Contraintes mécaniques en micro, nano et optoélectronique

Résumé

Description des mécanismes de génération et de relaxation des contraintes internes dans les interconnexions et dans les dispositifs pour la microélectronique, la nanoélectronique, la spintronique et l'optoélectronique. Présentation des effets des contraintes sur les propriétés des composants. Point sur les méthodes de mesure et de prévision des contraintes et sur les perspectives de contrôle.

Contributeur(s)
- Mouis, Mireille (1958-....). Éditeur scientifique
Éditeur(s)
- Hermès science publications
Date
- 2006
Langues
- Français
Description matérielle
- 1 vol. (448 p.) : ill., couv. ill ; 25 cm
Collections
- Traité EGEM
Sujet(s)
ISBN
- 2-7462-1308-7
Indice
- 621.45 Microélectronique (transistors, composants, circuits intégrés)
Quatrième de couverture
- Électronique et micro-électronique
  Le traité Electronique, Génie Electrique, Microsystèmes répond au besoin de disposer d'un ensemble de connaissances, méthodes et outils nécessaires à la maîtrise de la conception, de la fabrication et de l'utilisation des composants, circuits et systèmes utilisant l'électricité, l'optique et l'électronique comme support.
  Conçu et organisé dans un souci de relier étroitement les fondements physiques et les méthodes théoriques au caractère industriel des disciplines traitées, ce traité constitue un état de l'art structuré autour des quatre grands domaines suivants :
  
