Développement d'une technique de caractérisation pour la mesure de déformation et de composition chimique à l'échelle nanométrique appliquée aux dispositifs avancés de la microélectronique
Author | : Loïc Henry |
Publisher | : |
Total Pages | : 0 |
Release | : 2021 |
ISBN-10 | : OCLC:1284998373 |
ISBN-13 | : |
Rating | : 4/5 (73 Downloads) |
Book excerpt: Au cours des dernières années, nous avons assisté à la multiplication des fonctionnalités dans les dispositifs de la microélectronique. Ces composants, sur lesquels un fort travail de miniaturisation avait déjà été réalisé, se sont également complexifiés en mettant en jeu davantage de mécanismes physico-chimiques.La microscopie électronique en transmission, de par sa capacité à réaliser de multiples caractérisations à l'échelle nanométrique, constitue un atout incontournable pour l'étude de ces phénomènes. Elle permet d'accompagner le développement des dispositifs par la réalisation d'analyses de chimie, déformation et microstructure. Ce travail de thèse porte sur le développement d'un nouveau système d'acquisition synchronisant pour la première fois les techniques de diffraction électronique en mode précession (PED) et de spectroscopie des rayons X par dispersion en énergie (EDX). Tandis que la PED est la technique de référence pour cartographier les déformations d'un matériau ou sa microstructure, l'EDX apporte une analyse précise sur la chimie de l'échantillon. Ces travaux ouvrent la voie à une nouvelle manière d'observer dans un MET en permettant de limiter l'endommagement des échantillons sous le faisceau, de diminuer le temps d'acquisition, et d'améliorer la compréhension des interactions entre structure et chimie à l'échelle nanométrique.Dans ces travaux, nous avons d'abord évalué la précision de la mesure de chimie dans des conditions expérimentales compatibles avec la caractérisation de déformation ou de microstructure. En particulier, nous présentons une analyse détaillée des paramètres expérimentaux qui influencent l'effet de canalisation des électrons sur le signal EDX et proposons une méthode permettant de corriger son impact sur l'évaluation des compositions.Le système d'acquisition développé a ensuite été appliqué à deux problématiques majeures de la microélectronique. La première application porte sur l'étude de l'état de déformation des systèmes Ge(1-x)Snx, dont l'enjeu d'intégration monolithique est essentiel pour la photonique sur silicium. Dans cette étude, nous montrons que la structure "step-graded" permet d'obtenir une relaxation graduelle des déformations et une couche optiquement active avec une haute qualité cristalline. La seconde application concerne la compréhension des mécanismes de programmation des mémoires à changement de phase, composant soumis au strict cahier des charges du secteur automobile. Dans cette étude, nous montrons que le couplage PED-EDX permet de combiner les informations de microstructure et de chimie. Nous avons ainsi pu identifier la composition des phases chimiques en présence et expliquer l'origine du dysfonctionnement d'un point mémoire étudié.