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

Gravure en plasma dense fluorocarboné

de matériaux organosiliciés à faible constante diélectrique (SiOCH, SiOCH

poreux). Etude d’un procédé de polarisation

pulséeVanessa 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

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation

• Amélioration du modèle

Application en microélectronique

Augmenter l’intégration : diminuer la taille des transistors et des interconnexions

Augmenter la fréquence des microprocesseurs : diminuer le temps de transfert des données

Introduction5 cm

200 nm

30 nm

3

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation


Réduction d’échelle

CN

CN

CLCL

R

Délai d’interconnexions RC

o rSCd

• Diminuer la capacité entre les lignes métalliques en diminuant la constante diélectrique r du matériau isolant

SiO2 (r~4,1) SiOCH (r~2,9) SiOCH poreux (r~2,2)

• Diminuer la résistivité du métal Al Cu

Introduction

4

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation


Réduction d’échelle

CN

CN

CLCL

R

Délai d’interconnexions RC

o rSCd

• Diminuer la capacité entre les lignes métalliques en diminuant la constante diélectrique r du matériau isolant

SiO2 (r~4,1) SiOCH (r~2,9) SiOCH poreux (r~2,2)

• Diminuer la résistivité du métal Al Cu

Introduction

5

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation


Intégration des interconnexions : Procédé damascène

Gravure des vias

Lithographie de la ligne

Gravure de la ligne

Retrait résine et couches

d’arrêt

Dépôt de cuivre

Diélectrique

Cuivre

Résine

Couche d’arrêt de gravure

Masque dur

• Dépôt et Gravure du diélectrique

• Remplissage de cuivre

Introduction

6

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation


Gravure des vias


Gravure de la ligne


d’arrêt

Dépôt de cuivre

Diélectrique

Cuivre

RésineMasque dur



Introduction



7

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation



Gravure des vias


Gravure de la ligne


d’arrêt

Dépôt de cuivre

Diélectrique

Cuivre

RésineMasque dur



Graver de façon anisotrope et sélective vis à vis du masque ou de la couche d’arrêt de gravure

Introduction


8

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation


masque

Couche d’arrêt

Gravure par plasma du matériau diélectrique

CHF3 + e- CHF2 + F + e-

CHF2 + e- CHF2+ + 2e-

…

Ions +

Substrat polarisé négativement

Produits volatiles

neutres

Film de passivation

IntroductionProduits volatiles

9

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation


masque

Couche d’arrêt


CHF3 + e- CHF2 + F + e-

CHF2 + e- CHF2+ + 2e-

…

Ions +


Produits volatiles

IntroductionProduits volatiles

ions

10

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation



Introduction

Caractéristiques demandées Paramètres ajustables

- Vitesse de gravure (200 nm/min)

- Sélectivité/ masque dur et couche d’arrêt (>10)

- Anisotropie

- Mélange de gaz

- Flux d’ions

- Energie des ions

CHF3 + e- CHF2 + F + e-

CHF2 + e- CHF2+ + 2e-

…

Ions +


Produits volatiles

11

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation



CHF3 + e- CHF2 + F + e-

CHF2 + e- CHF2+ + 2e-

…

Ions +


Produits volatiles

Caractéristiques demandées Paramètres ajustables

- Vitesse de gravure (200 nm/min)

- Sélectivité/ masque dur et couche d’arrêt (>10)

- Anisotropie

- Mélange de gaz

- Flux d’ions

- Energie des ions

- Pulse de la tension de polarisation

Introduction

12

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation


Réacteur de gravure

Source

Porte-substrat


Echantillon

Introduction

13

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation



Ellipsomètre spectroscopique

Chambre d’analyse chimique de surface

Transfert sous vide

Introduction

14

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation



Introduction

15

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation


But de l’étude et plan de l’exposé

Etudier un nouveau procédé de gravure sélective de SiOCH poreux vis à vis de SiO2 et SiCH

Etude d’un nouveau procédé : polarisation pulsée

Mécanismes de gravure en polarisation pulsée

Compréhension du procédé de gravure pulsée

Conclusion et perspectives

16

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation









17

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation


Gravure en plasma de CHF3 : Polarisation continue

gravuredépôt

0 50 100 150 200 250-200

0

200

400

600

800

1000

SiCH

SiO2

SiOCH poreux

Vite

sse

de g

ravu

re (

nm/m

in)

