la ligne Gravure de la ligne Retrait résine et couches darrêt Dépôt de cuivre Diélectrique Cuivre Résine Masque dur Dépôt et Gravure du diélectrique Remplissage de cuivre Introduction Couche darrêt de gravure Intégration des interconnexions : Procédé damascène

7 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 7 Intégration des interconnexions : Procédé damascène Gravure des vias Lithographie de la ligne Gravure de la ligne Retrait résine et couches darrêt Dépôt de cuivre Diélectrique Cuivre Résine Masque dur Dépôt et Gravure du diélectrique Remplissage de cuivre Graver de façon anisotrope et sélective vis à vis du masque ou de la couche darrêt de gravure Introduction Couche darrêt de gravure

8 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 8 masque Couche darrêt Gravure par plasma du matériau diélectrique CHF 3 + e - CHF 2 + F + e - CHF 2 + e - CHF e - … Ions + Substrat polarisé négativement Produits volatiles neutres Film de passivation Introduction Produits volatiles

9 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 9 masque Couche darrêt Gravure par plasma du matériau diélectrique CHF 3 + e - CHF 2 + F + e - CHF 2 + e - CHF e - … Ions + Substrat polarisé négativement Produits volatiles Introduction Produits volatiles ions

10 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 10 Gravure par plasma du matériau diélectrique Introduction Caractéristiques demandéesParamètres ajustables - Vitesse de gravure (200 nm/min) - Sélectivité/ masque dur et couche darrêt (>10) - Anisotropie - Mélange de gaz - Flux dions - Energie des ions CHF 3 + e - CHF 2 + F + e - CHF 2 + e - CHF e - … Ions + Substrat polarisé négativement Produits volatiles

11 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 11 Gravure par plasma du matériau diélectrique CHF 3 + e - CHF 2 + F + e - CHF 2 + e - CHF e - … Ions + Substrat polarisé négativement Produits volatiles Caractéristiques demandéesParamètres ajustables - Vitesse de gravure (200 nm/min) - Sélectivité/ masque dur et couche darrêt (>10) - Anisotropie - Mélange de gaz - Flux dions - Energie des ions - Pulse de la tension de polarisation Introduction

12 Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 12 Réacteur de gravure Source Porte-substrat Réacteur de gravure Echantillon Introduction

13 Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 13 Réacteur de gravure Ellipsomètre spectroscopique Chambre danalyse chimique de surface Transfert sous vide Introduction

14 Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 14 Réacteur de gravure Introduction

15 Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 15 But de létude et plan de lexposé Etudier un nouveau procédé de gravure sélective de SiOCH poreux vis à vis de SiO 2 et SiCH Etude dun nouveau procédé : polarisation pulsée Mécanismes de gravure en polarisation pulsée Compréhension du procédé de gravure pulsée Conclusion et perspectives

16 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 16 But de létude et plan de lexposé Etudier un nouveau procédé de gravure sélective de SiOCH poreux vis à vis de SiO 2 et SiCH Etude dun nouveau procédé : polarisation pulsée Mécanismes de gravure en polarisation pulsée Compréhension du procédé de gravure pulsée Conclusion et perspectives Polarisation pulsée

17 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 17 Gravure en plasma de CHF 3 : Polarisation continue gravuredépôt SiOCH poreux SiO 2 SiCH Pourquoi pulser ? Polarisation pulsée S/SiO 2 = 2 S/SiCH = 6 faible 1500 W 5 mTorr CHF 3 : 40 sccm

18 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 18 Pourquoi pulser la tension de polarisation ? gravuredépôt Pourquoi pulser ? Polarisation pulsée 1500 W 5 mTorr CHF 3 : 40 sccm

19 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 19 Influence des paramètres de pulse sur les vitesses de gravure Fréquence Peu dinfluence Rapport cyclique SiOCH poreux CHF W 5mTorr rc=0,50 SiOCH poreux CHF W 5mTorr f = 1 kHz Diminution de la vitesse de gravure Décalage du seuil dépôt- gravure Paramètres de pulse Polarisation pulsée

