Étude par microscopie à force atomique en trois dimensions de l’évolution de la rugosité de bord de ligne
lors de la fabrication d’une grille de transistor MOS
Directeur de thèse: Olivier JOUBERT (CNRS)
Encadrants : Johann FOUCHER (CEA-Leti) et Erwine PARGON (CNRS)
Thèse préparée au Laboratoire des Technologies de la Microélectronique (LTM / CNRS)
Jérôme THIAULT
2Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
Contexte technologique
SourceDopée N
Drain Dopé N
Grille
Oxyde de grille
Substrat Silicium dopé P
Canal de conduction
Vd
Vg
Vs
espaceur
Isolation latérale (STI)
Le transistor MOS (Metal Oxyde Semi-conducteur)
Développement de la microélectronique
Hausse de la vitesse de fonctionnement des dispositifs Augmentation du nombre de transistors par puce Réduction des coûts de fabrication d’une fonction élémentaire
Miniaturisation des composants
État bloqué Vg ≤ 0V
État passant Vg > Vseuil
3Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
Lithographie
Fabrication grille transistor MOS
Masque Résine
BARC
Poly- Silicium (grille)
SiO2 (oxyde de grille)
Silicium dopé
Masque dur Si02
Transfert par un ensemble d’étapes de gravure par plasma
Grille finale du transistor
oxyde de grille
grille
Silicium
4Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
2005 2007 2010 2013
Nœud technologique hp65 hp45 hp32
CD résine après lithographie (nm) 53 42 30 21
LWR 3σ résine (nm) 4,2 3.4 2.4 1.7
CD grille finale (nm) 32 25 18 13
LWR 3σ grille (nm) 2,6 2 1.4 1
Véritable défi technologique pour réaliser ces transistors
Source : metrology and lithography ITRS roadmap update2006
Exigences industrielles
La dimension de la grille finaledevient de plus en plus difficile à contrôler
La feuille de route ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductors) définit les critères dimensionnels nécessaires au bon fonctionnement
des futures générations de transistors
5Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
Point critique : La rugosité de bord de ligne
Variation en dimension de la longueur de grille
=Rugosité de bord de ligne
Augmentation du courant de fuite
Variation aléatoire du courant dans le transistor
Yamaguchi et al, Proc. SPIE 5038, (2003)
Ion (A/µm)
Log(
I off)
(A
/µm
)
M. Chandhok et al, Proc. SPIE 6519, 48, (2007)
La rugosité de bord impacte directement les performances électriques du transistor
Nécessaire de contrôler et de mesurer avec précision
la rugosité de bord de ligne
Rugosité de bord de ligne
Image MEB grille en Poly-Silicium
Longueur de grille
6Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
Définition mathématique
Y
X1, i
X
X2, i
X2 X1
CD
0
n
Grille vue de dessus
n
CDCDj
CDLWR
n
j
0
2)(
3)(3
Line Width Roughness LWR = écart type (3) de la variation de CD le
long de la ligne
Rugosité = paramètre statistique défini par un écart type ()
7Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
Problématique de la mesure de la rugosité
Aujourd’hui, aucune méthode de mesure standard n’est définie pour mesurer le LWR
Longueur de mesure?
Nombre de lignes de mesure ?
