Simulation Atomistique pour procédés de gravure plasma avancés PDF Download
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Author: Florian Pinzan
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Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Utilisée dans les étapes de fabrication des mémoires Flash, la gravure plasma de l'ONO, diélectrique inter-polysilicium constitué de trois couches ultrafines (SiO2/Si3N4/SiO2, chacune d'une épaisseur d'environ 4 nm), requiert de graver cet empilement avec une précision nanométrique sans endommager les couches sous-jacentes. Ce travail de thèse explore la modélisation et la simulation de la gravure de ces matériaux par une approche alternative, appelée Smart-Etch, basée sur l'implantation d'ions légers. Composé de deux étapes, ce procédé consiste à exposer le matériau à graver à un plasma ICP ou CCP d'hydrogène (H2) ou d'hélium (He) puis à retirer sélectivement la couche modifiée par gravure humide ou par exposition à des réactifs gazeux. Afin de comprendre les mécanismes fondamentaux de la première étape et étudier la faisabilité d'un tel procédé, des simulations de dynamique moléculaire (DM) et des mesures expérimentales ont été réalisées pour analyser l'interaction des plasmas d'hydrogène/hélium avec le SiO2 et l'empilement ONO. Ce travail montre que l'implantation du SiO2 par des ions He+ et Hx+ (x = 1-3) de faible énergie (15-150 eV) s'effectue de manière auto-limitée et en deux étapes : une rapide modification en volume (sans gravure importante) suivie d'une saturation lente et de la formation d'une couche implantée stable à l'état stationnaire. L'influence de l'énergie et de la nature ionique sur la modification structurelle/chimique et sur la gravure du substrat est étudiée, permettant une comparaison des résultats obtenus sur le SiO2 avec ceux rapportés sur le Si3N4 dans la littérature. En accord avec l'expérience, les prévisions numériques permettent de proposer une gamme de d'énergies ioniques afin d'implanter chaque couche de l'empilement ONO avec la précision nanométrique requise : 58 eV / 78 eV / 71 eV dans le cas d'un plasma d'hélium et 32 eV / 35 eV (x2) / 44 eV dans le cas d'un plasma d'hydrogène majoritairement composé d'ions H3+. L'étude d'impacts He+ et H+ à incidence rasante sur des flancs de structures SiO2 patternées conclut de manière rassurante sur la faible probabilité des ions réfléchis ou des espèces gravées à venir provoquer un phénomène de micro-trenching au pied des motifs durant l'implantation. Enfin, des simulations de l'implantation de l'empilement complet ONO permettent de valider la faisabilité d'un procédé d'implantation/retrait en une seule étape (et non plus couche par couche) et de donner un ordre de grandeur des énergies à utiliser dans ce cas .
Author: Florian Pinzan
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Utilisée dans les étapes de fabrication des mémoires Flash, la gravure plasma de l'ONO, diélectrique inter-polysilicium constitué de trois couches ultrafines (SiO2/Si3N4/SiO2, chacune d'une épaisseur d'environ 4 nm), requiert de graver cet empilement avec une précision nanométrique sans endommager les couches sous-jacentes. Ce travail de thèse explore la modélisation et la simulation de la gravure de ces matériaux par une approche alternative, appelée Smart-Etch, basée sur l'implantation d'ions légers. Composé de deux étapes, ce procédé consiste à exposer le matériau à graver à un plasma ICP ou CCP d'hydrogène (H2) ou d'hélium (He) puis à retirer sélectivement la couche modifiée par gravure humide ou par exposition à des réactifs gazeux. Afin de comprendre les mécanismes fondamentaux de la première étape et étudier la faisabilité d'un tel procédé, des simulations de dynamique moléculaire (DM) et des mesures expérimentales ont été réalisées pour analyser l'interaction des plasmas d'hydrogène/hélium avec le SiO2 et l'empilement ONO. Ce travail montre que l'implantation du SiO2 par des ions He+ et Hx+ (x = 1-3) de faible énergie (15-150 eV) s'effectue de manière auto-limitée et en deux étapes : une rapide modification en volume (sans gravure importante) suivie d'une saturation lente et de la formation d'une couche implantée stable à l'état stationnaire. L'influence de l'énergie et de la nature ionique sur la modification structurelle/chimique et sur la gravure du substrat est étudiée, permettant une comparaison des résultats obtenus sur le SiO2 avec ceux rapportés sur le Si3N4 dans la littérature. En accord avec l'expérience, les prévisions numériques permettent de proposer une gamme de d'énergies ioniques afin d'implanter chaque couche de l'empilement ONO avec la précision nanométrique requise : 58 eV / 78 eV / 71 eV dans le cas d'un plasma d'hélium et 32 eV / 35 eV (x2) / 44 eV dans le cas d'un plasma d'hydrogène majoritairement composé d'ions H3+. L'étude d'impacts He+ et H+ à incidence rasante sur des flancs de structures SiO2 patternées conclut de manière rassurante sur la faible probabilité des ions réfléchis ou des espèces gravées à venir provoquer un phénomène de micro-trenching au pied des motifs durant l'implantation. Enfin, des simulations de l'implantation de l'empilement complet ONO permettent de valider la faisabilité d'un procédé d'implantation/retrait en une seule étape (et non plus couche par couche) et de donner un ordre de grandeur des énergies à utiliser dans ce cas .