20 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 20 rc=0,50rc=0,25 Vitesse de gravure et sélectivité en CHF 3 avec polarisation pulsée SiOCH poreux SiO 2 SiCH continu Polarisation pulsée Gravure en polarisation pulsée rc=1

21 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 21 Influence du plasma Addition dArgon à CHF 3 CHF 3 /Ar (50%-50%) SiOCH poreux S/SiO 2 Sélectivité SiOCH poreux / SiCH : rc=0.50 : peu damélioration / mode continu rc=0.25 : sélectivités plus élevées Sélectivité SiOCH poreux / SiO 2 : rc=0.50 : pas damélioration / mode continu rc=0.25 : séléctivités améliorées S/SiCH Polarisation pulsée Gravure en polarisation pulsée

22 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 22 Influence du plasma Addition dhydrogène à CHF 3 CHF 3 /H 2 (75%-25%) SiOCH poreux S/SiO 2 S/SiCH Sélectivité SiOCH poreux / SiCH: Peu damélioration entre les modes continu et pulsé à rc=0,50 Augmentation de la sélectivité à rc=0.25 Sélectivité SiOCH poreux / SiO 2 : Augmentation de la sélectivité en diminuant le rapport cyclique Gravure en polarisation pulsée Polarisation pulsée

23 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 23 Augmentation de lespace L=300nm E=200/400/600nm Transfert de motifs CHF 3 rc=0,25 170V ~ 90nm/min CHF 3 /H 2 (75%-25%) rc=0,50 110V ~120nm/min Anisotropie, transfert de motifs correct lorsque la tension de polarisation est pulsée diminution du phénomène dARDE Transfert de motifs Polarisation pulsée LE

24 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 24 Bilan sur le procédé « polarisation pulsée » En diminuant le rapport cyclique : Décalage du seuil dépôt-gravure vers les plus fortes énergies des ions + différenciation du seuil entre SiOCH poreux et SiO 2 ou SiCH Amélioration de la sélectivité de gravure SiOCH poreux/SiCH et SiOCH poreux/SiO 2 En polarisation pulsée : Transfert de motifs réalisable Diminution du phénomène dARDE Polarisation pulsée

25 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 25 But de létude et plan de lexposé Etudier un nouveau procédé de gravure sélective de SiOCH poreux vis à vis de SiO 2 et SiCH Etude dun nouveau procédé : polarisation pulsée Mécanismes de gravure en polarisation pulsée Compréhension du procédé de gravure pulsée Conclusion et perspectives

26 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 26 But de létude et plan de lexposé Etudier un nouveau procédé de gravure sélective de SiOCH poreux vis à vis de SiO 2 et SiCH Etude dun nouveau procédé : polarisation pulsée Mécanismes de gravure en polarisation pulsée Compréhension du procédé de gravure pulsée Conclusion et perspectives Mécanismes de gravure

27 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 27 Comparer les mécanismes de gravure en polarisation pulsée et continue Mécanismes de gravure En polarisation pulsée : le plasma est inchangé / mode continu Seule lénergie des ions varie SiCH SiO 2 SiOCH poreux SiO 2 SiCH En polarisation pulsée : modèle de surface ? Mécanismes de gravure : Plasma Surface des matériaux Interaction plasma-surface

28 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 28 SiCH : Modèle de surface et mécanisme de gravure [Eon04] Modèle bi-couche : - couche CF x - couche dinteraction SiF x D. Eon, Thèse de doctorat, Université de Nantes, 2004 SiCH SiF x CF x Mécanismes de gravure SiCH Epaisseur CF x limite la diffusion du fluor du plasma vers SiCH

29 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 29 continu Avant gravure C 1s continu Si 2p rc=0.50 rc=0.25 En polarisation pulsée Peu de variations Epaisseur CF x importante limite la gravure de SiCH Plasma CHF 3 /Ar (50%-50%) 1500W 5mTorr 200V SiCH : Modèle de surface et mécanisme de gravure En polarisation continue Présence de CF x, SiF x Epaisseur CF x importante (~3nm) limite la gravure Modèle de surface SiCH identique en polarisation continue et pulsée Mécanismes de gravure SiCH SiF x CF x SiF 3 SiF 2 SiF Si-C C-Si CF 3 CCF x CF 2 CF rc=0.50 rc=0.25

