Etude de l'auto-organisation de films minces de copolymères diblocs en vue d'applications pour la microélectronique

Abstract

The aim of this work is to understand how PS-b-PMMA thin films presenting vertically oriented cylindrical PMMA nanodomains self-assemble. These films are used to organize discrete nano-objects with small dimensions (diameter ~ 20 nm) and in high density (~1011/cm ²). It is shown that the vertical cylinder phase is indirectly formed during thermal annealing starting from a homogeneous phase. First, a disordered cylinder phase is created within the film, followed by the nucleation and growth of the vertical cylinder phase . This implies the presence of defects at the grain boundaries so that the obtained films present an hexatic order according to KTHNY theory. For defect sites, the unit cell could adopt an anisotropic configuration due to the stress of the lattice. In this case, in order to minimize the free energy of the system, the PMMA domain deforms commensurately with the unit cell and adopts an elliptical or a lozenge-like cross section, in good agreement with strong segregation considerations. However, these strained configurations reveal to be metastable so that thermal fluctuations could induce a transition from a distorted column to two other circular columns. This phenomenon has been used to explain the motion of dislocations. Finally, we use these films as a mask to realize, by etching plasma, Si/SiGe nano-pillars or MOS capacities with Pt nanocristals.L'objectif de ce travail est de comprendre comment s'auto-organisent les films minces de PS-b-PMMA présentant des nanodomaines cylindriques de PMMA orientés verticalement. Ces films sont ensuite utilisés pour organiser des nano-objets discrets de faibles dimensions (diamètre ~ 20 nm) et en forte densité (~1011/cm²).Il est montré que la phase de cylindres verticaux se forme de façon indirecte pendant le recuit thermique à partir d'une phase homogène. Tout d'abord, il se forme une phase de cylindres désordonnés au sein du film sur laquelle la phase de cylindres verticaux s'établie par un mécanisme de nucléation-croissance, menant à la présence de défauts aux joints de grains. L'élimination des défauts dans le réseau nécéssite une diffusion de ces derniers. Après avoir montré expérimentalement et théoriquement que les sites heptacoordinés adoptent une morphologie distordue en raison de la contrainte du réseau, nous proposons un mécanisme de diffusion des dislocations basé sur la division des nanodomaines distordus. Nous montrons que les films réalisés possédent un ordre hexatique selon la théorie KTHNY. Finalement, nous utilisons ces films en tant que masque pour réaliser, par gravure plasma, des nano-piliers en Si/SiGe ou bien des capacités MOS à nanocristaux de P