Tension (-V)

SiOCH poreux

SiO2

SiCH2

( )

( )g

g

V SiOCH poreuxS

V SiO ou SiCH



S/SiO2 = 2

S/SiCH = 6faible

0 50 100 150 200 2500

10

20

30

40

50

Sél

ectiv

ité

Tension de polarisation (-V)

Générateur RF 13.56 MHz

Champ magnétique

Gaz : CHF3, C2F6,

H2, O2, Ar, N2

Polarisation porte substrat


analyseurpolariseur

Ellipsomètre Woollam

88 longueurs d’onde


Champ magnétique

Gaz : CHF3, C2F6,

H2, O2, Ar, N2



analyseurpolariseur



1500 W 5 mTorrCHF3 : 40 sccm

18

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation


Pourquoi pulser la tension de polarisation ?

gravuredépôt

0V

-100V

Temps

Ten

sion

de

pol

aris

atio

n

gravure

dépôt

0 50 100 150 200 250-200

0

200

400

600

800

1000

SiCH

SiO2

SiOCH poreux

Vite

sse

de g

ravu

re (

nm/m

in)

Tension (-V)




Champ magnétique

Gaz : CHF3, C2F6,

H2, O2, Ar, N2



analyseurpolariseur




Champ magnétique

Gaz : CHF3, C2F6,

H2, O2, Ar, N2



analyseurpolariseur



1500 W 5 mTorrCHF3 : 40 sccm

19

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation


Influence des paramètres de pulse sur les vitesses de gravure

• Fréquence

Peu d’influence

ONTrc

T• Rapport cyclique

0 50 100 150 200 250 300-200

0

200

400

600 10 kHz 1 kHz 500 Hz 50 Hz

Vite

sse

de g

ravu

re (

nm/m

in)


SiOCH poreux CHF3 1500W 5mTorr

rc=0,50

0 50 100 150 200 250 300-200

0

200

400

600

800

1000 continu 0.50 0.35 0.25

CHF3 40sccm 5mTorr 1500W 1kHz =f(dc)

SiOC poreux

janv050.500.450.400.350.300.25

Vite

sse

de g

ravu

re (

nm

/min

)


SiOCH poreux CHF3 1500W

5mTorr

f = 1 kHz

Diminution de la vitesse de gravure

Décalage du seuil dépôt-gravure



0V

-100V

Temps

Ten

sion

de

pola

risa

tion

TON

TOFF

T=1/f

0V

-100V

Temps

Ten

sion

de

pola

risa

tion

TON

TOFF

T=1/f

20

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation


rc=0.25

rc=0.50

0 50 100 150 200 250 300 350-200

0

200

400

600

800

1000

SiCH

SiO2

SiOCH poreux

V

itess

e d

e g

ravu

re (

nm

/min

)

Tension (-V)0 50 100 150 200 250 300 350

-200

0

200

400

600

SiCH

SiO2

SiOCH poreux

Vite

sse

de

gra

vure

(n

m/m

in)

Tension (-V)

rc=0,50

0 50 100 150 200 250 300 350

-100

0

100

200

300

400

SiCH

SiO2

SiOCH poreux

Vite

sse

de

gra

vure

(n

m/m

in)

Tension (-V)

rc=0,25

Vitesse de gravure et sélectivité en CHF3 avec polarisation pulsée

SiOCH poreux

SiO2

SiCH

continu

continu

0 50 100 150 200 250 300 3500

10

20

30

40

50

Sél

ectiv

ité




rc=1

0 50 100 150 200 250 300 3500

10

20

30

40

50

S / SiO2

S / SiCH

Sél

ectiv

ité


21

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation


Influence du plasmaAddition d’Argon à CHF3

CHF3/Ar (50%-50%)

SiOCH poreux

50 100 150 200 250

rc=0.25

rc=0.50continu

CHF3 40sccm 5mTorr 1500W 1kHz =f(Ar)

Sél

ectiv

ité


S/SiO2

Sélectivité SiOCH poreux / SiCH :

rc=0.50 : peu d’amélioration / mode continu

rc=0.25 : sélectivités plus élevées

Sélectivité SiOCH poreux / SiO2 :

rc=0.50 : pas d’amélioration / mode continu

rc=0.25 : séléctivités améliorées

0 50 100 150 200 2500

1020304050

rc=0.25

rc=0.50

continu

Sél

ectiv

ité


S/SiCH

0 50 100 150 200 250

0

200

400

600

800

rc=0.25

rc=0.50

continu

Vite

sse

de

gra

vure

(n

m/m

in)




