Controlling germanium CMP selectivity through slurry mediation by surface active agents

Due to copyright restrictions, the access to the full text of this article is only available via subscription.New developments and device performance requirements in microelectronics industry add to the challenges in chemical mechanical planarization (CMP) process. One of the recently introduced materials to semiconductor manufacturing is germanium which enables improved device performance through better channel mobility in shallow trench isolation (STI) applications for advanced circuits. This paper focuses on controlling germanium/silica selectivity for advanced STI CMP applications through slurry modification by surface active agents. Surface adsorption characteristics of cationic and anionic surfactants on germanium and silica wafers are analyzed in order to control selectivity as well as the defectivity performance of the CMP applications. The effects of surfactant charge and concentration (up to self-assembly) are studied in terms of slurry stability, material removal rates and surface defectivity. Surface charge manipulation by the surfactant adsorption on the germanium surface is presented as the main criteria on the selection of the proper surfactant/oxidizer systems for CMP. The outlined correlations are systematically presented to highlight slurry modification criteria for the desired selectivity results. Consequently, the paper evaluates the slurry selectivity control and improvement criteria for the new materials introduced to microelectronics applications with CMP requirement by evaluating the germanium silica system as a model application.European Commissio

Doctor of Philosophy

dissertationThis dissertation explored and developed technologies for silicon based spin lattice devices. Spin lattices are artificial electron spin systems with a periodic structure having one to a few electrons at each site. They are expected to have various magnetic and even superconducting properties when structured at an optimal scale with a specific number ѵ of electrons. Silicon turns out to be a very good material choice in realizing spin lattices. A metal-oxide-semi conductor field-effect nanostructure (MOSFENS) device, which is closely related to a MOS transistor but with a nanostructured oxide-semi conductor interface, can define the spin lattices potential at the interface and alter the occupation ѵ with the gate electrode potential to change the magnetic phase. The MOSFENS spin lattices engineering challenge addressed in this work has come from the practical difficulty of process integration in modifying a transistor fabrication process to accommodate the interface patterning requirements. Two distinct design choices for the fabrication sequences that create the nanostructure have been examined. Patterning the silicon surface before the MOS gate stack layers gives a "nanostructure first" process, and patterning the interface after forming the gate stack gives a "nanostructure last process." Both processes take advantage of a nano-LOCOS (nano-local oxidation of silicon) invention developed in this work. The nano-LOCOS process plays a central role in defining a clean, sharp confining potential for the spin lattice electrons

Développement et caractérisation de sources de neutres réactifs pour l’étude des interactions plasmas-surfaces

L’objectif de ce mémoire de maîtrise est de développer et de caractériser diverses sources de neutres réactifs destinées à des études fondamentales des interactions plasmas-surfaces. Ce projet s’inscrit dans le cadre d’une vaste étude de la physique des interactions plasmas-parois mises en jeu dans les procédés de gravure par plasma des matériaux de pointe. Une revue de la littérature scientifique sur les diverses méthodes permettant de générer des faisceaux de neutres réactifs nous a permis de sélectionner deux types de sources. La première, une source pyrolitique, a été caractérisée par spectrométrie de masse en utilisant le C2F6 comme molécule mère. Nous avons montré que le C2F6 était dissocié à plus de 90% à 1000ºC et qu’il formait du CF4, lui-même dissocié en CF2 vers 900ºC. Ces résultats ont été validés à l’aide d’un modèle basé sur des calculs d’équilibres chimiques, qui a aussi prédit la formation de F à 1500ºC. La seconde source, un plasma entretenu par une onde électromagnétique de surfaces, a été caractérisée par spectroscopie optique d’émission et par interférométrie haute fréquence. Dans le cas du plasma d’argon créé par un champ électromagnétique (>GHz), nos travaux ont révélé une distribution en énergie des électrons à trois températures avec Te-low>Te-high1GHz) argon plasmas, we have shown a three temperature electron energy distribution function with Te-low>Te-high<Te-tail. We have concluded that the formation of suprathermal electrons was linked to the generation of plasma instabilities at the resonance point near the chamber walls, and to Landau damping of these instabilities. The same phenomenon was observed in Cl2 plasma, but this effect vanished at high pressures because of collisional damping. We have shown that this type of source could produce near 100% dissociation of Cl2, depending on operating conditions

Filtrage spectral plasmonique à base de nanostructures métalliques adaptées aux capteurs d'image CMOS

Image sensors have experienced a renewed interest with the prominent market growth of wireless communication, together with a diversification of functionalities. In particular, a recent application known as Ambient Light Sensing (ALS) has emerged for a smarter screen backlight management of display-based handheld devices. Technological progress has led to the fabrication of thinner handsets, which imposes a severe constraint on light sensors' heights. This thickness reduction can be achieved with the use of an innovative, thinnest and entirely on-chip spectral filter. In this work, we present the investigation and the demonstration of plasmonic filters aimed for commercial ALS products. The most-efficient filtering structures are identified with strong emphasis on the stability with respect to the light angle of incidence and polarization state. Integration schemes are proposed according to CMOS compatibility and wafer-scale fabrication concerns. Plasmon resonances are studied to reach optimal optical properties and a dedicated methodology was used to propose optimized ALS performance based on actual customers' specifications. The robustness of plasmonic filters to process dispersions is addressed through the identification and the simulation of typical 300 mm fabrication inaccuracies and defects. In the light of these studies, an experimental demonstration of ALS plasmonic filters is performed with the development of a wafer-level integration and with the characterization and performance evaluation of the fabricated structures to validate the plasmonic solution.Les capteurs d'image connaissent un regain d'intérêt grâce à la croissance remarquable du secteur de la communication sans fil, et leurs fonctionnalités tendent à se diversifier. Plus particulièrement, une application récente connue sous le nom de capteur de luminosité ambiante (ALS de l'acronyme anglais) est apparue dans le but de proposer un ajustement intelligent du rétro-éclairage dans les appareils mobiles pourvus d'écrans. Les avancées technologiques ont permis la fabrication de smartphones toujours plus fins, ce qui impose une contrainte importante sur la hauteur des capteurs de lumière. Cette réduction d'épaisseur peut être réalisée grâce à l'utilisation de filtres spectraux innovants, plus fins et entièrement sur puce. Dans cette thèse, nous présentons l'étude et la démonstration de filtres plasmoniques adaptés à une intégration dans des produits ALS commerciaux. Les structures de filtrage les plus performantes sont identifiées avec une importance particulière accordée à la stabilité des filtres par rapport à l'angle d'incidence de la lumière et à son état de polarisation. Des schémas d'intégration compatibles CMOS et respectant les contraintes d'une fabrication à l'échelle du wafer sont proposés. Les résonances de plasmon sont étudiées afin d'atteindre des propriétés optiques optimales et une méthodologie spécifique à partir d'un véritable cahier des charges client a été utilisée pour obtenir des performances ALS optimisées. La robustesse des filtres plasmoniques aux dispersions de procédé est analysée à travers l'identification et la modélisation des imprécisions et des défauts typiques d'une fabrication sur wafer 300 mm. A la lumière de ces travaux, une démonstration expérimentale de filtres ALS plasmoniques est réalisée avec le développement d'une intégration à l'échelle du wafer et avec la caractérisation et l'évaluation des performances des structures fabriquées afin de valider la solution plasmonique