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AbstractAbstract
[en] To fabricate 22 nm FDSOI and 10 nm 3D FinFET transistors, ultrathin layers of several nanometers thickness must be etched without damaging the under layer, which can no longer be managed using processes based on high density continuous plasmas. To meet those new challenges, we study in this thesis a new etching technology where the surface of the material is modified under plasma exposure and then removed chemically selectively with respect to the non modified material. We focus here on the understanding of the modification of the SiN material induced by H2 and He plasmas, followed by a chemical etching in HF aqueous solution. First, a protective coating is developed to prevent the contamination of the substrate and the degradation of the wall. Diagnostics in H2 and He plasmas were then carried out to determine the nature of the ions, their fluxes and their energies. After He plasma exposure of the SiN, surface characterizations (FTIR, SIMS) first show that the SiN chemical composition is unchanged. Moreover, the good correlation between the etch rates in HF and the ion implantation profiles calculated by SRIM allows to conclude the increase of the etch rate is due to the ion-induced damages on the material. After H2 plasma exposure, the etch rate of SiN in HF mainly depends on the hydrogen concentration of the film. A synergetic effect occurs between H radicals and the ionic bombardment: the ions induce dangling bonds which are unavoidable to form Si-H and N-H bonds with the radicals. In addition, we show the plasma exposure time and the ion dose play a key role in the formation of the modified layer who sometimes only reaches a steady state after a relatively long time. (author)
[fr]
Pour la realisation des transistors FDSOI 22 nm et 3D FinFET 10 nm, la gravure de couches ultraminces de quelques nanometres d'epaisseur doit etre realisee sans endommagement de la couche sous-jacente et n'est plus envisageable avec les procedes reposant sur les plasmas continus a haute densite. Une nouvelle technologie de gravure est etudiee dans cette these: elle consiste a modifier la surface d'un materiau sous l'action d'un plasma et a retirer par voie chimique le materiau modifie selectivement par rapport au materiau non modifie. Nous nous focalisons ici sur la comprehension de la modification du materiau SiN induite par les plasmas de H2 et He, suivie d'une gravure chimique realisee en solution de HF. Tout d'abord, un depot de conditionnement est developpe pour prevenir la contamination du substrat et la degradation des parois. Des diagnostics en plasmas de H2 et He sont ensuite realises pour determiner la nature des ions, leurs flux et leurs energies. Apres exposition du SiN au plasma d'helium, les caracterisations de surface (FTIR, SIMS) indiquent premierement que la composition chimique du SiN est inchangee. De plus, la bonne correlation entre les vitesses de gravure en HF avec les simulations de l'implantation des ions sous SRIM permet de conclure que l'augmentation de la vitesse de gravure est due aux degats induits par les ions dans le materiau. Apres exposition au plasma d'hydrogene, la vitesse de gravure du SiN en HF depend essentiellement de la concentration en hydrogene dans le materiau. Une synergie a lieu entre les radicaux H du plasma et le bombardement ionique: les ions creent des liaisons pendantes qui sont indispensables a la formation de liaisons Si-H et N-H par les radicaux. En outre, nous montrons que le temps de plasma de H2 et la dose d'ions ont une importance capitale dans la formation de la couche modifiee qui n'atteint parfois un etat stationnaire qu'au bout d'un temps relativement longOriginal Title
Nouvelle technologie utilisant les plasmas H2 et He pour controler la gravure de couches ultraminces a l'echelle nanometrique
Primary Subject
Source
18 Nov 2016; 181 p; [140 refs.]; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses; Nano Electronique et Nano Technologies
Record Type
Report
Literature Type
Thesis/Dissertation
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