30 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 30 SiO 2 : Modèle de surface et mécanisme de gravure Deux régimes de gravure [Oehrlein94][Gaboriau05]: -Faible énergie des ions : Epaisseur CF x importante limite la diffusion du fluor du plasma vers SiO 2 -Forte énergie des ions : Epaisseur CF x faible non limitante Composition du plasma Oehrlein et al., J. Vac. Sci. Technol. A 12, p.333, 1994 Gaboriau et al., J. Vac. Sci. Technol. A 23, p.226, 2005 Mécanismes de gravure SiO 2 SiO(CF x ) SiO 2 CF x

31 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 31 rc=0.50 rc=0.25 SiO 2 : Modèle de surface et mécanisme de gravure Plasma CHF 3 /Ar (50%-50%) 1500W 5mTorr 200V rc=0.50 rc=0.25 continu C 1s Avant gravure continu Si 2p SiO 2 SiO(CF x ) En polarisation continue Présence de CF x + faible diminution Si 2p Epaisseur CF x faible (~1nm) non limitante En polarisation pulsée Augmentation des CF x + faible diminution Si 2p Epaisseur CF x faible non limitante Modèle de surface SiO 2 identique en polarisation continue et pulsée Mécanismes de gravure SiO 2 CF x

32 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 32 SiOCH poreux : Modèle de surface analyse XPS Si 2p En polarisation pulsée Forte augmentation des composantes CF x Pic Si 2p inchangé En polarisation continue Présence de CF x Pic Si 2p : sensible élargissement Plasma CHF 3 /Ar (50%-50%) 1500W 5mTorr 200V C 1s Mécanismes de gravure SiOCH poreux Pas de couche dinteraction, présence de CF x

33 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 33 En polarisation continue ET pulsée : F et CF x présents sur toute lépaisseur sondée Pas de gradient de concentration dans lépaisseur sondée ~10nm 0° ~2nm 70° SiOCH poreux : Modèle de surface analyse XPS angulaire Mécanismes de gravure SiOCH poreux [Possémé04] : Diffusion despèces CF x dans le matériau poreux Gravure : Compétition entre la formation de la couche modifiée (SiOCH+CF x ) et la gravure du matériau poreux Possémé et al., J. Vac. Sci. Technol. B 22, p.2772, 2004

34 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 34 SiOCH poreux : Modèle de surface CHF 3 1kHz dc= V MEB surface rugueuse après gravure en polarisation continue ou pulsée Plasma polymérisant et faible énergie des ions favorisent le dépôt CF x Mécanismes de gravure SiOCH poreux CF x SiOCH poreux

35 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 35 [Sankaran03] Morphologie (porosité, diamètre des pores) favorise la pulvérisation du matériau SiOCH poreux / SiOCH dense Gravure du matériau poreux plus efficace que celle du matériau dense en polarisation continue ET pulsée SiOCH poreux SiOCH CHF 3 continuCHF 3 rc=0.25 SiOCH poreux SiOCH Mécanismes de gravure SiOCH poreux Sankaran et al. Appl. Phys. Lett. 82(12) 2003

36 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 36 Bilan sur les mécanismes de gravure en polarisation pulsée En polarisation pulsée : Le plasma est inchangé Les modèles de surface des différents matériaux sont identiques en polarisation continue et pulsée Mécanismes de gravure en polarisation pulsée similaires à ceux en polarisation continue MAIS le procédé de gravure diffère diminution des vitesses de gravure en diminuant le rapport cyclique décalage du seuil dépôt-gravure vers les plus fortes énergies des ions Comment fonctionne le procédé de gravure en polarisation pulsée ? Mécanismes de gravure

