Patterning ultime

Pour structurer la matière, on utilise généralement une approche top down qui consiste à transférer des motifs de résine préalablement imprimés par une étape de lithographie dans les couches sous-jacentes du dispositif en utilisant la gravure par plasma. La dimension du motif final est déterminée par la résolution de l’étape de lithographie. Or dès les années 2000, la lithographie a été un frein à la miniaturisation des composants CMOS pour la logique.

L’équipe gravure a ainsi travaillé sur des stratégies plasma permettant de contourner les limitations en résolution des lithographies optiques conventionnelles.
Par exemple, notre équipe a développé des procédés dit de « resist trimming » (ou érosion de cote résine) qui permettent une gravure isotrope des motifs de résine préalablement imprimés par lithographie utilisant des chimies de plasma à base d’O₂, afin d’en diminuer leur dimension [1]. Les motifs de petites dimensions ainsi réalisés peuvent ensuite être transférés dans les couches actives du dispositif. Le procédé de trim est encore aujourd’hui une solution utilisée pour diminuer la dimension des motifs de résine imprimés par lithographie mais cette stratégie ne permet pas d’augmenter la densité des motifs, d’où l’introduction de stratégies dites de « patterning multiple » qui permet de multiplier la densité de motifs préalablement imprimés par la lithographie 193nm par immersion. Nous avons développé une intégration complexe de quadruple patterning de 12 étapes technologiques pour réaliser des structures denses 10/10nm dans le substrat de silicium à partir de motifs denses 40/40nm imprimés par une lithographie optique conventionnelle utilisant une longueur d’onde 193nm [2]. Etre capable de miniaturiser la taille des composants n’est pas le seul défi à relever. La vraie problématique avec la réduction des dimensions est la présence de rugosité sur les flancs des structures après gravure, qui entraine des variabilités sur la dimension du motif et donc une variabilité sur les paramètres électriques du dispositif. Cette rugosité a pour origine la rugosité des flancs des motifs de résine après lithographie qui est transmise dans les couches sous-jacentes lors du transfert par gravure plasma. Ainsi, de nombreuses études ont porté sur la minimisation des rugosités de flancs des résines par l’introduction de traitements plasma. Il a été montré que le rayonnement UV émis par certains plasmas comme l’H₂ ou l’HBr permettait une réorganisation des chaînes polymères de la résine et un lissage de ces flancs [3], [4]. Ces études nous ont permis d’acquérir des compétences en minimisation et métrologie de la rugosité de flancs de motifs.