22

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation


Influence du plasmaAddition d’hydrogène à CHF3

CHF3/H2 (75%-25%)

SiOCH poreux

50 100 150 200 250

continu

rc=0.50

rc=0.25

CHF3 40sccm 5mTorr 1500W 1kHz =f(Ar)


S/SiO2

0 50 100 150 200 2500

1020304050

rc=0.25

rc=0.50

continu

Sé

lect

ivité


S/SiCH

Sélectivité SiOCH poreux / SiCH:

Peu d’amélioration entre les modes continu et pulsé à rc=0,50

Augmentation de la sélectivité à rc=0.25

Sélectivité SiOCH poreux / SiO2:

Augmentation de la sélectivité en diminuant le rapport cyclique


0 50 100 150 200 250

0

200

400

600

800

rc=0.25

rc=0.50

continu

Vite

sse

de

gra

vure

(n

m/m

in)



23

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation


rc=0,25

0

50

100

150

200

continu CHF

3/Ar (50-50%)

CHF3

CHF3/H

2 (75-25%)

Vite

sse

de g

ravu

re (

nm/m

in)

Augmentation de l’espace

L=300nmE=200/400/600nm

Transfert de motifs

CHF3

rc=0,25 170V ~ 90nm/min

CHF3/H2 (75%-25%)

rc=0,50 110V ~120nm/min

Anisotropie, transfert de motifs correct lorsque la tension de polarisation est pulsée

diminution du phénomène d’ARDE



L E

24

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation


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 SiO2 ou SiCH

Amélioration de la sélectivité de gravure SiOCH poreux/SiCH et SiOCH poreux/SiO2

En polarisation pulsée :

Transfert de motifs réalisable

Diminution du phénomène d’ARDE


25

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation








26

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation









27

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation


Comparer les mécanismes de gravure en polarisation pulsée et

continue


En polarisation pulsée : le plasma est inchangé / mode continu Seule l’énergie des ions varie

• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

SiOCH poreux

SiO2

SiCH

En polarisation pulsée : modèle de surface ?

Mécanismes de gravure :

Plasma

Surface des matériaux Interaction plasma-surface

28

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation


SiCH : Modèle de surface et mécanisme de gravure

[Eon04]

Modèle bi-couche : - couche CFx

- couche d’interaction SiFx

D. Eon, Thèse de doctorat, Université de Nantes, 2004

SiCH

SiFx

CFx

.exp FCg

eV F

L Mécanismes de

gravure

• SiCH

Epaisseur CFx limite la diffusion du fluor du plasma vers SiCH

29

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation


295 290 285 2800

5000

Inte

nsité

(C

PS

)

Energie de liaison (eV)

continuAvant gravure C 1s

106 104 102 100 980

2000

4000

Inte

nsité

(C

PS

)


continu

Si 2p

rc=0.50rc=0.25

• En polarisation pulsée Peu de variations Epaisseur CFx importante limite la gravure de SiCH

Plasma CHF3/Ar (50%-50%) 1500W 5mTorr 200V

SiCH : Modèle de surface et mécanisme de gravure

• En polarisation continue Présence de CFx, SiFx

Epaisseur CFx importante (~3nm) limite la gravure

Modèle de surface SiCH identique en polarisation continue et pulsée


• SiCH

SiCH

SiFx

CFx

SiF3

SiF2

SiFSi-C

C-Si

CF3

CCFx

CF2

CF

rc=0.50

rc=0.25

30

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation


SiO2 : Modèle de surface et mécanisme de gravure

Deux régimes de gravure [Oehrlein94][Gaboriau05]:

- Faible énergie des ions : Epaisseur CFx importante limite la diffusion du fluor du plasma vers SiO2

- Forte énergie des ions : Epaisseur CFx faible non limitante Composition du plasma

Oehrlein et al., J. Vac. Sci. Technol. A 12, p.333, 1994Gaboriau et al., J. Vac. Sci. Technol. A 23, p.226, 2005


• SiO2

SiO2

SiO(CFx)

