Caractérisation physico-chimique et optimisation du dépôt métallique de cuivre réalisé par croissance électrolytique pour des applications SIP

Physical and chemical characterizations and optimization of copper metallic deposition by electroplating growth for SIP applications

• Auteur / Autrice : Céline Durand
• Direction : Bernadette Domengès
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Caen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Semiconducteurs

Circuits intégrés

Microstructure (physique)

Dépôt électrolytique

Cuivre -- Couches minces

Résumé

Les technologies mettant en œuvre des solutions « Système en boîtier » (System In Package) se développent et représentent une des voies majeures de miniaturisation des circuits intégrés. Les solutions SIP nécessitent l’acquisition de nouvelles technologies et compétences dans le domaine des dépôts de couches minces. Actuellement, les techniques les plus répandues pour réaliser des couches métalliques sont la pulvérisation cathodique et celles mettant en œuvre un précurseur gazeux. La troisième voie est le dépôt réalisé par voie électrochimique. Utilisée dans des applications plus traditionnelles de l’industrie métallurgique, son transfert vers des applications des semi-conducteurs oblige à approfondir la compréhension des mécanismes réactionnels et des interactions entre les matériaux déposés et les sous-couches. L’objectif du présent mémoire est l’optimisation du dépôt de cuivre réalisé par voie électrolytique, optimisation s’appuyant sur une caractérisation physico-chimique avancée pour comprendre les mécanismes réactionnels. Parmi les résultats principaux, on peut noter l’importance de la maîtrise des paramètres macroscopiques comme la cellule de dépôt et la composition du bain électrolytique pour assurer une croissance homogène, l’influence du procédé de fabrication sur la structure cristallographique de la couche électrodéposée, ainsi que l’importance de la forme et de l’environnement des motifs sur la croissance électrolytique et sur les caractéristiques électriques de l’application finale.

Those technologies which carry out « System In Package » solutions are growing et represent one of the most important way of Integrated Circuit downsizing. The SIP solutions require the acquisition of new technologies and competences in Thin Film Deposition field. Currently, the most widespread techniques for metallic film deposition are sputtering and those based on gaseous precursors. The third solution is a deposit by electrochemical way. Commonly used in metallurgical industry, its transfer to semi-conductor applications requires understanding of the reaction mechanisms and the interactions between deposited materials and under-layers. The purpose of this dissertation is the optimization of the copper electroplating deposition, optimization leaning upon advanced physical and chemical characterizations in order to understand reactive mechanisms. Among major results, we can notice the importance of macroscopic parameters like deposition tool and electrolytic bath composition to carry out a homogeneous growth, the process influence on the crystallographic structure of electrodeposited layer, along with the importance of the design and the environment of the patterns on the electrolytic growth and electric characteristics of final applications.