Literatura académica sobre el tema "Nitrure de titane (TiN)"

Ce travail de thèse porte sur l'étude de la métallisation Cu-CVD avec une barrière TiN-CVD et son intégration dans des structures d'interconnexions double damascène en technologie 0. 18 µm et inférieure. Il concerne l'aspect matériau des interconnexions. L'intégration du cuivre impose la maîtrise de plusieurs paramètres tels que le dépôt de la métallisation dans des motifs graves à hauts facteurs de forme, comprenant le dépôt préliminaire d'une barrière à la diffusion du cuivre. Après une introduction sur l'importance croissante des interconnexions sur la performance finale des circuits intégrés avancés, une première partie du rapport de thèse portera sur le choix et l'optimisation de procédés chimiques en phase vapeur pour le dépôt de la barrière de diffusion TiN et le dépôt du Cu. Leurs performances seront évaluées sur des structures d'interconnexions et comparées à d'autres procédés de dépôt. Par la suite, nous tiendrons compte des conditions réelles d'intégration pour l'adaptation et l'optimisation des procédés de dépôts métal et diélectrique. Nous mettrons notamment en évidence les effets de contamination et d'interface des matériaux déposés en couches minces sur les performances des interconnexions. La possibilité d'intégrer la métallisation Cu-CVD/TiN-CVD avec l'oxyde de silicium comme isolant sera démontrée. Les industriels choisissent généralement de commencer l'intégration du cuivre en technologie 0. 18 µm avec une métallisation Cu-ECD/Cu-IMP/TaN-IMP ; nous étudierons dans le dernier chapitre les changements impliqués par ce choix sur les performances des interconnexions, et mettrons en évidence les avantages de la métallisation Cu-CVD/TiN-CVD pour les technologies plus avancées<br>This manuscript reports on Cu-CVD metallisation with TiN-CVD barrier and its integration in dual Damascene interconnects for 0. 18 µm technology and below. Copper integration implies the control of several parameters as metal deposition in patterned features with high aspect ratio, including the preliminary deposit of a barrier to avoid copper diffusion. After a short introduction on the growing importance of interconnects on the performance of interconnects on the performance of advanced integrated devices, the choice and the optimization of Chemical Vapour Deposition processes for both TiN diffusion barrier and Cu are addressed. Process performance are evaluated on interconnect structures and compared to other deposition processes. Interaction of other processes involved during integration with copper metallization is then studied and the metal and dielectric processes optimized in realistic conditions. Contamination effects on thin films deposited materials properties and their interface are shown to be critical for interconnect performance. Finally, the possibility to use Cu-CVD/TiN-CVD metallization with SiO2 dielectric material as insulator is demonstrated. Industrials generally begin copper integration in 0. 18 µm technology with Cu-ECD/Cu-IMP/Cu-TaN-IMP metallization; changes involved by this metallization choice are investigated in the last chapter and advantages of Cu-CVD/TiN-CVD metallization for more advanced technologies are evidenced

La pulvérisation cathodique magnétron pulsée à haute puissance (HiPIMS) est un procédé de dépôt de couches minces dans lequel le flux de dépôt est principalement composé d’ions du matériau pulvérisé. Ce type de décharge permet de contrôler l’énergie et la direction des espèces qui seront déposées, ce qui est favorable à la modification de la structure et des propriétés finales des couches. Malgré tous les travaux de recherches menés pour caractériser et comprendre les conditions de décharge HiPIMS, la nécessité de développer des couches minces utiles à la société reste toujours d’actualité. La finalité de ce travail est l’obtention de couches minces HiPIMS plus performantes que celles obtenues aujourd'hui en utilisant des techniques de dépôt classiques. Pour cela il est indispensable d'identifier et d'optimiser les paramètres de dépôt permettant de modifier à la fois la microstructure des couches, la contrainte résiduelle et les propriétés liées à l'énergie telles que la résistivité électrique et la bande interdite. Trois matériaux sont au cœur de ce travail : le cuivre, le dioxyde de titane et le nitrure de titane. Les études expérimentales ont montré que les paramètres les plus importants pour obtenir les propriétés souhaitées étaient la quantité et l’énergie cinétique des espèces ionisées irradiant la couche au cours de sa croissance. Par ailleurs, les paramètres de croissance optimale entre couches métalliques et couches composées diffèrent considérablement<br>High power impulse magnetron sputtering (HiPIMS) is a thin film deposition technique where the deposition flux is predominantly composed of ionized sputtered material. This enables control of energy and direction of the film-forming species and is thereby beneficial for tailoring the film structure and final properties. Although researchers world-wide have spent significant time and efforts characterizing and understanding the plasma process conditions in HiPIMS, research in new and improved HiPIMS-based thin film materials that find applications in areas of importance for society is still required. The goal of this work has been to identify and optimize the deposition parameters that allow tailoring the film microstructure, intrinsic stress and energy-related properties, such as electrical resistivity and optical band gap, to ultimately achieve superior HiPIMS coatings compared to what is achieved today using conventional deposition techniques. Three material systems constitute the core of the work: copper, titanium dioxide, and titanium nitride. From the work carried out it is concluded that the most important parameters affecting the film structure and properties are the amount as well as the kinetic energy of the ionized sputtered species irradiating the film during growth. These parameters differ substantially for optimum growth conditions of metallic and compound films