37 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 37 But de létude et plan de lexposé Etudier un nouveau procédé de gravure sélective de SiOCH poreux vis à vis de SiO 2 et SiCH Etude dun nouveau procédé : polarisation pulsée Mécanismes de gravure en polarisation pulsée Compréhension du procédé de gravure pulsée Conclusion et perspectives

38 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 38 But de létude et plan de lexposé Etudier un nouveau procédé de gravure sélective de SiOCH poreux vis à vis de SiO 2 et SiCH Etude dun nouveau procédé : polarisation pulsée Mécanismes de gravure en polarisation pulsée Compréhension du procédé de gravure pulsée Conclusion et perspectives Procédé pulsé

39 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 39 Etape de gravure en polarisation pulsée CHF 3 100mHz - rc= V A basse fréquence Si CF x Phase 1 : dépôt FC 1 Procédé pulsé Modélisation

40 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 40 Etape de gravure en polarisation pulsée A basse fréquence Si CF x Phase 1 : dépôt FC 1 Phase 2 : gravure FC 2 xT Procédé pulsé Modélisation CHF 3 100mHz - rc= V

41 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 41 Etape de gravure en polarisation pulsée A basse fréquence Phase 1 : dépôt FC Si CF x Phase 2 : gravure FC 12 Phase 3 : gravure du matériau 3 xT Procédé pulsé Modélisation CHF 3 100mHz - rc= V

42 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 42 Modélisation de la vitesse de gravure en polarisation pulsée Procédé pulsé Modélisation Si CF x Si CF x Si CF x T OFF T ON xT 12 3

43 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 43 Modélisation de la vitesse de gravure en polarisation pulsée modèle SiOCH poreux expérience rc=0,50 rc=0,25 le modèle prédit le décalage du seuil dépôt-gravure MAIS seuils sur-estimés vitesses de gravure sous- estimées + même observation pour les autres matériaux : SiO 2, SiCH Procédé pulsé Modélisation Si CF x Si CF x Si CF x T OFF T ON xT 12 3 Schaepkens et al. JVST B 18, 2000

44 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 44 Hypothèses de non-validité du modèle a/ : mesurée sur un film FC épais déposé à 0V en polarisation continue MAIS vitesse de gravure film FC épais vitesse de gravure dun film mince Procédé pulsé Amélioration du modèle Si CF x Si CF x Si CF x T OFF T ON xT 12 3 b/ : mesurée en polarisation continue MAIS cette vitesse dépend de lépaisseur et de la composition du film FC

45 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 45 Caractérisation de la couche CF x à la surface des matériaux : épaisseur CHF 3 /H 2 (75%-25%) CHF 3 /Ar (50%-50%) CHF 3 /H 2 et CHF 3 /Ar, lépaisseur CF x est constante sur tous les matériaux Procédé pulsé Amélioration du modèle

46 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 46 Caractérisation de la couche CF x à la surface des matériaux : composition Diminution du rapport cyclique : Augmentation du rapport F/C de la couche CF x Gravure du film CF x plus facile : épaisseur CF x varie peu/ continu Gravure du matériau plus efficace lorsque la couche CF x est plus riche en fluor SiOCH poreux : comportement différent Couche CF x très fluorée CHF 3 /H 2 (75%-25%) CHF 3 /Ar (50%-50%) Procédé pulsé Amélioration du modèle

47 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 47 Hypothèses de non-validité du modèle a/ : mesurée sur un film FC épais déposé à 0V en polarisation continue MAIS vitesse de gravure film FC épais vitesse de gravure dun film mince Procédé pulsé Amélioration du modèle Si CF x Si CF x Si CF x T OFF T ON xT 12 3 b/ : mesurée en polarisation continue MAIS cette vitesse dépend de lépaisseur et de la composition du film FC

48 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 48 Hypothèses de non-validité du modèle a/ : mesurée sur un film FC épais déposé à 0V en polarisation continue MAIS vitesse de gravure film FC épais vitesse de gravure dun film mince Procédé pulsé Amélioration du modèle Si CF x Si CF x Si CF x T OFF T ON xT 12 3 b/ : mesurée en polarisation continue MAIS vitesse de gravure en polarisation pulsée sopère à travers un film FC plus fluoré quen polarisation continue vitesse de gravure + efficace