SiO2

CFx

31

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation


rc=0.50

rc=0.25

SiO2 : Modèle de surface et mécanisme de gravure


rc=0.50

rc=0.25

295 290 285 2800

600

1200

Inte

nsité

(C

PS

)


continuC 1s

110 108 106 104 102 100 980

5000

10000

Inte

nsité

(C

PS

)


Avant gravure

continuSi 2p

SiO2

SiO(CFx)

• En polarisation continue Présence de CFx + faible diminution Si 2p Epaisseur CFx faible (~1nm) non limitante

• En polarisation pulsée Augmentation des CFx + faible diminution Si 2p Epaisseur CFx faible non limitante

Modèle de surface SiO2 identique en polarisation continue et pulséeMécanismes de

gravure

• SiO2

SiO2

CFx

32

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation


rc = 0 .5 0

rc = 0 .2 5

A rD 5 _ D A rE 5 _ D # # # # # # # # #

S i 2 p

S iO C p o re u x

SiOCH poreux : Modèle de surfaceanalyse XPS

108 106 104 102 100 980

2000

4000

6000

8000 avant gravure

continu

Inte

nsité

(C

PS

)


Si 2prc=0.25

rc=0.50

• En polarisation pulsée Forte augmentation des composantes CFx Pic Si 2p inchangé

• En polarisation continue Présence de CFx Pic Si 2p : sensible élargissement


296 294 292 290 288 286 284 282 2800

1000

2000

3000

continu

Inte

nsité

(C

PS

)


C 1sMécanismes de

gravure

• SiOCH poreux

Pas de couche d’interaction, présence de CFx

33

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation


1 0.5 0.25 1 0.5 0.252000

3000

4000

5000

6000

7000

8000CHF

3/H

2 (75%-25%)CHF

3

CFx - 0°

Inte

nsité

(C

PS

)

Rapport cyclique

CFx - 70°

1 0.5 0.25 1 0.5 0.2520000

30000

40000

50000

60000

70000CHF

3/H

2 (75%-25%)CHF

3

F - 0°

Inte

nsité

(C

PS

)

Rapport cyclique

F - 70°

En polarisation continue ET pulsée : F et CFx présents sur toute l’épaisseur sondée Pas de gradient de concentration

dans l’épaisseur sondée

~10nm

0°

~2nm

70°

SiOCH poreux : Modèle de surfaceanalyse XPS angulaire


• SiOCH poreux

[Possémé04] : Diffusion d’espèces CFx dans le matériau poreux

Gravure : Compétition entre la formation de la couche modifiée (SiOCH+CFx) et la gravure du matériau poreux

Possémé et al., J. Vac. Sci. Technol. B 22, p.2772, 2004

34

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation


SiOCH poreux : Modèle de surface

CHF3 1kHz dc=0.50 100V

• MEB surface rugueuse après gravure en polarisation continue ou pulsée

Plasma polymérisant et faible énergie des ions favorisent le dépôt

CFx


• SiOCH poreux

CFx

SiOCH poreux

35

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation


[Sankaran03]

Morphologie (porosité, diamètre des pores) favorise la pulvérisation du matériau

SiOCH poreux / SiOCH dense

1norm poreuxg gV V p

Gravure du matériau poreux plus efficace que celle du matériau dense en polarisation continue ET pulsée

CHF3/Ar (75-25%) CHF3/Ar (50-50%) CHF3/H2 (75-25%) CHF3/H2 (50-50%) CHF3

0 100 200 300 400

0

200

400

600

800

1000


Vite

sse

de g

ravu

re (

nm/m

in)

SiOCH poreux

SiOCH

CHF3 continu

0 50 100 150 200 250 300

-100

0

100

200

300

400

CHF3/Ar (75-25%) CHF3/Ar (50-50%) CHF3/H2 (75-25%) CHF3/H2 (50-50%) CHF3

Vite

sse

de g

ravu

re (nm

/min

)


CHF3 rc=0.25

SiOCH poreux

SiOCH


• SiOCH poreux

Sankaran et al. Appl. Phys. Lett. 82(12) 2003

36

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation


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 ?