  Electronique et micro-électronique
  
  Optoélectronique
  
  Génie électrique
  
  Microsystèmes
  
  Chaque ouvrage développe aussi bien les aspects fondamentaux qu'expérimentaux du domaine qu'il étudie. Une classification des différents chapitres contenus dans chacun, une bibliographie et un index détaillé orientent le lecteur vers ses points d'intérêt immédiats : celui-ci dispose ainsi d'un guide pour ses réflexions ou pour ses choix.
  Les savoirs, théories et méthodes rassemblés dans chaque ouvrage ont été choisis pour leur pertinence dans l'avancée des connaissances ou pour la qualité des résultats obtenus.
Tables des matières
- - Contraintes mécaniques en micro, nano et optoélectronique
  - Mireille Mouis
  - Hermes Science
  - Lavoisier
  - Préface17
  - Mireille Mouis, Anne Ponchet et André Rocher
  - Chapitre 1. L'importance des contraintes en microélectronique21
  - Michel Brillouët
  - 1.1. Introduction21
  - 1.2. Dynamique de la microélectronique21
  - 1.3. Les contraintes perçues comme un phénomène à éviter23
  - 1.3.1. Impact de la courbure des plaques de silicium23
  - 1.3.2. Défauts générés par les couches contraintes23
  - 1.3.3. Défauts générés dans les plaques de silicium24
  - 1.3.4. Contraintes dans les motifs25
  - 1.4. La compréhension de l'impact des contraintes en microélectronique27
  - 1.4.1. Impact des contraintes sur la fabrication du transistor MOS27
  - 1.4.2. La prise en compte des contraintes dans les interconnexions29
  - 1.5. Les contraintes comme facteur de progrès en microélectronique30
  - 1.5.1. Le gettering30
  - 1.5.2. L'ingénierie des contraintes31
  - 1.6. Conclusion33
  - 1.7. Bibliographie33
  - Chapitre 2. Théorie de l'élasticité des cristaux35
  - Joseph Morillo
  - 2.1. Introduction35
  - 2.2. Elasticité linéaire38
  - 2.2.1. Tenseur des déformations38
  - 2.2.2. Contraintes et équilibre42
  - 2.2.3. Elasticité linéaire - Loi de Hooke45
  - 2.2.4. Energétique46
  - 2.2.5. Symétries48
  - 2.2.6. Représentation matricielle de Voigt49
  - 2.3. Symétries cristallines et élasticité linéaire50
  - 2.3.1. Invariance par symétrie cristalline51
  - 2.3.2. Effet des opérations de symétrie51
  - 2.3.3. Exemple de la symétrie cubique53
  - 2.3.4. Interprétation physique55
  - 2.3.5. Approximation du solide isotrope56
  - 2.4. Détermination des tenseurs des contraintes et des déformations59
  - 2.5. Thermoélasticité60
  - 2.6. Mesure et calcul des constantes élastiques62
  - 2.7. Conclusion64
  - 2.8. Bibliographie66
  - 2.9. Annexe : tenseurs euclidiens67
  - 2.9.1. Réponse linéaire - Tenseurs68
  - 2.9.2. Co- et contravariance - Tenseur de métrique71
  - 2.9.3. Propriétés utiles73
  - Chapitre 3. Introduction à la thermodynamique des systèmes contraints77
  - Frank Glas
  - 3.1. Introduction77
  - 3.2. Thermodynamique classique des systèmes homogènes78
  - 3.2.1. Principes fondamentaux et paramètres extensifs78
  - 3.2.2. Paramètres intensifs et états d'équilibre80
  - 3.2.3. Potentiels thermodynamiques et états d'équilibre en présence de réservoirs81
  - 3.2.4. Diagrammes de phases - Règles et constructions82
  - 3.2.5. Déformations et contraintes homogènes84
  - 3.3. Thermodynamique des solides contraints inhomogènes85
  - 3.3.1. Introduction85
  - 3.3.2. Equilibre interne d'une seule phase solide - Potentiels de diffusion88
  - 3.3.3. Equilibre entre deux phases solides90
  - 3.4. Surfaces et interfaces96
  - 3.4.1. Quantités d'excès liées à une interface plane96
  - 3.4.2. Prise en compte de l'interface dans l'équilibre entre deux phases97
  - 3.5. Aspects cinétiques98
  - 3.6. Conclusion99
  - 3.7. Bibliographie100
  - Chapitre 4. Description élastique d'une surface et de ses défauts103
  - Andrés Saul, Pierre Müller
  - 4.1. Introduction103
  - 4.2. Concepts de base : contraintes de surface d'une surface plane104
  - 4.2.1. Energie élastique volumique104
  - 4.2.2. Description élastique d'une phase de dimensions finies105
  - 4.2.3. Effets des contraintes sur la description thermodynamique d'une surface110
  - 4.2.4. Description atomistique113
  - 4.3. Description élastique de marches et de faces vicinales117
  - 4.3.1. Action d'une force ponctuelle sur un milieu semi-infini117
  - 4.3.2. Cas du corps libre de toute contrainte externe119
  - 4.3.3. Cas du corps soumis à des contraintes externes125
  - 4.4. Description élastique de quelques autres défauts de surface127
  - 4.4.1. Défauts de dimension nulle : les adatomes127
  - 4.4.2. Domaines périodiques129
  - 4.4.3. Généralisation131
  - 4.5. Bibliographie132
  - Chapitre 5. Rôle des contraintes mécaniques dans les technologies silicium135