grille vue de dessus Choisir un outil pour la mesurer
Déterminer les paramètres de mesure:
• Longueur de mesure
• Nombre de lignes de mesure
Nécessaire d’établir un protocole de mesure pour obtenir une mesure de LWR
de la grille de transistor fiable et significative
8Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
Motif de résine après lithographie Grille finale après procédé de gravure plasma
La rugosité de bord de la résine se transfère partiellement dans la grille finale en poly-Silicium lors du procédé de gravure plasma
Transfert de la rugosité de bord
Problématique du transfert de la rugosité
Nécessaire de comprendre comment se transfère et évolue la rugosité de bord de ligne lors du procédé de gravure plasma
Aujourd’hui, meilleur LWR résine après lithographie = 6nmExigences ITRS (2007) = 3,4nm
9Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
Objectifs de la thèse
Déterminer un protocole de mesure de LWR
Étudier l’impact du plasma sur la rugosité debord des lignes de résine après lithographie
Comprendre l’évolution de la rugosité de bord lors des différentes étapes technologiques de fabrication d’une grille de transistor
Contrôler la rugosité de bord de la grille finale en poly-Silicium afin de la réduire
10Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
1. Contexte technologique et Objectifs
2. Métrologie de la rugosité de bord de ligne
3. Impact de la gravure plasma sur la rugosité de bord de la résine
4. Évolution de la rugosité de bord de ligne lors d’un procédé complet de gravure grille
5. Conclusion et Perspectives
Sommaire
1. Contexte technologique et Objectifs
2. Métrologie de la rugosité de bord de ligne Outils de mesure La Microscopie à Force Atomique en 3D (AFM 3D)
3. Impact de la gravure plasma sur la rugosité de bord de la résine
4. Évolution de la rugosité de bord de ligne lors d’un procédé complet de gravure grille
5. Conclusion et Perspectives
11Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
Les outils de métrologie 3 outils potentiels pour la mesure de la rugosité de bord :
Technique limitée sur les matériaux fragiles
1- Le Microscope électronique à balayage en vue de dessus (CD-SEM)
Avantages :• Technique déjà largement utilisée en production • Rapidité de la mesure • Reproductibilité
Inconvénients :• Image en 2D• Résine endommagée par le faisceau d’électrons
ImageSEM en vue de dessusFond de grille
Haut de grille
Technique basée sur la détection des électrons secondaires
Mesure du CD et LWR par analyse de contraste
12Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
2- La scattérométrie
Basée sur la diffraction de la lumière par un réseau de lignesContrôle des dimensions par rapport à des structures connues
Avantages :• Technique déjà largement utilisée en production • Reproductibilité
Inconvénients :• Mesure uniquement de réseaux • Requiert des puissances de calcul importantes• Besoin de développement pour la mesure de rugosité
Technique peu adaptée pour la mesure de LWR
Les outils de métrologie
13Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
3- La Microscopie à Force Atomique en 3 dimensions (AFM 3D)
Technique particulièrement adaptée à l’étude des mécanismes de transfert de la rugosité de bord de ligne
Les outils de métrologie
Technique récente (brevet IBM 1995 Veeco 2003) Basée sur la microscopie à force atomique standard
Avantages :• Non destructif • Profil de la structure en 3D • Applicable sur une large gamme de matériaux• Bonne résolution (1nm)• Référence métrologique pour la mesure de CD
Inconvénients :• Mesure lente pour la production• Nécessaire d’optimiser la technique
14Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
L’AFM en 3 Dimensions
100 nm
20 nm
50 nm
220 nm
Pointe évasée
Diamètre ~ 50 nm
Longueur ~ 220nm
Rayon courbure ~ 20 nm
Pointe
Outil utilisé : Dimension X3D de Veeco Instrument (2004 : 1er équipement installé en Europe)
X
Z Y
motif
Balayage
Tip
Balayage en X, Y, Z
Oscillation de la pointe en Z
15Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
Protocole de mesure en AFM 3D
2- Scan du motif à analyser
Reconstruction du profil en 3D
1- Qualification de la pointe de mesure
WWld ld
Diamètre Longueur et rayon de courbure
Dimension et forme de la pointe
-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 1000
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
ha
ute
ur
(nm
)
diametre (nm)
Diamètre
Rayon coubure
Longueur
16Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
Protocole de mesure en AFM 3D3 - Déconvolution taille et forme de la pointe sur image AFM 3D
CD moyen à plusieurs hauteurs
Hauteur moyenne
Angle moyen
Ecart type du CD LWR
Sur la longueur analysée :-100-90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
profil moyen
heig
ht (
nm)
CD (nm)
Ha
ute
ur
(nm
)
CD (nm)
Profil moyen de la structuresur la longueur analysée
17Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
Pour 100 lignes de mesures Pour une longueur de champ de mesure de 2µm
Protocole de mesure de LWR
Longueur du champ de mesure ?
Nombre de lignes de mesure ?
