Compr´ehension des ph´enom`enes `a l’origine de l’alignement DSA 95

Une image BSE obtenue pour le motif P190 `a l’´etape DSA apr`es retrait PMMA est pr´esent´ee en Figure 3.21c18. Elle est compar´ee `a une image BSE obtenue pour un assemblage en surface libre `a conditions exp´erimentales ´equivalentes (Figure 3.21a) et `a une image BSE obtenue pour un motif non commensurable de pitch 175 nm (Figure 3.21b). Sur ces images, le bloc de PS restant est en sombre, issu du contraste avec le TiN dont le num´ero atomique apparant est plus ´elev´e. 100nm (a) 200nm (b) 200nm (c)

Figure 3.21 – Images BSE obtenues `a l’´etape DSA pour (a) un motif en surface libre (en l’absence de guides), (b) un motif dont les guides sont non commensurables pour le L32, (c) le

motif P190, un motif lequel un alignement DSA est observ´e.

La diff´erence entre un motif imag´e en surface libre (a) et un motif non commensurable (b) est visible par de fines bandes sombres r´eguli`erement espac´ees. Ces bandes sont caract´eristiques des m´enisques de la xNL (deux m´enisques pour un pitch de 175 nm). Nous pouvons en d´eduire que le temps de gravure appliqu´e pour retirer le PMMA et la sous-couche n’est pas suffisant pour retirer le m´enisque dans ces zones.

En analysant l’image (c), nous observons que les bandes sombres sont r´eguli`erement espac´ees et de largeur ´equivalentes les unes par rapport aux autres. Le contraste de l’image indique donc que les bandes de m´enisques de xNL sont situ´ees sous le bloc de PS.

Une coupe FIB-STEM a ´et´e r´ealis´ee `a cette ´etape dans le but d’obtenir plus d’informations `a propos de la localisation des m´enisques de la xNL dans le cas d’un motif align´e par DSA. Ce clich´e FIB-STEM obtenu pour le motif P120 est pr´esent´e en Figure 3.22.

SiO2 SiO2 W PS TiN 25 nm B C A _C C

Figure 3.22 – Coupe FIB-STEM obtenue `a l’´etape DSA apr`es retrait PMMA pour le motif P120 pr´esentant un alignement DSA. Un d´epˆot d’encapsulation de SiO2 de 10 nm est r´ealis´e au

dessus des motifs. La topographie du substrat est mat´erialis´ee par un liser´e rouge.

La topographie du substrat est mat´erialis´ee par un liser´e rouge horizontal. La surface n’est pas plane et cette observation n’est pas un artefact de mesure. En effet, la couche de SiO2 sous-jacente au TiN ne pr´esente pas de topographie. Elle provient donc probablement des diff´erentes ´etapes de pr´e-structuration du proc´ed´e ACE.

Des clich´es, r´ealis´es `a plus faible grossissement (r´esultats non report´es) semblent montrer que la position des plots de PS observ´es sur cette coupe est r´ep´etable. Trois zones distinctes semblent se d´emarquer `a la vue de l’image FIB-STEM : les zones A et B de largeur de l’ordre de 1,5 LS

et la zone C de largeur d’environ 0,5 LS. On remarque ´egalement que nous ne sommes pas en mesure de d´etecter et de localiser les m´enisques de la xNL.

L’´etude des ph´enom`enes `a l’origine de la topographie du substrat pourrait donc nous permettre de comprendre le positionnement des blocs de PS par rapport `a l’ancien emplacement des espaceurs.

3.2.5.3 Evaluation et origines de la topographie du substrat^´

Apr`es avoir quantifi´e la topographie du TiN par AFM, nous ´emettrons des hypoth`eses probables sur les origines de cette topographie du substrat.

Quantification de la topographie du TiN

Apr`es avoir suivi chaque ´etape du proc´ed´e ACE jusqu’`a l’´etape DSA, un retrait total des mat´eriaux polym`eres est effectu´e sur un ´echantillon d´edi´e. Cette ´etape est r´ealis´ee par gravure s`eche (plasma O2). La topographie du substrat est alors mesur´ee par AFM `a l’aide d’une pointe TESP-SS. Les r´esultats sont pr´esent´es en Figure 3.23.

Une observation pr´ealable de l’´echantillon a ´et´e r´ealis´ee par BSE. Aucun contraste n’´etant visible sur ces clich´es d’imagerie, nous en avons d´eduit que seul le TiN ´etait en pr´esence. L’espaceur a donc ´et´e totalement retir´e `a l’´etape HF 1%.

