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Fiche détaillée Thèses
Université d'Orléans (18/11/2003), Joubert Olivier (Dir.)
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Etude et caractérisation avancées des procédés plasma pour les technologies sub - 0.1 µm
david Fuard1

Les interconnexions des circuits intégrés sub-0.25µm nécessitent l'intégration d'isolants «low-K» à plus faible permittivité diélectrique que SiO2 (~ 4.4) tel que le SiLK™ (~ 2.65), un matériau organique prometteur. Mais sa gravure plasma conduit à l'obtention de structures en forme de tonneau («bow»), alors que les profils gravés doivent rester anisotropes pour les étapes ultérieures d'intégration. Afin de réduire le bow, cette étude montre que la passivation des flancs des structures gravées est nécessaire, et fortement corrélée à la dégradation («graphitisation») du SiLK et à la présence de résidus carbonés peu volatils dans le plasma. La présence de sources carbonées autres que le SiLK™ permet aussi d'améliorer la passivation. L'étude du phénomène à l'origine du bow montre enfin que les charges électrostatiques jouent un rôle majoritaire dans la déflexion des ions sur les flancs. Ces résultats intéressent également tous les low-Ks à faible seuil de gravure ionique réactive.
1 :  LTM - Laboratoire des technologies de la microélectronique
gravure plasma – gravure de matériaux à faible permittivité diélectrique – low-K – SiLK™, bowing – XPS – graphitisation – trous de contact – facette – effets de charge – température transverse des ions – gravure oxyde de silicium.

Study & characterization of plasma processes for sub-0.1µm technologies design
Facing patterns designs below the 0.25µm node, IC manufacturers must replace the historical SiO2 insulator (k~4.4) with new lower dielectric constant materials (“low-K”), such as SiLK™ (purely organic material with k=2.65), to allow lower interconnection delay time. The main issue is that oxygen-based plasma etching of SiLK™ induce a part of isotropic etching component (“bow” or “bowing” effect), proscribed for further integration scheme. To limit this effect, we need to deposit a passivation layer on the features sidewalls during the etching process. We show that this is strongly correlated with both SiLK™ graphitization and presence of low-volatile carbon-based etching by-products in the plasma. Others carbon sources enhance sidewalls passivation. On the origin of bowed profiles, we identify that the charging effects are mainly responsible for ions deflection towards the features sidewalls. Those results can be extended to all low-Ks with low reactive ion etching energy thresholds.
plasma etching – low-K etching – SiLK™, bow – bowing effect – XPS – graphitization phenomenon – contact holes – faceting – charging effects – ions transverse temperature – silicon oxide etching.