L’étude de l’état de l’art présenté dans les sections précédentes a permis de mettre en évidence les limitations des procédés actuels pour les technologies en développement. En effet, les technologies avancées nécessitent l’utilisation de doses d’implantation de plus en plus importantes ce qui introduit de nouveaux défis pour les procédés de retrait de la résine implantée par plasma.
Parmi les difficultés, on reporte notamment l’efficacité du retrait et donc l’absence de résidus et de défectivitéce qui est d’autant plus compliqué pour les fortes doses, la vitesse de retrait, l’introduction de nouveaux matériaux sensibles à l’oxydation (SiGeB par exemple
formé par épitaxie) et la minimisation de la consommation en substrat. Compte tenu de toutes ces spécifications, un compromis doit être trouvé surtout pour enlever les résidus tout en limitant l’impact sur les substrats.
L’étude et la caractérisation des procédés plasma est donc la clé pour une meilleure compréhension des mécanismes et pour la mise en place de nouveaux procédés industriels fiables. Il est nécessaire dans un premier temps de connaître les modifications de la résine
après l’implantation afin d’évaluer de nouveaux procédés de retrait de cette résine et de
déterminer le mécanisme de formation des différents types de résidus et de défectivité pouvant être observés. Il est aussi important de pouvoir adresser différents types de configurations comme des résines d’épaisseur différentes avec des épaisseurs de croûte variables.
L’objectif de cette thèse est la caractérisation des procédés de retrait résine par plasma après les étapes d’implantation pour les technologies avancées. L’état de l’art a mis en avant l’utilisation de chimies oxydantes et réductrices possédant chacune des avantages et des inconvénients. L’utilisation d’oxygène permet un retrait rapide et efficace mais les consommations des matériaux en présence sont très élevées. Au contraire, les chimies réductrices à base d’hydrogène sont moins agressives vis-à-vis des substrats mais le retrait de la résine est lent et moins efficace. Dans ce contexte, de nouvelles voies de retrait de la résine
30 implantée doivent être recherchées afin de pouvoir allier efficacité et préservation des matériaux en présence. Le but de cette étude est donc de comprendre les mécanismes en jeu pendant le procédé de retrait de la résine implantée afin de trouver de nouvelles solutions qui pourront être intégrées aux futurs choix technologiques. De plus, la compréhension des mécanismes permettra également d’anticiper les problématiques des technologies futures et de proposer une méthodologie de développement et de caractérisation de nouveaux procédés de retrait de la résine par plasma.
Les travaux de thèses se sont donc déroulés suivant plusieurs axes. Une première partie concerne la caractérisation de la résine implantée afin de comprendre les modifications physiques et chimiques induites par l’implantation dans les conditions utilisées pour les technologies CMOS et photonique de STMicroelectronics. Différentes techniques de caractérisation sont utilisées sur deux types de résines et avec plusieurs conditions d’implantation afin de déterminer un protocole expérimental adapté à chaque configuration. Ces caractérisations seront ensuite utilisées toujours dans le chapitre 3 pour étudier les procédés de retrait par les chimies classiques O2/N2 et N2H2et aussi d’autres chimies plus exploratoires.
L’étude de ces différents procédés continue au chapitre 4 avec l’observation et la
caractérisation des résidus présents à la fin du retrait plasma. Cette partie de l’étude permet
d’avancer dans le choix de la chimie à utiliser et également de comprendre les mécanismes de formation des résidus.
Les chapitres 4 et 5 de ce travail se concentrent sur la caractérisation de phénomènes observés pendant le retrait de résine implantée : le popping et le blistering qui correspondent respectivement à la formation de bulles dans la résine et dans le substrat. La compréhension des mécanismes en jeu permet de proposer des solutions pour éviter ces problèmes.
Ce manuscrit se termine par une discussion sur les principaux résultats obtenus et des perspectives pour des études futures.
31
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