Une série de films Ti1-xAlxN (0 ≤ x ≤ 1, teneur en Al) de différentes épaisseurs (300 - 500 et ≃ 2000 nm) a été déposée par pulvérisation magnétron en atmosphère réactive sur des substrats en Si(l 00) et en acier rapide. Des indentations Vickers ont été réalisées sur les films déposés sur acier à des charges de 0,5 et 3 N. Différentes techniques d'analyse ont été utilisées pour la caractérisation structurale et microstructurale des films : diffraction des rayons X, spectroscopie d'absorption des rayons X, microscopie électronique en transmission. En DRX, la composition intermédiaire Ti0,32Al0,68N marque le passage entre la symétrie cubique observée pour les films riches en Ti (x ≤ 0,50) et la symétrie hexagonale observée pour les films riches en Al (x ≥ 0,68). Pour Ti0,32Al0,68N, DRX et EXAFS ont révélé la coexistence de domaines cubiques, dans les zones mal cristallisées, et de domaines hexagonaux, dans les zones cristallisées. La microstructure analysée en MET est colonnaire pour toute la série des films Ti1-xAlxN. L'examen des empreintes d'indentation réalisées à différentes charges montre que les couches de Ti1-xAlxN deviennent de plus en plus fragiles avec l'augmentation de la teneur en Al. Pour les films riches en Ti, la grande proportion de joints de grains permet le glissement des colonnes les unes contre les autres. Pour les films riches en Al, le nombre des fissures dans l'épaisseur augmente avec la proportion d'Al dans le film. De plus, une courbure des colonnes (constituées par des grains de symétrie hexagonale) sous la pointe de l'indenteur induit une désorientation de quelques degrés de ces cristallites autour de la direction principale de croissance.