  - Alain Poncet
  - 5.1. Introduction135
  - 5.2. Les contraintes générées par les différentes étapes technologiques138
  - 5.2.1. Contraintes thermiques138
  - 5.2.2. Hétéro-épitaxie, épitaxie localisée, report de couche141
  - 5.2.3. Croissance thermique de couches143
  - 5.2.4. Dépôt150
  - 5.2.5. Gravure152
  - 5.2.6. Implantation ionique, amorphisation, recristallisation153
  - 5.3. Les contraintes qui interagissent avec les procédés eux-mêmes155
  - 5.3.1. Influence des contraintes mécaniques sur la stabilité des couches épitaxiées155
  - 5.3.2. Influence des contraintes mécaniques sur la diffusion des dopants155
  - 5.3.3. Influence des contraintes mécaniques sur les cinétiques de croissance thermique des couches163
  - 5.3.4. Influence des contraintes sur la gravure171
  - 5.3.5. Dégradation des interconnexions métalliques : le stress-voiding172
  - 5.3.6. Polissage mécano-chimique174
  - 5.4. Conclusion175
  - 5.5. Bibliographie175
  - Chapitre 6. Croissance cristalline et génération de contraintes183
  - Stéphane Andrieu
  - 6.1. Introduction183
  - 6.2. Contraintes lors de la croissance d'un film continu184
  - 6.2.1. Modèle de Frenkel-Kontorova/Frank-Van der Merwe184
  - 6.2.2. Evidences expérimentales du modèle de Frank et Van der Merwe188
  - 6.2.3. Généralisation à deux dimensions190
  - 6.2.4. Relaxation plastique et épaisseur critique192
  - 6.2.5. Comparaison semi-conducteurs/métaux195
  - 6.3. Contraintes lors de la croissance d'îlots non coalescés196
  - 6.3.1. Relaxation en bord d'îlots 2D196
  - 6.3.2. Ilots 3D contraints et mode de croissance Stranski-Krastanov198
  - 6.3.3. Défauts à la coalescence : dislocations, macles199
  - 6.4. Conclusion201
  - 6.5. Bibliographie201
  - Chapitre 7. Relaxation élastique des contraintes203
  - Frank Glas
  - 7.1. Introduction203
  - 7.2. Définitions, méthodes et premiers exemples204
  - 7.2.1. Déformation propre204
  - 7.2.2. Processus d'Eshelby - Energie élastique205
  - 7.2.3. Méthodes de calcul de la relaxation208
  - 7.3. Instabilité d'un alliage homogène vis-à-vis de variations spatiales de sa composition - Rôle des contraintes élastiques209
  - 7.3.1. Décomposition spinodale210
  - 7.3.2. Stabilité linéaire211
  - 7.3.3. Relaxation élastique des contraintes dans la décomposition spinodale212
  - 7.3.4. Modification du domaine d'instabilité par les contraintes et microstructure induite214
  - 7.3.5. Effet d'une surface libre215
  - 7.4. Relaxation morphologique d'un solide sous contrainte non hydrostatique216
  - 7.4.1. Introduction216
  - 7.4.2. Calcul des champs de relaxation élastique217
  - 7.4.3. Instabilité ATG219
  - 7.4.4. Croissance en îlots - Mode Stranski-Krastanov222
  - 7.5. Couplage entre instabilités morphologique et compositionnelle223
  - 7.6. Bibliographie225
  - Chapitre 8. Relaxation plastique des couches métalliques par dislocations et diffusion de matière229
  - Marc Legros
  - 8.1. Introduction229
  - 8.2. Propriétés mécaniques d'une couche métallique parfaitement adhérente sur un substrat rigide231
  - 8.2.1. Méthode de la courbure - Cycles thermiques231
  - 8.2.2. Limite d'élasticité232
  - 8.2.3. Déformation par cycle233
  - 8.2.4. Variation de sigma_RT en fonction de h - Données expérimentales234
  - 8.3. Modèles de relaxation plastique235
  - 8.3.1. Cartes de mécanismes de déformation235
  - 8.3.2. Modèles de plasticité basés sur le confinement des dislocations238
  - 8.3.3. Diffusion aux joints - Modèle de Gao246
  - 8.4. Comparaison avec les données expérimentales et les observations microstructurales247
  - 8.4.1. Microstructure initiale des films métalliques247
  - 8.4.2. Evolution de la densité volumique de dislocations248
  - 8.4.3. Activation de dislocations traversantes, évolution de leur densité250
  - 8.4.4. Saturation de la limite d'élasticité252
  - 8.4.5. Apport de la microscopie in situ, observations dynamiques, interaction dislocation-interface253
  - 8.4.6. Relaxation par glissement de dislocations ou par diffusion aux joints ?255
  - 8.5. Conclusion256
  - 8.6. Bibliographie257
  - Chapitre 9. Phénomènes d'endommagement des films minces : des structures de cloquage aux propriétés mécaniques locales261
  - Christophe Coupeau
  - 9.1. Introduction261
  - 9.2. Contraintes internes induites lors de dépôts par voie PVD264
  - 9.3. Modèles de cloquage des films minces265
  - 9.4. Comportement mécanique de films minces sous contrainte268
  - 9.5. Influence du substrat271
  - 9.6. Morphologie des structures de cloquage275
  - 9.7. Vers les propriétés mécaniques locales280
  - 9.8. Bibliographie282
