Étude par microscopie à force atomique en trois dimensions de l'évolution de la rugosité de bord de ligne lors de la fabrication d'une grille de transistor MOS

This PhD work focuses on transistor MOS miniaturisation for leading the CMOS technology to ultimate dimensions. As critical dimensions for semiconductor devices shrink too few tens of nanometers, the gate length average variation, called Line Edge Roughness (LER), becomes a critical issue. Indeed, it causes fluctuations of electrical transistor performance, which are unacceptable for future device generations. Thus, it is important to control this parameter to reduce it. For taking up this technological challenge, it is essential to measure LER accurately to understand its origin and evolution after each manufacturing technological step. First, we focused to the LER measurement with a new metrology equipment, 3D-AFM. After evaluating the tool capabilities, we have developed an experimental protocol to measure LER properly, which enabled us to study LER origin and LER evolution after each gate transistor manufacturing technological steps. We have noted the LER formation was due to many factors which have a strong link between them. We showed that ionic bombardment contributes to resist LER decrease. We also put forward LER mask before gate etching is a key parameter to control final gate LER. Finally, plasma etching process application through the ionic bombardment is essential to decrease the final gate LER.Ce travail de thèse s'inscrit dans le contexte de miniaturisation des transistors MOS afin de mener la technologie CMOS à ces dimensions ultimes. Avec les techniques actuelles de fabrication et pour des longueurs de grille de transistor inférieures à 30nm, les variations moyennes de la longueur de grille, appelées rugosité de bord, entraînent des fluctuations électriques dans le transistor inacceptables pour le bon fonctionnement des futures générations de dispositifs. Il convient donc de contrôler ce paramètre afin de le réduire. Pour réussir ce défi technologique, il est essentiel de le mesurer avec précision afin, par la suite, de comprendre ses origines et son évolution après chaque étape technologique de fabrication. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à la mesure la rugosité de bord, à l'aide d'un nouvel équipement de métrologie : le microscope à force atomique en trois dimensions. Nous avons évalué les capacités de cet outil et déterminé un protocole de mesure de la rugosité de bord, qui nous a permis ensuite d'étudier ses origines et d'étudier son évolution lors des différentes étapes technologiques de fabrication d'une grille de transistors MOS. Nous avons remarqué que la formation de la rugosité de bord est un problème complexe qui fait intervenir de nombreux facteurs fortement liés entre eux. Par la suite, nous montrons que le bombardement ionique d'un procédé de gravure plasma est responsable de la diminution de la rugosité de bord de la résine. Nous avons également mis en évidence que la rugosité de bord du masque avant la gravure de la grille est un paramètre clé pour le contrôle de la rugosité de la grille finale