L’utilisation de couches minces pour la fonctionnalisation tribologique des surfaces est largement répandue dans l’industrie. Elle vise à maîtriser l’usure ou le frottement, selon qu’il s’agisse de couches dures ou de lubrifiants solides. Dans le contexte de contacts secs sous vide, où les phénomènes adhésifs sont prédominants, des transferts de matière entre les surfaces interviennent. Ils conduisent à la formation d’une interface qui conditionne le comportement tribologique du contact. Après une analyse approfondie des dégradations d’une couche mince de TiN en contact avec un acier dans un mécanisme réel, une modélisation expérimentale adaptée a permis de reproduire ces dégradations sur des surfaces modèles dans un tribomètre en environnement contrôlé. La géométrie sphère/plan du contact, avec le revêtement déposé sur la bille, induit une sollicitation continue de ce dernier, accélérant ainsi l’apparition des dégradations. Cette modélisation utilise un tribomètre unique au monde, permettant de réaliser des expériences tribologiques dans toutes les directions du plan et la mesure des forces résistantes aux déplacements dans toutes les directions de l’espace, grâce à son capteur de forces 6 axes. Cette étude expérimentale a mis en évidence les processus de formation et de rupture des jonctions adhésives dans des contacts impliquant des couches minces commerciales de natures variées, qu’elles soient dures (TiN) ou présentant de capacités de lubrification solide (MoS2 et carbone amorphe hydrogéné a-C:H). Le comportement tribologique des couches lubrifiantes est comparé à celui de la couche dure de TiN. Une analyse des phénomènes de transfert dans ces contacts met en évidence la distinction entre la durabilité de la couche (arrachement pour les couches dures et usure pour les couches tendres) et la durabilité du contact (caractérisée par l’apparition d’un grippage macroscopique). La durabilité du contact est intrinsèquement liée à l’évolution du matériau interfacial formé lors des transferts de matière entre surfaces, résultant des phénomènes adhésifs. Cette étude met en lumière la diversité et la complexité des modifications de surface induites par le frottement. Une approche novatrice, basée sur le croisement de traces de frottement, convertit le tribomètre en un outil analytique permettant de dissocier les rôles des différentes modifications de surface sur le comportement tribologique du contact. Cette démarche a été appliquée au cas particulier du frottement d’un acier contre une couche mince de carbone amorphe hydrogénée<br>The use of thin films for the tribological functionalization of surfaces is widespread in industry. The aim is to control wear or friction, depending on whether the coatings are hard or solid lubricants. In the context of dry contacts under vacuum, where adhesive phenomena predominate, mater transfers between surfaces occur. This leads to the formation of an interface that determines the tribological behavior of the contact. Following an analysis of the degradations of a thin layer of TiN in contact with steel in a real mechanism, an appropriate experimental modelling was set up to reproduce those degradations on model surfaces in an environment control tribometer. The sphere/plane geometry of the contact, with the coating deposited on the ball, induces a continuous exposure of the coating to friction, thus accelerating the appearance of degradation. This modelling uses a unique tribometer, enabling tribological experiments to be carried out in all directions of the plane and the measurement of displacement resisting forces in all directions of space, thanks to its 6-axis force sensor. This experimental study highlighted the formation and rupture processes of adhesive junctions in contacts involving commercial thin films of various natures, whether hard (TiN) or with solid lubrication capabilities (MoS2 and hydrogenated amorphous carbon a-C:H). The tribological behavior of the lubricating coatings is compared with that of the hard TiN coating. An analysis of the transfer phenomena in these contacts highlights the distinction between the durability of the coating (tearing for hard coatings and wear for soft ones) and the durability of the contact (characterized by the appearance of macroscopic seizure). The durability of the contact is intrinsically linked to the evolution of the interfacial material formed during the transfer of matter between surfaces, resulting from adhesive phenomena. This study highlights the diversity and complexity of surface modifications induced by friction. An original approach, based on the crossing of friction tracks, converts the tribometer into an analytical tool. It allows to dissociate the respective roles of the various surface modifications on the tribological behavior of the contact. This approach has been applied to the specific case of friction between steel and a thin layer of amorphous hydrogenated carbon

Avec la reduction des dimensions caracteristiques des circuits integres, il est necessaire de diminuer les capacites entre lignes d'interconnexions ainsi que leurs resistances et d'ameliorer la fiabilite des interconnexions. L'introduction d'une metallisation cuivre permet de depasser les limitations actuelles. Cependant, l'integration du cuivre dans des structures d'interconnexions necessite l'introduction de nouveaux materiaux. Ces couches d'interface doivent verifier les proprietes suivantes : * empecher la diffusion du cuivre dans le silicium et dans les dielectrique meme pour des epaisseurs de films inferieures a 20 nm * avoir une faible resistivite (<300cm) * etre une couche d'interface assurant l'adherence du cuivre sur son substrat, permettant ainsi d'utiliser le polissage mecano-chimique lors de la fabrication des interconnexions en architecture double damascene * conformite de la couche deposee sur des motifs de facteurs de forme elevee (>4) le nitrure de titane (tin) est utilise couramment comme materiau barriere de diffusion et comme couche d'adherence dans l'industrie des semi-conducteurs. Le depot pvd de tin ne permet pas d'obtenir une bonne conformite de la couche deposee sur des motifs a facteurs de forme eleve. Le depot de tin par cvd a partir d'une chimie inorganique conduit a des couches a resistivites importantes contenant un pourcentage de chlore eleve a des temperatures inferieures a 500c. Au cours de cette etude, nous avons evalue et optimise un nouveau procede de depot cvd qui consiste a repeter de facon recurrente un depot pyrolytique du tin a partir d'un precurseur organometallique, le tetrakis (dimethylamino) titane (tdmat) et un traitement du film avec un plasma n#2/h#2. Les parametres de l'etude sont l'epaisseur initiale de la couche avant le traitement plasma (5 et 10 nm), la puissance du plasma et de la duree du traitement. Une correlation a ete realisee entre les performances en tant que couche barriere a la diffusion du cuivre et couche d'adherence, et les caracteristiques intrinseques du materiau tin.