37

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation








38

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation








Procédé pulsé

39

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation


0V

-100V

Temps

Ten

sion

de

pol

aris

atio

n

TON : gravure

TOFF : dépôt

Etape de gravure en polarisation pulsée

0

2

4

6

8

10

Epaisseur F

C (nm

)

0.0 0.5 1.0 1.5120

130

140

150

Epa

isse

ur S

i (nm

)

Temps de gravure (min)

CHF3 100mHz - rc=0.5 150V

A basse fréquence

Si

CFx

Phase 1 : dépôt FC1

Procédé pulsé

• Modélisation

40

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation


0V

-100V

Temps

Ten

sion

de

pol

aris

atio

n

TON : gravure

TOFF : dépôt


0

2

4

6

8

10

Epaisseur F

C (nm

)

A basse fréquence

Si

CFx

Phase 1 : dépôt FC1 Phase 2 : gravure FC2

xTProcédé pulsé

• Modélisation

0.0 0.5 1.0 1.5120

130

140

150

Epa

isse

ur S

i (nm

)


CHF3 100mHz - rc=0.5 150V

41

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation


0V

-100V

Temps

Ten

sion

de

pol

aris

atio

n

TON : gravure

TOFF : dépôt


0

2

4

6

8

10

Epaisseur F

C (nm

)

A basse fréquence

Phase 1 : dépôt FC

Si

CFx

Phase 2 : gravure FC1 2

Phase 3 : gravure du matériau

3xT

pulsé mat matONmat cont cont

T xTV V V rc x

T

Procédé pulsé

• Modélisation

0.0 0.5 1.0 1.5120

130

140

150

Epa

isse

ur S

i (nm

)


CHF3 100mHz - rc=0.5 150V

42

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation


Modélisation de la vitesse de gravure en polarisation pulsée

Procédé pulsé

• Modélisation

Si

CFx

FCdV

Si

CFx

FCcontV

Si

CFx

matcontV

TOFF TONxT

1 2 3

43

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation


Modélisation de la vitesse de gravure en polarisation pulsée

1FC

pulsé mat dmat cont FC

cont

VV V rc rc

V

modèle

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450-200

-100

0

100

200

300

400

500

600

700

Vite

sse

de g

ravu

re (

nm/m

in)


SiOCH poreux

expérience

rc=0,50rc=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 : SiO2, SiCH

Procédé pulsé

• Modélisation

Si

CFx

FCdV

Si

CFx

FCcontV

Si

CFx

matcontV

TOFF TONxT

1 2 3

Schaepkens et al. JVST B 18, 2000

44

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation


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 d’un film

mince

FCcontV

FC FCcont cont corrV V

Procédé pulsé


Si

CFx

FCdV

Si

CFx

FCcontV

SiCFx

matcontV

TOFF TONxT

1 2 3

b/ : mesurée en polarisation continue MAIS cette vitesse dépend de l’épaisseur et de la composition du film FC

matcontV

45

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation


Caractérisation de la couche CFx à la surface des matériaux : épaisseur

0.25 0.50 1.000

1

2

3

4

5

6

SiO2

SiOCH

SiCH

Epa

isse

ur c

ouch

e F

C (

nm)

Rapport cyclique

CHF3/H2 (75%-25%)

0.25 0.50 1.000

1

2

3

4

5

6

SiO2

SiOCH

SiCH

Epa

isse

ur c

ouch

e F

C (

nm)

Rapport cyclique

CHF3/Ar (50%-50%)

CHF3/H2 et CHF3/Ar, l’épaisseur CFx est constante sur tous les matériaux

Procédé pulsé


46

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation


SiOCH poreux

0.25 0.50 1.00

0.6

0.8

1.0

1.2

SiOCHSiO

2

SiCH

Rap

port

F/C

Rapport cyclique

SiOCH poreux

0.25 0.50 1.00

0.6

0.8

1.0

1.2

SiOCHSiO

2

SiCH

Rap

port

F/C

Rapport cyclique

Caractérisation de la couche CFx à la surface des matériaux : composition

• Diminution du rapport cyclique :

Augmentation du rapport F/C de la couche CFx

Gravure du film CFx plus facile : épaisseur CFx varie peu/ continu

Gravure du matériau plus efficace

lorsque la couche CFx est plus riche en fluor

• SiOCH poreux : comportement différent Couche CFx très fluorée

CHF3/H2 (75%-25%)

CHF3/Ar (50%-50%)

