Il est important de déterminer la nature chimique de ces résidus pour plusieurs raisons : comprendre le mécanisme de formation sous-jacent et trouver une solution adaptée pour les retirer. Ces résidus noirs ont été analysés par ToF-SIMS et spectroscopie Auger avec différentes conditions d’implantation.
Analyse ToF SIMS des résidus noirs obtenus avec la résine fine
La première technique qui a été utilisée est le ToF-SIMS qui permet de cartographier chimiquement en 2D la surface du substrat en suivant le signal des ions pulvérisés provenant de ce substrat. Les résidus ont été analysés par cette technique dans le cas d’une résine implantée avec du phosphore ou de l’arsenic après un retrait plasma utilisant les chimies N2H2 ou O2/N2.
Les FIGURE 17 et FIGURE 18 présentent respectivement les cartographies obtenues pour les ions SiO2- et PO3-. Les cartographies des ions PO2- et PO- ont également été réalisées et sont
similaires à celle de PO3-. Le signal obtenu pour les ions SiO2- (FIGURE 17) est très faible au
niveau des résidus ce permet de dire que les résidus ne sont pas composés de silicium oxydé. Ces analyses montrent également que le signal obtenu pour PO3- (FIGURE 18) est très intense
au niveau des résidus et proche de 0 ailleurs. Cela signifie que les résidus sont constitués d’oxydes de phosphore. De plus, le carbone a été détecté uniformément à la surface du substrat donc aucune composante carbonée n’est observée spécifiquement au niveau des résidus.
118
FIGURE 17. Vue en 2D des analyses ToF-SIMS obtenues pour les ions SiO2- sur les résidus après un retrait de la résine (implantée avec du phosphore) utilisant la chimie a) N2H2 ou b) O2/N2
FIGURE 18. Vue en 2D des analyses Tof-SIMS obtenues pour PO3- sur les résidus après un retrait
résine (implantée avec du phosphore) utilisant la chimie a) N2H2 ou b) O2/N2
L’analyse a également pu être effectuée sur les résidus de même type obtenus avec l’implantation d’arsenic et la chimie O2/N2 (FIGURE 19). De même que pour l’implantation
phosphore, ces résidus sont composés d’oxyde de dopant et ne contiennent pas de silicium oxydé. 20 μm 20 16 12 8 4 0 20 10 0 μm SiO2- 30 25 20 15 10 5 0 20 μm 20 μm 20 16 12 8 4 0 20 10 0 μm PO3- MC: 30; TC: 1.377e+005 28 24 20 16 12 8 4 0 20 μm
a
b
a
b
119
FIGURE 19.Vue en 2D des analyses Tof-SIMS obtenues pour a) AsO- et b) SiO2- sur les résidus après
un retrait de la résine (implantée avec de l’arsenic) utilisant la chimie O2/N2
ToF-SIMS sur les résidus noirs obtenus avec la résine épaisse
Le même type d’analyses ToF-SIMS a été effectué sur les résidus observés après le retrait de la résine épaisse par un plasma O2/N2. La taille plus importante des résidus a permis
en particulier de faciliter l’analyse. On remarque sur la FIGURE 20.a que les résidus ne contiennent pas de SiO2 provenant du substrat. L’analyse du phosphore oxydé PO3-
(FIGURE 20.b) montre que les résidus en contiennent comme dans le cas de la résine fine. Il faut également noter que le phosphore présent dans le substrat implanté n’est pas détecté sur la
FIGURE 20.bcar l’analyse a été faite en surface. Il apparaît donc peu probable qu’il y ait une
interaction entre les dopants du substrat et ces dopants oxydés présents dans les résidus.
FIGURE 20. Vue en 2D des analyses Tof-SIMS a) SiO2- et b) PO3- obtenues sur les résidus après un retrait O2/N2 de la résine épaisse (1E15 P/cm² 80 keV)
a
b
120 Suite à ces analyses, il apparaît donc que les résidus observés avec les deux types de résine ont la même composition et proviennent de dopants oxydés présents dans la résine. Puisque la chimie du plasma utilisée est également la même, on pourra proposer un même mécanisme de formation de ces résidus pour les deux résines étudiées.