Author: David Fuard
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 211
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Book Description
L'accroissement des densités d'intégration dans les circuits intégrés nécessite l'utilisation d'isolants (appelés ±low-Kα) à plus faible constante diélectrique (er) que celle de l'oxyde de silicium (er = 4.4). Dans ce cadre, la gravure plasma d'un nouveau polymère hydrocarboné, le SiLK (er = 2.65), a été étudiée : Le problème technologique majeur rencontré avec ces nouveaux matériaux demeure leur très faible seuil de gravure ionique réactive, qui conduit inévitablement à une forte déformation des profils de gravure (±bowα). Un moyen d'obtenir une gravure anisotrope est de déposer une couche de passivation sur les flancs des motifs gravés au cours du procédé plasma. Dans le cas du SiLK, il a été démontré qu'il existe une très forte corrélation entre : la formation et la présence de résidus de gravure peu volatils dans la phase gazeuse du plasma, l'obtention de profils de gravure plus anisotropes, et la détection d'une couche SiLK graphitée (matériau carboné amorphe pauvre en hydrogène) à la fois sur les flancs, les sommets et au fond des structures gravées. D'autres sources de carbone, comme la présence d'un masque résine ou l'ajout de méthane au mélange gazeux, peuvent être utilisées pour améliorer l'anisotropie de gravure. Ce travail a aussi permis de développer une technique d'analyse topographique chimique avec une orientation du substrat (par rapport aux angles d'irradiation X et de collection des photo-électrons) adaptée à l'analyse de structures totalement isolantes. Par la suite, une recherche de l'origine de la déflexion des ions sur les flancs (responsable de la déformation des profils de gravure au cours du procédé plasma) a été menée parmi les trois phénomènes connus potentiellement responsables du ± bow α : i.e. la réflexion des ions sur la facette du masque, la température transverse des ions ou la présence de charges électrostatiques dans les structures en cours de gravure.
Author: Emilie Despiau-Pujo
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 255
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Book Description
Ce travail de thèse s’inscrit dans un domaine de recherche émergeant : la gravure par plasma pour la photonique et l’opto-électronique. La maîtrise des procédés de gravure passe par la prédiction des énergies et des flux d’espèces produites dans le plasma en fonction des paramètres de la décharge, ainsi que par la compréhension des mécanismes d’interaction plasma-surface. Ce travail aborde ces deux aspects au travers de modélisations fluides et de simulations atomistiques. Nous avons développé des simulations de dynamique moléculaire pour comprendre les mécanismes fondamentaux qui régissent la pulvérisation de deux semiconducteurs III-V (GaAs et GaN) par des ions Ar faiblement énergétiques. Cette étude numérique, confrontée à une série d’expériences, montre que la composition des matériaux bombardés est modifiée sur quelques dizaines d’angströms et que les atomes de Ga pulvérisés quittent la surface avec des énergies suffisantes pour endommager les flancs de gravure et briser les couches de passivation, notamment dans les procédés dominés par bombardement ionique. Nous avons également travaillé sur des simulations fluides (bi-dimensionnelles et globales) pour comprendre la dynamique des décharges inductives chlorées et étudier le transport des espèces au sein du plasma. Des confrontations modèle/expérience montrent que le modèle fluide 2D surestime les densités des particules chargées mais prédit de façon satisfaisante la composition neutre et ionique du plasma. Le modèle global constitue le premier pas vers une modélisation du régime basse puissance des plasmas inductifs chlorés ; il nous a permis d’étudier les instabilités qui se développent à la transition E-H.