  - Chapitre 10. Exploitation des contraintes dans les structures à base de semi-conducteurs285
  - Chantal Fontaine
  - 10.1. Introduction285
  - 10.2. Contraintes et structures à multicouches286
  - 10.3. Contrôle des caractéristiques des boîtes quantiques par les conditions de croissance et par l'empilement289
  - 10.4. Relaxation de la contrainte par effet d'alliage et organisation latérale des boîtes quantiques291
  - 10.5. Contrôle de la localisation des boîtes quantiques par la structuration de surface et l'utilisation de masques diélectriques292
  - 10.6. Contrôle de la localisation des boîtes quantiques par l'utilisation de surfaces structurées à contrainte modulée296
  - 10.7. Organisation dirigée de boîtes quantiques et substrats à dislocations enterrées297
  - 10.8. Conclusion301
  - 10.9. Bibliographie301
  - Chapitre 11. Apports et limites d'une approche atomistique de la croissance hétéro-épitaxique305
  - Christine Goyhenex
  - 11.1. Introduction305
  - 11.2. Les différents niveaux de modélisation306
  - 11.2.1. Modélisation des (ré)arrangements atomiques : dynamique moléculaire306
  - 11.2.2. Simulations multi-échelles : le Monte-Carlo307
  - 11.3. Structure électronique : cas des métaux de transition et nobles308
  - 11.3.1. Formalisme des liaisons fortes308
  - 11.3.2. Approximation du second moment (SMA)312
  - 11.4. Applications aux systèmes métalliques313
  - 11.4.1. Modes de relaxation des contraintes aux surfaces : reconstructions313
  - 11.4.2. Modes de relaxation des contraintes aux interfaces et sur structures316
  - 11.4.3. Mécanismes microscopiques en croissance320
  - 11.4.4. Simulations à plus grande échelle (Monte-Carlo) : croissance organisée de Co/Au(111)323
  - 11.5. Conclusion325
  - 11.6. Bibliographie326
  - Chapitre 12. Utilisation des éléments finis pour l'analyse des contraintes329
  - Roland Fortunier
  - 12.1. Introduction329
  - 12.2. Formulation du problème330
  - 12.2.1. Equation d'équilibre mécanique330
  - 12.2.2. Loi de comportement élastique linéaire332
  - 12.2.3. Conditions aux limites333
  - 12.2.4. Formulation faible334
  - 12.3. Approximation par éléments finis336
  - 12.3.1. Discrétisation336
  - 12.3.2. Assemblage et résolution339
  - 12.3.3. Les principaux types d'éléments341
  - 12.3.4. Les sources d'erreur et leur estimation344
  - 12.4. Exemples346
  - 12.4.1. Quelques résultats de calcul346
  - 12.4.2. Allongement d'une poutre sous son poids348
  - 12.5. Bibliographie351
  - Chapitre 13. Analyse des contraintes et déformations de films minces par diffraction des rayons X et mesure de courbure353
  - Patrice Gergaud
  - 13.1. Introduction353
  - 13.2. Mesure de courbure de plaques353
  - 13.2.1. Formule de Stoney353
  - 13.2.2. Limites de validités, corrections et erreurs associées à la formule de Stoney355
  - 13.2.3. Extensions d'application de la formule de Stoney359
  - 13.3. Méthodes expérimentales et exemple d'application361
  - 13.3.1. Méthodes361
  - 13.3.2. Exemple de mesures in situ de courbure du substrat362
  - 13.4. Mesures de déformation/contrainte par diffraction des rayons X363
  - 13.4.1. Diffraction des rayons X et mesure de déformation363
  - 13.4.2. Détermination des contraintes à partir des déformations365
  - 13.4.3. Spécificité de la diffraction X dans l'analyse de contrainte368
  - 13.4.4. Appareillage371
  - 13.4.5. Exemple de détermination des contraintes par la méthode des sin²psi371
  - 13.4.6. Cas particuliers dans les films minces372
  - 13.4.7. Précaution à prendre dans le cas des films minces375
  - 13.4.8. Exemple d'application pour un film épitaxié ou très texturé376
  - 13.5. Conclusion377
  - 13.6. Bibliographie377
  - Chapitre 14. Influence des contraintes sur les propriétés électroniques et optiques des semi-conducteurs379
  - Frédéric Aniel, Soline Richard, Sébastien Sauvage, Philippe Boucaud et Guy Fishman
  - 14.1. Introduction379
  - 14.2. Contraintes et structures électroniques380
  - 14.2.1. Quelques rappels sur la structure électronique des semi-conducteurs massifs380
  - 14.2.2. Influence des contraintes385
  - 14.2.3. Contraintes et confinement391
  - 14.2.4. Conclusion395
  - 14.3. Contraintes et optique396
  - 14.3.1. Généralités396
  - 14.3.2. Structures 1D400
  - 14.3.3. Structures 0D410
  - 14.4. Contraintes et transport416
  - 14.4.1. Généralités sur le transport 3D et 2D416
  - 14.4.2. Influence des contraintes mécaniques sur le transport dans les semi-conducteurs426
  - 14.4.3. Conclusion sur l'influence des contraintes mécaniques et le transport pour les composants électroniques437
  - 14.5. Conclusion439
  - 14.6. Bibliographie439
  - Index443
Origine de la notice:
- BPI