Procédé pulsé


47

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation




mince

FCcontV


Procédé pulsé


Si

CFx

FCdV

Si

CFx

FCcontV

SiCFx

matcontV

TOFF TONxT

1 2 3

b/ : mesurée en polarisation continue MAIS cette vitesse dépend de l’épaisseur et de la composition du film FC

matcontV

48

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation




mince

FCcontV


Procédé pulsé


Si

CFx

FCdV

Si

CFx

FCcontV

SiCFx

matcontV

TOFF TONxT

1 2 3

b/ : mesurée en polarisation continue MAIS vitesse de gravure en polarisation pulsée s’opère à travers un film FC plus fluoré qu’en polarisation continue vitesse de gravure + efficace

matcontV

50

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation




mince

FCcontV


Procédé pulsé


Si

CFx

FCdV

Si

CFx

FCcontV

SiCFx

matcontV

TOFF TONxT

1 2 3

c/ la gravure du matériau ne s’opère 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


matcontV

mat matcont cont corrV V

51

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation


Vite

sse

de g

ravu

re

matcontV

0gV

Vite

sse

de g

ravu

re

matcontV

0gV

Vitesse de gravure du matériau pendant TON

0V

-100V

Temps

Ten

sion

de

pola

risa

tion

TON

TOFF

xT

0V

-100V

Temps

Ten

sion

de

pola

risa

tion

TON

TOFF

0V

-100V

Temps

Ten

sion

de

pola

risa

tion

TON

TOFF

xT

matsuppV

1 2 3

.2

mat matsupp cont corr

xV V

Procédé pulsé


1 2 3

52

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation




mince

FCcontV


Procédé pulsé


Si

CFx

FCdV

Si

CFx

FCcontV

SiCFx

matcontV

TOFF TONxT

1 2 3

c/ la gravure du matériau ne s’opère 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


matcontV

mat matcont cont corrV V

.2

mat matsupp cont corr

xV V

53

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation


Validation du modèle de gravure en polarisation pulsée

1

2 2

FCpulsé mat mat dmat cont corr cont corr FC

cont corr

rc VxV V rc V rc

V

0 100 200 300 400-200-100

0100200300400500600700

rc=0,25

rc=0,50

Vite

sse

de g

ravu

re (

nm/m

in)


SiOCH poreux

0 100 200 300 400-150-100

-500

50100150200250300

rc=0.25

rc=0.50

V

itess

e de

gra

vure

(nm

/min

)


SiO2

0 100 200 300 400-50

0

50

100

150

rc=0.25

rc=0.50

Vite

sse

de g

ravu

re (

nm/m

in)


SiCH

• pour SiO2 et SiCH, le modèle prédit correctement seuil et vitesse de gravure• pour SiOCH poreux, les vitesses de gravure sont sous-évaluées

Procédé pulsé


54

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation


Modèle de gravure en polarisation pour SiOCH poreux

0V

-100V

Temps

Ten

sion

de

pol

aris

atio

n

TON : gravure

TOFF : dépôt

xT

modèle en meilleur accord avec l’expérience

d/ La gravure du matériau peut s’opérer spontanément pendant une fraction de temps à l’extinction du pulse

Procédé pulsé


0 100 200 300 400-200-100

0100200300400500600700

rc=0,25

rc=0,50

Vite

sse

de g

ravu

re (

nm/m

in)


SiOCH poreux

0 100 200 300 400-200-100

0100200300400500600700

rc=0,25

rc=0,50

Vite

sse

de g

ravu

re (

nm/m

in)


matspontV

55

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation


Bilan sur le modèle de gravure en polarisation pulsée

Procédé pulsé

Le procédé de gravure n’est pas une simple succession des étapes de :

- dépôt FC : TOFF

- gravure FC : xT

- gravure du matériau : TON-xT

La gravure en polarisation pulsée s’opère :

- dès le début du temps TON

- à travers un film FC plus fluoré / polarisation continue

- pendant une fraction de temps supplémentaire à

l’extinction du pulse (selon les matériaux)

56

Introduction



Conclusion





• SiCH

• SiO2

• SiOCH poreux

Procédé pulsé

• Modélisation


Conclusion


Décalage du seuil dépôt-gravure pour les différents matériaux

Sélectivité SiOCH poreux/ SiCH et SiO2 améliorée

Transfert de motifs réalisable

Potentialité du procédé de « polarisation pulsée »

Pulser la tension de polarisation

Modèle de surface des matériaux SiCH, SiO2, 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 d’autres chimies

de plasma Mesures électriques ( r )

Documents

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