Ligne vue de dessus Expérience
100 lignes de mesure sur 2µm
variation du nombre de lignes de mesure et de la longueur du champ de mesure
Objectif : Déterminer un protocole de mesure de LWR statistiquement fiable
2µm
À partir de 100 lignes
18Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
Protocole de mesure de LWR
Facétage de la résine
Valeurs élevées
de LWR
LWR moyen sur la hauteur du motif
LWR = 15.4 nm
Profil AFM moyen du motif sur une longueur de 2 µm
Mesure de LWR tous les 20nm le long de la hauteur du motif
19Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
Limitations de l’AFM 3D Interaction pointe / surface
Prise de particule sur la pointe
Usure prématurée de la pointe
Hauteur (nm)
Avant la mesure Après la mesure
Diamètre = 100.8nm
Diamètre = 77.3nm
CD (nm)
Zone d’ombre en bas du motif
Pas d’informations dimensionnelles en bas du motif
(40nm du fond du motif )
Profil AFM de la pointe
20Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
Conclusion : potentiel AFM 3D
Protocole de mesure de LWR avec l’AFM 3D
100 lignes de mesures sur 2 µm
Technique qui permet l’analyse du transfert de la rugosité de bord en 3D
21Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
Sommaire
1. Contexte technologique et Objectifs
2. Métrologie de la rugosité de bord de ligne
3. Impact de la gravure plasma sur la rugosité de bord de la résine
Impact de la chimie de gravure Impact du bombardement ionique
4. Évolution de la rugosité de bord de ligne lors d’un procédé complet de gravure grille
5. Conclusion et Perspectives
22Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
La gravure plasmaLa gravure plasma est basée sur une synergie ions/neutres :
Gravure chimique = action des radicaux neutres du plasma
Gravure physique = action du bombardement énergétique et directionnel des ions
Paramètres de contrôle du procédé de gravure:Puissance d’excitation source (0 à 2000 W)Puissance de polarisation (0 à 200 W)Pression dans le réacteur (4 à 80 mT)Gaz injectés et leur débit (5 à 200 sccm)
Flux d’ionsÉnergie des ions
Chimie du plasma
Générateur RF13.56 MHz
plasma
Evacuation des produits de gravure Introduction des gaz
de gravure
Antenne RF 12.56 MHz
Substrat de diamètre 200
mm
Réacteur de gravure plasma
DPS centura 5200(Applied Materials)
Plasma à couplage inductif haute densité (ni ≈ ne ≈1011~12 cm-3)
23Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
Étude expérimentaleObjectif : Comprendre l’impact de la gravure plasma sur la rugosité de bord de la résine Protocole : Mesure en AFM 3D d’un motif de résine avant et après exposition à différents traitements plasma
Impact de la chimie de gravure : 02, SF6, CH2F2
Impact du bombardement ionique : 02 avec polarisation
Évolution du CD
Évolution de LWR le long des flancs du motif
Traitement plasma
Traitement plasma
BARC
RESINE
Lithographie
CD
LWR
Pointe AFM3D
24Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
1. Contexte technologique et Objectifs
2. Métrologie de la rugosité de bord de ligne
3. Impact de la gravure plasma sur la rugosité de bord de la résine
Impact de la chimie de gravure (02, SF6, CH2F2)
Impact du bombardement ionique
4. Évolution de la rugosité de bord de ligne lors d’un procédé complet de gravure grille
5. Conclusion et Perspectives
Sommaire
25Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
-200 -100 0 1000
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
Hau
teu
r (n
m)
CD (nm)
lithographie après plasma O
2- 15s
-78 -76 -74 -72 -70 -68 -66 -64 -62 -600
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
Hau
teu
r (n
m)
CD (nm)
Lithographie Plasma O
2- 15s
