Etude expérimentale et simulation numérique du comportement mécanique de structures sub-micrométriques de cuivre : application aux interconnexions dans les circuits intégrés

par Sidonie Lefebvre

Thèse de doctorat en Mécanique et matériaux

Sous la direction de Ladislas P. Kubin et de Thierry Hoc.


  • Résumé

    Afin de réduire les coûts et rester compétitifs dans le contexte industriel mondial, les fabricants de semi-conducteurs miniaturisent leurs produits. A l'heure actuelle, la largeur des interconnexions reliant les composants électroniques est de 130 nm environ et est amenée à décroître rapidement. Si la réalisation des connexions de cuivre est bien maîtrisée, les lois de comportement mécanique à cette échelle sont encore peu connues, la principale difficulté étant le caractère fortement hétérogène de la déformation plastique d'une structure micrométrique, très mal rendu dans les descriptions continues actuelles. L'objectif de cette thèse est double. Il s'agit dans un premier temps de concevoir des échantillons de poutres ultra-fines suspendues de cuivre, qui possèdent les mêmes caractéristiques géométriques et microstructurales que les interconnexions des circuits intégrés, et de les soumettre à des tests de flexion trois points par nanoindentation. Dans un deuxième temps, nous cherchons à reproduire les effets de taille mis en évidence lors de ces essais, influence de l'épaisseur et de la largeur des poutres sur la limite d'élasticité, à l'aide d'un modèle d'éléments finis. Nous utilisons un modèle cristallin, qui comprend une loi d'écoulement locale élasto-viscoplastique et une loi d'écrouissage anisotrope basée sur l'évolution de la densité de dislocations par système de glissement. Cette dernière est obtenue à l'aide d'une simulation de dynamique des dislocations, qui nous permet de comprendre les phénomènes à l'échelle microscopique, en particulier le transfert de déformation entre grains à travers les interfaces, et le stockage des dislocations aux joints de grains. Notre modèle reproduit un comportement de type Hall-Petch pour des polycristaux à très petits grains, et capte les effets d'échelle observés pour les poutres ultra-fines de dimensions semblables à celles des interconnexions.


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Informations

  • Détails : 1 vol. (213 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.179-185

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  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : TH 69106
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