Cette etude sur la diffusion de l'azote dans le nitrure de titane a ete realisee a partir de la determination directe de profils de concentration. Le nitrure de titane est soit monocristallin de composition tin#0#,#8#2, soit polycristallin de composition tin#0#,#9#4. Le traceur est introduit par deux methodes differentes: la methode d'implantation ionique et la methode d'echange isotopique gaz-solide dans un domaine de temperature situe entre 700#oc et 1800#oc. Les profils de concentration d'azote 15 sont mesures a l'aide de l'analyseur ionique (sims). Par cette etude, nous avons determine des coefficients de diffusion de l'azote et des energies d'activation de 4,5 ev/at pour les polycristaux et 2,1 ev/at pour les monocristaux. Par la methode d'implantation ionique, nous avons obtenu une enthalpie de formation de l'ordre de 0,6 ev/at. Par la methode d'echange gaz-solide, nous avons calcule des coefficients de diffusion aux joints de grains. A basse temperature (t<900#oc pour les monocristaux et t<1400#oc pour les polycristaux), la diffusion est gouvernee par un regime extrinseque (impuretes)

Les travaux concernent l'etude et l'optimisation d'un systeme de depot de couches minces anti-usure utilisant une source d'evaporation par laser pulse, dans le but de pouvoir deposer ces couches minces a l'interieur de tubes de faibles diametres, les techniques classiques ne le permettant pas. Tout d'abord, le choix du materiau de depot le nitrure de titane est justifie et ses principales proprietes decrites. Le but de ce travail etant d'essayer de comprendre et de maitriser cette methode de depot, une synthese des travaux realises sur l'interaction laser-matiere est presentee, afin d'expliquer les phenomenes mis en jeu puis definir les parametres importants. Nous nous sommes ensuite attaches a realiser puis optimiser une source d'evaporation laser permettant d'obtenir des depots de bonne qualite. A partir de la, et apres avoir explique le fonctionnement du systeme de depot utilise, nous avons realise des couches minces en faisant varier les differents parametres pression, temperature de substrat, polarisation du substrat, vitesse de deplacement de la cible, cycle de nettoyage. Les proprietes des depots obtenus sont alors decrites puis analysees afin de determiner les parametres optimaux pour l'obtention de couches anti-usure a l'interieur de tubes de faibles diametres

Nous avons etudie la reactivite et la mouillabilite de certains alliages de cuivres et d'uranium avec du tin. Les principaux parametres etudies sont la microstructure et la sous-stoechiometrie du tin, la duree et la temperature de l'experience ainsi que la composition des alliages. Les essais de goutte posee sont realisees sous vide secondaire a l'interieur d'une boite tantale fermee et isotherme. Les resultats experimentaux, en bon accord avec la thermodynamique indique l'absence de toute reactivite mesurable a l'interface cu / tin stoechiometrique. Pour ce meme substrat, nous observons la penetration des alliages cu-al aux joints de grains de tin et la formation de aln et de al#3ti. L'emploi de tin sous-stoechiometrique en surface permet de diminuer sensiblement la reactivite et de supprimer pratiquement la penetration intergranulaire. Pour les alliages d'uranium, nous observons des les premiers instants de contact, la formation d'une couche de un a l'interface en accord avec la thermodynamique. La croissance de cette couche est assuree par un processus majoritaire de decomposition du tin et par un processus minoritaire de denitruration du tin. Aux temps eleves, l'epaisseur de la couche ne croit plus car l'alliage est sature en titane. Neanmoins, nous observons un gravage des joints de grains au contact avec le liquide. L'ajout de titane dans l'alliage u-fe empeche la formation de un mais aucune penetration intergranulaire n'est observee.