Plasma d’O2 sans polarisation : contrôle du CD
Oxygène atomique est très réactif vis-à-vis de la résine Vitesse de gravure latérale = 4.9 nm/s; Vitesse de gravure verticale = 5 nm/s Transfert latéral des protubérances initialement présentes sur les flancs
Procédé : 100 sccm O2 / Source : 300 W / Polarisation : 0 W / 10 mT / 15s
Zoom du flanc gauche du motif
h = 265nm
h = 200nm
CD=151.8nm
CD=77.6nm
26Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
Résultats en CD-SEM confirment la tendance observée en AFM 3DPas d’impact sur le LWR
Plasma d’O2 sans polarisation : LWR
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200
20406080
100120140160180200220240260
LWR = 14.4nmLWR = 14.7nm
hau
teu
r (n
m)
LWR 3(nm)
Lithographie plasma O
2- 15s
Lithographie
CD = 150.4 nmLWR = 10.2 nm
CD = 82 nmLWR = 9.3 nm
Plasma O2
CD-AFM
CD-SEM
Lithographie : LWR = 14.4nmAprès plasma O2 : LWR = 14.7 nm
LWR moyen sur la hauteur
27Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
-160 -120 -80 -40 0 40 80 1200
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
Hei
gh
t (n
m)
CD (nm)
Lithography SF
6- 20s h = 255nm
h = 245nm
CD=107.1nm
CD=88.6nm
Procédé : 100 sccm SF6 / Source : 300 W / Polarisation : 0W / 10 mT / 20s
F est chimiquement réactif avec la résine mais beaucoup moins que O Vitesse de gravure latérale = 0.9 nm/s; Vitesse de gravure verticale = 0.5 nm/s Transfert latéral des protubérances initialement présentes sur les flancs
-60 -58 -56 -54 -52 -50 -48 -46 -44 -420
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
Hei
gh
t (n
m)
CD (nm)
Lithography SF
6- 20s
Plasma de SF6 sans polarisation : contrôle du CD
Zoom du flanc gauche du motif
Hau
teur
(nm
)
Hau
teur
(nm
)
28Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
Pas d’impact sur le LWR
8 10 12 14 16 18 20 22 240
20406080
100120
140160180200220240260
LWR = 19.1nmLWR = 19.1nm
He
igh
t (n
m)
LWR 3sigma (nm)
Initial lithography after SF
6 plasma
Lithographie
CD = 117.3 nmLWR = 16.1 nm
CD = 101.3 nmLWR = 17 nm
SF6 plasma
CD-AFM
CD-SEM
Lithographie : LWR = 19.1nmAprès plasma SF6 : LWR = 19.1 nm
LWR moyen sur la hauteur
Plasma de SF6 sans polarisation : LWR
Hau
teur
(nm
)
29Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
-200 -160 -120 -80 -40 0 40 80 1200
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
320
Hei
gh
t (n
m)
CD (nm)
Lithography After CH
2F
2 plasma
h =255nm
h =275nm
CD=103.6nmCD=142.8nm
Dépôt d’une couche fluorocarbonée sur le haut et les flancs du motif de résine Vitesse de dépôt = 1nm/s Transfert des protubérances initialement présentes sur les flancs
Procédé : 100 sccm CH2F2 /Source : 300 W / Polarisation: 0W / 10 mT / 20s
-84 -82 -80 -78 -76 -74 -72 -70 -68 -66 -640
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
Hei
ght (
nm)
CD (nm)
Initial lithography After CH
2F
2 plasma
Plasma de CH2F2 : contrôle du CD
Zoom du flanc gauche du motif
Hau
teur
(nm
)
Hau
teur
(nm
)
30Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
10 12 14 16 18 20 22 24 26 280
20406080
100120140160180200220240260280
LWR = 19.4nmLWR = 21.4nm
Hei
gh
t (n
m)
LWR 3sigma (nm)
Lithography After CH
2F
2 plasma
La formation d’un dépôt tend à augmenter le LWR
Lithographie Après plasma CH2F2
CD = 155.9 nmLWR = 15.3 nm
CD = 118.2 nmLWR = 12.2 nm
CD-AFM
CD-SEM
Lithographie : LWR = 19.4nmAprès plasma CH2F2 : LWR = 21.4 nm
Plasma de CH2F2 : LWR
LWR moyen sur la hauteur
Hau
teu
r (n
m)
31Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
Quand les interactions plasma / résine sont fortement contrôlées par les neutres radicalaires du
plasma, la rugosité de bord de ligne de la résine n’est pas diminuée.