(a) (b)

Figure 3.23 – Image AFM (a) du substrat TiN (apr`es DSA et retrait plasma des mati`eres organiques) obtenue pour le motif P120 `a l’aide d’une pointe TESP-SS et (b) profil d’une ligne

moyenn´ee le long d’une ligne sur l’image AFM.

Les mesures AFM montrent la pr´esence de trois marches dans le substrat de TiN. La topographie totale du substrat est mesur´ee `a 4,5 nm.

Origines de la topographie du substrat

Lorsque le TiN est d´epos´e en film mince sur un substrat, une couche d’oxyde de titane (TiO2) (oxyde natif) se forme au contact de l’oxyg`ene pr´esent dans l’air, selon l’´equation de r´eaction (3.1). L’´epaisseur d’oxyde form´ee pour le TiN d´epos´e par PECVD est estim´ee `a quelques nanom`etres. Le TiN est inerte chimiquement au HF, contrairement au TiO2 natif. Celui-ci r´eagit chimiquement en pr´esence de HF pour former du TiF4 volatil et de l’eau, tel que d´ecrit dans l’´equation (3.2).

(a) → (b) : TiN + 3O₃ −→ TiO₂+ NO + 3O₂ (3.1)

(b) → (c) : TiO₂+ 4HF −→ TiF₄+ 2H₂O (3.2) Le retrait par HF du TiO2 est une premi`ere source de topographie du substrat dans le cadre du proc´ed´e ACE. En effet, apr`es transfert des motifs dans l’empilement SOC/SiARC, le SiARC est retir´e par HF, retirant dans le mˆeme temps l’oxyde natif du TiN. Un nouvel oxyde natif est alors re-cr´e´e avant le d´epˆot du SiN. Les repr´esentations sch´ematiques de ces ´etapes du proc´ed´e ACE, en incluant l’effet du HF sur le substrat, sont illustr´ees en Figure 3.24.

(a) (b) (c)

TiN TiO2 SOC SiARC SiN

Figure 3.24 – Repr´esentations sch´ematiques de certaines ´etapes du proc´ed´e ACE incluant l’impact du HF sur l’oxyde natif du TiN.

La chimie de gravure utilis´ee pour l’ouverture des espaceurs semble ´egalement ˆetre une source probable de topographie du TiN. On remarque que les coupes FIB-STEM pr´esent´ees pr´ec´edemment pr´esentaient d´ej`a deux marches dans le TiN19.

La gravure des espaceurs ´etant une gravure avec un bombardement d’ions, il est possible qu’une pulv´erisation du TiN ait lieu `a l’ext´erieur des espaceurs (Z3). La repr´esentation sch´ematique `a l’issue de l’´etape de gravure des espaceurs est pr´esent´ee en Figure 3.25e.

TiN TiO

SOC SiN

(c) (e)

Figure 3.25 – Repr´esentations sch´ematiques de certaines ´etapes du proc´ed´e ACE incluant l’impact potentiel de la gravure SiN sur le TiN.

L’´etape de retrait du SiARC et la gravure de l’espaceur sont donc deux origines probables pour la topographie du substrat en TiN. Or, une troisi`eme marche est visible en Figure 3.23. Des tests compl´ementaires devront ˆetre men´es pour comprendre son origine.

La topographie du substrat (mesur´ee `a 4,5 nm) semble non-n´egligeable dans le cadre du proc´ed´e ACE. Un d´epˆot de TiN par PEALD peut ˆetre envisag´e, afin de diminuer l’´epaisseur de TiN oxyd´e. L’´epaisseur de l’oxyde natif du TiN d´epos´e par PEALD sera plus faible d’environ 1

nm que celui du TiN d´epos´e par PVD. Ces mesures ont ´et´e v´erifi´ees par les ´equipes en charge de l’´etape de d´epˆot et de la stabilit´e des proc´ed´es.

Conclusion de section

L’´etude de l’´etape DSA nous a permis d’obtenir les conclusions suivantes : — Le retrait total de l’espaceur est r´ealis´e lors des 60s de HF 1%. — Le m´enisque de la xNL est situ´e sous le bloc de PS `a l’´etape DSA. — Le substrat de TiN poss`ede une topographie totale de 4,5 nm.