Etude des interfaces dans des systèmes multicouches métal-céramique de taille nanométrique
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Abstract EN:
The present research was focused on a global methodology of characterization of metalceramics interfaces, lin particular the interface SiOx/TaNx in copper interconnections of microelectronic chips. The research was carried out through a global approach consisting in an exploration of interfaces in vias, the real systems, as well as in plane assemblies elaborated by industrial plasma processes PVD and CVD modelling the sidewall assemblies in vias. The characterization at the bottom of the vias, operated in plane view by HRTEM and in cross section by XAFM, highlighted the existence of nanostructured interphases and enabled to understand the complexity of the sacrifical layer process using resputtering. The core of the doctoral study was the complete characterization of SiOx/TaNx interfaces in plane stacks. From reference data obtained by AFM and XPS, the locus of fracture at SiOx/TaNx interfaces was interpreted. The adhesion measurements were conducted by a 90° peel test adapted to hard thin films. All these analysis lead toa comparison of two PVD deposition processes of TaNx as a function of nitrogen incorporation measured by XPS. Besides, the peel test in a liquid media was performed with surprising results for apolar liquids. The prospects of this study are rich and numerous both from scientific and technological point of views.
Abstract FR:
La présente recherche a consisté à élaborer une méthodologie complète de caractérisation des interfaces métal-céramique, comme l’interface SiOx/TaNx des interconnexions cuivre des puces microélectroniques. Le sujet de recherche a été abordé par une approche globale consistant en une exploration des interfaces, d'une part, dans les systèmes réels, les vias, et, d'autre part dans des systèmes modèles, à savoir des dépôts plans élaborés par dépôts plasmas industriels PVD et CVD simulant les parois de ces vias. La caractérisation du fond des vias, réalisée en vue plane par HRTEM et XEDS-STEM et en section transverse par XAFM, a mis en évidence l’existence d’interphases nanostructurées et a permis de comprendre la complexité du procédé à couche sacrifielle utilisant la repulvérisation. Le coeur de la thèse a été l’étude complète des interfaces SiOx/TaNx sur dépôts plans. L’obtention de données de référence AFM et XPS des surfaces SiOx et TaNx a permis d’interpréter les faciès de rupture à l’interface SiOx/TaNx. Les mesures d’adhérence ont été réalisées à l’aide du test de pelage 90° adapté aux films minces durs. Toutes ces analyses ont permis une comparaison de deux procédés PVD de dépôt du TaNx en fonction de l’incorporation d’azote mesurée par XPS. Par ailleurs, le test de pelage en milieu liquide a été pratiqué avec des résultats surprenants pour les liquides apolaires. Les perspectives de la thèse sont riches et nombreuses, tant d’un point de vue scientifique que technologique.