Conclusion
Impact de la chimie du plasma sur LWR
32Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
1. Contexte technologique et Objectifs
2. Métrologie de la rugosité de bord de ligne
3. Impact de la gravure plasma sur la rugosité de bord de la résine
Impact de la chimie de plasma (02 ,SF6,CH2F2)
Impact du bombardement ionique
4. Évolution de la rugosité de bord lors d’un procédé complet de gravure grille
5. Conclusion et Perspectives
Sommaire
33Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
-200 -160 -120 -80 -40 0 40 80 120 160-20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
Hei
gh
t(n
m)
CD (nm)
Initial lithography After O
2plasma with bias power
h = 211nm
CD=112.6nm
CD=80.5nm
h =255nm
Procédé : 100 sccm O2 / Source : 300 W / Polarisation: 50 W / 10 mT / 7s
-64 -62 -60 -58 -56 -54 -52 -50 -48 -46 -44 -42 -40-20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
Heig
ht
(nm
)
CD (nm)
Initial Lithography After O
2 plasma with bias power
Vitesse de gravure verticale = 6.3 nm/s Vitesse de gravure latérale = 4.6 nm/s Le profil de la résine apparaît plus lisse
Plasma d’O2 avec polarisation : Contrôle du CD
Zoom du flanc gauche du motif
Érosion des protubérances initialement présentes sur les flancs de la résine
Hau
teu
r (n
m)
Ha
ute
ur
(nm
)
34Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 300
20406080
100120140160180200220240260
LWR = 23.8nmLWR = 16.2nm
Hei
gh
t (n
m)
LWR 3sigma (nm)
Initial lithographyO
2 plasma with bias
L’ajout de bombardement ionique énergétique et directif conduit à une diminution du LWR
CD = 88.5 nmLWR = 11.8 nm
Lithographie plasma O2 avec polarisation
CD = 119.4nmLWR = 15.1 nm
CD-AFM
CD-SEM
Lithographie : LWR = 23.8nmAprès plasma O2 : LWR = 16.2 nm
LWR moyen sur la hauteur
Plasma d’O2 avec polarisation : LWR
Hau
teu
r (n
m)
Diminution LWR
35Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
Le bombardement ionique énergétique et directif est responsable de la réduction de la rugosité de bord de la
résine par érosion des protubérances initialement présentes sur le flanc des motifs
Conclusion
Impact du bombardement ionique sur LWR de la résine
36Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
Sommaire
1. Contexte technologique et objectifs
2. Métrologie de la rugosité de bord de ligne
3. Impact de la gravure plasma sur la rugosité de bord de la résine
4. Evolution de la rugosité de bord lors d’un procédé complet de gravure grille
5. Conclusion et Perspectives
37Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
Objectif : Transfert de LWR lors des différentes étapes de gravure permettant d’élaborer une grille de transistor
Étude expérimentale
Résine
BARC 75nm
P-Si 100nm
SiO2 2nm
Si Bulk
1 - Lithographie 2 - Gravure BARC 3 - Gravure grille 4 - Retrait résine+ bain HF
Mesure du CD et de LWR dans toutes les couches après chaque étape technologique de fabrication
Protocole AFM 3D
Surface analysée par
AFM
38Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
Évolution CD
Protocole expérimental
Évolution LWR le long des flancs
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
250
300
Poly-Si
BARC
Resine
Hau
teu
t (n
m)
LWR 3 (nm)
FacetageDiminution
LWR
Le LWR moyen est diminué après chaque étape de gravure
Épaisseur de la couche de passivation
-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 1000
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
P-Si
BARC
résine haut
eur
(nm
)
CD (nm)
lithographie ouverture BARC en CF
4
gravure grille grille finale
CD1
CD2
CD3CD4
CD5
39Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
Gravure du BARC Objectif : Impact de la gravure BARC sur la rugosité de bord de la résine
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
BARC
résine
ha
ute
ur
(nm
)
LWR 3 (nm)
lithographie ouverture BARC en CF
4 CF4
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
BARC
résine
ha
ute
ur
(nm
)LWR 3 (nm)
lithographie ouverture BARC en Cl
2/O
2Cl2/O2
La gravure BARC conduit à une diminution de LWR de la résineDiminution de LWR plus importante en chimie Cl2/O2
LWRlitho = 15,4nm
LWRbarc = 13,1nm- 2,3nm
Diminution LWR
LWRlitho = 17,5nm
LWRbarc = 11,5nm
- 6nm
Diminution LWR
Expérience : Comparaison de deux chimies de gravure BARC (CF4 et Cl2/O2)
40Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
