Gravure plasma de copolymères à bloc dit « high-χ »

For the sub-10 nm technologic nodes, conventional lithography has achieved its limit in terms of pattern scaling and new patterning techniques are being studied to continue the miniaturization of the transistor’s dimensions. In this PhD, we have focused on the directed self-assembly (DSA) of block copolymers, which is a promising low-cost solution to obtain high density sub-10 nm patterns. Two of the most important aspects of the DSA technology are the orientation control of the block copolymer, in order to obtain the line patterns aligned in long range order, and the removal of one block selectively to the other before pattern transfer. Therefore, in Chapter III, we have evaluated and optimized the different etching steps of the Arkema-CEA (ACE) chemo-epitaxy alignment flow, namely regarding their impact on the block copolymer alignment and defectivity. The results obtained allowed us to align a PS-b-PMMA block copolymer in line/space patterns without any type of alignment or lift-off defects, which translates to 0 defects/100 μm². In Chapters IV and V, we have studied the plasma etching of high-χ block copolymers, which present a smaller pitch due to a stronger microphase segregation between the blocks. Two types of high-χ block copolymers were studied, one purely organic (modified PS-b-PMMA) and the other silicon-containing (PS-b-PDMSB), both presenting a pitch of 18 nm and a CD of 9 nm. For both block copolymers, we have developed different plasma etching approaches to selectively remove one phase while conserving enough budget of the other block in order to transfer the line/space patterns. Using these approaches, the pattern transfer into different underlayers is demonstrated for both high-χ block copolymers.Pour les nœuds technologiques inférieurs à 10 nm, la lithographie conventionnelle a atteint ses limites en termes de résolution des motifs et de nouvelles techniques sont étudiées pour poursuivre la miniaturisation des transistors. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à l'auto-assemblage dirigé (DSA) de copolymères à blocs, qui est une solution prometteuse à faible coût pour obtenir des motifs de haute densité avec des dimensions inférieures à 10 nm. Deux des aspects les plus importants de la technologie DSA sont le contrôle de l'orientation du copolymère à blocs et le retrait sélectif d'un bloc vis-à-vis de l'autre avant le transfert des motifs. Ainsi, dans le chapitre III, nous avons évalué et optimisé les différentes étapes de gravure du procédé d'alignement par chemo-épitaxie Arkema-CEA (ACE), notamment en ce qui concerne leur impact sur l'alignement et la défectivité des copolymères à blocs. Les résultats obtenus nous ont permis d'aligner un copolymère à blocs PS-b-PMMA en motifs ligne/espace sans aucun type de défaut d'alignement ou de décollement, ce qui se traduit par 0 défaut/100 µm². Dans les chapitres IV et V, nous avons étudié la gravure plasma de copolymères à blocs dit « high-χ », qui présentent un espacement entre les motifs (« pitch ») plus petit en raison d’une plus forte ségrégation de phase entre les deux blocs. Deux types de copolymères à blocs « high-χ » ont été étudiés, l'un purement organique (PS-b-PMMA modifié) et l'autre contenant du silicium (PS-b-PDMSB), présentant tous deux un « pitch » de 18 nm et un CD de 9 nm. Pour les deux copolymères à blocs, nous avons développé différentes approches de gravure plasma pour retirer sélectivement une phase tout en conservant suffisamment de budget de l'autre bloc afin de transférer les motifs ligne/espace. En utilisant ces approches, le transfert des motifs dans différentes sous-couches est démontré pour les deux copolymères à blocs « high-χ »