49 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 49 Correction sur la vitesse de gravure à travers un film CF x plus fluoré SiOCH poreux SiO 2 SiCH CHF 3 continu SiOCH poreux SiO 2 SiCH CHF 3 rc=0.25 CHF 3 continu SiOCH poreux SiO 2 SiCH et Procédé pulsé Amélioration du modèle

50 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 50 Hypothèses de non-validité du modèle a/ : mesurée sur un film FC épais déposé à 0V en polarisation continue MAIS vitesse de gravure film FC épais vitesse de gravure dun film mince Procédé pulsé Amélioration du modèle Si CF x Si CF x Si CF x T OFF T ON xT 12 3 c/ la gravure du matériau ne sopère que pendant la phase 3 MAIS le dépôt formé pendant la phase 1 est mince et ne bloque pas la gravure du matériau pendant la phase 2 b/ : mesurée en polarisation continue MAIS vitesse de gravure en polarisation pulsée sopère à travers un film FC plus fluoré quen polarisation continue vitesse de gravure + efficace

51 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 51 Vitesse de gravure du matériau pendant T ON 123 Procédé pulsé Amélioration du modèle 123

52 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 52 Hypothèses de non-validité du modèle a/ : mesurée sur un film FC épais déposé à 0V en polarisation continue MAIS vitesse de gravure film FC épais vitesse de gravure dun film mince Procédé pulsé Amélioration du modèle Si CF x Si CF x Si CF x T OFF T ON xT 12 3 c/ la gravure du matériau ne sopère que pendant la phase 3 MAIS le dépôt formé pendant la phase 1 est mince et ne bloque pas la gravure du matériau pendant la phase 2 b/ : mesurée en polarisation continue MAIS vitesse de gravure en polarisation pulsée sopère à travers un film FC plus fluoré quen polarisation continue vitesse de gravure + efficace

53 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 53 Validation du modèle de gravure en polarisation pulsée SiOCH poreux SiO 2 SiCH pour SiO 2 et SiCH, le modèle prédit correctement seuil et vitesse de gravure pour SiOCH poreux, les vitesses de gravure sont sous-évaluées Procédé pulsé Amélioration du modèle

54 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 54 Modèle de gravure en polarisation pour SiOCH poreux xT modèle en meilleur accord avec lexpérience d/ La gravure du matériau peut sopérer spontanément pendant une fraction de temps à lextinction du pulse Procédé pulsé Amélioration du modèle SiOCH poreux

55 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 55 Bilan sur le modèle de gravure en polarisation pulsée Procédé pulsé Le procédé de gravure nest pas une simple succession des étapes de : - dépôt FC : T OFF - gravure FC : xT - gravure du matériau : T ON -xT La gravure en polarisation pulsée sopère : - dès le début du temps T ON - à travers un film FC plus fluoré / polarisation continue - pendant une fraction de temps supplémentaire à lextinction du pulse (selon les matériaux)

56 Introduction Polarisation pulsée Mécanismes de gravure Conclusion Pourquoi pulser ? Paramètres de pulse Gravure en polarisation pulsée Transfert de motifs SiCH SiO 2 SiOCH poreux Procédé pulsé Modélisation Amélioration du modèle 56 Conclusion Conclusion et perspectives Décalage du seuil dépôt-gravure pour les différents matériaux Sélectivité SiOCH poreux/ SiCH et SiO 2 améliorée Transfert de motifs réalisable Potentialité du procédé de « polarisation pulsée » Pulser la tension de polarisation Modèle de surface des matériaux SiCH, SiO 2, SiOCH poreux Mécanismes de gravure en polarisation pulsée identiques à ceux en polarisation continue Modélisation des vitesses de gravure en polarisation pulsée Mécanisme de gravure Perspectives Optimisation du procédé « polarisation pulsée » Amélioration des modèles de surface (analyse XPS, ellipsométrie porosimétrique…) Validation du modèle de gravure en polarisation pulsée dans dautres chimies de plasma Mesures électriques ( r )


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