lithographie BARC grille grille finale0123456789
1011121314151617181920
LWR
3 (
nm)
étapes technologiques
ouverture BARC en CF4
ouverture BARC en Cl2 /O2
Gravure du BARC : impact sur LWR de la grille finale Objectif : Impact sur la rugosité de bord de la grille finale
CF4
LWRlitho = 15,4nm
LWRgrille finale = 13,1nm
- 2,3nm
Cl2/O2
LWRlitho = 17,5nm
LWRgrille finale = 11,5nm
- 6nm
Dans les deux cas, le LWR du masque avant gravure (LWR après gravure BARC) est transféré dans la grille finale
sur résinesur résine
sur BARC
sur P-Si
LW
R 3
(n
m)
Ouverture BARC en Cl2/O2
Ouverture BARC en CF4
Expérience : Comparaison des deux chimies de gravure BARC avec une gravure grille en HBr/ Cl2/ O2
41Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
Introduction d’un masque dur SiO2
Lithographie Gravure BARC
Gravure grille
Retrait résine + bain HF
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Étapes technologiques
LW
R m
oy
en 3
(n
m)
Résine LWR LWR BARC LWR Poly-Si
Lithographie Gravure BARC
Gravure masque
dur
Gravure grille
HF6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
Étapes technologiques
LW
R m
oy
en 3
(n
m)
LWR Résine LWR Barc LWR SiO2
LWR Poly-Si
Masque résine Masque dur SiO2
Objectif : Impact sur la rugosité de bord de la grille finale
LWR = -3nm LWR = -7nm
LWR du masque avant gravure est transféré dans la grille finale
LWR de la grille finale est plus faible avec un masque dur en SiO2
Expérience : Gravure BARC et masque dur en CF4 gravure grille en HBr/ Cl2/ O2
42Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
Conclusion
Avec une chimie de gravure grille en HBr/Cl2/O2, le paramètre important pour contrôler
la rugosité de bord de la grille finale est la rugosité du masque avant de commencer la gravure de la grille
43Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
Sommaire
1. Contexte technologique et Objectifs
2. Métrologie de la rugosité de bord de ligne
3. Impact de la gravure plasma sur la rugosité de bord de la résine
4. Evolution de la rugosité de bord lors d’un procédé complet de gravure grille
5. Conclusion et Perspectives
44Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
Conclusion généraleAFM 3D
Mise au point d’un protocole de mesure de LWR statistiquement fiable
Permet une analyse fine du transfert de la rugosité de bord lors de l’ensemble des procédés de gravure plasma
L’action des neutres radicalaires du plasma ne conduit pas à un lissage du motif de résineL’action du bombardement ionique énergétique et directif joue un rôle important dans la diminution de la rugosité de bord
Impact de la gravure plasma sur la rugosité de bord de la résine
Avec une chimie de gravure grille en HBr/Cl2/O2, Le paramètre important pour contrôler la rugosité de bord de grille finale est la rugosité du masque avant la gravure de la grille
Évolution de LWR lors d’un procédé de gravure grille
45Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
Perspectives
Étudier les origines de la rugosité en lithographie (formulation chimique des résines, paramètres outil d’insolation ,…)
Comprendre les origines de la rugosité de bord pour la contrôler
Meilleure compréhension des mécanismes de transfert de la rugosité de bord
Étude du transfert de la rugosité de bord lors des procédés de gravure plasma dans des empilements de grille plus complexes
Optimisation technique AFM 3D:
Problème prise de particule : Dépôt sur les pointes
Mesures plus précises : Pointes de mesure de plus faible diamètre (nanotube de carbone)
46Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
Merci à tous de votre attention
47Jérôme THIAULT - 6 décembre 2007 -
Principe de l’AFM 3D - mode CD
1 – La pointe vient au contact du motif L’amplitude passe de A libre à 0 (pointe collée) L’amplitude du point de mesure est choisi entre ces deux valeurs Calcul de la pente locale avec la position des derniers points de mesure
3 – La pointe se déplace parallèlement la pente locale pour un nouveau cycle de mesure
Cycle de mesure en mode CD
1 2
3
4
Motif23
Pointe
Levier
2 - La pointe se retire de la surface La direction de rétroaction est perpendiculaire à la pente locale La pointe retrouve son amplitude libre
Possibilité de prise de particule sur la pointe ou usure prématuré
Top Related