Analyse Auger des résidus obtenus avec la résine fine
La seconde technique utilisée pour confirmer la composition chimique des résidus noirs est la spectroscopie Auger. Cette technique a été utilisée après le retrait de la résine implantée (As ou P) avec les chimies N2H2 et O2/N2. Dans cette section, l’accent est mis sur l’analyse des
résidus noirs obtenus avec la chimie O2/N2. En effet, la technique n’a pas permis de déterminer
la composition des résidus obtenus avec N2H2 sur le phosphore à cause de leur taille et de la
disparition du contraste du microscope sous l’irradiation électronique qui a donc empêché la correction de dérive du faisceau. Cette technique permet de sonder l’extrême surface sur 2 et 3 nm et est très sensible à la contamination carbonée présente à la surface des échantillons. A cause de cela, la quantification exacte devient compliquée mais elle permet tout de même de pouvoir comparer les échantillons entre eux.
Pour les deux échantillons analysés avec succès (FIGURE 21 et FIGURE 22), trois points de mesure ont été effectués : un point au niveau de la zone implantée (1), un autre dans la zone non-implantée et précédemment protégée par la résine (2) et un 3ème point sur le résidu dont on
souhaite connaître la composition (3).
L’analyse Auger des résidus noirs obtenus après le retrait de la résine implantée avec du phosphore (FIGURE 21) permet de confirmer l’analyse effectuée par ToF-SIMS (FIGURE 18). En effet, la quantité de phosphore détectée au niveau des résidus est au moins quatre fois supérieure à celle détectée sur les zones implantées. Les résultats quantitatifs montrent également la présence de C et Si dans le résidu que l’on attribue plutôt au substrat puisque la correction de dérive du faisceau n’a pas pu être réalisée correctement. On peut également remarquer que l’état d’oxydation des zones implantées et non implantées est assez proche malgré le fait que la partie implantée ait été exposée au plasma O2/N2 plus longtemps.
Ces résultats sont cohérents avec l’étude de Seokbin et al. qui ont également analysé par spectroscopie Auger des résidus observés après le retrait d’une résine implantée avec du phosphore [6]. Au-delà des oxydes de phosphore, leur étude a permis de détecter également des espèces hydrocarbonées dans les résidus en particulier pour des temps de procédé de retrait plasma plus courts. Ce n’est pas le cas ici car les analyses n’ont pas montré de carbone dans les résidus ce qui est probablement dû à la durée assez longue du procédé de retrait effectué. En effet, un temps de plasma prolongé permet de consommer le carbone qui peut être présent au moment de la formation des résidus.
121 C (at%) O (at%) Si (at%) P (at%)
1 11,5 47,5 40,5 < 1
2 15,3 46,4 37,6 < 1
3 9,1 48,1 38,8 4,0
FIGURE 21. Analyse Auger des résidus obtenus après un procédé de retrait par O2/N2 d‘une résine implantée avec du phosphore (P 4 keV 1,5E15 at/cm²). A gauche, l’image MEB permettant de viser les zones d’intérêt à analyser et à droite les résultats de l’analyse chimique pour les 3 points sélectionnés.
La même technique a été utilisée sur les résidus noirs obtenus avec l’implantation arsenic. Les résultats de la FIGURE 22 montrent clairement la présence d’arsenic au niveau du résidu. En effet, la quantité d’As détectée dans le résidu est environ 10 fois supérieure à celle trouvée à la surface du substrat implanté. Le même type de résidus a également été détecté dans la littérature sur le même type de substrat [7].
FIGURE 22. Analyse Auger des résidus obtenus après un procédé de retrait par O2/N2 sur une résine
implantée avec de l’arsenic (As 4 keV 2E15 at/cm²). A gauche, l’image MEB permettant de viser les zones d’intérêt à analyser et à droite les résultats de l’analyse pour les 3 points sélectionnés.
Il est également à noter que l’XPS a été utilisé dans la littérature pour caractériser les résidus. Cette technique a également permis d’identifier des résidus constitués d’oxydes de phosphore et d’arsenic après un plasma oxydant [8].