Fiche WOW - Delphine DOLOY

Fondé en 1987, STMicroelectronics est aujourd’hui le premier fabricant européen de semi-conducteurs avec plus de 53
000 collaborateurs et est présent dans 36 pays. Nos composants sont au cœur de tous les systèmes électroniques de
télécommunication, informatique, automobile, grand public, cartes à puces… Nous recherchons :
Intitulé
Descriptif
Nouvelles approches d’utilisation de la spectroscopie de photoélectrons à
rayons X (XPS) pour le développement et le contrôle des technologies
14nmFDSOI
L’évolution des technologies microélectroniques s’accompagne non seulement d’une
diminution des
motifs mais également d’une diminution des épaisseurs des couches minces
associées. Par
conséquent, cela entraîne de nouveaux besoins en caractérisation de la composition
et des états
d’interface. Les techniques de contrôle industriel ont dû progresser de l’évaluation
des propriétés
volumiques des couches minces vers des techniques de surface qui sondent
davantage l’atome et
son environnement. Dans ce contexte, l’utilisation de la spectroscopie de
photoélectrons par rayons
X (XPS) qui était traditionnellement réservée aux laboratoires de caractérisation a su
se développer
pour répondre aux exigences industrielles. En effet, étant non destructive, elle
permet d’avoir accès à
une étude quantitative en épaisseur et composition sur des films d’environ 10nm.
Néanmoins, plusieurs aspects restent encore à explorer pour en maximiser les
bénéfices pour le
développement ou le contrôle des procédés. La thèse se propose de s’appuyer sur
l’expertise du
Laboratoire des Technologies de la Microélectronique (LTM) qui possède un XPS
académique résolu
en angle parallèle (pARXPS) pour optimiser l’utilisation d’un équipement industriel
XPS disponible en
ligne de fabrication sur le site de STMicroelectronics à Crolles. La technique de
pARXPS donne
accès à l’information angulaire de manière rapide et systématique, sans aucun tilt de
l’échantillon.
Elle permet donc de travailler directement sur substrats 300mm et apporte de
précieux éléments sur
les profils chimiques, les mesures d’épaisseurs des multicouches et la localisation
des interfaces
dans les empilements sub-nanométriques. Elle a également été utilisée pour l’étude
de couches
minces et des résidus de gravure sur les flancs de motifs tridimensionnels type zone
active, deep
trench...
Les applications étudiées seront principalement focalisées sur la technologie 14nm
sur substrats
FDSOI. Les étapes identifiées du processus de fabrication seront :
· la condensation du canal SiGe
· les empilements de grille HKMG PMOS et NMOS
· les espaceurs low-k de type SiBCN et SiOCN
Sur la base de ces empilements, plusieurs thématiques devront être abordées :
1) Prise en compte des profils chimiques
Pour extraire l’épaisseur et la composition des films des spectres XPS obtenus en
ligne de
fabrication, une modélisation spécifique de chaque film et empilement doit être
développée. Elle est
d’autant plus complexe que de nombreuses hypothèses sont faites sur les facteurs
théoriques et
expérimentaux mais également sur l’homogénéité des couches. Dans le cadre de
profils chimiques
non-uniformes (nitruration, diffusion des espèces), il sera important de déterminer
l’effet que peut
avoir le profil chimique obtenu par pARXPS sur le traitement des spectres XPS.
_ L’objectif sera de proposer une modélisation optimisée afin d’obtenir une
quantification fiable
des espèces et des épaisseurs des couches.
2) Structures 3D
Selon la communauté scientifique (ITRS), le développement de la métrologie 3D est
nécessaire pour
pouvoir caractériser les prochaines technologies microélectroniques. La
détermination de la
composition des flancs de motifs présente un intérêt non-négligeable pour le
développement et le
suivi des procédés de dépôt et de gravure. Si les mesures ARXPS ont déjà été
réalisées sur des
motifs, l’utilisation d’un XPS non-résolu en angle pour la quantification chimique
sur des flancs n’est
pas documentée. Ce suivi est d’autant plus novateur que ces procédés ne peuvent pas
être suivis en
boîte de mesure.
_ L’objectif sera d’étudier la faisabilité de la mesure XPS en ligne sur des flancs de
motifs et de
l’implémenter pour un futur contrôle en ligne si la faisabilité est démontrée (des
motifs spécifiques
pourront être proposés).
3) Combinaison de techniques
La métrologie hybride, qui consiste à combiner plusieurs métrologies pour obtenir
des informations
les plus justes possibles, est un autre axe de développement de la métrologie pour les
technologies
microélectroniques avancées (ITRS). Des études récentes ont montré que les
mesures XPS
pouvaient être combinées avec des mesures XRF pour améliorer la quantification
des éléments.
_ L’objectif sera d’étudier la pertinence d’une hybridation de l’XPS avec d‘autres
métrologies en
ligne (ellipsométrie, XRR,…) et d’évaluer l’erreur de mesure associée. La
méthodologie sera
implémentée en ligne si le gain est démontré.
4) Interaction métrologie/matériau
Avec un flux de rayons X maximisé pour le cas du montage industriel, l’interaction
entre le faisceau X
lui-même et certains matériaux n’est plus négligeable. Le travail étudiera les
interactions entre le
rayonnement et le matériau, les phénomènes régissant la mesure en fonction de la
surface analysée
et l’effet de la taille du faisceau.
_ L’objectif sera de comprendre ces effets et d’optimiser la méthodologie de mesure
XPS en
ligne pour une quantification plus juste et plus fiable.
Niveau d’étude requis
/
Compétences requises
/
Dates et lieu de la
thèse
Contact
Thèse conjointe entre la société STMicroelectronics et le laboratoire LTM.
- Delphine DOLOY, [email protected]