Développement d'une méthode innovante de mesures des propriétés thermomécaniques de films minces. Application à un dispositif imageur
- Authors
- Publication Date
- Dec 18, 2023
- Source
- HAL-Descartes
- Keywords
- Language
- French
- License
- Unknown
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Abstract
Les polymères sont des matériaux de plus en plus utilisés dans le domaine de la microélectronique. Outre les propriétés électriques ou optiques intéressantes pour les intégrations, ils présentent généralement de forts contrastes de propriétés thermomécaniques avec les substrats semi-conducteurs mais aussi avec les autres matériaux également intégrés dans les dispositifs, tels que les oxydes ou les métaux. Cette inadéquation entre les matériaux provoque généralement une forte augmentation des contraintes dans les différentes couches considérées, ce qui entraine en retour une forte augmentation de la courbure de la plaque. Des contraintes trop intenses peuvent provoquer l'apparition de fissure ou un délaminage, menaçant l'intégrité mécanique de la structure. Connaître les propriétés de chaque couche, en particulier des films polymères, permet aux concepteurs de vérifier la compatibilité des matériaux intégrés et de garantir la fiabilité du composant. Toutefois pour atteindre cet objectif, il est essentiel de développer des techniques de caractérisation de ces propriétés thermomécaniques spécifiquement adaptées pour les films minces déposés sur substrat.Ainsi, l'objectif de ce travail est de mettre au point une méthode expérimentale de détermination précise et réaliste des propriétés thermomécaniques des couches d'intégration, et ensuite de vérifier à l'aide d'outils de simulation analytiques ou numériques, l'intégrité mécanique des dispositifs microélectroniques. Cette méthode est basée sur la mesure de l'évolution de la courbure des plaques au cours de cycles en température. Elle permet non seulement de vérifier l'achèvement du processus de réticulation des polymères, mais aussi d'estimer leurs températures de transition vitreuse. En mesurant la courbure en température de deux substrats distincts sur lesquels sont déposés un même matériau polymère, la méthode développée permet de déterminer le module biaxial et le coefficient de dilatation thermique du film. La caractérisation d'un grand nombre de polymères par cette technique permet de constituer une base de données matériaux que l'on peut compléter avec les propriétés des autres matériaux intégrés. Ces données alimentent des modélisations dans le but de prédire le niveau de déformation de plusieurs dispositifs utilisés en microélectronique.Nous étudierons en particulier le cas des capteurs d'images en réalisant un calcul prédictif des déformations et des contraintes dans les empilements afin d'examiner la compatibilité des différents matériaux. Nous travaillerons également sur l'intégrité mécanique de ces dispositifs, afin de garantir leur fabrication et leur fiabilité dans le temps. Nous montrerons que le choix des matériaux est facilité par la modélisation des structures et qu'il est également possible d'étudier l'initiation et la propagation de fissures à l'aide de modèles numériques.
