Influence des traitements chimiques du TiN pr´e lithographie

Les analyses r´ealis´ees pr´ec´edemment montrent que l’´etat de surface du TiN subit des variations en fonction du temps (oxydation `a l’air ambiant) ou de traitements plasma. Ces modifications causent des variations dans la capacit´e des r´esines photo- sensibles `a rester en place lors de gravures humides. On cherche donc `a d´eterminer si en modifiant la surface du TiN juste apr`es son d´epˆot il est possible de rendre cette surface plus favorable `a l’adh´erence de r´esine. Diff´erents traitements chimiques sont donc appliqu´es sur la surface apr`es d´epˆot, puis les ´etapes de lithographie (y compris

le traitement HMDS) sont effectu´ees en gardant un temps d’attente minimal avec le d´epˆot du TiN. Ces traitements sont r´epartis en trois cat´egories :

- Oxydants : Eau ozonat´ee (DIO3), SC1

- D´esoxydant : HF

- « Neutres » : Eau d´eioniz´ee (EDI), N H4OH

Une gravure SC1 de 180 s est par la suite appliqu´ee sur ces plaques post litho- graphie. L’action de ces diff´erentes solutions sur l’adh´erence des motifs est compar´ee avec des r´ef´erences sans traitement chimique, mais avec des temps d’attente court (3 h) et long (30 h). Les concentrations et dur´ees de ces diff´erents traitements sont d´etaill´ees dans le tableau 4.5.

Solution Concentration dur´ee

SC1 1/1/100 30 s

DIO3 20 mg/L 30 s

HF 0,5% 80 s

EDI NA 60 s

N H4OH 29 % 30 s

TABLEAU 4.5 – Descriptif des diff´erents traitements de surface apport´es au TiN La figure 4.14 montre l’impact sur les ´echantillons d´ecrits ci-dessus du traite- ment SC1 « standard » de retrait de l’empilement m´etallique. On constate que le seul ´echantillon non endommag´e est la r´ef´erence de TiN avec temps d’attente de 18 h. Aucun des traitements chimiques effectu´es n’a permis d’am´eliorer l’adh´erence des motifs de r´esine si le temps d’attente est inf´erieur `a 18 h.

Afin d’´evaluer l’impact de ces diff´erents traitements sur la surface de TiN, des analyses XPS ont ´et´e effectu´ees sur ces ´echantillons imm´ediatement apr`es l’applica- tion de solution chimique, et compar´ees `a des ´echantillons de r´ef´erence avec diff´erents temps d’attente post d´epˆot m´etallique. La figure 4.15(a) montre la r´epartiton ´el´e- mentaire dans la couche de TiN pour les diff´erentes conditions ´etudi´ees. On remarque en premier lieu que les traitements dits ”oxydants” n’entrainent pas un ´etat d’oxyda- tion sup´erieur `a celui de la couche de TiN oxyd´ee `a l’air. Cette oxydation naturelle se traduit notamment par une diminution de la quantit´e d’azote et une augmentation de celle d’oxyg`ene dans la couche. Le traitement HF en revanche entraine une forte d´esoxydation, et ram`ene les pourcentages atomiques `a des niveaux comparables `a ceux observ´es juste apr`es d´epˆot du m´etal. La figure 4.15(b) montre l’´evolution des pourcentages des diff´erentes composantes du pic de T i2p. Ici aussi, on constate que

du pic de T iO2 est la plus importante.

(a) SC1 (b) DIO3 (c) HF

(d) EDI (e) N H4OH (f) 18 h d’attente

Figure _{4.14 – Vue des diff´erents ´echantillons apr`es gravure SC1 de 180 s. 3 h de} temps d’attente entre d´epˆot TiN et lithographie, avec diff´erents traitements chi- miques entretemps.

(a) R´epartition de la composition ´el´emen- taire de la couche de TiN en fonction des diff´erents traitements chimiques.

(b) R´epartition des composantes du pic de TiN en fonction des diff´erents traitements chimiques.

Figure _{4.15 – Analyses XPS des diff´erents types de surface de TiN ´etudi´es.}

On a donc vu dans cette partie que quel que soit le traitement effectu´e sur la surface de TiN pr´ealablement `a la lithographie, aucun ne conf´erait aux motifs de r´esine une adh´erence suffisante pour supporter la gravure de l’empilement m´etallique de 180 s de SC1. Encore une fois, seul le fait d’attendre 18h conf`ere une adh´erence suffisante aux motifs de r´esine.

4.1.5

Conclusions sur les modifications de surface du TiN

Les premi`eres ´etudes men´ees montrent en premier lieu qu’une augmentation de la temp´erature de recuit du dBARC entraine un meilleur greffage du carbone `a la surface du TiN et ainsi une plus forte r´esistance `a la gravure des motifs de r´esine.

Les diff´erentes exp´eriences men´ees dans un second temps afin de modifier de mani`ere chimique ou par application d’un plasma la surface du TiN n’ont en revanche pas permis d’obtenir une meilleure adh´erence de l’empilement dBARC / r´esine lors de la gravure SC1, et notamment de s’affranchir du temps d’attente de 18 h entre d´epˆot m´etallique et lithographie. La silylation des surfaces `a l’aide d’HMDS ne joue par ailleurs pas de rˆole majeur au niveau des surfaces de TiN post d´epˆot, la tenue des motifs `a la gravure ´etant comparable que la surface ait re¸cu ou non ce traitement. Dans le cas du TiN oxyd´e apr`es plasma dont la surface est fortement polaire et hydrophile, on note cependant un impact notable de la silylation sur l’adh´erence des motifs durant la gravure, sans pour autant obtenir pour ces ´echantillons d’adh´erence suffisante.

Enfin, on a par ailleurs pu observer quel que soit l’´etat de surface du TiN (oxyd´e ou non) de fortes variations dans la vitesse de gravure du mat´eriau par la solution de SC1, celle-ci ´etant bien plus importante en centre de plaque. Ce ph´enom`ene pourrait notamment expliquer le d´ecollement des motifs bien plus important en centre qu’en bord de plaque, en raison d’une attaque du TiN au niveau des flancs des motifs. Il n’apporte n´eanmoins pas d’explication `a la plus forte adh´erence des motifs sur substrat non trait´e au plasma N2, la vitesse de gravure du film ´etant l´eg`erement

inf´erieure apr`es oxydation plasma.