Etude de l'influence de la cinétique des traitements thermiques sur les excroissances de recuit des couches minces métalliques
par Azzedine Gaci
Thèse de doctorat en Electronique
Sous la direction de Gérard Lormand.
Soutenue en 1992
à Lyon, INSA , dans le cadre de École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon) , en partenariat avec GEMPPM - Groupe d’Etudes de Métallurgie Physique et de Physique des Matériaux (Lyon, INSA) (laboratoire) .
mots clés-
Résumé
La réduction des dimensions des circuits intégrés et 1' augmentation de leur complexité entraînent que leur temps de réponse est de plus en plus limité par celui du réseau des interconnexions. Les matériaux utilisés pour réaliser celles-ci doivent présenter une faible résistivité et être compatibles avec les étapes de fabrication. Pour les interconnexions des niveaux supérieure, les alliages d'aluminium sont largement utilisés. Ces interconnexions déposées sur des substrats de silicium sont soumises à des traitements thermiques qui génèrent des déformations plastiques partiellement inhomogènes et responsables de l'apparition d'excroissances. La présence de ces défauts limite la faisabilité et la fiabilité des circuits intégrés. La détermination des caractéristiques des excroissances a nécessité la mise au point et le développement d'une nouvelle méthode statistique quantitative. La précision et les performances de cette méthode ont été étudiées par simulation. Cette méthode a été utilisée pour étudier l'influence, sur la formation des excroissances, des traitements thermiques caractérisés par la température et la durée de maintien ainsi que par la vitesse de montée en température. Les résultats expérimentaux révèlent le rôle primordial de la vitesse de chauffage. Pour les vitesses faibles les excroissances, nombreuses et volumineuses, se forment au cours du chauffage. Pour les vitesses élevées les excroissances, petites et relativement rares, se développent par relaxation de contrainte. Une étude directe de ce mécanisme permet de déterminer une valeur d'énergie d'activation apparente de 0. 5 eV qui permet d'attribuer à la diffusion inter granulaire une part prédominante dans les mécanismes de relaxation des contraintes. Une modélisation de cette relaxation au. Cours d'un cycle thermique permet de confirmer le rôle prépondérant de la diffusion inter granulaire dans les transports de matière efficaces lors de la formation des excroissances et de monter qu'une vitesse de chauffage importante à haute température est un moyen efficace d'obtenir des couches minces d'aluminium exemptes d'excroissances néfastes.
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Titre traduit
= Influence study of thermal treatment kinetic on hillocks growth in metallic thin films
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Résumé
The dimension reduction of integrated circuits and the increase of their complexity involve that the response time is more and more limited by that of interconnections. The requirements for nationalizations are essentially: low resistivity and compatibility with the fabrication steps. For multilevel interconnections, aluminum alloys are widely used. These interconnections deposited onto silicon substrates are submitted to heat treatments witch generate plastic deformation partially not homogeneous and responsible in the hillocks appearance. The feasibility and reliability of integrated circuits are strongly limited by these hillocks. The hillocks characteristic determination has required the development of a quantitative statistic method. The accuracy and performance of this new method have been studied by simulation. This method has been used to study the effect on the hillocks formation of the heat treatments witch are characterized by the temperature and time annealing as well as heating speed. Experimental results have revealed the primordial role of heating speed. For low speeds, the numerous and high hillocks are formed during heating. For high speed, small and relatively rare, hillocks growing during stress relaxation. Direct study of this mechanism allows the determination of an apparent activation energy witch was estimated to 0. 5 ev. This result supports inter granular diffusion controlled creep as an active, plastic deformation mechanism. A modelisation of stress relaxation during thermal cycle allows us to confirm the predominant role of inter granular diffusion in matter transport to form hillocks. A high heating speed at high temperature appears an e active way for eliminating hillocks in integrated circuits metallization.
